Лабораторная работа 1 Изучение основных видов механических передач и определение их характеристик

Цели работы: изучить конструкции и принцип действия механических передач; определить кинематические и силовые параметры передач.

Теоретические сведения

Механические передачи по принципу ра­боты делят на передачи трением с непосредственным контактом тел качения (фрикционные) и с гибкой связью (ременные); передачи зацеплением с непосредственным контактом (зубчатые и червячные) и с гибкой связью (цепные).

Ременная передача состоит из ведущего и ведомого шкивов и ремня, надетого на шкивы с натяжением и передающего окружные усилия с помощью сил трения. Ремни выполняют плоскими, клиновыми, поликлиновыми и круглого сечения. Необходимым условием работы ре­менной передачи является натяжение ремня, которое должно сохраняться в условиях эксплуатации. Натяжение осуществляется перемещением одного из шкивов натяжным роликом или пружиной, автоматическим устройством, обеспечивающим регулирование натяжения в зависимости от нагрузки. Ременные передачи, как правило, применяют для передачи движения параллельными валами, вращающимися в одну сторону (открытые передачи). В легких передачах благодаря закручиванию ремня возможна передача движения между параллельными валами, вращающимися в разные стороны, и между перекрещивающимися.

Основными требованиями, предъявляемыми к ремням, являются необходимая прочность при переменных напряжениях и износостойкость, достаточный коэффициент трения со шкивом, невысокая изгибная жесткость.

Этим требованиям удовлетворяет высококачественная кожа, однако вследствие дефицитности применяется редко. Наиболее распространенными являются прорезиненные тканевые ремни, имеющие достаточно высокую на­грузочную способность, удовлетворительную долговечность при работе со скоростями до 30 м/с. Основным несущим элементом является высокопрочная хлопчатобумажная ткань - бельтинг.

В современных конструкциях машин применяют ремни из синтетических материалов, допу­скающие рабочие скорости до 75 м/с и имеющие значительно большую прочность и долговечность. Передачи с клиновыми ремнями обла­дают большей тяговой способностью за счет клинового эффекта.

Передаточное отношение ременной пе­редачи с учетом наличия упругого сколь­жения ремня по шкивам:

i = n ₁/ n ₂ = D ₁/ D ₂ x, (1.1)

где x – коэффициент, учитывающий упругое относительное скольжение ремня; x = 0,99 – 0,98.

Достоинствами ременных передач являются простота конструкции, возможность передачи движения на большие расстоя­ния, способность предохранять механизмы привода от перегрузок за счет проскальзывания. К недостаткам относятся большие габариты передачи и недостаточная долговечность ремней. При эксплуатации ременных передач во избежание резкого снижения тягового усилия необходимо следить, чтобы смазка не попадала на шкивы и ремень передачи.

Зубчатые передачи. Эти механизмы с помощью зубчатого зацепления передают или преобразуют движение с изменением угловых скоростей и моментов. Зубчатые передачи (рис. 1.1) между параллельными осями осуществляются цилиндрическими колесами с прямыми, косыми и шевронными зубьями. Передачи между пересекающимися осями осущест-вляются коническими колесами, передачи между перекрещивающимися осями винтовыми колесами. Mеньшее зубчатое колесо в паре называется шестерней, большее – колесом.

Зубчатые передачи в строитель­ных машинах применяются наиболее ши­роко. По сравнению с другими механиче­скими передачами они имеют малые габа­риты, высокий КПД (h = 0,99 – 0,97), боль­шую долговечность и надежность, постоянство передаточного отношения ввиду отсутствия проскальзывания, возмож­ность применения в широком диапазоне моментов, скоростей и передаточных отно­шений. К недостаткам относятся шум при работе на значительных скоростях и недо­статочно качественном исполнении. Они просты в изготовлении и имеют малые ско­рости скольжения и достаточные радиусы кривизны в точках контакта, что обеспечи­вает высокий КПД, прочность и долго­вечность зубьев колес. Эвольвентное за­цепление малочувствительно к отклоне­ниям межцентрового расстояния а_w.

Рис. 1.1 – Виды зубчатых колес: а – цилиндрические прямозубые; б – цилиндрические косозубые; в – цилиндрические шевронные; г – конические прямозубые; д – конические с круговым зубом; е – винтовые; ж – с внутренним зацеплением; з – с реечным зацеплением

Элементы зубчатых зацеплений стандартизованы. Расстояние между одноименными профилями сосед­них зубьев, измеренное по дуге начальной окружности зубчатого колеса, называется окружным шагом p _t. Модуль зубьев является основным параметром.

Основными параметрами, определяющими зубчатую передачу, кроме модуля и шага являются: число зубьев шестерни и колеса, передаточное число; межосевое расстояние – выбирается из стандар­тизованных рядов; высота зуба, высота головки зуба.

Червячные передачи передают вращение между перекрещива­ющимися осями и относятся к зубчато-винтовым передачам. Они состоят из винта – червяка с трапецеидальной или близкой к ней резьбой и косозубого чер­вячного колеса с зубьями особой фор­мы, получаемой в результате взаимного сгибания с витками червяка. В отличие от винтовых передач осуществляется линей­ный контакт.

