Лекции для студентов

Детали машин (курс лекций, часть 1)

1. Механические передачи

 

Механические устройства, применяемые для передачи энергии от ее источника к потребителю с изменением угловой скорости или вида движения, называют механическими передачами. Передавая механическую энергию, передачи одновременно могут выполнять следующие функции:

– понижать и повышать угловые скорости, соответственно повышая или понижая вращающие моменты;

– преобразовывать один вид движения в другой (вращательное в возвратно-поступательное, равномерное в прерывистое и т.д.);

– регулировать угловые скорости рабочего органа машины;

– реверсировать движение (прямой и обратный ход);

– распределять работу двигателя между несколькими исполнительными органами машины.

В современном машиностроении применяются механические, пневматические, гидравлические и электрические передачи. В настоящем лабораторном практикуме рассматриваются наиболее распространенные из механических передач: передачи зацеплением — зубчатые, червячные, планетарные, волновые; передачи трением – фрикционные и ременные. В передачи зацеплением входят и цепные передачи.

Все передачи трением имеют повышенный износ рабочих поверхностей, так как в них неизбежно проскальзывание одного звена относительно другого.

В зависимости от способа соединения ведущего и ведомого звеньев бывают:

1. передачи непосредственного контакта — зубчатые, червячные, планетарные, волновые и фрикционные;

2. передачи с гибкой связью — ременные. Сюда относят и цепные передачи. Передачи с гибкой связью допускают значительные расстояния между ведущим и ведомым валами.

Особенности каждой передачи и ее применения определяются следующими основными характеристиками:

1. Мощностью на ведущем Р₁ и ведомом Р₂ валах.

2. Угловой скоростью ведущего ω₁ и ведомого ω₂ валов (рис.1.1).

Эти две основные характеристики необходимы для выполнения проектного расчета любой передачи.

Дополнительными характеристиками являются:

1. Механический КПД передачи

где Р₁ – мощность на быстроходном валу; Р₂ — мощность на тихоходном валу; T₁ и T₂ — вращающие моменты соответственно на ведущем и ведомом валах; u — передаточное отношение соответственно на ведущем и ведомом валах.

Для многоступенчатой передачи, состоящей из нескольких отдельных последовательно соединенных передач, общий КПД

,

где η₁, η_{2 …} η_n — КПД каждой передачи (зубчатой, червячной, ременной).

2. Окружная скорость Т ведущего или ведомого звена, м/с:

,

где D — диаметр колеса, катка, шкива и т. д., мм.

Окружные скорости обоих звеньев при отсутствии скольжения равны, т. е. v₁= v₂.

3. Окружное усилие передачи F (рис. 1.1), Н:

,

где Т₁ — вращающий момент ведущего вала, Н·мм; D₁ — диаметр ведущего звена, мм.

4. Вращающий момент Т (рис.1.1), Н·мм:

или

где F — окружное усилие, Н; D — диаметр звена, мм; P — мощность, кВт.

5. Передаточное число и передаточное отношение.

Передаточным числом называется отношение угловой скорости ведущего вала к угловой скорости ведомого вала:

.

Отношение угловых скоростей валов передачи, независимо от направления силового потока, называется передаточным отношением.

Передаточное отношение также обозначается буквой u, но с индексами, обозначающими соответствующие угловые скорости валов передачи:

;

.

Передача, понижающая угловые скорости, имеет u > 1 и называется редуктором. При повышении угловых скоростей u < 1, передача называется мультипликатором.

Передаточному отношению обычно приписывают знак: плюс, если направления угловых скоростей ведущего и ведомого валов одинаковы, и минус, если они противоположны.

Передаточное отношение можно выразить через вращающие моменты на ведущем и ведомом валах и КПД

Для многоступенчатой передачи общее передаточное отношение

,

где u₁, u₂,… u_n — передаточные отношения каждой ступени.

При изучении механических передач необходимо помнить следующее (рис. 1.1):

1. Момент движущих сил Т₁ всегда приложен к ведущему валу передачи и имеет направление, совпадающее с направлением вращения этого вала ω₁.

2. Момент сил сопротивления Т_z всегда приложен к ведомому валу передачи и имеет направление, противоположное направлению этого вала ω₂. 

 

а б

Рис.1.1.Схема для определения направления

вращающих моментов в передаче: а — колеса

в рабочем положении; б — колеса, условно раздвинутые