Лекция 3 Механические передачи и механизмы, преобразующие движение
3. 1 Механическая передача – часть привода • Привод – устройство для приведения в действие машин и механизмов технологического оборудования. • Основные части привода: – двигатель, – трансмиссия (механическая передача) – система (аппаратура) управления.
Механическая передача – механизм, осуществляющий передачу энергии от одной машины к другой или внутри машины между её звеньями Классифицируются • По физическим условиям передачи движения: – трением, – зацеплением • По способу соединения ведущего и ведомого звена: – непосредственный контакт (зубчатые, фрикционные, винтовые, червячные); – с гибкой дополнительной связью (ременные, цепные). • По управляемости: – с фиксированным передаточным числом; – со ступенчато изменяемым передаточным числом; – с плавно изменяемым передаточным числом (вариаторы). Бывают также закрытые (в корпусе), открытые
Основные характеристики механических передач • передаваемая мощность, N • угловые скорости вращения входного и выходного валов, • вращающие моменты на входном и выходном валу, Т • передаточное отношение, i • коэффициент полезного действия, • взаимное расположение валов
3. 2 Ременная передача • передача механической энергии при помощи гибкого элемента (ремня) за счёт сил трения или сил зацепления (зубчатые ремни). • Состоит из ведущего и ведомого шкивов и ремня (одного или нескольких).
Классификация ременных передач зависимости от формы поперечного сечения ремня • плоскоременные (а); • клиноременные (с трапециевидным профилем) (б); • круглоременные (с круглым профилем) (в); • поликлиноременные (г); • передачи с зубчатыми ремнями.
Достоинства: • Простота конструкции и малая стоимость. • Отсутствие смазочной системы • Возможность передачи мощности на значительные расстояния (до 15 метров). • Плавность и бесшумность работы. • Смягчение вибрации и толчков вследствие упругой вытяжки ремня. • Защита от перегрузки за счёт проскальзывания ремня Недостатки: • Большие габаритные размеры, в особенности при передаче значительных мощностей. • Малая долговечность ремня в быстроходных передачах. • Большие нагрузки на валы и подшипники от натяжения ремня. • Непостоянное передаточное число из-за неизбежного упругого проскальзывания ремня. • Неприменимость во взрывоопасных местах вследствие электризации ремня.
Применение ременных передач • для передачи движения от электродвигателя, когда по конструктивным соображениям межосевое расстояние должно быть достаточно большим, а передаточное число не строго постоянным (в приводах станков, транспортеров, дорожных и строительных машин и т. п. )
Шкивы ременных передач • выполняют из стали или чугуна, в быстроходных передачах – из алюминиевых сплавов или текстолита. • Форма рабочей поверхности обода шкива зависит от вида ремня.
Ремни ременных передач Требования к материалу: • прочность, • изностойкость, • эластичность, • долговечность, • хорошая сцепляемость со шкивами, • низкая стоимость. Типы ремней: • Кожаные • Прорезиненные • Хлочато-бумажные • Шерстяные • Пленочные
3. 3 Фрикционная передача Движение передаётся между валами с помощью сил трения, возникающих между катками, цилиндрами или конусами, насаженными на валы. Условие работоспособности Ведущий 1 и ведомый 2 катки прижимаются один к другому силой (например, пружиной), так чтобы сила трения Ff в месте контакта катков была достаточна для передаваемой окружной силы Ft Ff>Ft Нарушение условия приводит к буксованию и быстрому износу катков.
По назначению: - с нерегулируемым передаточным числом ; - с бесступенчатым (плавным) регулированием передаточного числа (вариаторы). По взаимному расположению осей валов: - цилиндрические или конусные с параллельными осями; - конические с пересекающимися осями. В зависимости от условий работы: - открытые (работают всухую); - закрытые (работают в масляной ванне). По принципу действия: - нереверсивные; - реверсивные.
