В результате изучения студент должен знать:
Область применения зубчатых передач;
- классификацию зубчатых передач.
4.1.1 Роль и значение зубчатых передач в машиностроении
Зубчатые передачи являются наиболее распространёнными типами механических передач. Они находят широкое применение во всех отраслях машиностроения, в частности в металлорежущих станках, автомобилях, тракторах, сельхозмашинах и т.д., в приборостроении, часовой промышленности и др. Их применяют для передачи мощностей от долей до десятков тысяч киловатт при окружных скоростях до 150 м/с и передаточных числах до нескольких сотен и даже тысяч, с диаметром колёс от долей миллиметра до 6 м и более.
Зубчатая передача относиться к передачам зацеплением с непосредственным контактом пары зубчатых колёс. Меньшее из колёс передачи принято называть шестерней, а большее - колесом. Зубчатая передача предназначена в основном для передачи вращательного движения.
4.1.2 Достоинства зубчатых передач
1) высокая нагрузочная способность;
2) малые габариты;
3) большая надёжность и долговечность (40000 ч);
4) постоянство передаточного числа;
5) высокий КПД (до 0,97…0,98 в одной ступени);
6) простота в эксплуатации.
4.1.3 Недостатки зубчатых передач
1) повышенные требования к точности изготовления и монтажа;
2) шум при больших скоростях;
3) высокая жёсткость, не позволяющая компенсировать динамические нагрузки.
4.1.4. Классификация зубчатых передач
1. По взаимному расположению геометрических осей валов различают передачи:<>br - с параллельными осями - цилиндрические (рис.2.3.1.а-г);
- с пересекающимися осями - конические (рис.2.3.1.д; е);
- со скрещивающимися осями - цилиндрические винтовые (рис.2.3.1.ж);
- конические гипоидные и червячные (рис. 2.3.1.з);
- реечная передача (рис. 2.3.1.и).
.JPG)
.JPG)
Рисунок 2.3.1 Виды зубчатых передач
2. В зависимости от взаимного расположения зубчатых колёс:
- с внешним зацеплением (колёса передач вращаются в противоположных направлениях);
- с внутренним зацеплением (направление вращения колёс совпадают).
3. По расположению зубьев на поверхности колёс различают передачи:
- прямозубые; косозубые; шевронные; с круговым зубом.
4. По форме профиля зуба различают передачи:
- эвольвентные;
- с зацеплением М. Л. Новикова;
- циклоидальные.
5. По окружной скорости различают передачи:
- тихоходные ();
- среднескоростные
1. Зубчатые передачи
1.1 Конструкции
2. Износ и ремонт зубчатых передач
2.1 Замена и ремонт зубчатых колес
2.2 Методы с коростного ремонта зубчатых передач
Список использованной литературы
1. ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ
1.1 Конструкции
Зубчатые передачи применяются почти во всех механизмах,которыми оснащены металлургические цехи (краны и подъемники, рольганги, лебедки перекидных устройств, приводы станови т.п.)
Основными деталями зубчатых передач являются зубчатые колеса (шестерни). Они служат для передачи вращения от одного вала к другому, когда валы находятся не на одной оси.
В зависимости от взаимного расположения валов применяют передачи: цилиндрическую, коническую и винтовую.
Цилиндрическая зубчатая передача служит для передачи вращения с одного на другой параллельно расположенный вал (рис.1, а).
Коническая зубчатая передача служит для передачи вращения с вала на вал, расположенные с пересечением осей (рис.1,6).
Винтовая зубчатая передача применяется для передачи вращения с вала на вал, расположенные с перекрещивающимися, но не пересекающимися осями (рис. 1, в).
Рис. 1. Зубчатые передачи:а - цилиндрическая: б - коническая:в - винтовяя: г-шевронная шестерня.
Зубчатое колесо и рейка служат для преобразования вращательного движения в поступательно-возвратное
Зубья цилиндрических колес могут быть прямыми (рис. 1, а и б), косыми и шевронными (елочными) - рис. 1, г.
Шевронная шестерня состоит как бы из двух шестерен с косыми зубьями, соединенными вместе.
При работе зубчатых колес с прямыми зубьями в зацеплении одновременно находятся один или два зуба, вследствие чего работа передачи сопровождается некоторыми толчками.
Более плавная работа зубчатой передачи достигается применением косых или шевронных зубьев, так как при этом количество зубьев, участвующих в зацеплении, увеличивается.
Зубчатые колеса изготовляют из стальных поковок, стального литья и проката или из чугунных отливок. Для ответственных передач (например, грузоподъемных машин) применение чугунных зубчатых колес не допускается.
Классификация зубчатых колес. В зависимости от назначения передачи, типа зуба и скорости вращения зубчатые колеса подразделяются на четыре класса точности передач по допускам на изготовление и сборку (табл. 119).
Таблица 1 Классификация зубчатых колес
| Класс | Допускаемая | |||
| точно- | Тип передач | Тип | окружная ско- | Примечание |
| сти | зуба | рость, м/сек | ||
| 4 | Цилиндрическая | Прямой | До 2 | Применим, где точность |
| Косой | » 3 | и плавность не имеют | ||
| значения, а также в | ||||
| Коническая | Прямой | » 1 | ручных и ненагружен- | |
| ных передачах | ||||
| 3 | Цилиндрическая | Прямой | » 6 | |
| Косой | » 8 | |||
| Коническая | Прямой | » 2 | ||
| Косой | » 5 | |||
| 2 | Цилиндрическая " | Прямой | » 10 | |
| Косой | » 18 | |||
| Коническая | Прямой | » 5 | ||
| Косой | » 10 | |||
| 1 | Цилиндрическая | Прямой | Выше 8 | 1 При требованиях боль- |
| Косой | » 15 | 1 шой плавности переда- | ||
| Коническая | Прямой | » 5 | ли, а также в отсчет- | |
| Косой | » 10 | ных механизмах |
Зубчатые передачи делают открытыми, полуоткрытыми и закрытыми.
Открытыми называют передачи, которые не имеют кожуха (резервуара) для масляной ванны; смазываются такие передачи периодически консистентной смазкой. Обычно эти передачи тихоходные и применяются преимущественно в простых машинах и механизмах.
Полуоткрытые передачи отличаются от открытых наличием резервуара для жидкой масляной ванны.
Закрытыми называют передачи, которые вместе с подшипниками смонтированы в специальных корпусах.
Смазка шестерен редуктора производится различными способами:
1) при окружных скоростях шестерен выше 12--14 м/сек- струйным способом с подачей, струи в зону начала зацепления зубчатых колес;
2) при окружных скоростях шестерен ниже 12 м/сек - методом окунания.
При смазке методом окунания следует учитывать следующее:
а) большее зубчатое колесо пары должно быть погружено в масло на двух-трехкратную высоту зуба;
б) если у редуктора имеется несколько ступеней, то уровень масла определяетсяс учетом быстроходности передач.
В последнем случае уровень б (рис. 2) допускается, когда зубчатое колесо 1 тихоходной ступени вращается с небольшой скоростью. В редукторах, имеющих средние и большие
Рис. 2. Струйная смазка шестерен.
Рис. 3. Схема смазки шестерен окунанием.
скорости низко расположенных колес, последние погружают на двух-трехкратную высоту зуба большего колеса, а масло наливают до уровня а. смазки первой ступени ставят вспомогательное зубчатое колесо 3 с узким зубом, подающее смазку на рабочее колесо.
Вязкость заливаемого в редуктор масла выбирают в зависимости от скорости и нагрузки -обычно от 4 до 12°Е при температуре определения вязкости 50° С. При этом учитывают также температурные условия, в которых работает агрегат; при повышении температуры применяют масло большей вязкости, при понижении - меньшей вязкости.
Открытые передачи смазывают обычно консистентными смазками (солидол, консталин и т. д.).
Набивку уплотнений, предусмотренных (чертежами) в подшипниках и по линии стыка корпуса редуктора, следует выполнять весьма тщательно во избежание утечки масла и попадания пыли в редуктор.
2. Износ и ремонт зубчатых передач
Зубчатые колеса выходят из строя по двум основным причинам: по износу зубьев и по поломкам их.
Износ обычно является следствием: 1) неполного сцепления и 2) повышенного трения (постепенный износ).
Износ в первом случае является, главным образом, результатом плохого монтажа и при правильной сборке (строгом соблюдении радиального зазора) обычно отсутствует. Однако изменение радиального зазора может быть также следствием выработки вкладышей подшипников, причем в результате выработки подшипников может быть как увеличение радиального зазора, так и его уменьшение (работа в распор).
Если нагрузка на вкладыши передается в стороны, противоположные сцеплению в процессе работы по мере выработки вкладышей возможно увеличение радиального зазора.
Если нагрузка на вкладыши передается в сторону оцепления (например, у зубчатых колес бегунков кранов, в процессе работы по мере выработки вкладыша (в данном примере вкладыша бегунка) возможно уменьшение радиального зазора.
В обоих случаях после смены вкладышей радиальный зазор восстанавливается.
Постепенный износ от повышенного трения зависит от ряда условий, в число которых входит твердость материала, из которого изготовлены шестерни, термообработка, правильность подбора смазки, недостаточная чистота масла и несвоевременность смены его, перегрузка передачи и т. п.
Правильный монтаж и хороший надзор в процессе эксплуатации - основные условия продолжительной и бесперебойной работы оборудования.
Поломки зубьев шестерен происходят по следующим причинам: перегрузка шестерен, односторонняя (с одного конца зуба) нагрузка, подрез зуба, незаметные трещины в материале заготовки и микротрещины, как результат плохо проведенной термообработки, слабая сопротивляемость металла толчкам (в частности, как следствие непроведения отжига отливок и поковок), повышенные удары, попадание между зубьями твердых предметов и т. д.
Рис. 4. Ремонт зубьев припомощи ввертышей с последующейнаваркой
Как правило, зубчатые колеса с изношенными и поломанными зубьями подлежат не ремонту, а замене, причем замену рекомендуется производить одновременно обоих колес, входящих в данное зацепление. Однако, когда в зацеплении большое колесо во много раз превышает размер малого, необходимо своевременно заменить малое колесо, которое изнашивается быстрее большого примерно в передаточное число раз. Своевременная замена малого колеса предохранит от износа большое колесо.
Износ зубьев зубчатых колес не долженпревышать 10-20 % : толщины зуба, считая по дуге начальной окружности. В малоответственных передачах износ зубьев допускается до 30% толщины зуба, в передачах ответственных механизмов значительно ниже (например, для механизмов подъема груза износ не должен превышать 15%: толщины зуба,- а у зубчатых колес механизмов подъема кранов, транспортирующих жидкий и горячий металл - до 10%").
Шестерни с цементированными зубьями следует заменять при износе слоя цементации свыше 80 %1 его толщины, а также при растрескивании, выкрашивании или отлущивании цементированного слоя.
При поломке зубьев, но не более двух подряд в не особо ответственных передачах (например, механизмы передвижения кранов) допускается восстановление их, которое производится следующим способом: поломанные зубья вырубают до основания, по ширине зуба просверливают два-три отверстия и в них нарезают резьбу, изготовляют шпильки и туго ввертывают их в подготовленные отверстия, приваривают шпильки к шестерне и электросваркой наплавляют металл, придавая ему форму зуба, на зуборезном, фрезерном или строгальном станке или путем опиливания вручную придают наплавленному металлу форму зуба, после чего восстановленный профиль проверяют сцеплением с сопряженной деталью и по шаблону.
Предназначенный для произведения передачи вращательного движения, происходящего между валами, а также для трансформации частоты вращения, в основу которого заложено применение зубчатого соединения .
Зубчатые передачи устанавливаются в устройства, машины либо создаются в качестве независимого прибора, называемого редуктором .
Зубчатые передачи считаются широко распространенным видом механических передач, который оправдывается своей рациональностью.
Зубчатые передачи используются для произведения передачи мощности как от самых маленьких, так и достигающих десятков тысяч кВт, для передачи окружных усилий, которые варьируются от долей грамма до 10 Мн.
Главным положительным качеством зубчатых передач считают небольшие габариты механизма , относительно других видов передач, также высокий коэффициент полезного действия, при этом потери в результате точных, хорошо смазываемых передач составляют 1-2%, в очень благоприятных условиях потери не превышают 0,5%.
Зубчатым передачам присуща высокая долговечность, надежность , устройство разработано таким образом, что не возникает проскальзывание, на валы приходятся малые нагрузки. Отрицательной стороной этого устройства является шум, который образуется в результате его работы, также зубчатая передача производится с необходимой точностью. В механизм включаются зубчатые колеса, которые создаются в результате нарезания зубьев в дисковых заготовках.
Зубьям придается специальная форма, получившая название эвольвентной, позволяющая проводить работу плавно, создавая эффективную передачу энергии вращения в результате зубчатого зацепления. Эвольвентная форма зубчатого колеса используется практически на всех современных зубчатых колесах. Зубчатые колеса подразделяются относительно профиля зубьев на эвольвентные, циклоидные, круговые, также называемые передачами Новикова. Относительно типа зубьев передачи бывают прямозубые, косозубые, криволинейные, шевронные.
Взаимное расположение осей валов делит зубчатые передачи на передачи с параллельными осями и передачи с пересекающимися осями. Окружная скорость колес обуславливает тихоходные, среднескоростные или быстроходные названия передач. Степень защищенности указывает на открытые или закрытые зубчатые передачи. Относительное вращение колес и расположение зубьев указывают на внутреннее зацепление, при кото- ром зубчатая передача осуществляется в результате вращения колес в едином направлении, и внешнее зацепление, зубчатая передача, создается вращением колес в полярных направлениях.
Зубчатыми колесами создаются зацепления следующего типа: цилиндрические (в результате этого типа зацепления оси зубчатых колес, которые включены в зацепление друг с другом, определяются как параллельные); гипоидные, червячные, винтовые - оси зубчатых колес перекрещиваются; конические, в редких случаях цилиндроконические и плоскоконические - оси зубчатых колес пересекаются. Для цилиндрической передачи полюс зацепления есть точка касания начальных окружностей зубчатых колес, являющихся окружностями, двигающимися в направлении друг друга, не прибегая к скольжению.
В конической зубчатой передаче начальные цилиндры представлены начальными конусами, профили зубьев исследуются в качестве линий пересечения боковых поверхностей зубьев с вспомогательными конусами, оси начальных и дополнительных совпадают, образующие находятся перпендикулярно образующим начальных конусов. Частным вариантом зубчатой передачи является зубчато-реечная передача, которая создается для изменения вращательного движения в поступательное и при трансформации движения в обратную сторону.
Гипоидные зубчатые передачи представляют собой конические зубчатые передачи, при которых оси колес не пересекаются, получили широкое применение в автомобилестроении для установки на задних мостах автомобилей, что позволяет уменьшить центр тяжести. Бесшумная зубчатая передача создана на принципе зацепления каждого из зубьев.
Положительные свойства зубчатой передачи такого типа: отсутствие шума, снижение размера одной ступени примерно в полтора раза, несложность конструкции, может производиться на универсальном токарно-фрезерном станке, высокий коэффициент полезного действия, используется без компенсации межосевого расстояния в многоступенчатых редукторах . Неблагоприятные характеристики: небольшие возможности передаточных отношений, снижение размера влечет увеличение нагрузок на опоры.
Зубчатые передачи созданы в виде как простых одноступенчатых передач, так и некоторого количества передач, которые устанавливаются в машины или разрабатываются как отдельное устройство. Многоступенчатая зубчатая передача используется для передачи вращательного движения между двух валов, которые установлены достаточно далеко друг от друга. Чтобы создать вращение, используются зубчатые колеса в количестве более двух. Вводятся дополнительные промежуточные колеса, которые выполняют функцию изменения направления вращательного движения в случае их четного числа; если их количество нечетное, то направление вращательного движения остается неизменным.
Точность зубчатых передач представляет собой 12 степеней, которые задаются относительно применения устройства и условий эксплуатации. Широко используются зубчатые передачи, ориентированные на внешнее зацепление, осуществляемое при помощи колес с наличием зубьев на внешней поверхности.
Следующую степень по использованию занимают зубчатые передачи с внутренним зацеплением, для которого характерно наличие на одном колесе зубьев, которые нарезаются на внутренней поверхности. Машины и механические устройства в основном комплектуются зубчатыми передачами, характеризуемыми постоянным передаточным числом. Зубчатые передачи, определяемые как передачи с переменным числом, создаются некруглыми цилиндрическими колесами, способными ведомому элементу задать установленную плавно преобразующуюся скорость, при этом скорость ведущего постоянна. Применение такого типа зубчатых передач довольно редко.
Передаточное число пары колес в редукторах соответствует 7, в коробках скоростей достигает 4, в приводах столов станков от 20 и выше. Окружные скорости для высокоточных прямозубых зубчатых передач определяются до 15 м/с, для косозубых соответствуют примерно 30 м/с, быстроходные передачи скорости могут доходить от 100 м/с и выше.
- Предыдущее: ЗУБР (BISON BONASUS)
- Следующее: ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО
Виды зубчатых передач
Виды зубчатых передач: а, б, в -- цилиндрические зубчатые передачи с внешним зацеплением; г -- передача винт-гайка; д -- цилиндрическая передача с внутренним зацеплением; е -- зубчатая винтовая передача; ж, з, и -- конические зубчатые передачи; к -- гипоидная передача
Зубчатые передачи и колеса классифицируют по следующим признакам
- 1. По взаимному расположению геометрических осей валов различают передачи
:
- - с параллельными осями - цилиндрические (рис. 1 а-г);
- - с пересекающимися осями - конические (рис. 1 д, е);
- - со скрещивающимися осями - цилиндрические винтовые (рис. 1 ж);
- - конические гипоидные и червячные (рис. 1 з);
- - реечная передача (рис. 1 и).
Рисунок 1
- 2. В зависимости от взаимного расположения зубчатых колёс
:
- - с внешним зацеплением (колёса передач вращаются в противоположных направлениях) (рис. 2 а);
- - с внутренним зацеплением (направление вращения колёс совпадают) (рис. 2 б). Колёса внутреннего зацепления вращаются в одинаковых направлениях и применяются обычно в планетарных передачах.
- -реечное зацепление (рис. 2 в);
Рисунок 2
- 3. По расположению зубьев на поверхности колёс различают передачи
:
- - прямозубые; косозубые; шевронные; с круговым зубом (рис. 3).
- 4. По форме профиля зуба различают передачи
:
- - эвольвентные;
- - с зацеплением М. Л. Новикова;
- - с эллиптическим профилем
- -циклоидальное
Формы зубьев эвольвентного профиля
Формы зубьев эллиптического профиля (новая зубчатая передача Г.П.Гребенюка).
Формы зубьев в передачах с зацеплением М.Л. Новикова
- 5. По конструктивному исполнению: передачи могут быть открытые (не защищены от влияния внешней среды) и закрытые (изолированные от внешней среды).
- 6. В зависимости от числа ступеней: одно- и многоступенчатые.
Многоступенчатая.
7. В зависимости от относительного характера движения валов различают рядовые и планетарные.
Планетарная передача.
- 8. По окружной скорости
:
- -тихоходные (до 3 м/с);
- - для средних скоростей (3--15 м/с);
- - быстроходные (св. 15 м/с);
- 9. По точности зацепления.
Стандартом предусмотрено 12 степеней точности. Практически передачи общего машиностроения изготовляют от шестой до десятой степени точности. Передачи, изготовленные по шестой степени точности, используют для наиболее ответственных случаев.
Из перечисленных выше зубчатых передач наибольшее распространение получили цилиндрические прямозубые и косозубые передачи, как наиболее простые в изготовлении и эксплуатации. Преимущественное распространение получили передачи с зубьями эвольвентного профиля. Достоинство эвольвентного зацепления состоит в том, что оно малочувствительно к колебанию межцентрового расстояния.
Другие виды зацепления применяются пока ограниченно. Так, циклоидальное зацепление, при котором возможна работа шестерен с очень малым числом зубьев (2-3), не может быть, к сожалению, изготовлено современным высокопроизводительным методом обкатки, поэтому шестерни этого зацепления трудоемки в изготовлении и дороги; новое пространственное зацепление Новикова пока еще не получило массового распространения, вследствие большой чувствительности к колебаниям межцентрового расстояния.
Прямозубые колёса (около 70%) применяют при невысоких и средних скоростях, когда динамические нагрузки от неточности изготовления невелики, в планетарных, открытых передачах, а также при необходимости осевого перемещения колёс.
Косозубые колёса (более 30%) имеют большую плавность хода и применяются для ответственных механизмов при средних и высоких скоростях.
Шевронные колёса имеют достоинства косозубых колёс плюс уравновешенные осевые силы и используются в высоконагруженных передачах.
Конические передачи применяют только в тех случаях, когда это необходимо по условиям компоновки машины; винтовые -- лишь в специальных случаях.
3. Рассмотрим более подробно некоторые виды передач
Винтовая передача.
Винтовая передача (разновидность косозубой) состоит из двух косозубых цилиндрических колес. Однако в отличие от косозубых цилиндрических передач с параллельными валами касания между зубьями здесь происходит в точке и при значительных скоростях скольжения. Поэтому при значительных нагрузках винтовые зубчатые передачи работать удовлетворительно не могут.
Винтовая зубчатая передача
Коническая передача
Коническая передача состоит из двух конических зубчатых колес и служит для передачи вращающего момента между валами с пересекающимися осями под углом. Колеса конических передач выполняют с прямыми, косыми, круговыми зубьями.
- а) -- колесо с прямыми зубьями;
- Б) -- колесо с косыми зубьями;
- В) -- колесо с круговыми зубьями
Гипоидная передача.
Передачу с коническими колесами для передачи вращающего момента между валами со скрещивающимися осями называют гипоидной. Эта передача находит применение в автомобилях.
Гипоиднаяя передача.
Червячные передачи
Червячная передача - это передача, которая состоит из винта, называемого червяком и червячного колеса. Червячная передача применяется для передачи вращения от одного вала к другому, когда оси валов перекрещиваются. Угол перекрещивания в большинстве случаев равен 90?. Червячная передача относится к зубчато - винтовым в отличии от косозубого колеса, обод червячного имеет вогнутую форму, это способствует облеганию червяка и соответственно длинны контактной линии, резьба червяка может быть однозаходной или многозаходной, а так же правой или левой.
Червячная передача
Червяки различают по следующим признакам: по форме поверхности, на которой образуется резьба, - цилиндрические и глобоидные; по форме профиля резьбы - архимедовы и эвольвентные цилиндрические червяки. Архимедов червяк имеет трапецеидальный профиль резьбы в осевом сечении, в торцевом сечении витки резьбы очерчены архимедовой спиралью.
Цилиндрический и глобоидный виды.
Эвольвентный червяк представляет собой косозубое зубчатое колесо с малым числом зубьев и большим углом их наклона. Профиль витка в торцевом сечении очерчен эвольвентой.
Наибольшее применение в машиностроении находят архимедовы червяки, так как технология их производства проста и наиболее отработана.
Профиль зубьев червячных колес в передачах эвольвентный. Поэтому зацепление в червячной передаче представляет собой эвольвентное зацепление зубчатого колеса с зубчатой рейкой.
Планетарная передача
Наиболее распространена зубчатая однорядная планетарная передача. Она состоит из центрального колеса 1 с наружными зубьями, неподвижного (центрального) колеса 2 с внутренними зубьями и водила на котором закреплены оси планетарных колес (или сателлитов).
Планетарная передача
Волновые зубчатые передачи.
Волновые передачи основаны на принципе передачи вращательного движения за счет бегущей волновой деформации одного из зубчатых колес.
Такая передача была запатентована американским инженером Массером в 1959 г.
Волновая зубчатая передача
Кинематически эти передачи представляют собой разновидность планетарной передачи с одним гибким зубчатым колесом. На рисунке изображены основные элементы волновой передачи: неподвижное колесо с внутренними зубьями, вращающееся упругое колесо с наружными зубьями и водило h. Неподвижное колесо закрепляется в корпусе и выполняется в виде обычного зубчатого колеса с внутренним зацеплением. Гибкое зубчатое колесо имеет форму стакана с легко деформирующейся тонкой стенкой: в утолщенной части (левой) нарезаются зубья, правая часть имеет форму вала. Водило, состоит из овального кулачка и специального подшипника.
При вращении водила овальной формы образуются две волны. Такую передачу называют двухволновой. Бывают трехволновые передачи, ниже показана схема такой передачи.
зубчатый передача эвольвентный винтовой
Волновые передачи обладают большой нагрузочной способностью (в зацеплении находится большое число пар -- зубьев) и высоким передаточным числом (< 300 для одной ступени) при сравнительно малых габаритах. Это основные достоинства этих передач. Передача может работать, находясь в герметизированном корпусе, что очень важно для использования волновых передач в химической, авиационной и других отраслях техники.
Недостатки волновой передачи: практически индивидуальное, дорогостоящее, весьма трудоемкое изготовление гибкого колеса и волнового генератора; возможность использования этих передач только при сравнительно невысокой угловой скорости вала генератора; ограниченные обороты ведущего вала (во избежание больших центробежных сил инерции некруглого генератора волн; мелкие модули зубьев 1,5-2 мм)
Зубчатые передачи с зацеплением Новикова.
Передачи с зацеплением Новикова состоят из двух цилиндрических косозубых колес или конических колес с винтовыми зубьями и служат для передачи момента между валами с параллельными или пересекающимися осями. Особенность зацепления Новикова состоит в том, что в этом зацеплении первоначальный линейный контакт заменен точечным, превращающимся под нагрузкой в контакт с хорошим прилеганием. Простейшими профилями зубьев, обеспечивающими такой контакт, являются профили, очерченные по дуге окружности или близкой к ней кривой
Профили зубьев в передачах с зацеплением М. Л. Новикова
В зацеплении Новикова контакт зубьев теоретически осуществляется в точке, в эвольвентном зацеплении соприкосновение зубьев происходит по линии. Однако при одинаковых габаритных размерах передачи соприкосновение зубьев в зацеплении Новикова значительно лучше, чем соприкосновение в эвольвентном зацеплении.
К сожалению, при этом приходится пожертвовать основным достоинством эвольвентных зацеплений - качением профилей зубьев друг по другу и соответственно получить высокое трение в зубьях. Однако для тихоходных машин это не так важно.
К достоинствам зацепления Новикова относятся возможность применения его во всех видах зубчатых передач: с параллельными, пересекающимися и скрещивающимися осями колес, с внешним и внутренним зацеплением, постоянным и переменным передаточным отношением. Потери на трение в этой системе зацепления примерно в 2 раза меньше потерь в эвольвентном зацеплении, что увеличивает КПД передачи.
К основным недостаткам передач с зацеплением Новикова относятся: технологическая трудоемкость изготовления колес, ширина колес должна быть не менее 6 модулей и др. В настоящее время передачи с зацеплением Новикова находят применение в редукторах больших размеров.
4. Основные виды механических передач.
Механической передачей называют устройство для передачи механического движения от двигателя к исполнительным органам машины. Может осуществляться с изменением значения и направления скорости движения, с преобразованием вида движения. Необходимость применения таких устройств обусловлена нецелесообразностью, а иногда и невозможностью непосредственного соединения рабочего органа машины с валом двигателя. Механизмы вращательного движения позволяют осуществить непрерывное и равномерное движение с наименьшими потерями энергии на преодоление трения и наименьшими инерционными нагрузками.
Механические передачи вращательного движения делятся:
По способу передачи движения от ведущего звена к ведомому на передачи трением (фрикционные, ременные) и зацеплением (цепные, зубчатые, червячные);
По соотношению скоростей ведущего и ведомого звеньев на замедляющие (редукторы) и ускоряющие (мультипликаторы);
По взаимному расположению осей ведущего и ведомого валов на передачи с параллельными , пресекающимися и перекрещивающимися осями валов.
Зубчатые передачи
Зубчатой передачей называется трехзвенный механизм, в котором два подвижных звена являются зубчатыми колесами, или колесо и рейка с зубьями, образующими с неподвижным звеном (корпусом) вращательную или поступательную пару.
Зубчатая передача состоит из двух колес, посредством которых они сцепляются между собой. Зубчатое колесо с меньшим числом зубьев называют шестерней , с большим числом зубьев – колесом .
Планетарные передачи
Планетарными называются передачи, содержащие зубчатые колеса с перемещающимися осями. Передача состоит из центрального колеса с наружными зубьями, центрального колеса с внутренними зубьями , водила и сателлитов. Сателлиты вращаются вокруг своих осей и вместе с осью вокруг центрального колеса, т.е. совершают движение, подобное движению планет.
Червячные передачи
Червячная передача применяется для передачи вращения от одного вала к другому, когда оси валов перекрещиваются. Угол перекрещивания в большинстве случаев равен 90º. Наиболее распространенная червячная передача состоит из так называемого архимедова червяка , т.е. винта, имеющего трапецеидальную резьбу с углом профиля в осевом сечении, равным двойному углу зацепления (2α = 40), и червячного колеса .
Волновые механические передачи
Волновая передача основана на принципе преобразования параметров движения за счет волнового деформирования гибкого звена механизма.
Волновые зубчатые передачи являются разновидностью планетарных передач, у которых одно из колес гибкое.
Фрикционные передачи
Передачи, работа которых основана на использовании сил трения, возникающих между рабочими поверхностями двух прижатых друг к другу тел вращения, называют фрикционными передачами .
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
Цепные передачи
Цепная передача состоит из двух колес с зубьями (звездочек) и охватывающей их цепи. Наиболее распространены передачи с втулочно-роликовой цепью и зубчатой цепью Цепные передачи применяются для передачи средних мощностей (не более 150 кВт) между параллельными валами в случаях, когда межосевые расстояния велики для зубчатых передач.
Передача винт-гайка
Передача винт-гайка служит для преобразования вращательного движения в поступательное. Широкое применение таких передач определяется тем, что при простой и компактной конструкции удается осуществить медленные и точные перемещения.
В авиастроении передача винт-гайка используется в механизмах управления самолетом: для перемещения взлетно-посадочных закрылков, для управления триммерами, поворотными стабилизаторами и др.
К преимуществам передачи относятся простота и компактность конструкции, большой выигрыш в силе, точность перемещений.
Недостатком передачи является большая потеря на трение и связанный с этим малый КПД.
Кулачковые механизмы
Кулачковые механизмы (рис. 2.26) по широте применения уступают только зубчатым передачам. Их используют в станках и прессах, двигателях внутреннего сгорания, машинах текстильной, пищевой и полиграфической промышленности. В этих машинах они выполняют функции подвода и отвода инструмента, подачи и зажима материала в станках, выталкивания, поворота, перемещения изделий и др.
Виды механических передач и передаточных миханизмов
Вращательное движение в машинах передается при помощи фрикционной, зубчатой, ременной, цепной и червячной передач. Будем условно называть пару, осуществляющую вращательное движение, колесами. Колесо, от которого передается вращение, принято называть ведущим, а колесо, получающее движение - ведомым.
Всякое вращательное движение можно измерить оборотами в минуту. Зная число оборотов в минуту ведущего колеса, мы можем определить число оборотов ведомого колеса. Число оборотов ведомого колеса зависит от соотношения диаметров соединенных колес. Если диаметры обоих колес будут одинаковы, то и колеса будут крутиться с одинаковой скоростью. Если диаметр ведомого колеса будет больше ведущего, то ведомое колесо станет крутиться медленнее, и наоборот, если его диаметр будет меньше, оно будет делать больше оборотов. Число оборотов ведомого колеса во столько раз меньше числа оборотов ведущего, во сколько раз его диаметр больше диаметра ведущего колеса.
Зависимость числа оборотов от диаметров колес.
В технике при конструировании машин часто приходится определять диаметры колес и число их оборотов. Эти расчеты можно делать на основе простых арифметических пропорций. Например, если мы условно обозначим диаметр ведущего колеса через Д 1 , диаметр ведомого через Д 2 , число оборотов ведущего колеса через n 1 , число оборотов ведомого колеса через n 2 , то все эти величины выражаются простым соотношением:
Д 2 /Д 1 = n 1 /n 2
Если нам известны три величины, то, подставив их в формулу, мы легко найдем четвертую, неизвестную величину.
