Механические передачи
Механической передачей называют механизм, который преобразует параметры движения двигателя при передаче исполнительным органам машины (рис. 4.1). Необходимость введения передачи как промежуточного звена между двигателем и исполнительными органами машины связана с решением различных задач. Например, в автомобилях и других транспортных машинах требуется изменять значение скорости и направление движения, а на подъемах и при трогании с места в несколько раз увеличивать вращающий момент на ведущих колесах. Сам автомобильный двигатель не может выполнить эти требования, так как он работает устойчиво только в узком диапазоне изменения вращающего момента и угловой скорости. При выходе за пределы этого диапазона двигатель останавливается (глохнет). Подобно автомобильному, слабо регулируются многие другие двигатели, в том числе и большинство электродвигателей.
Согласование режима работы двигателя с режимом работы исполнительных органов машины осуществляют с помощью передач.
В некоторых случаях регулирование двигателя возможно, но нежелательно по экономическим причинам, так как двигатели имеют низкий к.п.д. за пределами нормального режима работы.
Масса и стоимость двигателя при одинаковой мощности понижаются с увеличением его быстроходности; оказывается экономически целесообразным применение быстроходных двигателей с передачей, понижающей угловую скорость, вместо тихоходных двигателей без передачи. Роль понижающей передачи в современном машиностроении значительно возросла в связи с широким распространением быстроходных двигателей.
По способу передачи движения от ведущего звена к ведомому различают передачи:
- трением: с непосредственным контактом — фрикционные, с гибкой связью — ременные;
- зацеплением: с непосредственным контактом — зубчатые, червячные, с гибкой связью — цепные. К зубчатым передачам относятся цилиндрические, конические, планетарные, волновые и др.
Зубчатые передачи получили большое распространение в России и за рубежом благодаря их достоинствам по сравнению с другими механическими передачами. Передача вращающего момента в зубчатой передаче осуществляется благодаря давлению зубьев, находящихся в зацеплении, одного колеса на зубья другого.
По взаимному расположению валов механические передачи могут быть с параллельными (у цилиндрических рис. 4.2, а-в), пересекающимися (у конических передач рис. 4.2, г, д) и со скрещивающимися (у червячных передач рис. 4.2, е) осями.
По характеру движения валов различают механизмы с неподвижными осями валов и подвижными осями валов в планетарных передачах. В последних движение колес-сателлитов, установленных на подвижных валах, похоже на Движение планет.
Механические передачи также бывают: с постоянным передаточным числом (редукторы, мультипликаторы); с переменным передаточным числом: ступенчатые — коробки передач и бесступенчатые -вариаторы. Коробки передач позволяют настраивать ряд частот вращения выходного вала, а вариаторы — плавно изменять передаточное отношение.
В ряде конструкций механизмов возникает необходимость фиксировать неподвижность выходного звена под нагрузкой или при отсутствии движения на входе. Свойство механизма, при котором движение передается только в одном направлении, называется необратимостью движения или самоторможением. Соответствующие устройства используются в грузоподъемных машинах.
Привод
Привод — устройство для приведения в действие машин и механизмов. Он состоит из двигателя (источник энергии), передаточного механизма и системы управления (СУ), которая управляет работой привода и обычно включает электротехнические и электронные устройства. В дальнейшем будут рассматриваться лишь две части привода — передаточный механизм с двигателем.
Редуктор — передаточный механизм, служащий для понижения частоты вращения, увеличения вращающего момента, а иногда и пространственной ориентации элементов, выполненный в виде отдельного агрегата. Он является промежуточным звеном между входным звеном — двигателем и выходным — исполнительным органом, которым может быть колесо, рука робота, винт, шнек и др. Назначение редуктора — обеспечить согласование параметров (кинематических, силовых и геометрических) между двигателем и исполнительным органом. Редукторы широко применяют в промышленности.
Мультипликатор — механизм, повышающий частоту вращения. На рис. 4.3, а показана схема привода, состоящего из редуктора Р с электродвигателем Д, где 
— частота вращения быстроходного и тихоходного валов. Редуктор соединен с двигателем с помощью муфты М, которая передает вращающий момент от двигателя к выходу через цилиндрические зубчатые колеса 
и валы. Валы В передач имеют опоры, которыми являются подшипники качения или скольжения П. В передачи входят колеса с числом зубьев . При необходимости получения поступательного движения выходного звена можно ис-
пользовать другой вариант последней ступени — передачу винт-гайка.
Существуют различные типы редукторов, которые получили на звание в зависимости от того, какие передачи и какое количество ступеней они имеют.
Одна ступень состоит из пары зубчатых колес. На рис. 4.3, б приведен цилиндрический редуктор (с цилиндрическими зубчатыми колесами), на рис. 4.4, в — конический (с коническими зубчатыми колесами), на рис. 4.3, г — червячный (с червяком и червячным колесом), комбинированный, например коническо-цилиндрический редуктор (рис. 4.3, д). При малых передаточных отношениях (у цилиндрических с < 6, 3…8) используют одноступенчатые редукторы (с одной парой зубчатых колес, см. рис. 4.3, б), а при больших (у цилиндрических с 6,3 < < 64) двухступенчатые (с двумя парами колес, рис. 4.3, ё). Применение в последнем случае вместо двухступенчатой передачи одноступенчатой привело бы к увеличению массы редуктора. При больших значениях передаточных отношений применяют передачи с большим числом ступеней. На рис. 4.3, о показан редуктор развернутой схемы, а на рис.4.3, е соосной, когда оси I и III валов совпадают. Редукторы соосной схемы более компактные, чем развернутой. Масса и габаритные размеры передачи уменьшаются при применении многопоточных передач, что используется, например, в планетарных механизмах.
