Цепная передача

Зубчатые передачи: виды, достоинства и недостатки зубчатых передач

Подавляющее большинство механических передач имеет в своей основе зубчатые зацепления. Другими словами, в зубчатой передаче усилие передается благодаря зацеплению пары зубчатых колес (зубчатой пары). Зубчатые передачи активно используются, позволяя изменять скорость вращения, направление, моменты.

Основной задачей является преобразования вращательного движения, а также изменение расположения элементов трансмиссии и ряд других функций, которые необходимы для работы узлов, агрегатов и механизмов. Далее мы рассмотрим типы зубчатых передач, их особенности, а также достоинства зубчатых передач и их недостатки.

Типы фрикционных передач

Специалисты выделяют надлежащие классификация фрикционных устройств:

1. По характеру изменения передаточного значения: нерегулируемые и регулируемые (фрикционные вариаторы). Передаточное число в нерегулируемых механизмах не изменяется. В регулируемых устройствах передаточное отношение постоянно меняется.
2. По способу прижатия тел вращения: с переменной или неизменной мощью. В механизмах, где валы соприкасаются с переменной мощью применяются вспомогательные нажимные приспособления.
3. По условиям функционирования механизмов: открытые и закрытые. Открытые передачи работают только при использовании смазочных материалов. Закрытые механизмы могут функционировать с сухой поверхностью.

В зависимости от местоположения валов эксперты выделяют 3 основных вида фрикционных передач:

1. Цилиндрическая: механизм с параллельными осями валов. Ее плоскости выполнены в форме цилиндра. Используется для передачи маленькой мощности. Данный вид передач производится с гладкими, вогнутыми или выпуклыми поверхностями. При использовании цилиндрических кинематических пар со звеньями клиновой формы трение уменьшается на 50%.
2. Коническая: механизм с пересекающимися осями валов. Оснащается дисками с конической поверхностью. Для ее функционирования не требуется прикладывать большую силу нажатия. Передачи этого типа могут быть как реверсивными, так и нереверсивными.

1. Лобовая: механизм с лобовой поверхностью и перекрещивающимися осями валов. По причине интенсивного скольжения она содержит невысокий коэффициент полезного воздействия. Предоставляет возможность изменять направление движения и интенсивность вращения валов. Этот тип передачи применяется в маломощных устройствах.

Выделяют отдельную классификацию для вариаторов по числу потоков мощности:

1. Однопоточные: одноконтактные лобовые или двухконтактные торовые вариаторы.
2. Многопоточные: многорядные вариаторы с параллельным или последовательно-параллельным соединением контактных пар.
3. Многопоточные замкнутые вариаторы.
4. Многопоточные планетарные вариаторы.

Данная классификация условия работы фрикционных механизмов и может использоваться для разработки общих методов расчета отдельных групп передач.

Общие сведения о цепных передачах

Среди самых разных приводов цепной считают относящимся к передачам с пластичной связью. Зацепление в ней выполняется при помощи натяжения сочлененных звеньев бесконечной цепи. Она же передает и мощность от ведущего вала к ведомому. Из общих сведений о цепных передачах следует вспомнить следующее:

• КПД цепной передачи доходит до 90-98 %;
• передаточное число цепной передачи может достигать 1:6;
• мощность на валу ограничена 120 кВт.

Передаточное отношение для цепной передачи рассчитывается по тем же формулам, что и для зубчатой. Делаются цепные приводы из очень прочных сортов стали, шестерни порой делают текстолитовые или из полиамидных пластиков.

Виды планетарных редукторов

Встречается довольно большое количество разновидностей понижающих редукторов. Классификация проводится также по количеству ступеней:

1. Одноступенчатые.
2. Многоступенчатые.

Первый вариант исполнения намного проще, характеризуется меньшими размерами и обеспечивает более широкие возможности по передаче крутящего момента. Создание нескольких ступеней определяет существенное увеличение размеров конструкции, а диапазон передаточных чисел уменьшается.

Также классификация проводится по показателю сложности планетарного редуктора. Выделяют два основных типа:

1. Простые.
2. Дифференциальные.

На сегодняшний день дифференциальный редуктор получил весьма широкое распространение, так как позволяет передавать вращение требуемым образом в конкретном случае.

