Тема: Общие сведения о передачах. Назначение и роль передач в машинах

ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА

Г.                                                                               гр. МЭО – 02

Тема: Общие сведения о передачах. Назначение и роль передач в машинах

Задания:

1. Записать число и тему урока. Изучить теоретический материал по теме. Записать определение механических передач и их классификацию.

2. Перенести кинематическую схему барабанной лебедки в тетрадь, подписать все части и элементы на схеме.

3. Выполнить задания и ответить на вопросы.

 

  Исторические сведения.

История развития техники обусловила вращение как основную форму передачи и использования механической энергии в машинах и механизмах. Наиболее распространенные энергетические машины — двигатели внутреннего сгорания, паровые турбины (двигатели внешнего сгорания), электромоторы, преобразовывая химическую энергию топлива или электрическую энергию в механическую, выдают ее потребителю в виде вращения вала.

Несмотря на то, что в истории техники было немало примеров использования энергии машин без вращательного движения (паровые машины Ньюкомена, Ползунова, Уатта с приводом для насосов), вращение получило наибольшее распространение. Причины этого кроются в основном в простоте, компактности, высоком КПД, непрерывности и равномерности движения передаточных механизмов, или иначе — механических передач.

Зубчатые передачи появились еще в глубокой древности. В античные времена зубчатые колеса были настолько хорошо известны, что их даже стали использовать в качестве орнаментов и украшений. Деревянную зубчатую передачу сменила бронзовая, а затем и железная. Первую теорию зубчатой передачи дал еще Аристотель за три с половиной века до нашей эры (рис. 2.1).

 

Рис.1. Колесная передача, описанная Аристотелем (стрелками показано направление движения)

На рис. 2 изображен грузоподъемный механизм на основе неподвижного винта и движущейся части гайки — античная винтовая передача.

 

Винтовая передача, еще называемая иногда передача винт — гайка, еще более древняя, чем червячная. Винтовой пресс для выдавливания сока из винограда существовал с незапамятных времен. Гайка здесь была монолитной и связанной со станиной пресса. Но мысль сделать винт неподвижным, а гайку или часть ее привести в движение вращением винта принадлежала Архимеду.

Современные винтовые передачи могут содержать как неподвижную гайку и подвижный винт, например в винтовом домкрате так и неподвижный винт и подвижную гайку, например ходовые винты станков.

У винтовых передач специфическое назначение — преобразование вращательного движения в осевое по оси винта и наоборот. Иногда пишут, что винтовые передачи преобразуют вращательное движение в поступательное, но это неточно, так как поступательное движение тела — это такое движение, когда линия, проведенная в теле, при перемещении остается параллельной самой себе (например, поступательное движение совершают педали велосипеда). При преобразовании вращательного движения в осевое получается большой выигрыш в силе и медленное осевое перемещение, при преобразовании осевого движения во вращательное — получение быстрого вращения от медленного осевого перемещения. Первый случай является предпочтительным, и за редкими исключениями (игрушки типа юлы, особые дрели и пр.) винтовые передачи применяются именно по этому назначению.

 

 

 

Рис.3 Цепные передачи XVI в., описанные Агостино Рамелли:

1 — звездочка; 2 — цепь

 Цепные передачи известны с XVI в. Обычные кованые цепи перекидывались через шкивы с соответствующими зубцами на них и таким образом могли передавать вращение. Однако звенья цепи не всегда попадали на зубцы, и передача была ненадежной.

Рис.4. Перекрестная веревочная передача Джеронимо Кардано (XVI в.): 1, 3 — шкивы, вращающиеся в противоположные стороны; 2 — канат

 

Ременные передачи появились еще в античные времена и вначале существовали в виде канатных передач, служивших, например, для подъема воды. На рис. представлена инженерно проработанная перекрестная канатная передача XVI в., предложенная италъянским математиком и механиком Дж. Кардано (известного также по «карданной передаче»). Перекрестной эта передача выполнена не для того, чтобы изменить направление вращения, просто изобретатель старался увеличить угол обхвата шкивов канатом для увеличения силы трения и, как следствие несущей способности передачи.

