Детали машин

Механические передачи в машинах

Широкое применение в машинах механических передач определяется необходимостью:

  1. при оптимальной частоте вращения электродвигателя получить частоту вращения, требуемую для рабочего органа машины;
  2. большинство технологических и транспортных машин требует регулирование частоты вращения; между тем регулирование частоты вращения электродвигателем оказывается не всегда возможным и экономичным;
  3. электродвигатели выполняются для равномерного вращательного движения, а в машинах часто оказывается необходимым поступательное, винтовое и другие виды движения, движение с заданным законом изменения скоростей и т.д.;
  4. электродвигатели из условия габаритов, техники безопасности и т. д. не всегда могут быть непосредственно соединены с рабочими органами машины.

Механические передачи в машинах применяются для передачи и преобразования вращательного движения, а также для преобразования вращательного движения в поступательное или наоборот.

Ременные передачи в машинах применяют в основном для изменения частоты вращения при передаче движения от электродвигателя к коробке скоростей.

Ременная передача состоит из ведущего А и ведомого В шкивов и соединяющего их бесконечного ремня (рис. 2, а), который может быть плоским (рис. 2, б), состоять из набора клиновых ремней (рис. 2, в), поликлиновым (2, г) и зубчатым (2, д).

Ременные передачи

Рис. 2. Ременные передачи (а-д)

Оба шкива ременной передачи вращаются в одну сторону. Частота вращения ведомого шкива может быть больше или меньше частоты вращения ведущего в зависимости от соотношения диаметров шкивов.

Отношение частоты , вращения ведущего шкива к частоте , вращения ведомого шкива называют передаточным отношением u ременной передачи, которое обратно пропорционально отношению диаметров шкивов: u=nА/nВ=DB/DA.

Цепная передача служит для изменения частоты вращения при передаче вращения от ведущего вала к ведомому, расположенным на значительном расстоянии друг от друга.

В отличие от ременных цепные передачи работают при меньших окружных скоростях и передают значительные мощности без проскальзывания. Цепная передача (рис. 3, а) состоит из звездочек 1, насаженных на ведущий и ведомый валы и соединенных втулочно-роликовой цепью.

 

Цепная передача с цепью

Рис. 3. Цепная передача с цепью: а – втулочно-роликовой; б – зубчатой

Цепь состоит из наружных 2 и внутренних 3 звеньев, соединенных втулкой 6 с роликом 4 на оси поворота 5. Звездочки могут быть соединены также зубчатой цепью (рис. 3 б), которая по своей работоспособности превосходит втулочно-роликовые и работает при больших окружных скоростях и при меньшем шуме.

Передаточное отношение цепной передачи определяют по формуле u = n1 /n2 = z2 /z1, где n1 и n2 , z1 и z2 – соответственно частота вращения и число зубьев ведущей и ведомой звездочек.

Зубчатые передачи (рис. 4) используют для изменения частоты и направления вращения при передаче движения от ведущего к ведомому валу, которые могут быть расположены параллельно друг к другу или под углом.

Передаточное отношение зубчатых колес, находящихся в зацеплении, определяют по формуле u = n2 / n1 = z2 / z1, где n2 и n1 – соответственно частота вращения ведомого и ведущего зубчатых колес, а z2 и z1 – соответственно число их зубьев.

Зубчатые колеса, зубья которых располагаются параллельно оси вращения, называются прямозубыми цилиндрическими и могут быть наружного (рис. 4, а) и внутреннего (рис. 4, б) зацепления. У косозубых зубчатых колес зубья (для увеличения длины контакта) располагают под углом к оси вращения (рис. 4, в). Для передачи вращения валом, расположенным под углом, служат конические передачи (рис. 4, г), которые могут быть выполнены с прямым и криволинейным зубом. Винтовые (рис. 4, д) и червячные (рис. 4, е) передачи соединяют валы с перекрещивающимися валами.

Зубчатые передачи для вращательных движений

Рис. 4. Зубчатые передачи (а-е) для вращательных движений

Реечную передачу используют для преобразования вращательного движения в поступательное (рис. 5; а, в). Она может быть выполнена с прямозубым или косозубым зацеплением цилиндрического колеса с рейкой.

Перемещение рейки определяют по формуле S=2πmzn, где m – модуль, z – число зубьев колеса, n – частота вращения зубчатого колеса. Для реечной передачи с червяком (рис. 5, в) перемещение рейки определяют по формуле S=πmzn, где z – число заходов червяка.

Винтовую передачу используют также для преобразования вращательного движения в поступательное, она состоит из винта и гайки (рис. 5, б). При одном обороте винта или гайки сопрягаемый элемент перемещается на шаг резьбы.

Зубчатые передачи для преобразования вращательного движения в поступательное

Рис. 5. Зубчатые передачи для преобразования вращательного движения в поступательное: а – реечная с цилиндрическим зубчатым колесом; б – винтовая с гайкой скольжения; в – реечная с червяком: 1 – колесо; 2 – рейка; 3 – винт; 4 – гайка; 5 – червяк

В винтовой передаче ведущим звеном может служить как винт, так и гайка.

Наиболее распространенной является передача от винта к гайке.

В этом случае ведущим звеном является винт, который только вращается, преобразуя вращательное движение в поступательное движение гайки.

Гайки винтовой передачи в станках имеют две основные конструкции – неразъемные и разъемные.

Две половины разъемной гайки 1 помещены в прямолинейные направляющие 5, в которых они перемещаются. Размыкание гайки производится с помощью поворотного диска 5 со спиральными торцовыми канавками, в которые входят штифты 2 от половин гайки (рис. 6).

Винтовая передача с разъемной гайкой

Рис. 6. Винтовая передача с разъемной гайкой

При повороте рукоятки 4 раздвижные половины гайки 1 расходятся или сходятся, охватывая ходовой винт.

В винтовой паре скольжения затрачиваются значительные усилия на преодоление сил трения, которые приводят к износу витков сопрягаемых элементов и увеличению зазоров.

Для обеспечения точности и стабильности поступательного перемещения рабочих органов применяют передачу винт – гайка качения, у которой винт и гайка сопрягаются посредством шариков и обеспечивают высокую осевую жесткость и равномерность движения.

В передаче винт – гайка качения (рис. 7), между рабочими винтовыми поверхностями винта 1, гайки 2 и гайки 5 помещены стальные шарики 3. При вращении винта шарики перекатываются по винтовой поверхности винта и гайки и передают поступательное перемещение закрепленным в корпусе гайкам 2 и 5.

Передача винт-гайка качения

Рис. 7. Передача винт-гайка качения

При движении скорость перемещения шариков отличается от скорости ведущего и ведомого звеньев, поэтому необходимо обеспечить постоянную циркуляцию шариков. Для этого концы рабочей части резьбы гайки соединены возвратным каналом, помещенным во вкладыше 4. При движении шарики перекатываются через выступ резьбы винта и снова входят в рабочую зону, циркулируя в пределах соединенных витков гайки. Выборку зазора в передаче осуществляют поворотом гайки 2 относительно гайки 5. Эти гайки создают натяг, обеспечивающий большую осевую жесткость.

Кривошипно-шатунный механизм (рис. 8) преобразует вращательное движение в возвратно-поступательное (поршневые насосы и компрессоры, кривошипные прессы, пневматические молоты, механизмы подач станков и др.) и наоборот (двигатели внутреннего сгорания, паровые машины и др.).

Кривошипно-шатунный механизм

Рис. 8. Кривошипно-шатунный механизм

Механизм состоит из кривошипного диска или коленчатого вала, с которым соединен шатун 3 с поршнем 1. На поршень надеты поршневые кольца. Поршень перемещается в гильзе 2 цилиндра. Коленчатый вал коренными шейками 4 и 5 располагается в подшипниках. При вращении вала поршень получает возвратно-поступательное движение. Вместо поршня может быть ползун, перемещающийся в прямолинейных направляющих.

