Механічні передачі

Більшість сучасних будівельних машин створюють за схемою «двигун-передача - робочий орган (виконавчий механізм)».

Передача між двигуном і робочим органом машини необхідна, коли різняться їх швидкості руху, неможливо або ж важко безпосередньо змінювати швидкість робочого органа за допомогою двигуна, у процесі роботи машини необхідні обертальні моменти, які перевищують обертальний момент на валу двигуна, одним двигуном треба приводити в рух декілька механізмів з різноманітними швидкостями, різні характери руху органів машини та двигуна (наприклад, двигун має обертальний рух, а робочий орган повинен рухатися прямолінійно зі змінною швидкістю або зупинками), неможливо безпосередньо з’єднати вали двигуна та робочих органів з точки зору техніки безпеки, зручності обслуговування, збору та монтажу.

Таким чином, передача - це пристрій, що служить для передавання механічної енергії на відстань, як правило, з перетворенням швидкостей і моментів.

У автомашинах, тракторах та інших самохідних машинах такі пристрої чи їх сукупність називаються трансмісією.

У практиці машинобудування застосовуються такі різновиди передач: механічні, гідравлічні, пневматичні, електричні та комбіновані.

передачі тертям (фрикційні, пасові);

передачі зачепленням (зубчасті, черв’ячні, ланцюгові)

канатні передачі.

Ланки, що передають енергію, називаються ведучими, а ті, що сприймають її - веденими.

Основні параметри передач: коефіцієнт корисної дії (ККД) h, передавальне відношення (число) u, потужність на валах Р і крутний момент М.

В зв’язку з тим, що при передачі потужності від ведучої ланки до веденої відбувається її затрати на тертя в рухомих частинах, то Р₁> Р_2. Ці затрати характеризуються ККД, який визначається за допомогою виразу

.

Механічні передачі:

а- фрикційна; б- пасова; в- зубчаста; г- черв’ячна; д- ланцюгова; 1, 2- ведуча та ведена ланки

Для багатоступеневої передачі яка складається з кількох окремих, послідовно з’єднаних передач, загальний ККД визначається як додаток ККД окремих передач:

Відношення кутової швидкості w₁, або частоти обертання n ведучої ланки до кутової швидкості w₂ або частоти обертання n₂ веденої ланки називається передавальним відношенням:

Якщо передача багатоступенева, то її загальне передавальне відношення дорівнює додатку передавальних відношень окремих ступенів, тобто

.

У техніці часто використовується термін «передавальне число». Під ним слід розуміти відношення кількості зубців великого колеса z₂ до числа зубців меншого колеса z₁. Його позначають тією ж буквою u, але без індексу:

Енергетичними параметрами механічної передачі є передаванні потужності на ведучій ланці Р1, і на веденій ланці Р2, а також коефіцієнт корисної дії (ККД), який визначається співвідношенням

η = Р2 / Р1.

Передаванні потужності (Вт), та кутові швидкості (рад/с) визначають

обертові моменти (Н·м), на валах передачі:

на ведучому валу Т1 = Р1 /ω 1;

на веденому валу Т 2=Р2/ω 2.

Фрикційні передачі - це передачі тертям. У них обертальний момент від одного вала до іншого передається за допомогою двох притиснутих один до одного котків. Застосовуються в основному для передач потужністю до 20 кВт. За конструкцією вони бувають: з гладкими циліндричними котками та паралельними осями; з клинцюватими котками та паралельними осями; з конічними котками та перехрещуючими осями.

Передавальне відношення фрикційної передачі з урахуванням ковзання

, де w₁ і d₁- кутова швидкість та діаметр ведучого котка (мм); w₂ і d₂- кутова швидкість та діаметр веденого котка (мм); е - коефіцієнт, що враховує ковзання, приймається у межах 0, 01...0, 03.

Фрикційні передачі:

1, 2- ведучий та ведений котки

Фрикційні передачі зі змінним передавальним числом називаються варіаторами. Вони служать для плавної, безступеневої зміни передавального числа. У таких передачах змінюючи положення ведучого котка 1, можна плавно регулювати кутову швидкість веденого котка 2.

Переваги фрикційних передач: простота виготовлення котків порівняно з зубчастими колесами, можливість плавного регулювання кутових швидкостей у заданих межах, безшумність роботи, простота попередження поломок.