В XVII в. канат был заменен кожаным плоским ремнем, причем передача нередко выполнялась также перекрестной. Но скоро преобладающую роль получили «открытые» передачи, где сечения ремня оставались параллельными самим себе. При этом трение ремня о шкивы слабело, и в XVIII в. был предложен натяжной ролик, позволяющий увеличить как угол обхвата, так и натяжение ремня. Тогда же, в борьбе с соскакиванием плоского ремня со шкива, было принято парадоксальное на первый взгляд решение — делать ведомый шкив выпуклым (рис. 2.24). Вопреки ожиданию, что ремень будет соскакивать с такого шкива еще быстрее, первый занимал на нем устойчивое положение. В быстроходных плоскоременных передачах оба шкива — и ведомый, и ведущий — выполняют выпуклыми.

 

Рис. 2.27. Старинная фрикционная передача с пересекающимися осями:

1 — горизонтальный фрикционный каток; 2 — вертикальный фрикционный каток; 3 — вертикальная ось

 

 

В современной технике существует несколько типов передач — электрические, гидродинамические, гидростатические, пневматические и ряд других, второстепенных по назначению. Но в большинстве случаев и они не обходятся без присутствия механических передач. В курсе «Детали машин» рассматриваются только механические передачи, нередко их называют просто «передачи».

 

Назначение передач в основном состоит в понижении или повышении частоты вращения двигателя или иного источника вращательного движения с соответствующим повышением или понижением вращающего момента.

Для чего это делается? Ведь существуют двигатели как быстроходные, так и тихоходные, и, в принципе, они могли бы непосредственно приводить в движение рабочий орган. Существуют и используются тепловые двигатели и электрические, валы которых способны вращаться с частотами вращения от десятков до десятков тысяч оборотов в минуту (от единиц до тысяч радиан в секунду). Эти частоты вращения могли бы удовлетворить практически любой рабочий орган — от тяговой звездочки конвейера до шлифовального круга. Но тихоходные двигатели из-за огромного вращающего момента очень велики и тяжелы, а быстроходные — обычно уникальны или неэкономичны. А наиболее употребительные и дешевые электродвигатели — асинхронные — обеспечивают вращение с частотами 1000... 3000 (в ряде стран 1200... 3600) мин-1, меньшие частоты уже малоэффективны.

 Почти так же обстоит дело и с наиболее распространенными автотракторными двигателями внутреннего сгорания, частота вращения которых обычно находится в пределах от 1500 до 6000 мин-1.

 Большинство же рабочих органов машин требует более низких частот вращения, что вызывает необходимость понижающих передач (редукторов).

 Реже встречается необходимость повышать частоту вращения двигателей. Наиболее впечатляющий пример — это привод для ветроэлектростанций, которых в мире насчитывается уже десятки тысяч. Ветроколесо такой электростанции мощностью, например, 5 МВт (5.106 Вт) делает около 15 оборотов в минуту, а генератор, соединенный с ветроколесом механической передачей, — 1500. Следовательно, между ветроколесом и генератором находится мультипликатор — передача, повышающая частоту вращения ветроколеса в 100 раз. Такой мультипликатор — внушительное сооружение массой в десяток тонн.

 Кроме простого преобразования частоты вращения и вращающего момента двигателя в какое-то конкретное число раз передачи могут:

- регулировать ступенчато или бесступенчато частоту вращения рабочего органа машин;

- реверсировать движение, т. е. обеспечивать прямой и обратный ход;

- преобразовывать один вид движения в другой (например, вращательное в прямолинейное, качательное, прерывистое и т.д.);

 - распределять движение между несколькими исполнительными органами машины (например, приводить в движение несколько станков или ведущих колес автомобиля от одного двигателя).