Механизмы передачи движения и их сборка

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.

По способу передачи вращательного движения передачи разделяются на передачи трением (ременные, фрикционные) и передачи зацеплением (зубчатые, червячные, цепные, винтовые).

Для передачи вращения на большие расстояния используется ременная передача, состоящая из двух шкивов и надетого на них ремня. Ремни бывают плоские и клиновидные.

Если шкивы (или зубчатые колеса) неодинаковы по диаметру, то они вращаются с разной частотой. Отношение частот вращения ведущего и ведомого шкивов (зубчатых колес) называется передаточным отношением. Отношение диаметра D2 ведомого шкива к диаметру D1 ведущего шкива называется передаточным числом.

В механизмах и машинах движение не только передается, но и преобразуется (вращательное в поступательное и наоборот). Для этого применяется, например, реечный механизм преобразует вращательное движение зубчатого колеса в поступательное движение зубчатой рейки, или наоборот.

Типы механических передач: зубчатые (цилиндрические, конические); винтовые (винтовые, червячные, гипоидные); с гибкими элементами (ременные, цепные); фрикционные (за счёт трения, применяются при плохих условиях работы).

В зависимости от соотношения параметров входного и выходного валов передачи разделяют на: редукторы (понижающие передачи) от входного вала к выходному уменьшают частоту вращения и увеличивают крутящий момент; мультипликаторы (повышающие передачи) от входного вала к выходному увеличивают частоту вращения и уменьшают крутящий момент.

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]2 Зубчатые передачи предназначены для: передачи вращательного движения между валами, которые могут иметь параллельные, пересекающиеся или скрещивающиеся оси; преобразования вращательного движения в поступательное, и наоборот (передача «рейка-шестерня»).

Зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев называется шестернёй, второе колесо с большим числом зубьев называется колесом.

Зубчатые передачи классифицируют по расположению валов: с параллельными осями (цилиндрические с внутренним и внешним зацеплениями); с пересекающимися осями (конические); с перекрестными осями (рейка-шестерня).

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 Рисунок 1 Основные виды цилиндрических зубчатых передач

Сборка цилиндрических зубчатых передач Технология сборки зубчатых передач предусматривает выполнение таких основных работ, как: сборка зубчатых колес (если они по конструкции не цельные); установка зубчатого колеса на валу; установка валов с зубчатыми колесами в корпусе; регулирование зацепления зубчатых колес.

Основные требования, предъявляемые к зубчатым передачам: плавность, бесшумность и износостойкость в работе. Чтобы эти требования выполнялись, оси валов, на которых установлены зубчатые колеса, должны быть параллельны, а межцентровое расстояние А (рис. 15.2, а) строго определенным; между зубьями сцепляющихся колес должны быть зазоры; зубья ведущего колеса должны передавать силы зубьям ведомого, соприкасаясь по определенной площадке, называемой пятном контакта. Применяют цельные и составные зубчатые колеса. Цельные выполняют из одной отливки, поковки или одного куска металла, пластмассы. Чтобы сэкономить легированную сталь, в тяжело нагруженных быстроходных передачах при больших диаметрах зубчатых колес колеса делают составными. В таких случаях из более ценного высококачественного материала изготовляют только зубчатый венец, а мало нагруженный диск со ступицей – из менее дорогой стали или чугуна. Сборку таких колес начинают с напрессовки венца на диске ступицы. Чтобы облегчить процесс напрессовки и избежать перекосов, зубчатый венец в ряде случаев подвергают нагреву в масляной ванне или осуществляют нагрев токами высокой частоты до 120–150 °C. После напрессовки в местах сочленения венца со ступицей сверлят отверстия под стопоры, нарезают в них резьбу и завинчивают стопоры. Часто вместо стопоров венец крепят заклепками. В этом случае, напрессовав венец, сверлят сквозные отверстия, устанавливают в них заклепки и расклепывают головки. Составные зубчатые колеса повышенной точности в ряде случаев собирают в механическом цехе. При этом иногда на диск ступицы устанавливают предварительно обработанный венец, а затем уже в сборе нарезают зубья и окончательно обрабатывают узел. Страницы:

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 Рисунок 2 Конические зубчатые передачи

Одним из основных условий правильности зацепления конической зубчатой пере­дачи является совпадение вершин конических зубчатых колес. Выполнение этого условия обеспечивается сборкой двух независимых размерных цепей (сборка и установка зубчатых колес на каждом валу). Точность замыкающих звеньев чаще всего обеспечивается методом регулирования, поэтому для сборки таких соединений наибольшее удобство представляет введение под­вижного компенсатора. Однако, наличие такого компенсатора ведет к усложнению про­цесса сборки и часто заставляет использовать неподвижные компенсаторы (прокладки, шайбы и т.д.). Регулировка положения зубчатых колес может быть значительно упроще­на при использовании калибров. Обычно применяются два метода такой установки (рис. 8.5). Рис Регулировка положения конических зубчатых колес с использованием калибров При первом методе в отверстие корпуса вставляют оправку У, прикладывают ка­либр 2 и до упора в него окончательно устанавливается коническое колесо на первом валу. При таком выборе измерительной базы, при изготовлении зубчатого колеса необ­ходимо в жестких пределах обеспечивать выполнение размера К (рис. 8.5, а) При втором методе колесо устанавливается по калибру от торца корпуса. Здесь не­обходимо выполнить размеры М и К, что требует соответствующего ужесточения этих размеров (рис. 8.5, б) Второе зубчатое колесо вводится в зацепление с первым колесом, и перемещением его в осевом направлении добиваются требуемого бокового зазора между зубьями. Кон­троль бокового зазора при регулировании положения зубчатого колеса производится с помощью щупа или свинцовой пластинки. При проверке контакта по краске также мож­но судить о приемлемом или недостаточном зазоре в зацеплении и других погрешностей сборки (перекрещивании осей). При проверке конических колес на краску при провора­чивании их без нагрузки пятно контакта должно располагаться ближе к тонкому участку зуба. При приложении нагрузки в связи с деформациями зубьев пятно контакта распро­страняется в направлении более толстой части зуба, что обусловливает более благопри­ятные условия работы. Сборка червячных передач По назначению червячные передачи подразделяются на кинематические и силовые. Кинематические передачи, обеспечивающие передачу точного соотношения, обыч­но изготавливаются по 3 - бой степеням точности, а силовые по й степеням точно­сти. Для того чтобы червячные передачи могли выполнять свое служебное назначение, в процессе их сборки необходимо обеспечить: 1) боковой зазор в зацеплении червяка с колесом; 2) совпадение средней плоскости колеса с осью червяка; 3) требуемую точность углов пересечения осей вращения червяка и колеса. Методы обеспечения первого требования те же, что и при обеспечении аналогич­ных условий при изготовлении цилиндрических зубчатых передач. Наиболее распространенным методом совмещения средней плоскости червячного колеса с осью является метод регулирования осевого положения червячного колеса с использованием подвижных и неподвижных компенсаторов. Требуемая точность углов пересечения осей вращения червяка и колеса обычно достигается методами полной и неполной взаимозаменяемости. При неполной взаимо­ заменяемости можно воспользоваться регулированием положения наружных колец подшипников, приданием определенного направления эксцентриситетам их наружных поверхностей. Правильность зацепления червячного колеса с червяком проверяют по краске. Краску наносят на винтовую поверхность червяка и при его проворачивании получают отпечатки на зубьях червячного колеса. При правильном зацеплении краска должна по­крывать поверхность зуба червячного колеса не менее чем на %, а пятно контак­та должно располагаться по обе стороны оси симметрии зуба. При одностороннем рас­положении пятна на поверхности зубьев положение червячного колеса относительно червяка исправляют перемещением колеса в осевом направлении, а иногда и разворотом наружных колец подшипников червяка и вала червячного колеса, для направления экс­центриситетов колец в нужную сторону.

Достоинства зубчатых передач: компактность; возможность передавать большие мощности; большие скорости вращения; постоянство передаточного отношения; высокий КПД. Недостатки зубчатых передач: сложность передачи движения на значительные расстояния; жёсткость передачи; шум во время работы; необходимость в смазке.

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 Рисунок 3 Червячная передача

Сборка червячных передач начинается со сборки червячного колеса. Венец напрессовывают на ступицу под прессом в холодном или предварительно нагретом (до 120–150 °C) состоянии. Затем засверливают отверстия, нарезают резьбу под стопоры и ввертывают стопоры с последующим их раскерниванием. После этого червячное зубчатое колесо проверяют на биение. Установка червячных зубчатых колес на валах и проверка их производятся так же, как и при сборке обычных цилиндрических зубчатых колес. Существенным при сборке червячных передач является обеспечение правильного зацепления червяка с зубьями колеса. Для этого необходимо, чтобы угол скрещивания осей червяка и зубчатого колеса и межцентровое расстояние А (рис. 15.5, б) соответствовали чертежу, средняя плоскость совпадала с осью червяка, а боковой зазор в зацеплении соответствовал техническим требованиям. Перед установкой червяка и колеса часто необходимо проверить положение осей отверстий в корпусе. Если червяк и вал колеса монтируют в подшипниках скольжения, вначале устанавливают вкладыши или втулки этих подшипников, а затем проверяют положение осей. Одно из приспособлений для контроля угла скрещивания осей червяка и червячного колеса состоит из контрольного валика 1 (рис. 15.6, а), устанавливаемого вместо вала червяка, контрольного валика 4, помещаемого вместо вала колеса, и рычага 2 с индикатором 3. Рычаг нужно установить так, чтобы ножка индикатора касалась в точках n и m контрольного валика 1. Если угол скрещивания осей равен 90°, то показания индикатора в точках n и m должны быть одинаковыми. Рис Способ контроля положения осей червяка и червячного колеса: а – общий вид контрольного приспособления; б – схема определения расстояния между осями червяка и колеса; Н – расстояние между контрольными валиками; n и m – контрольные точки Межосевое расстояние можно измерять, используя эти же контрольные валики и штихмас 5 (рис, 15.6, б). В этом случае: Допустимый перекос осей устанавливают на размер b (см. рис. 15.5, а) ширины колеса в пределах 0,02–0,03 мм (для передач средней степени точности и модулей 6–10 мм). Исходя из этих данных вычисляют допустимую разность показаний индикатора в точках n и m, которые заносят в технологическую карту сборки и карту контроля. Допустимые отклонения расстояния А указывают на сборочном чертеже передачи. Для А = 300–600 мм и средней степени точности этот допуск составляет ±0,05–0,08 мм. Чтобы червячная передача работала правильно, средняя плоскость колеса, как уже отмечалось, должна совпадать с осью червяка. В собранной передаче это контролируют на краску. С этой целью тонкий слой краски наносят на винтовую поверхность червяка и вводят его в зацепление с колесом. При последующем медленном вращении червяка на зубьях колеса остаются отпечатки. Если передача собрана правильно, краска должна покрывать зуб колеса не менее чем на 50–60 % по длине и высоте. Ненормальные отпечатки получаются, когда червяк смещен относительно оси червяка вправо или влево. В таких случаях колесо сдвигают в соответствующую сторону и надежно закрепляют. Большое значение для нормальной работы червячной передачи имеет зазор Сn в зацеплении червяка с колесом. Величину этого зазора выдерживают в зависимости от точности и размеров передачи. Величину бокового зазора указывают в технических условиях на сборку. Для передач средней точности с А = 320–600 мм зазор должен быть 0,13–0,26 мм. Когда передача собрана, зазор в зацеплении измеряют контрольным приспособлением. Результат измерения сводится к установлению размера пути (мерного хода) червяка при неподвижном колесе. Собранную червячную передачу проверяют на легкость вращения. При любом положении червячного колеса крутящий момент, необходимый для вращения червяка, должен быть одинаковым.

Монтаж червячных колес на валах аналогичен монтажу цилиндрических зубчатых колес. Основной задачей при сборке червячных передач является обеспечение правильности зацепления червяка с зубьями колеса. Точность сборки червячных передач характеризуется соответствующими размерными цепями, определяющими отклонения межосевого расстояния, смещение средней плоскости колеса относительно оси червяка и отклонение межосевого угла в передаче. Совмещение оси червяка со средней плоскостью колеса достигается методом регулирования с использованием подвижных и неподвижных компенсаторов. Для нормальной работы зубчатой передачи также необходимо обеспечить перпендикулярность оси червяка и червячного колеса. Перекос этих осей характеризуется величиной отклонения угла скрещивания оси червяка и зубчатого колеса в передаче. Требуемая точность обычно достигается методами полной и неполной взаимности. Правильность собранной передачи может контролироваться путем нанесения краски на винтовую поверхность червяка с последующим его медленным вращением. По месту расположения пятна краски на колесе судят о том, в какую сторону его нужно смещать. При правильном зацеплении величина пятна контакта должна составлять 60 – 70 % поверхности зуба по длине и высоте для передачи 7 степени точности, 50% для 8 степени точности и 30% для 9 степени точности. Рассмотрим схему возможного расположения пятна контакта в червячной передаче.

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: большие передаточные отношения; плавность и бесшумность работы; высокая кинематическая точность; самоторможение. Недостатки червячных передач: низкий КПД; высокий износ, заедание; использование дорогих материалов; высокие требования к точности сборки.

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: по способу соединения гибкого звена с остальными: фрикционные; с непосредственным соединением; с зацеплением; по взаимному расположению валов и направлению их вращения: открытые; перекрёстные; полуперекрёстные;

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.рисунок 4 В зависимости от формы поперечного перереза ремня различают передачи: плоскоременную; клиноременную (получили наиболее широкое применение); круглоременную. Рисунок 4 Ременная передача

Достоинства ременных передач: возможность передачи движения на значительные расстояния; плавность и бесшумность работы; защита механизмов от колебаний нагрузки вследствие упругости ремня; защита механизмов от перегрузки за счёт возможного проскальзывания ремня; простота конструкции и эксплуатации (не требует смазки). Недостатки ременных передач: повышенные габариты (при равных условиях диаметры шкивов в 5 раз больше диаметров зубчатых колёс); непостоянство передаточного отношения вследствие проскальзывания ремня; повышенная нагрузка на валы и их опоры, связанная с большим предварительным натяжением ремня (в 2-3 раза больше, чем у зубчатых передач); низкая долговечность ремней ( часов).

Цепная передача (рисунок 5) основана на принципе зацепления цепи и звёздочек. Цепная передача состоит из:рисунок 5 ведущей звёздочки; ведомой звёздочки; цепи, которая охватывает звёздочки и зацепляется за них зубьями; натяжных устройств; смазывающих устройств; ограждения. Рисунок 5 Цепные передачи: а) с роликовой цепью; б) с зубчатой пластинчатой цепью

Монтаж втулочно-роликовой цепи осуществляют с помощью соединительного звена, имеющего два валика, скрепленные пластинами (рис. 2, а), одна из которых может легко сниматься. Таким звеном можно соединять цепи, имеющие только четное число звеньев, а если необходимо собрать цепь с нечетным числом шагов, вводят переходное звено (рис. 2,6). После чего приступают к соединению цепей с помощью крючковых (рис. 2, в) и пружинных стяжек (рис. 2, г). При пользовании стяжкой (рис. 2, в) отвинчивают барашек до конца винта, раздвигают лапки и вводят их в звенья цепи При сборке цепей нельзя допускать сильного их натяжения. Цепь с небольшим провисанием правильно укладывается на зубья звездочек, в результате уменьшаются удары между звеньями и зубьями и снижается износ передачи, цепь работает более плавно и бесшумно. Кроме того, при нормальном натяжении цепи уменьшается нагрузка на детали механизма. Для повышения сроков службы цепных передач большое значение имеет смазка цепей. Режим смазки выбирают в зависимости от скорости передачи: при скорости до 2 м/с периодическая смазка, при скорости 2,5 – 5 – капельная, при скорости 5 7 с помощью ванны, при скорости, превышающей 7 м/с, принудительная насосом.

Область применения цепных передач: при значительных межосевых расстояниях; при передаче от одного ведущего вала нескольким ведомым; когда зубчатые передачи неприменимы, а ременные недостаточно надёжны. По типу применяемых цепей бывают: роликовые; втулочные (лёгкие, но большой износ); роликовтулочные (тяжёлые, но низкий износ); зубчатые пластинчатые (обеспечивают плавность работы).

Достоинства цепных передач (по сравнению с ременной передачей): большая нагрузочная способность; отсутствие скольжения и буксования, что обеспечивает постоянство передаточного отношения и возможность работы при кратковременных перегрузках; принцип зацепления не требует предварительного натяжения цепи; могут работать при меньших межосевых расстояниях и при больших передаточных отношениях. Недостатки цепных передач связаны с тем, что звенья располагаются на звёздочке не по окружности, а по многоугольнику, что влечёт: износ шарниров цепи; шум и дополнительные динамические нагрузки; необходимость обеспечения смазки.

Рисунок 6 Фрикционные передачи Фрикционная передача кинематическая пара, использующая силу трения для передачи механической энергии (рисунок 6). [3]рисунок 63 Трение между элементами может быть сухое, граничное, жидкостное. Жидкостное трение наиболее предпочтительно, так как значительно увеличивает долговечность фрикционной передачи.

Фрикционные передачи делятся: по расположению валов: с параллельными валами; с пересекающимися валами; по характеру контакта: с внешним контактом; с внутренним контактом; по возможности варьирования передаточного отношения: нерегулируемые; регулируемые (фрикционный вариатор); при наличии промежуточных тел в передаче по форме контактирующих тел: цилиндрические; конические; сферические; плоские.