Повна версія

Головна arrow Техніка arrow Прикладна механіка

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

МЕХАНІЧНІ ПЕРЕДАЧІ

Загальні відомості

Механічними передачами називаються механізми, що передають енергію від двигуна до виконавчого органу машини, як правило, з перетворенням швидкостей, сил і моментів, а іноді характеру і закону руху. Вони призначені для узгодження виду, параметрів руху і розташування двигуна і виконавчого органу, коли швидкості руху робочих органів машини відрізняються від швидкостей стандартних двигунів, тобто робочий орган вимагає крутний момент більший або менший, ніж на валу двигуна. В окремих випадках потрібно також змінити просторову орієнтацію елементів передачі.

За способом передачі руху від провідної ланки до веденого розрізняють передачі:

  • тертям : з безпосереднім контактом - фрикційні, з гнучкою зв'язком - ремінні;
  • зачепленням : з безпосереднім контактом - зубчасті, черв'ячні, з гнучкою зв'язком - ланцюгові.

До зубчастих передач відносяться циліндричні, конічні, планетарні, хвильові і ін.

За взаємною розташуванню валів механічні передачі можуть бути з паралельними (у циліндричних передач, рис. 4.4, а-в), пересічними (у конічних передач, рис. 4.4, г, д) і зі перехресними (у черв'ячних передач, рис. 4.4, е) осями.

За характером руху валів розрізняють механізми з нерухомими осями валів і рухливими осями валів в планетарних передачах. В останніх рух коліс-сателітів, встановлених на рухомих валах, схоже на рух планет.

Механічні передачі також бувають:

  • • з постійним передавальним числом (редуктори, мультиплікатори);
  • • зі змінним передавальним числом: ступінчасті - коробки передач та безступінчаті - варіатори. Коробки передач дозволяють налаштовувати ряд частот обертання вихідного валу, а варіатори - плавно змінювати передавальне відношення.

У ряді конструкцій механізмів виникає необхідність фіксувати нерухомість вихідної ланки під навантаженням

Мал. 4.4

або при відсутності руху на вході. Властивість механізму, при якому рух передається тільки в одному напрямку, називається необоротністю руху або самогальмуванням . Відповідні пристрої використовуються в вантажопідйомних машинах.

Останнім часом стало розвиватися новий напрям - мехатроніка. У ньому силові механічні вузли поєднуються з електричними і електронними пристроями, що забезпечують управління і зв'язок між елементами всієї системи. Електроніка перетворює вхідний сигнал від системи управління, а силова електроніка видає команди на виконавчий орган: електромеханічний, гідравлічний і ін. Останні перетворять надходять сигнали в механічний рух. У таких системах доцільно використовувати готові елементи у вигляді модулів. Застосування мехатроніки дозволяє отримати приводи малої маси з високою точністю руху вихідної ланки і більшим ККД. Такі пристрої вже використовуються в робототехніці і на ЛА в системах управління польотом. Перспективно їх застосування і в інших галузях техніки.

Привід

Привід - пристрій для приведення в дію машин і механізмів. Він складається з двигуна (джерело енергії), передавального механізму і системи управління, яка управляє роботою приводу і зазвичай включає електротехнічні та електронні пристрої. Надалі будуть розглядатися лише дві частини приводу - передавальний механізм з двигуном.

Редуктор - передавальний механізм, службовець для зниження частоти обертання, збільшення крутного моменту, а іноді і просторової орієнтації елементів, виконаний у вигляді окремого агрегату. Він є проміжною ланкою між вхідним ланкою - двигуном і вихідним - виконавчим органом, яким може бути колесо, рука робота, гвинт, шнек і ін. Призначення редуктора - забезпечити узгодження параметрів (кінематичних, силових і геометричних) між двигуном і виконавчим органом. Редуктори широко застосовують в промисловості.

Мультиплікатор - механізм, що підвищує частоту обертання.

На рис. 4.5, а показана схема приводу, що складається з редуктора Р з електродвигуном Д, де п б , п Т - частота обертання швидкохідного і тихохідного валів. Редуктор з'єднаний з двигуном за допомогою муфти М, яка передає крутний момент від двигуна до виходу через циліндричні зубчасті колеса z i і вали. Вали В передач мають опори, якими є підшипники кочення або ковзання П. В передачі входять колеса з числом зубів z i. При необхідності отримання поступального руху вихідного ланки можна використовувати інший варіант останнього ступеня - передачу гвинт-гайка.

Існують різні типи редукторів, які отримали назву в залежності від того, які передачі і яка кількість ступенів вони мають. Одна фаза складається з пари зубчастих коліс.

