Словарь
трансмиссия; передаточный механизм; передаточное отношение; редуктор.
Главная сайта | В меню | Механическая трансмиссия в технических системах
§ 4.4 Механическая трансмиссия в технических системах
Содержание
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
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
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.
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.