•
• Вариаторы служат для плавного (бесступенчатого) изменения на ходу угловой скорости ведомого вала при постоянной угловой скорости ведущего. Два соосных катка с тороидной рабочей поверхностью и два промежуточных ролика. Регулирование скоростей производится поворотом роликов с помощью рычажного механизма, в результате чего изменяются радиусы контакта R 1 и R 2 Промежуточным элементом является клиновой ремень или специальная цепь Изменение угловой скорости ведомого вала достигается передвижением малого катка вдоль вала, т. е. изменением радиуса R 2. .
3. 4 Зубчатые передачи механизм или часть механизма в состав которого входят зубчатые колёса. Движение передаётся с помощью зацепления пары зубчатых колёс. Меньшее зубчатое колесо принято называть шестерней, большее – колесом. Параметрам шестерни приписывают индекс 1, параметрам колеса – индекс 2
Достоинства: • Возможность применения в широком диапазоне скоростей, мощностей и передаточных отношений. • Высокая нагрузочная способность и малые габариты. • Большая долговечность и надёжность работы. • Постоянство передаточного отношения. • Высокий КПД (87 -98%). • Простота обслуживания. Недостатки: • Большая жёсткость не позволяющая компенсировать динамические нагрузки. • Высокие требования к точности изготовления и монтажа. • Шум при больших скоростях.
Классификация зубчатых передач По передаточному отношению: • с постоянным передаточным отношением; • с переменным передаточным отношением. По форме профиля зубьев: • эвольвентные; • круговые (передачи Новикова); • циклоидальные.
По типу зубьев: • прямозубые; • косозубые; • шевронные; • криволинейные. По окружной скорости: - тихоходные (< 3 м/с ); - среднескоростные (3. . 15 м/с); - скоростные (15. . 40 м/с); - быстроходные (>40 м/с).
По взаимному расположению осей валов: • с параллельными осями; • с пересекающимися осями; • с перекрещивающимися осями. По форме начальных поверхностей: • цилиндрические; • конические; • гиперболоидные (гипоидные)
По степени защищенности: • открытые; • закрытые. По относительному вращению колёс и расположению зубьев: • внутреннее зацепление (вращение колёс в одном направлении); • внешнее зацепление (вращение колёс в противоположном направлении). Видео: Виды зубчатых колёс 1, 2
Эвольвентное зацепление • Леона рд Э йлер (1707 — Санкт-Петербург, Российская империя) — швейцарский, немецкий и российский математик и механик, внёсший фундаментальный вклад в развитие этих наук (а также физики, астрономии и ряда прикладных наук).
• Эвольвента – это кривая, нормаль в каждой точке которой является касательной к исходной кривой. • В эвольвентном зубчатом зацеплении профили зубьев очерчены по эвольвенте окружности. • общая нормаль, проведённая через точку касания профилей зубьев, всегда проходит через одну и ту же точку на линии, соединяющей центры зубчатых колёс, называемую полюсом зацепления.
Параметры эвольвентного зубчатого зацепления z — число зубьев колеса p — шаг зубьев (фиолетовый) d — диаметр делительной окружности (жёлтый) da — диаметр окружности вершин тёмного колеса (красный) db — диаметр начальной окружности (зелёный) df — диаметр окружности впадин тёмного колеса (синий) ha. P+hf. P — высота зуба тёмного колеса, x+ha. P+hf. P — высота зуба светлого колеса m - модуль
Модуль зубчатого зацепления • самый главный параметр, • стандартизирован, • определяется из прочностного расчёта зубчатых передач. Чем больше нагружена передача, тем выше значение модуля. • Через него выражаются все остальные параметры. • измеряется в миллиметрах, вычисляется по формуле: Видео: «Зубчатое зацепление»
Передаточным числом u зубчатой передачи называется отношение числа зубьев колеса z 2 к числу зубьев шестерни z 1: u = z 2 / z 1 Передаточным отношением i зубчатой передачи называется отношение угловых скоростей зубчатых колес Знак плюс (+) указывает одинаковое направление угловых скоростей; знак минус ( - ) - противоположное направление. Численное значение отношения угловой скорости шестерни к угловой скорости колеса равно передаточному числу:
Нарезание зубьев зубчатых колёс • Метод копирования – впадины между зубьями образуются инструментом, имеющим профиль впадины • Метод обкатки – нарезание происходит в процессе принудительного зацепления инструмента с заготовкой • Точные зубчатые колёса подвергают шлифованию и притирке • Видео: «Производство зубчатых колес»
Повреждения поверхности зубьев • связаны с контактными напряжениями и трением А) Усталостное выкрашивание - основной вид разрушения при хорошей смазке. Б) Абразивный износ - при плохой смазке В) Заедание - в высоконагруженных и высокоскоростных передачах вследствие высоких температур. Г) Пластические сдвиги наблюдаются у тяжело нагруженных тихоходных зубчатых колёс выполненных из мягкой стали. . Д) Отслаивание твёрдого поверхностного слоя зубьев наблюдается при низком качестве термообработки.