Основні недоліки: необхідність пристрою для притискування котків, великі навантаження на вали і підшипники, непостійність передавального відношення, порівняно невисокий (0, 80...0, 92) ККД. Фрикційні передачі застосовуються у зубчастих фрикційних лебідках, бульдозерах, скреперах, екскаваторах із канатно-блоковою системою керування.

Пасові передачі відносяться до передач із гнучким зв’язком і застосовуються при необхідності передачі руху на значну відстань (до 12...15 м). Їх використовують при потужності до кілька сот кіловат. У них обертальний момент від ведучого валу передається за допомогою гнучкої стрічки (паса), який охоплює шківи, що знаходяться на цих валах.

В залежності від форми поперечного перерізу паса розрізняються: плоско- клино- та кругло-пасові передачі. Найширше застосування в будівельних машинах отримали клинопасові передачі, які мають 3 різновиди пасів: зі звичайним трапецієвидним перерізом, з гофрованою внутрішньою поверхнею, зубчасті.

Пасові передачі:

1, 2- ведучий та ведений шківи; 3- пас; А- міжосьова відстань; F₁, F₂- зусилля в ведомій та ведених гілках; - кут охоплення

Плоскі і клинові паси нормовано ГОСТами. За застосовуваним матеріалом клинові паси бувають кордтканинними та кордшнуровими, а плоскі - прогумованими, тканинними, поліамідними, шкіряними, бавовняними. В клинопасових передачах зазвичай використовують від одного до 8 пасів. Передавальне відношення пасових передач

,

а без врахування ковзання

,

де d₁ і d₂- діаметри шківів, мм; е - коефіцієнт, що враховує ковзання, е =0, 01...0, 02.

Для плоскопасових передач u 5, а для клинопасових u 10. Розрахунок клинопасової передачі зводиться до вибору типу пасу залежно від потужності, що передається Р (кВт) і визначенню необхідної кількості пасів.

Переваги пасових передач: простота конструкції; порівняно невисока ціна; можливість передавати оберти на значні відстані й працювати з високими швидкостями; плавність роботи й невеликий шум; незначна чутливість до поштовхів, ударів, вібрацій, перевантажень.

Головні недоліки: невисока довговічність паса; непостійність передавального відношення; великі радіальні габарити при передачі значних потужностей, підвищені навантаження на вали й опори внаслідок попередньої натяжки пасів; чутливість до потрапляння на них мінеральних мастил; неможливість застосування у вибухонебезпечних приміщеннях внаслідок електризації пасів.

Найчастіше пасову передачу використовують як швидкохідну ступінь приводу, встановлюючи ведучий шків на вал двигуна.

При оптимальному навантаженні ККД дорівнює 0, 97..0, 98 для плоскопасової та 0, 92...0, 97 для клинопасової передач.

Ланцюгові передачі служать для передачі руху між паралельними валами, розміщеними на значній відстані один від одного (до 8 м.). Їх використовують для потужності до 100 кВт. Обертальний момент у них від ведучого валу до веденого передається за допомогою безкінечного ланцюга, який проходить повз ведучу і ведену зірочки, які розміщені на цих валах. Окрім цих основних елементів більшість конструкцій ланцюгових передач мають натяжні та мастильні пристрої.

За конструкцією ланцюги бувають трьох видів: роликові, втулочні та зубчасті.

Ланцюгові передачі:

1, 3- ведуча та ведена зірочки; 2- ланцюг; 4- валик; 5- ролик; 6, 8- внутрішні і зовнішні ланки; 7- втулка; 9- пластина; 10- направляюча пластина; 11- валик; Т₁, Т₂- обертальні моменти; d₁, d₂- середні діаметри; а- міжосьова відстань; В- ширина ланцюга

Предавальне відношення ланцюгових передач

,

де z₂ і z₁- кількість зубців веденої і ведучої зірочок. Передавальне відношення ланцюгової передачі частіше всього не перевищує 5.

Переваги ланцюгових передач: порівняно з пасовими мають значно менші габарити й навантаження на вали; значно високий ККД (0, 96...0, 98); постійність передавального відношення; можливість передачі руху одним ланцюгом декільком зірочкам.

