Главная

Раздел 6. Введение в передачи

 

Содержание

Классификация механических передач

Зубчатые передачи

Червячные передачи

Цепные передачи

Ременные передачи

Фрикционные передачи

Основные кинематические и силовые отношения в передачах

Основные характеристики передач

Передачи с постоянным передаточным числом

Передачи с переменным передаточным числом

Механизмы преобразования одного вида движения в другой (общие сведения)

Рычажные механизмы

Кулачковые механизмы

Храповые механизмы

Мальтийский механизм (крест)

Вопросы для самопроверки

Контрольные вопросы

 

Механическая энергия, используемая для приведения в движение машины-орудия, представляет собой энергию вращательного движения вала двигателя. Вращательное движение получило наибольшее распространение в механизмах и машинах, так как обладает следующими достоинствами: обеспечивает непрерывное и равномерное движение при небольших потерях на трение; позволяет иметь простую и компактную конструкцию передаточного механизма.

Все современные двигатели для уменьшения габаритов и стоимости выполняют быстроходными с весьма узким диапазоном изменения угловых скоростей. Непосредственно быстроходный вал двигателя соединяют с валом машины редко (вентиляторы и т. п.). В абсолютном большинстве случаев режим работы машины-орудия не совпадает с режимом работы двигателя, поэтому передача механической энергии от двигателя к рабочему органу машины осуществляется с помощью различных передач.

Механическими передачами, или просто передачами, называют механизмы для передачи энергии от машины-двигателя к машине-орудию, как правило, с преобразованием скоростей, моментов, а иногда — с преобразованием видов (например, вращательное в поступательное) и законов движения.

В современном машиностроении применяют механические, пневматические, гидравлические и электрические передачи. В курсе «Детали машин» рассматривают только наиболее распространенные механические передачи.

Передача (в механике) соединяет вал источника энергии - двигателя и валы потребителей энергии - рабочих органов машины, таких, например, как ведущие колёса гусеничного движителя или автомобиля.

Механические передачи известны со времен зарождения техники, прошли вместе с ней длительный путь развития и совершенствования и имеют сейчас очень широкое распространение. Грамотная эксплуатация механических передач требует знания основ и особенностей их проектирования и методов расчетов.

При проектировании к механическим передачам предъявляются следующие требования:

- высокие нагрузочные способности при ограниченных габаритных размерах, весе, стоимости;

- постоянство передаточного отношения или закона его изменения;

- обеспечение определенного взаимного расположения осей ведущего и ведомого валов, в частности, межосевого расстояния aw;

- малые потери при передаче мощности (высокий кпд) и, как следствие, ограниченный нагрев и износ;

- плавная и бесшумная работа;

- прочность, долговечность, надёжность.

Передачи имеют широкое распространение в машиностроении по следующим причинам:

1)  энергию целесообразно передавать при больших частотах вращения;

2) требуемые скорости движения рабочих органов машин, как правило, не совпадают с оптимальными скоростями двигателя; обычно ниже, а создание тихоходных двигателей вызывает увеличение габаритов и стоимости;

3) скорость исполнительного органа в процессе работы машины-орудия необходимо  изменять  (например,  у  автомобиля,   грузоподъемного крана, токарного станка), а скорость машины-двигателя чаще посто­янна (например, у электродвигателей);

4) нередко от одного двигателя необходимо приводить в движение не­сколько механизмов с различными скоростями;

5) в отдельные периоды работы исполнительному органу машины тре­буется передать вращающие моменты, превышающие моменты на валу машины-двигателя, а это возможно выполнить за счет уменьше­ния угловой скорости вала машины-орудия;

6) двигатели обычно выполняют для равномерного вращательного движения, а в машинах часто оказывается необходимым поступательное движение с определенным законом; 

7) двигатели не всегда могут быть непосредственно соединены с исполнительными механизмами из-за габаритов машины, условий техники безопасности и удобства обслуживания;

8) распределять работу двигателя между несколькими исполнительными органами машины.

Как правило, угловые скорости валов большинства используемых в настоящее время в технике двигателей (поршневых двигателей внутреннего сгорания, газотурбинных, электрических, гидравлических и пневматических двигателей) значительно превышают угловые скорости валов исполнительных или рабочих органов машин, порой на 2-3 порядка. Поэтому доставка (передача) энергии двигателя с помощью передачи любого типа, в том числе и механической, происходит, как правило, совместно с одновременным преобразованием моментов и угловых скоростей (в сторону повышения первых и понижения последних).