Смазывание зубчатых передач • снижает контактные напряжения, • предохраняет зубья от интенсивного истирания и коррозии, • уносит продукты износа, • уменьшает силу удара в зацеплении • улучшает отвод теплоты. Способы смазки: - Погружением в масляную ванну (картерная) - Принудительная, через трубки под давлением
КПД зубчатых передач • Потери мощности: – трение в зацеплении, – трение в подшипниках – взбалтывание и разбрызгивание масла (закрытые передачи). • Потери в зацеплении зависят от: – точности изготовления, – способа смазывания, – шероховатости рабочих поверхностей, – скорости колес, – свойств смазочных материалов – числа зубьев колес. С увеличение числа зубьев КПД передачи возрастает. • Потерянная мощность в передаче переходит в теплоту, которая при недостаточном охлаждении может вызвать перегрев передачи.
Конструкции зубчатых колес • Цилиндрические и конические шестерни выполняют как одно целое с валом (вал-шестерня). • Насадочные шестерни применяются в случаях, когда они должны перемещаться вдоль вала или в зависимости от условий сборки.
При диаметре da ≤ 150 мм колеса изготавливают в форме сплошных дисков из проката или из поковок.
При da ≤ 500 мм зубчатые колеса получают ковкой, отливкой или сваркой.
• При da > 500 мм зубчатые колеса выполняют отливкой или сваркой.
Бандажированные и свертные колеса применяют в целях экономии легированных сталей.
Цилиндрические передачи с косозубыми и шевронными колёсами • Более скоростные • Работают более плавно (без ударов). Вступают в зацепление у торцов, затем место контакта постепенно перекатывается. • Шевронные колеса не создают осевых сил.
• Форму косого зуба в нормальном сечении принято определять через параметры эквивалентного прямозубого колеса
Передачи Новикова • Профили зубьев очерчены не по эвольвентам, а по дугам окружностей. • Контакт зубьев происходит не по узкой площадке, а по пятну значительной площади. Преимущества: • высокая контактная и изгибная прочность. Недостатки: • сложность изготовления, большие осевые нагрузки на подшипники, • низкая изломная прочность при входе зубьев в зацепление. Применяются в тихоходных машинах, при малых числах зубьев
Зубчатая коническая передача • При пересекающихся под некоторым углом (обычно 90 град. ) осях ведущего и ведомого звеньев • Вместо осевого расстояния характеризуются конусным расстоянием Недостатки: • более сложная технология изготовления и сборки конических зубчатых колес; • большие осевые и изгибные нагрузки на валы, особенно в связи с консольным расположением зубчатых колес.
Винтовые передачи • Зубчатая передача с винтовыми колесами передаёт движение между скрещивающимися осями • Передачи «винт-гайка» преобразуют вращательное движение в поступательное • Винтовые передачи применяют в приборах • Шарико-винтовые передачи (ШВП) – замена трения скольжения на трение качение, используется для различного промышленного оборудования, станков с ЧПУ.
• Гипоидная передача (гиперболоидная) - вид винтовой зубчатой передачи, осуществляемой коническими колёсами (с косыми или криволинейными зубьями) со скрещивающимися осями (обычно 90°). • имеет смещение по оси между большим и малым зубчатыми колесами. • характеризуется повышенной нагрузочной способностью, плавностью хода и бесшумностью работы. • Часто используется как главная передача в приводах ведущих колёс автомобилей, и другой самоходной техники.
Червячные передачи • Червячные передают движение между скрещивающимися осями, работают при больших передаточных числах • В большинстве случаев ведущим звеном является червяк (1), т. е. короткий винт с трапецеидальной или близкой к ней резьбой. • В зависимости от формы внешней поверхности червяка передачи бывают с цилиндрическим (а) или с глобоидным (б) червяком.
Планетарные, дифференциальные и другие зубчатые передачи • Планетарная передача — несколько планетарных зубчатых колёс (шестерён, саттелитов), вращающихся вокруг центральной, солнечной шестерни. Обычно, планетарные шестерни фиксируются вместе с помощью водила. • может включать внешнее (корончатое) кольцевое колесо, имеющее внутреннее зацепление с планетарными шестернями. • Основные достоинства — большие передаточные отношения, компактность и малая масса. Видео «Планетарная передача»
• Дифференциал — это механическое устройство, которое делит момент входного вала между выходными валами, которые называются полуосями. • Реечная передача (кремальера) – преобразует поступательное движение во вращательное. Видео: «Как работает дифференциал»
Волновая передача - передаёт движение за счет циклического возбуждения волн деформации (генератором волн) в гибком элементе (одно из колес имеет гибкий венец). Известны передачи с передаточным отношением u>1000 Видео: «Волновая передача» Другое
3. 5 Цепная передача — передача механической энергии при помощи гибкого элемента (цепи) за счёт сил зацепления. Может иметь как постоянное так и переменное передаточное число (напр. цепной вариатор). Состоит из — ведущей и ведомой звездочки и цепи. Цепь состоит из подвижных звеньев. Мощность (Р) до 3000 к. Вт Скорость (V) до 35 м/с Передаточное отношение (i=Z 2/Z 1) до 10 Z – число зубьев звёздочки
Достоинства: • могут передавать движение между валами при значительных межосевых расстояниях (≤ 5 м), • по сравнению с ременными передачами более компактны, могут передавать большие мощности (до 3000 к. Вт), • силы действующие на валы, значительно меньше, так как предварительное натяжение цепи мало, • могут передавать движение одной цепью нескольким звездочкам. Недостатки: • шум вследствие удара звена цепи при входе в зацепление, особенно при малых числах зубьев звездочек и большом шаге (ограничивает возможность применения цепных передач при больших скоростях). • изнашивание шарниров цепи вследствие затруднительного подвода смазочного материала. • удлинение цепи из-за износа шарниров, что требует натяжных устройств
Виды цепей Грузовые – применяются для подвески, подъема и опускания груза в различных подъемно-транспортных механизмах при скорости до 0, 25. . . 0, 5 м/с Тяговые – применяются для транспортировки груза при скорости до 2. . . 4 м/с Приводные – применяются для передачи энергии в широком диапазоне скоростей.
Материал цепей и звёздочек: • стойкий против износа и ударных нагрузок. • углеродистые и легированные стали с последующей термической обработкой (улучшение и закалка). • Детали шарниров цепей в большинстве случаев цементируют. КПД зависит от потерь: - на трение в шарнирах цепи, на зубьях звездочек - на перемешивание масла при смазывании погружением. При нормальных условиях работы 92 -96%.
Смазывание в цепной передаче • При скоростях цепи менее 4 м/с применяют периодическое смазывание ручной масленкой примерно через каждые 7 часов. При скоростях менее 6 м/с применяют смазывание масленкамикапельницами.
3. 6 Механизмы, преобразующие движение • Зубчато-реечный и винтовой механизмы (см. выше) • Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения (ползуна, поршня) во вращательное движение (например, во вращательное движение коленчатого вала в двигателях внутреннего сгорания), и наоборот.
