Размещено на http://allbest.ru

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Саратовский государственный технический университет

имени Гагарина Ю.А.»

Кафедра «Автоматизированные электротехнологические установки и системы»

Отчет по 2-й учебной практике на тему:

«Механические передачи»

Выполнил:

студент Шалыгин А.С.

Проверил: доц.каф. АЭУ

Грушевский И.А

• Саратов 2015 г.

• Содержание
• Введение
• 1. Зубчатые передачи
• 1.1 КПД зубчатых передач
• 2. Планетарные передачи
• 2.1 КПД планетарных передач
• 3. Червячные передачи
• 3.1 КПД червячной передачи
• 4. Волновые механические передачи
• 5. Фрикционные передачи
• 5.1 КПД фрикционных передач
• 6. Ременные передачи
• 6.1 КПД ременных передач
• 7. Цепные передачи
• 7.1 КПД цепной передачи
• 8. Передача винт-гайка
• 8.1 КПД передачи «винт-гайка»
• Заключение
• Список использованных источников


Введение

Механической передачей называют устройство для передачи механического движения от двигателя к исполнительным органам машины. Может осуществляться с изменением значения и направления скорости движения, с преобразованием вида движения. Необходимость применения таких устройств обусловлена нецелесообразностью, а иногда и невозможностью непосредственного соединения рабочего органа машины с валом двигателя. Механизмы вращательного движения позволяют осуществить непрерывное и равномерное движение с наименьшими потерями энергии на преодоление трения и наименьшими инерционными нагрузками. Механические передачи вращательного движения делятся:

- по способу передачи движения от ведущего звена к ведомому на передачи трением (фрикционные, ременные) и зацеплением (цепные, зубчатые, червячные);

- по соотношению скоростей ведущего и ведомого звеньев на замедляющие (редукторы) и ускоряющие (мультипликаторы);

- по взаимному расположению осей ведущего и ведомого валов на передачи с параллельными, пресекающимися и перекрещивающимися осями валов.

Замедляющие передачи получили большее распространение по сравнению с ускоряющими (мультипликаторами). Это объясняется тем, что скорости вращения валов двигателей, как правило, значительно выше скоростей валов рабочих машин. Более быстроходные двигатели имеют меньшие размеры по сравнению с тихоходными двигателями той же мощности, так как с увеличением частоты вращения уменьшаются силы и моменты, действующие на детали двигателя. Из всех типов передач наиболее распространенными являются зубчатые.



1. Зубчатые передачи

Зубчатой передачей называется трехзвенный механизм, в котором два подвижных звена являются зубчатыми колесами, или колесо и рейка с зубьями, образующими с неподвижным звеном (корпусом) вращательную или поступательную пару.

Зубчатая передача состоит из двух колес, посредством которых они сцепляются между собой. Зубчатое колесо с меньшим числом зубьев называют шестерней, с большим числом зубьев - колесом.

Термин «зубчатое колесо» является общим. Параметрам шестерни приписывают индекс 1, а параметрам колеса - 2.

Основными преимуществами зубчатых передач являются:

- постоянство передаточного числа (отсутствие проскальзывания);

- компактность по сравнению с фрикционными и ременными передачами;

- высокий КПД (до 0,97…0,98 в одной ступени);

- большая долговечность и надежность в работе (например, для редукторов общего применения установлен ресурс ~ 30000 ч);

- возможность применения в широком диапазоне скоростей (до 150м/с), мощностей (до десятков тысяч кВт).

Недостатки:

- шум при высоких скоростях;

- невозможность бесступенчатого изменения передаточного числа;

- необходимость высокой точности изготовления и монтажа;

- незащищенность от перегрузок;

- наличие вибраций, которые возникают в результате неточного изготовления и неточной сборки передач.



Рис.2. Зубчатые передачи

Классификация зубчатых передач.

По расположению осей валов различают передачи с параллельными (рис.2, а - в, з), с пересекающимися (рис.2, г, д) и перекрещивающимися (рис.2, е, ж) геометрическими осями.

По форме могут быть цилиндрические (рис.2 , а - в, з), конические (рис.2, г, д, ж), эллиптические, фигурные зубчатые колеса и колеса с неполным числом зубьев (секторные).

По форме профилей зубьев различают эвольвентные и круговые передачи, а по форме и расположению зубьев - прямые (рис.2, а, г, е, з), косые (рис. 2, б), шевронные (рис.2, в) и круговые (рис.2, д, ж).

В зависимости от относительного расположения зубчатых колес передачи могут быть с внешним (рис.2, а) или внутренним (рис.2, з) их зацеплением. Для преобразования вращательного движения в возвратно поступательное и наоборот служит реечная передача (рис.2, е).