При этом необходимо отметить, что конструктивное обеспечение функции транспортного характера – чисто передачи энергии иной раз вступает в логическое противоречие с направлением задачи конечного преобразования силовых и скоростных параметров этой энергии. Например, в трансмиссиях многих транспортных машин (особенно высокой проходимости) входной редуктор сначала повышает частоту вращения, понижение ее до требуемых пределов производят бортовые или колесные редукторы.

Этот прием позволяет снизить габаритно-весовые показатели промежуточных элементов трансмиссии (коробок перемены передач, карданных валов) – размеры валов и шестерен пропорциональны величине передаваемого крутящего момента в степени 1/3. 

Аналогичный принцип используется при передаче электроэнергии – повышение напряжения перед ЛЭП позволяет значительно снизить тепловые потери, определяемые в основном силой тока в проводах, а заодно уменьшить сечение этих проводов.

Иногда передача механической энергии двигателя сопровождается также преобразованием вида движения (например, поступательного движения во вращательное или наоборот) или законов движения (например, равномерного движения в неравномерное).

Широко известными образцами таких передач являются кривошипно-шатунный механизм и кулачковый привод механизма газораспределения.

 

Классификация механических передач

Механические передачи, применяемые в машиностроении, класси­фицируют (рис.1 и 2):

по энергетической характеристике механические передачи делятся на:

- кинематические (передаваемая мощность Р<0,1 кВт),

- силовые (передаваемая мощность Р0,1 кВт).

по принципу передачи движения:

- передачи   трением   (примеры: фрикционная —  рис.1, а  и ременная — рис.2, а) - действующие  за счет сил трения, создаваемых между элементами передач;

Фрикционные передачи подразделяют на:

- фрикционные передачи с жесткими звеньями (с различного рода катками, дисками);

- фрикционные передачи с гибким звеном (ременные, канатные).

- зацеплением (примеры: зубчатые — рис.1, б, червячные — рис.1, в; цеп­ные — рис.2, б; передачи винт-гайка — рис.1, г, д) - работающие в результате возникновения давления  между зубьями, кулачками или  другими  специальными выступами на деталях.

Передачи зацеплением делятся на:

- передачи зацеплением с непосредственным контактом жестких звеньев (цилиндрические, конические, червячные);

- волновые передачи зацеплением;

- передачи зацеплением с гибким звеном (зубчато-ременные, цепные).

Как фрикционные, так и зубчатые передачи могут быть выполнены с непосредственным контактом ведущего и  ведомого звеньев или посредством гибкой связи – ремня, цепи.

 

 


Рис.1. Механические передачи с непосредственным контактом тел вращения:

а — фрикционная передача; б — зубчатая передача; в — червячная передача;

г, д — передачи винт-гайка


 б)

Рис.2. Передачи с гибкой связью: а — ременная; б — цепная

по способу соединения деталей:

- передачи с непосредственным контактом тел вращения (фрикционные, зубчатые, червячные, передачи винт-гайка — см. рис.1);

- передачи с гибкой связью (ременная, цепная — см. рис.2).

по характеру изменения скорости

– понижающие (редукторы);

– повышающие (мультипликаторы).

по взаимному расположению валов в пространстве

– с параллельными валами;

– с пересекающими валами;

– с перекрещивающимися валами

по характеру движения валов

– простые;

– планетарные.

по числу отдельных передач

– одноступенчатые;

  многоступенчатые.

по конструктивному оформлению

– открытые (не имеют общего корпуса);

– полузакрытые, смонтированные в легкий защитный    кожух, который не выполняет силовых функций;

– закрытые, заключенные в общий прочный и жесткий корпус, объединяющий все подшипниковые узлы  и выполняющий силовые функции.

Кинематические схемы механических передач приведены на рис.3 и рис.4.

Краткая характеристика этих передач (рис.3): передачи зубчатые ци­линдрические между параллельными валами (а — с прямыми и косыми зубьями; б — с шевронными зубьями; в — внутреннего зацепления; г — ре­ечные); передачи зубчатые конические между пересекающимися валами — с прямыми, косыми и круговыми зубьями; е — коническая — гипоид­ная); передачи зубчатые (цилиндрические) между скрещивающимися вала­ми — винтовая).

В транспортном машиностроении, в многоцелевых гусеничных и колесных машинах зубчатые и червячные передачи в силу своих многих достоинств получили большое распространение. Это - трансмиссии основных танков российского производства, приводы поворота башен, трансмиссии БТР и автомобилей.

