, преподаватель кафедры «Энергетика»
Лекции по дисциплине «Электропривод и автоматизация»
ЛЕКЦИЯ 3 – ВИДЫ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ
3.1 Общие сведения о механических передачах (МП)
МП связывают ЭД с ИО машины. Они могут менять: 1 - значение скорости, 2 - её направление, 3 - вид (с угловой на линейную). Нужда в них – нецелесообразность и иногда невозможность соединения РО машины с валом ЭД. В каждой МП есть 2 основных вала: входной (ведущий) и выходной (ведомый). Между ними могут быть промежуточные валы. МП есть 2х видов движения - вращательного (ВД) и поступательного (ПД). ВД есть:
- по способу передачи движения: трением (фрикционные, ременные) и зацеплением (цепные, зубчатые, червячные);
- по соотношению скоростей ведущего и ведомого звеньев: редукторы (↓щ и ↑M) – больше распространены, чем мультипликаторы (↑щ и ↓M), так как щ ЭД намного выше щ валов РМ. Быстроходные ЭД меньше по размеру по сравнению с тихоходными той же мощности. Чем больше щ, тем меньше силы и M, действующие на детали ЭД.
(Например, выгоднее маленький быстроходный ЭД соединить через редуктор с валом вертолёта, чем большой тихоходный напрямую).
Основные характеристики МП:
1 - мощность - Р1 на входе и Р2 на выходе, Вт; (1 – ведущее звено, 2 – ведомое звено)
2 - быстроходность - частота вращения n1, n2, об/мин (угловая скорость щ1, щ2, рад/сек);
3 - передаточное отношение – i = n1/n2 = щ1/ щ2, при u > 1 – редуктор.
4 - коэффициент полезного действия (КПД) з = P2/P1 = (P1 – ДP)/P1, где ДР – потери.
У одноступенчатых передач КПД: фрикционные – 0,85-0,9; ременные – 0,90-0,95;
цепные – 0,92-0,95; зубчатые – 0,95-0,99; червячные – 0,7-0,9;
5 - моменты на валах - M1 и M2 - M1 = 9550P1/n = P1/щ1, где щ1 = рn1/30.
Связь между М1 и М2 - через i и КПД з: M2 = M1зi.
3.2 Зубчатые передачи (ЗП)
Из всех типов МП они - наиболее распространены.
ЗП состоит из 2х зубчатых колёс: колеса (большое) и шестерни (маленькое). ЗП предназначены для:
1 - передачи ВД между валами;
2 - преобразование ВД в ПД и наоборот (реечная передача («рейка-шестерня») – е на рисунке).
Классификация ЗП:
- по расположению осей валов: параллельные (а, б, в, з), пересекающиеся (г, д) и перекрещивающиеся (е, ж).
- по форме колес: цилиндрические (а, б в, з), конические (г, д, ж), эллиптические, секторные (не все зубья).
- по форме зубьев: прямые (а, г, е, з), косые (б), шевронные (в) и круговые (д, ж).
- по относительному расположению зубчатых колес: с внешним (а) и внутренним (з) зацеплением.
Применение ЗП – от часов до авиационных двигателей. Наиболее распространены - ЗП с цилиндрическими колесами, как простые в изготовлении и применении, надежные и малогабаритные. С ростом угла повышается площадь контакта зубьев, уменьшается размер передачи, но появляется осевая сила вдоль оси вала (+нагрузка на опоры). Для её ↓ угол наклона ограничивают до 8-20°. Этот недостаток исключён в шевронной передаче.
Конические ЗП применяют при угле между осями валов (чаще он 90°). Они более сложны в изготовлении и монтаже, чем цилиндрические, а их нагрузочная способность - 85% от цилиндрических. Для её ↑- колёса с непрямыми (круговыми) зубьями.
Достоинства ЗП:
- передача больших мощностей (104 кВт);
- большие скорости вращения (до 150 м/с);
- постоянство i (нет проскальзывания);
- высокий КПД (до 0,97…0,98 в 1 ступени).
- компактность;
- большая долговечность и надежность (для редукторов общего применения - 30 000 ч);
Недостатки ЗП:
- сложно передать движение на расстояние;
- жёсткость передачи (не защищены от перегрузок); - ступенчатое изменение i;
- шум при работе (на высоких скоростях);
- нужна высокая точность изготовления и монтажа (иначе возможны вибрации);
- необходимость в смазке.
3.3. Планетарные передачи (ПП)
У ПП зубчатые колеса с перемещающимися осями. ПП состоит из малого центрального колеса 1 – солнца (С) с наружными зубьями, большого центрального колеса 3 – эпицикла (Э) с внутренними зубьями, водила Н и спутников 2 - вращаются вокруг своих осей и с осью вокруг 1.
При неподвижном колесе 3 движение передаётся от 1 к Н или от Н к 1; при неподвижном водиле Н – от 1 к 3 или от 3 к 1. При всех свободных звеньях одно движение можно раскладывать на два (от 3 к 1 и Н) или два соединять в одно (от 1 и Н к 3).
Преимущества ПП: - малые размеры и массы колёс (нагрузка равномерно распределена
между спутниками); - большая нагрузочной способность (при внутреннем зацеплении);
- легко получить соосный редуктор (оси ведущего и ведомого валов совпадают).
