Передачи гибкой связью. 2

МОСКОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОБЛАСТНОЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ ТЕХНОЛОГИИ И ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВА

КАФЕДРА ОСНОВ ПРОИЗВОДСТВА И МАШИНОВЕДЕНИЯ 
 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА 
 
 

     ДИСЦИПЛИНА: Энергетические машины

     ТЕМА: Передачи гибкой связью 
 
 
 
 
 
 

    Выполнил: студент 3 курса

    Иванова О. Н.

    Проверил: доц.Гришин В. Д. 
 
 

    Москва 2010

    СОДЕРЖАНИЕ:

Ведение

§ 1. Ременная передача

§ 2. Цепная передача

Заключение

Список  литературы 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Введение.

     В настоящее время нет такой  отрасли в мировом производстве, в которой бы не использовались машины. С давних пор человек создает  их для облегчения условий физического  и умственного труда, увеличения производительности и высвобождения  себя для творчества.

     Машины  – устройства, «выполняющие механические движения для преобразования энергии, материалов и информации». «В зависимости от основного назначения их подразделяют на три вида - энергетические, рабочие, информационные» .

     Энергетические  машины предназначены для преобразования любого вида энергии в механическую. Их называют машинами-двигателями, и к ним относят, например, электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания, турбины, поршневые и паровые машины и др.

     Рабочие машины подразделяют на технологические и транспортные. В технологических машинах преобразование материала состоит в изменении его формы, свойств и состояния. При этом под материалом понимается обрабатываемый предмет, «который может находиться в твёрдом, жидком и газообразном состоянии» . К технологическим машинам относят различные станки (металлообрабатывающие, ткацкие и др.), полиграфические машины, тестомесильные машины, швейные машины и многие другие.  В транспортных машинах под материалом понимается перемещаемый предмет, а его преобразование состоит в изменении его положения в пространстве. К транспортным машинам относят автомобили, самолеты, подъемники, конвейеры и др. 

     «Информационные машины предназначены для преобразования информации. Информационную машину называют счётной, или вычислительной, если информация представлена в форме чисел, например, арифмометры, механические интеграторы, бухгалтерские машины. Если строго исходить из определения понятия «машина», электронная вычислительная машина не является машиной, так как в ней механические движения служат для выполнения лишь вспомогательных операций. Ее название сохранено в порядке исторической преемственности от счётных машин типа арифмометра».

     Любая машина состоит из механизмов –  системы тел, служащих для преобразования движений. Несмотря на принадлежность машины к той или иной группе, конструкция машины в большинстве  случаев остается неизменной:

     Силовая установка → Передаточный механизм → Рабочий орган.

     Основными функциями передаточного механизма  является передача и преобразование движения, изменение и регулирование  скорости, распределение потоков  мощности между различными исполнительными  органами данной машины, пуск, останов  и реверсирование движения.

     Для приведения в движение рабочих машин  им передается механическая энергия  от машин-двигателей. Чаще всего механическая энергия, используемая для приведения в движение машины-орудия, представляет собой энергию вращательного движения вала двигателя, т.к. вращательное движение наиболее распространено в технике в силу своих достоинств. Оно обеспечивает непрерывное и равномерное движение при небольших потерях на трение и позволяет иметь простую и компактную конструкцию передаточного механизма.

     Из  курса физики известно, что  мощность при равномерном вращении пропорциональна  произведению вращающего момента на угловую скорость (частоту вращения). Следовательно, может существовать несколько двигателей одного типа (например, электрических), имеющих одну и ту же мощность, но отличающихся вращающим моментом и угловой скоростью. В большинстве случаев целесообразны быстроходные двигатели, т.е. имеющие большую угловую скорость, поэтому все современные двигатели выполняют быстроходными (при этом уменьшаются их габариты и стоимость). Но диапазон изменения угловых скоростей у них очень узок и вращающий момент на валу небольшой, хотя коэффициент полезного действия выше, чем у тихоходных.