На рис.4, а показано схематичное изображение червячной передачи; 4, б — цепной передачи; 4, в — передачи винт-гайка; 4, г — ременной передачи.

Передачи гибкими связями широко применяются в общем машиностроении, наиболее типичными их представителями являются клиноременные передачи, обладающие многими достоинствами. В качестве наиболее широко распространенного примера таких передач можно привести приводы вентиляторов, генераторов, водяных насосов и компрессоров двигателей внутреннего сгорания.

Рис.3. Кинематические схемы механических передач: а — цилиндрические зубчатые пере­дачи с внешним зацеплением; б — цилиндрические передачи с внутренним зацеплением; впередача шестерня—рейка; г — конические зубчатые передачи с пересекающимися ося­ми валов; д — гипоидная передача; е — передачи зубчатые цилиндрические со скрещиваю­щимися валами

Рис.4. Кинематические схемы механических передач: а — червячная передача; б — цепная передача;

впередача винт-гайка; г — ременная передача

 

Зубчатые передачи

Зубчатые передачи получили наибольшее распространение в машиностроении благодаря следующим достоинствам:

а) практически неограниченной передаваемой мощности,

б) малым габаритам и весу,

в) стабильному передаточному отношению,

г) высокому КПД, который составляет в среднем 0,97 - 0,98.

Недостатком зубчатых передач является шум в работе на высоких скоростях, который однако может быть снижен при применении зубьев соответствующей геометрической формы и улучшении качества обработки профилей зубьев.

При высоких угловых скоростях вращения рекомендуется применять косозубые шестерни, в которых зубья входят о зацепление плавно,  что и обеспечивает относительно бесшумную ра­боту. Недостатком косозубых шестерен является наличие осевых усилий,  которые дополнительно нагружают подшипники. Этот недостаток можно устранить, применив сдвоенные шестерни с равнонаправленными спиралями зубьев или шевронные шестерни. По­следние, ввиду высокой стоимости и трудности изготовления применяются сравнительно редко - обычно лишь для уникальных передач большой мощности. При малых угловых скоростях враще­ния применяются конические прямозубые шестерни, а при больших - шестерни с круговым зубом,  которые в настоящее время заменили конические косозубые шестерни, применяемые ранее. Конические гипоидные шестерни тоже имеют круговой зуб, однако оси колес в них смещены,  что создает особенно плавную и бес­шумную работу. Передаточное отнесение в зубчатых парах колеблется в широких пределах, однако обычно оно равно 3 - 5.

 

Червячные передачи

Это передачи со скрещивающимися осями. Отличаются полно­стью бесшумной работой и большим передаточным отношением в одной паре, которое в среднем составляет 16 - 25. Серьезным недостатком червячных передач, ограничивающим их приме­нение при значительных мощностях, является низкий КПД,  обусловленный большими потерями на трение в зацеплении.  Как следствие низкого КПД - при работе передачи под нагрузкой, выделяется большое количество тепла, которое надо отводить во избежание перегрева. Средние значения КПД первичной передачи составляют 0,7 -0,8.

 

Цепные передачи

Применяются при передаче вращения между, параллельными удаленными друг от друга валами. В настоящее время получили распространение два типа приводных цепей:

а) цепи втулочно-роликовые (типа Галя),

б) цепи зубчатые из штампованных звеньев (типа Рейнольдса).

Зубчатые цепи, благодаря относительно меньшему шагу, работают более плавно и бесшумно.

Недостатком цепных передач является сравнительно быстрый износ шарниров, способствующий вытяжке цепи и нарушению ее зацепления со звездочкой, а также шумная работа на высо­ких скоростях вследствие особенностей кинематики цепной передачи.

 

Ременные передачи

Применяются также для передачи вращения между параллельными удаленными валами. Область распространения этих пе­редач в настоящее время значительно сократилась, однако они еще находят широкое применение в качестве первичного приво­да от двигателя, а также привода к механизмам, обладающим большим моментом вращающихся масс. При трогании с места и в случае внезапных перегрузок ремни пробуксовывают, спасая механизмы от поломок.

Преимущественное распространение перед плоскими получили плановые ремни, обладающие большей тяговой способностью.

 

Фрикционные передачи

Фрикционные передачи по форме фрикционных катков могут быть: цилиндрическими, коническими, лобовыми - с внешним и внутренним контактом. Главное достоинство фрикционных передач заключается в возможности создания на их базе фрикционных вариаторов (бесступенчатых коробок передач), а также в бесшумной их работе при высоких скоростях.