Эксцентриковый механизм служит для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное. Его применяют в станках, штамповочных прессах, в золотниковом и клапанном распределении машин-двигателей. Эксцентриковый механизм представляет собой разновидность кривошипно-шатунного механизма с небольшим радиусом кривошипа. Разъемный эксцентриковый механизм (рис. 9, а) имеет круглый диск (эксцентрик) 2, сидящий на шпонке 8 и на валу 3.

Эксцентриковые механизмы

Рис. 9. Эксцентриковые механизмы: а – с разъемным хомутом; б – с механизмом для регулировки эксцентриситета

Оси вала и диска не должны совпадать. Расстояние между осями (эксцентриситет) является радиусом кривошипа. Диск охватывается разъемным хомутом 1, скрепляемым болтами 4. С хомутом соединяется шатун 7 (и тяга 6), вилка которого через палец 5 шарнирно соединяется с ползуном, получающим возвратно-поступательное движение (например, с ползуном пресса или с золотником распределения).

Эксцентриковый механизм может быть с двумя эксцентриками для регулировки эксцентриситета (рис. 9, б). Внутренний эксцентрик 2 сидит на валу 3 и охватывается внешним эксцентриком 9, который можно поворачивать и закреплять в различных положениях, что приводит к изменению эксцентриситета, а следовательно, и изменению длины хода ползуна. Применяется эксцентриковый механизм в золотниковых парораспределителях и регуляторах нефтяных двигателей. Эксцентрики изготовляются из чугуна или из углеродистой стали. Внутреннюю поверхность хомута заливают баббитом.

Фрикционные передачи применяют для бесступенчатого изменения частоты вращения при передаче движения от ведущего к ведомому валу.

В фрикционном вариаторе используют специальные клиновидные ремни или стальные кольца, которыми соединяют ведущие и ведомые раздвижные конусные шкивы (рис. 10). Осевое сближение одной пары конусных шкивов вызывает осевое удаление другой пары шкивов. Этим соответственно изменяются радиусы контактов r1 и r2 ремня со шкивами, чем определяется изменение передаточного отношения u = r1 / r2. Пределы изменения частоты вращения выходного вала характеризуются диапазоном регулирования D = umax /umin. Для вариаторов с клиновидными ремнями D = 8 ÷ 15.

Фрикционный вариатор

Рис. 10. Фрикционный вариатор

Передача храповым зацеплением позволяет в широком диапазоне изменять частоту вращения или перемещения рабочего органа машины, связанного храповым механизмом (рис. 11). Конструкции и область применения храповых механизмов разнообразны.

Передача храповым зацеплением

Рис. 11. Передача храповым зацеплением: 1 – ведомый вал; 2 – качающийся рычаг с защелкой 3; 4 – храповое колесо; 5 – фиксатор; 6 – кулиса; 7 – ведущий вал

Муфты служат для постоянного или периодического соединения валов между собой (с зубчатыми колесами и шкивами), чтобы передать вращение без изменения направления и частоты вращения.

Втулочная муфта (рис. 12, а) предназначена для передачи вращения с вала 1 на вал 11 с помощью втулки 1 и шпонок 2. Втулочно-пальцевая муфта (рис. 12, б) состоит из полумуфт 3 и 4. С помощью резиновых колец 5, установленных на пальцах 6, муфта амортизирует ударную нагрузку, передаваемую с вала 1 на вал 11. Упругая муфта смягчает толчки и удары.

Если оси ведущего и ведомого валов расположены со смещением от оси вращения, то применяют муфту (рис. 12, в), каждая половина которой жестко закреплена на конце вала. Полумуфты 1 и 3 сопряжены между собой диском 7, имеющим крестообразно расположенные выступы, которые входят в пазы полумуфт.

Муфты

Рис. 12. Муфты (а- з)

Зубчатую муфту применяют для периодического соединения валов (рис. 12, г). Левая полумуфта 3 при перемещении вправо наружными зубьями входит в зацепление с внутренними зубьями правой полумуфты 4. Зубчатая муфта является универсальной компенсирующей муфтой, которая допускает в определенных пределах осевое, радиальное и угловое смещения валов за счет зазора в зацеплении полумуфт 3 и 4 с внутренними и наружными зубьями.

