Детали машин
Механические передачи
Общие понятия и определения
Передачей, в общем случае, называется устройство, предназначенное для передачи энергии из одной точки пространства в другую, расположенную на некотором расстоянии от первой.
В зависимости от вида передаваемой энергии передачи делятся на механические, электрические, гидравлические, пневматические и т.п.
Курс «Детали машин» изучает механические передачи, предназначенные для передачи механической энергии.
Механической передачей называют устройство (механизм, агрегат) , предназначенное для передачи энергии механического движения, как правило, с преобразованием его кинематических и силовых параметров, а иногда и самого вида движения (вращательного в поступательное или сложное и т. п.) .
Наибольшее распространение в технике получили передачи вращательного движения, которым в курсе деталей машин уделено основное внимание (далее под термином передача подразумевается, если это не оговорено особо, именно передача вращательного движения) .
В общем случае в любой машине можно выделить три составные части: двигатель, передачу и исполнительный элемент.
Механическая энергия, приводящая в движение машину или отдельный ее механизм, представляет собой энергию вращательного движения вала двигателя, которая передается к исполнительному элементу посредством механической передачи или передаточного устройства. Передачу механической энергии от двигателя к исполнительному элементу машины осуществляют с помощью различных передаточных механизмов (в дальнейшем – передач) : зубчатых, червячных, ременных, цепных, фрикционных и т. п.
Функции механических передач
Передавая механическую энергию от двигателя к исполнительному элементу (элементам) , передачи одновременно могут выполнять одну или несколько из следующих функций.
Понижение (или повышение) частоты вращения от вала двигателя к валу исполнительного элемента.
Понижение частоты вращения называют редуцированием , а закрытые передачи, понижающие частоты вращения, — редукторами .
Устройства, повышающие частоты вращения, называют ускорителями или мультипликаторами .
В технике и машиностроении наибольшее применение получили понижающие передачи , поэтому в курсе Детали машин им уделяется преимущественное внимание. Впрочем, принципиальная разница в расчетах редуцирующих передач и ускорителей невелика.
Изменение направления потока мощности.
Примером может служить зубчатая передача (редуктор) заднего моста автомобиля. Ось вращения вала двигателя у большинства автомобилей составляет с осью вращения колес прямой угол. Для изменения направления потока мощности в данном случае применяют коническую зубчатую передачу.
Регулирование частоты вращения ведомого вала.
С изменением частоты вращения изменяется и вращающий момент: меньшей частоте соответствует больший момент. Для регулирования частоты вращения ведомого вала применяют коробки передач и вариаторы.
Коробки передач обеспечивают ступенчатое изменение частоты вращения ведомого вала в зависимости от числа ступеней и включенной ступени.
Вариаторы обеспечивают бесступенчатое в некотором диапазоне изменение частоты вращения ведомого вала.
Преобразование одного вида движения в другой (вращательного в поступательное, равномерного в прерывистое и т. д.).
Реверсирование движения — изменение направления вращения выходного вала машины в ту или иную сторону в зависимости от функциональной необходимости.
Распределение энергии двигателя между несколькими исполнительными элементами машины.
Так, любой сельскохозяйственный комбайн вмещает несколько механизмов, выполняющих самостоятельные технологические операции по уборке урожая, при этом каждый из этих механизмов приводит в движение собственный исполнительный элемент (ходовую часть, жатку, молотилку, очистку и т. п.) . Поскольку комбайн, как правило, оснащен одной силовой установкой (двигателем) , при помощи передач его энергия распределяется между каждым из обособленных механизмов.
Классификация механических передач
В зависимости от принципа действия механические передачи разделяют на две основные группы:
- передачи зацеплением (зубчатые, червячные, цепные) ;
- передачи трением (фрикционные, ременные) .
Каждая из указанных групп передач подразделяется на две подгруппы:
- передачи с непосредственным контактом передающих звеньев;
- передачи с гибкой связью (цепь, ремень) между передающими звеньями.
Кроме этих основных классификационных признаков передачи подразделяют по некоторым другим конструктивным характеристикам: расположению валов, характеру изменения вращающего момента и угловой скорости, по количеству ступеней и т. д.
Классификация механических передач по различным признакам представлена ниже.
1. По способу передачи движения от входного вала к выходному:
1.1. Передачи зацеплением:
1.1.1. с непосредственным контактом тел вращения — зубчатые, червячные, винтовые;
1.1.2. с гибкой связью — цепные, зубчато-ременные.
1.2. Фрикционные передачи:
1.2.1. с непосредственным контактом тел вращения – фрикционные;
1.2.2. с гибкой связью — ременные.
2. По взаимному расположению валов в пространстве :
2.1. с параллельными осями валов — зубчатые с цилиндрическими колесами, фрикционные с цилиндрическими роликами, цепные;
2.2. с пересекающимися осями валов — зубчатые и фрикционные конические, фрикционные лобовые;
2.3. с перекрещивающимися осями — зубчатые — винтовые и гипоидные, червячные, лобовые фрикционные со смещением ролика.
3. По характеру изменения угловой скорости выходного вала по отношению к входному: редуцирующие (понижающие) и мультиплицирующие (повышающие) .
4. По характеру изменения передаточного отношения (числа) : передачи с постоянным (неизменным) передаточным отношением и передачи с переменным (изменяемым или по величине, или по направлению или и то и другое вместе) передаточным отношением.
5. По подвижности осей и валов : передачи с неподвижными осями валов — рядовые (коробки скоростей, редукторы) , передачи с подвижными осями валов (планетарные передачи, вариаторы с поворотными роликами) .
6. По количеству ступеней преобразования движения: одно-, двух-, трех- и многоступенчатые.
7. По конструктивному оформлению : закрытые и открытые (безкорпусные) .
Наибольшее распространение в технике получили следующие виды механических передач:
- Зубчатые (цилиндрические, конические, гипоидные, волновые, планетарные и т. п.) ;
- Ременные (плоскоременные, клиноременные, круглоременные и т. п.) ;
- Червячные;
- Фрикционные (постоянной передачи, реверсы и вариаторы) ;
- Винтовые передачи.
Зубчато-ременные передачи можно выделить в отдельную группу передач с промежуточной гибкой связью, поскольку они способны передавать мощность и посредством трения, и посредством зацепления.
Основные характеристики механических передач
Главными характеристиками передачи, необходимыми для ее расчета и проектирования, являются передаваемые мощности (по величине и направлению) и скорости вращения валов – входных (ведущих) , промежуточных, выходных (ведомых) .
В технических расчетах вместо угловых скоростей обычно используются частоты вращения валов — nвх и nвых , измеряемые в оборотах за минуту. Соотношение между угловой скоростью ω (рад/сек) и частотой вращения n (об/мин) :
Еще важный параметр механической передачи – коэффициент полезного действия (КПД) , характеризующий потери мощности при передаче от двигателя к исполнительному элементу.
Источник
Способ передачи энергии механический
Передача и преобразование механической энергии. Виды редукторов
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Актуальность рассмотрения темы заключается в повсеместном использовании механизмов и различных устройств для передачи и преобразования механической энергии. Это самый древний и самый распространенный в использовании вид энергии. Везде, где есть движущиеся детали, колеса или части механизмов, используются разные виды передачи механической энергии.
Объект – процесс передачи механической энергии.
Предмет – зубчатая передача механической энергии.
Гипотеза исследования заключается в построении зубчатой передачи с заранее заданными характеристиками и проверкой на практике предполагаемой скорости вращения ведущего и ведомого валов.
В первой главе будет рассмотрен процесс передачи механической энергии и разные виды этого процесса. Будет подробнее рассмотрен конкретный механизм зубчатой передачи механической энергии, который является нашим предметом исследования. Будут также рассмотрены разные виды редукторов и различное преобразование механической энергии.
Во второй главе, в практической части проекта, будет рассмотрен механизм зубчатой передачи и применение редуктора в нашем конкретном проекте, указаны их размеры, характеристики, представлены расчеты скорости и количества оборотов ведущего и ведомого валов. Будет опытным путем проверена зависимость скорости вращения ведомого вала от параметров зубчатой передачи.
В заключении предполагается сделать вывод о том, что в дальнейшем проект возможно применить для построения движущихся частей роботов в курсе робототехники. Это соответствует ориентиру школы на углубление в математику, информатику и робототехнику.
Глава 1. Теоретическая часть проекта. 1. 1. Что такое механическая энергия?
