Механические передачи. Классификация. Основные параметры

Принцип работы

Фрикционные передачи состоят из 2 тел вращения: ведомого и ведущего катков, насаженных на валы. Передача вращательного движения производится посредством силы трения, появляющейся на площадках контакта рабочих тел под действием сил прижатия. Прижатие катков производится следующими способами:

1. Посредством гидроцилиндров. Используется во время больших нагрузок.
2. Собственным весом машины или ее узла.
3. При помощи комплексных рычажных механизмов.
4. С использованием центробежной силы. Применяется во время перемещения фрикционных звеньев в планетарных системах.

Важно, чтобы выполнялось следующее условие: сила трения должна быть больше или равна окружной силе. Нарушение данного принципа приводит к возникновению упругого и геометрического скольжения в месте соприкосновения рабочих тел вращения. В результате снижается угловая скорость ведущего катка, что приводит к буксованию фрикционных передач.

Многочисленные виды фрикционных механизмов отличаются назначением, характером изменения передаточного значения и конструкцией. Наибольшее применение в промышленности из них нашли фрикционные вариаторы. Они изготавливаются в виде отдельных агрегатов для привода машин и характеризуются переменным передаточным отношением. Выделяют следующие разновидности фрикционных вариаторов:

1. Лобовые: имеют упрощенную конструкцию и применяются универсально токарно-винторезных станках. Из-за низкой точности изготовления рабочих тел они быстро изнашиваются, что снижает КПД.
2. Торовые: оснащены дисками конусовидной формы и чашками в виде круглого тора. Данные механизмы обеспечивают равенство контактных напряжений и позволяют увеличить КПД и износоустойчивость инструмента.
3. Ременные: передача движения производится с применением закрытого кольцевого ремня с разными видами сечения (трапециевидным, круглым, прямоугольным, клиновым). Натяжение ремня производится при помощи приводных моторов, шкива, пружины или груза, выступающего в качестве противовеса.
4. Дисковые: смена скоростных характеристик производится посредством вращения двух дисков (фрикционов), расположенных на валах. Данный вид вариаторов не требует дополнительного обслуживания и функционирует при наличии синтетической смазки. Он не издает лишних шумов и плавно изменяет скорость вращения в заданном порядке.

Выбор определенного типа вариатора зависит от условий его работы: величины передаваемой мощности, требуемого диапазона регулирования, и минимальной частоты вращения валов. Эти характеристики указываются при изображении фрикционного механизма на кинематических схемах.

НАЗНАЧЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ПРИНЦИПУ ДЕЙСТВИЯ

Слайд 1

Назначение механических передач и их классификация по принципу действия Основы технической механики Выполнил студент ПУ №66 Богданов Владимир Преподаватель: Турчанинова Галина Александровна

Слайд 2

Механические передачи это: механизм, служащий для передачи и преобразования механической энергии от энергетической машины до исполнительного механизма (органа) одного или более, как правило с изменением характера движения (изменения направления, сил, моментов и скоростей). Как правило, используется передача вращательного движения.

Слайд 3

Назначение механических передач Назначение передач в основном состоит в понижении или повышении частоты вращения двигателя или иного источника вращательного движения с соответствующим повышением или понижением вращающего момента.

Слайд 4

Классификация по принципу действия Все механические передачи разделяют на две основные группы: а) передачи, основанные на использовании сил трения (ременные, фрикционные); б) передачи, основанные на зацеплении (зубчатые, червячные, цепные, винтовые).

Слайд 5

Ременная передача передача механической энергии при помощи гибкого элемента — приводного ремня , за счёт сил трения или сил зацепления (зубчатые ремни). Может иметь как постоянное, так и переменное передаточное число ( вариатор ), валы которого могут быть с параллельными, пересекающимися и со скрещивающимися осями. Состоит из ведущего и ведомого шкивов и ремня (одного или нескольких).

Слайд 6

ДОСТОИНСТВО: плавность работы; бесшумность; компенсация неточности установки шкивов редуктора, особенно по углу скрещивания между валами, вплоть до применения передачи между перемещаемыми валами; компенсация перегрузок (за счет проскальзывания); сглаживание пульсаций как от двигателя (особенно ДВС), так и от нагрузки, поэтому упругая муфта в приводе может быть необязательна; отсутствие необходимости в смазке; низкая стоимость деталей (ремня и шкивов); лёгкий монтаж; возможность использования в качестве муфты сцепления (например, на мотоблоках) (для клиновых ремней) возможность получения регулируемого передаточного отношения ( вариатор ) достоинства в сравнении с цепной передачей: — возможность работы на высоких окружных скоростях; — при обрыве ремня прочие элементы привода не повреждаются, и шкивы вращаются свободно (а при обрыве цепи она часто складывается, повреждая кожух и блокируя приводной вал) достоинства в сравнении с зубчатой передачей : возможность передачи движения между валами, находящимися на значительном расстоянии друг от друга;

Слайд 7

НЕДОСТАТКИ большие размеры (для одинаковых условий нагружения диаметры шкивов почти в 5 раз большие, чем диаметры зубчатых колёс);; малая несущая способность ; малый срок службы (в пределах 1000-5000 часов); скольжение (не относится к зубчатым ремням), из-за чего непостоянство передаточного числа ; повышенная нагрузка на валы и их опоры, что связано с необходимостью достаточно высокого предварительного натяжения ремня; наличие дополнительных элементов (всегда — для натяжения ремня и иногда — для гашения колебаний длинной ветви и удержания ремня на шкивах)

Слайд 8

Фрикционная передача Фрикционная передача ( лат. frictio , родительный падеж frictionis — трение) — кинематическая пара, использующая силу трения между собой для передачи механической энергии. Трение между элементами может быть сухое, граничное, жидкостное. Жидкостное трение наиболее предпочтительно, так как значительно увеличивает долговечность фрикционной передачи.

Слайд 9

Фрикционные передачи бывают: с параллельными валами с пересекающимися валами с внешним контактом с внутренним контактом по возможности варьирования передаточного отношения нерегулируемые ( i=const ) регулируемые (фрикционный вариатор ) по возможности изменения передаточного отношения при наличии промежуточных тел в передаче по форме контактирующих тел цилиндрические конические сферические плоские

Слайд 10

Применение фрикционных передач Валы прокатных станов, мотор-редуктор с фрикционным вариатором , ведущие колёса транспортных средств, взаимодействующих с опорной поверхностью посредством сил трения.

Слайд 11

Зубчатая передача Зубча́тая переда́ча — это механизм или часть механизма механической передачи , в состав которого входят зубчатые колёса . Назначение: передача вращательного движения между валами , которые могут иметь параллельные, пересекающиеся и скрещивающиеся оси. преобразование вращательного движения в поступательное, и наоборот. При этом усилие от одного элемента к другому передаётся с помощью зубьев. Зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев называется шестернёй, второе колесо с большим числом зубьев называется колесом. Пара зубчатых колёс, имеющих одинаковое число зубьев, — в этом случае ведущее зубчатое колесо называется шестернёй, а ведомое — колесом. Обычно число зубьев на сопряжённых зубчатых колёсах стремятся делать взаимно простым , что обеспечивает бо́льшую равномерность износа: в этом случае каждый зуб одного колеса будет по очереди работать со всеми зубьями другого кол

Слайд 12

Червячная передача Червя́чная переда́ча (зубчато-винтовая передача) — механическая передача , осуществляющаяся зацеплением червяка и сопряжённого с ним червячного колеса [1] .

Слайд 13

Цепная передача Цепная передача — это передача механической энергии при помощи гибкого элемента — цепи , за счёт сил зацепления. Может иметь как постоянное, так и переменное передаточное число (напр., цепной вариатор ). Состоит из ведущей и ведомой звездочки и цепи. Цепь состоит из подвижных звеньев. В замкнутое кольцо для передачи непрерывного вращательного движения концы цепи соединяются с помощью специального разборного звена. Обычно число зубьев на звёздочках и число звеньев цепи стремятся делать взаимно простыми , что обеспечивает равномерность износа: каждый зуб звёздочки будет поочерёдно работать со всеми звеньями цепи.

Слайд 14

Винтовая передача Для термина «Винт» см. также другие значения . Шариковинтовая передача, с разобранным возвратным каналом Винтовая передача скольжения Винтовая передача — механическая передача , преобразующая вращательное движение в поступательное, или наоборот. В общем случае она состоит из винта и гайки . Винтовые передачи делятся на: передачи скольжения ; передачи качения : шариковинтовые передачи качения (ШВП); роликовинтовые передачи качения.

Основные характеристики фрикционной передачи

Для расчета фрикционной передачи необходимо учитывать следующие критерии

1. Передаточное число – величина, равная отношению числа зубьев ведомого и ведущего валов. Оно оказывает воздействие на скорость передачи крутящегося момента от мотора к приводу узла. Эта характеристика равна отношению угловых скоростей катков. Также передаточное количество можно выразить при помощи отношения частот вращения или диаметров катков. В большинстве фрикционных механизмов его значение меньше или равно 7.
2. КПД: указывает количество утраченных мощностей. Зависит от числа потерь во время качения и скольжения. Величина этого параметра рассчитывается экспериментальным методом, при помощи сравнения мощностей ведущего и ведомого валов. Средний КПД фрикционных механизмов равняется 90%.
3. Контактная прочность: характеризует способность передачи выдерживать крупные нагрузки. Оценивается при помощи контактного напряжения, возникающего в месте соприкосновения катков. Чем ниже контактная прочность конструкции, тем сильнее изменяется форма основных деталей во время соприкосновения. Рассчитать эту характеристику можно при помощи формулы Герца, где учитываются коэффициент нагрузки, приведенный радиус кривизны, модуль упругости и сила сжатия катков.
4. Тип движения катков: характеризует траекторию движения рабочих тел вращения. Оно может быть реверсивным и нереверсивным. При реверсивном движении рабочие тела вращения перемещаются в противоположных направлениях, что позволяет осуществлять передачу 2 путями. При нереверсивном движении катки движутся в 1 направлении. Передача производится только 1 единственным способом.
5. Материал тел качения – характеристика, влияющая на износостойкость устройство, контактную прочность, коэффициент трения и модуль упругости. Чаще всего при изготовлении деталей кинематической пары используется металлокерамика или сочетание стандартной и закаленной стали (закалка до 60 HRC). Эти материалы уменьшают габариты механизма и увеличивают величину КПД. При использовании чугуна катки смогут работать без использования смазки. Наиболее дешевым материалом являются фрикционные пластмассы и текстолит. Но они обладают низким КПД: 50%. Высокими показателями трения обладают валы с кожаным или деревянным покрытием. Минусом этих материалов является низкая контактная прочность.

В следующей таблице указана величина коэффициента трения для фрикционных передач из разных материалов:

Эти факторы и характеристики учитываются при изображении фрикционной передачи на кинематических схемах.

Виды передач

Фрикционная передача Зубчатая передача Ременная передача Червячная передача Цепная передача Храповые механизмы Вращательное движение в машинах передается при помощи фрикционной, зубчатой, ременной, цепной и червячной передач. Будем условно называть пару, осуществляющую вращательное движение, колесами. Колесо, от которого передается вращение, принято называть ведущим, а колесо, получающее движение — ведомым.

Всякое вращательное движение можно измерить оборотами в минуту. Зная число оборотов в минуту ведущего колеса, мы можем определить число оборотов ведомого колеса. Число оборотов ведомого колеса зависит от соотношения диаметров соединенных колес. Если диаметры обоих колес будут одинаковы, то и колеса будут крутиться с одинаковой скоростью. Если диаметр ведомого колеса будет больше ведущего, то ведомое колесо станет крутиться медленнее, и наоборот, если его диаметр будет меньше, оно будет делать больше оборотов. Число оборотов ведомого колеса во столько раз меньше числа оборотов ведущего, во сколько раз его диаметр больше диаметра ведущего колеса.

