Трансмиссии строительных машин

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 6Следующая ⇒

Трансмиссии – это устройства, обеспечивающие передачу движения от силовой установки к исполнительным механизмам и рабочим органам машины. Они позволяют изменять по величине и направлению скорости, крутящие моменты и усилия. Трансмиссии также содержат элементы, предохраняющие двигатель и отдельные узлы от перегрузок. По способу передачи энергии трансмиссии подразделяют на механические, электрические, гидравлические, пневматические и комбинированные. Наиболее распространены механические, гидравлические и комбинированные трансмиссии.

Одним из основных показателей эффективности работы трансмиссии является их КПД

η = Nи.м./Nс.у.,

где Nи.м., Nс.у. – мощность исполнительного механизма и силовой установки, кВт.

Передаточное отношение

i = ω с.у./ω и..м.,

где ω с.у., ω и..м. – угловые скорости вращения силовой установки и исполнительного механизма рабочего органа, рад/с.

К важным показателям трансмиссии относится степень их прозрачности, под которой понимается способность трансмиссии передавать колебания внешней нагрузки силовой установке.

Механические трансмиссии включают в себя механические передачи, муфты, тормоза и другие элементы, обеспечивающие передачу движения. Механические передачи по принципу работы делятся на передачи трением с непосредственным контактом тел качения (фрикционные) и с гибкой связью (ременные); передачи зацеплением с непосредственным контактом (зубчатые и червячные) и с гибкой связью (цепные) (см. рис. 2…11).

К положительным свойствам механических трансмиссий в целом можно отнести сравнительную простоту конструкций, небольшую массу и стоимость, малую чувствительность к внешним температурам, возможность обеспечения достаточной надежности в работе для большинства элементов. Их недостаткам являются значительные потери энергии в фрикционных муфтах и тормозах, достаточно быстрый износ, ступенчатое изменение скоростей и усилий, сложность компоновки передач при большом числе скоростей и трудности автоматизации управления рабочим процессом.

Устранению многих из указанных недостатков способствовало совершенствование конструкций и широкое внедрение в строительных машинах гидромеханических трансмиссий, являющихся соединением механических и гидравлических трансмиссий.

В фрикционных передачах движение осуществляется с помощью сил трения, возникающих в месте контакта цилиндрических, конических и клиновых катков (рис. 2.), при их взаимном прижатии друг к другу с усилием Q. Величина силы трения между катками

F = Q · f,

где f – коэффициент трения.

Передаточное число фрикционной передачи без учета проскальзывания катков

u ≈ D₁/D_2,

где D₁ и D₂– диаметры катков (м), вращающихся с частотой соответственно n₁и n_2,с^-1.

Фрикционные передачи просты по конструкции, обеспечивают плавность и бесшумность работы, безударное включение на ходу, бесступенчатое регулирование передаточного числа и реверсивность движения. Основные их недостатки – проскальзывание катков и ограниченный диапазон передаваемых мощностей (до 20 кВт).

Рис. 2. Фрикционные передачи

Ременные передачи состоят из ведущего и ведомого шкивов (рис. 3, а) диаметрами D₁и D₂, расположенных на расстоянии a друг от друга и охватываемых между собой одним или несколькими бесконечными ремнями. Угол обхвата ремнем ведущего шкива – α. Усилие от ведущего шкива к ведомому передается за счет сил трения, возникающих между шкивами и ремнем вследствие натяжения последнего (F₁и F₂– натяжения в сбегающей и набегающей ветвях ремня). В соответствии с формой поперечного сечения ремня различают плоскоременные (рис. 3, б) , клиноременные (рис. 3, в) , поликлиновые (рис. 3, г) и круглоременные передачи (рис. 3, д). К ременным передачам условно относят передачи с зубчатыми ремнями (рис. 3, е), работающие по принципу зацепления. Плоский ремень таких передач имеет на внутренней поверхности зубья трапецеидальной формы, входящие в зацепление с впадинами на шкиве.

Наибольшее распространение в строительных машинах получили клиноременные передачи, обеспечивающие передачу больших мощностей при сравнительно малых межосевых расстояниях и больших передаточных числах.