Выделяют виды в зависимости от формы корпуса, а также применяемым внутри элементам. Классификация выглядит следующим образом:

1. Волновые.
2. Конические.
3. Червячные.
4. Цилиндрические или колесного типа.

Их применение позволяет передавать вращение между пересекающимися, перекрещивающимися и параллельными валами. Именно поэтому планетарный редуктор получил широкое распространение.

Двухступенчатые планетарные мотор-редукторы применяются в случае, когда нужно передавать вращение с различной частотой. Некоторые варианты исполнения изготавливаются по схеме 3к, планетарные редукторы большой мощности зачастую имеют крупный размер, а при изготовлении основных частей применяется закаленная сталь, характеризующаяся высокой устойчивостью к износу.

Из чего состоит цепная передача

Цепные передачи – достаточно простые в конструктивном плане механизмы. Тем не менее, не будет лишним знать, из каких элементов они состоят.

Звездочка. Обычно в цепных передачах конструктивно предусмотрены лишь две звездочки (хотя есть варианты). Одна из них выступает в роли ведущей, а вторая – в качестве ведомой. Стабильность и эффективность функционирования цепных видов передач в немалой степени будет зависеть именно от их качества и точности производства: соблюдению размеров (вплоть до миллиметра), используемого при изготовлении материала.

Стоит отметить, что размеры и формы звездочек будут определяться количественными характеристиками цепей (а не наоборот, как думают некоторые), числом передаточного отношения, количеством зубьев на наименьшей ведущей звездочке в механизме. Параметрические и иные характеристики звездочек определяются ГОСТом 13576 — 81. Характеристики звездочек для цепей роликовых и втулочных разновидностей определяются ГОСТом 591 — 69.

Звездочки должны быть изготовлены из достаточно крепких и износостойких материалов, которые смогут длительное время эксплуатироваться под существенными механическими нагрузками, в том числе, и ударного характера. Согласно ГОСТу, в качестве такого материала может выступать сталь марок 40, 45, 40Х и иных видов со степенью закалки HRC 50 – 60. Звездочки, не предназначенные для высокоскоростных механизмов, могут быть изготовлены из модифицированных видов чугуна марок СЧ 15, СЧ 20.

Сегодня можно встретить звездочки с наконечниками зубцов, изготовленными из различных видов пластика. Такие изделия отличаются пониженной степенью износа и бесшумностью работы.

Другой составляющей цепных передач является, разумеется, цепь. Цепи производятся на промышленных производственных линиях. Их параметры строго регламентируются соответствующими стандартами. Сегодня промышленность может предложить такие разновидности цепей, как:

1. Грузовые – предназначаются для поднятия и опускания грузов и для их подвешивания. Используются такие цепи, как правило, на разного рода грузоподъемниках.
2. Тяговые – они служат для передвижения грузов и используются в транспортирующих устройствах.
3. Приводные – служат для передачи механической энергии от одной звездочки к другой. Ярким примером использования такой передачи может служить самый обычный велосипед и иные виды транспортных средств.

Основные элементы стандартной цепи приведены на рисунке ниже.

Области использования цепной передачи

Примечательно, что данный вид передачи известен человечеству довольно давно. По крайней мере, в теории. Изучение работ известного изобретателя и художника Леонардо да Винчи показало, что он задумывался над различными вариантами использования цепных передач во всевозможных механизмах. На рисунках можно увидеть прообразы современных велосипедов и многих других известных сегодня механизмов. Правда, доподлинно не известно, смог ли великий Леонардо воплотить на практике свои идеи. Промышленность того времени не позволяла изготавливать механизмы с необходимой степенью точности.

Впервые же на практике удалось использовать данный вид передач лишь в 1832 году. Стоит отметить, что на внешний облик современного велосипеда, а также на его технико-эксплуатационные характеристики в немалой степени повлияло именно то, что в 1876 году изобретателю Лоусону пришло в голову использовать именно цепную передачу. До того момента колеса в движение приводились либо напрямую через педали, либо ездок должен был отталкиваться ногами от земли.

Данная разновидность передач во всевозможных модификациях сегодня используются крайне обширно в различных сферах машинного строения. Транспорт, производственное станковое оборудование, сельскохозяйственные агрегаты – перечислить все без исключения механизмы, в которых находят свое использование разновидности цепной передачи, не представляется возможным.

