Основные кинематические и силовые отношения в передачах

1.4. В механических передачах ведомыми звеньями называют детали пере­дач (катки, шкивы, зубчатые колеса и т. п.), получающие движение от веду­щих звеньев.

Рис. 1.8. Трехступенчатая передача

 

Рис. 1.9. Кинематика ци­линдрической передачи

В машиностроении принято обозначать угловые и окружные скорости, частоту вращения, диаметры вращающихся деталей ведущих валов индексами нечетных цифр, ведомых — четными. Например, для колес трехступенчатой передачи (рис. 1.8) обо­значения частот вращения следующие: л, — веду­щего вала I; п₃ — ведущей шестерни вала II; п₅ — ведущей шестерни вала III; п₂ — промежуточного ведомого вала II; п₄ — ведомого колеса вала III; п₆ — ведомого колеса вала IV.

Начертите в конспекте трехступенчатую пере­дачу (рис. 1.8) и обозначьте диаметры ведущих и ведо­мых катков буквой D с соответствующим'индексом.

 

1.5. Все механические передачи характеризуются передаточным числом или отношением. Рассмотрим работу двух элементов передачи (рис. 1.9), один из которых будет ведущим, а второй —.ведомым.

Введем следующие обозначения: ω₁ и п₁ — угло­вая скорость и частота вращения ведущего вала, выраженные соответственно рад/с и об/мин; ω₂ и п₂ — угловая скорость и частота вращения ведомого вала; D₁ и D₂ - диаметры вращающихся деталей (шкивов, катков и т. п.); v₁ и v₂ — окружные скоро­сти, м/с.

Отношение диаметров ведомого элемента пере­дачи к ведущему называют передаточным числом

u = D₂/D₁. (1.1)

Если известны параметры передачи — диаметры D₁ и D₂ или числа зубьев z₁ и z₂, передаточное число и определяем следующим образом.

Для зубчатых передач передаточное число и — отношение числа зубьев ведомого колеса к числу зубьев ведущего колеса, т. е. и = z₂ /z₁, где z₂ и z₁ — числа зубьев соответственно ведомого и ведущего колеса.

Итак, передаточное число

U=ω₁/ω₂=n₁/n₂=D₂/D₁=z₂/z₁ (1.2)

(обратите внимание на индексы у букв ω, п, D и z.); относится к

фрикционной передаче без учета скольжения.

Если и> 1, передачу называют понижающей, если и < 1 — повышаю­щей.

В приводах с большим передаточным числом (до и= 1000 и выше), со­ставленных из нескольких последовательно соединенных передач (много­ступенчатые передачи), передаточное число равно произведению переда­точных чисел каждой ступени передачи, т. е.

U_общ=u₁·u₂·…u_n. (1.3)

Запишите в конспект формулу для определения передаточного числа одно­ступенчатой передачи, если известны диаметры колес передачи и их угловые скорости.

 

1.6. Передача мощности от ведущего вала к ведомому всегда сопровожда­ется потерей части передаваемой мощности вследствие наличия вредных со­противлений (трения в движущихся частях, сопротивления воздуха и др.).

Если Р, — мощность на ведущем валу, Р₂ — на ведомом валу, то Р₁ > Р₂.

Отношение значений мощности на ведомом валу к мощности на веду­щем валу называют механическим коэффициентом полезного действия (КПД) и обозначают буквой η:

η = Р₂/Р₁. (1.4)

Общий КПД многоступенчатой последовательно соединенной переда­чи определяют по формуле

η_общ=η₁·η₂·…·η_n, (1.5)

где η₁·η₂·…·η_n — КПД, учитывающие потери в отдельных кинематических парах передачи.

Исходя из условия (1.4), Р₂ = Р_1η, определите зависимость между вра­щающими моментами Т₁ и T₂ (запишите в конспект формулу).

 

1.7. Прежде чем перейти к изучению следующего параграфа, Вам необ­ходимо проверить свои знания по контрольной карточке 1.2.

 

Контрольная карточка 1.2

Вопрос	Ответы	Код
Покажите на рис. 1.7 ведущее колесо третьей пары	Поз. 3 Поз. 4 Поз. 5 Поз. 6 Поз. 7
Передача 4—5 (см. рис. 1.7) понижающая или повышающая?	Понижающая Повышающая
Сколько ступеней имеет передача, показанная на рис. 1.7?	/ 2 6 12
Определить передаточное число (без учета скольжения) трехступен­чатой передачи (см. рис. 1.8), если Б\ = 200 мм, О2 = 50 мм, О?, = 70 мм, О4 = 350 мм, Д5 = '00 мм, п6 = 400 мм	1/5 9,25 4,45
Какое из приведенных отношений называют передаточным числом одноступенчатой передачи?	n2/n1 D2/D1 D1/D2

 

§ 4. Механизмы преобразования одного вида движения в другой (общие сведения)

В данном учебнике «Детали машин» в пределах учебной программы рассматриваются рычажные, кулачковые и храповые механизмы: назначе­ние, принцип работы, устройство, область применения.

Подробно тема § 4 изучается в курсе «Теория механизмов и машин».

Рычажные механизмы.

Рычажные механизмы предназначены для преобразования одного вида движения в другое, колебательное вдоль или вокруг оси. Наиболее распро­страненные рычажные механизмы — шарнирный четырехзвенный, кривошип-но-ползунный и кулисный.