Недостаток ПП: - высокие требования к точности изготовления и установки; - много деталей. Применение – технологические и транспортные машины, в частности автомобили.
3.4 Червячные передачи (ЧП)
ЧП состоит из зубчатого колеса (ведомое) и червяка (ведущий), оси которых перекрещиваются под углом 90°. Движение в ЧП передается по принципу винтовой пары, а окружные скорости на червяке и на колесе не совпадают. Для ↓ износа - малотрущиеся пары материалов: червяк — сталь, венец червячного колеса — бронза.
Применение – разводной ключ, колки (для натяжения струн в гитаре), подъёмно-транспортные машины и механизмы (лебёдки).
Достоинства ЧП:
- большие передаточные отношения;
- плавность и малошумность работы;
- высокая кинематическая точность (чувствительность ведомого к повороту ведущего);
- самоторможение. (фиксация положения и необратимость)
Недостатки ЧП:
- низкий КПД (из-за скольжения);
- высокий износ, заедание (из-за него же);
- использование дорогих материалов;
- высокие требования к точности сборки.
- большие потери на трение (охлаждение)
3.5 Ремённая передача (РП)
РП - для передачи движения на расстоянии между валами. Она состоит из шкивов и ремня – гибкого звена. (также это шнур, канат, провод, лента, цепь). Чем больше натяжение, угол обхвата шкива ремнем и коэффициент трения, тем больше передаваемая нагрузка. Для постоянства натяжения ремня в РП есть - ролики, пружины и противовесы.
По форме поперечного сечения ремня РП есть:
- плоскоременные (I) – меньшее напряжение изгиба на шкивах,
- клиноременные (II) - наиболее распространены
(повышенная тяговая способность);
- круглоременные (III) – в небольших машинах
(швейные, пищевые, настольные станки и т. д.).
Плоскоремённая РП есть:
- открытая - параллельные оси и вращение шкивов в одном направлении (I);
- перекрестная - параллельные оси и вращение их в противоположных направлениях (II);
- полуперекрестная передача - перекрещивающиеся оси (III);
- угловая - при пересекающихся осях (IV);
- со ступенчатыми шкивами (V) - позволяет менять щ2 при постоянной щ1. Расположение ступеней шкивов: меньшая ступень одного шкива находится против большей ступени другого.
Наибольшие преимущества – у РП с зубчатыми (поликлиновыми) ремнями 4, на рабочей поверхности которых есть выступы, зацепляющиеся со шкивами 1,2 и 3. Они допускают: 1 - значительные перегрузки, 2 - скорости, 3 - надежны и прочны.
Достоинства РП:
- передача движения на расстояние;
- плавность и бесшумность работы;
- защита механизмов от колебаний нагрузки (за счёт упругости ремня);
- защита механизмов от перегрузки
(за счёт проскальзывания ремня)
- простота пользования (не нужна смазка).
Недостатки РП:
- большие размеры (при P=const диаметры шкивов в 5 раз больше диаметров ЗП);
- повышенная нагрузка на валы и оси (из-за натяжения ремня (в 2-3 раза больше ЗП);
- непостоянство i (проскальзывание ремня);
- малый срок службы (до 5000 часов).
3.6 Цепная передача (ЦП)
ЦП состоит из: звёздочек и охватывающей их цепи, а также натяжных, смазывающих устройств и ограждения. Оси валов – всегда параллельны!
- По типу применяемых цепей ЦП:
- роликовтулочные а (тяжёлые, но низкий износ); - зубчатые пластинчатые (б) (плавность работы).
Применение ЦП: 1 - при значительных межосевых расстояниях; 2 - при передаче от одного ведущего вала нескольким ведомым;
(сельхоз машины, велосипеды, мотоциклы).
Достоинства ЦП (по сравнению с РП):
- большая нагрузочная способность;
- постоянство i (нет скольжения);
- малые силы действуют на оси;
(нет сильного натяжения цепи);
- работа меньших межосевых расстояниях и больших i;
- большой срок службы.
Недостатки ЦП – так как звенья цепи располагаются на звёздочке не по окружности, а по многоугольнику):
- износ шарниров цепи;
- шум и добавочные динамич. нагрузки;
- необходимость смазки;
- высокая стоимость.
3.7 Фрикционные передачи (ФП)
ФП – пара колес - катков, использующая силу трения для передачи движения.
Трение между элементами может быть сухое, граничное, жидкостное. Последнее - наиболее предпочтительно, так как значительно увеличивает долговечность ФП).
ФП делятся:
- по расположению валов: с параллельными (а, б) и пересекающимися (в, г) валами;
- по характеру контакта: с внешним (а, в, г) и с внутренним (б) контактом;
- по возможности смены передаточного отношения: нерегулируемые и регулируемые.
- по форме контактирующих тел: цилиндрические (а), конические (б, в); лобовые (г).
Применение – валы прокатных станов.
Достоинства РП:
- простота конструкции;
- плавность и бесшумность работы;
- защита механизмов от перегрузки
(за счёт возможного проскальзывания)
- плавность изменения передаточного отношения.
Недостатки РП:
- нужда в прижимных устройствах;
- повышенная нагрузка на валы и оси;
- непостоянство i (из-за проскальзывания);
- износ рабочих поверхностей.
- невозможность передачи большой мощности.
