Портал о строительстве и ремонтных работах

Архивы за 25.09.2014

Появление зубчатой передачи относится к глубокой древности. Из­готавливались они тогда из дерева. Меньшее колесо имело шесть стерж­ней (окружность легко делится на шесть частей), откуда и пошло название шестерня, а большое колесо получило название зубчатого.

Эти названия сохранились в русской технической терминологии и до настоящего времени.

Колеса зубчатых передач в зависимости от расположения их гео­метрических осей могут быть цилиндрическими, коническими или вин­товыми.

Передача цилиндрическими колесами (рис. 2.11, а) применяется при параллельном расположении осей, коническими (рис. 2.11, б) — при пересекающихся осях и винтовыми (рис. 2.11, в) — при перекрещи­вающихся. Передачи цилиндрическими колесами могут быть внешнего (рис. 2.11, а) и внутреннего зацепления (рис. 2.11, г) В первом случае зубчатые колеса вращаются в противоположные стороны, а во втором — в одну и ту же.

Рис. 2.11. Виды зубчатых передач: а — цилиндрическая внешнего зацепления; б — коническая; в — винтовая; г — цилиндрическая внутреннего зацепления

а

6

6

г

Во всех случаях вращение ведущего зубчатого колеса преобразует­ся во вращение ведомого зубчатого колеса через нажатие зубьев перво­го на зубья второго.

Профиль зубьев обычно выполняется по эвольвенте, очертание ко­торой обеспечивает равномерное вращение колес, а следовательно, и по­стоянное передаточное число.

Эвольвентное зацепление показано на рис. 2.12. Окружности, про­веденные из центров зубчатых колес и катящиеся одна по другой без скольжения, называются начальными.

Рис. 2.12. Эволъвентное зацепление: а — цилиндрическими колеса­ми; б — реечное зубчатое; 1 — профиль зуба; 2 — линия зацепления;

3 — ножка; 4 — впадина; 5 — головка; 6 — межосевая линия;

7 — окружность впадин; 8 — начальная окружность; 9 — окруж­ность выступов; 10 — прямая выступов; 11- прямая впадина;

12 — начальная прямая.

Окружность, проведенная по вершинам зубьев, называется окруж­ностью выступов, а окружность, описанная по впадинам, называется ок­ружностью впадин.

Части зубьев между начальной окружностью и окружностью выс­тупов называются головками зубьев, а нижние части, между начальной окружностью и окружностью впадин — ножками зубьев.

Расстояние между одноименными точками двух соседних зубьев, изме­ренное по дуге начальной окружности, называется шагом зацепления.

Основным параметром зубчатого зацепления является величина, называемая модулем зацепления. Измеряется модуль в миллиметрах и представляет собой отношение шага зацепления к числу л:

т — — — (2.16)

л

Длина начальной окружности равна произведению шага на число зубьев:

nd = tz, (2.17)

отсюда диаметр начальной окружности

d= — z = mz (2.18)

л

Высота головки зуба h в стандартном зацеплении равна т. Поэто­му диаметр окружности выступов, то есть наружный диаметр колеса,

D = т(г+ 2).

Высота ножки зуба h2 для обеспечения зазора между головкой зуба и дном впадины делается больше модуля и зависит от точности изготов­ления зубчатого колеса или шестерни.

Обычно высота ножки зуба h2 = 1,25т.

Качение колес зубчатой передачи происходит без проскальзывания, отсюда

. d7 z2

(2.19)

то есть передаточное число зубчатой пары равно отношению числа зу­бьев ведомого колеса к числу зубьев шестерни.

Для преобразования вращательного движения в поступательное (например, реечный домкрат) часто используют зубчатое зацепление, у которого радиус колеса бесконечно велик. Такое зацепление показано на рис. 2.12, а и носит название реечного зубчатого. В нем зацеплении начальная окружность шестерни перекатывается без скольжения по на­чальной прямой рейке; эвольвента зубьев приобретает прямолинейную форму, а зубья получают форму трапеции с углом наклона боковых сто­рон, равным углу зацепления.

Все цилиндрические зубчатые передачи обладают постоянством передаточного числа, компактностью и большим диапазоном передавае­мых мощностей. Коэффициент полезного действия этих передач зависит от точности и чистоты поверхности зубьев, а также от способа смазки и находится для закрытых передач в пределах г)= 0,97-0,99.

Для передачи вращающего момента между валами, оси которых пе­ресекаются под углом, применяются конические передачи.

Наибольшее распространение имеют передачи с межосевым уг­лом 8 = 90° (рис. 2.12, б). Зубья конических колес могут быть пря­мыми, косыми или криволинейными. Их профили выполняются так­же по эвольвенте, но сечение зуба уменьшается по мере приближе­ния к вершине конуса. Поэтому шаг и модуль зуба по его длине меняются, имея наибольшее значение на максимальных диаметрах начальных конусов.