 

Основные кинематические и силовые отношения в передачах

При равномерном вращательном движении тела его любая точка имеет постоянную угловую скорость:

где φ – угол поворота;  t – время поворота.

Скорость вращения характеризуется также частотой вращения «n» (об/мин).

Линейная скорость (V) точки определяется зависимостью:

где D и R – диаметр и радиус точки, где определяют скорость.

Линейную скорость (V) называют окружной скоростью.

Сила (P), действующая на тело и вызывающая его вращение или сопро­тивление вращению, называется окружной силой.

Окружная сила направлена по касательной к траектории точки ее приложения. Связь между силой (P), окружной скоростью “V” и мощностью (N) выражается формулами:

здесь: Pокружная сила, Н

Vокружной скоростью, м/с.

Окружная сила (P) связана с передаваемым моментом (T) следующим образом:

Принято обозначать: для ведущего элемента использовать индекс – 1: ω1, n1, N1, T1,  D1; для ведомого – индекс – 2: ω2, n2, N2, T2, D2.

Передаваемый момент (M) связан с мощностью (N), угловой скоростью ω и частотой вращения n следующим зависимостями:

здесь: NВт; n1об/мин.

 

Основные характеристики передач

К ним относятся мощность на ведущем Р1 и ведомом Р2 валах (рис.2) в кВт и угловая скорость ведущего ω1 и ведомого ω2 валов в рад/с. Эти две характеристики минимально необходимы и достаточны для проведения проектного расчета любой передачи.

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

Рис. 5. Трехступенчатая передача

 

Рис. 6. 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. 5) обо­значения частот вращения следующие: п1 — веду­щего вала I; п3ведущей шестерни вала II; п5 — ведущей шестерни вала III; п2промежуточного ведомого вала II; п4 — ведомого колеса вала III; п6ведомого колеса вала IV.

Все механические передачи характеризуются передаточным числом или отношением. Рассмотрим работу двух элементов передачи (рис.6), один из которых будет ведущим, а второй — ведомым.

Введем следующие обозначения: ω1 и п1угло­вая скорость и частота вращения ведущего вала, выраженные соответственно рад/с и об/мин; ω2 и п2угловая скорость и частота вращения ведомого вала; D1 и D2 - диаметры вращающихся деталей (шкивов, катков и т. п.); ν1 и ν2 — окружные скоро­сти, м/с.

Передаточное число – отношение угловой скорости ве­дущего вала к угловой скорости ведомого вала конкретной передачи. Передаточное число не может быть меньше единицы.

Учитывая

получим:                                      

Принимая в точке контакта

можно записать:

Диаметр начальных окружностей зубчатых колес зубчатой передачи определяется по формулам:

Передаточное число:

Таким образом, для любой передачи:

Отношение угловых скоростей ведущего ω1 и ведомого ω2 звеньев называют также передаточным отношением и обозначают і.

В передаче, понижающей частоту вращения n (угловую скорость ω), u>1; при и<1 частота вращения (угловая скорость) повышается. Понижение частоты вращения называют редуцированием, а закрытые передачи, понижающие частоты вращения,– редукторами. Устройства, повышающие частоты вращения, называют ускорителями или мультипликаторами. Передачи выполняют с постоянным, переменным или регулируемым передаточным отношением.

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.

Передаточное число привода реализуют применением в силовой цепи многоступенчатых однотипных передач, а также передач разных видов (рис.7). Нагруженность деталей зависит от места установки передачи в силовой цепи и распределения общего передаточного числа между отдельными передачами. По мере удаления по силовом потоку от двигателя в понижающих передачах нагруженность деталей растет. Следовательно, в области малых частот вращения n (и соответственно больших вращающих моментов Т) целесообразно применять передачи с высокой нагрузочной способностью (например, зубчатые, цепные).

               

image094

Рис. 7. Схема привода ленточного конвейера: 1-электродвигатель; 2-ременная передача;

3-редуктор цилиндрический одноступенчатый; 4-цепная передача; 5-лента конвейера; 6- барабан конвейера

 

Так, в приводе на рис. 7, состоящем из ременной, зубчатой и цепной передач, вариант размещения «двигатель – ременная – зубчатая – цепная передача – исполнительный орган» предпочтительнее других вариантов.

