Классификация механических передач вращательного движения

ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ Принцип действия и классификация. Принцип действия зубчатой передачи основан на зацеплении пары зубчатых колес (рис. 8.2).

По расположению бсей валов различают: передачи с па­раллельными осями, которые выполняют с цилиндрическими коле­сами внешнего или внутреннего зацепления; пере­дачи с пересекающимися осями — конические колеса; передачи с перекрещивающимися осями — цилиндрические винтовые, конические гипоидные. Кроме того, применяют передачи между зубчатым колесом и рей­кой. По расположению зубьев на колесах различают передачи: прямозубые и косозубые. По форме профиля зуба различают эвольвентные и круговые. Наиболее распространен эвольвентный профиль зуба, предложен­ный Эйлером в 1760 г. Он обладает рядом существенных тех­нологических и эксплуатационных преимуществ. Круговой профиль зуба предложен М. Л. Новиковым в 1954 г. По сравнению с эволь-вентным он позволяет повысить нагрузку передач. Оценка и применение. Основные преимущества зубчатых пере­дач: высокая нагрузочная способность и, как следствие, малые габа­риты (рис. 8.3, где а — зубчатая, б — ременная, в — клиноременная, г — цепная передачи с одинаковыми параметрами); боль­шая долговечность и надежность работы (например, для редук­торов общего применения установлен ресурс ~ 30 000 ч); высокий КПД (до 0,97...0,98 в одной ступени); постоянство передаточного отношения (отсутствие проскальзывания); возможность применения в широком диапазоне скоростей (до 150 м/с), мощностей (до десят­ков тысяч кВт) и передаточных отношений (до нескольких сотен и даже тысяч).

Рис. 8.2

ЧЕРВЯЧНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Червячная передача (рис. 9.1) относится к передачам зацепления с перекрещивающимися осями валов. Угол перекрещивания обычно равен 90°. Возможны и другие углы отличные от 90°, однако такие пер дачи применяют редко. Движение в червячных передача преобразуется по принципу винтов пары или по принципу наклонной плоскости.

Различают по следующим признакам: форме поверх­ности, на которой образуется резьба, — цилиндрические (рис. 9.3, а) и глобоидные (рис. 9.3, б)*; форме профиля резьбы — с прямолиней­ным (рис. 9.4, а) и криволинейным (рис. 9.4, 6) профилем в осевом сечении. Наиболее распространены цилиндрические червяки. У чер­вяков с прямолинейным профилем в осевом сечении в торцовом сечении витки очерчены архимедовой спиралью, отсюда назва­ние — архимедов червяк. Архимедов червяк подобен ходовому вин­ту с трапецеидальной резьбой. Его можно нарезать на обычных токарных или резьбофрезерных станках. Пэтому первые червячные передачи выполняли с архимедовыми червяками, которые широко применяют и в настоящее время. Исследования показали, что работоспособность червячной пе­редачи повышается с уменьшением шероховатости поверхности и повышением твердости резьбы червяка. В последнее время все шире стали применять шлифованные высокотвердые червяки при Н≥45 HRC. Для шлифования архимедовых червяков требуются специальные шлифовальные круги фасонного профиля, что затрудняет обработку и снижает точность изготовления. По этому архимедовы червяки изготовляют в основном с нешлифован­ными витками при Н≤350 НВ. Для высокотвердых шлифуемых витков применяют эвольвентные червяки.

ВОЛНОВЫЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Волновая передача основана на принципе преобразования парамет­ров движения за счет волнового деформирования гибкого звена меха­низма. Впервые такая передача была запатентована в США ин­женером Массером*. Обладая рядом положительных качеств, волновая передача по­лучила широкое распространение. В последующие годы запатен­товано много различных конструктивных модификаций волновой передачи. Основное распространение получили зубчатые передачи. Однако изучение принципа действия целесообразно начать с фрик­ционной передачи, которая проще.

Схема волновой передачи изображена на рис. 10.1. Передача состоит из трех основных элементов: гибкого колеса g; жесткого колеса Ь; волнового генератора h.

Наружный диаметр d_g недеформированного гибкого колеса меньше внутреннего диаметра d_b жесткого колеса: d_b-d_g=2w₀

В конструкциях по рис. 10.1 гибкое колесо выполняют в виде гибкого цилиндра. В передаче по варианту I с ведомым валом соединено жесткое колесо, по варианту II — гибкое колесо. В вари­анте I левый недеформированный конец гибкого цилиндра присо­единен к корпусу. С правого конца в цилиндр вставлен генератор, который в данном примере представлен водилом с двумя роликами (другие конструкции генераторов. Наружный размер по роликам больше внутреннего диаметра цилиндра на 2w₀, поэтому с правого конца цилиндр де­формирован. Генератор устро­ен так, чтобы деформиро­ванное гибкое колесо прижи­малось к жесткому колесу с силой, достаточной для пе­редачи нагрузки силами тре­ния

ФРИКЦИОННЫЕ ПЕРЕДАЧИ И ВАРИАТОРЫ Принцип действия и классификация. Работа фрикционной пере­дачи основана на использовании сил трения,которые возникают в месте контакта двух тел вращения под действием сил прижатия F_n (рис. 11.1). При этом должно быть

Ft≤F,

где F_t — окружная сила; F — сила трения между катками. Для передачи с цилиндрическими катками (рис. 11.1)

F=F_nf,

Где f— коэффициент трения.