На рис. 4.5, б наведено циліндричний редуктор (з циліндричними зубчастими колесами), на рис. 4.5, в - конічний (з конічними зубчастими колесами), на рис. 4.5, г - черв'ячний (з черв'яком і черв'ячним колесом). Бувають комбіновані редуктори, наприклад конічної-циліндричний (рис. 4.5, д). При малих передавальних відносинах (у циліндричних редукторів - з ) використовують одноступінчасті редуктори (з однією парою зубчастих коліс, см. Рис. 4.5, б), а при великих (з ) - двоступеневі (з двома парами коліс, рис. 4.5, е) . Застосування в останньому випадку замість двоступеневої передачі одноступінчатої призвело б до збільшення маси редуктора. При великих значеннях передавальних відносин застосовують передачі з великим числом ступенів. На рис. 4.5, а показаний редуктор розгорнутої схеми, а на рис. 4.5, е - соосной, коли осі I і III валів збігаються. Редуктори соосной схеми більш компактні, ніж розгорнутої. Маса і габаритні розміри передачі зменшуються при застосуванні багатопоточних передач, що використовується, наприклад, в планетарних механізмах.

Основні характеристики редуктора. До них відносяться передавальне число , номінальний крутний момент на тихохідному (вихідному; валу, ККД, габаритні розміри і маса. Характеристики стандартних редукторів наведені в спеціальних довідниках, а деякі з них представлені в табл. 4.5.

Технічний рівень редуктора визначається коефіцієнтом масового совершенст-

Мал. 4.5

Таблиця 4.5

Тип передачі

ККД (η)

Передавальне число ( і )

Відносна маса (q)

зубчаста циліндрична

0,96-0,98

1-8

1

зубчаста конічна

0,95-0,97

1-4

1,5

черв'ячна

0,4-0,84

16-80

2

ланцюгова

0,92-0,95

1-7

5

ремінна

0,94-0,96

1-7

2,5

планетарна

  • 0,9-0,95
  • (0,7-0,8)
  • 6-13
  • (50-200)

0,5

хвильова

0,8-0,9

80-300

0,3

ва - відношенням маси редуктора m до обертального моменту на виході . У промисловості при низькому рівні досконалості !, А при високому рівні У широко поширених редукторів, робоча поверхня зубів коліс яких зміцнена (цементацією, азотуванням і ін.), ∙ В авіаційних редукторах . Такий високий показник у авіаційних редукторів досягається шляхом застосування раціональних конструкцій з використанням високоміцних матеріалів і виготовлення корпусів з легких сплавів (алюмінієвих і магнієвих).

Для отримання найбільш надійної і досконалої конструкції редуктора слід виконувати такі вимоги:

  • • застосовувати найбільш раціональні та надійні схеми редукторів, що забезпечують необхідну міцність і жорсткість конструкцій, виготовлених з матеріалу з високою питомою міцністю і з зміцненої робочої поверхнею зубів коліс при великих навантаженнях;
  • • знижувати матеріаломісткість за рахунок компактності конструкцій і вибору раціональної форми деталей;
  • • застосовувати уніфікацію, використовувати стандартні деталі і забезпечувати повну взаємозамінність елементів конструкцій;
  • • забезпечувати надійне стопоріння різьбових з'єднань і фіксацію деталей від зсуву; мале енергоспоживання при експлуатації шляхом зменшення втрат на тертя і підвищення ККД; необхідне змащення і захист деталей від виникнення корозії; стійкість до механічних і кліматичних впливів; легке і зручне обслуговування з максимальною автоматизацією;
  • • використовувати закриті корпусу, що запобігають потраплянню всередину пилу і вологи;
  • • досягати максимальної технологічності деталей і вузлів при виготовленні, збирання та розбирання.

Виконання сформульованих вимог зазвичай призводить до зниження собівартості редуктора.

Для оцінки редуктора можна використовувати і економічний критерій - відносну собівартість β = с / т (з - собівартість).