Окончательное решение вопроса о распределении общего передаточного числа и между передачами разных типов требует сопоставления результатов расчетов на основе технико – экономического анализа нескольких вариантов.

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 Р1 — 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:

Общий КПД многоступенчатой последовательно соединенной переда­чи определяют по формуле

где  КПД, учитывающие потери в отдельных кинематических парах передачи.

КПД характеризует качество передачи. Потеря мощности – показатель непроизводительных затрат энергии – косвенно характеризует износ деталей передачи, так как потерянная в передаче мощность превращается в теплоту и частично идет на разрушение рабочих поверхностей.

С уменьшением полезной нагрузки КПД значительно снижается, так как возрастает относительное влияние постоянных потерь (близких к потерям холостого хода), не зависящих от нагрузки;

Окружная скорость ведущего или ведомого звена, м/с,

где ω – угловая скорость-1; n – частота вращения, мин–1; d – диаметр, мм (колеса, шкива и др.)

Окружные скорости обоих звеньев передачи при отсутствии скольжения равны: ;

Окружная сила, Н,

где Р –мощность, кВт; ν – м/с; ТНм; d – мм;

Вращающий момент, Нм,

где Р – кВт; FtH;   d –мм.

Вращающий момент Т1 ведущего вала является моментом движущих сил, его направление совпадает с направлением вращения вала. Момент Т2 ведомого вала – момент сил сопротивления поэтому его направление противоположно направлению вращения вала;

 

Передачи с постоянным передаточным числом

В задании на проектирование с постоянным передаточным числом должны быть известны: передаваемая мощность N или крутящий момент T на ведомом валу, частота вращения ведущего n1 и ведомого n2 валов, схема передачи, габариты и режим работы передачи.

По этим данным можно спроектировать несколько передач различных типов. Возможные варианты передач нужно сравнить между собой по весу, КПД, габаритам и др. параметрам и выбрать из них наивыгоднейший. В таблице 1 приводятся некоторые параметры различных передач.

 

Таблица 1. Ориентировочные знания основных параметров одноступенчатых механических передач

Передачи

Передаточное

отношение

u

КПД,

η

Передаваемая

мощность

Р, кВт

Относительные

габаритные

размеры

Относительная

масса

Относительная

стоимость

Зубчатые:

цилиндрические

До 6,3

0,97....

Не ограничена

1

1

1

 

конические

До 6,3

0,95–97

4000

2

1,2–1

1,7...

2,2

планетарные А 31h

3–9

0,95–0,97

5000

0,7–1

0,93–0,73

1,5  

1,25

планетарные В 31h

7–16

0,94–0,96

5000

0,8–1,1

0,95–0,8

1,6 ...…

…1,3

волновые  u 2h1

80–315

0,7–0,9

150

0,5–0,6

0,05–0,15

1,7 …

…1,5

Червячная при числе заходов червяка:

Z1 = 4

8–14

0,8–0,9

 

 

 

 

 

Z1 = 2

14–30

0,75–0,85 0,85

60

1–1,6

1,04

1,55

…1,4

Z1=1

30–80

0,7–0,8

 

 

 

 

 

Цепные

До 10

0,92–0,95

120

1–1,6

0,25

0,35

…0,2

Ременные (трением)

До 8

0,94–0,96 0,96

50

5–4

0,4–0,5

0,3

…0,2

Зубчато-ременные

До 12

0,96–0,98

100

2,5–3

0,3

0,8

…0,2

Фрикционные

До 7

0,85–0,95

20

1,5–2

1,5

0

8

Муфта соединительная

 

0,98

 

 

 

 

Подшипники качения

(одна пара)

 

0,99

 

 

 

 

Примечания.

1. Относительные габаритные размеры, масса и стоимость определяются по отношению к одноступенчатой зубчатой передаче.

2. Передаточные отношения и редукторов надо выбирать из единого ряда (допускаемое отклонение от номинального значе­ния и±4%): 1, 1,12; 1,25, 1,4; 1,6, 1,8; 2; 2,24; 2,5, 2,8; 3,15, 3,55; 4, 4,5; 5; 5,6, 6,3; 7,1; 8; 9; 10; 11,2; 12,5; 14; 16; 18,  20; 22,4; 25; 28; 31,5; 35,5; 40; 45; 50; 56, 63; 71, 80; 90; 100, 112, 125; 140, 160; 180; 200; 224; 250; 280; 315, 355;

 

В таблице приведены ориентировочные данные различных передач. При проектировании конкретной передачи необходимо пользоваться более точными табличными данными соответствующих справочников.