Энергия – это способность тела совершать работу. Есть разные виды энергии, каждый вид энергии изучают разные разделы науки.
Например, ядерная — энергия взаимодействий частиц в атомном ядре. Изучается в ядерной физике.
Электромагнитная — энергия электрических зарядов, магнитных полей и фотонов. Изучается в теории электромагнетизма.
Есть еще химическая — энергия химических связей. Изучается в химии.
И биохимическая — энергия в клетках живых организмов. Изучается в разделе биологии — биохимии.
В нашем проекте рассматривается механическая энергия.
Механическая энергия изучается механикой, это раздел физики.
Механическая энергия – это энергия, связанная с движением объекта или его положением, способность совершать механическую работу.
Еще можно сказать, что механическая энергия – это физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело (или несколько тел).
Раз это величина, это значит, что ее можно измерить и выразить числом, можно сравнивать разные величины и подсчитывать математически. Это очень хорошо, потому что, в практической части мы будем эти величины сравнивать. Кроме того, механическую энергию можно легко передавать от одного тела другому. Поэтому этот объект нам для изучения подходит.
Механическая энергия делится на кинетическую энергию и потенциальную энергию. Это мы будем изучать в 5 классе на уроках физики.
Еще следует отметить, что разные виды энергии легко переходят один в другой. Например, электрическая энергия двигателя становится механической энергией движущихся шестеренок. Шестеренки нагреваются, как и все движущиеся части двигателя. И выделяется тепловая энергия в виде тепла.
Таким образом, происходит переход энергии из электрической в механическую и частично в тепловую. Это очень распространенное явление, и можно привести множество подобных примеров.
Теперь надо рассмотреть подробнее, что такое механическая передача энергии, потому что наш объект изучения – процесс передачи механической энергии.
1.2. Передача механической энергии. Виды передачи.
Механическая передача — механизм, служащий для передачи и преобразования механической энергии от энергетической машины до исполнительного механизма (органа) одного или более, как правило, с изменением характера движения (изменения направления и скорости). Как правило, используется передача вращательного движения.
Основные виды механических передач (по виду) используемых элементов:
Червячная (зубчато-винтовая) передача
Наиболее распространенный вид механической передачи. В зависимости от формы зубчатых колес и зубьев различают следующие виды зубчатых передач:
Цилиндрическая зубчатая передача
Коническая зубчатая передача
1. 3. Редукторы. Виды редукторов.
Устройство, предназначенное для передачи механической энергии и преобразования скорости вращения (крутящего момента) с одной или несколькими механическими передачами.
Обычно редуктором называют устройство, преобразующее высокую угловую скорость вращения входного вала в более низкую на выходном валу, повышая при этом крутящий момент, такой редуктор обычно называют демультипликатором, а редуктор, который преобразует низкую угловую скорость в более высокую, обычно называют мультипликатором.
Редуктор со ступенчатым изменением передаточного отношения называется коробкой передач, с бесступенчатым— вариатор.
1. 4. Преобразование механической энергии.
Зубчатое колесо или шестерня— основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса
Зубчатые колёса обычно используются парами с разным числом зубьев с целью преобразования вращающего момента и числа оборотов валов на входе и выходе. Колесо, к которому вращающий момент подводится извне, называется ведущим, а колесо, с которого момент снимается — ведомым. Если диаметр ведущего колеса меньше, то вращающий момент ведомого колеса увеличивается за счёт пропорционального уменьшения скорости вращения, и наоборот.
Глава 2. Практическая часть проекта. 2. 1. Практическое применение передачи механической энергии.
В практической части изготовили редуктор для изучения зависимости между количеством зубьев шестерен и скоростью вращения валов.
2. 2. Рассмотрение на примере зубчатой передачи.
Количество зубьев на шестеренках: 57, 43, 78, 40, 10
При указанных количествах зубьев при одном полном обороте ведущего вала ведомый вал совершит 5,7 оборота.
Заключение
В ходе работы над проектом построен редуктор с зубчатыми передачами и проверено соотношение между количеством зубьев входящих в него шестерен и скоростями вращения ведущего и ведомого валов.
Кроме того изучено несколько других видов механических передач.
Список используемой литературы
”Что? Зачем? Почему? Для мальчиков” Минск “Харвест” 2011
Источник
