Виды механизмов передачи движения

Винтовые механизмы

Винтовые механизмы широко применяются в самых разнообразных машинах для преобразования вращательного движения в поступательное и, наоборот, поступательного во вращательное. Особенно часто винтовые механизмы применяются в станках для осуществления прямолинейного вспомогательного (подача) или установочного (подвод, отвод, зажатие) движения таких сборочных единиц, как столы, суппорты, каретки, шпиндельные бабки, головки и т. д. Винты, применяемые в этих механизмах, называются ходовыми. Часто также винтовой механизм служит для подъема грузов или вообще для передачи усилий. Примером такого применения винтового механизма является использование его в домкратах, винтовых стяжках и т. д. В этом случае винты будут называться грузовыми. Грузовые винты обычно работают с незначительными скоростями, но с большими усилиями по сравнению с ходовыми винтами.

Основными деталями винтового механизма являются винт и гайка.

Обычно в винтовых механизмах (передачах винт—гайка) движение передается от винта к гайке, т. е. вращательное движение винта преобразуется в поступательное движение гайки, например механизм поперечного перемещения суппорта токарного станка. Встречаются конструкции, когда движение передается от гайки к винту, и винтовые передачи, в которых вращение винта преобразуется в поступательное того же винта, при закрепленной неподвижно гайке. Примером такого механизма может служить винтовая передача верхней части стола (рис. 9, а) фрезерного станка. При вращении рукояткой 6 винта 1 в гайке 2, закрепленной винтом 3 в салазках 4 стола ,5, винт 1 начинает двигаться поступательно. Вместе с ним движется по направляющим салазок стол 5.

Передаточное число – главная передача

Затем по зависимостям, установленным в теории автомобиля, определяют передаточные числа главной передачи и коробки передач, а также число передач.
 

Этими параметрами являются характеристика, рабочий объем и оборотность двигателя; передаточные числа главной передачи, коробки передач и демультипликатора.
 

Разные передаточные числа ступичных редукторов передних и задних колес в сочетании с передаточными числами главных передач переднего и заднего мостов обеспечивают одинаковые окружные скорости передних и задних колес, что необходимо для нормальной работы ходовой части тягача.
 

Повышение динамического фактора может быть достигнуто путем повышения крутящего момента двигателя или увеличения передаточного числа главной передачи. Улучшение динамичности грузовых автомобилей достигается за счет уменьшения их собственного веса, а легковых автомобилей – также и путем придания им обтекаемой формы.
 

Специально построенные газогенераторные автомобили ( заводского производства) отличаются некоторыми особенностями двигателя, увеличенным передаточным числом главной передачи и изменениями кузова и кабины в связи с размещением газогенераторной установки. Кроме того, на них устанавливаются специальные контрольные приборы и приспособления.
 

Мт – крутящий момент мотора, гк – передаточное число коробки передач, г – передаточное число главной передачи и – ij – кпд трансмиссии.
 

Тяговые качества грузовых автомобилей при постоянной работе с прицепами могут быть повышены за счет увеличения передаточного числа главной передачи при соответственном снижении их максимальной скорости.
 

Число оборотов привода спидометра, отнесенное к пути, пройденному автомобилем, обусловливается действительным радиусом качения шины, передаточным числом главной передачи автомобиля и передаточным числом привода вала спидометра.
 

Выбор числа оборотов того или иного подшипника зависит от средней эксплоатационной скорости автомобиля, от радиуса качения колес и от соответствующих передаточных чисел главной передачи и коробки передач.
 

Для того чтобы лучше приспособить грузовой автомобиль к заданным условиям эксплоатации, одно и то же шасси снабжается шинами либо стандартного, либо повышенного размера, с различным рисунком протектора, а передаточное число главной передачи соответственно подбирается. Самое короткобазное шасси данной модели используется не только для установки кузова-самосвала, предназначенного для перевозки компактных грузов, но применяется также и под тягач для седельного полуприцепа. Самое длиннобазное шасси снабжается обычно кузовом с решетчатыми бортами для перевозки емких грузов.
 

Исходными данными для предварительного выбора основных размеров и параметров зубчатых колес главных передач являются максимальное значение крутящего момента на ведущем зубчатом колесе главной передачи ( по двигателю или сцеплению ведущих колес), передаточное число главной передачи и0, а также ограничения по дорожному просвету.
 

