Компоновка механического привода

Рациональное размещение передачи в силовой цепи. Передаточное число привода, определяемое как отношение частот вращения валов двигателя и исполнительного органа машины, может быть реализовано различным способом.

Рис. Схема ленточного конвейера

При больших передаточных числах применяют многоступенчатые однотипные, а также комбинированные передачи с использованием в цепи любых их видов. В кинематическом плане последовательность размещения передач разных типов и разбивка между ними общего передаточного числа значения не имеет. Однако нагруженность деталей передач существенно зависит от того, в какой последовательности, они размещены в силовой цепи, а также от предусмотренной разбивки величины и между ними. По мере удаления от двигателя в силовой цепи понижающих передач растет нагруженность соответствующих деталей, так как нагрузка, действующая на деталь, определяется вращающим моментом, увеличивающимся с уменьшением частоты вращения. Следовательно, в области меньших частот вращения целесообразно применять передачи с более высокой несущей способностью как обеспечивающие меньшие габаритные размеры, массу и т. д. Но при этом необходимо учитывать допустимые частоты вращения и нагрузки для того или другого вида передачи.

Так, в приводе на рис. 7, состоящем из ременной, зубчатой и цепной передач, вариант размещения «двигатель – ременная – зубчатая – цепная передача – исполнительный орган» предпочтительнее других вариантов

Размеры деталей передачи и, следовательно, ее габаритные размеры определяются действующими нагрузками. При заданной мощности вращающий момент тем меньше, чем больше угловая скорость, и, соответственно, окружное усилие тем меньше, чем больше окружная скорость. Максимальные значения скорости ограничиваются различными факторами. Для передач гибкой связью ограничением являются центробежные воздействия, дополнительно нагружающие ремень и уменьшающие его полезное натяжение. В зубчатых передачах с увеличением скорости требуется значительное повышение точности изготовления зубчатых колес, иначе дополнительные динамические нагрузки, вызванные погрешностями зацепления, могут недопустимо увеличиваться. Прямозубые колеса при и непрямозубые при должны изготовляться высокоточными (6-й степени точности). При современном уровне технологии производства зубчатых колес наибольшие скорости могут достигать 150…180 м/с. В червячных передачах окружная скорость на червяке может быть Она ограничивается износостойкостью материалов пары червяк — колесо.

Так как при заданной мощности скорость определяет размеры деталей, а ее величина зависит от места передачи в силовой цепи, то место в цепи определяет габариты, массу и стоимость передач.

Представление о габаритных размерах передач различных типов при сопоставимых условиях дает рис., на котором в качестве примера приведены ориентировочные габаритные размеры передач, предназначенных для длительной работы при Р =135 кВт и u =.4.3. Массы этих передач мало отличаются друг от друга. Наиболее компактна зубчатая передача, что позволяет в случае надобности встраивать ее в машины. Стоимость зубчатой передачи примерно в 1,5 раза выше стоимости соответствующей ременной передачи. Однако эксплуатационная стоимость зубчатого редуктора, заменяющего ременную передачу, окупается примерно за два года за счет меньших потерь и отсутствия расходов, связанных с амортизацией ремней (их стоимостью и обслуживанием). При нормальных условиях эксплуатации срок службы зубчатых колес редуктора может исчисляться десятками лет, долговечность же ремней колеблется от 1000 до 5000 ч.

Наибольшие размеры имеют червячные редукторы, наименьшие – планетарные с высокой твердостью рабочих поверхностей зубьев. С увеличением передаточного числа относительные размеры червячных и глобоидных редукторов уменьшаются. При необходимости получить очень большие передаточные числа выгоднее применять несколько ступеней; при этом габариты и масса передачи получаются значительно меньше, чем при одной ступени. Однако масса и габариты в многоступенчатых редукторах существенно зависят от разбивки полного передаточного числа между ступенями редуктора Она может быть различной в зависимости от того, какое из требований, предъявляемых к проектируемому объекту, является главным. К таким требованиям могут быть отнесены: минимальная масса передачи; равнопрочность рабочих поверхностей зубьев колес (при одинаковых механических свойствах их материалов); минимальные габариты передачи по длине, определяемые межосевым расстоянием, по ширине и др.