     Быстроходный вал двигателя напрямую соединяют с валом машины редко,  т.к. для выполнения полезной работы машиной-орудием, как правило, требуется более низкая угловая скорость ее вала, по сравнению с валом двигателя. Но в то же время требуются большие вращающие моменты. Поэтому в абсолютном большинстве случаев передача механической энергии от двигателя к рабочему органу машины осуществляется с помощью различных передач.

     Механизмы, «служащие для передачи механической энергии на расстояние, как правило, с преобразованием скоростей и моментов, иногда с преобразованием видов» (например, вращательное и поступательное) и законов движения, называют механическими передачами .

     В современном машиностроении применяют  следующие передачи:

• механические
• пневматические
• гидравлические
• электрические.

     В зависимости от принципа действия все  механические передачи делятся на две «группы:

     - передачи трением – фрикционные  и ременные

     - передачи зацеплением – зубчатые, червячные, цепные».

     В зависимости от способа соединения ведущего и ведомого звеньев бывают:

• передачи непосредственного контакта (фрикционные, зубчатые, червячные)
• передачи гибкой связью (ременные, цепные), эти передачи допускают значительные расстояния между ведущим и ведомым валами.

     Передачи  имеют широкое распространение  в машиностроении. Например, в автомобилях  и различных станках имеется  несколько десятков зубчатых колес, а выпуск зубчатых колес в масштабе страны измеряется сотнями миллионов  штук в год.

     Основные  причины применения передач в  машинах следующие:

     - требуемые скорости движения  рабочих органов машины, как правило,  не совпадают с оптимальными  скоростями двигателя, и требуют  более низких значений, а тихоходные  двигатели для больших моментов  очень громоздки и дороги

     - для большинства технологических  и транспортных машин необходима  возможность регулирования скорости  и периодическая работа с большими  моментами (при малых скоростях), а регулирование скорости двигателя  не всегда возможно и экономично

     - двигатели обычно выполняют для  равномерного вращательного движения, а в машинах часто оказывается  необходимым поступательное движение  с заданным законом изменения  скорости

     - двигатели не всегда могут  быть непосредственно связаны  с исполнительными механизмами  из-за требования к габаритам  машины, условий техники безопасности, удобства обслуживания, а иногда  должны приводить в движение  сразу несколько механизмов.

     Таким образом, конструкторы с помощью  механических передач решают три  основные задачи – реализация больших  передаточных чисел, регулирование  частоты вращения ведомого вала и  обеспечение заданной компоновки машины.

Ременные  передачи

Общие сведения

Ременная передача — передана трением с гибкой связью. Состоит из ведущего и ведомого шкивов и ремня, надетого на шкивы с предварительным натяжением (рис. 1). Возможно применение в одной передаче нескольких ремней и нескольких ведомых шкивов. Нагрузка передается благодаря силам трения, возникающим между шкивами и ремнем.

В зависимости от формы поперечного сечения ремня  передачи бывают: плоским ремнем (рис. 1, а), клиновым ремнем (рис. 1, б), круглым ремнем (рис.1, в), поликлиновым ремнем (рис. 22.1, г). Наибольшее применение в машиностроении имеют клиновые и поликлиновые ремни. Передачу круглым резиновым ремнем (диаметром 3 ... 12 мм) применяют в приводах малой мощности (настольные станки, приборы, бытовые машины и др.).

Разновидностью ременной передачи является передача зубчатым ремнем , передающая нагрузку путем зацепления ремня со шкивами.

Достоинства ременных передач: 1. Простота конструкции, эксплуатации и малая стоимость. 2. Возможность передачи движения на значительные расстояния (до 15 м). 3. Возможность работы с высокими частотами вращения. 4. Плавность и малый шум при работе вследствие эластичности ремня. 5. Смягчение вибраций и толчков вследствие упругости ремня. 6. Предохранение механизмов от перегрузок и ударов за счет возможности проскальзывания ремня (к передачам зубчатым ремнем это свойство не относится). 