Головні недоліки: порівняно висока вартість ланцюгів; «витягування» ланцюгів (збільшення шагу ланцюга внаслідок зношення шарнірів) і, як наслідок, застосування натяжних пристроїв; підвищенний шум при роботі; необхідність високоякісного монтажу передачі та складність догляду за нею (змащування, регулювання); нерівномірність ходу.

Зубчасті передачі застосовуються для передачі руху з відповідною зміною його кутової швидкості та обертального моменту за значенням і напрямом. У сучасному машинобудівництві вони є найпоширенішим типам механічних передач. Їх використовують для передачі руху та обертального моменту в широкому діапазоні потужностей (до 300 МВт), колових швидкостей (до 300 м/с) та передавальних відношень (від десяти до декількох тисяч).

У зубчастих передачах рух передається за допомогою зчіплювання пари зубчастих коліс. Менше з зубчастих коліс (ведуче) називається шестернею, а більше (ведене)- зубчастим колесом.

Головні переваги: постійність передавального відношення; компактність; довговічність, надійність у роботі; висока навантажувальна здатність; високий ККД (до 0, 97...0, 99 для однієї пари коліс); простота обслуговування; порівняно невеликі навантаження на вали і вісі.

Основні недоліки: неможливість безступеневої зміни передавального відношення; високі вимоги до точності виготовлення і монтажу; можливість появи шуму, особливо при великих швидкостях; невеликі амортизаційні властивості; громіздкість при значних відстанях між осями коліс; не вберігають машину від можливих небезпечних перевантажень.

Зубчасті колеса та передачі класифікуються за такими ознаками:

1. За взаємним розміщенням геометричних осей валів - осі валів паралельні (циліндрічні); осі валів перетинаються (конічні); осі валів перехрещуються (гвинтові, гіпоїдні, черв’ячні).

Найбільше поширення в будівельних машинах знайшли циліндричні, конічні і черв’ячні передачі.

2. За розміщенням зубів відносно твірної коліс - прямозубі, косозубі, шевронні та із криволінійним зубом.

Зубчасті передачі

3. За відносним розміщенням поверхонь вершин і впадин зубів коліс - із зовнішнім та внутрішнім зачепленням.

4. За конструктивним виконанням - відкриті і закриті (редуктори і коробка передач) передачі. У перших зуби коліс працюють в суху або ж періодично змащуються. Другі розташовують у спеціальному корпусі з постійним змащуванням місць зачеплення зубів.

5. За кількістю ступеней - одноступеневі (прості зубчасті передачі) та багатоступеневі (складні зубчасті передачі.

Черв’ячна передача - передача, у якої ведуче колесо 1 (черв’як) виконане з малою кількістю зубів (z₁ = 1...4), а ведене 2 (черв’ячне колесо) має значно більшу кількість зубів (z₂ 28). Кут схрещення осей найчастіше дорівнює 90°.

Переваги черв’ячних передач:

можливість одержання в одному ступені великих передавальних чисел (u = 8...80, а в окремих випадках в несилових передачах до 1000);

плавність і безшумність роботи; володіють самогальмуванням (неможливо передати рух від колеса до черв’яка);

мають підвищену кінематичну точність.

Недоліки:

порівняно невисокий ККД;

значне виділення тепла в зоні зачіплювання черв’яка з колесом;

необхідність у дефіцитних антифрикційних матеріалах для вінців черв’ячних коліс;

інтенсивна зношуваність і необхідність точного збирання.

Геометричні параметри черв’яка і колеса визначаються за формулами, які аналогічні формулам для циліндричних зубчатих коліс. У черв’ячній передачі розрахунковим є осьовий модуль черв’яка m, який дорівнює торцевому модулю черв’ячного колеса.

Передавальне відношення

Редуктором називається передача, яка встановлена у закритому корпусі і служить для зменшення кутової швидкості й збільшення обертального моменту на вихідному валові.

Якщо ж така передача призначена для підвищення кутової швидкості то вона називається прискорювачем або мультиплікатором.

В будівельних машинах в основному застосовуються редуктори, які мають порівняно з відкритою передачею значно вищий ККД за рахунок безперервного змащування, а також тривалішу довговічність, тому що передача захищена від потрапляння в неї бруду.