Краткий сравнительный анализ механических передач

Этот анализ распространяется на наиболее типичное применение механических передач. Даются ориентировочные сравнительные характеристики каждой из вышеописанных передач, определяется целесообразность их применения в том или ином характерном случае.

Прежде всего весьма большие мощности, свыше 300...400 кВт в одном агрегате, включая мегаватты, — это область использования зубчатых передач, кроме волновых. Наиболее подходят для мегаваттных мощностей шевронные зубчатые колеса и планетарные схемы с несколькими сателлитами (более трех). Ведущим чаще всего бывает внутреннее центральное колесо (с внешним зацеплением), хотя не исключается и водило — для мощных мультипликаторов (например, в приводе мощных ветроэлектростанций).

В зоне средних мощностей — от 50 до 300 кВт — в принципе применимы все механические передачи. Исключение составляют червячные и волновые передачи, использовать которые при мощностях свыше 50 кВт просто нецелесообразно из-за больших потерь. При этом червячные передачи при мощностях свыше 10 кВт и с большим передаточным отношением лучше всего использовать при периодическом включении из-за возможности перегрева. Как червячные, так и волновые передачи эффективны при больших передаточных отношениях, причем волновые передачи имеют целесообразный интервал передаточных отношений 60...300, а червячные силовые — 32...63. Если упомянутые передачи не силовые, а чисто кинематические, то передаточное отношение этих передач может быть сильно увеличено. Основное назначение волновых и червячных передач — разного рода вспомогательные приводы (сервоприводы), а также механизмы невысокой мощности, например малогабаритные грузоподъемные механизмы, лебедки.

Малые мощности — от долей киловатта до 50 кВт — являются областью применения практически всех механических передач. Отдельную зону здесь занимают передачи весьма малой мощности — от долей киловатта до нескольких киловатт; это в основном сервоприводы, а также различная бытовая техника. Здесь применимы как червячные, волновые, так и другие зубчатые передачи, включая планетарные. Для сравнительно неточных и дешевых устройств применяются ременные и цепные передачи.

Передачи малых и средних мощностей — от нескольких киловатт до 300...400 кВт — используются в приводах транспортных, строительных, землеройных, горнодобывающих и энергетических машин, в конвейерах, в технологических машинах — станках, перерабатывающих и других машинах. Применение той или иной передачи здесь зависит от многих факторов, таких как стоимость машины, ее долговечность и надежность, культура производства изготовителя и, конечно, компоновка машины. Например, если расстояние между двигателем и исполнительным органом велико, а передаваемая мощность чаще всего не выше 50 кВт, возможно использование ременных и цепных передач: ременных, вероятнее всего, быстроходных, а цепных — тихоходных. Если машина компактна, вероятнее всего использование зубчатых передач, а также, при необходимости, винтовых, червячных и других передач небольшой мощности. Например, в автомобиле преобладающую роль имеют силовые зубчатые передачи — цилиндрические, конические, гипоидные, но в сервоприводах встречаются винтовые (усилитель руля), червячные (стеклоочистители и стеклоподъемники), ременные (привод к генератору и вентилятору), винтоколесные (привод к маслонасосу), цепные (привод к распределительному валу) передачи. В силовом приводе ряда автомобилей можно встретить как ременные, так и фрикционные вариаторы, обеспечивающие автоматическую и бесступенчатую трансмиссию.

Так как задача выбора вида передачи многовариантна, то, если ориентироваться на существующие виды передач, необходимо задаться критериями оптимизации — минимальными массой, стоимостью или габаритами, возможно, другими критериями. Затем, лучше всего с использованием компьютерной техники, проанализировать показатели ряда вариантов передач и подобрать оптиамальный.

Но если бы создатели машин всегда ориентировались на существующие решения, развитие техники остановилось бы. На примере исторических обзоров в начале каждого раздела этой главы видно, что инженеры не удовлетворялись анализом существующих технических решений, а искали новые, изобретали. Даже сравнительно недавно, при жизни нынешнего поколения были изобретены гипоидная и волновая передачи, самый перспективный — многодисковый вариатор, передача с зацеплением Новикова, зубчатые ремни и многое другое. Поэтому наряду с анализом и оптимизацией существующих технических решений, в данном случае механических передач, нужно всегда думать и о новых решениях — изобретениях. При этом удачные изобретения делаются почти всегда на основании тщательного анализа и глубоких знаний существующих технических достижений в данной области техники.