Главная передача служит для передачи крутящего момента от карданного вала к полуосям ведущих колес под углом 90 и для повышения величины крутящего момента. Передаточное число главной передачи ( для легковых автомобилей 4 – 5, для грузовых 6 – 7) подбирается из расчета получения достаточной величины тягового усилия.
 

Автомобиль-самосвал МАЗ-205 изготовлен на базе автомобиля МАЗ-200 ( ЯАЗ-200) и отличается от него укороченной на 720 мм базой и укороченными вследствие этого карданными валами. Передаточное число главной передачи увеличено до 9 0 для улучшения тяговых качеств автомобиля при работе его в тяжелых дорожных условиях. Пневматический привод тормозов автомобиля несколько изменен, так как самосвал МАЗ-205 не предназначен для работы с прицепами.
 

Главная передача предназначена для увеличения крутящего момента, подводимого к ведущим колесам. Передаточное число главной передачи зависит в основном от мощности и быстроходности двигателя, назначения и общей массы автомобиля. Главные передачи могут быть с коническими, гипоидными или червячными шестернями.
 

Данные по автомобилю Москвич соответствуют передаточным числам коробки передач первой модели. Победа соответствуют передаточному числу главной передачи / 0 5 125 и передаточным числам коробки передач первой модели.
 

Достоинства и недостатки

Применение данной кинематической схемы наглядно показало наличие преимуществ.

К положительным моментам можно отнести:

• способность изменять направление передаваемого движения;
• широкая область применения;
• эффективно реализована передача, преобразование, увеличение мощности вращательного движения между осями передачи расположенными под углом друг к другу;
• достаточно широкий диапазон задания углов передачи крутящего момента от ведущего элемента к ведомому;
• широкая вариативность при компоновке разрабатываемых зубчатых и комбинированных систем;
• высокие нагрузочные характеристики (данные устройства способны передавать мощность величиной до 5000 кВт);
• эксплуатация и обслуживание не вызывает трудностей;
• удаётся получить высокий КПД.

К недостаткам специалисты причисляют:

• нагрузочная способность ниже, чем у цилиндрических конструкций (в среднем она на 20 процентов ниже);
• невысокая несущая способность (этот показатель ниже на 15 процентов);
• сложность и трудоёмкость в изготовлении колёс с заданными параметрами зубьев (количеством, величиной, углом наклона);
• повышенные требования к точности нарезания зубьев;
• возникновение повышенных осевых и изгибных нагрузок на все валы (особенно этот эффект наблюдается между валами, расположенными консольно);
• необходимость регулировки процесса передачи вращения;
• обладают большей массой, чем другие зубчатые передачи;
• высокие затраты на производство и обслуживание;
• возникают трудно разрешимые проблемы при проектировании и изготовлении систем с изменяемым передаточным числом;
• повышенная общая жёсткость конструкции.

Основные показатели для выбора механических передач

Выбор типа передачи — сложная конструкторская задача. Нужно подобрать вид и спроектировать механизм, наиболее полно удовлетворяющий техническим требованиям, сформулированным для данного узла.

При выборе конструктор сопоставляет следующие основные факторы:

• опыт предшествующих аналогичных конструкций;
• мощность и момент на валу ;
• число оборотов на входе и на выходе;
• требуемый К.П.Д.;
• массогабаритные характеристики;
• доступность регулировок;
• плановый эксплуатационный ресурс;
• себестоимость производства;
• стоимость обслуживания.

При высоких передаваемых мощностях обычно выбирают многопоточный зубчатый вид. При необходимости регулировки числа оборотов в широком диапазоне разумно будет выбрать клиноременной вариатор. Конечное решение остается за конструктором.

Передачи можно классифицировать по:

– принципу действия – на передачи зацеплением, передачи трением, с одновременным использованием зацепления и трения (зубчато – ременные). Передачи зацеплением могут осуществляться непосредственным контактов тел качения (фрикционные) и гибкой связью ременные.

– изменению угловой скорости – на передачи, увеличивающие скорость движения звеньев (мультипликаторы) и передачи, уменьшающие скорость движения звеньев (редукторы);

– изменению передаточного отношения – на передачи с постоянным передаточным отношением, передачи со ступенчатым передаточным отношением (коробки скоростей) и передачи с плавным изменением передаточного отношения (вариаторы),

– направлению вращения – на передачи с постоянным направлением вращения и передачи с изменяющимся направлением вращения.

– время действия – на передачи одноразового использования, передачи кратковременного периодического действия и передачи с большими сроками службы.

– числу потоков передаваемой мощности – напередачи одно и многоступенчатые.