Передачи с переменным передаточным числом

Многие машины в процессе работы требуют изменения передаточного числа.

а) передачи ступенчатого регулирования (коробки передач).

В этом случае исходным является заданный ряд скоростей ведомого вала, частота вращения ведущего вала (обычно n1=const) и крутящий момент на ведомом валу. Ряд скоростей (чисел оборотов) должен составлять геометрическую прогрессию.

Отношение  называется диапазоном регулирования.

Отношение двух соседних чисел оборотов  называется знаменателем ряда или коэффициентом регулирования.

Величина φ нормализована, например, в станкостроении φ= 1,26;  φ= 1,41;  φ = 1,58.

Ступенчатое регулирование в передачах трением осуществляется с помощью ступенчатых шкивов и ремня, который переводится с одной ступени на другую.

б) передачи бесступенчатого регулирования (вариаторы).

Ступенчатое регулирование скорости приводит к потере производительности машины. Полностью исключить ее можно лишь используя принцип бесступенчатого регулирования скорости. Наиболее просто такой вид регулирования осуществляется в передачах трениемфрикционных и ременных. Обычно они носят название фрикционные или ременные вариаторы.

 

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 этот раздел  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, кривошипно-ползунный и кулисный.

Шарнирный четырехзвенный механизм (рис.8) 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.8, 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 четырехзвенника при замене коромысла 3 ползуном 3 (рис. 9). 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.10 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.8. Шарнирный четырех­звенный механизм: 1 — криво­шип; 2 — шатун; 3 — коромысло

Рис.9. Кривошипно-шатунный механизм: 1 — кривошип; 2шатун; 3 — ползун

Рис.10. Кулисный механизм: 1 — 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. 11 приведены плоские кулачковые механизмы. Кулачковый механизм состоит из трех звеньев: кулачка 1, 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. 11. Кулачковые механизмы: 1 — 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. 12). Веду­щим звеном может быть как храповое ко­лесо внутреннего зацепления 1, 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. 12. Нереверсивный храповый механизм с внутренним зацеплени­ем:

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

 

В нереверсивных механизмах (рис. 13) 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. 13. Нереверсивный храповый механизм:                                 Рис. 14. Реверсивный храповый механизм:

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

 

 

Реверсивные храповые механизмы (рис. 14) имеют: храповое колесо 1 с зубьями эвольвентного профиля, а на ведущем рычаге 2 шарнирно устанав­ливают собачку 3, которую при необходимости реверса перебрасывают во­круг оси Ох.

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.).

 

Мальтийский механизм (крест)

Мальтийские кресты широко применяются в машинных автоматах. Они относятся к механизмам прерывистого действия и предназначены для преобразования равномерного вращения ведущего звена в периодические с остановками ведомого звена, работают плавно без ударов (в отличие от храповых механизмов).

Наиболее распространенные мальтий­ские механизмы с внешним зацеплением (рис. 15). Такой механизм состоит из ведущего кривошипа 7, ролика 2 на его конце, мальтийского креста 3. При вра­щении кривошипа 1 ролик 2 входит в паз 4 мальтийского креста 3 и возвращает его на заданный угол. После выхода ро­лика 2 из паза 4 угловое положение мальтийского креста фиксируется цилинд­рической поверхностью диска.

Мальтийские механизмы проектируют­ся с числом пазов мальтийского креста, равным 3 + 12. Расчеты храповых механиз­мов на прочность проводятся в зависимости от вращающего момента на вале храпового колеса.


Рис. 15. Мальтийский механизм: 1 — ведущий кривошип;

2 — ролик; 3 - мальтийский крест; 4 - паз мальтийского креста

 

Вопросы для самопроверки

- Мощность механической передачи определяется по формуле …

1) 

2)  

3)

4)

 

- КПД механической передачи определяется по формуле …

1)  

2)

3)  

4)  

 

- Механическая передача является повышающей и называется мультипликатором при

1) u<1, n1<n2

2) u>1, n1>n2

3) u>1, n1<n2

4) u<1, n1>n2

 

- Механическая передача является понижающей и называется редуктором при

1) u<1, n1<n2

2) u<1, n1>n2

3) u>1, n1<n2

4) u>1, n1>n2

 

- Коэффициент полезного действия (КПД) механического привода определяется по формуле …

1)  

2)  

3)  

4)  

 

- Наиболее высокий КПД имеет … передача.