Достоинства ременных передач – простота конструкции и эксплуатации, небольшая стоимость, плавность и бесшумность работы, предохранение механизмов от перегрузок за счет проскальзывания ремня. Основной недостаток – непостоянство передаточного числа.

Рис. 3. Ременные передачи

Зубчатые передачи в общем случае состоят из двух зубчатых колес, находящихся в зацеплении. Ведущее, обычно меньшее колесо, называется шестерней, а ведомое большое – колесом. По взаимному расположению колес зубчатые передачи подразделяются на передачи с внешним (рис. 4, а, в-з)и внутренним (рис. 4, б)зацеплением.

По расположению геометрических осей валов, на которых установлены зубчатые колеса, различают передачи: с параллельными осями – цилиндрические зубчатые колеса внешнего или внутреннего зацепления (рис. 4, а-г), с пересекающимися осями – конические зубчатые колеса (рис. 4, д, е), с перекрещивающимися осями – цилиндрические винтовые (рис. 4, з), конические гипоидные (рис. 4, ж) и червячные.

По расположению зубьев на колесах передачи бывают прямозубые (рис. 4, а, б, д), косозубые (рис. 4, в, е), с круговыми зубьями (рис. 4, ж) и шевронные (рис. 4, г).

В строительных машинах наиболее широко применяют цилиндрические зубчатые передачи. По сравнению с ременными, зубчатые передачи способны передавать бó льшие мощности. Они обеспечивают точность, постоянство и большие величины передаточного числа, имеют малые габариты, обладают более высоким КПД, долговечностью, надежностью и простотой эксплуатации.

В механических трансмиссиях строительных машин широко используют редукторы – механизмы, предназначенные для уменьшения частоты вращения выходного вала по сравнению с входным, и увеличения крутящего момента. Они состоят из одной или нескольких механических передач, помещенных в общем закрытом корпусе. Общее передаточное число редукторов

u_общ.= n_б/n_т,

где n_б и n_т– соответственно частоты вращения быстроходного Б (входного) и тихоходного Т (выходного) валов, с^-1.

По числу передач, входящих в редуктор, различают одно-, двух- и многоступенчатые редукторы. Одноступенчатые цилиндрические редукторы (рис. 5, а) позволяют получить передаточные числа u ≤ 10, двухступенчатые (рис. 5, б-г) – u ≤ 60, трехступенчатые (рис. 5, д) – u > 60, одноступенчатые конические редукторы (рис. 5, е) – u ≤ 6, 3, одноступенчатые червячные (рис. 5, ж) – u > 30. Для получения больших передаточных чисел и передачи движения между пересекающимися П, быстроходными Б и тихоходными Т валами применяют комбинированные редукторы, включающие различные виды передач: коническо-цилиндрические (рис. 5, з), червячно-зубчатые (рис. 5, u), планетарные и другие.

Широко используют в механических трансмиссиях зубчатые редукторы с переменным передаточным числом (коробки перемены передач), позволяющие ступенчато изменять скорость и крутящий момент выходного вала, а также направление его вращения.

Рис. 4. Зубчатые передачи

Рис. 5. Кинематические схемы редукторов

Цепные передачи (рис. 6, а) состоят из ведущей 1 и ведомой 3 звездочек и охватывающей их цепи 2. По конструкции приводные цепи делятся на роликовые, втулочные и зубчатые. Роликовая цепь состоит из внутренних пластин 8 (рис. 6, б), напрессованных на втулки 7, свободно вращающиеся на валиках 4, на которых напрессованы наружные пластины 6. Относительно валиков свободно поворачивается ролик 5, через который происходит зацепление цепи с зубом звездочки. Втулочная цепь не имеет роликов. Роликовые и втулочные цепи применяют при скоростях до 20 м/с. Зубчатая цепь (рис. 6, в) состоит из набора шарнирно соединенных между собой пластин двух видов с двумя зубообразными выступами 9, торцевые поверхности которых зацепляются с зубьями звездочки, и направляющих 10 без зубьев. Зубчатые цепи отличаются плавностью работы и применяются при скоростях более 20 м/с. Многорядные цепи (рис. 6, г) позволяют передавать большие нагрузки. Каждая цепь характеризуется шагом р (мм), шириной В (мм). Оптимальное межцентровое расстояние цепной передачи а = (30..50)р. Передаточное число цепных передач

и = z₂/z_1,

где z_1, z₂– число зубьев ведущей и ведомой звездочек, имеющих частоту вращения соответственно n₁ и n_2,и мощность N₁и N_2.

