Сложение и разложение сил. Механизмы для реализации

- необходимость высокой точности изготовления и монтажа;

- незащищенность от перегрузок;

- наличие вибраций, которые возникают в результате неточного изготовления

   Классификация зубчатых передач. По расположению осей валов различают передачи с параллельными (рис. 2, а – в, з), с пересекающимися (рис. 2, г, д) и перекрещивающимися (рис. 2, е, ж) геометрическими осями.

   По  форме могут быть цилиндрические (рис. 2, а – в, з), конические (рис. 2, г, д, ж), эллиптические, фигурные зубчатые колеса и колеса с неполным числом зубьев (секторные).

   По  форме профилей зубьев различают  эвольвентные и круговые передачи, а по форме и расположению зубьев – прямые (рис. 2, а, г, е, з), косые (рис. 2, б), шевронные (рис. 2, в) и круговые (рис. 2, д, ж).

   В зависимости от относительного расположения зубчатых колес передачи могут быть с внешним (рис. 2, а) или внутренним (рис. 2, з) их зацеплением. Для преобразования вращательного движения в возвратно поступательное и наоборот служит реечная передача (рис. 2, е).

   Зубчатые  передачи эвольвентного профиля широко распространены во всех отраслях машиностроения и приборостроения. Они применяются в исключительно широком диапазоне условий работы. Мощности, передаваемые зубчатыми передачами, изменяются от ничтожно малых (приборы, часовые механизмы) до многих тысяч кВт (редукторы авиационных двигателей). Наибольшее распространение имеют передачи с цилиндрическими колесами, как наиболее простые в изготовлении и эксплуатации, надежные и малогабаритные. Конические, винтовые и червячные передачи применяют лишь в тех случаях, когда это необходимо по условиям компоновки машины.

Рис. 2. Зубчатые передачи

   Фрикционные передачи 

   Передачи, работа которых основана на использовании сил трения, возникающих между рабочими поверхностями двух прижатых друг к другу тел вращения, называют фрикционными передачами.

   Для нормальной работы передачи необходимо, чтобы сила трения F_тр была больше окружной силы F_t, определяющей заданный вращающий момент:

                                    F_t < F_тр.                                         (4)

   В зависимости от назначения фрикционные  передачи можно разделить на две  основные группы: передачи с нерегулируемым передаточным отношением (рис. 3, а); регулируемые передачи, называемые вариаторами, позволяющими плавно (бесступенчато) изменять передаточное отношение.

 

                       а                                                                    б

Рис. 3. Схемы фрикционных передач

   Различают передачи с параллельными и пересекающимися  осями валов; с цилиндрической, конической, шаровой или торовой поверхностью рабочих катков; с постоянным или автоматически регулируемым прижатием катков, с промежуточным фрикционным элементом или без него и т.д. Схема простейшей нерегулируемой передачи изображена на рис. 3, а. Она состоит из двух катков с гладкой цилиндрической поверхностью, закрепленных на параллельных валах. У лобового вариатора (рис. 3, б) ведущий каток А может перемещаться вдоль своей оси. При этом передаточное отношение плавно изменяется в соответствии с изменением рабочего диаметра d₂ ведомого диска Б. При переходе катка А на левую сторону направление вращения диска Б изменяется – вариатор обладает свойством реверсивности.

   Скольжение  в передаче. Различают три вида скольжения: буксование, упругое скольжение и геометрическое скольжение.

   Буксование  наступает при перегрузках элементов  передачи. При этом ведомый каток  останавливается, а ведущий скользит по нему, что приводит к интенсивному местному изнашиванию или задиру на ведомом катке.

   Упругое скольжение характерно для нормально работающей передачи. Участки поверхности ведущего катка подходят к площадке контакта сжатыми, а отходят растянутыми. На ведомом катке наблюдается обратная картина. Касание сжатых и растянутых волокон катков приводит к их упругому скольжению, что вызывает отставание ведомого катка от ведущего. Геометрическое скольжение связано с тем, что окружные скорости вращения ведущего и ведомого катков на площадке их контакта различны. Например, в лобовом вариаторе (см. рис. 3, б) окружная скорость V₂ меняется с изменением R, а скорость V₁ на этой площадке постоянна. Геометрическое скольжение является основной причиной изнашивания рабочих поверхностей элементов фрикционных передач.

   Ременные  передачи 

   Ременная  передача состоит из двух шкивов, закрепленных на валах, и охватывающего их ремня. Ремень надет на шкивы с определенным натяжением, обеспечивающим трение между ремнем и шкивами, достаточное для передачи мощности от ведущего шкива к ведомому.

   В зависимости от формы поперечного  сечения ремня различают: плоскоременную, клиноременную и круглоременную (рис. 4, а – в) передачи.  

Рис. 4 Ременные передачи 

Сравнивая ременную передачу с зубчатой можно отметить следующие преимущества:

-     возможность передачи движения на значительное расстояние (до 15 м и более);

-     плавность и бесшумность работы, обусловленные эластичностью ремня и позволяющие работать при высоких скоростях;

-     способность выдерживать перегрузки (до 300 %) благодаря увеличению скольжения ремня;

-     невысокая стоимость;

-     простота обслуживания и ремонта.

