Механизмы передачи вращательного движения

Общее понятие о передачах между валами

 

Между валами двигателя и рабочей машины, а также между ор­ганами самой машины устанавливают механизмы для включе­ния и выключения, изменения скорости и направления движения. носящие общее название - передачи. Передачи вращательного движения широко применяются в механизмах и машинах. Они слу­жат для изменения частоты и направления вращения, обеспечи­вают непрерывное и равномерное движение.

Вращательное движение в машинах и механизмах передается посредством гибких передач -ременных, цепных и через жесткие передачи -фрикционные, зубчатые. В ременных и фрикционных передачах используются силы трения, а в зубчатых и цеп­ных -непосредственное механическое зацепление элементов пере­дачи. Каждая из передач имеет ведущее звено, сообщающее движение, и ведомые звенья, через которые движение передается от дан­ного механизма к другому, связанному с ним.

Важнейшей характеристикой передач вращательного движения является передаточное отношение, или передаточное число.

Отношение угловой скорости, частоты вращения (числа оборо­тов в минуту) и диаметров одного из валов к соответствующим ве­личинам другого вала, участвующего в совместном вращении с пер­вым валом, называется передаточным отношением, которое принято обозначать буквой u . Отношение частоты враще­ния ведущего вала к частоте вращения ведомого называют пере­даточным числом, которое показывает, во сколько раз ускоряется или замедляется движение.

Принято обозначать ведущие звенья и их параметры нечетными цифрами 1, 3, 5 и т. д., ведомые -четными цифрами 2, 4, 6 и т. д. Например, 0^ и 0^ -диаметры ведущего и ведомого шкивов зуб­чатых колес, звездочек и т. п.; z 1 и z 2 -число зубьев ведущего и ведомого зубчатых колес, звездочек; n 1 и n 2 -частота вращения (числа оборотов); ω 1 и ω 2  -угловые скорости.

Так как частота вращения (число оборотов в минуту) и угловая скорость вращения находятся в прямой зависимости, то передаточ­ные отношения, выраженные через них, равны:

u _1-2 =                                             (1)

 

Соответственно равны между собой передаточные отношения, выраженные через диаметры начальных окружностей D_д  и числа зубьев г зубчатых колес:

u _1-2 = .                                            (2)

Не равны и являются численно обратными передаточные отношения, например частоты вращения (числа оборотов) и диаметры колес:

u_1-2= = .                                            (3)

 

Ременные передачи

 

Натяжной ролик

Этот вид гибкой передачи наиболее распространен. По сравне­нию с другими видами механических передач, они позволяют наи­более просто и бесшумно передать крутящий момент от двига­теля или промежуточного вала к рабочему органу станка в доста­точно широком диапазоне скоростей

Рис. 2 Передачи с плоским ремнем:

с - открытая; б - перекрестная, в - полуперекрестная, г - с натяжным роликом

 

и мощностей. Ремень охва­тывает два шкива, насаженных на валы. Нагрузка передается силами трения, возникающими между шкивом и ремнем вследствие натяжения последнего. Эти передачи бывают с плоским ремнем, с клиновым ремнем и круглым ремнем.

 

В приводах машин применяются плоские ремни - кожаные, хлопчатобумажные цельнотканые, хлопчатобумажные шитые, тка­ные прорезиненные и клиновидные. Используются также шерстяные тканые ремни. В станках применяются главным образом ремни кожаные, прорезиненные и клиновидные. Для уменьшения скольже­ния ремня вследствие недостаточного трения из-за небольшого угла обхвата применяют натяжные ролики (рис. 2, г). Натяжной ролик представляет собой промежуточный шкив на шарнирно укрепленном рычаге. Под действием груза на длинном плече рычага ролик нажи­мает на ремень, натягивая его и увеличивая угол обхвата ремнем большого шкива.

Рис. 3 Передачи с клиновидным ремнем: а – нормального сечения,                       б - шариком

Диаметр натяжного ролика не должен быть меньше диаметра малого шкива. Натяжной ролик следует устанавливать у ведомой ветви не слишком близко к шкивам.

Передача клиновыми (текстропными) ремнями широко распро­странены в промышленности, они просты и надежны в эксплуатации. Основное преимущество клиновых ремней - лучшее сцепление их со шкивом и относительно малое скольжение. Причем габариты пе­редачи получаются значительно меньше по сравнению с плоскими рем­нями.

На рис. 3, а показан клиновидный ремень в сечении; он состоит из нескольких рядов прорезиненной ткани 1, нескольких рядов кор­да 2 (коря -толстые крученые хлопчатобумажные нити), слоя ре­зины 3 и обертки 4 из прорезиненной ткани. Ремень укладывают в ручей на ободе шкива 7, и он утапливается настолько, что не касается дна 6 шкива своей поверхностью 5.

Для передачи больших крутящих усилий применяют многоручье­вые клиноременные приводы со шкивами обода, которые оснащены рядом канавок.