Нарушение условия (11.1) приводит к буксованию и быстрому износу катков.

Все фрикционные передачи можно разделить на две основные группы: передачи нерегулируемые, т. е. с постоянным передаточным отношением; передачи регулируемые, или вариаторы, позволяющие изменять передаточное отношение плавно и непрерывно (бесступен­чатое регулирование)*.

Каждая из указанных групп охватывает большое количество передач, различающихся по конструкции и назначению. Например, различают передачи с параллельными и пересекающимися осями валов; с цилиндрической, конической, шаровой или торовой поверх­ностью рабочих катков; с постоянным или автоматически регулиру­емым прижатием катков, с промежуточным (паразитным) фрикци­онным элементом или без него и т. д.

Схема простейшей нерегулируемой передачи изображена на рис. 11.1. Она состоит из двух катков с гладкой цилиндрической поверх­ностью, закрепленных на параллельных валах.

На рис. 11.2 показана схема простейшего вариатора (лобовой вариатор). Ведущий ролик А можно перемещать по валу в направ­лениях, указанных стрелками. При этом передаточное отношение плавно изменяется в соответствии с изменением рабочего диаметра

ведомого диска Б. Если перевести ро­лик на левую сторону диска, то можно получить изменение направления враще­ния ведомого вала — вариатор обладает свойством реверсивности.

РЕМЕННЫЕ ПЕРЕДАЧИ. Передача состоит из двух шкивов, закреп­ленных на валах, и ремня, охватывающего шкивы. Нагрузка переда­ется силами трения, возникающими между шкивами и ремнем вслед­ствие натяжения последнего. В зависимости от формы поперечного сечения ремня различают: плоскоременную, клиноременную, и круглоременную передачи.

ЦЕПНЫЕ ПЕРЕДАЧИ. Она основана на зацеплении цепи 1 и звездочек 2. Принцип зацепления, а не трения, а также повышен­ная прочность стальной цепи по сравнению с ремнем позволяют передавать цепью при прочих равных условиях большие нагрузки (однако меньшие, чем зубчатыми колесами). Отсутствие скольже­ния и буксования обеспечивает постоянство передаточного отноше­ния (среднего за оборот) и возможность работы при значительных кратковременных перегрузках. Принцип зацепления не требует предварительного натяжения цепи, в связи с чем уменьшается нагрузка на валы и опоры. Угол обхвата звездочки цепью не имеет столь решающего значения, как угол обхвата шкива ремнем. Поэто­му цепные передачи могут работать при меньших межосевых расстояниях и при больших передаточных отношениях, а также переда­вать мощность от одного ведущего вала 1 нескольким ведомым 2

Цепные передачи имеют и недостатки. Основной причиной этих недостатков является то, что цепь состоит из отдельных жестких звеньев и располагается на звездочке не по окружности, а по много­угольнику. С этим связаны износ шарниров цепи, шум и допол­нительные динамические нагрузки, необходимость организации си­стемы смазки.

ПЕРЕДАЧА ВИНТ-ГАЙКА Передача винт — гайка служит для преобразования вращатель­ного движения в поступательное. В винтовых механизмах вращение винта или гайки осуществля­ют обычно с помощью маховика, шестерни и т. п. При этом передаточное отношение условно можно выразить отношением окружного перемещения маховичка S_M к перемещению гайки (вин­та) S_T:

i=S_M / S_Г = π d_M / p₁

где d_М— диаметр маховичка (шестерни и т. п.); р₁ — ход винта. При малом р₁ и сравнительно большом d_M можно получить очень боль­шое i. Например, при р₁ — 1 мм < d_М = 200 мм, i = 628.

Зависимость между окружной силой Ft на маховичке и осевой силой F_a на гайке (винте) запишем в виде

Ft=F_aiη,

где η — КПД винтовой пары

Таким образом, при простой и компактной конструкции пере­дачи винт — гайка позволяет получить большой выигрыш в силе или осуществлять медленные и точные перемещения.

Основной недостаток передачи — низкий КПД. В соответствии с этим передачу винт — гайка применяют в механизмах, где необ­ходимо создавать большие силы F_a (домкраты, прессы и т. п.), а также в механизмах точных перемещений (механизмы подачи станков, измерительные, установочные и регулировочные механиз­мы).

Разработано много конструкций специальных винтовых пар, которые позволяют компенсировать ошибки изготовления, зазоров и износа; обеспечивают очень большие передаточные отношения (дифференциальная двойная резьба с разным шагом); повышают КПД путем замены трения скольжения трением качения (шарико­вые винтовые пары)