Зубчатые передачи эвольвентного профиля широко распространены во всех отраслях машиностроения и приборостроения. Они применяются в исключительно широком диапазоне условий работы. Мощности, передаваемые зубчатыми передачами, изменяются от ничтожно малых до многих тысяч кВт. Наибольшее распространение имеют передачи с цилиндрическими колесами, как наиболее простые в изготовлении и эксплуатации, надежные и малогабаритные. Конические, винтовые и червячные передачи применяют лишь в тех случаях, когда это необходимо по условиям компоновки машины.

1.1 КПД зубчатых передач

Для закрытых передач в среднем:

- для цилиндрических з ? 0,98;

- конических з ? 0,97;

Для открытых передач:

- для цилиндрических з ? 0,97;

- конических з ? 0,96;

Эти цифры включают так же потери в опорах качения, которые невелики и состваляют от 0,25 до 0,5% на опору при надёжной смазке.



2. Планетарные передачи

Планетарными называются передачи, содержащие зубчатые колеса с перемещающимися осями (рис. 3.). Передача состоит из центрального колеса 1 с наружными зубьями, центрального колеса 3 с внутренними зубьями, водила Н и сателлитов 2.

Сателлиты вращаются вокруг своих осей и вместе с осью вокруг центрального колеса, т.е. совершают движение, подобное движению планет.

Рис.3. Планетарный механизм

зубчатый ременной механический передача

При неподвижном колесе 3 движение может передаваться от 1 к Н или от Н к 1; при неподвижном водиле Н - от 1 к 3 или от 3 к 1. При всех свободных звеньях одно движение можно раскладывать на два (от 3 к 1 и Н) или два соединять в одно (от 1 и Н к 3). В этом случае передачу называют дифференциальной.

Планетарные передачи имеют существенные преимущества:

- нагрузка в планетарных передачах передается одновременно несколькими сателлитами, следовательно, силы, действующие на зубья колес, соответственно уменьшаются, что позволяет использовать колеса меньших габаритных размеров и массы;

- в планетарных передачах рационально используются колеса внутреннего зацепления, обладающие большой (по сравнению с колесами наружного зацепления) нагрузочной способностью;

- равномерное распределение сателлитов по окружности приводит к уравновешиванию радиальных сил, действующих на колеса, и, следовательно, к разгрузке подшипников центральных колес и водила;

- применение планетарного механизма позволяет легко осуществить компактную конструкцию соосного редуктора, т.е. такого редуктора, у которого оси ведущего и ведомого валов совпадают.

Это имеет важное значение для поршневых и турбовинтовых авиационных двигателей. Например, при помощи так называемого дифференциального планетарного редуктора можно от одного двигателя приводить во вращение два соосных винта, скорости вращения которых будут изменяться в полете в соответствии с изменением шага винта.

К недостаткам планетарных передач относятся повышенные требования к точности изготовления и монтажа.

2.1 КПД планетарных передач

КПД планетарных передач зависит от потерь мошности, возникающих при относительном движении колёс, т.е. движении при остановленном водеиле, когда ведущее колесо k вращается ос скоростью щ_k^(Н), а колесо n, которое было неподвижно в планетарном механизме, вращается со скоростью щ_n^(Н)

,



Где и - мощность соответственно на водиле и колесе при неподвижном колесе n.

Таким образом, в результате вычислений, получаем КПД з = 0,98 (жидкий смазочный материал, опоры на подшипниках качения)



3. Червячные передачи

Червячная передача применяется для передачи вращения от одного вала к другому, когда оси валов перекрещиваются. Угол перекрещивания в большинстве случаев равен 90є. Наиболее распространенная червячная передача (рис.4) состоит из так называемого архимедова червяка, т.е. винта, имеющего трапецеидальную резьбу с углом профиля в осевом сечении, равным двойному углу зацепления (2б = ), и червячного колеса.

Рис.4. Червячная передача

Червяки различают по следующим признакам: по форме поверхности, на которой образуется резьба, - цилиндрические (рис.5, а) и глобоидные (рис.5, б); по форме профиля резьбы - архимедовы и эвольвентные цилиндрические червяки.

Рис.5. Формы профиля резьбы червяков



Архимедов червяк имеет трапецеидальный профиль резьбы в осевом сечении, в торцевом сечении витки резьбы очерчены архимедовой спиралью.

Эвольвентный червяк представляет собой косозубое зубчатое колесо с малым числом зубьев и большим углом их наклона. Профиль витка в торцевом сечении очерчен эвольвентой.

