какие механизмы передачи движения вы знаете
Виды механизмов передачи движения
Передачей называют техническое приспособление для передачи того или иного вида движения от одной части механизма к другой. Передача происходит от источника энергии к месту ее потребления или преобразования. Первые передаточные механизмы были разработаны в античном мире и использовались в системах орошения Древнего Египта, Междуречья и Китая. Средневековые механики значительно усовершенствовали устройства, передающие движение, и разработали множество новых видов, используя и в прялках и гончарном деле. Подлинный же расцвет начался в Новое время, с внедрением технологий производства и точной обработки стальных сплавов.
Виды передачи движения
В различных станках, бытовых приборах, транспортных средствах и других механизмах используют разнообразные виды передач.
Обычно различают следующие виды передачи:
Самым широко применяемым типом механических передач являются вращательные.
Особенности зубчатого механизма
Такие механизмы предназначены для того, чтобы передавать вращение от одного зубчатого колеса к другому, используя зацепление зубцов. У них относительно малые потери на трение по сравнению с фрикционами, поскольку плотный прижим колесной пары друг к другу не нужен.
Пара шестерен преобразует скорость вращения вала обратно пропорционально соотношению числа зубцов. Это соотношение называют передаточным числом. Так, колесо с пятью зубьями будет вращаться в 4 раза быстрее, чем состоящее с ним в зацеплении 20-зубое колесо. Крутящий момент в такой паре уменьшится также в 4 раза. Это свойство используют для создания редукторов, понижающих скорость вращения с возрастанием крутящего момента (или наоборот).
Если необходимо получить большое передаточное число, то одной пары шестерен может быть недостаточно: редуктор получится очень больших размеров. Тогда применяют несколько последовательных пар шестерен, каждую с относительно небольшим передаточным числом. Характерным примером такого вида является автомобильная коробка передач или механические часы.
Зубчатый механизм способен также изменять направление вращения приводного вала. Если оси лежат в одной плоскости — применяют конические шестерни, если в разных- то передачу червячного или планетарного вида.
Планетарный зубчатый механизм
Для реализации движение с определенным периодом на одной из шестерен оставляют один (или несколько) зубец. Тогда вторичный вал будет перемещаться на заданный угол только каждый полный оборот ведущего вала.
Если развернуть одну из шестерен на плоскость – получится зубчатая рейка. Такая пара может преобразовывать вращательное движение в прямолинейное.
Параметры зубчатой передачи
Для того чтобы шестерни входили в зацепление и эффективно передавали движение, необходимо, чтобы зубья точно совпадали между собой по профилю. Регламентированы основные параметры, используемые при расчете:
Параметры зубчатого движения
Важными параметрами также являются высота головки и основания зуба, диаметр окружности выступов, угол контура и другие.
Преимущества
Передачи зубчатого вида обладают рядом очевидных достоинств. Это:
Классификация зубчатых передач
Недостатки
Зубчатым механизмам свойственны и определенные минусы:
При выборе вида передачи конструктор сопоставляет преимущества и недостатки для каждого конкретного случая.
Механические передачи
Механические передачи служит для того, чтобы передать вращение от ведущего вала к ведомому, от места генерации механической энергии (обычно — двигатель того или иного типа) к месту ее потребления или преобразования.
Как правило, двигатели вращают свой вал с ограниченным пределом изменения числа оборотов и крутящего момента. Потребителям же требуются более широкие диапазоны.
По методу передачи механической энергии среди передач различают следующие виды:
Виды механических передач
Зубчатые передающие механизмы, в свою очередь, подразделяются на такие виды, как:
По соотношению скорости вращения ведущего и ведомого валов различают редукторы (снижающие обороты) и мультипликаторы (увеличивающие обороты). Современная механическая коробка передач для автомобиля объединяет в себе оба вида, являясь одновременно и редуктором, и мультипликатором.
Функции механических передач
Главная функция механических передач — это предать кинетическую энергию от ее источника к потребителям, рабочим органам. Помимо главной, передаточные механизмы выполняют и дополнительные функции:
Механические передачи выполняют и другие вспомогательные функции.