Варианты: • Кривошип (I) — звено, которое может совершать полный оборот вокруг неподвижной оси, имеет цилиндрический выступ — шип 1 , ось которого смещена относительно оси вращения на расстояние r, которое может быть постоянным или регулируемым. • Более сложным вращающимся звеном кривошипного механизма является коленчатый вал (II). • Эксцентрик (III) — конструктивная разновидность кривошипа, диск, насаженный на вал с эксцентриситетом (со смещением оси)
• Механизм состоит из стойки 1, кривошипа 2, шатуна 3 и ползуна 4. • Кривошип совершает непрерывное вращение, ползун — возвратно-поступательное движение, а шатун — сложное, плоско-параллельное движение. • Полный ход ползуна равен удвоенной длине кривошипа. • При равномерном движении кривошипа ползун движется неравномерно, его скорость движения меняется от нуля в крайних положениях до максимума в среднем положении. Следствие – появление сил инерции
Кривошипно-кулисный механизм • применяют для преобразования вращательного движения в прямолинейное возвратно-поступательное. • Наиболее распространенные конструктивные разновидности • ККМ с вращающейся кулисой (I) - вокруг неподвижной оси вращается кривошип 3, шарнирно соединенный одним концом с ползуном (кулисным камнем) 2, который скользит в пазу кулисы и поворачивает её вокруг неподвижной оси. • ККМ с качающейся кулисой (II) - быстрый ход при движении ползуна в одну сторону и медленный — в другую. • ККМ с поступательно движущейся кулисой (III).
• Кулиса — звено (деталь) кулисного механизма, снабженное прямолинейной или дугообразной прорезью, в которой перемещается небольшой ползун — кулисный камень.
Кулачковый механизм • механизм, изменяющий характер движения • преобразует вращательное движение в возвратнопоступательное или возвратнокачательное (рисунок) • плоский или пространственный • Кулачок — деталь кулачкового механизма с профилированной поверхностью скольжения; при своем вращении передаёт сопряженной детали (толкателю или штанге) движение с заданным законом изменения скорости.
• Основным элементом системы газораспределения двигателя внутреннего сгорания является простейший кулачковый механизм.
Механизмы прерывистого одностороннего действия • Мальтийский крест (рис. 1) является кривошипнокулисным механизмом прерывистого движения. • Состоит из кривошипа 4 и креста 1 с лопастями 2 (число лопастей должно быть не меньше трех). Лопасти 2 , имеющие пазы , представляют собой кулисы , по которым перемещается цевка кривошипа 3. • Кинематическая схема аналогична кинематической схеме кривошипно-кулисного механизма (рис. 2) . Цифрами на рисунке обозначены : 1 - кулиса , 2 - камень кулисы , 3 - кривошип.
• Храпово й механизм или храповик — зубчатый механизм для преобразования возвратновращательного движения в прерывистое вращательное в одном направлении. Состоит из храпового колеса (1), собачки (2), которая прижимается к зубу колеса под действием пружины или собственного веса, ведущего рычага (3) и стойки. • При движении рычага в одну сторону собачка поворачивает храповое колесо на некоторый угол, при обратном движении рычага собачка проскальзывает на один или несколько зубьев, а храповое колесо удерживается от обратного вращения дополнительной собачкой (4). • В велосипеде храповой механизм ("трещотка") позволяет задним звёздам передавать крутящий момент колесу при движении вперёд, при этом позволяя ему свободно крутиться в случае отсутствия движения звёзд.
Элементы механики • Теоретическая механика: статика. Кинематика, динамика • Путь, скорость, ускорение • Силы: трения, инерции, сопротивления среды
Сопротивление материалов • • Силы, действующие на конструкцию Внутренние силы Деформации и напряжения Запас прочности Растяжение и сжатие Сдвиг – срез Кручение Изгиб
Скачать презентацию Лекция 3 Механические передачи и механизмы преобразующие движение
Инжиниринг 3.pptx