Основні теоретичні відомості з кінематичного і силового розрахунків механічних передач і приводів

Із теоретичної механіки відомо, що при рівномірному обертальному русі один з визначальних силових параметрів механізму — крутний момент Т — прямо пропорційний потужності Р і обернено пропорційний частоті обертання n або кутовій швидкості ω: Т = Р/ω. Звідси витікає, що за сталої (незмінної) потужності крутний момент зростає зі зменшенням частоти обертання і навпаки — зменшується при збільшенні частоти обертання. Водночас відомо, що ефективність двигунів залежить від швидкості обертання їхнього вихідного вала. Звичайно двигуни працюють у режимі високих кутових швидкостей ω_о, які забезпечують їм найбільші потужність Р_о та коефіцієнт корисної дії (далі — ККД) і менші габаритні розміри. Вали ж виробничих машин працюють, як правило, з порівняно меншими кутовими швидкостями (ω_м < ω_о) і реалізують більші крутні моменти (Т_м > Т_о).

З урахуванням вищесказаного, між двигунами і виробничими машинами розміщують механічні передачі (далі — передачі), призначення яких полягає у зменшенні частоти обертання валів машини, збільшенні крутних моментів та забезпеченні потрібних параметрів руху на цих валах. Наприклад, двигуни звичайно передають обертальний рух, а робочі органи машини потребують інколи зворотно-поступального, хитного, гвинтового чи інших видів руху, або виникає потреба передавати енергію від одного двигуна до кількох виробничих машин чи механізмів однієї машини, вали яких обертаються з неоднаковими кутовими швидкостями і в різних напрямах тощо.

Таким чином, передачами називаються механічні пристрої, які застосовуються для передавання енергії від двигуна до робочого органу машини зі зміною кутової швидкості, крутного моменту, виду руху.

Залежно від способу передавання руху від ведучої ланки до веденої, розрізняють передачі тертям (фрикційні, пасові, гвинт-гайка) та передачі зачепленням (зубчасті, черв’ячні, ланцюгові) (рис. 2.1).

a б в

г д е

Рис. 2.1. Конструкції та кінематичні схеми найпоширеніших механічних передач:
а — фрикційна; б — зубчаста; в — черв’ячна; г — пасова; д — ланцюгова; е — гвинт-гайка

Кінематичні та силові розрахунки механічних передач і приводів виконуються за їхніми кінематичними схемами (рис. 2.2) і, найчастіше, потребують визначення нижчевказаних параметрів.

Лінійна (колова) швидкість тіла, яке обертається, направлена по дотичній до траєкторії руху (див. рис. 2.2):

, м/с, (2.1)

де d — діаметр тіла обертання, м; — кутова швидкість, рад/с; n — частота обертання, хв^-1 або об/хв.

	а	б
	в	г
	д	е
ж	к

Рис. 2.2 — Приклади кінематичних схем механічних приводів будівельних машин

Кутова швидкість тіла, яке обертається, може бути вирахувана за формулою:

рад/с. (2.2)

Частота обертання гладкого циліндричного тіла, наприклад, барабана вантажопіднімальної лебідки або стрічкового конвеєра (див. рис. 2.2):

n = (60 000 ν) / (π D) об/хв, (2.3)

де D — діаметр барабана, мм.

Частоту обертання зірочки ланцюгової передачі (див. рис. 2.1, д) можна вирахувати за наближеною формулою:

n = (60 000 ν) / (z _з t), об/хв, (2.4)

де z _з — кількість зубів зірочки; t — крок ланцюга, мм.

Колова сила, яка викликає обертання тіла, або опір обертанню, також направлена по дотичній до траєкторії руху (див. рис. 1, а):

, Н, (2.5)

де T — крутний момент, що передається тілом обертання, Нм; d — діаметр тіла обертання, м.

Потужність, яка передається тілом обертання:

, Вт; кВт, (2.6)

де розмірності F_t — Н, ν — м/c.

Крутний (крутильний, обертаючий, обертальний) момент, який передається або сприймається тілом обертання:

, Нм, (2.7)

де розмірності Р — Н, ω — рад/с.

Якщо потужність задана у кВт, а частота обертання в об/хв., то крутний момент можна вирахувати за формулою:

Т = (9550 Р) / n, Нм. (2.8)

Коефіцієнт корисної дії передачі (ККД):

, (2.9)

де , — потужності на ведучому та веденому валах відповідно.

Передаточне відношення передачі, яке, по суті, є відношенням основних параметрів обертального руху між ведучим і веденим валами, можна визначити за такими співвідношеннями:

. (2.10)

Для багатоступінчастих передач (див. рис. 2.2) загальний коефіцієнт корисної дії та загальне передаточне відношення вираховуються як добутки:

, (2.11)

, (2.12)

де — коефіцієнти корисної дії всіх елементів передач; — передаточні відношення кожної передачі.

Крутні моменти, які виникають на валах багатоступінчастих передач:

, Нм,

, Нм,

.............. (2.13)

, Нм.

Для зубчастих і черв’ячних передач існує також стандартизований параметр «» (передаточне число), яке чисельно дорівнює передаточному відношенню «і», але визначається за формулою (див. рис. 2.1, б, в):

, (2.14)

де — кількість зубів веденого і ведучого зубчастих коліс, які називають, відповідно, колесом і шестірнею, а в черв’ячних передачах z ₁ (z _ч) — означає число заходів черв’яка.

Зубчасті передачі бувають відкриті і закриті. Відкриті передачі (див. рис. 2.2, д) практично не захищені від атмосферного середовища і забруднення абразивними відходами, і через це працюють в гірших умовах, ніж закриті. Закриті передачі монтують в редукторах.

Редуктором називається механізм, який складається із змонтованих в окремому закритому корпусі передач зачепленням і призначений для зміни параметрів обертального руху від вхідного до вихідного вала, а саме — зменшення швидкості обертання і підвищення крутного моменту.

Залежно від виду передачі зачепленням, яка змонтована в редукторі, розрізняють зубчасті циліндричні, зубчасті конічні, черв’ячні і комбіновані редуктори (див. рис. 2.2). Вони можуть бути одно- і багатоступінчастими, тобто, включати кілька ступінчасто розташованих передач з метою отримання більшого передаточного числа за формулою (2.12).

Звичайно редуктори належать до механічних приводів.

Привод — це пристрій для приведення у дію робочого органу машини. Найрозповсюдженіші приводи, які є простими за конструкцією та в експлуатації, відносно дешевими, достатньо надійними і мають високий ККД. А тому приводи більшості машин включають стандартні двигуни, редуктори, муфти та апробовані на практиці механічні передачі: пасові, ланцюгові, фрикційні тощо (див. рис. 2.2).

Дата добавления: 2015-07-12