Механические передачи. Назначение и их классификация. Кинематические и силовые характеристики

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:   и п₁ — угловая скорость и частота вращения ведущего вала, выраженные соответственно рад/с и об/мин;   и п₂ — угловая скорость и частота вращения ведомого вала; D₁ иD₂ - диаметры вращающихся деталей (шкивов, катков и т. п.);   и   — окружные скорости, м/с.

Отношение диаметров  ведомого элемента передачи к ведущему называют передаточным числом

u = D₂/D₁.                                                                                    (1)

Если известны параметры  передачи — диаметры D₁ и D₂ или числа зубьев z₁ и z₂, передаточное число и определяем следующим образом.

Для зубчатых передач передаточное число и — отношение числа зубьев ведомого колеса к числу зубьев ведущего колеса, т.е. и = z₂/z₁, где z₂ и z₁ — числа зубьев соответственно ведомого и ведущего колеса.

Итак, передаточное число

                   (2)

(обратите внимание на  индексы у букв  , п, D и z);  относится к фрикционной передаче без учета скольжения.

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

В передаче, понижающей частоту  вращения n (угловую скорость  ), 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. Изменение передаточного отношения может быть ступенчатым (коробка передач) и бесступенчатым (вариаторы).

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.

.                                                        (3)

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).                

 

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  :

.                                                                             (4)

Общий КПД многоступенчатой последовательно соединенной передачи определяют по формуле

,                                                 (5)

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,

                                                 (6)

где  – угловая скорость,с^-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,

                                    (7)

где Р –мощность, кВт;   – м/с; Т– Н· м; d – мм;

Вращающий момент, Нм,

             (8)

где Р – кВт; F_t – H;   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;