По сравнению с ременными, цепные передачи способны передавать значительно большие нагрузки, обеспечивать постоянное передаточное число, надежно работать при малых межосевых расстояниях, уменьшать нагрузки на валы и опоры. К их недостаткам относятся высокая стоимость, шум при работе, небольшая долговечность.

Вращающиеся детали машин устанавливаются на осях и валах, представляющих собой стержни различных сечений.

Рис. 6. Цепные передачи

Рис. 7. Оси и валы

Оси (рис. 7, а)предназначены для поддержания деталей и узлов, вращающихся вместе с ними, или относительно них (ось барабана, ходового колеса).

Валы служат для передачи крутящего момента и вращаются вместе с закрепленными на них деталями (зубчатые колеса, шкивы, маховики и т.п.). Различают валы прямые (рис. 7, б), коленчатые (рис. 7, в) и гибкие (рис. 7, г). Наиболее распространены прямые валы. Коленчатые валы служат в основном для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, или наоборот (двигатели и насосы). Гибкие валы применяют для передачи вращения между узлами машин, меняющими свое относительное положение в процессе работы (вал вибратора). Такие валы изготавливают из нескольких слоев стальной проволоки разного диаметра, плотно намотанных на сердечник. Для предохранения вала от повреждений и удержания на нем смазки его закрывают специальным кожухом.

Оси и валы выполняют в основном круглыми, сплошного или кольцевого поперечного сечения. Прямые валы и оси бывают постоянного диаметра по всей длине, или ступенчатыми, с различными диаметрами на отдельных участках. Ступенчатые валы и оси удобны для установки на них различных деталей, каждая из которых должна свободно перемещаться на своем месте. Для соединения с деталями на осях и валах нарезают шпоночные канавки, шлицы, резьбу, а иногда выполняют и профильные сечения.

Устройства, соединяющие валы и оси, называются муфтами. Они различаются между собой по конструкции, назначению, принципу действия и управления. Рассмотрим конструкции муфт для соединения валов. По назначению такие муфты служат для:

- соединения двух валов, расположенных на одной геометрической оси или под углом друг к другу;

- соединения вала с зубчатым колесом, шкивом ременной передачи и другими деталями;

- компенсации несоосности валов, что вызвано неточностью изготовления или монтажа;

- включения и выключения одного из валов при постоянном вращении другого;

- предохранения отдельных узлов машины от перегрузок;

- уменьшения динамических нагрузок;

- обеспечения возможности одному из валов перемещаться вдоль оси и т.д.

По принципу действия муфты делят на:

- механические (основные муфты в строительных машинах);

- электрические;

- гидравлические.

По виду управления механические муфты подразделяют на:

- неуправляемые (постоянно действующие);

- управляемые (сцепные);

- автоматические;

- специальные.

Наиболее распространенные неуправляемые муфты делят на жесткие, компенсирующие самоустанавливающиеся и упругие.

Жесткие муфты предназначены для жесткого соединения соосных валов и выполняются неразъемными (втулочными) и разъемными (фланцевые с плоскостью разъема, расположенной параллельно или перпендикулярно оси вала). Втулочная муфта состоит из втулки, закрепляемой на конце вала с помощью штифтов (рис. 8, а), шпонок (рис. 8, б) и шлиц. Она проста в изготовлении, но требует точного совмещения осей валов и осевого перемещения одного или обоих валов при сборке или разборке. Фланцевые муфты (рис. 8, в) состоят из двух полумуфт, соединенных болтами. В муфтах, где болты ставятся с зазором (вариант I), крутящий момент передается под воздействием момента трения, создаваемого затяжкой болтов, работающих на растяжение. Муфты, в которых болты ставятся без зазора и работают на срез (вариант II), способны передавать бó льшие моменты и применяются для соединения валов диаметром до 200 мм.