К ней прибегают и тогда, когда межосевые расстояния достаточно велики. В этих случаях применение передачи ременного типа нецелесообразно, а зубчатые применить невозможно из-за значительного усложнения конструкции и увеличения массы механизма. Не стоит забывать и про силу трения, которая увеличивается прямо пропорционально количеству зубчатых колес в механизме. В случае с цепными передачами, как уже отмечалось, есть сила трения качения, которая в разы меньше силы трения скольжения.

Можно также встретить данный вид передач в технике, которая использует цепь в качестве непосредственного рабочего элемента, а не в роли приводного. К таковым, например, относятся снегоуборочные агрегаты, элеваторные и скребковые механизмы, а также им аналогичные.

Как правило, прибегают к цепным передачам открытого типа, которые при необходимости смазываются вручную. В таких конструкциях либо вовсе не осуществляется влаго-пылевой защиты, либо она присутствует на минимальном уровне, как в случае с велосипедом.

Обычно те или иные виды цепных передач используются, если необходимо осуществить передачу мощностей до 120 киловатт при наружных скоростях не более 15 метров в секунду.

2.10. Кулачковые механизмы

Кулачковые механизмы (рис.
2.26) по широте применения уступают только зубчатым передачам. Их используют в
станках и прессах, двигателях внутреннего сгорания, машинах текстильной, пищевой
и полиграфической промышленности. В этих машинах они выполняют функции подвода и
отвода инструмента, подачи и зажима материала в станках, выталкивания, поворота,
перемещения изделий и др.

Кулачковые механизмы имеют ряд
преимуществ:

-возможность воспроизведения почти любого закона движения ведомого
звена;

-простота согласования работы нескольких механизмов в
машинах-автоматах;

-надежность в работе и компактность.

К недостаткам этих механизмов
следует отнести относительно быстрое изнашивание соприкасающихся поверхностей,
которое обусловлено ускоренным движением толкателя, отсутствием смазки, а также
наличием вибрации, которая возрастает с увеличением частоты вращения кулачка.

Классификация механизмов.
По характеру движения механизмы подразделяют на пространственные и плоские. В
зависимости от вида движения кулачка механизмы подразделяют на поступательные
(рис. 2.26, г, д), вращательные (рис. 2.26, а, б, в) и качающиеся. По взаимному
расположению кулачка и толкателя механизмы называют центральными и
дезаксиальными (нецентральными). По типу замыкания высшей кинематической пары их
подразделяют на пары с кинематическим и силовым замыканием.

Рис.
2.26. Кулачковые механизмы:

а, б, в –
дисковые; г, д – плоские с поступательным перемещением кулачка; е –
гиперболоидные

Силовое замыкание происходит под действием пружины, силы
тяжести груза либо реализуется гидравлическим или пневматическим способом. Оно
характерно преимущественно для механизмов, работающих с небольшими скоростями
звеньев.

Цепной конвейер – эксплуатация и применение

Определим некоторые преимущества работы цепного конвейера. К ним можно отнести во-первых то, что на данных конвейерах возможна настройка размеренного движения перевозимого груза, предотвращающего его падение или съезжание с ленты конвейера. Следующим немаловажным положительным аспектом является то, что данные виды конвейеров оснащаются специальными устройствами, как то: антискользящие накладки, бортики и специальные ограничители.

Отрадно еще и то, что устройство данных агрегатов позволяет проводить настройку, которая задает маршрут и количество перевозимого груза. К тому же данный вид конвейеров является достаточно эргономичным, что позволяет содержать его в довольно стесненных условиях или помещениях небольшой площадью. Изготовлен конвейер из экологичных материалов, таких как алюминий и нержавеющая сталь, таким образом люди, обслуживающие данную технику, не получают никакого вредоносного воздействия. Следует отметить так же, что конструкция цепного конвейера позволяет перемещать грузы, габариты которого превосходят сам транспортер.

Таким образом, становится ясно, что для достижения наиболее качественных результатов, которые при этом не будут достигаться посредством тяжелого труда, применение и использование в производстве цепных конвейеров, является необходимым и рациональным решением.