Наибольшее применение в машиностроении находят архимедовы червяки, так как технология их производства проста и наиболее отработана.

Профиль зубьев червячных колес в передачах эвольвентный. Поэтому зацепление в червячной передаче представляет собой эвольвентное зацепление зубчатого колеса с зубчатой рейкой.

Угол наклона линии зуба червячного колеса в равен углу подъема г линии витка червяка. Минимальное число зубьев колеса из условия отсутствия подрезания z2 = 24. Число витков (заходов) червяка определяется количеством ниток нарезки, отстоящих друг от друга на расстояние, называемое шагом, и начинающихся на торцах нарезной части червяка. Направление витков может быть правым или левым. Чаще применяется правая нарезка с числом заходов z1 = 1…4. Рекомендуют z1 = 4 при передаточном отношении u = 8…15; z1 = 2 при u = 15…30; z₁ = 1 при u > 30.

3.1 КПД червячной передачи

Рассматривая червяк как винт с модульной нарезкой, пренебрегая за малостью потерями в опорах качения, запишем форкмулу коэффициента полезного действия червячной передачи:

,

где с = arctg f - угол трения.

Таким образом, исходя из значений КПД, получаем:

1 - очень хорошие условия - з = 0,8 - 0,85;

2 - средние условия - з = 0,7 - 0,8;

3 - плохие условия (к примеру, чугунное колесо) - з = 0,6 - 0,7.

Наиболее выгоден угол л, близкий к 45^о, но при таких углах очень велики осевые нагрузки на подшипники колеса, поэтому практически принимают рабочую область углов в пределах соответствующих Z_ч=1:4 (Z_ч - число заходов червяка)

4. Волновые механические передачи

Волновая передача основана на принципе преобразования параметров движения за счет волнового деформирования гибкого звена механизма. Впервые такая передача была запатентована в США инженером Массером.

Волновые зубчатые передачи (рис.6) являются разновидностью планетарных передач, у которых одно из колес гибкое.

Волновая передача включает в себя жесткое зубчатое колесо b с внутренними зубьями и вращающееся гибкое колесо g c наружными зубьями.

Рис.6. Волновая зубчатая передача

Гибкое колесо входит в зацепление с жестким в двух зонах с помощью генератора волн (например, водила h с двумя роликами), который соединяют с корпусом передачи b.

Гибкое зубчатое колесо представляет собой гибкий цилиндр, один конец которого соединен с валом и сохраняет цилиндрическую форму, а другой конец имеет зубья. Генератор волн служит для образования и движения волны деформации на гибком зубчатом колесе.

Генераторы волн бывают механические, пневматические, гидравлические, электромагнитные. Механические генераторы могут быть двухроликовыми, четырехроликовыми, дисковыми, кольцевыми и кулачковыми. Генератор волн может располагаться внутри гибкого колеса или вне его. Число волн - любое.

К основным достоинствам волновых передач по сравнению с зубчатыми передачами следует отнести:

- их меньшие массу и габариты;

- кинематическую точность;

- обеспечение больших передаточных отношений в одной ступени (50…300);

- возможность передачи движения в герметизированное пространство без применения уплотнений.

Недостатки:

- сложность конструкции;

- ограничение скорости вращения ведущего вала генератора волн при больших диаметрах колес;

- повышенные потери мощности на трение и на деформацию гибкого колеса (КПД составляет 0,7-0,85 при u = 80-250).



5. Фрикционные передачи

Передачи, работа которых основана на использовании сил трения, возникающих между рабочими поверхностями двух прижатых друг к другу тел вращения, называют фрикционными передачами (рис.7).

Для нормальной работы передачи необходимо, чтобы сила трения Fтр была больше окружной силы Ft, определяющей заданный вращающий момент:

Ft < Fтр

Сила трения:

Fтр = Fn f,

где: Fn - сила прижатия катков; f - коэффициент трения.

Нарушение условия приводит к буксованию и быстрому износу катков.

Рис.7. Схема фрикционной передачи



В зависимости от назначения фрикционные передачи можно разделить на две основные группы: передачи с нерегулируемым передаточным отношением и регулируемые передачи, называемые вариаторами, позволяющими плавно (бесступенчато) изменять передаточное отношение.

Различают передачи с параллельными и пересекающимися осями валов; с цилиндрической, конической, шаровой или торовой поверхностью рабочих катков; с постоянным или автоматически регулируемым прижатием катков, с промежуточным фрикционным элементом или без него и т.д.

Диапазон передаваемых мощностей обычно находится в пределах до 10кВт, так как при больших мощностях трудно обеспечить необходимое усилие прижатия катков.

