Механизмы передач вращательного движения

Тема урока: Механизмы передачи вращательного движения

• Цель урока:  Сформировать у обучающихся понятия о передачах вращательного движения, и добиться их усвоения. Развить умения частично-поисковой познавательной деятельности, развить умения актуализировать знания, функции мышления. Воспитать ответственное отношение при работе в группе, повышение познавательного интереса к изучаемой дисциплине.

Вращательное движение получило наибольшее распространение в механизмах и машинах,  так как обладает следующими  достоинствами :

Все современные двигатели  для уменьшения габаритов и стоимости  выполняют быстроходными  с весьма узким диапазоном изменения угловых скоростей. Передача механической энергии от двигателя к рабочему органу машины осуществляется с помощью различных передач.

Передачей  будем называть устройство, предназначенное для передачи энергии из одной точки пространства в другую, расположенную на некотором расстоянии от первой

обеспечивает непрерывное и равномерное движение при небольших потерях на трение;

позволяет иметь простую и компактную конструкцию передаточного механизма.

Механизм  – это сочетание деталей (звеньев), предназначенных для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемое движение других тел.

В механизме различают ведущую и ведомую детали.

Одно из звеньев, которое передает движение другому, называют  ведущим .

А звено, которое получает движение от ведущего звена, называют  ведомым .

Ведущее звено приводится в движение внешней силой (рука, нога, электродвигатель и т.п.), а ведомое звено приходит в движение от ведущего.

Механизмы, предназначенные для передачи движения с преобразованием скорости и крутящего момента, называются  механизмами передачи движения .

При помощи передач изменяют скорость, направление движения, преобразуют вращательное движение в поступательное и винтовое т.е.

Механическими передачами,  или просто передачами, называют механизмы для передачи энергии от машины-двигателя к машине-орудию, как правило, с преобразованием скоростей, моментов, а иногда — с преобразованием видов (например, вращательное в поступательное) и законов движения .

Классификация механических передач

по энергетической характеристике  

по принципу передачи движения:

механические передачи делятся на:

• передачи   трением  (примеры: фрикционная —  рис.1,  а   и ременная — рис.2,  а) -  действующие  за счет сил трения, создаваемых между элементами передач;
• -  зацеплением  (примеры: зубчатые — рис.1,  б,  червячные — рис.1,  в;  цеп­ные — рис.2,  б;  передачи винт-гайка — рис.1,  г, д) -  работающие в результате возникновения давления  между зубьями, кулачками или  другими  специальными выступами на деталях.

• - кинематические (передаваемая мощность  Р
• - силовые (передаваемая мощность  Р ≥0,1 кВт).

Рис.2. Передачи с гибкой связью:   а   — ременная;   б —  цепная

Рис.1. Механические передачи с непосредственным контактом тел вращения:

а   — фрикционная передача;   б —  зубчатая передача;   в   — червячная передача; г, д —  передачи винт-гайка

по взаимному расположению валов в пространстве

– с параллельными валами  зубчатые с цилиндрическими колесами, фрикционные с цилиндрическими роликами, цепные;

– с пересекающими валами - зубчатые и фрикционные конические, фрикционные лобовые;

– с перекрещивающимися валами - зубчатые - винтовые и коноидные, червячные, лобовые фрикционные со смещением ролика;

-  с соосными валами.

по характеру изменения передаточного отношения (числа)

- передачи с постоянным (неизменным) передаточным отношением;

- передачи с переменным (изменяемым или по величине, или по направлению или и то и другое вместе) передаточным отношением.

по способу соединения деталей:

- передачи с непосредственным контактом тел вращения (фрикционные, зубчатые, червячные, передачи винт-гайка — см. рис.1);

- передачи с гибкой связью (ременная, цепная — см. рис.2).

по характеру изменения скорости

– понижающие (редукторы);

– повышающие (мультипликаторы);

- регулируемые (со ступенчатым регулированием и бесступенчатым (плавным) регулированием);

- нерегулируемые

по числу ступеней (т.е. отдельных передач ,  взаимно связанных и одновременно участвующих в передаче и преобразовании движения )

– одноступенчатые;

– многоступенчатые.

по конструктивному оформлению

– открытые (не имеют общего закрывающего их корпуса);

–  полузакрытые, смонтированные в легкий защитный кожух, который не выполняет силовых функций;

–  закрытые, заключенные в общий прочный и жесткий корпус, объединяющий все подшипниковые узлы и выполняющий герметизацию и постоянную смазку передачи.

по характеру движения валов

– простые передачи, в которых валы вращаются лишь вокруг своих осей, а оси валов и сопряженные с ними детали остаются в пространстве неподвижными;

- планетарные передачи, в которых оси и сопряженные с ними детали (сателлиты) перемещаются в пространстве. Разновидностью планетарных передач являются  волновые  передачи.

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).

Основные характеристики передач

• Любая механическая передача характеризуется следующими основными параметрами (рис. 3):  мощностью   Р 2   – на выходе, кВт;  быстроходностью , которая выражается угловой скоростью ведомого вала ω 2 , рад/с, или частотой вращения  n , измеряемой в об/мин (мин -1 ), и  передаточным отношением  u .

• Рис. 3. Основные параметры передач

Во всех механических передачах различают два основных звена:  входное  (ведущее) и   выходное  (ведомое). Между этими звеньями в многоступенчатых передачах располагаются промежуточные звенья. Звенья, передающие вращающий момент, называют  ведущими , а звенья, приводимые в движение от ведущих (катки, шкивы, зубчатые колеса и т.п .), –  ведомыми .

Параметры передачи, относящиеся к ведущим звеньям, будем отмечать индексом 1 , а к ведомым - индексом 2, т. е.  d 1 ,  v 1 , ω 1 ,  P 1 ,  T 1  – соответственно диаметр, окружная скорость, угловая скорость, мощность, вращающий момент на ведущем валу;  d 2 ,  v 2 , ω 2 ,  P 2 ,  T 2  – то же, на ведомом.

• В машиностроении принято обозначать угловые и окружные скорости, частоту вращения, диаметры вращающихся деталей ведущих валов индексами нечетных цифр , ведомых — четными . Например, для колес трехступенчатой передачи (рис. 4) обо­значения частот вращения следующие:  п 1  — ведущего вала I;  п 3  —  ведущей шестерни вала II;  п 5   — ведущей шестерни вала III;  п 2  —  промежуточного ведомого вала II;  п 4   — ведомого колеса вала III;  п 6  —  ведомого колеса вала IV.
• Все механические передачи характеризуются передаточным числом или отношением.  Рассмотрим работу двух элементов передачи (рис.5), один из которых будет ведущим, а второй — ведомым.

Рис. 4. Трехступенчатая   передача

Рис. 5. Кинематика ци ­ линдрической передачи

Введем следующие обозначения: ω 1  и  п 1  —  угло­вая скорость и частота вращения ведущего вала, выраженные соответственно рад/с и об/мин; ω 2  и  п 2  —  угловая скорость и частота вращения ведомого вала;  D 1   и  D 2  - диаметры вращающихся деталей (шкивов, катков и т. п.); ν 1  и ν 2  — окружные скоро­сти, м/с.

Передаточное число  – отношение угловой скорости ве­дущего вала к угловой скорости ведомого вала конкретной передачи. Передаточное число не может быть меньше единицы. Оно представляет собой абсолютную величину передаточного отношения:

Учитывая

получим:                                      

Принимая в точке контакта

можно записать:

Диаметр начальных окружностей зубчатых колес зубчатой передачи определяется по формулам:

• Передаточное число:

• Таким образом, для любой передачи:

• Отношение угловых скоростей ведущего ω 1  и ведомого ω 2  звеньев называют также  передаточным отношением  и обозначают  і .

• Передаточное число в отличие от передаточного отношения всегда положительное и не может быть меньше единицы . Передаточное число характеризует передачу только количественно.

1; при  и Передачи выполняют с постоянным, переменным или регулируемым передаточным отношением. Как те, так и другие, широко распространены. Регулирование передаточного отношения может быть ступенчатым или бесступенчатым. Ступенчатое регулирование реализуется в коробках передач с зубчатыми колесами, в ременных передачах со ступенчатыми шкивами и т. п.; бесступенчатое регулирование – с помощью фрикционных, ременных или цепных вариаторов " width="640"

Устройства, повышающие частоты вращения, называют ускорителями или мультипликаторами

• В передаче, понижающей частоту вращения  n  (угловую скорость ω),  u 1; при  и

• Передачи выполняют с постоянным, переменным или регулируемым передаточным отношением. Как те, так и другие, широко распространены. Регулирование передаточного отношения может быть ступенчатым или бесступенчатым. Ступенчатое регулирование реализуется в коробках передач с зубчатыми колесами, в ременных передачах со ступенчатыми шкивами и т. п.; бесступенчатое регулирование – с помощью фрикционных, ременных или цепных вариаторов