Классификация механических передач
Машиностроителями принято несколько классификаций в зависимости от классифицирующего фактора.
По принципу действия различают следующие виды механических передач:
По направлению изменения числа оборотов выделяют редукторы (снижение) и мультипликаторы (повышение). Каждый из них соответственно изменяет и крутящий момент (в обратную сторону).
По числу потребителей передаваемой энергии вращения вид может быть:
Классификация механических передач
По числу этапов преобразования – одноступенчатые и многоступенчатые.
По признаку преобразования видов движения выделяют такие типы механических передач, как
Для обеспечения движения по сложным заданным траекториям используют системы рычагов, кулачков и клапанов.
Основные показатели для выбора механических передач
Выбор типа передачи — сложная конструкторская задача. Нужно подобрать вид и спроектировать механизм, наиболее полно удовлетворяющий техническим требованиям, сформулированным для данного узла.
При выборе конструктор сопоставляет следующие основные факторы:
При высоких передаваемых мощностях обычно выбирают многопоточный зубчатый вид. При необходимости регулировки числа оборотов в широком диапазоне разумно будет выбрать клиноременной вариатор. Конечное решение остается за конструктором.
Цилиндрические передачи
Механизмы такого вида выполняют с внутренним или с внешним зацеплением. Если зубья расположены под углом к продольной оси, шестерню называют косозубой. По мере увеличения угла наклона зубцов прочность пары повышается. Зацепление косозубого вида также отличается лучшей износостойкостью, плавностью хода и низким уровнем шума и вибраций.
Недостатком этого типа является возникновение паразитной силы, действующей вдоль оси колеса. Это создает лишнюю нагрузку на опорные подшипники.
Коническая передача
Если необходимо изменить направление вращения, а оси валов лежат в одной плоскости, применяют конический тип передачи. Наиболее распространенный угол изменения – 90°.
Такой тип механизма более сложен в изготовлении и монтаже и, также как и косозубый, требует укрепления опорных конструкций.
Конический механизм может передать до 80% мощности по сравнению с цилиндрическим.
Реечная и ременная зубчатая передача
Реечная передача преобразует вращательное движение в поступательное. Одно из зубчатых колес пары как бы развернуто в линию и представляет собой зубчатую рейку. Такой способ используется в рулевом управлений автомобиля, в других исполнительных механизмах.
Ременная передача была изобретена в доисторические времена и с тех пор заметно видоизменилась и усовершенствовалась.
Она состоит из двух закрепленных на входном и выходном валу колес-шкивов, охваченных кольцевым приводным ремнем. Вращение передается за счет сил трения, возникающих на шкивах.
Плоские и круглые ремни используются при небольших нагрузках. Широкое распространение получил ремень в форме клина, шкив при этом выполняется со щечками, и зацепление осуществляется одной нижней и двумя боковыми поверхностями ремня.
Ремни также снабжаются зубчатыми фрагментами. Поликлиновые передачи широко применяются в современных автомобильных и мотоциклетных вариаторах. Они позволяют передавать значительный крутящий момент и плавно регулировать скорость вращения ведомого вала.
Достоинства и недостатки ременных передач
Чтобы обеспечить тяговую способность, ремень приходится подвергать большому предварительному натяжению. Это ускоряет износ подшипников и валов шкивов.
Применение
Из всех типов передач наиболее широко применяются зубчатые. Практически любой механизм, бытовой прибор, станок, механические часы, транспортное средство включает в себя зубчатые пары.
В последнее время, с прогрессом электротехники, разработкой новых материалов и отходом двигателей внутреннего сгорания на второй план, использование зубчатых механизмов приобрело тенденцию к сокращению.
Все чаще вместо редуктора используют электронную схему регулировки момента и числа оборотов электродвигателя. В электромобиле из нескольких тысяч движущихся частей, 30% из которых составляли разного вида шестерни, осталось несколько сотен.
Тяговые электродвигатели размещены непосредственно в колесе, необходимость в сложной трансмиссии отпадает.
Похожие тенденции намечаются и в бытовой технике.