1) зубчатая коническая

2) цепная

3) червячная

4) ременная

5) зубчатая цилиндрическая

 

- К механическим передачам зацеплением относятся …

1) зубчатые, волновые, клиноременные

2) зубчатые, фрикционные, червячные

3) зубчатые, цепные, червячные, планетарные

4) зубчатые, червячные, ременные, фрикционные

 

- К механическим передачам трением относится …

1) червячная

2) клиноременная

3) волновая зубчатая

4) планетарная

5) винтовая

 

- Большее передаточное отношение имеет … передача.

1) коническая зубчатая

2) ременная

3) цепная

4) цилиндрическая зубчатая

5) червячная

 

- В механическом приводе быстроходной называется передача …

1) расположенная ближе к двигателю

2) расположенная ближе к рабочем органу привода

3) открытая

4) закрытая

 

- Передаточное отношение механической передачи определяют по формуле...

1)

2)

3)

4)

 

- Опишите взаимное по­ложение валов в переда­че 10—11, см. рис. 16

1. Передача с параллельными осями валов

2. Передача с пересекающимися осями валов

3. Передача с перекрещивающимися осями валов

4. Определить нельзя

 

- Показать на рис. 16 чер­вячную передачу

1. Поз. 2-3

2. Поз. 4-5

3. Поз. 6-7

4. Поз. 10-11

5. Поз. 12-13

 

- Покажите на рис.16 ма­шину-орудие (поз. I, II, III, IV)

1) I

2) II

3) III

4)  IV

 

- Какое назначение меха­нических передач

1. Вырабатывать энергию

2. Воспринимать энергию

3. Затрачивать энергию на преодоление внешних сил, не­посредственно связанных с процессом производства

4. Преобразовывать скорость, вращающий момент, направ­ление вращения

 

- Как классифицируют зуб­чатую передачу по принципу передачи движения?

1. Трением

2. Зацеплением

3. Непосредственно контактом деталей, сидящих на веду­щем и ведомом валах

4. Передача гибкой связью

 

- Покажите на рис. 16 ведущее колесо третьей пары

1. Поз. 3

2. Поз. 4

3. Поз. 5

4. Поз. 6

5. Поз. 7

 

- Передача 4—5 (см. рис. 16) понижающая или повышающая?

       1. Понижающая

       2. Повышающая

 

- Сколько ступеней имеет передача, показанная на рис. 16?

1) 1

2) 2

3) 6

4) 12

 

- Какое из приведенных отношений называют передаточным числом одноступенчатой передачи?

1) n2/n1

2) D2/D1

3) D1/D2

II                                 III                              IV

Рис. 16. Кинематическая схема многоступенчатой передачи

 

- Как называется передача, кинематическая схема которой показана на рисунке?

kpr02q01.gif

1.       Цилиндрическая

2.       Коническая

3.       Червячная

4.       Планетарная

 

- Как называется передача, кинематическая схема которой показана на рисунке?

kpr02q02

1.       Цилиндрическая

2.       Коническая

3.       Червячная

4.       Планетарная

 

- Как называется передача, кинематическая схема которой показана на рисунке?

kpr02q03

1.       Цилиндрическая

2.       Коническая

3.       Червячная

4.       Планетарная

 

- Какая передача может использоваться для передачи вращения между валами, оси которых пересекаются?

1.       Коническая

2.       Червячная

3.       Цилиндрическая

4.       Гипоидная

 

- Какая передача может использоваться для передачи вращения между валами, оси которых параллельны?

1.       Цилиндрическая

2.       Червячная

3.       Гипоидная

4.       Реечная

 

- Какая передача может использоваться для передачи вращения между валами, оси которых перекрещиваются (но не пересекаются)?

1.       Червячная

2.       Гипоидная

3.       Коническая

4.       Винтовая

 

- У какой червячной передачи к.п.д. как правило выше?