Основные характеристики редуктора
К ним относятся передаточное число , номинальный вращающий момент на тихоходном (выходном) валу, КПД, габаритные размеры и масса.
Характеристики стандартных редукторов приведены в специальных справочниках, а некоторые из них представлены в табл. 4.1.
Технический уровень редуктора определяется коэффициентом массового совершенства 
отношением массы редуктора 
к вращающему моменту на выходе 
. В промышленности при низком уровне совершенства 
> 0,2, а при высоком уровне < 0,06. У широко распространенных редукторов, рабочая поверхность зубьев колес которых упрочнена (цементацией, азотированием и др.), = 0,03…0,05.
В авиационных редукторах = 0,006…0,009. Такой высокий показатель у авиационных редукторов достигается путем применения рациональных конструкций с использованием высокопрочных материалов и изготовления корпусов из легких сплавов (алюминиевых и магниевых).
Для получения наиболее надежной и совершенной конструкции редуктора следует выполнять следующие требования:
- применять наиболее рациональные и надежные схемы редукторов, обеспечивающие необходимую прочность и жесткость конструкций, изготовленных из материала с высокой удельной прочностью и с упрочненной рабочей поверхностью зубьев колес при больших нагрузках;
- снижать материалоемкость за счет компактности конструкций и выбора рациональной формы деталей;
- применять унификацию, использовать стандартные детали и обеспечивать полную взаимозаменяемость элементов конструкций;
- обеспечивать надежное стопорение резьбовых соединений и фиксацию деталей от смещения; малое энергопотребление при эксплуатации путем уменьшения потерь на трение и повышение КПД; необходимую смазку и защиту деталей от возникновения коррозии; стойкость к механическим и климатическим воздействиям; легкое и удобное обслуживание с максимальной автоматизацией;
- использовать закрытые корпуса, предотвращающие попадание внутрь пыли и влаги;
- достигать максимальную технологичность деталей и узлов при изготовлении, сборке и разборке.
Выполнение сформулированных требований обычно приводит к снижению себестоимости редуктора.
Для оценки редуктора можно использовать и экономический критерий — относительную себестоимость (с — себестоимость).
Один из путей совершенствования конструкции в машиностроении — переход от использования стальных и чугунных корпусов к корпусам из легких сплавов (алюминиевых, магниевых), неметаллических или композиционных материалов. Последнее особенно важно в редукторах малой мощности. В них масса корпуса может определяться технологическими возможностями литья, когда толщина стенки больше необходимой из Условия прочности. Обычно необходимая толщина стенки 
в маломощных редукторах (Р < 0,5 кВт) из металла равна не более 2 мм. У отливок в землю из легких сплавов минимальная толщина стенки = З…4мм, а при более совершенных способах литья (литье в кокиль, по выплавляемым моделям или под давлением) меньше. Литье корпусов из чугуна имеет толщину не менее 6 мм. Даже при одинаковой геометрии корпуса переход от чугуна или стали 
к алюминиевому сплаву 
снижает массу корпуса в ~3 раза, а с учетом получения меньшей толщины стенки, изготовляемой с применением совершенной технологии литья, еще больше. Например, если масса стального корпуса составляет 30% от массы редуктора, то замена его материала на алюминиевый сплав снижает массу всего редуктора примерно на 20% . Такая замена недопустима в конструкциях, где требуется высокая жесткость, например в станкостроении. Замена стали на алюминиевый сплав снижает жесткость в -3 раза. Корпуса из литейных алюминиевых и магниевых сплавов широко используются в авиации, ракетостроении и на транспорте, но реже в других отраслях промышленности. Наиболее легкие корпуса получают из неметаллов и композиционных материалов, которые широко используются даже в бытовой технике. Упрочнение рабочей поверхности зубьев колес существенно уменьшает массу редуктора. Например, изменение твердости рабочей поверхности зубьев колес с НВ 250 на HRC3 60 снижает массу духступенчатого, цилиндрического редуктора на -40%. Обычно снижение массы корпуса уменьшает стоимость редуктора.
Оценка и применение зубчатых передач
Основные преимущества зубчатых передач:
- высокая нагрузочная способность и, как следствие, малые габариты (рис. 4.4, где а — зубчатая передача, б — плоскоременная, в -клиноременная, г — цепная передачи с одинаковыми нагрузками);
- большая долговечность и надежность работы (например, для редукторов общего применения установлен ресурс около 30000 час.); высокий к.п.д. (до
- постоянство передаточного отношения (отсутствие проскальзывания);
0,97…0,98 в одной ступени); - возможность применения в широком диапа-
зоне скоростей (до 150 м/с),
мощностей (до десятков тысяч кВт) и передаточных отношений (до нескольких сотен и даже тысяч).
Среди недостатков зубчатых передач можно отметить: — повышенные требования к точности изготовления;
- шум при больших скоростях;
- высокую жесткость, не позволяющую компенсировать динамические нагрузки.
Отмеченные недостатки не снижают существенного преимущества зубчатых передач перед другими. Вследствие этого зубчатые передачи наиболее широко распространены во всех отраслях машиностроения и приборостроения. Из всех перечисленных выше разновидностей зубчатых передач наибольшее распространение имеют передачи с цилиндрическими колесами, как наиболее простые в изготовлении и эксплуатации, надежные и малогабаритные. Конические, винтовые и червячные передачи применяют лишь в тех случаях, когда это необходимо по условиям компоновки машины.
Эта теория взята со страницы лекций по предмету «прикладная механика»:
Возможно эти страницы вам будут полезны:
Образовательный сайт для студентов и школьников
Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.
© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института
https://lfirmal.com/mehanicheskie-peredachi-obschie-svedeniya/