ПЕРЕДАЧА ВИНТ-ГАЙКА

Винтом называется цилиндрический стержень, на поверхности которого имеется винтовая канавка (или канавки) того или иного профиля.

Гайкой называется деталь с цилиндрическим отверстием, на стенках которого также образована винтовая канавка. Эти две детали сопрягаются по винтовым поверхностям.

Детали этой группы – винты и гайки – используются как резьбовые соединения для скрепления других деталей и как средства передачи движения.

Передача винт-гайка предназначена для преобразова­ния вращательного движения одного из элементов пары в поступательное перемещение также одного из них. При этом как винт, так и гайка могут иметь либо одно из указанных движений, либо оба движения.

Достоинства винтовых передач: простота получения медленного поступательного движения и большого выи­грыша в силе, плавность и бесшумность, способность вос­принимать большие нагрузки, возможность осуществле­ния точных перемещений, простота устройства.

Недостатки винтовых передач: большие потери на трение и сравнительно низкий к. п. д., что, вообще го­воря, справедливо только для обычных винтовых передач (с трением скольжения).

ЧЕРВЯЧНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

В современном машино- и приборостроении сравни­тельно широко распространены червячные передачи, при­меняемые для передачи движения между валами, оси кото­рых перекрещиваются.

Внешний вид червячной передачи показан на рис. Червяк, насаженный на вал или изготовленный заодно с валом и представляющий собой винт, вращает червячное колесо, расположенное на другом валу. Червячная передача относится к числу так называемых зубчато-винтовых передач, т. е. имеющих черты зубчатых винтовых передач. Передаточное число зубчатой передачи можно выразить как отношение числа зубьев червячного колеса к числу заходов червяка.

Червячные передачи различают по числу заходов чер­вяка — одно-, двух-, трех-, многозаходные; по распо­ложению червяка — с верхним, нижним и боковым рас­положением.

Наибольшее распространение имеют червячные передачи с цилиндрическим червяком (рис.).

Основные достоинства червячной пере­дачи, обусловившие ее широкое распространение в раз­личных отраслях машиностроения.

1. Плавность и бесшумность работы.

2. Возможность получения больших передаточных чи­сел при сравнительно небольших габаритах передачи. Червячные передачи применяют при передаточных числах от i =5 до i= 500. Диапазон передаточных чисел в си­ловых передачах i = 10÷80 (в редких случаях до 120).

3. Компактность. Как было показано выше, переда­точное число червячной передачи i= z₂/ z₁. Таким обра­зом, передаточное число i =100 можно получить при однозаходном червяке и колесе с z₂=100 (для получения такого же передаточного числа потребовалась бы трех­ ступенчатая зубчатая передача). Из этого примера видно, что червячная передача с большим передаточным числом значительно компактнее соответствующей зубчатой пере­дачи.

4. Возможность выполнения передачи, обладающей свой­ством самоторможения. Это свойство заключается в том, что движение может передаваться только от червяка к чер­вячному колесу, что очень важно в грузоподъемных уст­ройствах, так как позволяет обходиться без тормоза при выключении приводного двигателя. Груз останется при этом висеть на тросе, намотанном на барабан, скреплен­ный с червячным колесом.

Недостатки червячной передачи:

1. Сравнительно невысокий к. п. д. У червячной пере­дачи к. п. д. значительно ниже, чем у зубчатой пары, вследствие больших потерь на относительное скольжение под нагрузкой сопряженных профилей червяка и ко­леса. В передачах с многозаходными червяками при тща­тельном изготовлении удается достигнуть η = 0,95.

2. Сильный нагрев передачи вследствие перехода потерь на трение в тепловую энергию. Для уменьшения нагрева в червячной передаче применяют масляные резервуары с ребристыми стенками (у них более интенсивная теплоот­дача в окружающий воздух), а также обдув корпуса и другие способы.