Шарнирный четырехзвенный механизм (рис. 1.10) состоит из кривоши­па 7, шатуна 2 и коромысла 3. В зависимости от соотношения длин рыча­гов 1, 2, 3 механизм и его звенья будут выполнять разные функции. Меха­низм, изображенный на рис. 1.10, со звеном 1, наиболее коротким из всех, называется однокривошипным. При вращении кривошипа. 1 вокруг оси О, коромысло 3 совершает колебательное движение вокруг оси О₂, шатун 2 совершает сложное плоскопараллельное движение.

Кривошипно-ползунный механизм получают из шарнирного четырехзвен-ника при замене коромысла 3 ползуном 3 (рис. 1.11). При этом вращение кривошипа 1, ползун 3 совершает колебательное прямолинейное движение вдоль направляющей ползуна. В двигателях внутреннего сгорания, таким ползуном, является поршень, а направляющей — цилиндр.

Кулисные механизмы служат для преобразования равномерно-враща­тельного движения кривошипа в качательное движение кулисы или нерав­номерное прямолинейное колебательное (возвратно-поступательное) дви­жение ползуна. Кулисные механизмы ис­пользуются в строгальных станках, когда рабочий ход (снятие стружки) происходит медленно, а нерабочий ход (возвращение резца) — быстро. На рис. 1.12 показана схе­ма кулисного механизма с входным поршнем на шатуне. Такая схема используется в меха­низмах гидронасосов ротационного типа с вращающимися лопастями, а также в раз­личных гидро- или пневмоприводах механизма с входным поршнем 3 на шатуне, скользящем в качающемся (или вращающемся) цилиндре.

Рис. 1.10. Шарнирный четырех­звенный механизм:

1 — криво­шип; 2 — шатун; 3 — коромысло

Рис. 1.11. Кривошипно-шатунный

механизм: 1 — кривошип; 2 —

шатун; 3 — ползун

Рис. 1.12. Кулисный механизм: / — кри­вошип; 2 — шатун; 3 — поршень

 

Кулачковые механизмы.

Кулачковые механизмы предназначены для преобразования вращатель­ного движения ведущего звена (кулачка) в заведомо заданный закон воз­вратно-поступательного движения ведомого звена (толкателя). Широко применяются кулачковые механизмы в швейных машинах, двигателях внутреннего сгорания, автоматах и позволяют получить заведомо заданный закон движения толкателя, а также обеспечить временные остановы ведо­мого звена при непрерывном движении ведущего.

На рис. 1.13 приведены плоские кулачковые механизмы. Кулачковый механизм состоит из трех звеньев: кулачка /, толкателя 2 и стойки (опоры) 3. Для уменьшения трения в кулачковый механизм вводится ролик. Веду­щим звеном в кулачковом механизме является кулачок. Кулачок может со­вершать как вращательное движение, так и поступательное. Движение ве­домого звена — толкателя — может быть поступательным и вращательным.

 

 

Рис. 1.13. Кулачковые механизмы: / — кулачок; 2 — толкатель; 3 — стойка (опора)

Недостатки кулачковых механизмов: высокие удельные давления, повы­шенный износ звеньев механизма, необходимость обеспечения замыкания звеньев, что приводит к дополнительным нагрузкам на звенья и к усложне­нию конструкции.

Храповые механизмы.

 

Храповые механизмы относятся к механизмам прерывистого действия, которые обеспечивают движения ведомого звена в одном направлении с периодическими остановками. Конструк­тивно храповые механизмы делятся на не­реверсивные с внутренним зацеплением и с храповым колесом, а также реверсивные в виде зубчатой рейки.

Нереверсивный храповый механизм с внутренним зацеплением (рис. 1.14).Веду­щим звеном может быть как храповое ко­лесо внутреннего зацепления /, соединен­ное с зубчатым колесом внешнего зацепле­ния, так и втулка 4 с закрепленной на ней собачкой 3, подпружиненной к зубьям храпового колеса 1 пружиной 2.

Рис. 1.14. Нереверсивный храповый механизм с внутренним зацеплени­ем:

1 — храповое колесо; 2 — пру­жина; 3 — собачка; 4 — втулка

 

В нереверсивных механизмах (рис. 1.15) храповое колесо выполняют в виде рейки 1 в направляющих, и тогда собачка 2 сообщает рейке с храпо­вым зубом прерывистое прямолинейное движение. В этом случае преду­сматривает устройство, которое возвращает рейку в начальное положение.

Рис. 1.15.Нереверсивный храповый механизм: Рис. 1.16. Реверсивный храповый механизм:

1 — рейка; 2 — собачка 1- храповик; 2 — ведущий рычаг; 3 — собачка

 

 

Реверсивные храповые механизмы (рис. 1.16) имеют: храповое колесо 1 с зубьями эвольвентного профиля, а на ведущем рычаге 2 шарнирно устанав­ливают собачку 3, которую при необходимости реверса перебрасывают во­круг оси О_х.

В машино- и приборостроении применяют храповые механизмы, в ко­торых механизм (ведомое звено) двигается в одном направлении с перио­дическими остановками (металлообрабатывающие станки, задняя ведущая втулка у велосипеда и др.).