Цепные передачи

 

Для передачи вращательного движения между удаленными друг от друга валами применяется помимо ременной цепная передача. Как показано на рис. 4, а, она представляет собой замкнутую металличе­скую шарнирную цепь, охватывающую два зубчатых колеса (звез­дочки). Цепь в отличие от ремня не проскальзывает, кроме того, ее можно применять в передачах также при малом расстоянии между валами и в передачах со значительным передаточным числом.

Рис. 4 Цепные передачи:

а — общий вид, б—однорядная роликовая цепь, в—замок, г — пластинчатая цепь; а - межосевое расстояние, Р — шаг цепи

 

Цепные передачи передают мощность от долей лошадиных сил (велосипедные цепи) до тысячи лошадиных сил (многорядные цепи повышенной прочности).

Цепи работают с большими скоростями, доходящими до 30 м/с, и передаточным числом и = 15. Коэффициент полезного действия цепных передач составляет в отдельных случаях 0,98.

Цепная передача состоит из двух звездочек — ведущей 1 и ведо­мой 2, сидящих на валах, и бесконечной цепи 3, надетой на эти звез­дочки.

Из различных видов цепей наибольшее распространение имеют цепи однорядные и многорядные роликовые и пластинчатые.

Роликовые цепи допускают наибольшую скорость до 18 м/с, пластинчатые - до 30 м/с. 

В цепных передачах сохраняется постоянным передаточное число: кроме того, они очень прочны, что позволяет передавать большие уси­лия. В связи с этим цепные передачи применяют, например, в таких грузоподъемных механизмах, как тали и лебедки. Цепи большой длины используются в эскалаторах метро, конвейерах.

 

Фрикционные передачи

Во фрикционных передачах вращательное движение передается от ведущего к ведомому валу посредством плотно прижатых друг к другу гладких колес (дисков) цилиндрической или конической фор­мы (рис. 5, а, б). Фрикционная передача применяется в лебедках, винтовых прес­сах, станках и ряде других машин.

	Рис. 5 Фрикционные передачи: а - с цилиндрическими колесами, б — с ко­ническими колесами

 

Чтобы фрикционная передача работала без скольжения и таким образом обеспечивала необходимую величину силы трения (сцеп­ления) Т, поверхность ведомого колеса покрывают кожей, рези­ной, прессованной бумагой, древесиной или другим материалом, который может создать надлежащее сцепление со стальным или чугунным ведущим колесом. Во фрикционных передачах применяют цилиндрические колеса для передачи движения между валами, расположенными параллельно (рис. 5, а), а конические - между пересекающимися валами (рис. 5, б).

В оборудовании находят применение фрикционные передачи с ре­гулируемым передаточным числом. Одна из простейших таких пере­дач показана на рис. 6.

Для изменения передаточного числа они оснащены устройствами, перемещающими одно из колес (дисков) вдоль вала и в соответст­вующем месте его закрепляющими. Уменьшение таким устройством диаметра D  ведомого колеса до рабочего диаметра D ₁ обеспечивающее увеличение частоты вращения ведомого колеса. В результате уменьша­ется передаточное число .  По мере удаления ведущего колеса от оси ведомого передаточное число, наоборот, увеличивается. Та­кое плавное регулирование скорости называется бесступенчатым, а устройство, осуществляющее регулирование - вариа­тором скоростей.

 

Зубчатые передачи

 

Зубчатые передачи имеются почти во всех сборочных единицах промышленного оборудования. С их помощью изменяют по величине и направлению скорости движущихся частей станков, передают от одного вала к другому усилия и крутящие моменты, а также преоб­разуют их.

В зубчатой передаче движение передается с помощью пары зубча­тых колес (рис. 7, а - ж). В практике меньшее зубчатое колесо приня­то называть шестерней, а большее - колесом. Термин «зубчатое коле­со» относится как к шестерне, так и к колесу.

В зависимости от взаимного расположения геометрических осей валов зубчатые передачи бывают: цилиндрические, конические и вин­товые. Зубчатые колеса для промышленного оборудования изготов­ляют с прямыми, косыми и угловыми (шевронными) зубьями.

По профилю зубьев зубчатые передачи различают: эвольвентные, с зацеплением Новикова и циклоидальные. В машиностроении широко применяют эвольвентное зацепление. Принципиально новое зацепле­ние М. А. Новикова возможно лишь в косых зубьях и благодаря высо­кой несущей способности является перспективным. Циклоидальное зацепление используется в приборах и часах.

Цилиндрические зубчатые колеса в прямым зубом (рис. 7, а) служат в передачах с параллельно расположенными осями валов и монтируются на последних неподвижно или подвижно.

Зубчатые колеса с косым зубом (рис. 7, б) применяются для пере­дачи движения между валами, оси которых пересекаются в прост­ранстве, а в ряде случаев и между параллельными валами, например, когда в передаче должны сочетаться повышенная окружная скорость колес и бесшумность их работы при больших передаточных отношениях до 15:1.

