Зубчатые передачи назначение и классификация. Достоинства и недостатки зубчатых передач. Недостатки зубчатых передач

Зубчатые механизмы

Возможности по преобразованию вида движения, изменению скорости, достоинства, недостатки зубчатых механизмов.

Зубчатые механизмы служат для преобразования вращательного движения ведущего звена и передачи моментов сил.

Достоинства: постоянство заданного передаточного отношения, компактность, высокий КПД (0,92 … 0,98); наличие небольших сил давления на валы и опоры; высокая надежность; удобство эксплуатации.

Недостатки: сложность и высокую точность изготовления и сборки, наличие шума при работе (особенно при больших окружных скоростях), невозможность плавного бесступенчатого регулирования скорости вращения ведомого звена.

Классификация зубчатых передач; возможности, достоинства, недостатки разных видов зубчатых передач.

Меньшее из пары зубчатых колес принято называть шестерней (трибом), большее – колесом. Термин «зубчатое колесо» можно применять как к шестерне, так и к колесу зубчатой передачи. Индексы «1» и «2» присваивают соответственно параметрам шестерни и колеса.

Зацепление зубчатых колес можно кинематически представить как качение без скольжения друг по другу двух поверхностей, называемых начальными. Для цилиндрических передач это цилиндры, для конических – конусы. Точку качения начальных поверхностей определяют как полюс зацепления.

По числу пар зацепляющихся колес зубчатые передачи бывают одно-, двух- и многоступенчатыми.

По профилю зубьев: очертания зуба в плоскости поперечного сечения ¾ профиль зуба; эвольвентные, циклоидальные, круговые (зацепление Новикова).

По взаимному расположению осей их делят на цилиндрические – с параллельными осями (а), конические – с пересекающимися осями (д), на червячные (з), винтовые (и) – со скрещивающимися в пространстве осями.

Зацепление зубчатых колес может быть внешним и внутренним (г).

Реечные зубчатые передачи (к) преобразуют вращательное движение в поступательное или наоборот.

По расположению зубьев относительно образующих начальной поверхности колеса зубчатые передачи делят на прямозубые (а) и косозубые (б, в), шевронные (в) и с круговым зубом (ж).

г

в

а

б

д е ж

к

Прямозубыми называются колеса (передачи), направление каждого зуба которых совпадает с образующей начальной поверхности (цилиндра или конуса).

Косозубыми называются зубчатые колеса, направление каждого зуба которых составляет некоторый постоянный угол с образующей начальной поверхности.

Обладают рядом достоинств по сравнению с прямозубыми: благодаря наличию угла наклона зубья вступают в зацепление по своей длине постепенно, что обеспечивает более равномерную и плавную работу, и, естественно, снижение шума механизма вследствие большего коэффициента перекрытия. У косозубых колес минимальное число зубьев при котором не происходит подрезания, меньше, чем у прямозубых. Косозубые передачи позволяют подобрать при заданном межосевом расстоянии за счет изменения угла наклона пару колес со стандартным модулем.

К недостаткам косозубых передач следует отнести более сложное изготовление колес по сравнению с прямозубыми и появление дополнительного осевого усилия, передаваемого на опоры. Для устранения осевого усилия можно применять шевронные зубчатые колеса. Венец шевронного колеса состоит из участков с правым и левым направлением зубьев. Зубья такого колеса могут быть нарезаны на одном ободе или венец состоит из жесткого соединения двух косозубых колес с разным направлением наклона зубьев. Шевронные колеса сложнее в изготовлении косозубых.

Шевронными называются колеса (в), зубчатый венец которых образуется из двух рядов косых зубьев противоположного направления.

Для устранения осевого усилия можно применять шевронные зубчатые колеса. Венец шевронного колеса состоит из участков с правым и левым направлением зубьев. Зубья такого колеса могут быть нарезаны на одном ободе или венец состоит из жесткого соединения двух косозубых колес с разным направлением наклона зубьев. Шевронные колеса сложнее в изготовлении косозубых.

Конические колеса могут быть прямозубыми, косозубыми и с круговым зубом (д, е, ж).

Конические зубчатые колеса применяют для передачи вращательного движения между валами, оси которых пересекаются под некоторым углом.

Преимущественно применяют прямозубые конические колеса и только тогда, когда нельзя использовать цилиндрические. Это объясняется большей сложностью изготовления и сборки конических передач. Одно из колес конических передач из-за пересечения осей валов располагается консольно, что создает дополнительные трудности при конструировании опор. Кроме того, валы и опоры нагружаются не только радиальными, но и осевыми силами. Применение более сложных опор приводит к снижению КПД и к большему шуму, чем при применении цилиндрических передач.

