Большинство современных машин создается по схеме двигатель–передача–исполнительный орган машины (рис. 3.1).
Как правило, двигатели для уменьшения массы и габаритов выполняют быстроходными с узким диапазоном регулирования скоростей. Непосредственное соединение двигателя с рабочим органом применяется редко (вентиляторы); как правило, между ними устанавливают промежуточный механизм – передачу.
Передачами называют механизмы, служащие для передачи механической энергии на расстояние.
Функции передачи энергии совмещают с решением следующих основных задач:
согласование угловых скоростей исполнительных органов машин двигателей (двигатели имеют большие скорости, исполнительные органы машины для выполнения своих функций часто требуют больших моментов при относительно малых скоростях);
регулирование и реверсирование (изменение направления) скорости исполнительного органа машины при постоянной угловой скорости двигателя; преобразование вращательного движения двигателя в поступательное или другое движение исполнительного органа машины;
|
|
приведение в движение нескольких исполнительных органов (с различными скоростями движения) от данного двигателя.
Наиболее распространены механические передачи вращательного движения, что связано с возможностью обеспечения его непрерывности и равномерности при малых потерях на трение.
По принципу движения от ведущего звена к ведомому передачи делятся на две группы: 1) передачи трением, имеющие непосредственный контакт жестких тел (фрикционные) или гибкую связь (ременные); 2) передачи зацеплением, имеющие непосредственный контакт твердых тел (зубчатые, винтовые и червячные) или гибкую связь (цепные, зубчатые ременные).
Звено передачи, получающее движения от двигателя, называется ведущим, звено, которому передается движение, называется ведомым; кроме того, в передачах бывают промежуточные звенья.
Передача, состоящая только из ведущего и ведомого звеньев, называется одноступенчатой. Параметры одноступенчатой передачи, относящиеся к ведущему звену, снабжают индексом «1», а к ведомому – «2».
Существуют следующие основные параметры передач: мощность Р1 на ведущем и Р2 на ведомом валах, кВт; угловая скорость ω1 ведущего и ω2 ведомого валов, с-1, или частота вращения n1 ведущего и n2 ведомого валов (мин-1); крутящий момент Т1 ведущего и Т2 ведомого валов.
Кроме основных, различают производные характеристики: коэффициент полезного действия (КПД) передачи:
окружная скорость ведущего или ведомого звена, м/с:
где d – диаметр колеса, шкива и т. д., м. При отсутствии скольжения окружные скорости обоих звеньев равны, т.е. v1 = v2; окружная сила передачи, Н:
|
|
где Р – мощность, Вт; v – окружная скорость, м/с; Т – крутящий момент, Н·м.
Зависимость между крутящими моментами на валах имеет вид Т2 = = Т1hu, где h – КПД, u – передаточное число.
Передаточным отношением i называется отношение угловой скорости ведущего звена к угловой скорости ведомого звена. Передаточное отношение может быть больше, меньше или равно единице.
Передаточным числом u передачи называется отношение большей угловой скорости к меньшей. Передаточное число не может быть меньше единицы.
По определению, передаточное число, которое и будет использоваться в формулах, имеет вид
Для зубчатой передачи, понижающей угловую скорость, передаточное число находится следующим образом:
где z1 – число зубьев шестерни (зубчатого колеса с меньшим числом зубьев); z2 – число зубьев колеса (зубчатого колеса с большим числом зубьев).
Планетарные передачи
Планетарными передачами называют механические передачи, имеющие колеса с перемещающимися геометрическими осями (рис. 5.1).
Ведущим в планетарной передаче может быть либо центральное колесо Z1, либо водило H. Наиболее распространенная простейшая однорядная планетарная передача состоит из центрального колеса Z1 с наружными зубьями (солнечное колесо), неподвижного центрального колеса Z3 с внутренними зубьями и водила H, на котором закреплены оси планетарных колес или сателлитов Z2.
Рис. 5.1. Планетарная передача
Сателлиты обкатываются по центральным колесам и вращаются вокруг своих осей, т.е. совершают движение, подобное движению планет. Водило вместе с сателлитами вращается вокруг центральной оси.
Если в планетарной передаче сделать подвижными все звенья, т.е. оба колеса и водило, то такую передачу называют дифференциалом. При помощи дифференциала одно движение можно разложить на два или два сложить в одно.
Достоинства:
1. Малые габариты и масса (передача вписывается в размеры корончатого колеса). Это объясняется тем, что мощность передается по нескольким потокам, численно равным числу сателлитов, поэтому нагрузка на зубья в каждом зацеплении уменьшается в несколько раз.
2. Благодаря соосности ведущих и ведомых валов эти передачи удобны для компоновки машин.
3. Планетарные передачи работают с меньшим шумом, чем обычные зубчатые, что связано с меньшими размерами колес и замыканием сил в механизме. При симметричном расположении сателлитов силы в передаче взаимно уравновешиваются.
4. Малые нагрузки на опоры, что упрощает конструкцию опор и снижает потери в них.
5. Планетарный принцип передачи движения позволяет получить большие передаточные отношения при небольшом числе зубчатых колес и малых габаритах.
Недостатки:
1. Повышенные требования к точности изготовления и монтажа передачи.
2. Снижение КПД передачи с ростом передаточного отношения.
Применение:
Планетарную передачу применяют как:
а) редуктор в силовых передачах и приборах;
б) коробку перемены передач, передаточное отношение в которой изменяется путем поочередного торможения различных звеньев (например, водила или одного из колес);
в) дифференциал в автомобилях, тракторах, станках, приборах. Особенно эффективно применение планетарных передач, совмещенных с электродвигателем.
При определении передаточного отношения используют метод остановки водила (метод Виллиса). По этому методу всей планетарной передаче мысленно сообщается дополнительное вращение с угловой скоростью водила ωH, но в обратном направлении. При этом водило как бы останавливается, а закрепленное колесо освобождается. Получается так называемый обращенный механизм, представляющий собой обычную непланетарную передачу, в которой геометрические оси всех колес неподвижны.
|
|
Сателлиты при этом становятся промежуточными (паразитными) колесами, которые не влияют на величину передаточного отношения механизма.
Рассмотрим планетарную передачу, изображенную на рис. 5.1, при передаче движения от колеса Z1 к водилу Н. Для обращенного механизма
где ω1 - ωH и ω3 - ωH – соответственно угловые скорости колес 1 и 3 относительно водила Н; Z1 и Z3 – соответственно числа зубьев колес 1 и 3.
Здесь существенное значение имеет знак передаточного отношения. Принято передаточное отношение считать положительным, если в обращенном механизме ведущее и ведомое звенья вращаются в одну сторону, и отрицательным – если в разные стороны. В рассматриваемом обращенном механизме колеса 1 и 3 вращаются в разные стороны.
Для реальной планетарной передачи, у которой в большинстве случаев колесо 3 закреплено неподвижно, колесо 1 является ведущим, а водило Н – ведомым, из формулы (5.1) при ω3 = 0 получим
Для других видов планетарных передач передаточное отношение определяется
таким же методом.