В технике при конструировании машин часто приходится определять диаметры колес и число их оборотов. Эти расчеты можно делать на основе простых арифметических пропорций. Например, если мы условно обозначим диаметр ведущего колеса через Д1, диаметр ведомого через Д2, число оборотов ведущего колеса через n1, число оборотов ведомого колеса через n2, то все эти величины выражаются простым соотношением:

Д2/Д1 = n1/n2

Если нам известны три величины, то, подставив их в формулу, мы легко найдем четвертую, неизвестную величину.

В технике часто приходится употреблять выражения: «передаточное число» и «передаточное отношение». Передаточным числом называют отношение числа оборотов ведущего колеса (вала) к числу оборотов ведомого, а передаточным отношением — отношение между числами оборотов колес независимо от того, какое из них ведущее. Математически передаточное число пишется так:

n1/n2 = i или Д2/Д1 = i

где i — передаточное число. Передаточное число — величина отвлеченная и размерности не имеет. Передаточное число может быть любым — как целым, так и дробным.

Фрикционная передача

При фрикционной передаче вращение от одного колеса к другому передается при помощи силы трения. Оба колеса прижимаются друг к другу с некоторой силой и вследствие возникающего между ними трения вращают одно другое. Недостаток фрикционной передачи: большая сила, давящая на колеса, вызывающая дополнительное трение, а следовательно, требующая и дополнительную силу для вращения. Кроме того, колеса при вращении, как бы они ни были прижаты друг к другу дают проскальзывание. Поэтому там, где требуется точное соотношение чисел оборотов колес, фрикционная передача себя не оправдывает.
Достоинства фрикционной передачи:

• Простота изготовления тел качения;
• Равномерность вращения и бесшумность работы;
• Возможность бесступенчатого регулирования частоты вращения и включения/выключения передачи на ходу;
• За счет возможностей проскальзывания передача обладает предохранительными свойствами.

Недостатки фрикционной передачи:

• Проскальзывание, ведущее к непостоянству передаточного числа и потери энергии;
• Необходимость обеспечения прижима.

Применение фрикционной передачи: В машиностроении чаще всего применяют бесступенчатые фрикционные передачи для бесступенчатого регулирования скорости.

В самодельных устройствах фрикционная передача может быть широко использована. Особенно приемлемы передачи цилиндрическая и лобовая. Колеса для передач можно делать деревянные. Для лучшего сцепления, рабочие поверхности колес следует «обшить» слоем мягкой резины толщиной в 2-3 мм. Резину можно или прибить мелкими гвоздиками, или приклеить клеем.

Зубчатая передача

В зубчатых передачах вращение от одного колеса к другому передается при помощи зубьев. Зубчатые колеса вращаются намного легче фрикционных. Объясняется это тем, что здесь нажима колеса на колесо совсем не требуется. Для правильного зацепления и легкой работы колес профиль зубца делают по определенной кривой, называемой эвольвентой.

Диаметр начальной окружности является основным расчетным диаметром зубчатых колес. Расстояние, взятое по начальной окружности между осями соседних зубцов, между осями впадин или от начала одного зубца до начала другого, называется шагом зацепления. Разумеется, что шаги у зацепляющихся шестерен должны быть равны.

Передаточное число в зубчатых колесах может выражаться и через число зубцов:

i = z2/z1

где z2 — число зубцов ведомого колеса, z1 — число зубцов ведущего колеса.

Есть в шестернях еще одна очень важная величина, которую именуют модулем. Модулем называют отношение шага к величине π (3,14) или отношение диаметра начальной окружности к числу зубцов на колесе. Модуль, шаг и другие величины шестерен измеряются в миллиметрах. Колеса с одинаковым модулем, с любым количеством зубцов дают нормальное зацепление. Модули зубчатых колес берутся не произвольно. Величины их стандартизированы.

Передаточное число шестеренчатой передачи берется обычно в определенных пределах. Оно колеблется до 1:10. При увеличении передаточного числа одна из шестерен делается очень большой, механизм получается громоздким. Но иногда бывает нужно получить очень большое передаточное число, которое одной парой шестерен создать трудно. В этом случае ставится несколько пар и передаточное число распределяется между ними.

Иногда в передачах малую шестерню требуется сделать особенно уменьшенной, например в часах, в приборах. В этих случаях шестерню с валом делают из одного куска. Такую цельную шестерню принято называть трибком (трибок).

Часто в машинах применяют цилиндрические шестерни, у которых зубец идет не по оси вращения, а под некоторым углом (г). Такие шестерни работают на больших скоростях очень плавно, и зубцы их выносят большую нагрузку. Колеса с косыми зубцами носят название косозубых цилиндрических колес. Еще более плавный ход при большой прочности зубцов дают так называемые шевронные колеса (д). Зубцы у этих колес скошены в обе стороны, расположены «в елочку».

Шестеренчатая передача применяется не только с параллельными валами, когда используются так называемые цилиндрические шестерни, но и тогда, когда валы идут под любым углом. Такая передача под углом называется конической зубчатой передачей, а шестерни — коническими (ж).

Конические шестерни, так же как и цилиндрические, бывают со спиральным косым зубцом (з). Такие шестерни обычно применяются в автомобилях (для плавности работы). В зубчатых передачах можно применить шестерни с рейкой. Для периодического вращения может применяться шестеренчатая пара, у которой ведущая шестерня имеет неполное число зубцов.

Ведущие шестерни встречаются и с одним зубцом. Такие передачи очень часто применялись в счетных механизмах. Ведущая шестерня имеет один зубец, а ведомая — десять, и, таким образом, за один оборот ведущей шестерни ведомая повернется всего на одну десятую оборота. Чтобы повернуть ведомую шестерню на один оборот, ведущая должна сделать десять оборотов.

а — шестерня с одним зубом, б — мальтийский крест

Достоинства зубчатой передачи:

• Значительно меньшие габариты, чем у других передач;
• Высокий кпд (потери в точных, хорошо смазываемых передачах 1-2%);
• Большая долговечность и надёжность.

Недостатки зубчатой передачи:

• Шум при работе;
• Необходимость точного изготовления.

Применение зубчатой передачи: Наиболее распространённый вид механических передач. Их применяют для передачи мощностей — от ничтожно малых до десятков тысяч кВт.

К разобранному типу передач можно отнести и так называемое мальтийское зацепление, или мальтийский крест (б). Механизм мальтийского креста применяется для периодического вращения.

Ременная передача

Ременная передача, как и шестеренчатая, встречается очень часто. Ремень, натянутый на шкивы, охватывает какую-то их часть. Эта облегающая часть (дуга) носит, название угла обхвата. Чем больше будет угол обхвата, тем лучше образуется сцепление, лучше и надежнее будет вращение шкивов. При малом угле обхвата может получиться так, что ремень на малом шкиве станет проскальзывать, вращение будет передаваться плохо или его совсем не будет. Угол обхвата зависит от соотношения размеров шкивов и их расстояния друг от друга. На рисунках (а, б) показано, как меняются углы обхвата. Когда требуется увеличить угол обхвата, у передачи ставят нажимной шкив-ролик (в).

В зависимости от расположения валов и ремня ременная передача бывает разных видов.

Открытая передача (г). Оба шкива при такой передаче вращаются в одну сторону.

Перекрестная передача (д). Такую передачу применяют, когда требуется изменить вращение ведомого шкива. Шкивы вращаются навстречу друг другу.

Полуперекрестная передача (е) применяется, когда валы лежат не параллельно, а под углом.

Угловая передача (ж) образуется, когда валы идут под углом, но лежат как бы в одной плоскости. При этой передаче для получения надлежащего направления ремня обязательно устанавливают ролики.

Спаренная передача (з). При этой передаче с одного ведущего шкива могут идти ремни на несколько ведомых шкивов.

Кроме перечисленных передач, бывает еще и ступенчатая передача (и). Она применяется тогда, когда требуется изменять число оборотов ведомого вала. Оба шкива в этой передаче делаются ступенчатыми. Переставляя ремень на ту или иную пару ступеней, меняют число оборотов ведомого вала. При этом длина ремня остается неизменной.

По своему профилю ремни бывают плоские, круглые и трапецеидальные (к, л, м).

Передаточное число ременных передач берется в пределах 1:4, 1:5 и только в исключительном случае — до 1:8.

При расчете ременной передачи учитывается скольжение ремня по шкивам. Это проскальзывание выражается в пределах 2-3%. Чтобы получить нужные обороты, диаметр ведомого шкива уменьшают в этих же пределах.

Шкивы можно cделать из фанеры или легких металлов.

Достоинства ременной передачи:

• Простота конструкции;
• Возможность расположения ведущего и ведомого шкивов на больших расстояниях (более 15 метров);
• Плавность и бесшумность работы;
• Предохранение механизмов от перегрузки за счёт упругих свойств ремня и его способности проскальзывать по шкивам;
• Возможность работы с большими угловыми скоростями.

Недостатки ременной передачи:

• Постепенное вытягивание ремней, их недолговечность (при больших скоростях работает от 1000 до 5000 часов);
• Непостоянство передаточного отношения (из-за неизбежного проскальзывания ремня);
• Относительно большие размеры.

Применение ременной передачи: Используется очень часто, от бытовой электроники до промышленных механизмов мощностью до 50 кВт.

Червячная передача

Червячная передача служит для получения вращения между валами, пересекающимися в одной плоскости. Передача состоит из винта (червяка) и винтового колеса, которые находятся в зацеплении. При вращении червяка витки ведут зубцы колеса и заставляют его вращаться. Обычно вращение от червяка передается колесу. Обратная передача почти не встречается из-за самоторможения.
Червячная передача применяется чаще всего при больших передаточных числах в пределах от 5 до 300. Благодаря большому передаточному числу червячная передача широко применяется в качестве механизма для снижения числа оборотов — редуктора.

Обычно червяк соединяется при помощи муфты с электромотором, а вал червячного колеса соединяется с машинами (станком, лебедкой, транспортером и пр.), которым он и передает необходимое вращение. Конструктивно червячный редуктор оформляют в самостоятельный механизм, помещенный в закрытый корпус.

Передаточное число червячной передачи (i), зависит от числа заходов червяка и количества зубцов на колесе. Его можно легко вычислить по формуле:

i = Z/K

где Z — число зубцов винтового колеса, а K — число заходов червяка. Решим пример: мотор совершает n1 = 1500 об/мин, на валу червячной шестерни нужно получить n2 = 50 об/мин. Червяк двухзаходный, то есть K = 2. Необходимо определить передаточное число и количество зубцов на винтовой шестерне. Передаточное число определится из формулы:

i = n1/n2 = 1500/50 = 30

Число зубцов на шестерне Z = i·K = 30·2 = 60 зубцов.

Редукторы можно сделать по-разному. У одних червяк делается из обыкновенного крепежного винта, у других он изготовляется навивкой на стержень в виде пружины проволоки или узкой медной полоски (на ребро). Для прочности витки к стержню следует припаивать. Червячные шестерни подбирают от ненужного часового механизма. Но их можно сделать и самим: нарезать напильником из латунного или дюралевого диска.

При изготовлении редукторов нужно следить за тем, чтобы винт и шестерня при вращении не имели бы осевого смещения. В быстроходных редукторах его валы следует устанавливать на подшипниках.

Достоинства червячной передачи:

• Плавность и бесшумность работы;
• Большое передаточное число.

Недостатки червячной передачи:

• Усиленное тепловыделение;
• Повышенный износ;
• Склонность к заеданию;
• Сравнительно низкий кпд.

Применение червячной передачи: Преимущественно используется, когда требуется большое передаточное число.

Цепная передача

Цепная передача по сравнению с ременной удобна тем, что не дает проскальзывания и позволяет соблюдать правильность передаточного числа. Цепная передача осуществляется только при параллельных валах.
а — пластинчатая роликовая цепь, б — бесшумная цепь

Основной величиной цепной передачи является шаг. Шагом считается расстояние между осями роликов у цепи или расстояние между зубцами звездочки.

