😊 relieved Minsk

Categories:

Механические передачи вращательного движения. Характеристики, виды, принцип работы.

Перемещение функции непосредственного управления орудиями от человека к машине с помощью механических передач ознаменовало собой не просто техническую революцию – такие революции «местного значения» происходят в технике в связи с любым крупным изобретением. Нет, произошел полный переворот во всей технической системе, после которого она начала развиваться по-новому, на основании новых принципов, новых технических форм и структур. Иными словами, возникновение машин определило начало нового исторического этапа в развитии техники – механизации производства.

Необходимость изобретать и применять в промышленных масштабах различного рода машины невольно породила потребность в специалистах, способных осуществлять эту деятельность не от случая к случаю, а постоянно. Таким образом, переворот в техническом компоненте производительных сил привел к видоизменению человеческого компонента – появились  инженеры механики.  Проектирование передач инженерами осуществляется не только в соответствии с отечественной нормативной базой (ГОСТ, ОСТ), но и по стандартам других стран (AGMA, ASA, DIN, ISO, JIS, GBT). Применение зарубежных стандартов при проектировании механических передач расширяет возможности по ремонту импортных узлов и агрегатов, при этом способствует сокращению сроков и снижению цены ремонта сложного технологического оборудования.

Механические передачи. Характеристики, виды, принцип работы.
Механические передачи. Характеристики, виды, принцип работы.

Инженеры вовлечены, как правило, во все процессы жизненного цикла технических устройств и механических передач, являющихся предметом инженерного дела, включая прикладные исследования, планирование, проектирование, конструирование, разработку технологии изготовления, подготовку технической документации, производство, наладку, испытание, эксплуатацию, техническое обслуживание, ремонт и утилизацию.

Хороший инженер умеет почти всё. Он -  технолог, механик, слесарь, наладчик... Как же это у него получается? На самом деле одна из основ знаний и умений инженера - это "глубина понимания". Вторая основа - опыт. В хороших ВУЗах инженеров учат не "знать всё на свете", а находить нужную информацию в кратчайшие сроки. С опытом приходит и умение "отделять мух от котлет" и "видеть" решение той или иной задачи/проблемы. Инженеру не составит большого труда разобраться в  схеме оборудования, из каких передач оно состоит. 

Механическая энергия, используемая для приведения в движение машины-орудия, представляет собой энергию вращательного движения вала двигателя. Вращательное движение получило наибольшее распространение в механизмах и машинах, так как обладает следующими достоинствами: обеспечивает непрерывное и равномерное движение при небольших потерях на трение; позволяет иметь простую и компактную конструкцию передаточного механизма.

Все современные двигатели для уменьшения габаритов и стоимости выполняют быстроходными с весьма узким диапазоном изменения угловых скоростей. Непосредственно быстроходный вал двигателя соединяют с валом машины редко (вентиляторы и т. п.). В абсолютном большинстве случаев режим работы машина-орган не совпадает с режимом работы двигателя, поэтому передача механической энергии от двигателя к рабочему органу машины осуществляется с помощью различных передач.

Передачей будем называть устройство, предназначенное для передачи энергии из одной точки пространства в другую, расположенную на некотором расстоянии от первой.

В современном машиностроении в зависимости от вида передаваемой энергии применяют механические, пневматические, гидравлические и электрические передачи. В курсе «Детали машин» рассматривают только наиболее распространенные механические передачи.

Механическими передачами, или просто передачами, называют механизмы для передачи энергии от машины-двигателя к машине-исполнительному механизму, как правило, с преобразованием скоростей, моментов, а иногда — с преобразованием видов (например, вращательное в поступательное) и законов движения.

Передача (в механике) соединяет вал источника энергии - двигателя и валы потребителей энергии - рабочих органов машины, таких, например, как шпиндель токарного станка, ведущие колёса гусеничной техники или привод автомобиля.

Механические передачи известны со времен зарождения техники, прошли вместе с ней длительный путь развития и совершенствования и имеют сейчас очень широкое распространение. Грамотная эксплуатация механических передач требует знания основ и особенностей их проектирования и методов расчетов.

Сегодня я бы хотел более подробно раскрыть тему зубчатых механических передач и их предназначение в устройствах и узлах.

Что такое шестеренки?

Шестерня - это колесо с зубьями по окружности. Шестерни обычно используются в тандеме из двух или более, используемых для передачи вращения от оси одной шестерни к оси другой.

