Фрикционные передачи

План – конспект урока

Тема 3.3. Передачи вращательного движения. Общие сведения о механических передачах.

Цель занятия: Дать учащимся знания: Передачи вращательного движения. Общие сведения о механических передачах. Передаточное отношение и передаточное число.

Тип урока - комбинированный.

Метод обучения - дистанционное изложение материала.

Оборудование: компьютер с подключением к интернету.

 

Ход урока.

I. Организационный момент.

Приветствие. Проверка готовности группы к проведению занятий

 

II. Опрос обучающихся по предыдущему материалу.

1. Из каких механизмов состоит машина?

2. Что такое механизм?

3. Расскажите, какие вы знаете кинематические пары.

4. Назовите критерии работоспособности машин.

5. Как условно изображают на схемах кинематические пары и муфты?

III. Основной этап урока

Передачи вращательного движения. Общие сведения о механических передачах.

Для приведения в движение рабочих машин механическая энергия им передается от машин-двигателей. Как правило, двигатели и исполнительные органы рабочих машин связываются между собой при помощи механизмов, называемых передачами. Передачи бывают механические, гидравлические, пневматические и электрические.

Наибольшее распространение в механических передачах нашло вращательное движение

Механизм, предназначенный для передачи энергии от двигателя к ее потребителям с увеличением крутящего момента за счет уменьшения чистоты вращения, называется силовой передачей или трансмиссией.

Механические передачи классифицируются по следующим признакам:

- по способу передачи движения трением –фрикционные, ременные, зубчатые, червячные, цепные, винт-гайка.

- по способу соединения звеньев с непосредственным контактом - фрикционные, зубчатые, червячные, винт-гайка; с гибкой связью - ремённые, цепные.

 

Звено передачи, получающее движение от двигателя, называется ведущим;

Звено, которому передается движение, называется ведомым.

Между ведущим и ведомым звеньями могут располагаться промежуточные звенья.

На рисунке показана схема передачи с гибкой связью, но бывает передача с непосредственным контактом. На схемах индексом 1 обозначены ведущие звенья и параметры, относящиеся к ним; индексом 2 – ведомые звенья и параметры.

Следует отметить, что при гибкой связи направление вращения ведущего и ведомого звена совпадает, а при передаче с непосредственным контактом - изменяется на противоположное. В этом случае для совпадения направления вращения между ведущим и ведомым звеном устанавливается промежуточное звено.

Основными параметрами вращательных передач являются передаточное число, передаваемая мощность и к.п.д.

Передаточным отношением называется отношение угловой скорости ведущего звена к угловой скорости ведомого звена. Оно может быть больше, меньше или равно 1.

Передаточным числом называется отношение большей угловой скорости к меньшей. Передаточное число не может быть меньше единицы.

Для унификации передаточные отношения и передаточные числа всех передач обозначаются буквой и и при необходимости с двойным индексом.

 

Фрикционные передачи.

Фрикционные передачи - это передачи, передающие движение от ведущих звеньев к ведомым за счет сил трения.

Фрикционные передачи классифицируются по следующим признакам:

- по расположению осей валов: с параллельными осями, соосные и с

перекрещивающимися осями;

- по форме тел качения: с гладкими цилиндрическими катками, с коническими катками, с цилиндрическими клинчатыми катками, сферические и др.;

- по условиям работы: открытые, работающие всухую и закрытые, работающие в масляной ванне;

- по возможности регулирования передаточного числа: с постоянным передаточным числом и с бесступенчатым регулированием передаточного числа — вариаторы.

Достоинствами фрикционных передач являются: простота конструкции, плавность и бесшумность работы; возможность безаварийной работы при перегрузках; возможность плавного изменения частоты вращения (передаточного числа) при работе машины.

Недостатки: значительная радиальная нагрузка на опоры валов; ограниченная величина передаваемой мощности; непостоянство передаточного числа; повышенный износ катков; сравнительно низкий к.п.д.

Цилиндрическая фрикционная передача. Силы трения, возникающие в месте контакта фрикционных цилиндрических катков 1 и 2 в результате прижатия их друг к другу силой Q и приложения к ведущему катку 1, вращающего момента М.

В результате упругого скольжения, неизбежного при работе фрикционных передач, ведомый каток 2 отстает от ведущего. В этом случае передаточное число определяется по формуле:

 

и = ω₁ / ω₂ = D ₂ / D ₁ (1-ε), где ε - коэффициент скольжения.

Коэффициент скольжения зависит от материала катков и условий работы. Для металлических катков

ε = 0,01... 0,03, причем большие значения принимаются для передач, работающих всухую.