Косозубые колеса монтируют на валах только неподвижно. Работа косозубых колес сопровождается осевым давлением, а потому они пригодны для передачи лишь сравнительно небольших мощностей. Осевое давление можно устранить, соединив два косозубых колеса с одинаковыми, но направленными в разные стороны - зубьями. Так получают шевронное колесо (рис. 7, б), которое монтируют, обращая вершину угла зубьев в сторону вращения колеса. На специальных станках шевронные колеса изготовляют целыми из одной заготовки.

Шевронные колеса отличаются большой прочностью, их применя­ют для передачи больших мощностей в условиях, когда зубчатое за­цепление испытывает во время работы толчки и удары. Эти колеса также устанавливают на валах неподвижно.

Конические зубчатые передачи различают по форме зубьев: прямозубые, косозубые и круговые.

 

На рис. 7, г показаны конические прямозубые, а на рис. 7, ж круговые зубчатые колеса. Их назначение — передача вращения между валами, оси которых пересекаются.

Конические зубчатые колеса с круговым зубом применяются в пе­редачах, где требуется особая плавность и бесшумность движения.

На рис. 7, д изображены зубчатое колесо и рейка. В этой переда­че вращательное движение колеса 1 преобразуется в прямолинейное движение рейки 2.

Червячные передачи. Червячные передачи позволяют получить малые передаточные числа, что делает их применение целе­сообразным в случаях, когда требуются небольшие частоты вращения ведомого вала. Имеет существенное значение и то, что червячные передачи занимают меньше места, чем зубчатые. Червячная передача (см. рис. 7, е) состоит из червяка /, насаживаемого на ведущий вал или изготовляемого заодно с ним, и червячного колеса 2, закрепляе­мого на ведомом валу. Червяк представляет собой винт с трапецеи­дальной резьбой. Червячное колесо имеет вогнутые по длине винтовые зубья.

 

По числу зубьев различают червяки однозаходные, двухзаходные и т.д. Однозаходный червяк за один оборот поворачивает колесо на один зуб, двухзаходный червяк - два и т.д.

Чтобы подсчитать передаточное число и червячной передачи, нужно число заходов К червяка разделить на число зубьев z₂ червяч­ного колеса. Допустим, К == 2, а z₂= 50, тогда

                                    u = =                                     (9)

При частоте вращения червяка п == 500 в минуту получим для червячного колеса n ₂ = 500·0,04 ==20 об/мин.

Недостатком червячных передач являются большие потери пере­даваемой мощности на трение. Для уменьшения потерь червяк изго­товляют из стали и его поверхность после закалки шлифуют, а чер­вячное колесо изготовляют из бронзы. При таком сочетании материа­лов трение уменьшается, следовательно, меньше становятся потери мощности; кроме того, уменьшается износ детали.

Из бронзы в целях экономии обычно делают не все червячное ко­лесо, а только обод, надеваемый затем на стальную ступицу.

 

3. Механизмы преобразования вращательного движения

 

Наиболее распространенными механизмами преобразования вра­щательного движения в прямолинейное являются знакомые нам по рис. 1 кривошипно-шатунный и по рис. 7, д -  реечный, а также вин­товой, эксцентриковый, кулисный, храповой и другие механизмы.

Винтовые механизмы

 

Винтовые механизмы широко применяются в самых разнообраз­ных машинах для преобразования вращательного движения в поступательное и, наоборот, поступательного во вращательное. Особенно часто они применяются в станках для осуществления прямолинейного вспомогательного (подача) или установочного (подвод, отвод, зажа­тие) движения таких сборочных единиц, как столы, суппорты, карет­ки, шпиндельные бабки, головки и т. д. Винты, применяемые в этих механизмах, называются ходовыми. Часто также винтовой механизм служит для подъема грузов или вообще для передачи усилий. Приме­ром такого применения винтового механизма является использование его в домкратах, винтовых стяжках и т. д. В этом случае винты будут называться грузовыми. Грузовые винты обычно работают с незначи­тельными скоростями, но с большими усилиями по сравнению с ходо­выми винтами.

Основными деталями винтового механизма являются винт и гайка. Обычно в винтовых механизмах (передачах винт - гайка) движение передается от винта к гайке, т. е. вращательное движение винта пре­образуется в поступательное движение гайки, например механизм поперечного перемещения суппорта токарного станка. Встречаются конструкции, когда движение передается от гайки к винту, и винтовые передачи, в которых вращение винта преобразуется в поступательное того же винта, при закрепленной неподвижно гайке. Примером такого механизма может служить винтовая передача верхней части стола (рис. 9, а) фрезерного станка. При вращении рукояткой 6 винта 1 в гайке 2, закрепленной винтом 8 в салазках 4 стола 5, винт / начина­ет двигаться поступательно. Вместе с ним движется по направляющим салазок стол 5.

 

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: