Л.2 Механич. передачи (текст). Лекция Механические передачи. Учебные вопросы

• Название: Лекция Механические передачи. Учебные вопросы
• Дата: 06.12.2022
• Размер: 180.5 Kb.
• Имя файла: Л.2 Механич. передачи (текст).doc
• Тип: Лекция; #830843

Лекция 2. Механические передачи.

Учебные вопросы:

1. 
   Общие сведения о передачах.
   
2. 
   Классификация механических передач.
   
3. 
   Основные кинематические и силовые отношения в передачах.
   
4. 
   Элементы зацепления зубчатой передачи.
   
5. 
   Виды разрушений зубьев.
   
6. 
   Общие сведения о редукторах (их характеристики, типовые конструкции).
   

1. Общие сведения о передачах.

1. 
   . Назначение и роль передач в машинах.
   

Для приведения в движение машин-орудий необходима механическая энергия: эта энергия получается в электрических, тепловых и других машинах-двигателях. Чаще всего механическая энергия, используемая для привода в движение машины-орудия, представляет собой энергию вращательного движения вала двигателя.

Как правило, вал двигателя имеет иную, обычно большую, угловую скорость (частоту вращения), чем вал приводимой машины. В сравнительно редких случаях ведомый вал может быть непосредственно связан с ведущим валом (примером является вентилятор); обычно между валами двигателя, машины-орудия вводят промежуточные устройства, которые называют передачами.

В современных машинах передача энергии может осуществляться механическими, гидравлическими, пневматическими и другими устройствами.

В курсе «Методы разработки изделий» рассматривают только механические передачи.

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 движения.
1.2. Классификация механических передач.

Механические передачи, применяемые в машиностроении, классифицируют (рис. 1.3):

По принципу передачи движения:

-передачи трением (фрикционная – рис. 1.3, а и ременная);

-зацеплением (зубчатые – рис. 1.3, б, червячные – рис. 1.3, в, цепные; передачи винт-гайка – рис. 1.3, г, д);

По способу соединения деталей:

- передачи с непосредственным контактом тел вращения (фрикционные, зубчатые, червячные, передачи винт-гайка – см. рис. 1.3);

- передачи с гибкой связью (ременная, цепная ).
2. Основные кинематические и силовые отношения в передачах.

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

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. 1.8, с. 24) обозначения частот вращения следующие:

- ведущего вала I;

- ведущей шестерни вала II;

- ведущей шестерни вала III;

- промежуточного ведомого вала II;

- ведомого колеса вала III;

- ведомого колеса вала IV.

Все механические передачи характеризуются передаточным числом. Рассмотрим работу двух элементов передачи (рис. 1.9), один из которых будет ведущим, а второй – ведомым.

Введем следующие обозначения: и - угловая скорость и частота вращения ведущего вала, выраженные соответственно рад/с и об/мин; и - угловая скорость и частота вращения ведомого вала; и - окружные скорости, м/с.

Если известны параметры передачи – числа зубьев и , передаточное число определяем следующим образом.

Для зубчатых передач передаточное число - отношение числа зубьев ведомого колеса к числу зубьев ведущего колеса, т.е. , где и - числа зубьев соответственно ведомого и ведущего колеса.

Итак, передаточное число



(обратите внимание на индексы у букв , , и ).

Если , передачу называют понижающей, если - повышающей.

В приводах с большим передаточным числом (до и выше), составленных из нескольких последовательно соединенных передач (многоступенчатые передачи), передаточное число равно произведению передаточных чисел каждой ступени передачи, т.е.



(Запишите в конспект формулу для определения передаточного числа одноступенчатой передачи, если известны угловые скорости).

Передача мощности от ведущего вала к ведомому всегда сопровождается потерей части передаваемой мощности вследствие наличия вредных сопротивлений (трения в движущихся, сопротивления воздуха и др.).

Если - мощность на ведущем валу, - на ведомом валу, то .

Отношение значений мощности на ведомом валу к мощности на ведущем валу называют механическим коэффициентом полезного действия (КПД) и обозначают буквой :

.

Общий КПД многоступенчатой последовательно соединенной передачи определяют по формуле:

,

где , ,…, - КПД, учитывающие потери в отдельных кинематических парах передачи.

3. 
   Общие сведения и классификация зубчатых передач.
   

Механизм, в котором два подвижных звена являются зубчатыми колесами, образующими с неподвижным звеном вращательную или поступательную пару, называют зубчатой передачей.

В большинстве случаев зубчатая передача служит для передачи вращательного движения. В некоторых механизмах эту передачу применяют для преобразования вращательного движения в поступательное.

Зубчатые передачи – наиболее распространенный тип передач в современном машиностроении и приборостроении; их применяют в широких диапазонах скоростей (до 100 м/с), мощностей (до десятков тысяч киловатт).

Основные достоинства зубчатых передач по сравнению с другими передачами:

-технологичность, постоянство передаточного числа;

-высокая нагрузочная способность;

-высокий КПД (до 0,97-0,99 для одной пары колес);

-малые габаритные размеры по сравнению с другими видами передач при равных условиях;

-большая надежность в работе, простота обслуживания;

-сравнительно малые нагрузки на валы и опоры.

К недостаткам зубчатых передач следует отнести:

-невозможность бесступенчатого изменения передаточного числа;

- высокие требования к точности изготовления и монтажа;

-шум при больших скоростях; плохие амортизирующие свойства;

-громоздкость при больших расстояниях между осями ведущего и ведомого валов;

-потребность в специальном оборудовании и инструменте для нарезания зубьев.
3.1 Классификация зубчатых передач.

Зубчатые передачи и колеса классифицируют по следующим признакам:

1) по взаимному расположению осей колес:

– с параллельными осями (цилиндрические – рис. 3.1., а –д);

- с пересекающимися осями (конические, рис. 3.1, ж-и);

- со скрещивающимися осями (винтовые, рис. 3.1, е,к).

2) по расположению зубьев относительно образующих колес:

-прямозубые;

-косозубые;

-шевронные;

-с криволинейным зубом.

3) по конструктивному оформлению – открытые и закрытые.

4) по окружной скорости:

-тихоходные (до 3 м/с);

-для средних скоростей (3-15 м/с);

-быстроходные (св. 15 м/с)/

5) по числу ступеней – одно и многоступенчатые.

6) по расположению зубьев в передаче и колесах – внешнее, внутреннее и реечное зацепление.

7) по форме профиля зуба – с эвольвентными, круговыми;

8) 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. Конические передачи применяют только в тех случаях, когда это необходимо по условиям компоновки машины; винтовые – лишь в специальных случаях.
3.2. Конструкции зубчатых колес.

В зависимости от способа получения заготовки зубчатые колеса подразделяют на литые, кованные или штампованные, изготовленные механической обработкой, сварные. Сварные конструкции зубчатых колес применяют при их больших габаритных размерах, а также в целях снижения массы и экономии высокопрочных дорогостоящих материалов.

Зубчатые колеса, у которых диаметр впадин незначительно превышает диаметр вала в месте посадки зубчатого колеса, изготовляют за одно целое с валом. Такую конструкцию (рис. 3.12) называют валом-шестерней. В остальных случаях зубчатое колесо выполняется отдельно, после чего насаживается на вал.

Вопрос: Назовите наиболее распространенные в машиностроении конструкции зубчатых колес.

-Наиболее распространенные в машиностроении конструкции зубчатых колес литые, кованые или штампованные.

3. 
   Материалы для изготовления зубчатых колес.
   

Для изготовления зубчатых колес применяют следующие материалы:

-сталь углеродистую обыкновенного качества марок Ст5, Ст6;

- качественную сталь марок 35, 40, 45, 50, 55;

-легированную сталь марок 12ХН3А, 30ХГС, 40Х, 35Х, 40ХН, 50Г;

-сталь для литья 35Л; 45Л: 55Л;

-серый чугун марок СЧ10, СЧ15, СЧ20, СЧ25, СЧ30, СЧ40;

-высокопрочный чугун марок ВЧ50-2, ВЧ45-5;

-неметаллические материалы (текстолит марок ПТК, ПТ, ПТ-1, лигнофоль, бакелит, капрон и др.).

Правильный выбор материала может быть сделан на основе расчетов, а также сопоставления механических характеристик материалов нескольких вариантов деталей-аналогов.

Вопрос: Можно ли применить для изготовления пары зубчатых колес разный материал, например, текстолит и сталь?

-Можно. Колеса из неметаллических материалов в паре с металлическими работают с малым шумом. Такую конструкцию целесообразнее применять при передаче незначительных мощностей ( и при больших окружных скоростях).

3. 
   Элементы зацепления зубчатой передачи.
   

Одноступенчатая зубчатая передача состоит из двух зубчатых колес – ведущего и ведомого. Меньшее по числу зубьев из пары колес называется шестерней, а большее – колесом.Термин «зубчатое колесо» является общим. Параметрам шестерни (ведущего колеса) приписывают при обозначении нечетные индексы (1,3,5 и т.д.), а параметрам ведомого колеса – четные (2,4,6 и т.д.)

Зубчатое зацепление характеризуется следующими основными параметрами:

- диаметр вершин зубьев;

- диаметр впадин зубьев;

- делительный диаметр;

- окружной шаг;

- высота зуба;

- радиальный зазор;

- ширина венца (длина зуба);

- межосевое расстояние;

- число зубьев.

Делительная окружность – окружность, по которой обкатывается инструмент при нарезании. Делительная окружность связана с колесом и делит зуб на головку и ножку.

Основные элементы зубчатых колес представлены на рис. 3.15, с. 56.

Модулем зубьев называется часть диаметра делительной окружности, приходящаяся на один зуб.

Модуль является основной характеристикой размеров зубьев. Для пары зацепляющихся колес модуль должен быть одинаковым.

Линейную величину, в раз меньшую окружного шага зубьев, называют окружным модулем зубьев и обозначают :



Размеры цилиндрических прямозубых колес вычисляют по окружному модулю, который называют расчетным модулем зубчатого колеса, или просто модулем; обозначают буквой . Модуль измеряют в миллиметрах. Модули стандартизированы.

Высота зуба - радиальное расстояние между окружностями вершин и впадин зубчатого колеса:

.

Головка зуба – его часть, расположенная между делительной окружностью цилиндрического зубчатого колеса и окружностью вершин зубьев; - высота головки зуба.

Ножка зуба – часть зуба, расположенная между делительной окружностью и окружностью впадин (высота ножки зуба ).

Радиальный зазор – расстояние между поверхностями вершин зубьев и впадин шестерни и колеса:

.

Ширина венца - наибольшее расстояние между торцами зубьев цилиндрического зубчатого колеса по линии, параллельной его оси.

Межосевое расстояние - расстояние между осями зубчатых колес передачи.

Вопрос: Как определяется модуль зубьев?

-Окружной модуль .

Могут ли иметь разный модуль шестерня и колесо в одной паре зубчатых колес? А у двух пар?

- Шестерня и колесо одной и той же пары не могут иметь разный модуль. А у двух пар могут.

3. 
   Виды разрушений зубьев.
   

Правильно спроектированная и изготовленная передача при выполнении всех правил эксплуатации не должна перегреваться и производить при работе сильного шума. Появление значительного перегрева и чрезмерного шума свидетельствует о недостатках в работе передачи, связанных с ее конструкцией, изготовлением, неправильным выбором смазочного материала или возможными повреждениями зубьев. Наблюдаются следующие виды разрушений зубьев: пластическая деформация рабочих поверхностей, их поломка, изнашивание, заедание, выкрашивание рабочих поверхностей.

Вопрос: Перечислите основные внешние признаки, характеризующие нарушение нормального работоспособного состояния зубчатой передачи.

-Значительный перегрев передач и чрезмерный шум.

5.1 Поломка зубьев. Этот вид разрушения зубьев полностью выводит передачу из строя. Чаще поломка наблюдается у основания зуба (рис. 3.25, с. 65) вследствие периодического действия переменной нагрузки F, а также в результате значительной кратковременной перегрузки (ударной нагрузки). Если зуб работает одной стороной, то первоначальная трещина, как правило, образуется в зоне растяжения. Трещина распространяется вдоль основания ножки зуба, а иногда к его вершине или по какой-то рабочей части зуба.

Долговечность зубьев можно повысить, увеличив прочность основания зуба и уменьшив концентрацию напряжений в опасном сечении, увеличив модуль передачи.

Вопрос: К какому виду разрушения может привести действие на зуб переменной нагрузки?

-Вследствие периодического действия нагрузки могут возникнуть усталостные трещины у основания зуба, приводящие в конечном итоге к его поломке.

Вопрос:

- Сопротивление зубьев излому можно повысить, например, с помощью коррекции, механических свойств материала колес, жесткости всей передачи, увеличив модуль передачи.

5.2. Выкрашивание рабочих поверхностей зубьев. Этот вид повреждений зубьев нарушает нормальную работу всей передачи, но не выводит ее из строя полностью. Чаще это повреждение наблюдается в закрытых передачах, работающих при обилии смазочного материала. Выкрашивание поверхности зубьев возникает на ножках зубьев колес вблизи полюсной линии (рис. 3.26, с. 66). Смазочный материал, который заходит в микротрещины, находясь под действием внешнего давления (при работе передачи), расклинивает трещины. Повторяясь, такие действия приводят к откалыванию части металла (рис. 3.27). Диаметр ямок выкрашивания (оспинок) доходит до 2…5 мм. Установлено, что чем тверже поверхности зубьев и чем меньше шероховатость их поверхностей, тем большую нагрузку они могут выдерживать без опасности возникновения выкрашивания. Более вязкое масло способно лучше гасить динамические нагрузки на зубья и тем самым уменьшать выкрашивание поверхности зубьев.

В открытых передачах выкрашивание наблюдается очень редко, так как поверхностный слой, в котором возникают начальные трещины, истирается раньше, чем в нем успевает произойти усталостное выкрашивание.

Вопрос: Как увеличить сопротивляемость зубьев выкрашиванию рабочих поверхностей?

- Способность сопротивляться выкрашиванию можно повысить, создав более гладкую и прочную поверхность зубьев, увеличив радиус кривизны профилей зубьев в зоне контакта и правильно подобрав смазочный материал, увеличить твердость поверхности зубьев методом поверхностного упрочнения.

5.3 Изнашивание зубьев чаще наблюдается в открытых передачах, чем в закрытых, заключается в истирании рабочих поверхностей (рис. 3.28) вследствие попадания в зону зацепления металлических частиц, пыли, грязи (абразивное изнашивание).

Изнашивание может начаться также в результате недостаточно гладкой поверхности у новой передачи и продолжаться до сглаживания неровностей рабочих поверхностей зубьев.

Вопрос: Выходит ли из строя передача по причине изнашивания зубьев? Как уменьшить изнашивание зубьев?

-Вид поверждения зубьев – изнашивание их рабочих поверхностей в какой-то степени нарушает нормальную работу передачи, но не выводит ее из строя до тех пор, пока величина износа не достигнет значения, недопускаемого правилами технической эксплуатации.

Вопрос: Как уменьшить изнашивание зубьев?

- Изнашивание зубьев можно понизить, уменьшив скольжение профилей и контактные напряжения, а также увеличив износостойкость рабочих поверхностей и правильно подобрав смазочный материал.

5.4 Заедание зубьев. Наблюдается как в открытых, так и в закрытых тихоходных, тяжелонагруженных передачах.

Этот вид повреждения зубьев заключается в том, что под действием высоких давлений сопряженные поверхности зубьев сцепляются одна с другой настолько сильно, что частицы металла с поверхности зубьев в зоне раздавленной масляной пленки открываются и прихватываются к поверхности зубьев парного колеса; при последующем относительном движении зубьев эти частицы отрываются и делают на рабочих поверхностях борозды, задиры.

Вопрос: Можно ли предупредить заедание зубьев?

- Заедание можно предупредить: в тихоходных передачах применением очень вязких смазочных материалов, а в быстроходных – противозадирных смазочных материалов.

Правильно спроектированные передачи должны быть рассчитаны так, чтобы любая из возможных причин повреждения зубьев была исключена. Общепринятой методики расчета зубьев на изнашивание и заедание в настоящее время нет. Все передачи рассчитывают одинаково по контактным напряжениям.
6. Общие сведения о редукторах.

Для передачи мощности от двигателя к рабочей машине применяют отдельно выполненные механизмы, состоящие из зубчатых или червячных передач. Передачи служат для преобразования параметров или видов движения, для преобразования сил и крутящих моментов.

Редуктором называется передача, установленная в закрытом корпусе, и служащая для снижения частоты вращения и повышения вращающего момента на ведомом валу. Установка передачи в отдельном корпусе гарантирует точность сборки, лучшую смазку, более высокий КПД, меньший износ, защиту от попадания воды, абразивных веществ, повышает надежность и безопасность обслуживания.

Редукторы классифицируют по следующим основным признакам:

-по количеству ступеней;

-типам передач каждой ступени;

-типам зубчатых колес.

Простейшие редукторы (рис. 142, с.212, К.Г.Булах. Детали машин) включают только одну передачу, поэтому являются одноступенчатыми. По типу передачи они являются цилиндрическими (а), коническими (б) или червячными (в).

Двухступенчатые цилиндрические редукторы выполняются по схемам рис. 143 Булах. Они могут быть линейными (а), соосными (б), с раздвоением мощностей (в).

При прочих равных условиях наибольшие габариты и массу имеют линейные редукторы. Соосные редукторы применяются для уменьшения поперечных размеров агрегата, например, размера токарного станка. Раздвоение мощности применяется в крупных редукторах генераторов и главных двигателей мощностью более 500…600 кВт для значительного уменьшения габаритов по диаметру и снижения вибрации.

Для значительного уменьшения частоты вращения с изменением направления оси вала применяются двухступенчатые комбинированные редукторы (рис. 144): коническо-цилиндрические (а), цилиндрическо-червячные (б). Первые из них имеют общее передаточное число 8…20, применяются редко, так как могут быть заменены более надежным одноступенчатым червячным редуктором. Вторые из них часто применяются в корабельных условиях там, где требуется очень большое передаточное число и самоторможение.

Редукторы характеризуются количеством ступеней, типами передач каждой ступени, взаимным расположением шестерен и колес в передачах, расположением осей ведущего и ведомого валов. Характеристиками редукторов также являются:

- общее передаточное число ;

-мощность входная (быстроходного вала) , кВт;

-мощность выходящая (тихоходного вала) , кВт;

- частота вращения входная , об/мин;

-частота вращения выходящая , об/мин;

-коэффициент полезного действия .

Эти числовые характеристики являются техническими данными редукторов. К ним также относятся габариты (максимальная длина, ширина и высота с соединительными полумуфтами), масса, марка и количество смазочного материала, максимальная и минимальная температура применения).

Характеристики редуктора записываются в его документ (формуляр, паспорт).

Вопрос 1: Что называется редуктором?

- Редуктором называется передача, установленная в закрытом корпусе.

Вопрос 2: Для чего применяются редукторы?

- Редукторы служат для снижения частоты вращения и повышения вращающего момента на ведомом валу.

Вопрос 3: Перечислите основные схемы редукторов.

- Они могут быть линейным , соосными, с раздвоением мощностей .
6.1 Типовые конструкции редукторов.

На рис. 145 представлен общий вид одноступенчатого горизонтального червячного редуктора. В корпусе 1 с крышкой 2 находится червяк 11 и червячное колесо 3. Их валы вращаются на шариковых подшипниках 8 и 17 и роликовых подшипниках 15. Концы валов выходят через крышки 9 и 18 с уплотнительными манжетами 10 и 19. С противоположных сторон валы закрыты глухими крышками 16. Корпус 1 и крышка 2 соединены шпильками 5 и 7 с гайками. В нижней части корпус 1 имеет лапы 13 с отверстиями для крепления к фундаменту. Крышки подшипников 9, 16 и 18 крепятся винтами.

В корпус через отдушину с колпачком 4 залито масло 12. Уровень масла поддерживается таким, чтобы зубья червяка полностью окунались в него. Этого достаточно, чтобы червяк переносил слой масла к линии зацепления с колесом. Масло самотеком поступает также к подшипникам червяка. Смазка зубчатых колес и червяков зависит от их окружной скорости: при их окружной скорости до 12…15 м/с смазка осуществляется окунанием зубьев в масляную ванну. В данном редукторе окружная скорость червяка более 4 м/с, что обеспечивает разбрызгивание масла и попадание его в подшипники червячного колеса. Уровень масла контролируется при отворачивании верхней масляной пробки 14. Через нижнюю масляную пробку 14 масло сливается при замене. Как показано на чертеже, отверстие для этой пробки находится в самой нижней части внутренней полости корпуса.

Корпус 1 и крышка 2 отлиты из стали 35Л. Крышка имеет захваты 6 для удобства вскрытия редуктора и его установки на фундамент или снятия с фундамента. Червяк 11 изготовлен из стали Ст6 и закален до твердости HRC50. Ступица колеса 3 отлита из стали, зубчатый венец изготовлен из бронзы БрОФ10-1. Все остальные узлы – подшипники, манжеты, крышки подшипников, крепежные детали – стандартные изделия.

Вопрос 1: Из каких основных частей состоит редуктор?

-Корпус, валы, зубчатые колеса, шестерни, червяки, подшипники, крышки.

Вопрос 2: Как подается смазка к зацеплению и подшипникам редуктора?

- Смазка зубчатых колес и червяков зависит от их окружной скорости: при их окружной скорости до 12…15 м/с смазка осуществляется окунанием зубьев в масляную ванну. Если окружная скорость червяка более 4 м/с и менее 12 м/с, то смазка обеспечивается разбрызгиванием масла и попаданием его в подшипники. Если окружная скорость менее 4 м/с, то существует возможность попадания в масляную ванну металлических частей вследствие износа зубьев. В этом случае подшипники смазываются отдельно.