Кроме роликовых цепей, в машинах широко применяются еще зубчатые, так называемые бесшумные цепи. Каждое звено их соединено из нескольких зубчатых пластин в ряд. Ширина этой цепи намного больше, чем роликовая. Звездочка такой передачи похожа на шестерню. Зубчатые цепи могут работать на больших скоростях.

Допустимое передаточное число цепных передач может быть до 1:15. Самое малое число зубцов у звездочек берут: у роликовых цепей — 9, а у зубчатых — 13-15. Расстояние между осями звездочек принимают не менее полуторного диаметра большой звездочки.

Цепь надевается на звездочки не туго, как ремни, а с некоторым провисанием. Для регулирования натяжения применяется натяжной ролик. Число оборотов ведомой звездочки зависит от соотношения зубцов на обеих звездочках.

Достоинства цепной передачи:

• Меньшая чувствительность к неточностям расположения валов;
• Возможность передачи движения одной цепью нескольким звездочкам;
• Возможность передачи вращательного движения на большие расстояния.

Недостатки цепной передачи:

• Повышенный шум и износ цепи при неправильном выборе конструкции, небрежном монтаже и плохом уходе.

Применение цепной передачи: При межосевых расстояниях, при которых зубчатые передачи требуют промежуточных ступеней или паразитных зубчатых колес, не вызываемых необходимостью получения нужного передаточного отношения; при необходимости работы без проскальзывания (препятствующего применению клиноременных передач).

Храповые механизмы

Кроме непрерывного вращательного движения, в машинах очень часто применяется прерывистое вращательное движение. Такое движение осуществляется при помощи так называемого храпового механизма. Основными частями храпового механизма являются: храповик (диск с зубцами), рычаг и собачка. Зубцы храповика имеют особую форму. Одна сторона у них сделана пологой, а другая отвесной или несколько поднутренной. Храповик насажен на вал неподвижно. Рычаг же, сидящий рядом с храповиком, может свободно качаться. На рычаге имеется собачка, которая одним концом лежит на храповике. С помощью шатуна или тяги от того или иного ведущего механизма рычаг приходит в качательное движение. При отклонении рычага влево собачка скользит свободно по пологому склону зубцов, не поворачивая храповик. При отходе вправо собачка упирается в уступ зубца и поворачивает храповик на некоторый угол. Так, непрерывно качаясь в ту и другую сторону, рычаг с собачкой приводит храповик с валом в периодическое вращательное движение. Для надежного прилегания собачки к храповику собачка снабжается нажимной пружиной.
Но чаще бывает другое назначение храпового механизма — предохранения вала с храповиком от проворачивания. Так, у лебедки при подъеме груза храповик с собачкой не дают барабану провертываться обратно.

Иногда нужно получить вращение храповика не только в одну сторону, но и в другую. В этом случае зубцы у храповика делают прямоугольными, а собачку — перекидной (б). Перекинув собачку вправо или влево, можно изменить и вращение храповика.

Число зубцов на храповике зависит от требуемого угла поворота. На какую часть окружности поворачивается храповик, столько делают и зубцов. Например, если на 60° — одну шестую долю окружности, то берут 6 зубцов; на 30° — одну двенадцатую долю — делают 12 зубцов и т.д. Меньше шести зубцов на храповике обычно не бывает.

Храповик должен быть небольшим. Большой храповик потребует увеличения размаха рычага и большого хода кривошипа, качающего рычаг. Высоту зубца храповика следует брать в пределах 0,35-0,4 от шага. Профиль зубца делают остроугольным, пологую сторону зубца — прямой, но ее можно и очерчивать по радиусу. Рычагов лучше брать два, помещая их по обеим сторонам храповика. При двух рычагах собачка и поводок от кривошипа встанут между ними и уменьшат перекос при работе. Нажим собачки можно осуществлять не только пружиной, но и резинкой. Конец собачки следует хорошо скашивать, чтобы она надежнее упиралась в зубец.

Ещё по теме: Самодельный шкив

При использовании содержания данного сайта, нужно ставить активные ссылки на этот сайт, видимые пользователями и поисковыми роботами.
Литература

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.

Передачи, применяемые в станках. Детали станков

При всем многообразии конструкций токарных станков отдельные их механизмы и детали имеют много общего. Это облегчает изучение станков, а также их использование.

Познакомимся с наиболее типичными деталями и механизмами, применяемыми в токарных станках.

Ременная передача

Ременная передача является наиболее распространенним видом передачи гибкой связью в металлорежущих станках.

Ременная передача в токарных станках применяется главным образом для передачи вращения приводному шкиву от электродвигателя.

На рис. 2, а показана ременная передача, состоящая из двух шкивов А и Б, сидящих на параллельных валах и соединенных бесконечным ремнем. Благодаря натяжению ремня движение от шкива А передается шкиву Б. Шкив А, передающий движение, называется ведущим

, а шкив Б, воспринимающий движение от шкива А и передающий его своему валу, называется
ведомым
.

Допустим, что шкив А имеет диаметр D1 = 250 мм, а шкив Б — диаметр D2 — 500 мм.

Если ведущий шкив А диаметром D1 = 250 мм сделает один полный оборот, то ведомый шкив Б диаметром D2 — 500 мм сделает пол-оборота, так как диаметр шкива А вдвое меньше диаметра шкива Б.

Число оборотов в технике принято обозначать буквой n (эн). Следовательно, если ведущий шкив А сделает в данном случае n оборотов в минуту, то ведомый шкив Б сделает оборотов.

Число оборотов ведомого шкива можно вычислить по формуле

(1)

где D1 — диаметр ведущего шкива в мм; D2 — диаметр ведомого шкива в мм; n1 — число оборотов ведущего шкива в минуту; n2 — число оборотов ведомого шкива в минуту.

Пример 1.

Сколько оборотов в минуту сделает ведомый шкив, если диаметр ведущего шкива равен 200 мм, причем этот шкив делает 450 об/мин, а диаметр ведомого шкива равен 300 мм. Решение. откуда В действительности число оборотов ведомого шкива вследствие проскальзывания ремня получается несколько меньше подсчитанного; вследствие небольшой разницы (около 2%) мы в своих расчетах не будем учитывать проскальзывание.

Следует различать передачу плоскими и клиновидными ремнями.

Плоские ремни изготовляют из кожи, хлопчатобумажной пряжи и прорезиненной ткани. Для получения бесконечной ленты ремни сшивают посредством сыромятных узких ремешков, склеивают или соединяют металлическими скрепками.

Следует указать, что ремень тем больше проскальзывает, чем слабее его натяжение и чем меньшую часть шкива по окружности он охватывает. Ременная передача работает тем лучше, чем больше охватываемая ремнем часть шкива или чем больше угол охвата.

Клиновидные ремни изготовляют из прорезиненной ткани. Они имеют трапецеидальный профиль. Клиновидные ремни натягивают по нескольку в ряд, укладывая их на шкивах в канавки соответствующего профиля (см. рис. 2, б). Проскальзывание таких ремней во время работы незначительно (это обеспечивается хорошим контактом ремней в канавках), и работают они более плавно. В силу этих преимуществ они находят все большее применение в металлорежущих станках.

В токарных станках в связи с малыми межосевыми расстояниями, как правило, передачи как клиновидными, так и плоскими ремнями применяются только с натяжным устройством.

На рис. 3 показаны различные способы натяжения ремней. Наиболее распространенным способом является натяжение ремня перемещением электродвигателя по салазкам (рис. 3, а). На рис. 3, б показана схема регулирования натяжения ремня поворотом электродвигателя вокруг оси О; поворот осуществляется с помощью домкрата A.

Требуемого натяжения ремня и увеличения угла охвата можно добиться, применяя натяжной ролик, как показано на рис. 3, в. Ролик С прижимается к движущемуся ремню с помощью рычага А при поворачивании его вокруг оси О; натяжение ремня регулируется домкратом В.

Зубчатая передача

Из зубчатых передач наиболее распространены передачи между параллельными валами. Они осуществляются цилиндрическими зубчатыми колесами (шестернями) с прямыми (рис. 4, а) и косыми (рис. 4, б) зубьями. Колеса с косыми зубьями отличаются более спокойной и бесшумной работой по сравнению с прямозубыми колесами.

Передача с внешним зацеплением (рис. 4, а) применяется чаще, чем передача с внутренним зацеплением (рис. 4, в). При внешнем зацеплении пара зубчатых колес вращается в противоположном направлении, а при внутреннем зацеплении — в одном направлении.

Широко применяются в токарно-винторезных станках передвижные блоки колес (так называют несколько зубчатых колес, изготовленных как одно целое, рис. 4 г). При перемещении блока А по шпонке или шлицам вала / отдельные колеса блока могут входить в зацепление с соответствующими колесами, неподвижно сидящими на валу II.

В передачах с пересекающимися осями валов применяются конические зубчатые колеса с прямыми (рис. 4, д) и косыми (рис. 4, е) зубьями.

Если через z1 и n2 обозначить соответственно число зубьев ведущего зубчатого колеса и число его оборотов, а через z2 и n2 — число зубьев и число оборотов ведомого зубчатого колеса, то число оборотов ведомого зубчатого колеса можно вычислить по формуле

(2)

Таким образом, определение числа оборотов ведомого зубчатого колеса производится по формуле, подобной формуле (1) для определения числа оборотов ведомого шкива с подстановкой числа зубьев, колес вместо диаметров шкивов.

Для определения числа оборотов зубчатой передачи целесообразнее пользоваться передаточным отношением. Передаточным отношением i называют отношение чисел зубьев ведущего и ведомого колес или отношение чисел оборотов ведомого колеса к числу оборотов ведущего:

Из формулы (2) видно, что число оборотов ведомого зубчатого колеса так относится к числу оборотов ведущего, как число зубьев ведущего колеса относится к числу зубьев ведомого.

Червячная передача

Червячная передача применяется для передачи вращательного движения между двумя валами, расположенными под углом 90° и не пересекающимися между собой (рис. 5). Передача состоит из червяка 1 и червячного колеса 2. Ведущим обычно является червяк, а ведомым — червячное колесо. Червяк представляет собой винт с трапецеидальным профилем. Червяки соответственно числу ходов разделяются на однозаходные, двухзаходные и трехзаходные. Реже встречаются червяки с числом заходов более трех.

Если сообщить червяку один оборот, то червячное колесо повернется на К зубьев, где К — число заходов червяка. Следовательно, за один оборот червяка червячное колесо повернется на один зуб в том случае, если червяк однозаход-ный, на два зуба, если червяк двухзаходный, и на три зуба при трехзаходном червяке. Таким образом, передаточное отношение червячной передачи можно написать так:

где К — число заходов червяка, а z — число зубьев червячного колеса.

Пример 2.

Сколько оборотов в минуту сделает червячное колесо с 50 зубьями, если червяк однозаходный и делает 500 об/мин? Решение. Обозначим число оборотов червяка через nl, червячного колеса через п2, число зубьев червячного колеса через z, число заходов червяка через K. Тогда передаточное отношение по формуле (3) а число оборотов червячного колеса

Червячная передача отличается малым передаточным отношением. В токарных станках такие передачи применяют преимущественно в механизмах фартука. Там же наряду с обычной червячной передачей находят применение так называемые падающие червяки (например в станке 1А62, см. рис. 37), которые, помимо своего назначения, служат для автоматического выключения движения суппорта (продольного и поперечного) при внезапной перегрузке станка.

Реечная передача

В токарных станках часто используется реечная передача (рис. 6), состоящая из зубчатого колеса и рейки. Реечная передача служит для преобразования вращательного движения в поступательное.

На рис. 6 видно, что если по неподвижной рейке катить зубчатое колесо, вращая его в направлении, указанном стрелкой 1, то ось его будет перемещаться по направлению стрелки 3. Если же вращать колесо с неподвижной осью в направлении стрелки 1, то рейка будет перемещаться в направлении стрелки 2. С поворотом реечного колеса на один оборот, т. е. на z зубьев, рейка также переместится иа z зубьев; если же колесо сделает п оборотов, то при шаге рейки t мм рейка пройдет путь:

Наиболее распространенной схемой реечной передачи в токарных станках является первая схема, когда вращательное движение колеса преобразуется в его поступательное перемещение по рейке. Подобная передача используется для механического перемещения каретки суппорта (см. рис. 36).