В технике часто приходится употреблять выражения: "передаточное число " и "передаточное отношение ". Передаточным числом называют отношение числа оборотов ведущего колеса (вала) к числу оборотов ведомого, а передаточным отношением - отношение между числами оборотов колес независимо от того, какое из них ведущее. Математически передаточное число пишется так:
n 1 /n 2 = i или Д 2 /Д 1 = i
где i - передаточное число. Передаточное число - величина отвлеченная и размерности не имеет. Передаточное число может быть любым - как целым, так и дробным.
Фрикционная передача
При фрикционной передаче вращение от одного колеса к другому передается при помощи силы трения. Оба колеса прижимаются друг к другу с некоторой силой и вследствие возникающего между ними трения вращают одно другое. Недостаток фрикционной передачи: большая сила, давящая на колеса, вызывающая дополнительное трение, а следовательно, требующая и дополнительную силу для вращения. Кроме того, колеса при вращении, как бы они ни были прижаты друг к другу дают проскальзывание. Поэтому там, где требуется точное соотношение чисел оборотов колес, фрикционная передача себя не оправдывает.
Достоинства фрикционной передачи:
Простота изготовления тел качения;
Равномерность вращения и бесшумность работы;
Возможность бесступенчатого регулирования частоты вращения и включения/выключения передачи на ходу;
За счет возможностей проскальзывания передача обладает предохранительными свойствами.
Недостатки фрикционной передачи:
Проскальзывание, ведущее к непостоянству передаточного числа и потери энергии;
Необходимость обеспечения прижима.
Применение фрикционной передачи:
В машиностроении чаще всего применяют бесступенчатые фрикционные передачи для бесступенчатого регулирования скорости.
Фрикционные передачи:
а - лобовая передача, б - угловая передача, в - цилиндрическая передача.
В самодельных устройствах фрикционная передача может быть широко использована. Особенно приемлемы передачи цилиндрическая и лобовая. Колеса для передач можно делать деревянные. Для лучшего сцепления, рабочие поверхности колес следует "обшить" слоем мягкой резины толщиной в 2-3 мм. Резину можно или прибить мелкими гвоздиками, или приклеить клеем.
Зубчатая передача
В зубчатых передачах вращение от одного колеса к другому передается при помощи зубьев. Зубчатые колеса вращаются намного легче фрикционных. Объясняется это тем, что здесь нажима колеса на колесо совсем не требуется. Для правильного зацепления и легкой работы колес профиль зубца делают по определенной кривой, называемой эвольвентой.
v передавать вращательное движение;
v изменять число об/мин;
v увеличивать или уменьшать силу вращения;
v менять направление вращения.
В зависимости от формы колес и их взаимного расположения различают следующие виды зубчатых передач : цилиндрическая, коническая, червячная, реечная, планетарная.
Цилиндрическая передача состоит из двух или нескольких цилиндрических колес установленных на параллельных валах.
Рис. 215 Цилиндрическая передача
Коническая передача состоит из двух конических колес, находящихся на двух валах, оси которых пересекаются. Угол пересечения может быть любой, но обычно он равен 90º.
Рис. 216 Коническая передача
Червячная передача (зубчато-винтовая передача) - механическая передача, осуществляющаяся зацеплением червяка и сопряжённого с ним червячного колеса. Червячная передача применяется для перекрещивающихся, но не пересекающихся валов. Червячная передача состоит из винта (червяка) и зубчатого колеса.
Рис. 217 Червячная передача
Червячная передача обладает рядом уникальных свойств. Во-первых, она может быть использована только в качестве ведущего зубчатого колеса, и никак не может быть ведомой шестерней. Это очень удобно для механизмов, которые нужны для поднятия и удержания груза без нагрузки на двигатель. Существует много возможных применений этого свойства червячной передачи, например, во многих видах подъемных кранов и погрузчиков, железнодорожных барьеров, разводных мостах, лебедках. Очень широко червячная передача LEGO используется в конструкции захвата для робота-манипулятора.
Во-вторых, характерной особенностью червячной передачи является то, что она имеет большое передаточное отношение. Поэтому червячные передачи используются как понижающее всякий раз, когда есть очень высокий крутящий момент.
Вывод: червячная передача имеет ряд преимуществ:
v Занимает мало места.
v Имеет свойство самоторможения.
v Во много раз снижает число об/мин.
v Увеличивает силу привода.
v Изменяет направление вращательного движения на 90°.
Реечная передача – механическая передача, преобразующая вращательное движение зубчатого колеса в поступательное движение рейки и наоборот. Рейку можно рассматривать как вытянутую в прямую линию окружность большого зубчатого колеса.
Следует отметить, что существует в наборах LEGO коронная шестерня и шестерни с внутренним зацеплением.
Коронная шестерня - это особый тип шестерен, их зубья находятся на боковой поверхности. Такая шестерня работает, как правило, в паре с прямозубой шестерней.
Рис. 220 Соединения короной шестерни и цилиндрических колес с 8 и 24 зубьями
Шестерни с внутренним зацеплением имеют зубья, нарезанные с внутренней стороны . При их использовании происходит одностороннее вращение ведущей и ведомой шестерен. В данной зубчатой передаче меньше затрат на трение, а значит выше коэффициент полезного действия*. Применяются зубчатые колеса с внутренним зацеплением в ограниченных по габаритам механизмах, в планетарных передачах, в приводе робота манипулятора.