Ввиду малого значения коэффициента скольжения, для практических расчетов пользуются приближенным значением передаточного числа, т.е. и = D₂ / D₁

Для передачи вращающего момента от одного вала к другому необходимо к ведомому катку приложить окружное усилие равное: F₁ =2M₁ / D₁

Усилие F, должно быть меньше наибольшего трения покоя между катками.

Исходя из этого условия работы имеет вид: kF₁ = F _тр = fQ

Коэффициент трения для стальных или чугунных катков: работающих в масляной ванне f= 0,04... 0,05, работающих всухую f= 0,15... 0,20; для передач с одним неметаллическим катком f= 0,2... 0,3.

КПД составляет: для закрытых передач η = 0,92... 0,98; для открытых η = 0,80... 0,92.

Коническая фрикционная передача. Конические фрикционные передачи преобразовывают вращательное движение между валами, оси которых пересекаются

Для ортогональных конических передач угол между осями составляет: Σ =δ1 + δ2=90°,где δ 1 и δ 2 - половины углов при вершине конусов ведущего и ведомого катков. Без учета упругого скольжения катков передаточное число определяется по

формуле: u = ω₁ / ω₂ = D ₂ / D ₁

 

Фрикционные вариаторы. Вариатором называется механизм для плавного изменения передаточного числа.

Основной кинематической характеристикой вариаторов является диапазон регулирования Д равный максимальному передаточному числу, деленному на минимальное, т.е Д = и _max / и _min

Для одноступенчатых вариаторов преимущественное значение диапазона регулирования Д = 3... 6. С увеличением диапазона регулирования снижается к.п.д. вариатора.

На рисунке представлена схема лобового вариатора. Диск А, вращаясь вокруг своей оси и прижатый к диску В, приводит его во вращательное движение. При перемещении диска А вдоль оси вращения I - I изменяется и расстояние X от оси II - II диска В от Хтах до Хтт, а вследствие этого и передаточное число.

Передаточное число лобового вариатора равно: и = ω1 / ω2 = х / R 1 Если диск А переместить вдоль оси I - I за ось II - II диска В, то последний будет вращаться в противоположном направлении, которое называется реверсивным ходом

Ременные передачи. Общие сведения. Ременной передачей называется механизм, служащий для передачи вращательного движения при помощи шкивов, закрепленных на валах, и бесконечной гибкой связи - приводного ремня, охватывающего шкивы.

Ременные передачи применяются для привода от электродвигателей машин-орудий небольшой и средней мощности; для привода от двигателя внутреннего сгорания или других первичных двигателей электрических генераторов, сельскохозяйственных и других машин.

Достоинствами ремённых передач являются: простота конструкции и эксплуатации; плавность и бесшумность работы; возможность передачи вращения валам, удаленным на большие расстояния; возможность работы с высокими частотами вращения; малая стоимость.

Недостатки: значительные габариты; неизбежность упругого скольжения приводных ремней; малая долговечность ремней; повышенные нагрузки на валы и их опоры; необходимость иметь устройства для натяжения ремней; непостоянство передаточного числа большинства ременных передач.

Pемни выполняют с сечением в виде узкого прямоугольника - плоские ремни; трапециевидного сечения - клиновые и поликлиновые ремни;

круглого сечения — круглые и зубчатые.

В зависимости от профиля сечения ремня ременные передачи бывают плоскоременная; клиноременная; поликлиноременная; круглоременная и зубчато-ременная. В настоящее время наибольшее распространение имеют клиноременные передачи и плоскоременные с применением плоских ремней из синтетических материалов, обладающих высокой статической прочностью и долговечностью.

Геометрия ременных передач. Основными параметрами открытой ременной передачи являются: диаметры шкивов D1 и D2, межосевое расстояние А, расчетная длина ремня Lp, угол обхвата а на малом шкиве. Диаметры шкивов определяются в зависимости от типа передачи, передаваемой мощности и передаточного отношения. Для плоскоременных и клиноременных передач они стандартизированы. Межосевое расстояние А, в основном, определяется конструкцией привода. Минимальные значения А зависят от типа передачи и диаметра шкивов.

Клиноремённые передачи. Клиноременная передача представляет собой открытую передачу с одним или несколькими ремнями, рабочими поверхностями которых являются боковые стороны.

Преимуществами клиноременных передач по сравнению с широко- ремёнными являются: -большая тяговая способность;

-имеют меньшее межосевое расстояние;

-допускают меньший угол обхвата малого шкива;

-допускают большие передаточные числа (и < 10);

-надежность работы при любом расположении валов;

-возможность бесступенчатого регулирования частоты вращения ведомого вала;

-сохранение работоспособности при обрыве одного из ремней, так как они допускают значительные перегрузки.

