Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Глава 4. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДВИЖЕНИЯ
Передача движения от исполнительного электродвигателя к выходному звену электромеханического модуля может быть обеспечена с помощью различных преобразователей движения (передач), структура и конструктивные особенности которых зависят от типа двигателя, вида перемещения рабочего органа и способа их расположения. Преобразователи движения оказывают существенное влияние на качество работы электромеханической системы в целом. При проектировании электромеханических модулей тип преобразователя движения выбирают исходя из сложности его конструкции, к.п.д., люфта в передаче, габаритных размеров, массы, свойств самоторможения, жесткости, удобства компоновки, технологичности, стоимости и др.
Назначение и классификация преобразователей движения Преобразователи движения предназначены для преобразования одного вида движения в другое, согласования скоростей и вращающих моментов двигателя и рабочего органа. Для преобразования движения используют зубчатые, червячные, цепные, ременные и фрикционные передачи, а также передачи винт-гайка (рис. 4.1). В связи с тем, что угловая скорость вращения электродвигателей, как правило, на много выше скоростей рабочих органов электромеханических модулей, то в преобразователях движения применяются понижающие передачи.
Рис. 4.1. Классификация механических передач преобразователей движения Зубчатые передачи Наиболее распространенными преобразователями движения являются зубчатые передачи – механизмы, передающие или преобразующие движение с помощью зацепления с изменением угловых скоростей и моментов. Такие передачи применяют для преобразования вращательного движения между валами с параллельными (рис. 4.2, а-г), пересекающимися (рис. 4.2, е-з) осями, а также для преобразования вращательного движения в поступательное, и наоборот (рис. 4.2, д).
Рис. 4.2. Основные виды зубчатых передач: а – цилиндрическая с прямыми зубьями; б – цилиндрическая с косыми зубьями; в – цилиндрическая с шевронными зубьями; г – цилиндрическая внутреннего зацепления с прямыми зубьями; д - реечная передача; е – коническая с прямыми зубьями; ж – коническая с тангенциальными зубьями; з – коническая с круговыми зубьями;
Кинематическая схема цилиндрической и конической передач приведены на рис. 4.3. Передаточное соотношение может быть найдено из соотношения числа зубьев входной z1 и выходной z2 шестерен . (4.1) Основными характеристиками механических передач являются мощности на валах и в Вт, угловые скорости и в с-1, (или частота вращения и в мин-1), моменты сил и в , передаточное соотношение и к.п.д. . Выражения, описывающие взаимосвязи основных характеристик зубчатых передач имеют вид или и , (4.2) , (4.3) или , (4.4) и , (4.5) или при выделении момента потерь в передаче в виде . (4.6) Также следует отметить, что приведение моментов инерции элемента электромеханического модуля, вращающегося со скоростью или поступательно движущегося со скоростью , к скорости может быть выполнено на основании закона сохранения кинетической энергии или (4.7) в соответствии с выражением или , (4.8) где – масса поступательно движущегося тела; – радиус приведения к валу со скоростью . (4.9) Для реечной передачи, при преобразовании вращательного движения в поступательное, линейная скорость рейки определится как , , (4.10) передаточное соотношение , , (4.11) где – диаметр шестерни в мм. Передаточное соотношение реечной передачи может находиться в диапазоне 10…200 м-1. К.п.д. цилиндрических передач составляет 0, 95…0, 99. На рис. 4.4 приведена схема планетарной передачи. Планетарными называют зубчатые передачи, в которых геометрическая ось хотя бы одной шестерни подвижна. Основными элементами планетарной передачи являются: - солнечная шестерня 1 (находится в центре); - водило 2, жёстко фиксирующее друг относительно друга оси нескольких планетарных шестерён одинакового размера 3 (сателлитов), находящихся в зацеплении с солнечной шестерней; - кольцевая шестерня 4 (эпицикл), имеющая внутреннее зацепление с планетарными шестернями. При использовании планетарной передачи в качестве редуктора один из трёх её основных элементов фиксируется неподвижно, другой элемент используется как ведущий, а третий – в качестве ведомого. В случае, когда водило 2 зафиксировано ( ), а мощность подводится через солнечную шестерню 1, планетарные шестерни 3 будут вращаться на месте со скоростью, определяемой отношением числа их зубьев относительно солнечной шестерни . Вращение