Рис. 8. Жесткие и компенсирующие муфты

Компенсирующие самоустанавливающиеся муфты применяют для соединения валов, имеющих некоторые неточности взаимного расположения геометрических осей, вызванные погрешностями изготовления, монтажа, а также упругими деформациями валов. К ним относятся зубчатые муфты (рис. 8, г), состоящие из двух полумуфт с наружными зубьями и наружной обоймы с внутренними зубьями. Полумуфты устанавливают на концах валов, а их зубья сцепляют с зубьями обоймы. Зубчатые муфты за счет смещения сопряженных зубьев компенсируют осевые, радиальные и угловые смещения валов. Эти же функции выполняют и цепные муфты (рис. 8, ж), состоящие из двух полумуфт в виде одинаковых цепных звездочек, которые одновременно охватывает однорядная, двухрядная роликовая или зубчатая цепь. Широкое применение имеют кулачково-дисковые крестовые муфты, состоящие из двух полумуфт с прямоугольными пазами и среднего (плавающего) диска с крестообразно расположенными выступами (рис. 8, д), а также муфты со скользящим вкладышем (рис. 8, е). К недостаткам крестовых муфт относятся ограниченная скорость вращения и быстрый износ пазов полумуфт. Для соединения валов, наклоненных друг к другу под углом 45^о, служат шарнирные муфты. Они разделяются на одинарные, состоящие из двух полумуфт – вилок, соединенных с помощью двух взаимно перпендикулярных шарниров (рис. 8, з), и сдвоенные, позволяющие передавать вращение между параллельными и наклонными валами (рис. 8, и). При необходимости осевого смещения валов во время работы их соединяют шарнирной сдвоенной муфтой с телескопическим промежуточным валом.

Упругие муфты предназначены для уменьшения динамических нагрузок, передаваемых через соединяемые ими валы, а также для компенсации неточности расположения соединяемых валов. Различают муфты с неметаллическими (резина) и металлическими (стальные витые и пластинчатые пружины, пакеты пластин и пружин) упругими элементами. К первым относятся втулочно-пальцевая муфта (подобна по конструкции жесткой фланцевой муфте с установкой на болтах одной из полумуфт резиновых втулок) (рис. 9, а), муфта с резиновой звездочкой (рис. 9, б), муфта с упругой торообразной оболочкой (рис. 2.9, в) и ряд других. Муфты с металлическими упругими элементами применяют для передачи больших крутящих моментов. Они имеют незначительные габариты, долговечны, но сложны и дороги в изготовлении.

Рис. 9. Упругие муфты

Управляемые или сцепные муфты служат для соединения и разъединения валов в процессе работы машины с помощью механического, электрического, пневматического или гидравлического механизма управления. Различают муфты, в которых для передачи движения используется зацепление (кулачковые и зубчатые) и трение (фрикционные). Кулачковые и зубчатые муфты применяют для сцепления валов с практически равными угловыми скоростями. Кулачковая муфта (рис. 10, а), состоит из двух полумуфт – неподвижной, жестко закрепляемой на одном валу, и подвижной, имеющей возможность перемещаться по направляющим шпонкам или шлицам вдоль оси другого вала при включении или выключении. На торцовых поверхностях полумуфт расположены кулачки треугольного, трапецеидального или прямоугольного профиля, входящие в зацепление в рабочем положении. При несимметричном профиле кулачков муфта является нереверсивной. Зубчатая сцепная муфта подобна по конструкции зубчатой компенсирующей муфте, но у нее наружная обойма выполняется подвижной.

Фрикционные муфты служат для осуществления плавного соединения и разъединения нагруженных валов, которые могут вращаться с различными угловыми скоростями. В зависимости от формы рабочих поверхностей эти муфты разделяют на дисковые (одно- и многодисковые) (рис. 10, б), конусные (с одинарным или двойным конусом (рис. 10, в) и цилиндрические (колодочные, ленточные, пневмокамерные) (рис. 10, г). Соединение валов обеспечивается силой трения между рабочими поверхностями неподвижных 1 и подвижных 2 полумуфт. При перегрузках между полумуфтами возможна пробуксовка, что позволяет использовать их как предохранительное устройство. Сцепляющиеся поверхности муфт изготавливают из закаленной стали, чугуна, текстолита и металлокерамики. К фрикционным также относят электромагнитные дисковые и порошковые муфты с пневматическим и гидравлическим управлением.

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 Следующая ⇒