Свои позиции зубчатые редукторы и трансмиссии сохраняют там, где требуется передача очень больших мощностей и крутящих моментов. Это промышленные установки, горная техника, некоторые виды транспортных систем.
Обслуживание
Своевременное обслуживание любой техники в соответствии с рекомендациями ее производителя обеспечит ее нормальное функционирование, паспортную производительность и выработку планового ресурса.
Обслуживание разбивается на несколько видов
При условии проведения текущего обслуживания и планово-предупредительных ремонтов в соответствии с графиками удается значительно снизить риски выхода оборудования из строя.
Диагностика проводится с заданной периодичностью и призвана выявить негативные изменения в работе оборудования на ранней стадии и минимизировать потери времени и средств на внеплановые ремонты.
Обслуживание зубчатых передач заключается в их своевременной смазке.
Для ременных необходимо периодическое восстановление силы натяжения ремня.
Диагностика проводится как методом визуального осмотра, таки измерением температуры, уровня шума и вибрации, ультразвуковым и рентгеновским просвечиванием механизма без его разборки.
Обслуживание зубчатого механизма
Стандарты
Основные параметры различных видов передач нормируются соответствующими ГОСТами:
Дополнительные параметры, методы расчета и особенности эксплуатации описаны в других государственных стандартах.
Передачи, их виды: фрикционные, ременные, цепные, зубчатые, червячные
материал предоставил СИДОРОВ Александр Владимирович
Механическая передача – механизм, превращающий кинематические и энергетические параметры двигателя в необходимые параметры движения рабочих органов машин и предназначенный для согласования режима работы двигателя с режимом работы исполнительных органов. [1]
Типы механических передач:
В зависимости от соотношения параметров входного и выходного валов передачи разделяют на:
Зубчатая передача – это механизм или часть механизма механической передачи, в состав которого входят зубчатые колёса. При этом усилие от одного элемента к другому передаётся с помощью зубьев. [2]
Зубчатые передачи предназначены для:
Зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев называется шестернёй, второе колесо с большим числом зубьев называется колесом.
Зубчатые передачи классифицируют по расположению валов:
Цилиндрические зубчатые передачи (рисунок 1) бывают с внешним и внутренним зацеплением. В зависимости от угла наклона зубьев выполняют прямозубые и косозубые колёса. С увеличением угла повышается прочность косозубых передач (за счёт наклона увеличивается площадь контакта зубьев, уменьшаются габариты передачи). Однако в косозубых передачах появляется дополнительная осевая сила, направленная вдоль оси вала и создающая дополнительную нагрузку на опоры. Для уменьшения этой силы угол наклона ограничивают 8-20°. Этот недостаток исключён в шевронной передаче.
Рисунок 1 – Основные виды цилиндрических зубчатых передач
Конические зубчатые передачи (рисунок 2) применяют в тех случаях, когда оси валов пересекаются под некоторым углом, чаще всего 90°. Конические передачи более сложны в изготовлении и монтаже, чем цилиндрические. Нагрузочная способность конической прямозубой передачи составляет приблизительно 85% цилиндрической. Для повышения нагрузочной способности конических колёс применяют колёса с непрямыми (тангенциальными, круговыми) зубьями.
Рисунок 2 – Конические зубчатые передачи
Достоинства зубчатых передач:
Недостатки зубчатых передач:
Червячные передачи (рисунок 3) применяют для передачи движения между перекрещивающимися осями, угол между которыми, как правило, составляет 90°. Движение в червячных передачах передается по принципу винтовой пары.
Рисунок 3 – Червячная передача
В отличие от большинства разновидностей зубчатых в червячной передаче окружные скорости на червяке и на колесе не совпадают. Они направлены под углом и отличаются по значению. При относительном движении начальные цилиндры скользят. Большое скольжение является причиной низкого КПД, повышенного износа и заедания. Для снижения износа применяют специальные антифрикционные пары материалов: червяк – сталь, венец червячного колеса – бронза (реже – латунь, чугун).
Достоинства червячных передач:
Недостатки червячных передач:
Для передачи движения между сравнительно далеко расположенными друг от друга валами применяют механизмы, в которых усилие от ведущего звена к ведомому передаётся с помощью гибких звеньев. В качестве гибких звеньев применяются: ремни, шнуры, канаты разных профилей, провода, стальную ленту, цепи различных конструкций.