 Зубья шестерни на одной оси зацепляются с зубьями шестерни на другой, создавая таким образом связь между вращением двух осей. Когда одна ось вращается, другая тоже будет вращаться.В зависимости от профиля зубьев колес различают зацепления трех основных видов: эвольвентные, когда профиль зуба образован двумя симметричными эвольвентами; циклоидальные, когда профиль зубьев образован циклоидальными кривыми; зацепления Новикова, когда профиль зуба образован дугами окружности.

 Две шестерни разных размеров заставят их две оси вращаться с разной скоростью, что очень важно в механических передачах. Это измерение помогает определить, насколько быстро механизм может двигаться в машине. Отношение числа зубьев колеса к числу зубьев шестерни называют передаточным числом. Зубчатое колесо, передающее вращение, называют ведущим, приводимое во вращение - ведомым. Колесо зубчатой пары с меньшим числом зубьев называют шестерней, сопряженное с ним парное колесо с большим числом зубьев - колесом.

Для чего используют шестерни ?

Шестерни очень полезный тип механизма, используемый для того, чтобы передать вращение от одной оси к другим. Как я уже упоминал ранее, вы можете использовать шестерни для изменения выходной скорости вала. Скажем, у вас есть двигатель, который вращается со скоростью 100 оборотов в минуту, и вы хотите, чтобы он вращался только со скоростью 50 оборотов в минуту. Вы можете использовать систему шестерен, чтобы уменьшить скорость (а также увеличить крутящий момент), так что выходной вал вращается с «половинной» скоростью двигателя. Шестерни обычно работают в условиях высокой нагрузки, поэтому зубья шестерни должны быть спроектированы с высокой точностью и изготовлены из соответствующего материала. Это закладывается на этапе проектирования.

Виды зубчатых передач.
Виды зубчатых передач.

Детали зубчатого колеса.

Есть несколько различных терминов, которые необходимо знать, если вы только начинаете знакомиться с зубчатыми передачами. Для того чтобы шестерни сцепились, диаметральный шаг и угол давления должны быть одинаковыми.

Ось: ось вращения шестерни, где проходит вал.

Зубья: зубчатые грани, выступающие наружу от окружности шестерни, используемые для передачи вращения на другие шестерни. Число зубьев на шестерне должно быть целым числом. Шестерни передают вращение в том случае, если их зубья сцепляются и имеют одинаковый профиль.

Модуль зацепления называется иногда диаметральным шагом зубчатого колеса: отношение количества зубьев к диаметру шага. Две шестерни должны иметь одинаковый диаметральный шаг для зацепления. Введение модуля упрощает расчет и изготовление зубчатых передач, так как позволяет выражать различные параметры колеса (например, диаметры колеса) целыми числами, а не бесконечными дробями, связанными с числом п. ГОСТ 9563—60* установил следующие значения модуля, мм: 0,5; (0,55); 0,6; (0,7); 0,8; (0,9); 1; (1,125); 1,25; (1,375); 1,5; (1,75); 2; (2,25); 2,5; (2,75); 3; (3,5); 4; (4,5); 5; (5,5); 6; (7); 8; (9); 10; (11); 12; (14); 16; (18); 20; (22); 25; (28); 32; (36); 40; (45); 50; (55); 60; (70); 80; (90); 100.

Угол профиля исходного контура: угол давления шестерни - это угол между линией, определяющий радиус окружности шага до точки, где окружность шага пересекает зуб, и касательной к этому зубу в этой точке. Стандартные углы давления составляют 14,5, 20 и 25 градусов. Угол давления влияет на то, как шестерни контактируют друг с другом, и таким образом, как сила распределяется вдоль зуба. Две шестерни должны иметь одинаковый угол давления для зацепления.

Исходный контур. При стандартизации зубчатых колес и зуборезного инструмента для упрощения определения формы и размеров нарезаемых зубьев и инструмента введено понятие исходного контура. Это контур зубьев номинальной исходной зубчатой рейки в сечении плоскостью, перпендикулярной к ее делительной плоскости. На рисунке показан исходный контур по ГОСТ 13755—81 (СТ СЭВ 308—76) — прямобочный реечный контур со следующими значениями параметров и коэффициентов: угол главного профиля а = 20°; коэффициент высоты головки h*a = 1; коэффициент высоты ножки h*f = 1,25; коэффициент радиуса кривизны переходной кривой р*f = 0,38; коэффициент глубины захода зубьев в паре исходных контуров h*w = 2; коэффициент радиального зазора в паре исходных контуров С* = 0,25.