Наибольшее распространение получили передачи с эвольвентным профилем зубьев. Во-первых, эвольвентное зацепление мало чувствительно к отклонениям межосевого расстояния, не нарушается правильность зацепления. Во-вторых, профиль зубьев инструмента для нарезания эвольвентных зубчатых колес может быть прямолинейным, сравнительно простое изготовление и контроль инструмента и колес, одним инструментом можно нарезать колеса с разным числом зубьев. Траекторией точки контакта эвольвентных профилей зубьев является прямая линия.

По характеру своей работы передачи могут быть реверсивные и нереверсивные. По конструктивному выполнению корпуса зубчатые передачи бывают открытыми и закрытыми. Открытые не имеют защиты от попадания пыли и грязи, закрытые передачи имеют жесткий корпус и работают в масляной ванне.

По величине окружной скорости различают передачи – тихоходные (до 3 м/с), средних скоростей (3 … 15 м/с) и быстроходные (свыше 15 м/с).

Червячные передачи применяют, когда оси ведущего и ведомого валов перекрещиваются под углом 90°.

Достоинством червячных передач по сравнению с зубчатыми является возможность получить большие передаточные отношения (числа) в одной ступени, до 80 в силовых передачах и до нескольких сотен в кинематических. Червячным редукторам присущи также бесшумность в работе; высокая плавность зацепления; компактность; свойство самоторможения, заключающееся в невозможности передачи вращения от колеса к червяку, что позволяет исключать из привода тормозные устройства; надежность и простота эксплуатации.

Недостатками червячных передач являются большое относительное скольжение сопряженных поверхностей в зацеплении; большие потери на трение; малый КПД; значительный нагрев зацепляющихся элементов в силовых передачах, что требует специальных мер для дополнительного охлаждения; высокая сложность и точность изготовления и сборки.

Планетарными называют многозвенные механизмы, в которых обязательно есть зубчатые колеса с движущимися геометрическими осями.

Планетарные передачи позволяют получать большие передаточные отношения при малых габаритах и массе механизма, снимать с одной (центральной) оси движения с разными угловыми скоростями. Планетарные механизмы широко используются в шкальных отсчетных устройствах,где подвижное центральное колесо связывают со шкалой грубого отсчета, а водило – со шкалой точного отсчета; в механизмах настройки. Недостатками планетарных передач являются повышенное требование к точности изготовления, относительно большой мертвый ход, уменьшение КПД с ростом передаточного отношения.

Волновые зубчатые механизмы имеют ряд достоинств: большие передаточные отношения (50 … 250 в одноступенчатой передаче) при малых габаритах и массе; высокие точность и плавность вследствие уменьшения общей ошибки при большом числе зацепляющихся зубьев и минимальный мертвый ход; высокий КПД (0,7 … 0,9) благодаря малым скоростям скольжения в зацеплении; возможность передачи вращательного движения в герметически закрытое пространство или через непроницаемую перегородку. Двухступенчатая схема волновой передачи позволяет получать передаточные отношения до нескольких тысяч.

По сравнению с планетарными передачами волновые имеют большие КПД, точность и меньший мертвый ход.

К недостаткам волновых передач относятся сложность изготовления и невозможность получения малых передаточных отношений (меньше 50).

Применяются волновые передачи в кинематических и силовых приводах с большим передаточным отношением; в отсчетных устройствах повышенной точности; как привод для передачи движения в герметизированное пространство.

Технологичность, постоянство передаточного числа;

Высокая нагрузочная способность (до N=50000 кВт);

Высокий КПД (до 0,97-0,99 для одной пары колес);

Малые габаритные размеры по сравнению с другими видами передач при равных условиях;

Большая надежность в работе, простота обслуживания;

Сравнительно малые нагрузки на валы и опоры.

К недостаткам зубчатых передач следует отнести:

Невозможность бесступенчатого изменения передаточного числа;

Высокие требования к точности изготовления и монтажа;

Шум при больших скоростях; плохие амортизирующие свойства;

Громоздкость при больших расстояниях между осями ведущего и ве­домого валов;

Потребность в специальном оборудовании иинструменте для нареза­ния зубьев;

Зубчатая передача не предохраняет машину от возможных опасных перегрузок.

Червячные передачи

Червячная передача (или зубчато-винтовая передача) - механизм для передачи вращения ме­жду валами посредством винта и сопряженного с ним червячного колеса. Червяк и червячное колесо, образуют совместно высшую зубчато-винтовую кинематическую пару, а с третьим, неподвижным звеном, низшие вращательные кинематические пары.