Передачи с гибкими звеньями могут обеспечивать постоянное и переменное передаточное отношения со ступенчатым или плавным изменением его величины.
Для сохранности постоянства натяжения гибких звеньев в механизмах применяются натяжные устройства: ролики, пружины, противовесы и т.п.
Различают следующие разновидности передач с гибкими звеньями:
Ременная передача (рисунок 4) состоит из двух шкивов, закреплённых на валах, и ремня, охватывающего эти шкивы. Нагрузки передается за счёт сил трения, возникающих между шкивами и ремнём вследствие натяжения последнего.
В зависимости от формы поперечного перереза ремня различают передачи:
Рисунок 4 – Ременная передача
Наибольшие преимущества наблюдаются в передачах с зубчатыми (поликлиновыми) ремнями.
Достоинства ременных передач:
Недостатки ременных передач:
Цепная передача (рисунок 5) основана на принципе зацепления цепи и звёздочек. Цепная передача состоит из:
Рисунок 5 – Цепные передачи: а) с роликовой цепью; б) с зубчатой пластинчатой цепью
Область применения цепных передач:
По типу применяемых цепей бывают:
Достоинства цепных передач (по сравнению с ременной передачей):
Недостатки цепных передач связаны с тем, что звенья располагаются на звёздочке не по окружности, а по многоугольнику, что влечёт:
Фрикционная передача – кинематическая пара, использующая силу трения для передачи механической энергии (рисунок 6). [3]
Рисунок 6 – Фрикционные передачи
Трение между элементами может быть сухое, граничное, жидкостное. Жидкостное трение наиболее предпочтительно, так как значительно увеличивает долговечность фрикционной передачи.
Фрикционные передачи делятся:
§ 13. Элементы машиноведения. Составные части машин
Вы уже знаете из 5 класса, что машина — это устройство, предназначенное для выполнения какой-либо работы путём преобразования одного вида энергии в другой. Важнейшая особенность каждой машины — наличие трёх основных частей: двигателя, передаточного механизма и рабочего (исполнительного) органа.
Например, в автомобиле есть двигатель внутреннего сгорания, в котором энергия топлива превращается в энергию движения. Рабочими органами являются ведущие колёса автомобиля, а между двигателем и колёсами расположены передаточные механизмы.
Для управления работой любой машины существуют устройства управления: рычаги, педали, кнопки. Некоторыми машинами управляют автоматические устройства, сигналы которым поступают с компьютера.
В 5 классе вы изучали некоторые механизмы передачи движения — винтовой и фрикционный механизмы, а также ремённую передачу. Мы рассмотрим ещё несколько механизмов передачи движения, являющихся составными частями машин: цепной, зубчатый, реечный (табл. 9).
Таблица 9
Виды механизмов (передач)
Цепной механизм передачи движения имеется у велосипеда. Он состоит из цепи и двух звёздочек.
Зубчатый механизм (зубчатая передача) есть у ручной дрели. Механизм состоит из двух зубчатых колёс, которые вращаются в разных направлениях. Меньшее из двух находящихся в зацеплении колёс называют шестернёй. Зубчатые колёса могут быть цилиндрическими или коническими (как у дрели).
В реечном механьише при вращении зубчатого колеса 1 рейка 2 перемещается поступательно, и наоборот, при поступательном движении рейки 2 колесо 1 вращается. Например, в настольном сверлильном станке при повороте рукоятки подачи (с закреплённым на ней зубчатым колесом) шпиндель со сверлом (связанный с рейкой) движется поступательно.
В механизме, состоящем из двух звеньев (зубчатых колёс, звёздочек и др.), одно звено является ведущим, а другое ведомым. Ведущее звено передаёт движение ведомому звену. Например, звёздочка цепной передачи велосипеда, которую вы вращаете педалями, является ведущей, а звёздочка, которая закреплена на оси заднего колеса, ведомой.