Рис. 5. Исходный контур: а — основные элементы профиля; б — фланкированный профиль; 1 — делительная прямая. Смещения исходного контура; а — положительное; б — без смещения; в — отрицательное;
Рис. 5. Исходный контур: а — основные элементы профиля; б — фланкированный профиль; 1 — делительная прямая. Смещения исходного контура; а — положительное; б — без смещения; в — отрицательное;

Для улучшения работы зубчатых колес (повышения прочности зубьев, плавности зацепления и тп.), получения заданного межосевого расстояния, во избежание подрезания зубьев и для других целей производят смещение исходного контура: положительное или отрицательное.

Для улучшения плавности работы цилиндрических колес (преимущественно при увеличении окружной скорости их вращения) применяют профильную модификацию зуба, в результате которой поверхность зуба выполняется с преднамеренным отклонением от теоретической эвольвентной формулы у вершины или у основания зуба. Например, срезают профиль зуба у его вершины на высоте hc = 0,45m от окружности вершин на глубину модификации А = (0,005%0,02) m

Типы механических передач

Существует множество различных типов шестерен и зубчатых механизмов. Вот некоторые из них: цилиндрическая зубчатая передача, косозубое колесо, зубчатая рейка, коническая шестерня, тангенциальная коническая передача, червячная передача, внутреннее зубчатое колесо и другие.

1. Цилиндрические зубчатые передачи

Цилиндрические зубчатые колеса самый простой тип шестерни. Зубчатые шестерни используются для того, чтобы перенести движение от одного вала к параллельному валу. Зубья расположены параллельно оси вращения. Когда два соседних зубчатых колеса сцепляются, они вращаются в противоположных направлениях. Эти шестерни наиболее часто используются, потому что они легко и быстро изготавливаются по сравнению с другими типами. Другие типы шестерен требуют более точных и более сложных процедур обработки.

Цилиндрические зубчатые колеса
Цилиндрические зубчатые колеса

2. Косозубая передача

Винтовые зубчатые передачи используются с параллельными валами подобно цилиндрическим шестерням. Они имеют более крепкое сцепление, чем цилиндрические и менее шумные, а также могут работать при более высоких нагрузках, делая их пригодными для работы на высоких скоростях. При использовании винтовых зубчатых колес они создают силу тяги в осевом направлении, что требует использования упорных подшипников.

3. Зубчатая рейка

Зубья одинакового размера и формы, вырезанные на равных расстояниях вдоль плоской поверхности или прямого стержня, называются зубчатыми рейками. Зубчатая рейка представляет собой цилиндрическую шестерню с бесконечным радиусом цилиндра шага. Путем зацепления с цилиндрической шестерней, оно преобразовывает вращательное движение в линейное. Зубчатые рейки могут быть разделены на прямые зубчатые рейки и винтовые зубчатые рейки, но обе имеют прямые зубчатые линии.

Зубчатая рейка
Зубчатая рейка

4. Коническая зубчатая передача

Конические зубчатые колеса имеют конусообразное сечение и используются для того, чтобы передать вращение между 2 валами которые пересекаются в одной точке. Виды конических зубчатых колес включают прямые конические зубчатые колеса, спиральные конические зубчатые колеса, угловые конические зубчатые колеса, гипоидные шестерни.

5. Тангенциальная коническая передача

Если зубья конических колес прямые, но идут не по радиусам, то они называются тангенциальными и могут работать с окружной скоростью до 12 м/с.  

6. Конические передачи с криволинейными зубьями

Конические колеса с криволинейными зубьями бывают трех разновидностей:

  1. Коническое зубчатое колесо с круговыми зубьями, нарезанными по окружности, линии зубьев которых имеют вид дуги окружности с углом наклона β n > 0 (этот угол называют углом спирали);
  2. Коническое зубчатое колесо с эвольвентной линией зубьев - зубчатое колесо, теоретическими линиями зубьев которого на развертке делительного конуса являются эвольвенты концентрической окружности (Паллоидные);
  3. Коническое зубчатое колесо с циклоидальной линией зубьев - зубчатое колесо, теоретическими линиями зубьев которого на развертке делительного конуса являются циклоидальные кривые.

Коническое зубчатое колесо с круговыми зубьями, у которого угол наклона зубьев (угол спирали) в одной из точек делительной средней линии зуба равен нулю называют, также, коническое зубчатое колесо с нулевым углом наклона зубьев или "Зерол".

Данный вид имеет одно главное преимущество – высокий и плотный контакта зубьев, они главные «конкуренты» прямым коническим зубчатым колесам по эффективности, прочности, вибрации и шуму. С другой стороны, их труднее производить. Кроме того, поскольку зубья изогнуты, они передают нагрузку в осевом направлении. 