Способы прижатия катков: Существует два вида прижатия катков: с постоянной силой, которую определяют по максимальной нагрузке передачи; с регулируемой силой, которая автоматически изменяется с изменением нагрузки. Лучшие показатели получают при саморегулируемом прижатии.

Способ прижатия катков оказывает большое влияние на качественные характеристики передачи: КПД, постоянство передаточного отношения, контактную прочность и износ катков.

Скольжение в передаче: Различают три вида скольжения: буксование, упругое скольжение и геометрическое скольжение.

Буксование наступает при перегрузках элементов передачи. При этом ведомый каток останавливается, а ведущий скользит по нему, что приводит к интенсивному местному изнашиванию или задиру на ведомом катке.

Упругое скольжение характерно для нормально работающей передачи. Участки поверхности ведущего катка подходят к площадке контакта сжатыми, а отходят растянутыми. На ведомом катке наблюдается обратная картина. Касание сжатых и растянутых волокон катков приводит к их упругому скольжению, что вызывает отставание ведомого катка от ведущего.

Геометрическое скольжение связано с тем, что окружные скорости вращения ведущего и ведомого катков на площадке их контакта различны. Геометрическое скольжение является основной причиной изнашивания рабочих поверхностей элементов фрикционных передач.

5.1 КПД фрикционных передач

КПД фрикционных передач зависит от следующих потерь:

- связанных с использованием катков, имеющих формы, не позволяющие им перекатываться один по другому без проскальзывания; это отчётливо видно в передаче с клиновыми катками и в лобовой передаче;

- проскальзвания, обусловленного масляной плёнкой на рабочих поверхностях;

- трения качения, вызванного деформацией поверхностей катков в зоне контакта;

- в подшипниках. Потери в подшипниках зависят от величины нагрузки на валы, которая определяется прижимным усилием F_з.

КПД фрикционной передачи определяют по формуле:

,

где Уш - сумма относительных потерь.

Для закрытых фрикционных передач з = 0,88 - 0,93, для открытых з = 0,68 - 0,86.



6. Ременные передачи

Ременная передача состоит из двух шкивов, закрепленных на валах, и охватывающего их ремня. Ремень надет на шкивы с определенным натяжением, обеспечивающим трение между ремнем и шкивами, достаточное для передачи мощности от ведущего шкива к ведомому.

В зависимости от формы поперечного сечения ремня различают: плоскоременную, клиноременную и круглоременную (рис.8, а - в) передачи.

Рис.8. Ременные передачи

Сравнивая ременную передачу с зубчатой можно отметить следующие преимущества:

- возможность передачи движения на значительное расстояние (до 15м и более);

- плавность и бесшумность работы, обусловленные эластичностью ремня и позволяющие работать при высоких скоростях;

- способность выдерживать перегрузки (до 300%) благодаря увеличению скольжения ремня;

- невысокая стоимость;

- простота обслуживания и ремонта.

Основными недостатками ременной передачи являются:

- непостоянство передаточного отношения из-за скольжения ремня на шкивах;

- значительные габаритные размеры при больших мощностях (для одинаковых условий диаметры шкивов примерно в 5 раз больше диаметров зубчатых колес);

- большое давление на шкивы в результате натяжения ремня;

- низкая долговечность ремней (от 1000 до 5000 ч).

Ременные передачи применяют преимущественно в тех случаях, когда по условиям конструкции валы расположены на значительных расстояниях. Мощность современных передач не превышает 50кВт.

В многоступенчатых приводах ременную передачу применяют обычно в качестве быстроходной ступени, устанавливая ведущий шкив на валу двигателя. В таком случае габариты и масса передачи будут наименьшими.

Критерии работоспособности и расчета. Опыт эксплуатации передач в различных машинах и механизмах показал, что работоспособность передач ограничивается преимущественно тяговой способностью, определяемой силой трения между ремнем и шкивом, долговечностью ремня, которая в условиях нормальной эксплуатации ограничивается разрушением ремня от усталости.

6.1 КПД ременных передач

Учитывая потери при работе, КПД ременных передач определяют из выражения:

,

где ш_у - относительные потери, связанные со скольжением на шкивах и вследствие упругости ремня; ш_п.п - относительные потери в опорах, ш_с.в - относительные потери от сопротивления воздуха (учитываются лишь при больших шкивах со спицами).

Если известная мощность Р₁ на ведущем шкиве и мощность Р₂ на ведомом (уменьшенная за счёт потерь), то КПД передачи:

.