Вследствие малого трения и сравнительно большого перемещения за один оборот реечного колеса реечная передача удобна также, и для быстрых ручных перемещений каретки суппорта.

Винт и гайка

Винтовая передача

(рис. 7), как и реечная, служит для преобразования вращательного движения в поступательное. В этом случае обычно вращается винт, а надетая на него и удерживаемая от вращения гайка движется по резьбе и передает прямолинейное движение соединенным с ней деталям. Такую передачу применяют в токарных станках для сообщения поступательного движения резцу при нарезании резьбы (см. рис. 34), а также для сообщения резцу поперечной подачи. Перемещение гайки на один оборот винта равно шагу винта, т. е. расстоянию между двумя соседними витками резьбы.

Основные свойства винтовой передачи: 1) плавность и точность перемещений; 2) самоторможение при обратной передаче движения от поступательно движущейся гайки к винту. Благодаря указанным свойствам механизм винт — гайка применяется для нарезания резьб на токарно-винторезных станках, а также для точных установочных перемещений резца. Однако вследствие малого шага и большого трения в витках для ускоренных ручных перемещений ходовой винт не годится.

Валы

Передача вращательного движения в металлорежущих станках осуществляется с помощью валов и сидящих на них зубчатых колес или блоков колес. Валы бывают различных длин и диаметров. От осей валы отличаются тем, что при вращении валы всегда передают и вращение и рабочие усилия (крутящие моменты), тогда как ось служит только опорой для вращающейся на ней детали.

Для неподвижного соединения вала с зубчатыми колесами или блоком колес применяют обычно призматические закладные шпонки, которые входят на половину своей толщины в канавку вала, а второй половиной— в канавку закрепляемой детали. На рис. 8, а показано соединение зубчатого колеса с валом при помощи призматической шпонки, а на рис. 8, б — соединение с валом блока колес.

В случае необходимости изменять при работе положение зубчатых колес чаще всего их устанавливают на шлицевых валах, у которых шпонки выполнены заодно с валом. По шлицам (так называются пазы, прорезанные вдоль оси вала, см. рис. 9, а) могут перемещаться передвижные зубчатые колеса (рис. 9, б), а также блоки колес (рис. 9, в). Передвижные блоки широко применяются в коробках скоростей токарных станков.

Для передвижных зубчатых колес и блоков шлицевые соединения имеют большие преимущества перед шпоночными соединениями: наряду с повышением жесткости вала шлицевые соединения обеспечивают лучшее центрирование передвижных колес и легкое перемещение их по валу. В станкостроении широко распространены шлицевые соединения с четырьмя и шестью шлицами.

Если колесо должно иметь продольное перемещение вдоль вала на значительной длине, иногда несколько метров, применяют так называемые ходовые валы

. Такие валы обычно имеют шпоночные канавки на всей длине перемещения (рис. 10), по которым скользит на скользящей шпонке зубчатое колесо, передающее движение подвижному узлу станка (фартуку и каретке суппорта).

Подшипники

Опорами валов и шпинделей служат подшипники, которые подразделяются на подшипники скольжения и подшипники качения.

Подшипники скольжения получили свое название потому, что в них вращающийся вал обычно скользит по внутренним поверхностям вкладышей. Для уменьшения трения, нагрева и износа подшипники должны работать в условиях хорошей смазки.

Вкладыши подшипников изготовляют из различных материалов в зависимости от условий работы шпинделя. Лучшим материалом для вкладышей являются бронзы и баббиты.

В неответственных подшипниках скольжения нижний и верхний вкладыши иногда заменяют неразрезной чугунной или бронзовой втулкой.

В качестве опор шпинделей обычно применяют регулируемые подшипники скольжения.

На рис. 11 справа показана конструкция подшипника скольжения передней опоры шпинделя токарно-винторезного станка ДИП-200. Коническая шейка 1 шпинделя вращается в стальной втулке 2, залитой бронзой и расточенной внутри по. шейке шпинделя, а снаружи обточенной по точному цилиндрическому гнезду в корпусе коробки скоростей. Для предотвращения от проворачивания втулки 2 имеется шпоночная канавка 11, в которую входит конец штифта 10, запрессованного в корпусе.

С течением времени втулка подшипника изнашивается и между нею и шейкой шпинделя образуется зазор, вызывающий биение шпинделя. Для того чтобы довести этот зазор до требуемой величины, подшипник регулируют.

Регулирование подшипника производится следующим образом. Ослабляют стопорный винт 9, ввернутый в неподвижное кольцо 8, и повертывают гайку 7, благодаря чему втулка 2 перемещается вдоль оси. При этом в силу конусности шейки 1 зазор между нею и подшипником изменяется. При повертывании гайки 7 вправо происходит затягивание подшипника, а влево — его ослабление. Перемещение втулки 2 производят настолько, чтобы шпиндель с патроном можно было провернуть вручную. После регулирования затягивают стопорный винт 9, предохраняющий гайку 7 от проворачивания.

Подшипники качения. Недостатки подшипников скольжения — большие потери на трение и сравнительно большой расход смазки. Стремление избавиться от этих недостатков привело к созданию подшипников качения, у которых потери на трение в 7—10 раз меньше, чем у подшипников скольжения.

Подшипники качения подразделяются на шариковые и роликовые. Шариковый подшипник состоит из двух колец (рис. 12).

Внутреннее кольцо 1 надевается на вал и вращается вместе с ним, а наружное кольцо 2 плотно вставляется в корпус. Между внутренним и наружным кольцами расположены стальные закаленные шарики 4, которые при вращении вала перекатываются в желобках (в канавках) колец. Этими объясняется, почему подшипники данного типа называются подшипниками качения. Чтобы шарики 4 не терлись друг о друга, их помещают в гнезда сепаратора

(обоймы) 3.

Шариковые подшипники подразделяются на радиальные (рис. 12), упорные (рис. 13, а) и радиально-упорные (рис. 13, б). Радиальные шариковые подшипники, в свою очередь, могут быть однорядными (рис. 12, а) и двухрядными (рис. 12, б). Радиальные шариковые подшипники

служат для восприятия нагрузок, действующих перпендикулярно к оси вала (радиальная нагрузка);
упорные подшипники
(рис. 13, а) принимают на себя осевые нагрузки, т. е. нагрузки, направленные вдоль оси вала;
радиально-упорные подшипники
(рис. 13, б) воспринимают как радиальные, так и осевые нагрузки.

Роликовые подшипники

(рис. 14) отличаются от шариковых тем, что у них между наружными и внутренними кольцами вместо шариков заложены закаленные стальные ролики. Ролики допускают большую нагрузку и более долговечны, чем шарики. Роликовые подшипники, в свою очередь, подразделяются на однорядные и двухрядные. Подшипники с цилиндрическими роликами (рис. 14, а) служат для восприятия радиальных нагрузок; подшипники с коническими роликами (рис. 14, б) воспринимают как радиальные, так и осевые нагрузки. Однако вследствие большого трения и трудности точного изготовления подшипников с коническими роликами теперь для шпинделей станков с числом оборотов больше 1000 об/мин их применять воздерживаются и заменяют радиально-упорными подшипниками (рис. 13, б).

Сферы применения

Применение фрикционных передач для больших мощностей ограничено из-за высоких нагрузок на валы и присутствия скольжения между телами вращения. В этом случае катки изнашиваются быстрее, что приводит к их частичной или полной поломке. Фрикционные устройства не используются в механизмах, где не допускается большое количество ошибок в углах поворота фрикционных звеньев. В противном случае повышается количество недопустимых углов передач, приводя к появлению скольжений в зоне соприкосновения рабочих тел вращения.

В промышленности фрикционные передачи используются при изготовлении кузнечно-штамповочных машин и прессового оборудования, транспортировочных устройств, тяговых приборов с приводом и станков для обработки заготовок из металла. В машиностроительных отраслях чаще всего используются фрикционные радиаторы, объединенные с двигателями внутреннего сгорания или электронными моторами. Они позволяют бесступенчато регулировать скорость передачи силовых усилий между трансмиссией и приводом автомобиля или другого транспортного средства.

Передачи с неизменным передаточным числом применяются при производстве винтообразных прессов. В отраслях по изготовлению текстиля они используются в центрифугах для равномерного разгона и в силовых приводах для натягивания волокна и нитей. В деревообрабатывающем секторе фрикционные устройства регулируют мощность обрабатывающих устройств, учитывая породу дерева и структуру заготовки.

§ 4.4 Механическая трансмиссия в технических системах

Главная сайта | В меню | Механическая трансмиссия в технических системах
Подумайте, почему вал мотора автомобиля вращается с большой скоростью, даже когда колёса вращаются медленно.

Для передачи механической энергии от двигателя к рабочему органу в технических системах устанавливается передаточное устройство, называемое трансмиссией.

Термин «трансмиссия» происходит от латинского слова, которое переводится на русский язык как «передача», «переход». Трансмиссия позволяет изменять скорость и направление движения рабочего органа, форму движения, а также величину передаваемого на него усилия от двигателя.

Передача энергии от мотора к рабочему органу может осуществляться механическим, электрическим или гидравлическим устройством. Механическое передаточное устройство называют передаточным механизмом.

Передаточный механизм — это устройство, позволяющее изменять скорость вращения валов, шкивов, деталей, устройств, направление вращения, устанавливать наиболее удобное расположение вращающихся валов, деталей и узлов механизмов (рис. 4.8).

Рис. 4.8. Передаточный механизм в часах

Устройство, которое передаёт движение, называется ведущим. То устройство, которое принимает движение и усилие, называется приёмным.

Некоторые механизмы передачи движения дают возможность изменить форму движения. Например, преобразовать возвратно-поступательное движение во вращательное и, наоборот, вращательное в возвратно-поступательное. Такое преобразование движения происходит в кривошипно-шатунном механизме двигателя внутреннего сгорания, в механизмах швейных машин, насосах и других технических системах (рис. 4.9, а). Вращательное движение преобразуется в возвратно-поступательное с помощью кулачкового механизма (рис. 4.9, б) или реечной передачи (рис. 4.9, в).

Рис. 4.9. Механизмы передачи и преобразования движения: а — кривошипно-шатунный; б — кулачковый; в — реечный; 1 — кулачок; 2 — шток; 3 — ролик; 4 — колесо; 5 — рейка

Кулисный механизм позволяет получить вместо вращательного движения колебательное (рис. 4.10, а). Храповой механизм преобразует возвратно-поступательное движение рычага в прерывистое вращение храпового колеса (рис. 4.10, б).

Рис. 4.10. Кулисный механизм (а); храповой кумеханизм (б): 1 — храповик; 2 — стопорная собачка; 3 — поворотная собачка

Передача движения в передаточном механизме может осуществляться посредством сцепления движущихся деталей друг с другом за счёт силы трения. Такая передача называется фрикционной, а соприкасающиеся детали — катками.

В этой передаче вращающиеся детали могут при недостаточном соприкосновении проскальзывать друг относительно друга. Часть энергии, передаваемой от двигателя, при этом теряется. Однако в этом есть и определённый плюс. В автомобиле есть механизм сцепления. Он представляет собой два прижатых друг к другу диска, образующих фрикционную передачу. Этот механизм предназначен для кратковременного отсоединения трансмиссии (коробки передач) от двигателя при передаче механической энергии. Происходит плавное переключение передачи для движения с разной скоростью.

Для того чтобы сцепление было более надёжным, соприкасающиеся поверхности контактирующих деталей покрывают специальной прессованной фрикционной пластмассой или асбестопроволочной тканью — ферродо (рис. 4.11).

