Передачи

Передачи

Все двигатели создают вращательное движе­ние, а рабочие органы машин совершают дви­жение по самым разнообразным траекториям и с различными скоростями. Следовательно, передаточные механизмы должны не только пере­давать движение и усилие от вала двигателя ис­полнительным (рабочим) и вспомогательным ор­ганам машины, но и преобразовывать движение из одного вида в другой, изменять его скорость и направление.

Начнем с простого примера: нужно приве­сти в движение водяной насос при помощи элект­рического двигателя. Рабочее колесо насоса должно вращаться с той же скоростью и в том же направлении, что и вал двигателя. В этом случае достаточно поставить насос рядом с дви­гателем и соединить их валы между собой. Это делается при помощи простых муфт.

Если в процессе работы необходимо разъеди­нять машины на ходу, применяются более слож­ные, фрикционные или электро­магнитные муфты. Во втором случае передача вращения происходит не за счет силы трения, как в первом, а за счет силы маг­нитного притяжения, возникающего при про­текании тока по обмоткам муфты.

Иногда соединяемые части машин находятся на некотором расстоянии друг от друга и оси валов не совпадают. В этом случае используют вал с карданными шарнирами или гибкий вал (трос).

Следующая группа устройств для передачи вращательного движения — это ременные и цепные передачи. В отличие от предыдущих они позволяют получать различ­ные скорости вращения. Скорости ведущего и ведомого валов в таких передачах связаны простой зависимостью:

Иными словами, если мы хотим, чтобы ведомый вал вращался быстрее ведущего, мы должны поставить на нем шкив меньшего диаметра, чем на ведущем, и наоборот. Отношение диаметра ведущего шкива к диаметру ведомого называется передаточным числом. (Для цепной передачи диаметры шкивов в формуле надо заменить чис­лом зубцов ведущей и ведомой звездочек.)

В некоторых машинах цепные передачи слу­жат еще и частью рабочего органа. Например, ковши землеройной и зубья врубовой машин крепятся непосредственно на цепи и перемещают­ся вместе с нею.

Несмотря на то что ременные передачи наи­более просты, в машиностроении более широко распространены зубчатые передачи.

Еле различимые глазом зубчатые колесики отсчитывают время в маленьких наручных часах, а гигантские зубчатые колесища диаметром в несколько метров помогают поднимать огромные щиты в шлюзах, поворачивать стрелы экскава­торов и подъемных кранов. Но для всех таких передач действительна одна и та же формула передачи скоростей. Она сходна с формулой ременных передач:

 Зубчатые передачи (в этом вы можете убе­диться из рисунка) допускают раз­личное расположение валов, различные ско­рости и направления вращения.

В тех случаях, когда для изменения скорости вращения оказывается недостаточным переда­точное число одной пары колес, применяют не­сколько пар зубчатых колес. Такой механизм, заключенный в отдельный корпус, называется редуктором.

Но для многих машин нужны передачи, поз­воляющие легко и быстро изменять скорость ведомого вала. Для этого в редукторе устанавли­вают несколько параллельно расположенных валов, на которых находятся зубчатые колеса с различным количеством зубцов. При помощи специальных устройств в зацепление вводят те или иные пары колес. Такие редукторы с из­меняемым передаточным числом называются коробками скоростей или короб­ками передач.

Как бы хорошо ни были изготовлены зубья цилиндрических зубчатых колес, при их зацеп­лении неизбежно происходят удары, отчего они быстро изнашиваются. Поэтому в передачах, испытывающих большие нагрузки, применяют простые косозубые и шевронные зубчатые коле­са. Сцепление зубцов у таких колес происходит плавно, без ударов.

Следующий вид передач вращательного дви­жения — червячная пара. Червяч­ные редукторы могут иметь весьма большие пе­редаточные числа. В подавляющем большинстве таких передач червяк является ведущим, а зубчатое колесо — ведомым.

Но передачей и изменением скоростей вра­щательного движения не исчерпываются зада­чи передаточных механизмов. Рабочие органы и вспомогательные устройства многих машин совершают возвратно-поступательное движение, а вал двигателя — вращательное. Поэтому су­ществуют передачи, преобразующие вращатель­ное движение в возвратно-поступательное, и наоборот.

Вот, пожалуй, и все основные виды механиче­ских передач движения, применяемые в со­временных машинах. Из их сочетаний в конеч­ном счете состоит любой самый сложный переда­точный механизм.

Чем больше совершенствуются машины, тем больше требований предъявляется к их меха­низмам. И не всегда механические передачи позволяют выполнить эти требования.

Как ни хороша, например, коробка скоро­стей, состоящая из зубчатых передач, она поз­воляет изменять скорость только ступенями, зависящими от передаточных чисел зубчатых колес, находящихся в зацеплении. А вот гид­равлическая коробка скоро­стей обеспечивает плавное изменение скоро­сти в широких пределах. Она состоит из масля­ного насоса и масляной турбины. Насос находит­ся на ведущем валу, а турбина на ведомом. При работе насос подает масло на лопатки турбины и заставляет ее вращаться. Если все масло из насоса идет на турбину, она вращается с мак­симальной скоростью. Но вот мы приоткрыли кран. Часть масла пошла в обход турбины, и скорость ее вращения уменьшилась. Чем больше открыт кран, тем медленнее вращается турбина. А если все масло будет проходить мимо турби­ны, она, конечно, совсем остановится. Следова­тельно, регулируя подачу масла, можно плавно изменять скорость вращения турбины. Такие гидравлические коробки скоростей уже приме­няются на металлорежущих станках, в автомо­билях и других машинах. Появились уже и мощные магистральные тепловозы с гидравличе­ской передачей, похожей на гидравлическую коробку скоростей.

У трактора-экскаватора «Беларусь» нет слож­ных механических передач от двигателя к ков­шу. Двигатель приводит в движение только масляный насос, а масло, поступая под давле­нием в гидравлические цилиндры, заставляет рычаги совершать все рабочие движения.

Другая система передач работает на теплово­зе. На нем установлен один мощный дизель. Мож­но было бы соединить вал дизеля с колесами тепловоза при помощи зубчатых передач. Но дизель — один, колес — много, и такая пере­дача оказалась бы весьма сложной и ненадежной. Поэтому на тепловозе применена электри­ческая передач а. Рядом с дизелем уста­новлен электрический генератор, а около колес подвешены электрические двигатели. Дизель вращает якорь генератора, генератор вырабаты­вает электрический ток, который приводит в движение двигатели, а вместе с ними и колеса.

Такую же электрическую передачу можно встретить и на крупных кораблях, в том числе и на атомоходе «Ленин».