Недостатки: 1. Большие габаритные размеры, в особенности при передаче значительных мощностей. 2. Малая долговечность ремня в быстроходных передачах. 3. Большие нагрузки на валы и подшипники от натяжения ремня, необходимость устройств для натяжения ремня. 4. Непостоянное передаточное число вследствие неизбежного упругого скольжения ремня. 5. Чувствительность нагрузочной способности к наличию паров влаги и нефтепродуктов.

Применение. Ременные передачи применяют в большинстве случаев для передачи движения от электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания, когда по конструктивным соображениям межосевое расстояние должно быть достаточно большим, а передаточное число и может быть не строго постоянным (приводы станков, конвейеров, дорожных, строительных, сельскохозяйственных машин и др.). Передачи зубчатым ремнем можно применять и в приводах, требующих постоянного значения и.Мощность, передаваемая ременной передачей, обычно до 50 кВт, хотя может достигать 2000 кВт и больше. Скорость ремня v = 5...50 м/с, а в высокоскоростных передачах до 100 м/с и выше.

После зубчатой передачи ременная — наиболее распространенная из всех механических передач.В сочетании с другими типами передач ременную передачу применяют на быстроходных ступенях привода.

Основные  геометрические соотношения  ременных передач

Межосевое расстояние а ременной передачи (рис.2) определяет в основном конструкция привода машины. Рекомендуется: для передач плоским ремнем: a≥1,5(d2 + di)

для передач клиновым и поликлиновым ремнями: а ≥0,55(d2 + di) + h

где d2 и di — диаметры шкивов; h — высота сечения ремня.

2. Расчетная длина  ремня Lp равна сумме длин прямолинейных участков и дут обхвата шкивов: Lp = 2а + 0,5π(d2 + di) + 0,25/а

По найденному значению из стандартного ряда принимают ближайшую  большую расчетную длину ремня  Lp. При соединении концов длину ремня увеличивают на 30...200 мм.

3. Межосевое расстояние  при окончательно установленной  длине ремня Lp:

а = {2Lр - π(d2 + di) +

4. Угол обхвата ремнем малого шкива: α1 = 180° - 2γ.Из треугольника О₁В0₂ (рис.2) sin γ= В0₂/О₁0₂ = (d2 - di)/(2а).

Практически γ не превышает π/6, поэтому приближенно принимают sin γ- γ рад, тогда   γ = (d2 - di)/(2а) рад   или  γ° = 180°( d2 - di)/(π2а). Следовательно, α1 = 180-57

Для передачи плоским  ремнем рекомендуют α₁ > 150°, клиновым или поликлиновым α₁ > 110°.

Передаточное  число. Окружные скорости шкивов передачи определяют по формулам: ν₁ = πd₁ n₁/60 000; ν₂ = πd₂n₂/60 000,

где n₁ и n₂ — частоты вращения ведущего и ведомого шкивов, мин^-1; d₁и d₂ — диаметры этих шкивов, мм.

Передаточное число ременной передачи и = n₁/n₂ = ν₁d₂/(ν₂d₁) = d₂/[d₁ (1 - ξ)].

Основными критериями работоспособности  ременных передач  являются: тяговая способность (надежность сцепления ремня со шкивом) и долговечность ремня (его свойство сопротивляться усталостному разрушению).

Расчет по тяговой  способности является проектировочным  расчетом ременных передач, обеспечивающим необходимую прочность ремней и  передачу ими требуемой нагрузки.Расчет на долговечность выполняют как проверочный.Тяговая способность ременной передачи обусловлена сцеплением ремня со шкивами. Долговечность ремня определяет его способность сопротивляться усталостному разрушению. Долговечность зависит не только от значений напряжений, но и от характера их изменения за один цикл, а также от числа таких циклов.