Один із шляхів вдосконалення конструкції в машинобудуванні - перехід від використання сталевих і чавунних корпусів до корпусів з легких сплавів (алюмінієвих, магнієвих), неметалічних або композиційних матеріалів. Останнє особливо важливо в редукторах малої потужності. У них маса корпусу може визначатися технологічними можливостями лиття, коли товщина стінки більше необхідної з умови міцності. Зазвичай необхідна товщина стінки δ в малопотужних редукторах (Р < 0,5 кВт) з металу дорівнює не більше 2 мм. У виливків в землю легких сплавів мінімальна товщина стінки δ = 3 ÷ 4 мм, а при більш досконалих способах лиття (лиття в кокіль, по моделях, що виплавляються або під тиском) менше. Лиття корпусів з чавуну має товщину не менше 6 мм. Навіть при однаковій геометрії корпусу перехід від чавуну або сталі (ρ = 7,8 г / см3) до алюмінієвого сплаву (ρ = 2,7 г / см3) знижує масу корпусу приблизно в 3 рази, а з урахуванням отримання меншої товщини стінки, виготовленої із застосуванням досконалої технології лиття, ще більше. Наприклад, якщо маса сталевого корпусу становить 30% від маси редуктора, то заміна його матеріалу на алюмінієвий сплав знижує масу всього редуктора приблизно на 20%. Така заміна неприпустима в конструкціях, де потрібна висока жорсткість, наприклад у верстатобудуванні. Заміна стали на алюмінієвий сплав знижує жорсткість приблизно в 3 рази. Корпуси з ливарних алюмінієвих і магнієвих сплавів широко використовуються в авіації, ракетобудуванні та на транспорті, але рідше в інших галузях промисловості. Найбільш легкі корпуси отримують з неметалів і композиційних матеріалів, які широко використовуються навіть у побутовій техніці. Зміцнення робочої поверхні зубів коліс істотно зменшує масу редуктора. Наприклад, зміна твердості робочої поверхні зубів коліс з НВ 250 на 11 RC. "60 знижує масу двоступеневого циліндричного редуктора приблизно на 40%. Зазвичай зниження маси корпусу зменшує вартість редуктора.

Порядок розрахунку приводу

Розглянемо порядок розрахунку приводу, наведеного на рис. 4.5, а.

Початкові дані. Вихідні дані для розрахунку повинні бути вказані в ТЗ: кінематична схема; циклограмма навантаження (зміна навантаження за часом); Т, зі - крутний момент і кутова швидкість (замість можна задавати п - частоту обертання) вата на виході. В іншому випадку, якщо на виході стоїть передача, що перетворює обертальний рух в поступальний, наприклад передача гвинт-гайка, то задають F, v - силу і швидкість переміщення гвинта на виході.

Вибір двигуна. 1. Визначають потужність на виході приводу за формулою ; якщо на виході є передача гвинт-гайка I, то за формулою

  • 2. Розраховують потрібну потужність двигуна , де - ККД всього редуктора; в у - ККД кожного ступеня передачі (ККД для різних типів передач наведені в табл. 4.5); Πj - втрати в підшипниках (кочення ковзання при граничному терті); - ККД передачі гвинт-гайка - входить в формулу лише при її наявності.
  • 3. Вибирають по каталогу двигун і знаходять його характеристики і .

Кінематичний розрахунок передачі. 1. Визначають наближене значення загального передавального числа і розбивають його по східцях ,

де - коефіцієнт, який визначається з оптимізації по одному з параметрів (габаритним розмірам, інерційності, точності та ін.); індекс позначає, чтопередача обертання виконується від шестерні до колеса ; - Кількість ступенів передачі.

Якщо на виході стоїть передача гвинт-гайка, то - частота обертання валу на виході з редуктора, що дорівнює частоті обертання гвинта (гайки, об / хв), де Р - крок, мм; ζ - число заходів різьби; і - швидкість, м / с.

Для циліндричних зубчастих передач коефіцієнт приймають:

  • • з умови мінімуму габаритних розмірів для розгорнутої схеми (оптимальний варіант, коли колеса і шестерні обох ступенів мають однакові діаметри) при двоступеневої передачі при триступеневої , а для співвісних передач при, . Передавальне чіслопоследней ступені знаходять при з виразу , при - з виразу ;
  • • з умови мінімуму інерційності у швидкохідних реверсивних приводів при ; при

У високоточних передач для забезпечення відповідної точності необхідні високі вимоги до останнього ступеня (висока точність і велике передавальне число ). В цьому випадку точність приводу буде визначатися останньою сходинкою, а похибки попередніх ступенів не зроблять на неї істотного впливу.

  • 2. Вибирають число зубів кожного колеса в парі - сумарне число зубів :
    • • для зубчастих коліс з однорідною структурою ;

для дрібномодульних <1) зубчастих коліс з однорідною структурою ;

• для коліс з зміцненої робочої поверхнею (цементування, азотування тощо.)

Кількість зубів шестерні і колеса у двоступеневої передачі:

• для першого ступеня округлюють до цілого числа);

для другого ступеня округлюють до цілого числа).

Уточнюють передавальне число

3. Визначають частоту обертання кожного вала

Можливий інший варіант кінематичного розрахунку, коли число зубів шестерні . При числі зубів, меншому , для усунення підрізання необхідно виконати модифікацію профілів (зміщення контуру), але брати не менше 12.

Силовий розрахунок передачі. 1. Обчислюють номінальний крутний момент двигуна (II-мм):

де - потужність двигуна, Вт; - Частота обертання, об / хв.