Окончательное решение вопроса о разбивке общего передаточного числа и между передачами разных ипов требует сопоставления на основе технико-экономических расчетов нескольких вариантов.

Таким образом, как говорилось выше, например, в приводе, состоящем из ременной и зубчатой передач, вариант размещения «двигатель – ременная передача – зубчатая передача – исполнительный механизм» предпочтительнее варианта «двигатель – зубчатая – ременная передача – исполнительны механизм», так как размещение зубчатой передачи, отличающейся высокой несущей способностью, на самом нагруженном участке силовой цепи наиболее выгодно. По тем же соображениям в приводе с червячной и зубчатой передачами целесообразно размещать их в такой последовательности: двигатель – червячная передача – зубчатая передача; при использовании зубчатых передач с коническими и цилиндрическими колесами последние размещаются к конце силовой цепи.

Рис. Ориентировочные габариты передач

Выбирая тип редукторов, необходимо определять: к. п. д., габаритные размеры, массу, стоимость изготовления и эксплуатации и т. д. К. п. д. зубчатой передачи значительно выше, чем червячной и глобоидной. При длительной и непрерывной эксплуатации редуктора стоимость электроэнергии, затрачиваемой на преодоление потерь трения в червячном редукторе, может оказаться значительно выше стоимости изготовления зубчатого редуктора. Поэтому червячные и глобоидные редукторы применяют при работе с перерывами и при необходимости обеспечить бесшумность, удовлетворить условиям соответствующей компоновки машины.

Рис. 15.5. Сравнительные габариты редукторов:

1 — червячный; 2 — глобоидный; 3 — цилиндрический зубчатый;

4 — планетарный

Сопоставление габаритных размеров редукторов различных типов показывает, что при малых передаточных числах наибольшие размеры имеют червячные редукторы, наименьшие — планетарные с высокой твердостью поверхностей зубьев. На рис. 15.5 представлены совмещенные габаритные размеры редукторов: а — для мощности N = 37 кВт и передаточного числа и = 7; б — для N = = 18,5 кВт и и = 21; в — для N = 9 кВт и и = 50.

Многопоточные передачи. С целью уменьшения габаритов и массы привода часто применяют принцип разделения силового потока и его направления по нескольким параллельным силовым цепям. В широком смысле многопоточной можно назвать любую передачу, у которой есть разделение силовой цепи. Однако следует различать разделение в пределах контакта данной пары звеньев (ведущего и ведомого) и на несколько контактов нескольких пар звеньев. Любое многопарное зацепление (если в нем одновременно находится две и более пары зубьев) можно отнести к многопоточной передаче (прямозубое эвольвентное зацепление со стандартным исходным контуром может быть отнесено к двухпоточному). Более крупное разделение потоков (охватывающих явления в одном зацеплении) имеет место, например, в шевронной передаче, в которой образует два силовых потока вследствие разделения мощности между полу шевронами данной пары зацепляющихся колес.

Разделение силовой цепи на отдельные потоки используют в планетарных передачах: в каждой ступени имеется минимум три потока по числу сателлитов (в некоторых передачах их бывает четыре и более). В многоступенчатых планетарных передачах происходит последовательное разделение и слияние потоков в зависимости от схемы передачи.

В передачах трением используют разделение мощности на несколько потоков. Во многих вариаторах передача вращающего момента от ведущего звена к ведомому осуществляется через два и более промежуточных звена. В клиноременных передачах момент на ведомый шкив - передается несколькими параллельно работающими клиновыми ремнями.

Многопоточность передачи мощности преследует цель уменьшения нагрузки на одно передающее звено, увеличение надежности, получение компактных передач. При многопоточной передаче нагрузки элементы передачи или отдельные детали ее могут быть выполнены меньших размеров, а значит, более точно, из высокопрочных мате­риалов. Вместе с тем, разноразмерность параллельно работающих звеньев вследствие погрешностей изготовления и деформаций их приводит к неравномерному распределению нагрузки между потоками. В зубчатой передаче это неравномерность распределения нагрузки между одновременно зацепляющимися парами зубьев, в шевронной - между полушевронами, в клиноременной - между параллельно работающими ремнями, в планетарной - между сателлитами. Задача конструктора заключается в том, чтобы найти экономически целесообразные решения, снижающие эту неравномерность.