планетарных шестерён 3 передается кольцевой шестерне 4. Если кольцевая шестерня имеет зубьев, то она будет вращаться со скоростью . В итоге, если водило заблокировано, то общее передаточное отношение системы будет равно . (4.12) В случае, если закреплена кольцевая шестерня ( ), а мощность подводится к водилу, то передаточное отношение на солнечную шестерню будет больше единицы и составит . (4.13) Наиболее широкое применение планетарные передачи нашли в автомобильных дифференциалах и в суммирующих звеньях кинематических схем металлорежущих станков. В современных устройствах могут использоваться каскады из нескольких планетарных передач для получения большого диапазона передаточных чисел. На этом принципе работают многие автоматические коробки передач автомобилей. Достоинствами планетарных передач по сравнению с обычными цилиндрическими или коническими передачами являются меньшие габариты и масса. Недостатками – повышенная точность изготовления, большее число подшипников качения. Для получения больших передаточных чисел (до 90000) применяют волновые передачи (см. рис. 4.5). Волновая передача состоит из жесткого неподвижного элемента – зубчатого колеса 1 с внутренними зубьями, неподвижного относительно корпуса передачи; гибкого элемента – тонкостенного упругого зубчатого колеса с наружными зубьями 2, соединенного с выходным валом; генератора волн – кулачка 3, эксцентрика или другого механизма, растягивающего гибкий элемент до образования в двух (или более) точках пар зацепления с неподвижным элементом. Число зубьев гибкого колеса несколько меньше числа зубьев неподвижного элемента. Принцип работы волновой зубчатой передачи проиллюстрирован на рис. 4.6. Например, при числе зубьев гибкого колеса 200, а неподвижного элемента – 202 и двухволновой передаче (два выступа на генераторе волн) при вращении генератора по часовой стрелке первый зуб гибкого колеса будет входить в первую впадину жёсткого, второй во вторую и т.д. до двухсотого зуба и двухсотой впадины. На следующем обороте первый зуб гибкого колеса войдёт в двести первую впадину, второй – в двести вторую, а третий – в первую впадину жёсткого колеса. Таким образом, за один полный оборот генератора волн гибкое колесо сместится относительно жёсткого всего на 2 зуба. Передаточное соотношение волновой передачи от вала генератора волн к валу гибкого колеса равно , (4.14) где , – соответственно число зубьев жесткого и гибкого зубчатых колес. Основной недостаток таких редукторов – низкий к.п.д. (не более 70…80%), а также высокие требования к точности изготовления и свойствам применяемых материалов. Червячная передача Червячная передача – это механизм для передачи вращения между перекрещивающимися (как правило, взаимно перпендикулярными) валами. При вращении червяка 1 (рис. 4.7) его витки плавно входят в зацепление с зубьями колеса 2 и приводят последнее во вращение. Ведущее звено червячной передачи – червяк, а ведомое – червячное колесо. Отличительной особенностью червячной передачи является наличие эффекта самостопорения, т.е. невозможности обратной передачи мощности от колеса к червяку. Передаточное число червячной передачи зависит от числа заходов червяка :
и числа зубьев колеса . (4.15) Основным недостатком червячных передач является низкий к.п.д. – 70…80%. По этой причине их применяют для передачи небольших и средних мощностей, как правило, до 50 кВт, реже – до 200 кВт.
Передачи с гибкой связью Передачи с гибкой связью предназначены для передачи вращательного движения и преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот. К передачам с гибкой связью относят ременную, цепную и тросовую.
Ременные передачи Механизм для передачи вращения при помощи гибкого элемента (ремня) за счёт сил трения (для зубчатых ремней – сил зацепления) называется ременной передачей. Ременная передача (см. рис. 4.8) состоит из ведущего 1 и ведомого 2 шкивов и надетого на них ремня 3. В состав механизма могут также входить натяжное устройство 4 и ограждение (на рис. 4.8 не показано). Передаточное отношение определяется отношением диаметров ведомого и ведущего шкивов и, как правило, с учетом упругого скольжения ремня по шкивам , (4.16) которое обычно принимают на уровне . К.п.д. ременной передачи составляет 90…95% Основными достоинствами являются: возможность работы с высокими скоростями, плавность и малошумность работы, простота конструкции и низкая стоимость. Недостатками ременной передачи являются: значительные силы, действующие на валы и опоры, непостоянство передаточного отношения, малый срок службы ремней.