Клиноремённые передачи широко применяются в приводах до 400 кВт; к.п.д. составляет η = 0,87... 0,97.

 

Клиновые и поликлиновые ремни. Клиновые ремни в поперечном сечении представляют собой трапецию и состоят из резинового или резинотканевого слоя растяжения 1, несущего слоя 2 из кордткани или кордшнура, резинового слоя сжатия 3 и оберточного слоя прорезиненной ткани 4. Более гибкими и долговечными являются кордшнуровые ремни, применяемые в быстроходных передачах. Для увеличения гибкости ремни могут изготовляться с зубьями (пазами) на внутренней поверхности.

Клиновые приводные ремни выполняют бесконечными с углом клина φо = 40°.

В зависимости от отношения ширины большего основания трапеции bo к ее высоте h клиновые ремни бывают нормальных сечений b/h=1,6; узкие b/h=1,2; широкие b/h =2,5 и более применяемые в клиноременных вариантах.

Ремни нормальных сечений стандартизированы по размерам сечения, которые обозначаются 0, А, Б, В, Г, Д, Е.

Узкие клиновые ремни передают в 1,5-2 раза больше мощности, чем ремни нормальных сечений. Четыре сечения этих ремней (У0, УА, УБ, УВ) заменяют семь нормальных сечений. Кроме этих ремней, стандартизированы: вентиляторные ремни автомобилей, тракторов и комбайнов и ремни приводные клиновые сельскохозяйственных машин.

Поликлиновые ремни представляют собой бесконечные плоские ремни с ребрами на нижней стороне, работающие на шкивах с клиновыми канавками. Ширина такого ремня в 1,5-2 раза меньше ширины комплекта ремней нормальных сечений при одинаковой мощности. Изготавливают три сечения кордшнуровых поликлиновых ремней, обозначаемых К, Л и М с числом ребер от 2 до 50, длиной от 400 до 4000 мм и углом клина φ0 = 40°.

Зубчатые передачи. Зубчатой передачей называется механизм, служащий для преобразования вращательных движений при помощи зубчатого зацепления в поступательное движение. Зубчатое зацепление представляет собой кинематическую пару, в которой зубья соприкасаются между собой по точкам или линиям. В зубчатом зацеплении меньшее зубчатое колесо пары называется шестерней, а большее - зубчатым колесом или просто колесом. Часть зубчатого колеса называется сектором.

Сектор цилиндрического зубчатого колеса бесконечно большого диаметра называется зубчатой рейкой.

Зубчатые передачи классифицируются по следующим признакам:

- по расположению осей валов - с параллельными, перекрещи­вающимися, скрещивающимися осями и соосные;

- по условиям работы - закрытые, работающие в масляной ванне и открытые - работающие всухую или смазываемые периодически;

- по числу ступеней — одноступенчатые и многоступенчатые;

- по взаимному расположению колес - с внешним или внутренним зацеплением;

- по изменению частоты вращения валов - понижающие и повышающие;

- по форме поверхности, на которой нарезаны зубья - цилиндрические и конические;

- по окружной скорости колес - тихоходные при скорости до 3 м/с, среднескоростные при скорости до 15 м/с, быстроходные при скорости более 15 м/с;

- по расположению зубьев относительно образующей колеса —прямозубые, косозубые, шевронные, с криволинейными зубьями;

- по форме профиля зуба - эвольвентные, круговые, циклоидальные.

Основными видами зубчатых передач являются:

- с параллельными осями: а - цилиндрическая прямозубая; б -цилиндрическая косозубая; в - шевронная; г- с внутренним зацеплением;

- со скрещивающимися осями: д - зубчато-реечная;

- с перекрещивающимися осями: е - коническая прямозубая; ж -коническая с тангенциальными зубьями; з — коническая с криволинейными (круговыми) зубьями.

Преимуществами зубчатых передач являются: малые габариты по сравнению с другими передачами;

-более высокий к.п.д. (до 0,99 в одной ступени);

-постоянство передаточного числа; небольшая нагрузка на опоры валов; большая долговечность и надежность работы;

-возможность применения в широком диапазоне мощностей (до десятков тысяч киловатт), окружных скоростей (до 150 м/с) и передаточных чисел (до нескольких сотен).

К недостаткам относятся:

-высокая точность изготовления;

-шум и вибрация при больших скоростях и недостаточной точности изготовления и сборки; невозможность бесступенчатого регулирования частоты вращения ведомого вала.

Зубчатые передачи нашли наибольшее распространение и широко применяются на тракторах, автомобилях, сельскохозяйственных и лесных машинах, металлорежущих, деревообрабатывающих станках и т.д.