3. Значительно меньшие, чем в зубчатых передачах, передаваемые мощности (обычно не выше 100 кВт)

РЕДУКТОР

Общие сведения

Обширный класс машин составляют производственные машины, которые преобразуют механическую работу, получаемую от двигателя, в работу, связанную с выполне­нием определенных технологических процессов. К ним, в частности, относятся машины по обработке металлов, древесины, почвы и др.

По условиям заданного технологического процесса рабочие органы производственных машин должны дви­гаться с определенными оптимальными скоростями. По­этому машина-двигатель должна передавать производ­ственной машине требуемое количество механической энергии при определенных значениях вращающего мо­мента и угловой скорости.

Машины-двигатели, в первую очередь электрические двигатели, обычно имеют большие угловые скорости, что обеспечивает их компактность. Известно, что с воз­растанием угловой скорости при заданной мощности вра­щающий момент уменьшается, уменьшаются и определяе­мые расчетом размеры деталей двигателя.

В большинстве случаев в производственных машинах необходим большой вращающий момент при угловой ско­рости, меньшей, чем у двигателя (в отдельных сравни­тельно редких случаях бывает наоборот).

Для передачи движения от двигателя к производствен­ной машине и изменения при этом угловой скорости и вра­щающего момента служат различные передаточные ме­ханизмы. Зубчатый, или червячный, передаточный механизм, предназначенный для уменьшения угловых скоростей и пред­ставляющий систему зубчатых колес в отдельном закры­том корпусе, непроницаемом для масла и пыли и одновре­менно являющемся масляной ванной для механизма, назы­вается редуктором.

Размещение опор валов редуктора в одном общем жестком корпусе обеспечивает постоянство относитель­ного расположения осей валов, а это позволяет применять широкие зубчатые колеса с малым модулем. Применение малых модулей в свою очередь приводит к увеличению точности и уменьшению шума при работе передачи, к сни­жению стоимости ее изготовления. Обильная смазка спо­собствует малому износу и повышает к. п. д. редукторной передачи. Наличие корпуса обеспечивает безопасность работы редукторов. Этими достоинствами редукторов объясняется их широкое применение в современном маши­ностроении и вытеснение ими открытых передач.

Редуктор может быть встроен в двигатель или произ­водственную машину и может быть самостоятельным устройством.

Момент от двигателя передается на входной (ведущий) вал редуктора через соединительную муфту, а в некоторых сравнительно редких случаях — через ременную или цепную передачу.

Момент от выходного (ведомого) вала редуктора пере­дается на вал производственной машины через соедини­тельную муфту или открытую передачу, цепную или зубчатую.

В современном машиностроении существует большое разнообразие кинематических схем редукторов, их форм и конструкций.

По виду звеньев передачи редукторы делятся на цилиндрические (оси ведущего и ведомого валов парал­лельны), конические (оси валов пересекаются), червячные (оси валов перекрещиваются в пространстве). Встречаются и комбинированные редукторы, представляющие сочета­ние зубчатых (цилиндрических и конических) и червяч­ных передач.

По числу пар передач редукторы делятся на одно­ступенчатые и многоступенчатые.

Ниже рассматриваются некоторые из основных схем редукторов.

Лекция 5

Детали, обслуживающие передачи

Валы и оси

Детали, на которые насажены вращающиеся части машин — детали собственно передач (шкивы, зубчатые колеса)— называют осями и валами. Оси и валы различаются между собой по условиям работы. Оси, несущие на себе вращающиеся части, не передают моментов и подвергаются только изгибу; валы, являясь, как и оси, поддерживающими деталями, передают момент и работают кроме изгиба еще и на кручение.

Поддерживая детали передач, оси и валы в свою очередь сами опираются на неподвижные опорные части — подшипники и подпятники.

По конструкции оси можно разделить на две основные группы:

- оси, вращающиеся в опорах вместе с насаженными на них деталями (рис. а);

- неподвижные оси, служащие опорами для вращаю­щихся на них деталей (рис., б).

По конструкции валы делятся на сплошные и полые, с прямой осью (рис.) и коленчатые.

Оси и валы конструируют обычно в виде брусьев, со­стоящих из ряда цилиндрических участков различных диа­метров.