Цепная передача Цепная передача (рис. 4.9) – это механизм для передачи вращения между параллельными валами при помощи жестко закрепленных на валах зубчатых колес-звездочек, через которые перекинута замкнутая приводная цепь. Передаточное отношение цепной передачи определяется отношением числа зубъев ведомой и ведущей звездочек . (4.17) Средняя скорость цепи определяется по зависимости , , (4.18) где р – шаг цепи, мм. Цепные передачи универсальны, просты и экономичны. По сравнению с зубчатыми передачами они менее чувствительны к неточностям расположения валов, ударным нагрузкам, допускают практически неограниченные межцентровые расстояния, обеспечивают более простую компоновку. В сравнении с ремёнными передачами они характеризуются следующими достоинствами: отсутствие предварительного натяжения и связанных с ним дополнительных нагрузок на валы и подшипники; передача большой мощности, как при высоких, так и при низких скоростях; сохранение удовлетворительной работоспособности при высоких и низких температурах; приспособление к любым изменениям конструкции удалением или добавлением звеньев. К недостаткам цепных передач следует отнести: неравномерность хода, возрастающая по мере уменьшения числа зубьев звёздочек и увеличения шага звеньев; повышенный шум и износ цепи при неправильном выборе конструкции, небрежном монтаже и плохом уходе; необходимость в смазке и устранении провисания холостой ветви по мере износа цепи. Тросовая передача В тросовой передаче преобразование вращательного движения в поступательное и наоборот между звеньями (ведущим 1 и ведомым 2) осуществляют при помощи троса 3 (рис. 4.10). Тросы изготавливают из стальной проволоки (обычно оцинкованной). При работе тросовой передачи отдельные проволоки троса подвергаются растяжению, изгибу, кручению и смятию. Из условия ограничения напряжения изгиба в тросе минимальный диаметр шкивов находят по условию , (4.19) где – диаметр троса, мм; – коэффициент, зависящий от режима работы передачи (при спокойной нагрузке , при умеренной динамической нагрузке , при резко динамической нагрузке ). Передаточное соотношение тросовой передачи составляет , , (4.20) где – угловая скорость вращения ведущего шкива, с-1; – линейная скорость поступательно перемещающегося звена, м/с.
Передача винт-гайка Передачи винт-гайка предназначены для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот. В таких передачах используются пары винт-гайка скольжения (рис. 4.11, а) и винт-гайка качения (рис. 4.11, б). Основными элементами передачи являются: винт 1 и гайка 2. В паре скольжения для повышения к.п.д. уменьшением потерь на трение между этими элементами помещаются стальные шарики 3. При вращении винта (гайки) шарики благодаря трению перекатываются по винтовым поверхностям винта и гайки и передают вращение от винта к гайке, или от гайки к винту. Скорость перемещения шариков отличается от скорости винта и гайки, поэтому с целью обеспечения непрерывной циркуляции шариков концы рабочей части резьбы соединяют возвратным каналом. Передаточное соотношение передачи винт-гайка определится как, м-1: , , (4.21) откуда линейную скорость винта (гайки) можно рассчитать по зависимости , (4.22) где р – шаг резьбы, мм; к – число заходов резьбы. В промышленно изготавливаемых передачах винт-гайка передаточное число составляет 300…2000. К.п.д. передачи винт-гайка качения составляет 0, 85…0, 95, а винт-гайка скольжения – 0, 25…0, 6. Достоинством передачи является высокая точность перемещений, малая металлоемкость. Недостатком – низкий к.п.д. в передачах скольжения и сложность изготовления передач качения.
Контрольные вопросы 1. Сформулируйте определение для преобразователей движения. Какие механические передачи преобразователей движения Вы знаете? Назовите основные характеристики механических передач. 2. Вспомните основные достоинства и недостатки всех известных Вам механических передач. 3. Перечислите основные виды зубчатых передач. Поясните принцип действия планетарной передачи. 4. В чем заключается эффект самостопорения червячной передачи? Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-05-29; Просмотров: 3196; Нарушение авторского права страницы