Рис. 4.11. Фрикционная передача в механизме сцепления двигателя с исполнительным устройством: 1 — ведущий вал; 2 — ведомый вал: 3 — механизм расцепления; 4 — контактирующие фрикционные детали

Фрикционная передача может осуществляться и с помощью ремней. Она называется «ремённая передача». Ремённые передачи распространены больше, чем фрикционные передачи на основе непосредственного контакта вращающихся деталей.

Если на передающих и принимающих катках сделать зубья, соединить зубья деталей, связать их зубчатым ремнём или цепью, то проскальзывания уже не будет.

Получим зубчатую передачу, а именно цепную передачу или ремённо-зубчатую (рис. 4.12).

Рис. 4.12. Цепная передача на скутере (а); ременно-зубчатая передача на велосипеде (б)

При такой передаче нет потери энергии за счёт проскальзывания соединённых деталей.

Зубчатые, цепные и ремённо-зубчатые передачи могут передавать больше усилия на рабочий орган, чем фрикционные передачи.

Зубчатые передаточные механизмы позволяют изменять скорость и направление вращения валов и деталей. Например, червячная передача позволяет уменьшить скорость вращения ведомого вала в десятки раз.

Зубчатые колёса и валы вращаются с заданной частотой вращения — числом оборотов в минуту или секунду (об/мин, об/с).

При расчёте параметров передачи вращательного движения можно определить нужные частоты вращения зубчатых колёс с помощью передаточного отношения:

U = nвх / nвых = zвых / zвх

где nвх — частота вращения вала на входе передаточного механизма, об/мин;

nвых — частота вращения на выходе из механизма, об/мин;

zвх и zвых — число зубьев зубчатых колёс на входном и выходном валах механизма.

Передаточное отношение — это отношение числа зубьев на колесе ведомого вала к числу зубьев ведущего колеса вала. Чем больше зубьев на зубчатом колесе ведомого вала, тем медленнее оно будет вращаться по сравнению с частотой вращения зубчатого колеса (шестерни) ведущего вала (рис. 4.13, а).

Рис. 4.13. Передаточный механизм: а — пример изменения скорости вращения; б — редуктор

Пример. Если частота вращения ведущего колеса составляет 2000 об/мин, а частота вращения ведомого колеса должна составлять 1000 об/мин, то передаточное отношение U — 2000 : 1000 = 2. Известно, что число зубьев у ведущего колеса (шестерни) равно 30. Для того чтобы получить нужную частоту вращения ведомого колеса, нужно рассчитать число его зубьев.

zвых = zвх x U = 20 x 2 = 40 (зубьев).

Для того чтобы обеспечить необходимую частоту вращения ведомого вала, используют специальные устройства, редукторы, состоящие из нескольких валов и зубчатых колёс (рис. 4.13, б).

Примером такого устройства является редуктор, установленный в механических часах. Часовой редуктор обеспечивает частоту вращения секундной, минутной и часовой стрелок: секундная стрелка делает один оборот в минуту, минутная стрелка — 1/60 об/мин, а часовая стрелка — 1/1440 об/мин.

Профессии и производство

Проектированием, конструированием и эксплуатацией механического оборудования, машин и аппаратов в различных сферах производства занимается инженер-механик. Механики, создававшие различные механизмы и машины, работа которых основана на физических законах механики, были первыми инженерами.
Профессия инженера-механика считается универсальной. Её представители участвуют в производстве от бытовых товаров и продуктов питания до электронной техники и космических ракет. Благодаря своему образованию инженер-механик может легко ориентироваться в постоянно обновляющемся мире техники и технологии.

Инженер-механик может выбрать специализацию в разных направлениях и быть конструктором, технологом или испытателем. Конструктор занимается проектированием и конструированием машин и механизмов, а также систем комплексной механизации производства. Технолог организует процессы монтажа и наладки механизмов и активно участвует в этом. Испытатель выполняет непосредственное испытание и обслуживание механизмов, анализируя условия и оптимальный режим их работы.

Словарь

трансмиссия; передаточный механизм; передаточное отношение; редуктор.
Проверьте себя:

1. Для чего предназначен передаточный механизм?

2*. Какие передачи позволяют преобразовать возвратно-поступательное движение во вращательное?

3*. Какой механизм преобразует вращательное движение в колебательное?

4*. Где применяется храповой механизм?

5. Почему для значительного изменения числа оборотов вместо пары зубчатых колёс применяют редукторы?

6. Что такое передаточное число и как его рассчитать?

* Найдите в справочниках или Интернете информацию о применении цевочной зубчатой передачи в одной старинной машине, используемой в сельском хозяйстве в эпоху Средневековья.

Достоинства и недостатки

Выделяют следующие плюсы фрикционных передач:

1. Несложное строение механизмов, небольшое число деталей.
2. Бесступенчатое смена скорости машинных приборов и станков.
3. Во время работы механизмы работают плавно и не издают дополнительных шумов.
4. Предоставляет возможность реверсировать, включать и отключать передачи во время рабочего процесса.
5. Имеет предохранительные свойства, что обусловлено интенсивной пробуксовкой механизмов.
6. При реверсе не возникает мертвый ход.
7. Позволяет регулировать значение передаточного количества на ходу.
8. При сильной нагрузке на катки или валы устройство автоматически останавливается, что понижает риск возникновения аварийных ситуаций.

Во время эксплуатации были выявлены следующие минусы фрикционных передач:

1. Открытые передачи, функционирующие при наличии смазки, обладают низким КПД.
2. Невысокая передаваемая мощность: до 300 кВт.
3. Непостоянство передаточного числа, вызванного сильным скольжением звеньев.
4. При использовании дополнительных прижимных устройств и опор для валов конструкция становится тяжелой, что снижает ее мобильность и повышает количество передаваемых мощностей.
5. Окружная скорость составляет не больше 7 — 10 м/с.
6. При долгом буксовании валы изнашиваются, что может привести к неисправности прибора.
7. Во время соприкосновения катков возникают колоссальные потери на трение.

Устранение указанных недостатков осуществляется при помощи разработки фрикционных передач с замкнутыми силами прижатия, внедрения в их конструкцию принципа многоконтакности, создания улучшенных форм рабочих тел вращения, нажимных устройств, применения улучшенных материалов при изготовлении катков и использования планетарных схем.

Помощь в дистанционном обучении

Тест Московского Открытого Института «Техническая механика»

Велосипедное колесо вращается с частотой n=5 оборотов в секунду. Под действием сил трения оно остановилось через интервал времени Δt = 1 мин. Чему равен модуль углового ускорения колеса ε? Все величины выражены в системе СИ. Выберите один ответ: 0,523 Вопрос 2 Тонкий металлический диск в форме полукруга шарнирно закреплен в точке подвеса, как показано на рисунке. Диск сделан из однородного материала и находится в положении равновесия. Чему равен угол α, который образует с вертикалью линия, проходящая через центр диска?

23° Вопрос 3 При вертикальном подъеме груза массой m = 4 кг на высоту h = 2 м. была совершена работа 88 Дж. Чему равно ускорение, с которым двигался груз? Все величины выражены в системе СИ. Выберите один ответ: 1,2 Вопрос 4 Текст вопроса Автомобиль, трогаясь равноускоренно с места без пробуксовки, развивает скорость 108 км/час за 10 секунд. Чему равно ускорение точки A на ободе колеса относительно дороги в момент времени t=0,5c. , если колесо имеет радиус R=50 см.? Все величины выражены в системе СИ. Выберите один ответ: 7,5 Вопрос 5 Текст вопроса Брус АВ весом 2 Н имеет в точках А, В шарнирную связь. Определить силу реакцию RB в точке В. Выберите один ответ: 2 Н Вопрос 6 Текст вопроса Однородный сплошной куб с ребром a=10 см и массой m=0,5 кг стоит у гладкой стены, так что одна из его граней образует с полом угол α = 30°. Чему равен минимальный коэффициент трения между кубиком и полом, при котором такое равновесие возможно? Выберите один ответ: 0,37 Вопрос 7 Текст вопроса Чему равен момент инерции однородного прямого цилиндра массой m=3 кг, высотой H=20 см и радиусом основания R=20 см относительно оси, проходящей через центр круга в его нижнем основании перпендикулярно высоте цилиндра? Все величины выражены в системе СИ. Выберите один ответ: 0,07 Вопрос 8 Текст вопроса Брус АВ весом 2 Н имеет в точках А, В шарнирную связь. Чему равна реакция YA шарнира в точке А? Выберите один ответ: 1 Н Вопрос 9 Текст вопроса Две материальные точки с массами m1=2 кг и m2=3 кг лежат на одной оси OX в точках с координатами x1=5 м, x2=10 м. Чему равна XC –координата точки центра масс такой системы? Все величины выражены в системе СИ. Выберите один ответ: 8 Вопрос 10 Текст вопроса Чему равен момент инерции тонкой однородной сферы массой m=3 кг и радиуса R= 20 см относительно оси, касающейся поверхности сферы в одной из ее точек? Все величины выражены в системе СИ. Выберите один ответ: 0,20 Вопрос 11 Текст вопроса Две материальные точки с массами m1=2 кг и m2=1 кг соединены тонким невесомым стержнем длиной l = 30 см. Чему равен JC –полярный момент инерции такой системы относительно его центра масс? Все величины выражены в системе СИ. Выберите один ответ: 0,06 Вопрос 12 Текст вопроса Чему равна угловая скорость стержня ОА, если ОА=1 м и для указанного на чертеже положения системы скорость поршня B равна uB=4 м/с. Выберите один ответ: 4 с-1 Вопрос 13 Текст вопроса Кривошип ОА вращается по закону φ=0,1t. Определить скорость точки В поршня когда φ=45°, . Выберите один ответ: 10 м/с Вопрос 14 Текст вопроса Груз Q весом 100 Н с помощью нити АВ прикреплен к стене, а с помощью нити АС прикреплен к потолку. Чему равно натяжение нити АС? Выберите один ответ: 200 Н Вопрос 15 Текст вопроса На невесомый брус длины АB=2 м действует распределенная нагрузка q=100 Н/м. Не учитывая вес бруса определить реакцию в точке В, если AC = 1 м. Выберите один ответ: 50 Н Вопрос 16 Текст вопроса Из однородного листа стали вырезали пластину в форме прямоугольного треугольника с катетами α=18 см. и b=24 см. Чему расстояние от центра масс этой пластины до вершины прямого угла? Все величины выражены в системе СИ. Выберите один ответ: 0,10 Вопрос 17 Текст вопроса Под действием постоянной силы F = 50 Н тело массой m=100 кг увеличило за 10 секунд свою скорость до 54 км/час. Чему была первоначальная скорость тела? Все величины выражены в СИ. Выберите один ответ: 10 Вопрос 18 Текст вопроса Атомная подводная лодка проекта 941 «Акула» с подводным водоизмещением 48 тысяч тонн находится на глубине 200 м. Чему равна работа силы Архимеда, совершаемая при всплытии лодки на поверхность? Ответы выражены в ГДж=109 Дж. Выберите один ответ: 94,1 Вопрос 19 Текст вопроса С какой начальной скоростью двигался автомобиль массой m = 2 тонны, если под действием тормозящей силы F = 2 кН он останавливается, пройдя расстояние 50 м.? Все величины выражены в СИ. Выберите один ответ: 15 Вопрос 20 Текст вопроса Однородный брус весом G удерживается под действием силы в положении, указанном на рисунке. Чему равен вес бруса? 20 Н Вопрос 21 Текст вопроса Однородный металлический прут согнут пополам так, что две его половинки образуют прямой угол. Прут шарнирно прикреплен одним из своих концов к потолку. Чему равен угол α, который образует с вертикалью верхний стержень конструкции в положении равновесия? Выберите один ответ: 18° Вопрос 22 Текст вопроса Три материальные точки с массами m1= 4 кг, m2=m3=1 кг лежат в одной плоскости OXY в вершинах правильного треугольника со стороной α=3 м. Чему равно расстояние от точки центра масс такой системы до первой точки? Все величины выражены в системе СИ. Выберите один ответ: 2,08 Вопрос 23 Текст вопроса Маховик начал вращаться равноускоренно и за промежуток времени t=10 с. достиг частоты вращения n=300 оборотов в минуту. Какое число оборотов N, он успел сделать за это время? Выберите один ответ: 25 Вопрос 24 Текст вопроса Материальная точка с массой m = 2 кг движется вдоль прямой OX по инерции с постоянной скоростью . На точку начинает действовать в перпендикулярном направлении постоянная сила . Чему будет равен модуль вектора импульса точки через время ? Все величины выражены в системе СИ. Выберите один ответ: 10 Вопрос 25 Текст вопроса Невесомый брус AB в точке A имеет момент реакции . Какой должна быть интенсивность q распределенной нагрузки? Выберите один ответ: 50 Н/м

Техническая механика ( сдала на 5)Удачи Вопрос 1 Велосипедное колесо вращается с частотой n=5 оборотов в секунду. Под действием сил трения оно остановилось через интервал времени Δt = 1 мин. Чему равен модуль углового ускорения колеса ε? Все величины выражены в системе СИ. Выберите один ответ: 0,523 Вопрос 2 Тонкий металлический диск в форме полукруга шарнирно закреплен в точке подвеса, как показано на рисунке. Диск сделан из однородного материала и находится в положении равновесия. Чему равен угол α, который образует с вертикалью линия, проходящая через центр диска?

23° Вопрос 3 При вертикальном подъеме груза массой m = 4 кг на высоту h = 2 м. была совершена работа 88 Дж. Чему равно ускорение, с которым двигался груз? Все величины выражены в системе СИ. Выберите один ответ: 1,2 Вопрос 4 Текст вопроса Автомобиль, трогаясь равноускоренно с места без пробуксовки, развивает скорость 108 км/час за 10 секунд. Чему равно ускорение точки A на ободе колеса относительно дороги в момент времени t=0,5c. , если колесо имеет радиус R=50 см.? Все величины выражены в системе СИ. Выберите один ответ: 7,5 Вопрос 5 Текст вопроса Брус АВ весом 2 Н имеет в точках А, В шарнирную связь. Определить силу реакцию RB в точке В. Выберите один ответ: 2 Н Вопрос 6 Текст вопроса Однородный сплошной куб с ребром a=10 см и массой m=0,5 кг стоит у гладкой стены, так что одна из его граней образует с полом угол α = 30°. Чему равен минимальный коэффициент трения между кубиком и полом, при котором такое равновесие возможно? Выберите один ответ: 0,37 Вопрос 7 Текст вопроса Чему равен момент инерции однородного прямого цилиндра массой m=3 кг, высотой H=20 см и радиусом основания R=20 см относительно оси, проходящей через центр круга в его нижнем основании перпендикулярно высоте цилиндра? Все величины выражены в системе СИ. Выберите один ответ: 0,07 Вопрос 8 Текст вопроса Брус АВ весом 2 Н имеет в точках А, В шарнирную связь. Чему равна реакция YA шарнира в точке А? Выберите один ответ: 1 Н Вопрос 9 Текст вопроса Две материальные точки с массами m1=2 кг и m2=3 кг лежат на одной оси OX в точках с координатами x1=5 м, x2=10 м. Чему равна XC –координата точки центра масс такой системы? Все величины выражены в системе СИ. Выберите один ответ: 8 Вопрос 10 Текст вопроса Чему равен момент инерции тонкой однородной сферы массой m=3 кг и радиуса R= 20 см относительно оси, касающейся поверхности сферы в одной из ее точек? Все величины выражены в системе СИ. Выберите один ответ: 0,20 Вопрос 11 Текст вопроса Две материальные точки с массами m1=2 кг и m2=1 кг соединены тонким невесомым стержнем длиной l = 30 см. Чему равен JC –полярный момент инерции такой системы относительно его центра масс? Все величины выражены в системе СИ. Выберите один ответ: 0,06 Вопрос 12 Текст вопроса Чему равна угловая скорость стержня ОА, если ОА=1 м и для указанного на чертеже положения системы скорость поршня B равна uB=4 м/с. Выберите один ответ: 4 с-1 Вопрос 13 Текст вопроса Кривошип ОА вращается по закону φ=0,1t. Определить скорость точки В поршня когда φ=45°, . Выберите один ответ: 10 м/с Вопрос 14 Текст вопроса Груз Q весом 100 Н с помощью нити АВ прикреплен к стене, а с помощью нити АС прикреплен к потолку. Чему равно натяжение нити АС? Выберите один ответ: 200 Н Вопрос 15 Текст вопроса На невесомый брус длины АB=2 м действует распределенная нагрузка q=100 Н/м. Не учитывая вес бруса определить реакцию в точке В, если AC = 1 м. Выберите один ответ: 50 Н Вопрос 16 Текст вопроса Из однородного листа стали вырезали пластину в форме прямоугольного треугольника с катетами α=18 см. и b=24 см. Чему расстояние от центра масс этой пластины до вершины прямого угла? Все величины выражены в системе СИ. Выберите один ответ: 0,10 Вопрос 17 Текст вопроса Под действием постоянной силы F = 50 Н тело массой m=100 кг увеличило за 10 секунд свою скорость до 54 км/час. Чему была первоначальная скорость тела? Все величины выражены в СИ. Выберите один ответ: 10 Вопрос 18 Текст вопроса Атомная подводная лодка проекта 941 «Акула» с подводным водоизмещением 48 тысяч тонн находится на глубине 200 м. Чему равна работа силы Архимеда, совершаемая при всплытии лодки на поверхность? Ответы выражены в ГДж=109 Дж. Выберите один ответ: 94,1 Вопрос 19 Текст вопроса С какой начальной скоростью двигался автомобиль массой m = 2 тонны, если под действием тормозящей силы F = 2 кН он останавливается, пройдя расстояние 50 м.? Все величины выражены в СИ. Выберите один ответ: 15 Вопрос 20 Текст вопроса Однородный брус весом G удерживается под действием силы в положении, указанном на рисунке. Чему равен вес бруса? 20 Н Вопрос 21 Текст вопроса Однородный металлический прут согнут пополам так, что две его половинки образуют прямой угол. Прут шарнирно прикреплен одним из своих концов к потолку. Чему равен угол α, который образует с вертикалью верхний стержень конструкции в положении равновесия? Выберите один ответ: 18° Вопрос 22 Текст вопроса Три материальные точки с массами m1= 4 кг, m2=m3=1 кг лежат в одной плоскости OXY в вершинах правильного треугольника со стороной α=3 м. Чему равно расстояние от точки центра масс такой системы до первой точки? Все величины выражены в системе СИ. Выберите один ответ: 2,08 Вопрос 23 Текст вопроса Маховик начал вращаться равноускоренно и за промежуток времени t=10 с. достиг частоты вращения n=300 оборотов в минуту. Какое число оборотов N, он успел сделать за это время? Выберите один ответ: 25 Вопрос 24 Текст вопроса Материальная точка с массой m = 2 кг движется вдоль прямой OX по инерции с постоянной скоростью . На точку начинает действовать в перпендикулярном направлении постоянная сила . Чему будет равен модуль вектора импульса точки через время ? Все величины выражены в системе СИ. Выберите один ответ: 10 Вопрос 25 Текст вопроса Невесомый брус AB в точке A имеет момент реакции . Какой должна быть интенсивность q распределенной нагрузки? Выберите один ответ: 50 Н/м

Чтобы уменьшить вес сплошного круглого вала на 20% его заменили полым, наружный диаметр которого в два раза больше внутреннего. Чему будут равны наибольшие касательные напряжения в полом вале, если в сплошном они были равны 600 кг/см2? 580 кг/см2

Между неподвижными точками A и B (см. рисунок) горизонтально натянута стальная проволока диаметром 1 мм. К точке С посредине длины проволоки подвешивается постепенно увеличивающаяся нагрузка Р. Когда удлинение проволоки достигло 0,5%, она порвалась. Чему в этот момент равно напряжение в проволоке в момент разрыва? Собственным весом проволоки пренебречь. Считать, что проволока наклепана и до момента разрыва она имеет лишь упругие деформации. 100 кг/мм2

Полый стальной вал длиной 1,8 м нагружен крутящим моментом 0,6 тм. Определить наружный диаметр вала, если угол закручивания не должен превосходить 2°, а касательное напряжение 700 кг/см2. 90,4 мм

1.Однородный металлический прут согнут пополам так, что две его половинки образуют прямой угол. Прут шарнирно прикреплен одним из своих концов к потолку. Чему равен угол α, который образует с вертикалью верхний стержень конструкции в положении равновесия? ответ: 18° 2.Кривошип ОА вращается по закону φ=0,1t. Определить скорость точки В поршня когда φ=45°, . Ответ: 10 3.Чему равна угловая скорость стержня ОА, если ОА=1 м и для указанного на чертеже положения системы скорость поршня B равна uB=4 м/с. Ответ: 4 с-1 4.Атомная подводная лодка проекта 941 «Акула» с подводным водоизмещением 48 тысяч тонн находится на глубине 200 м. Чему равна работа силы Архимеда, совершаемая при всплытии лодки на поверхность? Ответы выражены в ГДж=109Дж. ответ: 94,1 5.Маховик начал вращаться равноускоренно и за промежуток времени t=10 с. достиг частоты вращения n=300 оборотов в минуту. Какое число оборотов N, он успел сделать за это время? ответ: 25

Жесткий брус АВ, деформацией которого можно пренебречь, горизонтально подвешен на тягах 1 и 2. Тяга 1 — стальная, круглого сечения, диаметром 20 мм, тяга 2 — медная, тоже круглого сечения, диаметром 25 мм. Груз Р = 3 т помещен на таком расстоянии а от узла А (см. рисунок), что после деформации брус АВ остается горизонтальным? Чему в этом случае равно напряжение в тяге -2? Ответ: 330 кг/см2

Сосновая стойка сечением 20х20 см опирается на дубовую подушку, как указано на рисунке.Допускаемое напряжение на смятие для сосны вдоль волокон равно 100 кг/см2, а для дуба поперек волокон 30 кг/см2. Определить предельную нагрузку на стойку. Ответ: 12 т

Чугунная колонна высотой 3 м кольцевого поперечного сечения имеет наружный диаметр 25 см и толщину стенки 25 мм. Каково напряжения в поперечном сечении колонны при нагрузке 50 тонн. Ответ: 283 кг/см2

Груз подвешен к стальной проволоке, размеры которой до деформации были следующими: l = 3 м и d =1,6 мм. Удлинение проволоки оказалось равным 1,5 мм. Затем тот же груз был подвешен к медной проволоке длиной l = 1,8 м и диаметром d = 3,2 мм. Ее удлинение получилось равным 0,39 мм. Определить модуль упругости медной проволоки, если модуль стальной — E = 2•106кг/см2. Ответ: 1,15•106 кг/см2

Стяжка диаметром 25 мм растянута усилием P (см. рисунок), вызывающим в ней напряжение 1000 кг/см2. Чему должен равняться диаметр шайбы d, чтобы давление, передаваемое ею на стену, не превышало 14 кг/см2. Ответ: 213 мм

Сминающее напряжение под заплечиком болта, изображенного на рисунке, равно 400 кг/см2, а сжимающее напряжение в болте диаметром 10 см равно 1000 кг/см2. Чему равен диаметр d1. заплечика, если толщина его t = 5 см? Ответ: 18,7 см

Чугунная колонна высотой 3 м кольцевого поперечного сечения имеет наружный диаметр 25 см и толщину стенки 25 мм. Каково относительное сжатие колонны при нагрузке 50 тонн. Ответ: 2,36•10-4

Стальной стержень круглого поперечного сечения (d = 32 мм и длины l = 35 см) был растянут на испытательной машине усилием 13,5 т. Было замерено уменьшение диаметра, равное 0,0062 мм, и на длине 5 см удлинение, равное 0,040 мм. Чему равен модуль упругости? Ответ: 2,1•106 кг/см2

Чугунная колонна высотой 3 м кольцевого поперечного сечения имеет наружный диаметр 25 см и толщину стенки 25 мм. Каково абсолютное укорочение колонны при нагрузке 50 тонн. Ответ: 0,71 мм

Балка длиной 6 м лежит на двух опорах, расположенных на взаимном расстоянии 4,5 м; причем правый конец балки свешивается на 0,5 м. Погонный метр балки весит 66 кг кроме того, на расстоянии 2,25 м от левой опоры балка нагружена сосредоточенной силой 1 т. Определить величину нагрузки, которую нужно приложить к концу левой консоли для того, чтобы изгибающий момент в сечении, где приложена сила 1 т, был бы равен нулю. Определить опорные реакции при этих условиях. Ответ: 2540 кг

Балка прямоугольного поперечного сечения пролетом l =4 м, свободно лежащая на двух опорах, загружена сплошной равномерно распределенной нагрузкой q = 4 т/м. Найти величину наибольших касательных напряжений в сечении посредине пролета балки, если размеры сечения 10×20 см2. Ответ: 600 кг/см2

Какую наибольшую нагрузку может выдержать деревянный столб сечением 16×16 см при сжимающем напряжении не более 100 кг/см2. Ответ: 25600 кг

Из условия прочности по нормальным напряжениям определить Р грузоподъемность широкополочного двутавра пролетом l = 3 м, свободно лежащего на двух опорах и загруженного сосредоточенной силой Р, приложенной посредине пролета. Допускаемые напряжения принять: σ = 1600 кг/см2, τ=1000 кг/см2. Размеры сечения показаны на рисунке в мм. Ответ: 61т

Стальной вал длиной 2 м и диаметром 5 см при нагружении его крутящим моментом 400 кгм закручивается на угол 9,2°. Предел пропорциональности для касательных напряжений равен 1700 кг/см2. Определить величину модуля упругости при сдвиге. Ответ: 8,1•105 кг/см2

Найти величину наибольших касательных напряжений в балке корытного сечения (см. рисунок), свободно лежащей на двух опорах и нагруженной двумя сосредоточенными силами по 15 т каждая. Пролет балки 3 м. Силы приложены на равных расстояниях 0,3 м от опор. Ответ: 265 кг/см2

Сплошной вал диаметром 10 см и длиной 6 м закручен на угол 4°. Чему равно наибольшее касательное напряжение, еслиG10 = 85 кг/см2? Ответ: 466 кг/см2

Определить наименьший диаметр стального вала, передающего 18 л.с. при 120 об/мин, если допускаемый угол закручивания равен 1° на длине, равной 15 диаметрам вала. Ответ: 4,9 см

Между неподвижными точками A и B (см. рисунок) горизонтально натянута стальная проволока диаметром 1 мм. К точкеС посредине длины проволоки подвешивается постепенно увеличивающаяся нагрузка Р. Когда удлинение проволоки достигло 0,5%, она порвалась. Чему в этот момент равен груз Р? Собственным весом проволоки пренебречь. Считать, что проволока наклепана и до момента разрыва она имеет лишь упругие деформации. Ответ: 15,7 кг

Определить диаметр сплошного вала, передающего крутящий момент 1,5 тм, если допускаемое напряжение равно 700 кг/см2. Ответ: 10,3 см

Медный стержень диаметром 40 мм вставлен с очень малым зазором в стальную трубку с наружным диаметром 60 мм. На обоих концах стержень скреплен с трубкой жесткими шпильками диаметром 20 мм, проходящими через стержень и обе стенки трубки перпендикулярно к их оси. Определить касательные напряжения в шпильках, если температура всей конструкции повысилась на 40° С. При определении усилия деформацию шпильки не учитывать. Ответ: 229 кг/см2

Для определения мощности, передаваемой валом, замерялись при помощи тензометра удлинения по линии, расположенной под углом 45° к наружной образующей вала. Замеренное относительное удлинение оказалось равным ε = 0,000425. Наружный диаметр вала равен 40 см, а внутренний 24 см. Модуль упругости G = 8•105кг/см2. Чему равна мощность, передаваемая валом, если он вращается со скоростью 120 об/мин? Ответ: 12500 л.с

Деревянная балка прямоугольного поперечного сечения шириной 15 см и высотой 30 см нагружена, как указано на рисунке. Определить наибольшее нормальное напряжение. Ответ: 60 кг/см2

Какое разрывающее усилие необходимо приложить к плоскому деревянному образцу сечением 2×4 см2 (см. рисунок), если предел прочности на растяжение для дерева равен 560 кг/см2? Ответ: 4480

Различают следующие виды плоскоременных передач:

1) открытая;

2) перекрестная;

3) полуперекрестная;

4) угловая.

Какую из них применяют для соединения параллельных валов одинакового направления вращения?

Выберите один ответ: открытая

Какое значение кпд следует ожидать в самотормозящейся червячной передаче?

Выберите один ответ: 0,4

Укажите передаточные механизмы, в которых фрикционные передачи получили наибольшее распространение.

Выберите один ответ: Вариаторы

В машиностроении приходится создавать передачи между осями:

1) параллельными;

2) пересекающимися под некоторым углом;

3) пересекающимися под прямым углом;

4) скрещивающимися.

В каком случае применение фрикционных передач практически невозможно?

Выберите один ответ: скрещивающимися

Какая цель преследуется введением ограничения на максимально возможное отношение толщины ремня к диаметру меньшего шкива?

Выберите один ответ: Ограничить напряжения изгиба

К нижнему концу троса, закрепленного верхним концом, подвешен груз Р = 7,5 т. Трос составлен из проволок диаметром d = 1 мм. Допускаемое напряжение для материала троса равно 3000 кг/см2. Из какого количества проволок должен быть составлен трос?

Выберите один ответ: 80

Вопрос 2 Ответ сохранен Балл: 1,00 Не отмеченоОтметить вопрос Текст вопроса Материальная точка с массой m = 2 кг движется вдоль прямой OX по инерции с постоянной скоростью . На точку начинает действовать в перпендикулярном направлении постоянная сила . Чему будет равен модуль вектора импульса точки через время ? Все величины выражены в системе СИ.

Выберите один ответ: 10

Вопрос 3 Ответ сохранен Балл: 1,00 Не отмеченоОтметить вопрос Текст вопроса Полый вал, соединяющий турбину и генератор в гидротехнической установке, имеет наружный диаметр 40 см и внутренний диаметр 22,5 см. Скорость вращения 120 об/мин. Чему равны наибольшие касательные напряжения при передаче валом 10000 л.с.?

Выберите один ответ: 530 кг/см2

Вопрос 4 Ответ сохранен Балл: 1,00 ОтмеченоСнять флажок Текст вопроса Чему равен момент инерции однородного прямого цилиндра массой m=3 кг, высотой H=20 см и радиусом основания R= 20 см относительно оси, проходящей через центр круга в его нижнем основании перпендикулярно высоте цилиндра? Все величины выражены в системе СИ.

Выберите один ответ: 0,07

0,04 0,14 0,08 Вопрос 5 Ответ сохранен Балл: 1,00 Не отмеченоОтметить вопрос Текст вопроса Груз Q весом 100 Н с помощью нити АВ прикреплен к стене, а с помощью нити АС прикреплен к потолку. Чему равно натяжение нити АС? Выберите один ответ:
200 Н
120 Н 225 Н 250 Н

Вопрос 6 Ответ сохранен Балл: 1,00 Не отмеченоОтметить вопрос Текст вопроса Какие втулочные цепи выпускаются в настоящее время?

Выберите один ответ: Только многорядные. Однорядные и двухрядные.

Однорядные. Однорядные и многорядные. Вопрос 7 Ответ сохранен Балл: 1,00 Не отмеченоОтметить вопрос Текст вопроса Чугунная труба с наружным диаметром 25 см и толщиной стенки 1 см лежит на двух опорах, расположенных на взаимном расстоянии 12 м, и наполнена водой. Каковы наибольшие нормальные напряжения в трубе, если удельный вес чугуна 7,8 г/см3 ?

Выберите один ответ: 132 кг/см2

354 кг/см2 653 кг/см2 412 кг/см2

Вопрос 8 Ответ сохранен Балл: 1,00 Не отмеченоОтметить вопрос Текст вопроса С какой начальной скоростью двигался автомобиль массой m = 2 тонны, если под действием тормозящей силы F = 2 кН он останавливается, пройдя расстояние 50 м.? Все величины выражены в СИ.

Выберите один ответ: 25 15 10

20

Вопрос 9 Текст вопроса Для какой цепи предназначена звездочка, изображенная на рисунке? Выберите один ответ: Втулочная Крючковая Роликовая. Зубчатая

Вопрос 10 Текст вопроса Каким минимальным значением ограничивают угол захвата ремнем меньшего шкива в плоскоременных передачах? Выберите один ответ: 170° 120 90° 150°

Вопрос 11 Текст вопроса Тонкий металлический диск в форме полукруга шарнирно закреплен в точке подвеса, как показано на рисунке. Диск сделан из однородного материала и находится в положении равновесия. Чему равен угол α, который образует с вертикалью линия, проходящая через центр диска? Выберите один ответ: 16° 12° 32° 23°

Вопрос 12 Текст вопроса Под действием постоянной силы F = 50 Н тело массой m=100 кг увеличило за 10 секунд свою скорость до 54 км/час. Чему была первоначальная скорость тела? Все величины выражены в СИ. Выберите один ответ: 10

17 13 52

Вопрос 13 Текст вопроса Где следует размещать ролик в ременной передаче с натяжным роликом? Выберите один ответ: Ближе к меньшему шкиву.

Ближе к большему шкиву В середине между шкивами. Безразлично где.

Вопрос 14 Текст вопроса Определить наружный диаметр полого стального вала, передающего мощность 9600 л.с. при частоте вращения 110 об/мин, если допускаемое касательное напряжение равно 560 кг/см2, а внутренний диаметр составляет 0,6 от внешнего. Выберите один ответ: 16,4 см 40,2 см

53,2 см 21,3 см

Вопрос 15 Текст вопроса Из отмеченных недостатков фрикционных передач: (смотри варианты). Какой пункт записан ошибочно? Выберите один ответ: необходимость в специальных прижимных устройствах большие нагрузки на валы и подшипники равномерность вращения

передаточное число u = var

Вопрос 16 Текст вопроса От чего не зависит коэффициент прочности зубьев по изгибным напряжениям (формы зуба)? Выберите один ответ: Материала.

Формы выкружки у основания зуба Числа зубьев. Коэффициента смещения исходного контура.

Сравниваются передачи, у которых отношение ширины зубчатого колеса (b) к диаметру (d1) составляет: В каком случае коэффициент концентрации нагрузки будет наибольшим? b/d1 = 1

Укажите формулу, по которой определяется диаметр ведомого катка в редуцирующей фрикционной передаче: где D1, D2 — соответственно диаметры ведомого и ведущего катков; u —передаточное число; ξ = 0,95 ÷ 0,0955 —коэффициент, учитывающий скольжение. D2 = uD1

Производная угловой скорости по времени есть

—
Угловое ускорениеДля равновесия сходящейся системы сил необходимо и достаточно равенство нулю алгебраических сумм проекций всех сил системы на каждую из координатных осей.
—
Условия равновесияСовокупность поступательного движения и вращательного движения
—
Плоское движение телаДеформации материала элемента в каждой точке (в определенных пределах) прямо пропорциональны
—
Закон Гука
Движение твёрдого тела, при котором любая прямая, проведённая в теле, остаётся во всё время движения параллельной своему первоначальному положению.

—
Поспупательным
Вектор, численно равный произведению модуля силы на плечо, то есть на кратчайшее расстояние от точки до линии действия силы, и направленный перпендикулярно плоскости, проходящей через выбранную точку и линию действия силы в ту сторону, откуда вращение, совершаемое силой, представляется происходящим против хода часовой стрелки.