7. Винтовая передача

Винтовые передачи представляют собой пару одинаковых ручных винтовых передач с углом закрутки 45° на непараллельных, непересекающихся валах. Т.к. контакт зубьев хуже, чем у других типов передач, поэтому они не предназначены для передачи больших нагрузок. Поскольку мощность передается при скольжении поверхностей зубьев, необходимо обратить внимание на смазку при использовании винтовых передач. Нет никаких ограничений по количеству комбинаций зубьев.

Винтовая передача
Винтовая передача

8. Червячная передача

Червяки и червячные колеса не ограничиваются цилиндрическими формами. Существует некоторые типы червячных передач, которые имеют лучший коэффициент контакта, но производство таких передач становится более сложным и дорогим. Благодаря скользящему контакту поверхностей зубчатых колес необходимо уменьшить трение. По этой причине, как правило, жесткий материал используется для червяка, а мягкий материал используется для червячного колеса. Главное преимущество такой передачи – ровное и тихое вращение.

Червячная передача
Червячная передача

9. Передачи зубчатые внутреннего зацепления.

Внутренние шестерни имеют зубья, вырезанные на внутренности цилиндров или конусов и спарены с внешними шестернями. Существуют ограничения в количестве зубьев между внутренними и внешними передачами из-за эвольвентных и трохоидных помех и проблем обрезки. Часто применяют в планетарных передачах.

Планетарная передача.
Планетарная передача.

10. Цепные передачи

Применяются при передаче вращения между, параллельными удаленными друг от друга валами. В настоящее время получили распространение два типа приводных цепей:

а) цепи втулочно-роликовые (типа Галя),

б) цепи зубчатые из штампованных звеньев (типа Рейнольдса).

Цепные передачи
Цепные передачи

Зубчатые цепи, благодаря относительно меньшему шагу, работают более плавно и бесшумно.

Недостатком цепных передач является сравнительно быстрый износ шарниров, способствующий вытяжке цепи и нарушению ее зацепления со звездочкой, а также шумная работа на высоких скоростях вследствие особенностей кинематики цепной передачи.

11. Ременные передачи

Применяются также для передачи вращения между параллельными удаленными валами. Область распространения этих передач в настоящее время значительно сократилась, однако они еще находят широкое применение в качестве первичного привода от двигателя, а также привода к механизмам, обладающим большим моментом вращающихся масс. При трогании с места и в случае внезапных перегрузок ремни пробуксовывают, спасая механизмы от поломок.

Ременные передачи
Ременные передачи

Преимущественное распространение перед плоскими получили плановые ремни, обладающие большей тяговой способностью.

12. Фрикционные передачи

Фрикционные передачи по форме фрикционных катков могут быть: цилиндрическими, коническими, лобовыми - с внешним и внутренним контактом. Главное достоинство фрикционных передач заключается в возможности создания на их базе фрикционных вариаторов (бесступенчатых коробок передач), а также в бесшумной их работе при высоких скоростях.
Фрикционные передачи
Фрикционные передачи

Почему вращательные механические передачи так важны?

Они не заменимы и использовались мастерами на протяжении веков. Одно из самых ранних зарегистрированных упоминаний об использовании передач было в 50 году нашей эры, хотя есть не мало доказательств того, что древние греки также использовали их еще в третьем веке до нашей эры. И мы продолжаем использовать механизмы, потому, что они эффективны.

Часы, велосипеды, автомобили и сверхмощные промышленные машины всё имеет в своей конструкции механические передачи. Нет никаких сомнений в том, что передачи играют огромную роль в нашей повседневной жизни. Все больше расширяется диапазон исследований механики, она «вклинивается» в биологию, геометрию, другие естественные науки, в искусство, позволяет успешно решать инженерные задачи, вооружает инженеров научной основой для их плодотворной деятельности.

Только представьте, все, чем мы с вами сегодня пользуемся был произведено на производственных линиях, в конструкции которых обязательно есть механические передачи, шестерни.

На протяжении многих поколений люди более или менее усовершенствовали дизайн и характеристики этих чудес производства с помощью нескольких ключевых методов. Три основных процесса изготовления зубчатых колес: протяжка, фрезеровка и механическая обработка.

Мы знаем, как они помогли нам построить современную цивилизацию, но нет никаких сомнений, им найдется применение и в век информационных технологий. 

promo pavel_samuta february 28, 13:57 6
Buy for 50 tokens
Добрый день друзья! Хочу поделиться с вами опытом использования моделей из различных каталогов, которым в СНГ и Прибалтике, на сегодняшний почему-то уделяют мало внимание, где можно скачать 3d CAD модели бесплатно и использовать их для моделирования в САПР и 3D печати. Первые 3D каталоги…

Error

default userpic

Your reply will be screened

Your IP address will be recorded 

When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.