Геометрические и кинематические параметры цепной передачи

Основным важным критерием цепной передачи служит наг цепи t. Он равён расстоянию между центрами шарниров 2-ух соседних звеньев. С увеличением шага растет предаваемая мощность, но уменьшается мягкий ход.

Следующий по важности параметр- число зубьев Zведущ на ведомом и Zведом на ведущем валу. Диаметр делительной окружности вычисляется:

Диаметр делительной окружности вычисляется:

По хорде этой окружности берут значение шага для зубчатого колеса.

Расстояние a между ведущей и ведомой осями привода подбирают в границах от 30 до 50 шагов t/ На практике, при этом обеспечивается самый большой ресурс привода.

Число шагов цепи вычисляется по формуле:

передаточное число рассчитывается по формуле:

Кол-во зубцов меньшей звездочки получают из следующего выражения:

Необходимо понимать, что передаточное отношение не положено считать равным отношению

В рамках одного оборота зубчатого колеса передаточное отношение может меняться. Из-за этой причины думают о среднем значении частоты вращения.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Какими характеристиками обладают цепные передачи

Среди важнейших характеристик практически любых цепных передач следует назвать:

1. Показатель шага цепи – данный параметр влияет на плавность и точность хода. При уменьшении данного параметра увеличиваются показатели точности и плавности хода.
2. Количество зубьев на ведущих и ведомых звездочках.
3. Радиусы вписанной и описанной окружностей звездочек.
4. Соотношение радиусов ведущей и ведомой звездочек. Соответственно, чем больше диаметр ведущей звездочки по отношению к ведомой, тем легче будет передавать движение.
5. Расстояние между центрами окружностей звездочек – от этого будет зависеть, например, длина цепи.

Все эти моменты также необходимо принимать во внимание

Достоинства цепных передач

В сравнении с ремёнными передачами они характеризуются следующими достоинствами:

• отсутствие проскальзывания;
• компактность (занимают значительно меньше места по ширине);
• постоянство среднего передаточного отношения;
• отсутствие предварительного натяжения и связанных с ним дополнительных нагрузок на валы и подшипники;
• передача большой мощности как при высоких, так и при низких скоростях;
• сохранение удовлетворительной работоспособности при высоких и низких температурах;
• приспособление к любым изменениям конструкции удалением или добавлением звеньев.
• возможность передачи движения одной цепью нескольким звездочкам;
• по сравнению с зубчатыми передачами — возможность передачи вращательного движения на большие расстояния (до 7 м);
• сравнительно высокий КПД (> 0,9 ÷ 0,98);
• возможность легкой замены цепи.

Классификация цепей

Поскольку именно приводные цепи являются наиболее распространенной разновидностью, имеет смысл рассмотреть подробнее, какие ее разновидности существуют.

Роликовые цепи (позиция III на рисунке) включают в себя внутренние и наружные звенья. Те, чередуясь между собой, формируют подвижные относительно друг друга последовательные соединения. Каждое звено включает в себя по две пластинки, напрессованные на осевые или на втулочные опоры. Втулки надеваются на оси звена, образуя шарнирное соединение. Во избежание увеличения степени износа звездочек на втулку обычно надевают ролик, который должен заменить трение скольжения трением качения.

Концы цепи могут соединяться между собой:

1. Посредством соединительных звеньев – при нечетном количестве звеньев.
2. Через переходное звено – при четном количестве звеньев.

Если передача должна работать в интенсивном режиме в течение продолжительного времени, то используют многорядную роликовую цепь. Это позволяет уменьшить размер каждой звездочки и ее шаг.

Роликовые цепи могут быть выполнены и с изогнутыми пластинами на каждом звене (позиция IV на рисунке). Такая разновидность применяется, если предполагается эксплуатация соединения в условиях высоких ударных нагрузок. Благодаря особой форме пластины, сила удара существенно гасится.

Втулочные цепи (позиция V) конструктивно не имеют отличий от роликовых, однако роликами не обладают. Благодаря этому, удешевляется производство таких цепей и уменьшается их масса. Но это одновременно способствует и более быстрому износу зубцов.