– числу ступеней в которых происходит изменение передаточного отношения, на передачи одно и многоступенчатые.

Передачи для преобразования видов движения можно подразделить на передачи для преобразования:

• вращательного движение в поступательное прямолинейное (винтовые и другие механизмы);
• вращательного движения в качательное (рычажные и другие механизмы);
• вращательного движения одновременно в качательное и возвратно-поступательное (передачи типа качалка-тяга и крипошипно-шатунные механизмы);
• возвратно – поступательного движения во вращательное (шатунно-кривошипные и другие механизмы)  

Среди передач, предназначенных для преобразования вращательного движения в поступательное наиболее распространены передачи типа винт-гайка.

Для осуществления движения по заданному закону изменения скорости или по сложной траектории наиболее широко применяют кулачковые, рычажные и клапанные механизмы.

 Передачи с зубчатым зацеплением, можно классифицировать по:

1. величине окружной скорости  – на тихоходные передачи, если окружная скорость в точке зацепления не превышает 3 м/с, среднескоростные передачи , если окружная скорость не превышает 4-15 м/с, и быстроходные передачи, если окружная скорость больше 15 м/с.

Величину окружной скорости необходимо учитывать при проектировании. Так, для высокоскоростных передач требуется повышенная точность изготовления деталей, применение узких зубчатых колес, учет дополнительных динамических нагрузок, возникающих от удара зубьев и т.п.

2. назначению – на силовые и кинематические зубчатые передачи,

3. взаимному расположению валов – на зубчатые передачи с параллельными, с пересекающимися и перекрещивающимися осями.

4. виду зуба – на передачи с прямыми, косыми, шевронными и винтовыми зубьями.

5. форме кривой, образующей рабочий участок профиля зуба – на передачи с эвольвентным профилем зуба, с профилем зуба, образованным дугами окружностей, с треугольным профилем зуба (часовые, цевочные и т.д.).    

6. виду зацепления – на передачи внешнего зацепления, внутреннего зацепления и передачи, состоящие из зубчатого колеса с внешними зубьями и рейки.

7. характеру относительного движения зубчатых колес – на простые и планетарные передачи.

Планетарные, передачи, имеющие зубчатые колеса с перемещающимися геометрическими осями могут иметь одну или две степени свободы. В последнем случае их называют дифференциальными.

Волновые передачи по принципу действия можно разделить на фрикционные, зубчатые и винтовые.

Планетарная передача

Волновая передача

Тенденция к повышению частоты вращения электродвигателей приводит к тому, что что общее передаточное отношение в некоторых механизмах может возрастать. ОДнако передаточные отношения в одноступенчатых передачах не превышают 8…10. При больших передаточных отношениях между двигателями и передаточными механизмами применяют многоступечатые зубчатые передачи. В соответствии с кинематической и конструктивной схемами различают следующие многоступенчатые передачи:

• многоступенчатые зубчатые передачи соосной системы,
• многоступенчатые зубчатые передачи развернутой схемы,
• редукторы с раздвоеной быстроходной ступенью,
• комбинированные многоступенчатые передачи, включающие различные виды зубчатых передач, в том числе винтовые или червячные передачи.

§ 40. Определение передаточных отношений простейших планетарных и дифференциальных передач

Планетарными называются передачи, в которых оси одного или нескольких колес закреплены в подвижном звене – водиле.

Любая планетарная передача состоит из трех групп элементов. Первая группа – центральные колеса (колеса, расположенные на неподвижных осях), вторая группа – сателлиты (колеса, расположенные на подвижном звене – водиле) и третья группа – водила.

На рис. 237 показана схема передачи, состоящей из центрального колеса 1, сателлита 2 и водила H.

В общем случае центральное колесо и водило могут получать вращение от двух источников независимо друг от друга. Такая передача имеет две степени свободы и называется дифференциальной.

Если закрепить центральное колесо, то получается передача с одной степенью свободы – движение можно передавать либо от водила к сателлиту, либо от сателлита к водилу – такая передача называется простой планетарной (рис. 238).

Чтобы в процессе решения задач глубже проанализировать кинематику планетарных передач, целесообразно не пользоваться готовыми выведенными в учебниках формулами, а применять метод сложения двух движений.

Сателлиты планетарных передач совершают сложное вращательное движение. Движение сателлитов относительно Земли (относительно неподвижной системы координат) складывается из вращения их вместе с водилом – переносного движения и вращения их вокруг осей, закрепленных в водиле, – относительного движения.