Достоинства:

· Плавность работы;

· Малошумность;

· Самоторможение - при некоторых передаточных отношениях;

· Повышенная кинематическая точность.

Недостатки:

· Повышенные требования к точности сборки, необходимость точной регулировки;

· При некоторых передаточных соотношениях передача вращения возможна только в одном направлении - от винта к колесу. (для некоторых механизмов может считаться достоинством).

· Сравнительно низкий КПД (целесообразно применять при мощностях менее 100 кВт)

· Большие потери на трение с тепловыделением, необходимость специальных мер по интенсификации теплоотвода;

· Повышенный износ и склонность к заеданию.

Червяки различают по следующим признакам:

По форме образующей поверхности:

· цилиндрические

· глобоидные

По направлению линии витка:

По числу заходов резьбы

· однозаходные

· многозаходные

· по форме винтовой поверхности резьбы

· с архимедовым профилем

· с конволютным профилем

· с эвольвентным профилем

· трапецеидальный

Червячная передача главным образом применяется в червячных редукторах.

Достаточно часто червячные передачи используются в системах регулировки и управления. Весьма распространенное применение пары типа "глобоидальный червяк с роликовым сектором" - рулевое управление автомобилей.

Редуктор

Редуктор (механический) - механизм, передающий и преобразующий крутящий момент, с одной или более Механическими передачами.

Основные характеристики редуктора -КПД, передаточное отношение, передаваемая мощность, максимальные угловые скорости валов, количество ведущих и ведомых валов, тип и количество передач и ступеней.

Прежде всего редукторы классифицируются по типам механических передач : цилиндрические, конические, червячные, планетарные, волновые, спироидные и комбинированные.

Корпуса редукторов : в серийном производстве широко распространены стандартизованные литые корпуса редукторов. Чаще всего в тяжёлой промышленности и машиностроении применяются корпуса из литейного чугуна, реже из литейных сталей.

Классификация редукторов

• Червячные редукторы
• Цилиндрические редукторы
• Классификация редукторов в зависимости от вида передач и числа ступеней

Ременные передачи

Устройство и назначение

Ременная передача относится к передачам трением с гибкой связью и может применяться для передачи движения между валами, находящимися на значительном расстоянии один от другого. Она состоит из двух шкивов (ведущего, ведомого) и охватывающего их бесконечного ремня, надетого с натяжением. Ведущий шкив силами трения, возникающими на поверхности контакта шкива с ремнем вследствие его натяжения, приводит ремень в движение. Ремень в свою очередь заставляет вращаться ведомый шкив.

Классификация ременных передач

Ременные передачи классифицируют по следую­щим признакам.

1. По форме сечения ремня:

Плоскоременные (попе­речное сечение ремня имеет форму плоского вытянутого прямоугольника),

Клиноременные (поперечное сечение ремня в форме трапеции),

Круглоременные (поперечное сечение ремня имеет форму круга),

С зубчатыми ремнями (внутренняя, контактирующая со шкивами, поверхность плоского ремня снабжена поперечными выступами, входящими в процессе работы передачи в соответствующие впадины шкивов),

С поликлиновыми ремнями (ремень снаружи имеет плоскую поверхность, а внутренняя, взаимодействующая со шкивами, поверхность ремня снабжена продольными гребнями, выполненными в поперечном сечении в форме трапеции),

2. По взаимному расположению осей валов:

С параллельными осями

С пересекающимися осями - угловые

Со скрещивающимися осями

3. По направлению вращения шкива:

С одинаковым направлением (открытые и полуоткрытые)

С противоположными направлениями (перекрестные)

4. По способу создания натяжения ремня:

Простые

С нажимным роликом

С натяжным устройством

5. По конструкции шкивов:

С однорядными шкивами

С двухшкивным валом, один из шкивов которого холостой;

Со ступенчатыми шкивами для изменения передаточного числа

6. По количеству валов, охватываемых одним ремнем:

Двухвальная передача;

Трехвальная передача;

Четырехвальная передача;

Многовальная передача.

7. По виду тягового (основного несущего) слоя (корда), располагающегося примерно по центру тяжести поперечного сечения ремня, различают

Кордотканевые ремни

Кордошнуровые ремни

Достоинства и недостатки ременных передач

Достоинства:

Плавность хода;

Бесшумность работы передачи, обусловленные эластичностью ремня;

Малая чувствительность к толчкам и ударам, а также к перегрузкам, способность пробуксовывать;

Предохранение механизмов от резких колебаний нагрузки вследствие упругости ремня;

Пониженные требования к точности взаимного расположения валов передачи;

Возможность работы при высоких оборотах;

Простота конструкции

Дешевизна.