Передачи  плоским ремнем

Общие сведения.  
Возможны различные схемы передач плоским ремнем. Чаще всего применяют открытую передачу (см. рис. 1), в которой оси валов параллельны, а шкивы вращаются в одном направлении. В сравнении с другими типами ременных передач эта передача обладает повышенными работоспособностью и долговечностью (в связи с меньшими напряжениями изгиба в плоских ремнях). Ее рекомендуется применять при больших межосевых расстояниях (до 15 м) или высоких скоростях (до 100 м/с).

Типы  плоских ремней.  
Материал плоского приводного ремня должен обладать достаточной прочностью при переменных напряжениях, износостойкостью, эластичностью, должен хорошо сцепляться со шкивами и иметь низкую стоимость.Конструкции ремней имеют высокопрочный несущий слой, расположенный вблизи нейтрального слоя ремня. Повышенный коэффициент трения обеспечивается применением обкладок или пропиткой ремня. В машиностроении применяют различные типы стандартных плоских ремней.

Резинотканевые  ремни (рис. 3) состоят из нескольких слоев (3 ... 6) технической ткани 1 (прокладок), резиновых прослоек 2 между ними и наружных резиновых обкладок 3, свулканизированных в одно целое.

Кордшнуровые прорезиненные ремни состоят из одного ряда крученых анидных кордшнуров 1 диаметром 1,1 мм, расположенных в слое резины 2 (рис. 4). Снаружи покрыты тканью 3 (обкладкой) для обеспечения прочности конструкции. Прочные, эластичные кордшнуровые ремни применяют для приводов шлифовального оборудования в широком диапазоне мощностей при скоростях v < 35 м/с.

Синтетические ремни изготовляют из капроновой ткани просвечивающего переплетения, которую пропитывают полиамидным раствором и покрывают специальной фрикционной пленкой (с нитрильным каучуком), обеспечивающей высокий коэффициент трения (f=0,5) со шкивами (рис. 5). Нагрузку передают уточные нити ткани. 

Текстильные ремни (хлопчатобумажные и шерстяные) обладают низкими тяговой способностью и долговечностью. Применяют в легких быстроходных передачах. Ремни быстро выходят из употребления.

Кожаные ремни изготовляют из кожи, выработанной из шкур крупного рогатого скота. Обладают высокими тяговой способностью и долговечностью. Рекомендуются для передачи малых и средних мощностей в условиях переменных и ударных нагрузок. Из-за дефицитности и дороговизны имеют ограниченное применение.

Передачи  клиновым и поликлиновым ремнями

Общие сведения. 
В машиностроении преимущественно применяют передачи клиновым или поликлиновым ремнями.Клиновые ремни имеют трапециевидное поперечное сечение. Они работают на шкивах с канавками соответствующего ремню профиля. Клиновые ремни и канавки шкивов контактируют только по боковым (рабочим) поверхностям ремней и боковым граням канавок шкивов. Между внутренней поверхностью ремня и дном канавки шкива должен быть зазор.В передаче часто применяют несколько ремней (комплект). 
Достоинством этой передачи по сравнению с передачей плоским ремнем является то, что благодаря повышенному (до трех раз) сцеплению ремня со шкивами, обусловленному эффектом клина, она может передавать большую мощность, допускает меньший угол обхвата на малом шкиве (см. рис. 22.1), а следовательно, и меньшее межосевое расстояние.

Недостатками являются большие напряжения в ремне при изгибе на шкивах из-за значительной высоты ремня, большие потери на внешнее и внутреннее трение, большая стоимость шкивов и неодинаково: работа ремней в комплекте вследствие отклонений в их длине.

Передачи  клиновыми ремнями рекомендуются  при малых межосевых расстояниях, больших передаточных числах, вертикальном расположение осей валов. Их применяют для мощностей до 200 кВт в приводах станков, промышленных установок, в транспортных, сельскохозяйственных машинах.