Бесшумные зубчатые цепи (на рисунке позиция VI) включают в себя специальные пластинки, оснащенные зубцами. Сами пластины имеют шарнирное соединение. Благодаря такой конструкции, можно обеспечивать низкий уровень шума механизма, а также плавность хода. При этом зубья располагаются под углом в 60 градусов. Используются такие разновидности цепей в механизмах с высокой скоростью работы. Поэтому пластину следует изготавливать из закаленной стали по твердости Н RC 40 — 45. Недостатком таких цепей можно считать их относительную дороговизну, а также необходимость в особом уходе.

Крючковые цепи (позиция VII). В свой состав они включают звенья особой формы безо всяких дополнительных элементов.

Втулочно-штыревые цепи (позиция VIII на рисунке) – в них звенья соединяются при помощи штырей. Такая разновидность цепей используется в самых разных сферах сельского хозяйства и машиностроения.

Поскольку в процессе интенсивной работы любая цепь будет со временем вытягиваться, следует периодически осуществлять регулировку ее натяжения. Это достигается путем перемещения одной звездочки или сразу двух, в зависимости от конструктивных особенностей регулировочного механизма. Он позволяет, как правило, проводить регулировку, если цепь растянулась всего на одно-два звена. Если же степень растяжения больше, то цепь просто заменяют на новую.

Не стоит забывать и про своевременную смазку любой цепи. От этого будет напрямую зависеть срок ее работы. Если скорость передвижения цепи не слишком большая – до 4 метров в секунду, то допускается смазка при помощи обычной ручной масленки. При скоростях до 10 метров в секунду используется масленка-капельница.

Для более глубокой смазки цепь погружают в емкость, наполненную маслом. Степень погружения цепи не должна превышать ширину каждой пластины.

Если приходится иметь дело с мощными высокоскоростными механизмами, то применяется циркуляционная струйная смазка с помощью насосов.

Выбирая тот или иной метод смазки, необходимо опираться на конструктивные особенности каждого конкретного вида механизмов, а также на характер потерь энергии при трении. Потери при трении возникают из-за трения шарнирных соединений, пластин друг с другом, между зубьями и элементами цепи, а также в опорных элементах конструкции. Кроме того, существуют потери при разбрызгивании смазочного материала. Правда, они являются существенными лишь в случае, если смазку проводят с помощью погружения цепей в смазочные материалы и при работе на скоростях, близких к предельно допустимым.

Устройство цепных транспортеров

Основные узлы, или секции, входящие в конструкцию устройства, следующие:

• Приводная. Это рама, на которой закреплены ведущий вал и ведущая шестерня. Здесь же размещен привод- электромотор и редуктор шестеренчатого типа, передающий крутящий момент на ведущий вал.
• Натяжная. Это противоположный по отношению к ведущему конец рамы. Ведомый ваз и шестерня закреплены в специальном подпружиненном кронштейне. Его расстояние от ведущего вала регулируется с помощью червячного привода. Чем дальше ведомый вал отодвигается от ведущего — тем выше натяжение цепи.
• Промежуточная. Представляет собой секции рамы между приводной и натяжной секциями. При значительной длине конвейера на ней могут устанавливаться пассивные опорные валы с поддерживающими цепь шестернями. Это позволяет избежать провисания цепи. Количество опорных валов определяет во время проведения инженерного расчета и построения чертежа транспортера. В устройствах скребкового типа необходимости в опорных валах нет.
• Рабочий орган. Это сама цепь. Ее звенья бывают коваными, сварными или сборными, наподобие велосипедной цепи. На скребковых цепных транспортерах к цепи крепятся перпендикулярные ей щитки, которые, двигаясь в массе продукта, увлекают его за собой.

Для транспортеров, работающих в горячих цехах, применяются специальные марки сталей, электрооборудование, редуктор и подшипники валов также должны быть выбраны в термостойком исполнении.

Груз на цепном конвейере может размещаться как сверху от рабочей ветви, на площадках, контейнерах и т.п., так и снизу- на крюках или магнитных подвесах.