Недостатки:

Значительные габариты шкивов;

Высокие нагрузки на валы и опоры (подшипники) из-за натяжения ремня;

Невозможность (из-за неизбежного проскальзывания ремня по шкивам) получения точных, неизменных значений передаточных чисел (исключая зубчатоременные передачи);

Невысокие износостойкость и выносливость ремней (невысокая долговечность 1000…5000 часов);

Постепенное вытягивание ремней, их недолговечность;

Необходимость применения в передачах специальных устройств, предназначенных для натяжения ремня, или его перешивок по мере вытягивания в процессе эксплуатации передачи;

Необходимость защиты ремней от попадания на них минеральных масел, бензина, щелочей и т.п.

Область применения

Ременные передачи применяются для привода агрегатов от электродвигателей малой и средней мощности; для привода от маломощных двигателей внутреннего сгорания.

Цепные передачи

Цепные передачи – это передачи зацеплением и гибкой связью, состоящие из ведущей и ведомой звездочек и охватывающей их цепи. В состав передачи также часто входят натяжные и смазочные устройства, ограждения.

Достоинства:

1. возможность применения в значительном диапазоне межосевых расстояний;

2. меньшие, чем у ременных передач, габариты;

3. отсутствие проскальзывания;

4. высокий КПД;

5. относительно малые силы, действующие на валы;

6. возможность передачи движения нескольким звездочкам;

7. возможность легкой замены цепи.

Недостатки:

1. неизбежность износа шарниров цепи из-за отсутствия условий для жидкостного трения;

2. непостоянство скорости движения цепи, особенно при малых числах зубьев звездочек;

3. необходимость более точной установки валов, чем для клиноременной передачи;

4. необходимость смазывания и регулировки.

Цепи по назначению разделяют на три группы:

1. грузовые – используют для закрепления грузов;

2. тяговые – применяют для перемещения грузов в машинах непрерывного транспорта (конвейерах, подъемниках, эскалаторах и др.);

3. приводные – используют для передачи движения.

Применение: Передачи используют в сельскохозяйственных, подъемно-транспортных, текстильных и полиграфических машинах, мотоциклах, велосипедах, автомобилях, нефтебуровом оборудовании.

Механизмы

Механизм - внутреннее устройство машины, прибора, аппарата, приводящее их в действие. Механизмы служат для передачи движения и преобразования энергии (редуктор, насос, электрический двигатель).

Механизм состоит из 3 групп звеньев:

1. Неподвижные звенья- стойки

2. Ведущие звенья- передаёт движение

3. Ведомые звенья- воспринимают движения

Классификация механизмов :

1. Рычажные механизмы: кривошибно-шатунный механизм- кривошиб(врощательные движения), шатун(калибательное), ползун(поступательное).

Применение: Поршневые насосы, паровые машины.

Валы и оси

В современных машинах наиболее широко используется вращательное движение деталей. Менее распространено поступательное движение и его комбинация с вращательным (винтовое движение). Движение поступательно перемещающихся частей машин обеспечивается специальными устройствами, называемыми направляющими . Для осуществления вращательного движения используют специальные детали – валы и оси, которые своими специально приспособленными для этого участками – цапфами (шипами) или пятами– опираются на опорные устройства, называемые подшипниками или подпятниками.

Валом называют деталь (как правило, гладкой или ступенчатой ци­линдрической формы), предназначенную для поддержания установленных на ней шкивов, зубчатых колес, звездочек, катков и т. д., и для передачи вра­щающего момента.

При работе вал испытывает изгиб и кручение, а в отдельных случаях помимо изгиба и кручения валы могут испытывать деформацию растяже­ния (сжатия).Некоторые валы не поддерживают вращающиеся детали и работают только на кручение (карданные валы автомобилей, валки прокатных станков и др.).

Осью называют деталь, предназначенную только для поддержания ус­тановленных на ней деталей.

В отличие от вала ось не передает вращающего момента и работает только на изгиб. В машинах оси могут быть неподвижными или же могут вращаться вместе с сидящими на них деталями (подвижные оси).

Лассификация валов и осей

По назначению валы подразделяют на:

Передаточные- несущие только различные детали механических передач (зубчатые колеса, шкивы ременных передач, звездочки цепных передач, муфты и т.д.),

Коренные- несущие основные рабочие органы машин (роторы электродвигателей и турбин, шатунно-поршневой комплекс двигателей внутреннего сгорания и поршневых насосов), а при необходимости ещё дополнительно и детали механических передач (шпиндели станков, приводные валы конвейеров и т.п.). Коренной вал станков с вращательным движением инструмента или изделия называется шпинделем .

По геометрической форме валы делят на : прямые; криво­шипные;коленчатые; гибкие; телеско­пические; карданные .

По методу изготовления различают : цельные и составные валы.

По виду поперечных сечений участков вала различают сплошные и полые валы с круглым и некруглым поперечным сечением.

Подшипники

Подшипник - Сборочный узел, являющийся частью опоры или упора и поддерживающий вал, ось или иную подвижную конструкцию с заданной жёсткостью. Фиксирует положение в пространстве, обеспечивает вращение, качение или линейное перемещение (для линейных подшипников ) с наименьшим сопротивлением, воспринимает и передаёт нагрузку от подвижного узла на другие части конструкции.

По принципу работы все подшипники можно разделить на несколько типов:

· подшипники качения;

· подшипники скольжения;

Подшипники качения

Представляет собой уже готовый узел, основными элементами которого являются тела кочения- шарики или ролики, установленные между кольцами и удерживаемые на определённом расстояние друг от друга.

Достоинства:

1. Малая стоимость, из-за массового производства.

2. Не большие потери на трение и малый нагрев при работе.

3. Малые осевые размеры.

4. Простота конструкции

Недостатки:

1. Большие радиальные размеры.

2. Нет разъёмных соединений.

Классификация:

1. По форме тел качения: шариковые, роликовые.

2. По напровлению действия: радиально-упорные,упорные, упорно-радиальные.

3. По числу рада тел качения: однородные, двухрядные, четырёхрядные.

4. По основным конструктивным признакам: самоутанавливающиеся, несамоустанавливающиеся.

Применение: В машиностроение.

Подшипники скольжения

Подшипник скольжения – состоит из корпуса, вкладешей и смазывающих устройств. В простейшем виде они представляют собой втулку (вкладышь), встоенную в станину машины.

Смазка является одним из основных условий надёжной работы подшипника и обеспечивает низкое трение, разделение подвижных частей, теплоотвод, защиту от вредного воздействия окружающей среды.

Смазка может быть:

• жидкой (минеральные и синтетические масла, вода для неметаллических подшипников),
• пластичной (на основе литиевого мыла и кальция сульфоната и др.),
• твёрдой (графит, дисульфид молибдена и др.) и
• газообразной (различные инертные газы, азот и др.).

Классификация:

Подшипники скольжения разделяют:

в зависимости от формы подшипникового отверстия:

• одно - или многоповерхностные,
• со смещением поверхностей (по направлению вращения) или без (для сохранения возможности обратного вращения),
• со смещением или без смещения центра (для конечной установки валов после монтажа);

по направлению восприятия нагрузки :

• радиальные
• осевые (упорные, подпятники),
• радиально-упорные;

по конструкции :

• неразъемные (втулочные; в основном, для I-1),
• разъемные (состоящие из корпуса и крышки; в основном, для всех, кроме I-1),
• встроенные (рамовые, составляющие одно целое с картером, рамой или станиной машины);

по количеству масляных клапанов :

• с одним клапаном,
• с несколькими клапанами;

по возможности регулирования :

• нерегулируемые,
• регулируемые.

Достоинства

• Надежность в высокоскоростных приводах
• Способны воспринимать значительные ударные и вибрационные нагрузки
• Сравнительно малые радиальные размеры
• Допускают установку разъемных подшипников на шейки коленчатых валов и не требуют демонтажа других деталей при ремонте
• Простая конструкция в тихоходных машинах
• Позволяют работать в воде
• Допускают регулирование зазора и обеспечивают точную установку геометрической оси вала
• Экономичны при больших диаметрах валов

Недостатки

• В процессе работы требуют постоянного надзора за смазкой
• Сравнительно большие осевые размеры
• Большие потери на трение при пуске и несовершенной смазке
• Большой расход смазочного материала
• Высокие требования к температуре и чистоте смазки
• Пониженный коэффициент полезного действия
• Неравномерный износ подшипника и цапфы
• Применение более дорогих материалов

Применение: Для волов больших диаметров; тихоходных машин; бытовая техника.

Му́фта - устройство (деталь машины), предназначенное для соединения друг с другом концов валов и свободно сидящих на них деталей для передачи крутящего момента. Служат для соединения двух валов, расположенных на одной оси или под углом друг к другу.

Классификации муфт.

По видам управления

· Управляемые - сцепные, автоматические

· Неуправляемые - постоянно действующие.