В строительных машинах червячные передачи применяются с передаточным числом i = 8 – 60 при количестве заходов червяка соответственно 4 – 1. При этом h = 0,9 – 0,65. Для повышения КПД чер­вячной пары за счет снижения сил трения зубья колеса делают из антифрикцион­ного материала – качественной бронзы, а зуб червяка закаливают и шлифуют. Вследствие низких КПД червячные пере­дачи используют в основном в передачах с небольшими мощностями 40 – 50 кВт и реже до 200 кВт при скоростях до 13 м/с. Основными параметрами червячной пе­редачи являются шаг p _t (мм) и модуль m (мм). Расчет межцентрового расстояния и размеров зуба ведется исходя из кон­тактной и изгибной прочности примени­тельно к червячному колесу, изготовлен­ному обычно из бронзы или чугуна, обла­дающих меньшей прочностью по сравне­нию со стальным червяком.

Кроме прямых червяков с различными профилями зубьев изготовляются вогну­тые так называемые глобоидные охваты­вающие зубья колеса на некоторой дуге. Такие червячные передачи обладают высокой несущей способностью вследствие большого количества зубьев, находящихся одновременно в зацепле­нии. Однако они более сложны в изготов­лении, монтаже и регулировке, особенно после некоторого износа зубьев колеса.

Цепные передачи предназначают­ся для передачи движения между двумя параллельными валами при достаточно большом расстоянии между ними. Переда­ча состоит из ведущей и ведомой звездочек и цепи, охватываю­щей их. Кроме этих основных элементов имеются натяжное и смазочное устрой­ства, а также ограждения.

В строительных машинах в качестве приводных цепей наиболее широко применяют втулочно-роликовые цепи, состоящие из валиков, на которых насажены наружные пластины и свободно повора­чивающиеся втулки. На втулки напрес­сованы внутренние пластины и свободно посажены ролики. В качестве тяговых цепей в конвейерах, рабочих органах цеп­ных экскаваторов используются обычно длиннозвенные втулочные цепи.

К достоинствам цепных передач отно­сят: возможность передачи движения на значительные расстояния; меньшие, чем у ременных передач, габариты, отсутствие скольжения; достаточно высокий КПД (h = 0,98 – 0,94), возможность легкой замены цепи. К недостаткам цепных пере­дач относят: сравнительно быстрый износ шарниров, работающих в условиях попа­дания абразива; требуют более сложного ухода - смазки, регулировки в сравнении с клиноременными передачами; значи­тельные вибрации и шум при достаточно высоких скоростях и невысокой точности элементов конструкции.

Основные параметры цепи определяют­ся из шага t, по которому они приводятся в ГОСТах. В строительных машинах в зависимости от мощностей и скоростей применяют как однорядные, так и многорядные цепные передачи.

Валы и оси имеют аналогичные формы и служат для поддержания вращающихся деталей. В отличие от осей валы предназначены для передачи крутящего момента вдоль своей оси. Многие типы валов подвержены действию как крутящих моментов, поперечных и осевых сил, изгибающих моментов.

Для соединения вращающихся деталей с валами применяют шпонки (от одной до трех по окруж­ности вала) или делают шлицевые соединения. Валы в большинстве случаев выполняют ступенчатыми. Эта форма удобна в изготовлении и сборке, уступы валов могут воспринимать боль­шие осевые силы. Основными материалами для валов и осей служат углеродистые и легированные стали.

Гибкие валы применяют для передачи крутящего момента между узлами машин или агрегатами, меняющими свое относительное положение при работе. Основными свойствами гибких ва­лов являются их малая жесткость при изгибе и значительная жесткость при кручении. Их применяют в основном в механизированном инструменте, вибрато­рах, приборах дистанционного управле­ния и контроля, следящих приводах.

Гибкие валы состоят из сердечника и нескольких плотно навитых слоев проволок. Сосед­ние слои имеют противоположное направление навивки. Толщина проволок наруж­ных слоев больше, чем внутренних, гиб­кие валы заключают в металлическую, резиновую или тканевую броню, которая защищает гибкий вал от повреждений, загрязнений и сохраняет на нем смазку.

Подшипники предназначаются для поддерживания вращающихся валов и осей в пространстве и восприятия дейст­вующих на них нагрузок. Кроме осей и валов подшипники могут поддерживать детали, вращающиеся вокруг осей и ва­лов, например катки, шкивы, шестерни и др.

По виду трения подшипники разделяют на подшипники скольжения и качения. Подшипники скольжения - это опоры вращающихся деталей, работающих в ус­ловиях относительного скольжения поверхности цапфы по поверхности подшипника, разделенных слоем смазки. Подшипники качения - это опоры вра­щающихся или качающихся деталей, использующие элементы качения (шари­ки или ролики) и работающие на основе трения качения.

В качестве отдельных узлов механиче­ских передач в строительных машинах широко применяют редукторы, коробки скоростей, коробки отбора мощности, реверсы.

Зубчатые и червячные редук­торы – это механизмы, выполняемые в виде отдельных агрегатов и служащие для понижения угловых скоростей и уве­личения крутящих моментов.

На рис. 1.2 приведены схемы зубчатых ци­линдрических, конических и червячных редукторов. Для малых передаточных чисел – до i = 8 – 10 во избежание увеличения габаритов приме­няют одноступенчатые редукторы (рис. 1.2, а).

Основное распространение имеют двухступенчатые редукторы с i = 8 – 50 (рис. 1.2, б, в) и одноступенчатый чер­вячный редуктор (рис. 1.2, е). При боль­ших передаточных числах используют трехступенчатые передачи (рис. 1.2, г, д).