Отношение диаметра ведомого колеса к диаметру ведущего называют передаточным отношением i:
где D1 — диаметр ведущего колеса;
D2 — диаметр ведомого колеса.
Шестерни зубчатой передачи, звёздочки цепной передачи, шкивы ремённой передачи обычно насаживают на валы. Для их надёжного закрепления на валу и передачи вращательного движения применяют шпоночное соединение (рис. 57, а). В шпоночном соединении в валу вырезают шпоночный паз, в который помещают шпонку — небольшой металлический брусок. Возвышающаяся над поверхностью вала часть шпонки входит в паз, прорезанный в шестерне, шкиве или звёздочке, и таким образом соединяет их с валом. Шпоночное соединение применяется, например, в соединении вала электродвигателя со шкивом ремённой передачи токарного станка для обработки древесины.
Рис. 57. Соединение шестерни с валом: а — шпоночное: 1 — вал: 2 — шпонка: 3 — шестерня: 4 — шпоночный паз; 6 — шлицевое: 1 — шлицевой вал: 2 — шлицы; 3 — шестерня
Иногда необходимо, чтобы зубчатое колесо могло не только передавать вращательное движение, но и перемещаться вдоль вала. В этом случае применяют шлицевое соединение (рис. 57, б). Для такого соединения на поверхности вала прорезают продольные канавки. В результате этого на валу образуются выступы — шлицы. А в отверстии колеса прорезают продольные пазы, в которые эти шлицы входят. Шлицевое соединение применяется, например, в шпинделе настольного сверлильного станка.
Практическая работа № 13
Изучение составных частей машин
Выполните поиск в Интернете, какие ещё механизмы, кроме имеющихся в мастерской, применяются в современных машинах. Расскажите о них на следующем уроке.
Новые слова и понятия
Основные части машин: двигатель, передаточный механизм, рабочий (исполнительный) орган; механизмы: цепной, зубчатый (зубчатая передача), реечный; шпонка, шлиц.
Какие механизмы передачи движения вы знаете
Исполнительные механизмы робота являются теми средствами, с помощью которых роботы передвигаются и изменяют форму своего тела.
Нажмите на картинку, чтобы посмотреть анимацию
Механической передачей называют устройство для передачи механического движения от двигателя к исполнительным органам машины. Может осуществляться с изменением значения (например, замедление или ускорение) скорости и направления движения (например, направо или налево или перпендикулярно), с преобразованием вида движения (например, из вращательного в поступательное).
Механические передачи вращательного движения от двигателя классифицируются следующим образом:
Параллельные оси валов
Пересекающиеся оси валов
Перекрещивающиеся оси валов
В каждой передаче различают два основных вала: входной и выходной, или ведущий и ведомый. Между этими валами в многоступенчатых передачах располагаются промежуточные валы.
Передаточное отношение – отношение угловой скорости (количество оборотов двигателя в секунду) ведущего звена (шестерня, подключенная к двигателю) к угловой скорости ведомого звена (шестерня, подключенная к исполнительному механизму) или отношение числа зубьев ведомого вала к числу зубьев ведущего вала :
n1 – количество зубцов (или диаметр) ведущего колеса n2 – количество зубцов (или диаметр) ведомого колеса
Если в передаче участвует несколько подряд установленных одинаковых зубчатых колес, то при расчете передаточного отношения учитывается только первое и последнее из них, а все остальные называются «паразитными».
Паразитные шестерни исполняют полезную функцию только при необходимости передачи вращения на некоторое расстояние.
Пример расчета передаточного отношения и определения типа передачи
Сколько зубьев в ведущем ( N 1) и ведомом ( N 2) колесе?
Повышающая (ускоряющая) передача
Понижающая (замедляющая) передача
Где применяются передачи такого типа
Спиннинг для ускорения вращения катушки с леской
Дрель для ускорения вращения сверла
Промежуточные колеса изменяют направление вращения, если их число – четное. При нечетном же их числе направление вращения не изменяется.
Паразитные шестерни (2 и 9) в топливном насосе
В многоступенчатой передаче передаточное отношение всей механической передачи будет равно произведению передаточных отношений всех ступеней: U=U1*U2*U3*. *Un