Классификация передач и их краткий анализ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧАХ

Назначение и роль передач в машинах

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.

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).

Классификация передач и их краткий анализ

В этом разделе приводится классификация и анализ передач, преобразующих вращательное движение во вращательное же, но с другими параметрами. Их — подавляющее большинство в современной технике. Классификация механизмов, преобразующих вращательное движение в другие виды движений, рассматривается в курсе «Теория машин и механизмов».

Передачи классифицируются по двум главным признакам: в зависимости от способа передачи вращения на передачи зацеплением (зубчатые, червячные, цепные, зубчатыми ремнями, винтовые) и передачи трением (фрикционные, с гладкими ремнями);

в зависимости от способа соединения ведущего и ведомого звеньев на передачи с непосредственным контактом (зубчатые, червячные, винтовые, фрикционные) и с гибкой дополнительной связью (ременные, цепные).

В связи с многовариантностью выбора передач конструктором и большой важностью именно этого первоначального обоснованного выбора типа передачи ниже приводится краткое описание передач, а также анализ их преимуществ, недостатков, перспектив, предпочтительные области применения каждой передачи. Ведь обоснованный выбор типа передачи для того или иного конкретного назначения — это творческий процесс, которым в первую очередь должен овладеть молодой специалист-конструктор. Дальнейшие расчеты передач, как бы важны они ни были, все-таки вторичны, и успех технического решения главным образом зависит от удачного выбора варианта передачи.

Итак, рассмотрим в упомянутом аспекте следующие наиболее распространенные механические передачи: зубчатые, червячные и другие передачи со скрещивающимися осями, винтовые, цепные, ременные, фрикционные, а также проведем их сравнение по основным показателям.

Поиск по сайту: