2. Механические передачи приводов

2.1. Общие сведения

Как правило, угловые скорости двигателя и рабочего органа машины не равны между собой. Согласование скоростей осуществляют с помощью передач.

Привод включает в себя двигатель и передачу (трансмиссию).

Механической передачей называют механизм, предназначенный для передачи энергии от двигателя к рабочему органу с преобразованием скорости и нагрузки.

Все механические передачи делят на две группы:

1. основанные на использовании трения (фрикционные и ременные);

2) основанные на использовании зацепления (зубчатые - цилиндрические

и конические, червячные, цепные, зубчатоременные, винт-гайка).

Самые распространенные - цилиндрические зубчатые передачи, к разно-видностям которых относятся планетарные, волновые и винтовые. Коническая передача с перекрещивающимися осями называется гипоидной.

По характеру установки в приводы зубчатые передачи бывают открытые (около 10%) и закрытые. Силовые червячные, планетарные, волновые, гипоидные передачи из-за конструктивных и эксплуатационных особенностей

выполняют закрытыми.

Направление вращения червячной передачи определяется по типу вращения пары винт - гайка : примеры показаны на рис.5.

Кинематические схемы приводов выполняют по ЕСКД ГОСТ 2.703-68 «Правила выполнения кинематических схем» и по ГОСТ 2.770-68 «Условное изображение элементов в схемах».

Если попытаться составить абстрактную схему привода, включающую все виды передач, то порядок размещения передач в схеме будет следующим (рис.6): двигатель - ременная передача - фрикционная передача (вариатор - на рис.6 отсутствует) - редуктор (коробка скоростей) - открытые цилиндрические передачи (1-я с наибольшим передаточным числом u, далее по порядку уменьшения u) - открытая коническая передача - цепная передача - винт-гайка.

Рис.6. Пример кинематической схемы привода:

1 - электродвигатель; 2 - клиноременная передача; 3 - редуктор цилиндрический, двухступенчатый, соосный (Ц2С); 4 - открытая зубчатая цилиндрическая передача (например, u = 5); 5 - открытая зубчатая цилиндрическая передача (например, u = 2,8); 6 - открытая зубчатая коническая передача; 7 - цепная передача; 8 - передача винт-гайка; 9 - рабочий орган машины

Передача, расположенная между двумя соседними валами, называется одной ступенью привода.

Конкретный состав передач в приводе зависит в основном от двух критериев:

1. от общего передаточного числа привода u₀ ;

2. от компоновки привода, т.е. от объема заданного пространства, в

котором должен размещаться привод.

2.2. Характеристика передач привода

Основные характеристики:

1). нагрузка на рабочем органе - сила F_р.о (Н), или вращающий момент T_р.о (Н.м), или мощность Р_р.о (кВт) - и характер (циклограмма) ее изменения в течение цикла;

2. скорость рабочего органа - угловая _р.о (с^-1), или частота вращения n_р.о (мин^-1), или линейная скорость v_р.о (м/с);

3. долговечность - в частности, срок службы: h в годах или L_h в часах.

Эти три характеристики минимально необходимы и достаточны для проектировочного расчета любой передачи. Кроме основных, важное значение имеют следующие дополнительные характеристики:

1. общее передаточное число привода u₀ = _дв /_р.о = n_дв /n_р.о ,

где, _дв, n_дв - угловая скорость и частота вращения вала двигателя:

2. общий КПД привода: ₀ = ₁₂... _i, где _i - КПД одной i-ой кинематической пары (см. табл.1).

Таблица 1. Значения КПД передач с учетом потерь в опорах на подшипниках качения

Тип передачи	Закрытая в масляной ванне	Открытая
Зубчатая передача: с цилиндрическими колесами	0,96. . .0.98	0.92. . .0.94
с коническими колесами	0,95. . .0.97	0,91. . .0,93
Червячная передача при: однозаходном червяке (u > 30)	0,7. . .0, 8	---
двухзаходном червяке (u = 14...30)	0,75. . .0,85	---
четырехзаходном червяке (u = 7,1...14)	0,8. . .0,9
Планетарная передача: схема 2К-Н, однорядная	0,98	---
схема 2К-Н, с двухрядными сателлитами	0,96	---
схема 3К	0,85. . .0,95	---
Волновая передача	0,8. . .0,9	---
Ременная передача	---	0,94. . .0,96
Цепная передача	0,94. . .0,96	0,92. . .0,95
Муфта соединительная	0,98	---
Подшипники качения (одна пара)	0,99	---

3. потребная (расчетная) мощность двигателя Р_дв.

При заданной циклограмме нагружения (режим технологического процесса фиксирован) считают [2,c.384], что двигатель работает в кратковременном режиме с продолжительностью работы под нагрузкой 10 мин  t  60 мин, при которой не происходит перегрева двигателя. При этом продолжительность остановок между блоками нагружения способствует охлаждению двигателя.

Потребная мощность определяется по формуле

Р_дв = Т_En_р.о / 9550₀, (1)

где Т_Е - постоянный эквивалентный вращающий момент: Т_Е = К_ЕТ_nom,

где Т_nom - номинальный момент - наибольший из длительно действующих (число циклов N > 10⁴...10⁵) по циклограмме нагружения (без учета пускового момента); Т_nom = Т_р.о;

К_Е - коэффициент приведения заданного переменного режима нагружения к эквивалентному постоянному:

К_Е =   (Т_i / T_nom)² (L_hi / L_h) , (2)

где Т_i, L_hi - момент и время работы i-го блока постоянной нагрузки с цикло-

граммы нагружения:

L_h = L_hi - полный срок службы передачи:

n - число блоков нагрузки по циклограмме нагружения.

Н

апример, для заданной на рис.7 циклограммы нагружения Т_nom = Т, число блоков n = 4,

коэффициент приведения

К_Е =  1²0,3 + 0,8²0,4 + 0,6²0,2 + 0,4²0,1 =

= 0,8.

При длительной непрерывной работе двигателя, если циклограмма нагружения отсутствует, К_Е = 1.

Момент Т_р.о может быть найден по одной из формул:

Рис.7. Пример

циклограммы нагружения Т_р.о = F_р.оd_р.о / 2000 или

Т_р.о = 9550 Р_р.о / n_р.о , (3)

где d_р.о - диаметр рабочего органа, мм.