Типы  ремней. Клиновые ремни состоят из несущего слоя — кордшнура или кордовой ткани, резины и оберточной свулканизированных в одно целое, поэтому клиновые ремни бывают двух типов: кордтканевые и кордитуровые.

Клиновые  ремни нормальных сечений обозначают: Z, А, В, С, D, Е. В записи мости от применяемых материалов и технологии изготовления ремни выпускают четырех классов (в порядке повышения качества): I, II, III и IV. Из-за большой массы ремней скорость их ограничена (до 30 м/с). Недостатком ремня, ограничивающим долговечность, является его большая высота, что приводит к значительным деформациям сечения при изгибе и неравномерному распределению нормальных давлений в зоне контакта ремня со шкивами.

Клиновые  ремни узких сечений изготовляют четырех сечений: SPZ, SPA, SPB, SPC. Они отличаются от ремней нормального сечения кордом повышенной прочности. Благодаря меньшему отношению ширины ремня к высоте происходит более равномерное распределение нагрузки по нитям корда, что повышает их тяговую способность в 1,5 ... 2 раза по сравнению с ремнями нормального сечения. Это дает возможность уменьшить число ремней в комплекте, а также ширину шкива.Узкие ремни хорошо работают при скоростях до 50 м/с.В настоящее время узкие ремни находят наибольшее применение.

Широкие клиновые ремни предназначены для вариаторов.

Поликлиновые ремни  — бесконечные плоские ремни с высокопрочным полиэфирным кордшнуром и продольными резиновыми выступами-клиньями, входящими в кольцевые клиновые канавки на шкивах.

Передачи  зубчатым ремнем

Общие сведения 
Зубчатые ремни выполняют плоскими бесконечными с поперечными зубьями на внутренней поверхности .При работе зубья входят во впадины соответствующего профиля на шкивах. Передача зубчатым ремнем работает по принципу зацепления.Зубчатое зацепление ремня со шкивом устраняет скольжение и необходимость в большом предварительном натяжении ремня, уменьшает влияние угла обхвата (межосевого расстояния) на тяговую способность, что позволяет уменьшить габариты передачи и получить большие передаточные числа.

Достоинства передач зубчатым ремнем: 1. Постоянное передаточное число. 2. Малое межосевое расстояние. 3. Небольшие нагрузки на валы и подшипники. 4. Большое передаточное число (м<12). 5. Низкий уровень шума и отсутствие динамических нагрузок вследствие эластичности ремня и упругости его зубьев, высокий КПД.

Недостатки: 1. Сравнительно высокая стоимость. 2. Чувствительность к отклонению от параллельности осей валов. 3. Передача не защищена от перегрузок за счет проскальзывания ремня.

Применение. Передачу зубчатым ремнем применяют как в высоко-нагруженных передачах (например, кузнечно-прессовое оборудование), используя ее высокую тяговую способность, так и в передачах точных перемещений (в связи с постоянством передаточного числа): приводы печатающих устройств ЭВМ, киносъемочная аппаратура, робототехника и др.

В зависимости  от способа изготовления зубчатые ремни  выпускают двух видов: сборочные  и литьевые.

Сборочные ремни состоят из несущего слоя (металлокорда или стек-локорда), резины (или неопрена) и тканевого покрытия на зубчатой поверхности, свулканизированных в одно целое. Отличаются от литьевых более высоким качеством.

Литьевые  ремни состоят из металлокорда, резины (или полиуретана) и не имеют тканевого покрытия. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Цепные  передачи

Общие сведения. 
Цепная передача — это передача зацеплением с гибкой связью. Состоит из ведущей и ведомой звездочек, огибаемых цепью, которая передает движение (рис.8).]

Достоинства цепных передач: 1. По сравнению с зубчатыми цепные передачи могут передавать движение между валами при значительных межосевых расстояниях (до 8 м). 2. По сравнению с ременными передачами более компактны, передают большие мощности, требуют значительно меньшей силы предварительного натяжения, обеспечивают постоянство передаточного числа (отсутствуют скольжение и буксование). 3. Могут передавать движение нескольким звездочкам одной цепью.