Цилиндрические зубчатые передачи достоинства и недостатки

Механизм, в котором два подвижных звена являются зубчатыми ко­ лесами, образующими с неподвижным звеном вращательную или поступатель­ ную пару, называют зубчатой передачей

(рис. 1). Меньшее из колес передачи принято называть шестерней, а большее – колесом, звено зубчатой передачи, соверша­ющее прямолинейное движение, называют зубчатой рейкой (рис. 1, г). Термин «зубчатое колесо» является общим. При одинаковых размерах колес шестерней называют ведущее зубчатое колесо. Параметры шестерни сопровождаются индексом “1”, а колеса – “2”.

Рис. 1. Виды зубчатых передач: а, б, в —

цилиндрические зубчатые передачи с внешним зацеплением;г— реечная передача;

д

— цилиндрическая передача с внутренним зацеп­лением;е —зубчатая винтовая передача;ж, з, и— конические зубчатые передачи; к — ги­ поидная передача

В большинстве случаев зубчатая передача служит для передачи враща­тельного движения. В некоторых механизмах эту передачу применяют для преобразования вращательного движения в поступательное (или наоборот, см. рис. 1, г).

Зубчатые передачи — наиболее распространенный тип передач в совре­менном машиностроении и приборостроении. Их применяют для передачи мощностей от долей (механизм кварцевых наручных часов) до десятков тысяч киловатт (крупные шаровые мельницы, дробилки, обжиговые печи) при окружных скоростях до 150 м/с и передаточных числах до нескольких сотен и даже тысяч, с диаметром колес от долей миллиметра до 6 ми более. Диаметры колес судовых установок, например, в передачах на гребной винт достигают 6 м.

Из чего изготавливаются зубчатые колеса и шестерни

Как правило, в основе зубчатого колеса лежит сталь. При этом шестерня должна иметь большую прочность, так как сами колеса могут иметь разные характеристики по прочности.

По этой причине шестерни изготавливаются из разных материалов, а также такие изделия проходят дополнительную термическую обработку и/или комплексную химическую и температурную обработку.

Например, шестерни, которые выполнены из легированной стали, также проходят процесс упрочнения поверхности, в рамках которого может быть использован метод, позволяющий добиться желаемых характеристик (азотирование, цементация или цианирование). Если для изготовления шестерни используется углеродистая сталь, такой материал проходит поверхностную закалку.

Сами зубчатые колеса выполняются из заготовки, полученной методом литья или штамповки. Затем применяется метод нарезки зубьев. Нарезка осуществляется путем использования методов копирования, обкатки. Метод обкатки дает возможность изготовить зубья разной конфигурации при помощи одного инструмента (долбяк, червячные фрезы, рейка).

Чтобы осуществить нарезку методом копирования, требуются пальцевые фрезы. После нарезки выполняется термическая обработка. Если же нужно зацепление высокой точности, после такой термообработки дополнительно выполняется шлифовка и обкатка.

Зубчатые передачи

В зубчатой передаче движение передается с помощью зацепления пары зубчатых колес. Меньшее зубчатое колесо принято называть шестерней, большое – колесом. Термин «зубчатое колесо» относится как к шестерне, так к большому колесу. При написании расчетных формул и указании параметров передачи шестерне присваивают индекс 1, колесу – индекс 2, например: d1 , d2 , n1 , n2 . Зубчатые передачи являются самым распространенным видом механических передач, поскольку они могут надежно передавать мощности от долей до десятков тысяч киловатт при окружных скоростях до 275 м/с. По этой причине они широко применяются во всех отраслях машиностроения и приборостроения.

Достоинства зубчатых передач

К достоинствам этого вида механических передач относятся:

• Высокая надежность работы в широком диапазоне нагрузок и скоростей;
• Малые габариты;
• Большой ресурс;
• Высокий КПД;
• Сравнительно малые нагрузки на валы и подшипники;
• Постоянство передаточного числа;
• Простота обслуживания;

Недостатки зубчатых передач

Как и любой другой вид механических передач, зубчатые передачи имеют ряд недостатков, к которым относятся:

• Относительно высокие требования к точности изготовления и монтажа;
• Шум при больших скоростях, обусловленный неточностями изготовления профиля и шага зубьев;
• Высокая жесткость, не дающая возможность компенсировать динамические нагрузки, что часто приводит к разрушению передачи или элементов конструкции (для примера – ременная или фрикционная передача при внезапных динамических нагрузках могут пробуксовывать).