2. Визначають розрахунковий крутний момент на кожному валу:

де - коефіцієнт динамічності зовнішнього навантаження; - Втрати в підшипниках.

Конструкція редуктора. Для зручності складання і розбирання корпус редуктора роблять складовим, зазвичай з двох частин: підстави О і кришки К. Кришка на корпусі фіксується штифтами і закріплюється на ньому за допомогою різьбових деталей (болтів, шпильок, гайок). Редуктори бувають з осьової (поздовжньої) і радіальної (поперечної) складанням (рис. 4.6).

Мал. 4.6

При осьової збірці роз'єм корпусу виробляють по площині, перпендикулярній осях валів (рис. 4.6, а). Така конструкція більш технологічна і жорстка (простіше виливок, зручна механічна обробка).

Недоліки: складні збірка і огляд внутрішніх частин.

При радіальної збірці роз'єм корпусу виконують по площині, що проходить через осі валів (рис. 4.6, 6), що полегшує складання, розбирання і огляд внутрішніх порожнин.

Недоліки: виготовлення корпусу складніше, неоднакова жорсткість (асиметрія корпусу), складніше герметизація (ущільнення з фігурного стику).

Застосування: осьову збірку застосовують для створення міцних і легких конструкцій в авіації, ракетобудуванні, на транспорті. Однак це викликає деякі експлуатаційні незручності. Радіальну використовують, якщо маса не відіграє суттєвої ролі і допускається підвищена вартість виготовлення заради зручності складання і експлуатації.

Такі конструкції набули найбільшого поширення в загальному машинобудуванні.

На космічних апаратах широко використовуються приводи з швидкохідними двигунами (n = 6000 ÷ 12 000 об / хв), так як вони більш економічні і мають меншу масу, ніж тихохідні ви- сокомоментние двигуни.

Дві поширені схеми приводів загального машинобудування наведені на рис. 4.7. На рис. 4.7, а показана схема з'єднання електродвигуна Д і редуктора Р за допомогою муфти М, а на рис. 4.7, б - з допомогою пасової передачі РП. При малих потужностях шестерня може встановлюватися на валу двигуна. Така конструкція використовується в мотор-редукторах, що складаються з електродвигуна і зубчастого редуктора. Маса і габаритні розміри мотор-редукторів значно менше, ніж установок, наведених на рис. 4.7.

У редукторах з великим ресурсом роботи передбачається безперервна мастило, зазвичай рідким мастильним матеріалом. Для цього частину колеса занурюють в масло (картера змазування) або подають його за допомогою струменя (струминне змазування). Для подачі масла використовується гідравлічна система. Змазування підшипників часто здійснюється розбризкуванням масла зубчастими колесами.

При необхідності малої кількості рідкого або пластичного мастильного матеріалу (малий ресурс, малі швидкості і навантаження) він подається періодично за допомогою маслюк чи ручного шприца. Іноді використовують ресурсну мастило - один раз за весь ресурс (наприклад, на ракетах).

Типовий для загального машинобудування двоступеневий редуктор з радіальної складанням і циліндричними колесами (в різних прекціях) наведено на рис. 4.8. Корпус редуктора - литий з чавуну. Він складається з основи 5 і знімною кришки 4. Вони з'єднані болтами 6 і штифтами 9, які точно фіксують кришку на підставі. Кришка 3 з віддушиною 2 - для огляду і заливки рідкого масла, пробка 8 - для зливу масла, мастиловказівника 7 - для визначення рівня масла в редукторі. Римболти 1 служать для перенесення редуктора підйомним краном. Крім того, редуктор має зубчасте колесо 10, тихохідний вал 11,

Мал. 4.7

кришку підшипника 12, підшипник 13, проміжний вал 14, швидкохідний вал з нарізаними зубами 15.

На рис. 4.9 показаний літаковий редуктор (в різних проекціях) з осьовим складанням. Корпус редуктора з магнієвого сплаву МЛ5 складається з двох частин 2 і 3, з'єднаних шпильками 9 з гайками. Шпильки встановлені без зазору, що забезпечує точне взаємне положення частин корпусу. Конструкція редуктора характеризується мінімальною площею його поверхні, що забезпечує мінімальну масу корпусу. Для зменшення маси вали 1, 5 і вісь 4 з-

Мал. 4.8

Мал. 4.9

готавліваются порожніми. Заглушка 6 виключає потрапляння бруду та вологи всередину корпусу. Отвори 10 призначені для кріплення редуктора на літаку. Зубчасті колеса 7 виготовлені зі сталі 30Χ2ΗΒΛ з зміцненої робочої поверхнею.

 
<<   ЗМІСТ   >>