Недостатки: 1. Значительный шум при работе вследствие удара звена цепи о зуб звездочки при входе в зацепление, особенно при малых числах зубьев и большом шаге (этот недостаток ограничивает применение цепных передач при больших скоростях). 2. Сравнительно быстрое изнашивание шарниров цепи; необходимость применения системы смазывания. 3. Удлинение цепи из-за износа шарниров и сход ее со звездочек, что требует применения натяжных устройств.

Применение. Цепные передачи применяют в станках, велосипедах, промышленных роботах, транспортных, сельскохозяйственных и других машинах для передачи движения между параллельными валами на значительные расстояния, когда применение зубчатых передач нецелесообразно, а ременных невозможно. Наибольшее применение получили ценные передачи мощностью до 120 кВт при окружных скоростях до 15 м/с.

Приводные цепи

Приводная цепь — главный элемент цепной передачи — состоит из соединенных  шарнирами отдельных звеньев. Помимо приводных бывают тяговые и грузовые цепи, которые в этом курсе не рассматриваются. Основные типы стандартизованных приводных цепей: роликовые, втулочные и зубчатые.

Роликовые приводные цепи. Состоят из двух рядов наружных и внутренних последовательно чередующихся пластин(рис.9). В наружные пластины запрессованы валики, пропущенные через втулки, запрессованные, в свою очередь, во внутренние пластины. На втулки предварительно надеты свободно вращающиеся закаленные ролики. При относительном повороте звеньев валик проворачивается во втулке, образуя шарнир скольжения. Зацепление цепи со звездочкой происходит через ролик, который, поворачиваясь на втулке, перекатывается по зубу звездочки. Такая конструкция позволяет выравнять давление зуба на втулку и уменьшить изнашивание как втулки, так и зуба. 
Пластины очерчены контуром, напоминающим цифру восемь и обеспечивающим равную прочность пластины во всех ее сечениях. Концы валиков расклепывают, поэтому звенья цепи неразъемны. 
Соединение концов цепи при четном числе ее звеньев производят соединительным звеном при нечетном — переходным звеном 2(рис.9), которое менее прочно, чем звено 1. Поэтому стремятся применять цепи с четным числом звеньев.Роликовые цепи имеют широкое распространение. Их применяют при скоростях v < 15 м/с .

Втулочные приводные цепи по конструкции подобны роликовым, но не имеют роликов, что удешевляет цепь, уменьшает ее массу, но существенно увеличивает износ втулок цепи и зубьев звездочек. Втулочные цепи применяют в неответственных передачах при V < 1 м/с. Втулочные и роликовые цепи изготовляют однорядными (рис. 9) и многорядными с числом рядов 2, 3 и 4. Многорядная цепь с меньшим шагом позволяет заменить однорядную с большим шагом и тем самым уменьшить диаметры звездочек, снизить динамические нагрузки в передаче. Многорядные цепи могут работать при больших скоростях движения цепи. Нагрузочная способность цепи возрастает почти прямо пропорционально числу рядов.

Зубчатые приводные цепи (см. рис.8, б) по сравнению с роликовыми сложнее, тяжелее и дороже.В настоящее время их используют при ремонте старого оборудования. Из-за ограниченности применения зубчатые цепи ниже не рассматриваются.

Передаточное  число цепной передачи.  
Цепь за один оборот звездочки проходит путь s = pz- Время t (в секундах) одного оборота звездочки t=2π/ω =60/n. Следовательно, скорость v, м/с, цепи:  v = s/t = pz₁n₁/60000 = pz₂n₂/60000,  
где р — шаг цепи, мм; z₁, n₁ и z₂, n₂ — соответственно числа зубьев и частоты вращения ведущей и ведомой звездочек. Из равенства скоростей цепи на звездочках следует:    u = n₁/n₂ = z₂/z₁.