   Основными недостатками ременной передачи являются:

-     непостоянство передаточного отношения из-за скольжения ремня на шкивах;

-     значительные габаритные размеры при больших мощностях (для одинаковых условий диаметры шкивов примерно в 5 раз больше диаметров зубчатых колес);

-     большое давление на шкивы в результате натяжения ремня;

-     низкая долговечность ремней (от 1000 до 5000 ч).

   Критерии  работоспособности  и расчета. Опыт эксплуатации передач в различных машинах и механизмах показал, что работоспособность передач ограничивается преимущественно тяговой способностью, определяемой силой трения между ремнем и шкивом, долговечностью ремня, которая в условиях нормальной эксплуатации ограничивается разрушением ремня от усталости.  

   Планетарные передачи 

   Планетарными называются передачи, содержащие зубчатые колеса с перемещающимися осями (рис. 5). Передача состоит из центрального колеса 1 с наружными зубьями, центрального колеса 3 с внутренними зубьями, водила Н и сателлитов 2. Сателлиты вращаются вокруг своих осей и вместе с осью вокруг центрального колеса, т.е. совершают движение, подобное движению планет.

   При неподвижном колесе 3 движение может  передаваться от 1 к Н или от Н  к 1; при неподвижном водиле Н –  от 1 к 3 или от 3 к 1. При всех свободных  звеньях одно движение можно раскладывать на два (от 3 к 1 и Н) или два соединять  в одно (от 1 и Н к 3). В этом случае передачу называют дифференциальной.

Рис. 5. Планетарный механизм

   Планетарные передачи имеют существенные преимущества:

-     нагрузка в планетарных передачах передается одновременно несколькими сателлитами, следовательно, силы, действующие на зубья колес, соответственно уменьшаются, что позволяет использовать колеса меньших габаритных размеров и массы;

-     в планетарных передачах рационально используются колеса внутреннего зацепления, обладающие большой (по сравнению с колесами наружного зацепления) нагрузочной способностью;

-     равномерное распределение сателлитов по окружности приводит к уравновешиванию радиальных сил, действующих на колеса, и, следовательно, к разгрузке подшипников центральных колес и водила;

-     применение планетарного механизма позволяет легко осуществить компактную конструкцию соосного редуктора, т.е. такого редуктора, у которого оси ведущего и ведомого валов совпадают. Это имеет важное значение для поршневых и турбовинтовых авиационных двигателей. Например, при помощи так называемого дифференциального планетарного редуктора можно от одного двигателя приводить во вращение два соосных винта, скорости вращения которых будут изменяться в полете в соответствии с изменением шага винта.

   К недостаткам планетарных передач  относятся повышенные требования к  точности изготовления и монтажа. 

   Волновые  механические передачи 

   Волновая  передача основана на принципе преобразования параметров движения за счет волнового деформирования гибкого звена механизма. Впервые такая передача была запатентована в США инженером Массером.

   Волновые зубчатые передачи (рис. 6) являются разновидностью планетарных передач, у которых одно из колес гибкое.

   Волновая  передача включает в себя жесткое  зубчатое колесо b с внутренними зубьями и вращающееся гибкое колесо g c наружными зубьями. Гибкое колесо входит в зацепление с жестким в двух зонах с помощью генератора волн (например, водила h с двумя роликами), который соединяют с корпусом передачи b.

Рис. 6. Волновая зубчатая передача

   Гибкое  зубчатое колесо представляет собой  гибкий цилиндр, один конец которого соединен с валом и сохраняет цилиндрическую форму, а другой конец имеет зубья. Генератор волн служит для образования и движения волны деформации на гибком зубчатом колесе.

   Генераторы  волн бывают механические, пневматические, гидравлические, электромагнитные. Механические генераторы могут быть двухроликовыми, четырехроликовыми, дисковыми, кольцевыми и кулачковыми. Генератор волн может располагаться внутри гибкого колеса или вне его. Число волн – любое.

   К основным достоинствам волновых передач по сравнению с зубчатыми передачами следует отнести:

-     их меньшие массу и габариты;

-     кинематическую точность;

-     высокую демпфирующую способность;

-     обеспечение больших передаточных отношений в одной ступени (50…300);

   Недостатки:

-     сложность конструкции;

-     ограничение скорости вращения ведущего вала генератора волн при больших диаметрах колес;

-     повышенные потери мощности на трение и на деформацию гибкого колеса (КПД составляет 0,7-0,85 при U = 80-250). 

   Цепные передачи 

   Цепная  передача состоит из двух колес с зубьями (звездочек) и охватывающей их цепи. Наиболее распространены передачи с втулочно-роликовой цепью (рис. 7, а) и зубчатой цепью (рис. 7, б). Цепные передачи применяются для передачи средних мощностей (не более 150 кВт) между параллельными валами в случаях, когда межосевые расстояния велики для зубчатых передач.

 Преимуществами цепных передач являются:

-     отсутствие проскальзывания;

-     достаточная быстроходность (20-30 м/с);

-     сравнительно большое передаточное число (7 и более);

-     высокий КПД;

-     возможность передачи движения от одной цепи нескольким звездочкам;

-     небольшая нагрузка на валы, т.к. цепная передача не нуждается в предварительном натяжении цепи необходимом для ременной передачи.