Для плоскоременной открытой передачи значение КПД з = 0,96 - 0,98; для клиноременной передачи з = 0,95 - 0,96, для передачи с натяжным роликом з = 0,95



7. Цепные передачи

Цепная передача состоит из двух колес с зубьями (звездочек) и охватывающей их цепи. Наиболее распространены передачи с втулочно-роликовой цепью (рис.9, а) и зубчатой цепью (рис.9, б). Цепные передачи применяются для передачи средних мощностей (не более 150кВт) между параллельными валами в случаях, когда межосевые расстояния велики для зубчатых передач.

Рис.9. Цепные передачи

Преимуществами цепных передач являются:

- отсутствие проскальзывания;

- достаточная быстроходность (20-30 м/с);

- сравнительно большое передаточное число (7 и более);

- возможность передачи движения от одной цепи нескольким звездочкам;

- небольшая нагрузка на валы, т.к. цепная передача не нуждается в предварительном натяжении цепи необходимом для ременной передачи.

Недостатками цепных передач являются:

- вытяжка цепей вследствие износа шарниров;

- более высокая стоимость передачи по сравнению с ременной;

- необходимость регулярной смазки;

- значительный шум.

По назначению цепи подразделяют на приводные, используемые в приводах машин; тяговые, применяемые в качестве тягового органа в конвейерах, и грузовые, используемые для подъема грузов.

Звездочки. По конструкции звездочки похожи на зубчатые колеса. Делительная окружность звездочки проходит через центры шарниров цепи. Профилирование их зубьев выполняют по стандарту. Ширина b зубчатого венца звездочки принимается несколько меньшей расстояния между внутренними пластинками. Звездочки больших размеров выполняют составными.

7.1 КПД цепной передачи

КПД передачи зависит от следующих потерь: на трение в шарнирах (и между пластинами смежных звеньев) на трение в подшипниках и потери на взбалтывание (разбрызгивание) масла.

Для повышения КПД цепной передачи желательно улучшить условаия смазывания шарниров и подшипников. Это снизит потери и повысит КПД. Средние значения КПД при передаче полной расчётной мощности достаточно точно изготовленных и хорошо смазываемых передач составляют 0,96 - 0,98.

8. Передача винт-гайка

Передача винт-гайка служит для преобразования вращательного движения в поступательное. Широкое применение таких передач определяется тем, что при простой и компактной конструкции удается осуществить медленные и точные перемещения.

К преимуществам передачи относятся простота и компактность конструкции, большой выигрыш в силе, точность перемещений.

Недостатком передачи является большая потеря на трение и связанный с этим малый КПД.

Рис.10. Передачи винт-гайка

В винтовой передаче вращение винта 1 вызывает поступательное перемещение гайки 2 (рис.10), а вращение гайки 2 приводит к поступательному перемещению винта 1.

Передаточное отношение: В винтовых механизмах винт или гайка приводится в движение с помощью маховика, шестерни и др. Передаточное отношение для этих передач можно условно выразить соотношением окружного перемещения маховика Sм к перемещению гайки (винта) Sr:



8.1 КПД передачи «винт-гайка»

В передаче винт-гайка скольжения потери возникают в резьбе и в опорах. Потери в резьбе составляют главную часть. Они зависят от профиля резьбы, ее заходности, материала винтовой пары, точности изготовления, шероховатости контактирующих поверностей и вида смазочного материала.

В конечном итоге выражение для КПД выглядит следующим образом:

,

где з_оп - коэффициент учитывющий потери в опорах. Этот коэффициент зависит от конструкции винтового механизма. Так, для ходовых винтов (опоры - подшипники качения) з_оп = 0,98.



Заключение

В данной работе мы рассмотрели КПД некоторых механических передач. Как было отмечено, КПД для каждого типа передач вычисляется по-разному и зависит от разных факторов таких как материал деталей, шероховатости поверхностей, точность изготовление, вид смазки и т.п.

Наиболее высокий КПД принадлежит цепной, ременной и планетарной передачам. Их значение находится в пределах з = 0,96 - 0,98.

Наименее высоким КПД обладают фрикционная и червячная передачи. Их значение находятся в пределах до з = 0,9



Список использованных источников

1. Д. Н, Решетов, «Детали машин», /изд. «Машиностроение», Москва, 1989 г. - 416 с.

2. Гузенков П.Г. Детали машин: Учеб. пособие для студентов втузов.- 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш. школа, 1982.- 351 с.

3. Куклин Н.Г. и др. Детали машин: Учебник для техникумов / Н.Г. Куклин, Г.С. Куклина, В.К. Житков. - 5-е изд., перераб. и допол. - М.: Илекса, 1999.- 392 с.

4. Иванов М.Н. Детали машин: Учеб. для вузов. - М.: Высшая школа, 1991. - 383 с.

Размещено на Allbest.ru

...