Передаточное число пары конических зубчатых колес определяет­ся так же, как и в цилиндрических колесах:

со, d, г,

г=77 = Т= (2.20)

о)2 a, z.

При работе конической зубчатой передачи всегда возникают значи­тельные осевые усилия, которые должны быть восприняты опорами. Естественно, это вызывает дополнительные потери на трение, из-за кото­рых КПД конических передач несколько ниже, чем цилиндрических: Г] равен 0,94….0,96.

При необходимости получения большого передаточного числа в передаче крутящего момента между скрещивающимися валами применя­ются передачи, которые носят название червячных (рис. 2.13).

Рис. 2.13. Червячная передача: 1 — червяк; 2 — червячное колесо.

Червячная передача представляет собой зубчато-винтовую переда­чу и состоит из червяка — винта с трапецеидальной резьбой — и червяч­ного колеса — косозубого колеса с зубьями специальной формы.

При вращении червяка его витки, находящиеся в контакте с зубьями колеса, давят на них и заставляют поворачиваться колесо. Для обеспечения постоянного и равномерного движения необходимо, чтобы осевой шаг червя­ка был равен торцевому шагу червячного колеса. В этих передачах за каждый оборот червяка колесо поворачивается на один зуб при однозаходной резьбе, на два зуба — при двухзаходной резьбе и т. д. С помощью таких передач можно получить передаточное число больше 200 (обычно — 50-60).

Передаточное число червячной передачи

г = — = — ’ (2.21) z„ пк

где z — число заходов червяка; г — число зубьев колеса; п — число оборотов червяка; п — число оборотов колеса.

Возможность получения большого передаточного числа, компакт­ность, плавность и бесшумность являются неоспоримыми достоинствами червячной передачи.

Существенный ее недостаток — низкий коэффициент полезного действия г равный 0,7-0,75. Постоянно работающая червячная пара по­требляет значительную мощность, выделяет большое количество тепла и требует обязательного интенсивного охлаждения. Этим объясняется сравнительно редкое применение червячных передач особенно в меха­низмах, передающих большие мощности.

Червячные передачи обычно отличаются свойством самоторможе­ния. Это свойство используется в грузоподъемных устройствах. Если бы привод барабана, с помощью которого поднимается груз, имел, на­пример, зубчатую передачу, то пришлось бы устанавливать тормозное устройство, чтобы груз не опускался. При наличии самотормозящейся червячной передачи обратного движения быть не может.

Если необходимо получить большие передаточные числа, обычно прибегают к многоступенчатым зубчатым передачам в основном с цилиндрическими зубчатыми парами. Такие многоступенчатые переда­чи называются редукторами. Редукторы выпускаются промышленнос­тью как самостоятельные изделия. Они стандартизированы и могут быть установлены в любой машине в соответствии со своими пара­метрами. Редукторы выпускаются одно-, двух-, трех — и многоступенча­тыми с различными зубчатыми передачами (цилиндрическими, червяч­ными, коническо-цилиндрическими и т. д.). Основными параметрами ре­дукторов являются передаваемая мощность, передаточное число и ско — ростьювращения ведущего вала.

В редукторах передачи располагаются внутри корпусов специаль­ной конструкции. Нижняя часть корпуса редуктора обычно заполняется маслом, уровень которого контролируется. При вращении колес часть из них, окунаясь в масляную ванну редуктора, поднимает масло и разбрыз­гивает его, обеспечивая смазку трущихся поверхностей.

Корпусы редукторов снабжаются опорными лапами для крепления к фундаментам или рамам, или рым-болтами для монтажа и ребрами для увеличения теплоотдачи и жесткости.

Ременная передача состоит из ведущего и ведомого шкивов, распо­ложенных на некотором расстоянии друг от друга и соединенных между собой натянутым бесконечным ремнем на них (рис. 2.10, а). Благодаря трению, развиваемому между ремнем и шкивами, вращение ведущего шкива передается ведомому.

В зависимости от формы поперечного сечения ремней различают плоскоременные (рис. 2.10, б), клиноременные передачи (рис. 2.10, в) и передачи круглым ремнем (рис. 2.10, г).

6

г

б

Рис.2.10. Ременная передача.

Клиновые ремни в сечении имеют форму трапеции, которая своими боковыми поверхностями касается боковых поверхностей канавок шки­ва. Глубина канавки делается больше высоты сечения ремня, чтобы между нижним основанием сечения ремня и дном канавки был зазор. Этим обеспечивается заклинивание ремня в канавке, увеличивается сцепле­ние, а следовательно, и тяговая способность передачи. Клиноременная передача обладает плавностью и бесшумностью, малыми габаритами и возможностью передавать большие усилия вследствие параллельной установки необходимого количества ремней. Кроме того, как и всякая ременная передача, клиноременная предохраняет механизм от перегруз­ки за счет эластичности ремней и возможности их проскальзывания. В то же время свойство клиноременной передачи исключает постоянство передаточного числа и практически исключает возможность передавать очень большие мощности.

Различное натяжение ведущей и ведомой ветви ременной передачи приводит к обязательному упругому проскальзыванию ремня относительно шкива, из-за чего передаточное число этой передачи имеет следующий вид:

. _ Щ _ ni _ D2

1 а>2 п2 D,(l-£) (2.15)

где /}, и D2 — диаметры ведущего и ведомого шкивов; є — коэффициент

скольжения, зависящий от упругости и степени натяжения ремня.

При применении стандартных резинотканевых клиновых ремней коэф­фициент скольжения колеблется от 0,01 до 0,02.

Передачей называется устройство, предназначенное для передачи механической энергии на расстоянии. В зависимости от способа переда­чи энергии различают передачи механические и передачи с преобразо­ванием энергии (гидравлические, электрические и пневматические). В строительных и дорожных машинах наиболее распространенными явля­ются механические и гидравлические передачи. Передачи не только пе­редают движение, но изменяют скорость, а иногда характер и направле­ние движения.

В каждой передаче тело, которое передает мощность, называется ведущим, а тело, которому передается эта мощность, ведомым.

В зависимости от способа передачи движения от ведущего тела вращения ведомому различают передачи трением с непосредственным контактом тел вращения и зацеплением, а также передачи с гибкой свя­зью (рис. 2.9). Передачи трением с непосредственным контактом тел вращения носят название фрикционных (рис. 2.9, а), а с гибкой связью — ременных (рис. 2.9, б).

Передачи зацеплением при непосредственном контакте могут быть зубчатыми (рис. 2.9, в) или червячными (рис. 2.9, г), а с гибкой связью — цепными (рис. 2.9, д).

Основным параметром любой передачи является передаточное число, под которым понимают отношение угловой скорости ведущего тела пе­редачи к угловой скорости ее ведомого тела или соответствующее отно­шение чисел оборотов:

. п

=_ (27) со2 п2

При і > 1 ведомый вал передачи вращается медленнее ведущего, а при — і < 1 наоборот^Зыстрее ведущего. В строительных машинах в большинстве применяются в большенстве передачи, у которых і > 1, то есть замедляющие. Это необходимо для уменьшения скорости движения рабочего органа машины при больших угловых скоростях вала двигате­ля или для увеличения крутящего момента.

Рис. 2.9. Механические передачи: а — фрикционная; б — ременная; в — зубчатая; г — червячная; д — цепная.

Во многих случаях одной парой тел вращения нельзя обеспечить требу­емое передаточное число. Тогда применяют ряд последовательно соединен­ных передач — так называемую многоступенчатую передачу, в которой ведо­мый вал первой пары является ведущим для второй и т. д.

Общее передаточное число такой передачи равно произведению передаточных чисел отдельных ступеней: для трехступенчатой передачи его можно записать как:

. … «л. ".

h6m=hhh =———————————————————————— (2.8)

ft), С02 ft)3

Здесь г; — передаточное число ременной передачи; г2, i3 — переда­точные числа первой и второй пары зубчатых колес.

В замедляющих передачах крутящий момент на ведомом валу все­гда больше, чем на ведущем, так как снижение скорости обеспечивает увеличение силы.

Как известно из теоретической механики, для одного и того же вала крутящий момент М, передаваемая мощность N и угловая скорость свя­заны зависимостью:

N

— (2.9)

(О

Для первого вала эту зависимость можно записать как М{ — Nx/cov для второго — М2 = N2/а>2 и т. д.

Разделив второе выражение на первое, получим:

М2 г, N2 ®1

Мх~ Щ(02’нш 2“ 1 Nt’co2 (2.10 и 2.11)

Очевидно, отношение Nj N і представляет собой коэффициент по­лезного действия передачи г], а 0)х/со2 — передаточное число.

Следовательно,

М

Мг =Ml-T]i, a Мх= —- (2.21 и 2.13)

і Г]

Для многоступенчатой передачи это можно записать следующим образом:

Мп =М, 1о6щ %6щ’ (2.14)

где £общ и ^общ представляют собой соответственно передаточное число и коэффициент полезного действия всех ступеней передачи.

Следовательно, в замедляющих передачах на каждом последую­щем валу крутящий момент будет возрастать, а мощность, вследствие потерь на трение в подшипниках и в самой передаче, уменьшаться.