Зубчатым механизмом (или зубчатой передачей) называется передаточный механизм, в котором подвижными звеньями являются зубчатые колеса, образующие со стойкой или водилом вращательные или поступательные пары [1]. Зубчатые механизмы передают вращение от одного вала к другому посредством сопряжения зубчатых колес и изменяют величину угловой скорости, а также вращающего момента на ведомом валу. Зубчатые механизмы, понижающие угловую скорость, называются редукторами, а повышающие угловую скорость - мультипликаторами. Зубчатые механизмы бывают плоскими и пространственными. В плоских механизмах оси вращения звеньев параллельны. В таких механизмах применяются цилиндрические зубчатые колеса. Если оси вращения звеньев пересекаются или скрещиваются, то в первом случае зубчатые колеса образуют коническую зубчатую передачу, во втором - гиперболоидную зубчатую передачу (гипоидную, винтовую, червячную). Простейший (элементарный) зубчатый механизм состоит из одной пары зубчатых колес и стойки (рис. 2.14, 2.15, 2.16, 2.17). В механизме, показанном на рисунке 2.17, одно из звеньев (звено 2) выполнено в виде зубчатой рейки, которая относительно стойки может совершать только возвратно-поступательное движение.
К более сложным зубчатым механизмам (рис. 2.18) относятся многоступенчатый редуктор (каждая пара зубчатых колес называется ступенью), рядовая зубчатая передача (рис.2.19), сателлитные зубчатые механизмы (дифференциальные и планетарные).
Сателлитными зубчатыми механизмами называются такие, в которых ось хотя бы одного зубчатого колеса является подвижной. Колеса с подвижными осями называются сателлитами.
На рис.2.20 а изображен планетарный сателлитный механизм. В этом механизме колесо 2 (сателлит) вращается со своей осью по окружности вокруг неподвижной оси центральных колес 1, 3 и вращает (ведет за собой) связанное с ним звено H, называемое водилом. Колесо 3 (с внутренним зацеплением) жестко соединено со стойкой, то есть является неподвижным. В отличие от планетарных в дифференциальных механизмах все колеса вращаются (рис.2.20 б). К зубчатым механизмам относятся и коробки скоростей, в которых в отличие от редукторов с постоянным передаточным отношением, производится ступенчатое изменение передаточного отношения (рис.2.21). Передаточное отношение показывает, во сколько раз с помощью зубчатого механизма снижается или повышается угловая скорость. На ведущем валу О1О1 закреплены зубчатые колеса 1, 2, 3, на ведомом валу О2О2 - тройной блок зубчатых колес 4, 5, 6.
Перемещая ведомый вал в осевом направлении вместе с зубчатыми колесами 4, 5, 6, можно осуществить зацепление 1-4, 3-6, или 2-5 (изображено на схеме). В зависимости от зацепления будет изменяться величина передаточного отношения. Зубчатые механизмы применяются в станках, автомобилях, тракторах, счетно-решающих устройствах и приборах. Трудно назвать какой-либо сложный механизм или машину, где нет зубчатых механизмов. Например, в двигателе автомобиля зубчатые механизмы применяются для передачи движения от коленчатого вала ко всем другим валам, приводящим в движение клапаны, насосы, генераторы, компрессоры и так далее. Кроме того, в автомобиле есть коробка скоростей и дифференциальный механизм для передачи движения от двигателя на два независимых ведущих колеса. В последнее время в устройствах приборов и системах управления широкое применение находят волновые зубчатые передачи с гибкими звеньями (рис.2.22).
Одно из зубчатых колес волновой передачи делается гибким и может деформироваться. Устройство, вызывающее деформацию гибкого колеса, называется генератором и может
выполняться разными способами, например, в виде рычага с роликами. Волновые передачи позволяют осуществлять большие передаточные отношения, высокую кинематическую точность, а главное – передавать механическое движение через герметичную стенку. В изображенном на схеме (рис.2.22) механизме гибкое колесо 1 герметично закреплено на стенке; передача осуществляется от генератора волн 3 через гибкое колесо 1 к жесткому колесу 2. Такие передачи могут применяться для управления агрегатами в космосе, в электронной, атомной и химической промышленности.
Фрикционные механизмы
Фрикционный механизм (или передача) – это устройство, в котором передачу движения, разгон или торможение осуществляют благодаря силам трения между прижимаемыми
друг к другу телами. Простейший фрикционный механизм состоит из двух вращающихся круглых цилиндров 1,2 и стойки 3 (рис.2.23). Звено 1 вращается вокруг неподвижного центра 01; звено 2 вращается в подшипниках, которые могут перемещаться в неподвижных направляющих. Силовое замыкание двухподвижной кинематической пары (1-2) осуществляется пружина ми 4. Передаточное отношение в таком механизме является величиной постоянной.
Есть фрикционные механизмы, в которых передаточное отношение можно регулировать (рис.2.24, 2.25).
На рис.2.24 изображен лобовой фрикционный механизм, в котором каток 1 может перемещаться вдоль своей оси и устанавливаться на различных расстояниях от оси вращения диска 2, вращающегося с постоянной угловой скоростью. При изменении положения звена 1 будет изменяться и его угловая скорость. Изменения угловой скорости можно осуществлять плавно. Фрикционные механизмы, в которых передаточное отношение можно регулировать, называются бесступенчатыми передачами.
На рис.2.25 показана схема бесступенчатой конической фрикционной передачи. В этой передаче ролик 2 образует поступательную пару с валом A (может скользить по валу A), но угловые скорости ролика и вала всегда одинаковы. Перемещение ролика 2 вдоль вала A, которое осуществляется специальными приспособлениями, приводит к изменению рабочего радиуса конического барабана и соответственно передаточного отношения. Фрикционные передачи применяются в колодочных и дисковых тормозах, в механизмах для плавного бесступенчатого изменения скорости, в качестве предохранительных устройств (фрикционные муфты) для избежания поломок при перегрузках, так как фрикционные передачи обладают той особенностью, что при перегрузке, то есть при увеличении передаваемого момента, происходит проскальзывание соприкасающихся звеньев.