В кулачковой муфте (рис. 12, д) вращение передается через кулачки полумуфт 3 и 4, которые сопрягаются силой пружины 8, регулируемой гайкой 9 с шайбой. При перегрузках скошенные поверхности кулачков позволяют раздвигать полумуфты и нарушать синхронность вращения валов.

В фрикционной муфте (рис. 12, е) передачу вращения выполняют фрикционные диски. Диски 10 с внутренними выступами соединены с полумуфтой 3, а диски 11 с наружными выступами – с полумуфтой 4. Величина передаваемой нагрузки с вала 1 на вал 11 определяется силой Р сжатия дисков.

Механизмы обгона применяют в тех случаях, когда валу, имеющему медленное вращение, требуется периодически сообщать быстрое вращение. Обгонная муфта (рис. 12, ж) соединяется полумуфтой 3 с одним валом и полумуфтой 4 – с другим. Между полумуфтами располагаются ролики 12, которые заклиниваются между полумуфтами усилием пружины 8 при вращении полумуфты 3 по часовой стрелке. При вращении полумуфты 4 в том же направлении, но с большей частотой, ролики 12 увлекаются движением полумуфты 4 в более широкую часть выемки, при этом полумуфта 4 свободно вращается относительно полумуфты 3.

Многодисковая электромагнитная муфта (рис. 12, з) состоит из корпуса 1, который вращается вместе с валом 13, катушки 2, дисков вращающихся с корпусом 1, и дисков 6, размещенных между дисками 11 и вращающихся вместе с зубчатым колесом 7, якорей 9 и 10 и стопорного кольца 8. Питание муфты осуществляется через щетку 5 и токосъемники 3 и 4.

При выключенной муфте зубчатое колесо 7 свободно вращается на втулке 12 вала 13 на подшипниках. При включенной муфте якоря 9 и 10 прижимают диски 6 и 11 к корпусу 1. Форма дисков и их малая толщина обеспечивают большое магнитное сопротивление в радиальном направлении. Таким образом обеспечивается передача вращения от вала 13 через втулку 12 зубчатому колесу. Однодисковые муфты работают по такому же принципу.

Реверсивные и кулачковые механизмы служат для изменения направления движения механизмов станка. Чаще всего реверсирование осуществляется с помощью цилиндрических или конических зубчатых колес.

В механизме с цилиндрическими зубчатыми колесами (рис. 13, а) муфта М может соединить с верхним валом зубчатое колесо z1. При этом вращение будет передаваться с верхнего вала через муфту М и зубчатую передачу z1 и z2 на нижний вал. Если муфта М соединяет с верхним валом зубчатую передачу z3, z3′ и z4, нижний вал вращается в противоположном направлении.

Реверсивный механизм, изображенный на рис. 13, б, изменяет направление вращения нижнего вала при перемещении скользящего колеса z2, которое входит в зацепление с колесом z1 или колесом z4.

На рис. 13, в показана кинематическая схема реверсивного механизма, у которого изменение направления вращения нижнего вала может быть осуществлено зацеплением скользящего блока зубчатых колес z1 и z3 либо с зубчатыми колесами z4, либо с паразитным зубчатым колесом z2′.

На рис. 13, г показана схема реверсивного механизма, составленного из конических зубчатых колес и кулачковой муфты. Направление вращения горизонтального вала изменяется переключением кулачковой муфты.

Кинематические схемы реверсивных механизмов

Рис. 13. Кинематические схемы (а-г) реверсивных механизмов

Кулачковые механизмы служат для преобразования вращательного движения кулачка в поступательное перемещение механизмов или рабочих органов машины. В кулачковых механизмах применяются плоские (рис 1.14, а), цилиндрические (рис. 14, б) или торцовые кулачки (рис. 14, в).

Кулачковые механизмы

Рис. 14. Кулачковые механизмы

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *