Передачи

Большинство современных машин создается по схеме двигатель–передача–исполнительный орган машины (рис. 3.1).

Как правило, двигатели для уменьшения массы и габаритов выполняют быстроходными с узким диапазоном регулирования скоростей. Непосредственное соединение двигателя с рабочим органом применяется редко (вентиляторы); как правило, между ними устанавливают промежуточный механизм – передачу.

Передачами называют механизмы, служащие для передачи механической энергии на расстояние.

Функции передачи энергии совмещают с решением следующих основных задач:

согласование угловых скоростей исполнительных органов машин двигателей (двигатели имеют большие скорости, исполнительные органы машины для выполнения своих функций часто требуют больших моментов при относительно малых скоростях);

регулирование и реверсирование (изменение направления) скорости исполнительного органа машины при постоянной угловой скорости двигателя; преобразование вращательного движения двигателя в поступательное или другое движение исполнительного органа машины;

приведение в движение нескольких исполнительных органов (с различными скоростями движения) от данного двигателя.

Наиболее распространены механические передачи вращательного движения, что связано с возможностью обеспечения его непрерывности и равномерности при малых потерях на трение.

По принципу движения от ведущего звена к ведомому передачи делятся на две группы: 1) передачи трением, имеющие непосредственный контакт жестких тел (фрикционные) или гибкую связь (ременные); 2) передачи зацеплением, имеющие непосредственный контакт твердых тел (зубчатые, винтовые и червячные) или гибкую связь (цепные, зубчатые ременные).

Звено передачи, получающее движения от двигателя, называется ведущим, звено, которому передается движение, называется ведомым; кроме того, в передачах бывают промежуточные звенья.

Передача, состоящая только из ведущего и ведомого звеньев, называется одноступенчатой. Параметры одноступенчатой передачи, относящиеся к ведущему звену, снабжают индексом «1», а к ведомому – «2».

Существуют следующие основные параметры передач: мощность Р₁ на ведущем и Р₂ на ведомом валах, кВт; угловая скорость ω₁ ведущего и ω₂ ведомого валов, с^-1, или частота вращения n₁ ведущего и n₂ ведомого валов (мин^-1); крутящий момент Т₁ ведущего и Т₂ ведомого валов.

Кроме основных, различают производные характеристики: коэффициент полезного действия (КПД) передачи:

окружная скорость ведущего или ведомого звена, м/с:

где d – диаметр колеса, шкива и т. д., м. При отсутствии скольжения окружные скорости обоих звеньев равны, т.е. v₁ = v₂; окружная сила передачи, Н:

где Р – мощность, Вт; v – окружная скорость, м/с; Т – крутящий момент, Н·м.

Зависимость между крутящими моментами на валах имеет вид Т₂ = = Т₁hu, где h – КПД, u – передаточное число.

Передаточным отношением i называется отношение угловой скорости ведущего звена к угловой скорости ведомого звена. Передаточное отношение может быть больше, меньше или равно единице.

Передаточным числом u передачи называется отношение большей угловой скорости к меньшей. Передаточное число не может быть меньше единицы.

По определению, передаточное число, которое и будет использоваться в формулах, имеет вид

Для зубчатой передачи, понижающей угловую скорость, передаточное число находится следующим образом:

где z₁ – число зубьев шестерни (зубчатого колеса с меньшим числом зубьев); z₂ – число зубьев колеса (зубчатого колеса с большим числом зубьев).

 

 

Планетарные передачи

Планетарными передачами называют механические передачи, имеющие колеса с перемещающимися геометрическими осями (рис. 5.1).

Ведущим в планетарной передаче может быть либо центральное колесо Z₁, либо водило H. Наиболее распространенная простейшая однорядная планетарная передача состоит из центрального колеса Z₁ с наружными зубьями (солнечное колесо), неподвижного центрального колеса Z₃ с внутренними зубьями и водила H, на котором закреплены оси планетарных колес или сателлитов Z₂.

Рис. 5.1. Планетарная передача

Сателлиты обкатываются по центральным колесам и вращаются вокруг своих осей, т.е. совершают движение, подобное движению планет. Водило вместе с сателлитами вращается вокруг центральной оси.

Если в планетарной передаче сделать подвижными все звенья, т.е. оба колеса и водило, то такую передачу называют дифференциалом. При помощи дифференциала одно движение можно разложить на два или два сложить в одно.

Достоинства:

1. Малые габариты и масса (передача вписывается в размеры корончатого колеса). Это объясняется тем, что мощность передается по нескольким потокам, численно равным числу сателлитов, поэтому нагрузка на зубья в каждом зацеплении уменьшается в несколько раз.

2. Благодаря соосности ведущих и ведомых валов эти передачи удобны для компоновки машин.

3. Планетарные передачи работают с меньшим шумом, чем обычные зубчатые, что связано с меньшими размерами колес и замыканием сил в механизме. При симметричном расположении сателлитов силы в передаче взаимно уравновешиваются.

4. Малые нагрузки на опоры, что упрощает конструкцию опор и снижает потери в них.

5. Планетарный принцип передачи движения позволяет получить большие передаточные отношения при небольшом числе зубчатых колес и малых габаритах.

Недостатки:

1. Повышенные требования к точности изготовления и монтажа передачи.

2. Снижение КПД передачи с ростом передаточного отношения.

Применение:

Планетарную передачу применяют как:

а) редуктор в силовых передачах и приборах;

б) коробку перемены передач, передаточное отношение в которой изменяется путем поочередного торможения различных звеньев (например, водила или одного из колес);

в) дифференциал в автомобилях, тракторах, станках, приборах. Особенно эффективно применение планетарных передач, совмещенных с электродвигателем.

При определении передаточного отношения используют метод остановки водила (метод Виллиса). По этому методу всей планетарной передаче мысленно сообщается дополнительное вращение с угловой скоростью водила ω_H, но в обратном направлении. При этом водило как бы останавливается, а закрепленное колесо освобождается. Получается так называемый обращенный механизм, представляющий собой обычную непланетарную передачу, в которой геометрические оси всех колес неподвижны.

Сателлиты при этом становятся промежуточными (паразитными) колесами, которые не влияют на величину передаточного отношения механизма.

Рассмотрим планетарную передачу, изображенную на рис. 5.1, при передаче движения от колеса Z₁ к водилу Н. Для обращенного механизма

где ω₁ - ω_H и ω₃ - ω_H – соответственно угловые скорости колес 1 и 3 относительно водила Н; Z₁ и Z₃ – соответственно числа зубьев колес 1 и 3.

Здесь существенное значение имеет знак передаточного отношения. Принято передаточное отношение считать положительным, если в обращенном механизме ведущее и ведомое звенья вращаются в одну сторону, и отрицательным – если в разные стороны. В рассматриваемом обращенном механизме колеса 1 и 3 вращаются в разные стороны.

Для реальной планетарной передачи, у которой в большинстве случаев колесо 3 закреплено неподвижно, колесо 1 является ведущим, а водило Н – ведомым, из формулы (5.1) при ω₃ = 0 получим

 

Для других видов планетарных передач передаточное отношение определяется

таким же методом.