Ось или вал соединяют с деталями передач, насаживае­мыми на них, шпонками, шлицами и т. п. С этой целью на валу делают шпоночные канавки или шлицы. Наса­живаемые на вал детали удерживаются от сдвига в осевом направлении с помощью специальных установочных ко­лец, распорных втулок, а также благодаря наличию на валах буртиков или уступов.

Для удобства сборки и для фиксации в осевом направлении насаженных деталей валы приходится делать ступенчатыми.

Подшипники

Подшипники предназначены для поддержания вращающихся осей и валов вместе с посаженными на них деталями, для обеспечения свободного вращения осей и валов, восприятия и передачи на корпус (станину, фундамент) сил, действующих на опоры со стороны вала (оси).

По роду трения между валом (осью) и опорами подшипники разделяются на подшипники скольжения и подшипники качения (шариковые и роликовые). В подшипниках, скольжения поверхность цапфы вала (оси) скользит по поверхности подшипника. Так как при этом возникают силы трения, ведущие к износу цапфы и подшипника, между трущимися поверхностями обязательно вводят слой смазки, назначением которого является уменьшение по­терь на трение и снижение износа.

Подшипник скольжения состоит из двух основных элементов: корпуса и вкладыша. Вкладышем называют сравнительно тонкую втулку, непосредственно охватывающую цапфу вала. Вкладыш отделяют от корпуса с целью выполнения из более качественного и дорогого антифрикционного материала, а также для облегчения его замены при износе. К преимуществам таких подшипников следует отнести: небольшие габариты в радиальном направлении, сохранение работоспособности в условиях химически агрессивных сред и загрязненной смазки, бесшумность, способность гасить (демпфировать) колебания. Недостатки – большие потери на трение, значительные габариты в осевом направлении, сравнительная сложность конструкции, необходимость подвода смазки в относительно большом количестве, применение дефицитных антифрикционных металлов (бронзы, баббита).

Подшипники скольжения применяются в современном машиностроении значительно реже подшипников качения. Однако в ряде областей подшипники скольжения предпочтительны – например, для опор особо тяжелых валов, деталей, подвергающихся ударной или вибрационной нагрузке, для коленчатых валов (где необходимы разъемные подшипники) и т. п.

Опоры качения, где трение скольжения заменено тре­нием качения, лишены недостатков, присущих опорам скольжения. Основные достоинства подшипников качения по сравнению с подшипниками скольжения:

- меньшие моменты сил трения (в том числе пусковые моменты);

- менее сложный уход;

- меньший расход смазочных материалов;

- высокая степень стандартизации, централизован­ное массовое производство, низкая стоимость.

Недостатки: большие радиальные размеры, меньшая демпфирующая способность, ограниченная возможность работы при больших угловых скоростях и тяжелых нагрузках.

Подшипники качения состоят из двух колец: внутреннего 1 и наружного 2 (внутреннее кольцо насаживают на вал, а наружное устанав­ливают в корпусе), тел качения — шариков 3 или роликов, катящихся по беговым дорожкам колец на некотором расстоянии один от другого, и сепаратора 4 — специальной детали, удерживающей телa качения на постоянных расстояниях одно от другого. Тела качения и кольца изготовляют из высокопрочной закаленной стали. В качестве тел качения применяют шарики, ролики цилиндрические короткие, длинные, витые, игольчатые, конические, бочкообразные. Существует большое разнообразие подшипников в зависимости от воспринимаемой нагрузки, габаритов. По числу рядов тел качения различают однорядные и двухрядные подшипники.

Муфты

Муфтами называют устройства, служащие для соедине­ния валов между собой или с деталями, свободно насажен­ными на валы (зубчатые колеса, шкивы), с целью передачи вращающего момента. Соединение бывает постоянным, при котором разъединение возможно только при раз­борке с остановкой машины, или производимым в про­цессе работы с целью включения и выключения вращения ведомого вала при непрерывном вращении ведущего. В соответствии с этим муфты делятся на постоянные и сцепные.