Рис. 221 Шестерня с внутренним зацеплением
Особенность шестерни с внутренним зацеплением LEGO - наличие зубьев на внешней стороне , поэтому ее можно использовать в передачах как цилиндрическое колесо с 56 зубьями.
Рис. 222 Способы соединения колеса с внутренним зацеплением с цилиндрической шестерней, колесом с короной и «червяком»
Рис. 223 Способ соединения колеса с внутренним зацеплением с мотором
Планетарная передача
Планетарная передача (дифференциальная передача) - механическая система, состоящая из нескольких планетарных зубчатых колёс (шестерён), вращающихся вокруг центральной, солнечной, шестерни. Обычно планетарные шестерни фиксируются вместе с помощью водила. Планетарная передача может также включать дополнительную внешнюю кольцевую (коронную) шестерню, имеющую внутреннее зацепление с планетарными шестернями.
Такая передача нашла широкое применение, например, она используется в кухонной технике или автоматической коробке передач автомобиля.
Основными элементами планетарной передачи можно считать следующие:
v Солнечная шестерня: находится в центре;
v Водило: жёстко фиксирует друг относительно друга оси нескольких планетарных шестерён (сателлитов) одинакового размера, находящихся в зацеплении с солнечной шестерней;
v Кольцевая шестерня: внешнее зубчатое колесо , имеющее внутреннее зацепление с планетарными шестернями.
Рис. 224 Пример планетарной передачи: водило неподвижно, солнце ведущее, корона ведомая
В планетарной передаче крутящий момент передается с помощью каких-либо (в зависимости от выбранной передачи) двух ее элементов, из которых один является ведущим, второй - ведомым. Третий элемент при этом неподвижен (таблица 8).
Таблица 8. Элементы планетарной передачи
|
Неподвижный |
Ведущий |
Ведомый |
Передача |
|
Корона |
Понижающая |
||
|
Повышающая |
|||
|
Солнце |
Понижающая |
||
|
Повышающая |
|||
|
Водило |
Реверс, понижающая |
||
|
Реверс, повышающая |
Реверс - изменение хода механизма на обратный, противоположный.
Рис. 225 Пример конструкции планетарной передачи: корона неподвижна, водило ведущее, солнце ведомое
Механические передачи с гибкими элементами
Для передачи движения между сравнительно далеко расположенными друг от друга валами применяют механизмы, в которых усилие от ведущего звена к ведомому передается с помощью гибких звеньев. В качестве гибких звеньев применяются ремни, шнуры, цепи различных конструкций.
Передачи с гибкими звеньями могут обеспечивать постоянное и переменное передаточное отношение со ступенчатым или плавным изменением его величины.
Ременная передача
Ременная передача состоит из двух шкивов, закрепленных на валах, и ремня, охватывающего эти шкивы. Нагрузки передается за счет сил трения, возникающих между шкивами и ремнем вследствие натяжения последнего. Ременная передача мало чувствительна к взаимному положению ведущего и ведомого валов. Их можно даже повернуть под прямым углом друг к другу или ремень надеть в виде перекрещенной петли, и тогда направление вращения ведомого вала измениться.
Рис. 226 Ременная передача
Цепная передача
Рис. 227 Цепная передача
Фрикционная передача
Рис. 228 Фрикционная передача
При фрикционной передаче вращение от одного колеса к другому передается при помощи силы трения. Оба колеса прижимаются друг к другу с некоторой силой и вследствие возникающего между ними трения одно вращает другое.
Фрикционные передачи широко применяются в машинах. Недостаток фрикционной передачи: большая сила, давящая на колеса, вызывающая дополнительное трение в машине, а, следовательно, требующая и дополнительную силу для вращения.
Кроме того, колеса при вращении, как бы они ни были прижаты друг к другу, дают проскальзывание. Поэтому там, где требуется точное соотношение чисел оборотов колес, фрикционная передача себя не оправдывает.
Проект «Автоматический шлагбаум»:
1. Сконструируйте модель автоматического шлагбаума.
Технические условия:
б) в конструкции используется червячная передача;
в) автоматическое поднимание и опускание стрелы шлагбаума должно происходить при помощи ультразвукового датчика.
4. В рамках робототехнического кружка изготовьте автоматический шлагбаум.
6. В рабочей тетради составьте описание автоматического шлагбаума.
Проект «Поворотная платформа»:
1. Сконструируйте модель поворотной платформы.
Технические условия:
б) в конструкции используется шестерня с внутренним зацеплением;
в) автоматический поворот платформы происходит с помощью датчика касания (датчика освещенности).
4. В рамках робототехнического кружка изготовьте поворотную платформу.
6. В рабочей тетради составьте описание поворотной платформы.
Проект «Раздвижные автоматические двери»:
1. Сконструируйте модель раздвижных автоматических дверей.
Технические условия:
а) в модель входит один сервомотор, микроконтроллер NXT;
б) в конструкции используется реечная передача;
в) автоматическое открывание дверей происходит при помощи ультразвукового датчика (датчика освещенности).
2. В рабочей тетради выполните эскиз модели.
3. Обсудите проект с учителем.
4. В рамках робототехнического кружка изготовьте модель раздвижных автоматических дверей.
5. С помощью языка программирования NXT-G напишите программу для управления моделью.
6. В рабочей тетради составьте описание модели раздвижных автоматических дверей.