1.       С однозаходным червяком

2.       С двухзаходным червяком

3.       С трехзаходным червяком

4.       С четырехзаходным червяком

 

- Как называется передача, шестерня и колесо которой показаны на фотографии?

kpr02q14

1.       Цилиндрическая

2.       Коническая прямозубая

3.       Коническая с круговыми зубьями

4.       Червячная

 

- Укажите направление линии зуба

kpr02q15

1.       Правое

2.       Левое

3.       Тангенциальное

4.       Круговое

 

- Укажите направление линии зуба

kpr02q16

1.       Правое

2.       Левое

3.       Зубья прямые

4.       Круговое

 

- Укажите тип передачи, колесо которой представлено на фотографии

kpr02q17

1.       Цилиндрическая

2.       Коническая

3.       Червячная

4.       Гипоидная

 

- Укажите тип передачи, ведущее звено которой представлено на фотографии

kpr02q18

1.       Цилиндрическая

2.       Винтовая

3.       Червячная

4.       Червячная глобоидная

 

- С каким числом зубьев можно нарезать прямозубое зубчатое колесо с помощью модульной фрезы, показанной на фотографии?

kpr02q19

1.       С любым

2.       С четным

3.       От 55 до 134 включительно

4.       До 55 и свыше 134

 

- Макет какой передачи показан на фотографии?

kpr02q20

1.       Червячной

2.       Глобоидной

3.       Винтовой

4.       Реечной

 

- Какой инструмент применяется для обработки зубчатых колес с внутренними зубьями?

kpr02q21

1.       Долбяк

2.       Модульная фреза

3.       Зубострогальный резец

4.       Червячная фреза

 

- На каком станке обычно выполняют обработку зубчатых колес с внутренними зубьями?

kpr02q21

1.       На зубодолбежном

2.       На зубофрезерном

3.       На зубострогальном

4.       На шевинговальном

 

- Укажите марки сталей, применяемых для изготовления цементованных зубчатых колес.

1.       12ХН3А

2.       20Х2Н3А

3.       40Х

4.       65Г

 

- Укажите марку (марки) материала (материалов), применяемых для изготовления венцов червячных колес.

1.       Бр О10Ф1

2.       40Х

3.       38Х2МЮА

4.       30ХГТ

 

- Какая передача как правило имеет меньший уровень шума при работе?

1.       Цилиндрическая прямозубая

2.       Коническая

3.       Червячная

4.       Цилиндрическая косозубая

 

Контрольные вопросы

- Чем отличается машина-орудие от машины-двигателя?

- Покажите на рис. 17 передачу.

Рис. 17. Кинематическая схема велосипеда:

1 — руль; 2 — рама; 3 — ведущая звездочка; 4 — ведомая звездочка;

5 — крыло; 6 — цепь; 7 — колесо; 8 — ось

 

- Почему вращательное движение наиболее распространено в механизмах и машинах?

- Чем вызвана необходимость введения передачи как промежуточного звена между двигателем и рабочими органами машины?

- Какие функции могут выполнять механические передачи?

- Для каких целей используются механические передачи?

- В чем разница между редуктором и мультипликатором?

- Что такое передаточное число?

- Как определяют передаточное число и КПД многоступенчатой передачи?

- Как изменяются от ведущего к ведомому валу такие характеристики передачи как мощность, вращающий момент, частота вращения?

- Какие передачи передают вращение зацеплением?

- Какие передачи передают вращение трением?

- Какие виды зубчатых передач вам известны?

- Как определяется КПД зубчатых передач?

- Каковы особенности определения КПД червячных передач?

- В чем особенности устройства и работы планетарных передач?

- В чем особенности устройства и работы волновых передач?

- В чем преимущества и недостатки червячных передач по сравнению с волновыми?

- В чем преимущества и недостатки гипоидных передач по сравнению с коническими?

- Как преобразуют движение винтовые передачи?

- В чем преимущества и недостатки цепных и ременных передач в сравнении друг с другом?

- В чем особенности устройства и работы вариаторов?

- Почему для соединения ведущих и ведомых колес локомотива применяют спарники, а не другие виды передач?

- Можно ли в двигателях внутреннего сгорания применить вместо кривошипно-ползунного механизма прямило?

- Почему (помимо простоты) в кулачковом механизме открывания-закрывания клапанов двигателя внутреннего сгорания применяют силовое, а не кинематическое замыкание кулачка и толкателя?

- Почему на конце толкателя, соприкасающегося с кулачком, часто выполняют ролик?

- Почему на холостом ходу храповой механизм «трещит»?

- Если мальтийский механизм работает плавнее и без ударов, почему вместо храповых механизмов везде не используют мальтийские?


 

e-mail: KarimovI@rambler.ru

Башкирский государственный аграрный университет

Кафедра теоретической и прикладной механики
450001, гфа, ул.50 лет Октября, д.34, корпус №3, ком.279/3

 

Рейтинг@Mail.ru Каталог-Молдова - Ranker, Statistics

Directrix.ru - рейтинг, каталог сайтов