Передачи вращательного движения

Передача – устройство, главная функция которого передача энергии на расстояние, в зависимости от способа передачи энергии, они могут быть: механические, электрические, пневматические, гидравлические. В курсе деталей машин мы будем изучать только механически е передачи вращательного движения.

Механической передачей называется механизм, который преобразует параметры движения источника энергии (двигателя) при передаче исполнительным органам, в этом случае передача осуществляет согласование параметров движения двигателя и исполнительного рабочего органа.

Передачи вращательного движения по способу соединения тел вращения бывают: 1) передачи с контактом тел вращения – зубчатые, червячные, фрикционные, винтовые, 2) передачи гибкой связью – ремённые и цепные; по способу передачи движения – передачи с зацеплением (зубчатые, червячные, цепные), трением – ременные и фрикционные.

3.10.1. Кинематические и силовые параметры передач

Это параметры, характеризующие вращательное движение элементов передач:

1) Частота вращения, n (об/мин), выражается через угловую скорость (рад/с):

, (3.14)

2) Крутящий момент на валу T, Нм

3) Окружная скорость (Н) – сила вызывающая вращение тел или сопротивление вращению и направленная по касательной к траектории точки ее приложения.

, (3.15)

4) Мощность на валу, Р, Вт:

; (3.16)

. (3.17)

3.10.2. Передаточное отношение и КПД механизма

Отношение угловых скоростей ведущих и ведомых тел называется передаточным отношением.

. (3.18)

Для одноступенчатого редуктора:

, (3.19)

Передаточное отношение привода состоящего из нескольких передач, расположенных последовательно, равно произведению передаточных чисел всех его передач.

, (3.20)

где n – число передач, входящих в привод.

КПД привода равен отношению мощности на ведомом и ведущем валах:

, (3.21)

В общем случае КПД привода состоящего из нескольких передач равен произведению КПД передач входящих в привод:

. (3.22)

3.10.3. Ременные и цепные передачи

Передача вращения посредством ремня, надетого на шкивы, называется ременной передачей (Рис. 3.18).

Рис. 3.18. Ременные передачи

Ременные передачи применяют преимущественно в тех случаях, когда по условиям конструкции валы расположены на значительных расстояниях или высокие скорости не позволяют применять другие виды передач.

Ременные передачи бывают: По форме поперечного сечения ремня: плоскоременные (а), клиноременные (б), круглоременные (г) а также передачи с зубчатыми ремнями (в, д, е) (Рис. 3.19).

а) б)

в г

д е

Рис. 3.19. Формы поперечного сечения ремней

Плоскоременные передачи более простые по конструкции, однако, клиноременные обладают большей нагрузочной способностью.

Ременные передачи по расположению осей валов подразделяются:

1) Открытыми с параллельно расположенными осями валов и вращением шкивов в одном направлении, 2) перекрестные, с параллельными осями валов и вращением шкивов в противоположных направлениях, 3) полуперекрестные со скрещивающими осями валов, 4) угловые со скрещивающимися или пересекающимися осями валов.

По способу натяжения ремня: с периодическим натяжением (перемещением опоры шкива); с автоматическим натяжением (натяжным роликам).

Преимущества ременных передач: 1) возможность больших межосевых расстояний, 2) плавность работы, гашение ударов за счет эластичности ремня и возможности проскальзывания, 3) простота конструкции и эксплуатации, 4) возможность передачи большого диапазона мощностей и скоростей, 5) относительно высокий КПД.

Недостатки: 1) относительно большие размеры передачи, 2) непостоянство передаточного отношения вследствие проскальзывания, 3) повышенная нагрузка на валы от натяжения ремня, 5) не долговечность ремней в среднем 2-3 тысячи часов работы.

Материал ремней: материал ремня должен обеспечивать надежность сцепления со шкивами и достаточную долговечность. Самые распространенные – резинотканевые ремни, кожаные, хлопчатобумажные цельнотканые, полимерные.

Клиновые ремни наиболее распространены и имеют трапециидальное сечение и выпускается 2-х типов: корд-шнуровые (а) и корд-тканевые (б) (Рис. 3.20). Корд шнуровые ремни более гибкие и долговечные поэтому применяются для более сложных условий работы.

а) б)

Рис. 3.20. Типы клиновых ремней

3.10.4. Расчет и проектирование ременных передач

Основными критериями работоспособности ременных передач являются: тяговая способность, определяемая силой трения между ремнем и шкивом; долговечность ремня, которая в условиях нормальной эксплуатации ограничивается разрушением от усталости (Рис. 3.21).

Геометрические параметры ременных передач: а_w – межосевое расстояние передачи, d ₁ и d₂ – диаметры ведущего и ведомого шкивов, α ₁, α ₂ – угол обхвата ведущего и ведомого шкивов.

1) Передаточное отношение передачи:

. (3.23)

Рис. 2.21. Схема ременной передачи

С учетом скольжения ремня:

. (3.24)

где ξ (дзетта ) – коэффициент скольжения ремня ξ = 0, 01…0, 02.

Передаточное отношение ременной передачи обычно не превышает шести;

2) Скорость ремня

. (3.25)

3) Угол обхвата меньшего шкива

. (3.26)

4) Длина ремня

. (3.27)

3.10.5. Силовые взаимодействия в ременной передаче

Окружная сила ременной передачи:

, (3.28)

где F₁ – натяжение ведущей ветви,

F₂ – натяжение ведомой ветви.

Р₁ – мощность на ведомом шкиву,

V – скорость ремня,

к_g – коэффициент динамической нагрузки.

Окружная скорость равна:

, (3.29)

Сила начального натяжения:

, (3.30)

где А – площадь поперечного сечения ремня,

σ ₀ - начальное напряжение в ремне.

, (3.31)

Решая совместно выражения (3.30) и (3.31) получим:

; (3.32)

. (3.33)

Уравнения (3.32, 3.33) представляют систему 2-х уравнений с тремя неизвестными, для его решения Эйлером было получено уравнение, представляющее собой зависимость между силой трения ремня о шкив и тяговой способностью передачи:

, (3.34)

где е = 2, 71, f – коэффициент трения ремня о шкив, α - угол обхвата шкива ремнем.

Решая совместно уравнения (3.30) и (3.34) получим выражения:

, (3.35)

, (3.36)

. (3.37)

Формулы (3.36 и 3.37) устанавливают связь сил натяжения ветвей работающей передачи с величиной нагрузки F_t и факторами трения (f и α). Они позволяют также определить минимально необходимую величину предварительного натяжения ремня F₀, при которой еще возможна передача заданной нагрузки F_t:

Если: , (3.38)

то в передаче начнется буксование ремня.

Тяговая способность передачи характеризуется величиной максимально допустимой окружной силы F_t или полезного напряжения σ _F, учитывая формулы (3.34-3.36), можно сделать вывод, что допустимое по условию отсутствия буксования напряжение возрастает с увеличением напряжения от предварительного натяжения σ ₀:

. (3.39)

Практика показывает, что происходит значительное снижение долговечности ремня с увеличением σ ₀.

Силы натяжения ветвей ремня передаются на валы и опоры. Равнодействующая нагрузку можно определить по формуле:

. (3.40)

Обычно R в два, три раза больше окружной силы F_t.