Метод сложения двух движений можно распространить и на центральные колеса. Так, например, закрепленное центральное колесо простой планетарной передачи можно считать вращающимся вместе с водилом и одновременно поворачивающимся на их общей оси в обратную сторону с такой же скоростью, что и водило.

Поэтому метод, который подробно изложен в решениях задач, включает следующие четыре этапа:

1. Мысленно закрепляем все колеса на водиле и придаем ему вращение с угловой скоростью водила относительно его собственной неподвижной оси – получаем первое движение.

2. Освобождаем колеса от водила. Водило мысленно закрепляем (превращаем планетарную передачу в обычную зубчатую передачу с неподвижными осями) и поворачиваем центральное колесо с угловой скоростью -(n_H-n_ц), т. е. с угловой скоростью, равной разности абсолютных скоростей водила и центрального колеса, но в обратную сторону относительно направления вращения водила. В результате этого движения центрального колеса все остальные колеса передачи получают соответствующие угловые скорости, определяемые при помощи передаточных отношений. Так получается второе движение.

3. Угловые скорости всех элементов передачи, получившиеся в первом и втором движениях, складываем.

4. Из получившихся в результате сложения действительных зависимостей между угловыми скоростями определяем неизвестные в задаче величины.

Введем такие обозначения:

n₁, n₂, n₃, … (или ω₁, ω₂, ω₃, …) – угловые скорости, выраженные в об/мин (рад/сек) у зубчатых колес (центральных или сателлитов), дифференциальных передач, индексы соответствуют нумерации колес; n_H (или ω_H) – угловая скорость водила в дифференциальной передаче.

Угловые скорости колес или водила в простой планетарной передаче (с закрепленным колесом) обозначим теми же буквами, но с верхними индексами в скобках, соответствующих закрепленному колесу, например n₂(1) (или ω₂(1)) – угловая скорость второго колеса при закрепленном первом; n_H(1) – угловая скорость водила при закрепленном первом и т. д.

Аналогично обозначим и передаточные отношения:

i₁₂(H) – передаточное отношение от колеса 1 к колесу 2 при неподвижном водиле;

i_2H(1) – передаточное отношение от колеса 2 к водилу при неподвижном первом колесе;

i_1H – передаточное отношение от колеса 1 к водилу в дифференциальной передаче и т. д.

При решении задач с планетарными передачами необходимо очень внимательно следить за правильностью определения знаков передаточных отношений между отдельными элементами передачи. Правило знаков передаточных отношений приведено в § 39.

Задача 201. Определить передаточное отношение от сателлита 2 к водилу H для простой планетарной передачи, показанной на рис. 238, если числа зубьев…

Задача 202. Определить передаточное отношение от колеса 2 к водилу H простой планетарной передачи с закрепленным колесом внутреннего зацепления (рис. 239),…

Задача 204. Определить передаточное отношение i_H1(3) для простой планетарной передачи, показанной на рис. 241, если числа зубьев…

Задача 205. Определить угловую скорость водила H и колеса 2 дифференциального зубчатого механизма (рис. 242), если число зубьев колес z₁=18,…

Общие сведения

Механическими передачами называются механизмы, передающие энергию от двигателя к исполнительному органу машины, как правило, с преобразованием скоростей, сил и моментов, а иногда характера и закона движения. Они предназначены для согласования вида, параметров движения и расположения двигателя и исполнительного органа, когда скорости движения рабочих органов машины отличаются от скоростей стандартных двигателей, т.е. рабочий орган требует вращающий момент больший или меньший, чем на валу двигателя. В отдельных случаях требуется также изменить пространственную ориентацию элементов передачи.

По способу передачи движения от ведущего звена к ведомому различают передачи:

• • трением: с непосредственным контактом – фрикционные, с гибкой связью – ременные;
• • зацеплением: с непосредственным контактом – зубчатые, червячные, с гибкой связью – цепные.

К зубчатым передачам относятся цилиндрические, конические, планетарные, волновые и др.

По взаимному расположению валов механические передачи могут быть с параллельными (у цилиндрических передач, рис. 4.4, а–в), пересекающимися (у конических передач, рис. 4.4, г, д) и со скрещивающимися (у червячных передач, рис. 4.4, е) осями.

По характеру движения валов различают механизмы с неподвижными осями валов и подвижными осями валов в планетарных передачах. В последних движение колес-сателлитов, установленных на подвижных валах, похоже на движение планет.

Механические передачи также бывают:

• • с постоянным передаточным числом (редукторы, мультипликаторы);
• • с переменным передаточным числом: ступенчатые – коробки передач и бесступенчатые – вариаторы. Коробки передач позволяют настраивать ряд частот вращения выходного вала, а вариаторы – плавно изменять передаточное отношение.

В ряде конструкций механизмов возникает необходимость фиксировать неподвижность выходного звена под нагрузкой

Рис. 4.4

или при отсутствии движения на входе. Свойство механизма, при котором движение передается только в одном направлении, называется необратимостью движения или самоторможением. Соответствующие устройства используются в грузоподъемных машинах.

В последнее время стало развиваться новое направление – мехатроника. В нем силовые механические узлы сочетаются с электрическими и электронными устройствами, обеспечивающими управление и связь между элементами всей системы. Электроника преобразует входной сигнал от системы управления, а силовая электроника выдает команды на исполнительный орган: электромеханический, гидравлический и др. Последние преобразуют поступающие сигналы в механическое движение. В таких системах целесообразно использовать готовые элементы в виде модулей. Применение мехатроники позволяет получить приводы малой массы с высокой точностью движения выходного звена и большим КПД. Такие устройства уже используются в роботехнике и на ЛА в системах управления полетом. Перспективно их применение и в других отраслях техники.

Конические зубчатые колёса

Прямозубые конические колёса применяют при невысоких окружных скоростях (до 2…3 м/с, допустимо до 8 м/с). При более высоких скоростях целесообразно применять колёса с круговыми зубьями, как обеспечивающие более плавное зацепление, меньший шум, большую несущую способность и более технологичные. Прямозубые конические передачи обеспечивают передаточное отношение до 3.

При окружных скоростях, больших 3 м/с, в конических редукторах применяют зубчатые передачи с косыми или криволинейными зубьями, которые благодаря постепенному входу в зацепление и меньшим изменением величины деформации зубьев в процессе зацепления работают с меньшим шумом и меньшими динамическими нагрузками. Кроме того, зубчатые колёса с косыми или криволинейными зубьями лучше работают на изгиб, чем прямозубые. Однако для полного контакта зубьев этих передач требуется прилегание зубьев не только по их ширине, но и по высоте, что повышает требования к изготовлению косозубых передач и колёс с криволинейными зубьями. Благодаря своим преимуществам такие передачи могут применяться при передаточных отношениях до 5 и даже выше.

Рисунок 5 а) с прямыми зубьями, б) с косыми зубьями, в) с криволинейными зубьями, г) коническая гипоидная передача

Рисунок 6 — Основные элементы зубьев конических колёс

Конические зубчатые колёса с косыми зубьями могут работать с окружной скоростью до 12 м/с, а колёса с криволинейными зубьями — до 35-40 м/с. Наибольшее распространение получили передачи с криволинейными зубьями, нарезанными по спирали, эвольвенте (паллоидные) или окружности (круговые).Конические колёса с криволинейными зубьями могут иметь различное направление спирали. Зубчатое колесо называется правоспиральным, если со стороны вершины конуса зубья наклонены наружу в сторону движения часовой стрелки, в противном случае колесо называется левоспиральным.

Корригирование конических зубчатых колёс

Применяют в основном высотную коррекцию (корригирование) конических колёс. Также для конических колёс применяется тангенциальная коррекция, заключающаяся в утолщении зуба шестерни и утонении зуба колеса. Тангенциальная коррекция конических колёс не требует специального инструмента. Для цилиндрических колёс тангенциальную коррекцию не применяют, так как для она требует специального инструмента. На практике для конических колёс часто применяют высотную коррекцию в сочетании с тангенциальной.

Зубья конических колёс по признаку изменения размеров сечений по длине выполняют трех форм:

Рисунок 7

1.Нормально понижающие зубья. Вершины делительного и внутреннего конусов совпадают. Эту форму применяют для конических передач с прямыми и тангенциальными зубьями, а также ограниченно для передач с круговыми зубьями при mn>2 и Z = 20…100.

Рисунок 8

2. Вершина внутреннего конуса располагается так, что ширина дна впадины колеса постоянна, а толщина зуба по делительному конусу растёт с увеличением расстояния до вершины. Эта форма позволяет обрабатывать одним инструментом сразу обе поверхности зубьев колеса. Поэтому она является основой для колес с круговыми зубьями.

Рисунок 9

3. Равновысокие зубья. Образующие делительного и внутреннего конуса параллельны. Эту форму применяют для круговых зубьев при Z>40, в частности при средних конусных расстояниях 75-750 мм.