—
Моментом силы относительно точки (центра)
Единица измерения угловой скорости в системе единиц СИ

—
рад/с
Основными кинематическими характеристиками вращательного движения твёрдого тела являются

—
Угловое ускорение -Угловая скоростьДве параллельные силы, равные по модулю, но противоположные по направлению.
—
Пара сил
Способность тела сопротивляться внешним нагрузкам

—
Прочность
В каждый момент времени движения материальной системы сумма главных векторов активных сил, реакций связей и сил инерции равна нулю.

—
Уравнение кинетостатикиГеометрическая сумма переносной и относительной скоростей, при сложном движении равна
—
Абсолютной скорости
3-й закон Ньютона

—
Силы взаимодействия двух тел равны по модулю и направлены по одной прямой в противоположные стороны

Характер и причины отказов фрикционных передач

Главным параметром фрикционных устройств, определяющим их износоустойчивость, считается контактная прочность, оцениваемая по напряжениям смятия плоскости в месте соприкосновения катков. Выделяет следующие виды разрушения механизмов для преобразования движений:

1. Усталостное разрушение. Оно появляется в механизмах, обработанных смазочными материалами.
2. Износ звеньев кинематической пары. Свойственен для передач высушенной поверхностью. Возникает при буксовании рабочих поверхностей, что обусловлено несоблюдением главного условия работоспособности.
3. Абразивный износ: происходит при загрязнении смазочных материалов твердыми частицами.
4. Коррозийный износ: возникает при химическом воздействии или окислении материалов рабочих поверхностей катков. Окисление происходит в условиях высоких температур, при недостаточной смазке. Интенсивное окисление может произойти при низких температурах и пластических деформациях рабочих тел вращения.
5. Задир плоскости, обусловленный разрывом смазочной пленки. Появляется в быстроходных системах при высоких нагрузках.

Выделяют следующие факторы отказов фрикционных передач:

1. Выкрашивание: свойственно для закрытых видов передачи, работающих с высушенной поверхностью. Прижимная сила повышает напряжение на контактных поверхностях фрикционных звеньев. В итоге сего влияния образуются трещинки маленьких объемов. Они заполняются смазочными материалами, что приводит к частичному или полному выкрашиванию части и появлению раковин на поверхностях катков.
2. Заедание: свойственно для передач с быстрым ходом. Из-за сильных нагрузок происходит разрыв смазочной пленки. В месте соприкосновения мгновенно повышается температурный режим, что приводит к молекулярному сцеплению частиц металла в месте соприкосновения поверхностей катков. После длительного воздействия высоких температур происходит сварка железных механизмов и нарушение конструкции валов. Приварившиеся части задирают плоскости катков в направленности скольжения. На рабочей поверхности образуются крупные борозды.
3. Диспергирование: возникает на отдельных участках поверхности трения, характерно для катков, работающих на граничной смазке при умеренных температурах. Разрушение поверхностного слоя происходит без разрыва масляной пленки.
4. Смятие (пластические деформирование): проявляется в виде блестящих полос на конических дисках. Обусловлено большими силами прижатия и недостаточной прочности рабочих поверхностей передачи.
5. Изнашивание: обусловлено воздействием упругого скольжения, возникшего в зоне соприкосновения рабочих тел. Из-за повышенного трения детали постепенно изнашиваются, понижается показатель КПД и появляется непостоянство передаточного числа.

Для предотвращения отказа фрикционных устройств нужно рассчитать контактную прочность прибора. Катки обязаны быть изготовленными из жестких материалов, выдерживающих высочайшее контактное усилие. Предотвратить заедание плоскостей возможно с поддержкой противозадирных масел. Они увеличивают коэффициент трения в 1,5 раза.

Ременная передача

Наиболее распространена в металлорежущем оборудовании. Она вращает приводной шкив от электродвигателя.
В состав такой передачи входят два шкива, расположенных на валах и соединенных ремнем. Ремень, натягиваясь, создает движение шкивов, из которых один является ведущим, а другой – ведомым.

На шкивах могут быть натянуты плоские или ремни клиновидного типа.

Плоские ремни

Материалом для плоских ремней становится кожа, хлопчатобумажная пряжа или прорезиненная ткань. Ремень должен быть длинным, поэтому сшивают не одну ленту. Ремень могут склеить или соединить скрепками.

Клиновидные ремни

Для клиновидных ремней используют прорезиненную ткань. По профилю такие ремни напоминают трапецию. Ремни кладут в канавки, что предупреждает возникновение проскальзывания и способствует плавному перемещению. За счет этого клиновидные ремни более популярны, чем плоские.

Червячная передача

Передает вращение валам, не имеющим пересечений, но располагающимся под углом 90 градусов. Червяк и червячное колесо вступают во взаимодействие, где ведущим является червяк, а роль ведомого исполняет червячное колесо.

Червяк имеет форму винта с трапециевидным профилем и может иметь один, два или три захода. Обычно червяки с заходом более трех – редкое явление.

Применяют в механизме фартука. Также используются падающие червяки, выполняющие кроме основной функции автоматическое выключение суппорта.

• Сухое трение — осуществляется при взаимном относительном движении двух очищенных и высушенных твёрдых тел, находящихся в естественном контакте друг с другом;
• Граничное трение — при таком виде передачи на соприкасающиеся детали наносится тонкий слой специальной смазки известной молекулярной структуры;
• Жидкостное трение — при таком виде передачи непосредственного соприкосновения деталей не происходит, а поверхности катков разделены слоем смазки, и трение зависит от вязкостного сопротивления самой смазки.

Для фрикционных передач характерно наличие дополнительного элемента — пружины, которая создаёт необходимую силу прижатия катков. Катки прижимаются друг к другу силой Fпр, в месте контакта катков создаётся сила трения Ff достаточная для окружной силы Fr (окружное усилие). Для нормальной работы передачи должно выполняться условие Ff >= Fr. Несоблюдение этого условия приводит к буксованию и быстрому износу катков. Величина Ff должна быть больше величины Fr на величину коэффициента запаса сцепления B, который принимают равным B = 1,25…2,0. Значения коэффициента трения f между катками в среднем:

• сталь или чугун по коже или ферродо (ферродо — название фрикционного термостойкого композитного материала) насухо f = 0,3;
• то же в масле f = 0,1;
• сталь или чугун по стали или чугуну насухо f = 0,15;
• то же в масле f = 0,07.

Виды фрикционных передач

Вид передачи	Изображение на кинематических схемах
Цилиндрическая наружная. Вращение катков осуществляется в разные стороны.
Цилиндрическая внутренняя. Вращение катков осуществляется в одну сторону
Коническая. Изменяет направление вращения

Фрикционные передачи такого типа бывают как открытые, так и закрытые. В открытых передачах сцепление обычно сухое, а в закрытых сцепление осуществляется в масле или другой фрикционной жидкости. Во фрикционных передачах имеется как минимум два колеса, одно из которых является ведущим (передающим), а второе ведомым (принимающим). Отношение диаметров ведущего колеса (D1 на рисунке) к ведомому колесу (D2 на рисунке) называется передаточным отношением i = D1/D2. Если i > 1 то передача считается повышающей, то есть число оборотов колеса D2 больше числа оборотов колеса D1 на величину i. Но при этом теряется мощность и на колесе D2 она ниже чем на колесе D1, примерно на величину i. Например, если диаметр D1 = 100 мм, а диаметр D2 = 50 мм, то I = 100/50 = 2. Соответственно если колесо D1 имеет частоту вращения 1000 об/мин, то частота вращения колеса D2 будет 1000 * 2 = 2000 об/мин. Если величина I < 1 то передача считается понижающей. Например, если колесо D2 является ведущим, а колесо D1 ведомым. При расчётах конических передач геометрические диаметры принимаются равными средним диаметрам колёс — D1 и D2 на рисунке. Часто при расчётах фрикционных передач используют величину — угловая скорость. Угловая скорость измеряется в величинах — радиан/секунда, то есть за 1 секунду колесо делает поворот на 1 радиан. 1 радиан = 57,2958 градусов. Следовательно, при частоте вращения 1 об/сек угловая скорость будет 6,2832 рад/сек.
Для расчёта геометрических, кинематических и силовых соотношений во фрикционных передачах удобно воспользоваться онлайн калькулятором

К достоинствам фрикционных передач можно отнести:

• Простота изготовления тел качения;
• Равномерность вращения и бесшумность работы;
• За счёт возможностей проскальзывания передача обладает предохранительными свойствами. Недостатки фрикционных передач:
• Проскальзывание, ведущее к непостоянству передаточного числа и потери энергии;
• Необходимость обеспечения прижима с использованием пружин.

Ременные передачи

В общем виде, ременная передача, состоит из ведущего и ведомого шкивов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга и соединенных ремнём, надетым на шкивы с натяжением. Вращение ведущего шкива преобразуется во вращение ведомого благодаря трению, развиваемому между ремнем и шкивами. Простые ременные передачи

Изображение	Обозначение / Комментарий
Передача с круглым профилем ремня. Обеспечивает хорошее сцепление за счёт совпадения формы сечения ремня и углубления на шкиве, при этом, позволяет сократить толщину шкива. Используется такая передача, в основном в миниатюрных приборах точной автоматики, таких как лентопротяжные механизмы, верньеры, системы автоматизированного регулирования. Ремни в таких передачах часто называют пассики. Пассики обычно изготавливаются из резины.
Плоскоременная передача. Обеспечивает хорошее сцепление за счёт ширины ремня. Передача простая в изготовлении, но требует широких шкивов и строгой параллельности их осей.
Трапецеидальная (или клиноременная) передача имеет профиль ремня в виде трапеции с углом в 40°. Имеет хорошее сцепление при небольшой ширине ремня. Такие передачи часто используют в высоконагруженных силовых установках, таких, например как электропривод металлорежущих станков, лифтов, конвейеров и тому подобных. Часто, для увеличения сцепления и повышения надёжности на шкивах делается несколько канавок под ремни и на шкивы одевается несколько ремней. Повреждение одного из ремней не приведёт к критическому сбою в работе всей передачи. Клиновидные ремни для приводов общего назначения стандартизированы по ГОСТ 1284.1-89 и ГОСТ 1284.2-89.

Для натяжения ремней (чаще плоских) используют подвижную станину, в которой закреплено одно из колёс передачи:
Широкое распространение получили механизмы натяжения ремня подпружиненным роликом:

Достоинством ременных передач является построение сложных кинематических схем с числом шкивов больше двух, например, в газораспределительных механизмах (ГРМ) двигателей внутреннего сгорания, приводах различных механизмов от одной силовой установки и тому подобное.

К достоинствам ременных передач можно отнести:

• простота изготовления и обслуживания;
• плавность работы, бесшумность;
• малая стоимость;
• возможность работы с высокими частотами вращения;
• возможность автоматического предохранения от перегрузки за счет проскальзывания ремня;
• отсутствие какой либо смазки;
• возможность передачи движения на значительные расстояния.

К недостаткам можно отнести:

• повышенные нагрузки на валы и опоры;
• необходимость применения натяжителя ремня;
• низкая долговечность ремня.

Передаточное число в ременных передачах рассчитывается как отношение диаметра ведущего шкива к ведомому i = D1/D2. Если в передаче участвует большее число колёс, например три, то расчёт передаточных отношений, а соответственно и числа оборотов, ведется относительно ведущего шкива.

Например, примем для шкивов следующие диаметры: D1 = 120 мм, D2 = 30 мм и D3 = 160 мм. Пусть шкив D1 будет ведущим. Тогда: i1 = D1/D2 = 120/30 = 4; i2 = D1/D3 = 120/160 = 0,75.

Примем число оборотов ведущего шкива равным 1200 об/мин. Тогда число оборотов второго шкива n2 = 1200 * 4 = 4800 об/мин, третьего шкива n3 = 1200 * 0,75 = 900 об/мин.

Для расчёта передач удобно воспользоваться расчётными формулами на сайте .