Виды редукторов: назначение, устройство, типы

Реечная и ременная зубчатая передача

Реечная передача преобразует вращательное движение в поступательное. Одно из зубчатых колес пары как бы развернуто в линию и представляет собой зубчатую рейку. Такой способ используется в рулевом управлений автомобиля, в других исполнительных механизмах.

Она состоит из двух закрепленных на входном и выходном валу колес-шкивов, охваченных кольцевым приводным ремнем. Вращение передается за счет сил трения, возникающих на шкивах.

Плоские и круглые ремни используются при небольших нагрузках. Широкое распространение получил ремень в форме клина, шкив при этом выполняется со щечками, и зацепление осуществляется одной нижней и двумя боковыми поверхностями ремня.

Ремни также снабжаются зубчатыми фрагментами. Поликлиновые передачи широко применяются в современных автомобильных и мотоциклетных вариаторах. Они позволяют передавать значительный крутящий момент и плавно регулировать скорость вращения ведомого вала.

Применение

Из всех типов передач наиболее широко применяются зубчатые. Практически любой механизм, бытовой прибор, станок, механические часы, транспортное средство включает в себя зубчатые пары.

В последнее время, с прогрессом электротехники, разработкой новых материалов и отходом двигателей внутреннего сгорания на второй план, использование зубчатых механизмов приобрело тенденцию к сокращению.

Все чаще вместо редуктора используют электронную схему регулировки момента и числа оборотов электродвигателя. В электромобиле из нескольких тысяч движущихся частей, 30% из которых составляли разного вида шестерни, осталось несколько сотен.

Тяговые электродвигатели размещены непосредственно в колесе, необходимость в сложной трансмиссии отпадает.

Похожие тенденции намечаются и в бытовой технике.

Червячная передача

Так как при определенных обстоятельствах вращательные движения выполняются под углом, то здесь требуется соответствующая система. В данном случае речь идет про червячную передачу. Как правило, главным элементом такой схемы выступает компонент цилиндрической формы. Кроме того, могут использоваться глобоидные механизмы, архимедов винт или эвольвентные изделия. В частности, это напрямую зависит от текущей поверхности, где расположилась резьба, а также от типа применяемой резьбы. В данном случае для вычисления передаточного отношения здесь используется число заходов всего червячного механизма. Как правило, этот показатель варьируется от единицы до четырех. Для того, чтобы высчитать необходимое число компонентов зацепления, здесь нужно использовать таблицу передаточных отношений для схемы червячного типа. В этой таблице собраны оптимальные данные, которые позволяют правильно подобрать правильное соединение для определенного изделия.

Необходимо принимать во внимание тот факт, что для червячной передачи присущи некоторые характерные недостатки. В частности, в процессе работы конструктивные элементы сильно нагреваются

В процессе работы может проявляться эффект проскальзывания. Существенный минус такой передачи в низком коэффициенте полезного действия. Червячные передачи не отличаются высокой надежностью. При работе могут появляться заедания, а также затормаживание. Из-за большого числа недостатков подобные механизмы в современном автомобилестроении применяются достаточно редко.

Функции механических передач

Главная функция механических передач — это предать кинетическую энергию от ее источника к потребителям, рабочим органам. Помимо главной, передаточные механизмы выполняют и дополнительные функции:

• Изменение числа оборотов и крутящего момента. При постоянном количестве движения изменения этих величин обратно пропорциональны. Для ступенчатого изменения применяют сменные зубчатые пары, для плавного подходят ременные или торсионные вариаторы.
• Изменение направления вращения. Включает как обычный реверс, так и изменение направления оси вращения с помощью конических, планетарных или карданных механизмов.
• Преобразование видов движения. Вращательного в прямолинейное, непрерывного в циклическое.
• Раздача крутящего момента между несколькими потребителями.

Механические передачи выполняют и другие вспомогательные функции.

Классификация редукторов

На сегодняшний день типы редукторов классифицируются на основе:

• типа механической передачи;
• расположения элементов в пространстве;
• конструктивных особенностей.

В зависимости от расположения элементов они бывают вертикального и горизонтального исполнения. Среди различных типов можно выделить традиционные механические и мотор-редукторы (с дополнительно установленной двигательной установкой).

Основная, общепринятая классификация редукторов разработана в зависимости от типа передачи и по форме шестерен:

Цилиндрический и конический редуктор

В основе таких моделей используются конические и цилиндрические передачи. Данный тип прямого редуктора характеризируется высоким уровнем КПД (более 80%, в зависимости от количества зубьев). Еще одним преимуществом является практически полное отсутствие нагрева из-за отсутствия нагревающихся элементов. Это позволяет добиться простоты механизма, отсутствия необходимости в дополнительных мерах охлаждения. Данный тип получил высокую популярность благодаря надежности и долговечности.

Планетарный

Отличается от большинства других видов схемой расположения элементов. В его основе лежит планетарная передача. Основной ее функцией можно назвать преобразование поступающего момента. Подобные модели отличаются компактностью благодаря тому, что рабочие элементы находятся в одной геометрической оси, чего нельзя встретить в стандартных механизмах. Широко распространены в сфере приборостроения и машиностроения. Они позволяют комбинировать преимущества цилиндрических и червячных.

Позволяют также добиться оптимального соотношения производительности, компактности, надежности и долговечности.

Червячный

В основе этого вида лежит червячная передача, которая позволяет использовать его для различных целей. Использование этой модели помогает преобразовывать как прямой, так и угловой крутящий момент. В основе конструкции лежит спиралевидный винт, который формой напоминает червяка, из-за чего он получил свое название. Используется довольно редко, так как не отличается надежностью и высокой производительностью. В некоторых случаях при повышении нагрузки может выйти из строя. Несмотря на свои недостатки, он прочно занял свое место в машиностроении, так как является незаменимым при передаче усилия между перпендикулярно расположенными валами.

Волновой

Имеет особенный характеристический размер и тип конструкции, в основе которой лежит неподвижный корпус с нарезанными зубьями. Внутри корпуса расположен гибкий элемент, усилие на которые передается ведущим валом, соединенным с ним. Гибкий элемент изготовлен в виде овала, благодаря чему при движении внутри корпуса создает волнообразные движения.

Данный тип отличается высокой производительностью, имея высокое передаточное отношение, достичь которое невозможно с помощью других моделей

Отличается компактными размерами, что особо важно для использования в точном машиностроении

Следует отметить, что современные тенденции машиностроения требуют особых характеристик от редукторов. Из-за этого все большего распространения получают комбинированные модели. Цилиндрические модели дополняют коническими горизонтальными передачами. Червячные дополняются дополнительными валами, а также некоторые модели оснащаются дополнительными моторами.

Различные виды мотор-редукторов получили широкое распространение благодаря тому, что в одном механизме объединяют еще и электродвигатель и все необходимые дополнительные элементы.

Открытая, перекрестная и полуперекрестная передача

Рис. 7. Открытая, перекрестная и полуперекрестная передача

1. В открытой ременной передаче шкивы расположены в одной плоскости параллельно друг-другу. Такая передача не меняет направления вращения ведомого шкива.
2. В перекрестной ременной передаче приводной ремень закручен восьмеркой. Большой минус такого способа изменения направления вращения – большой износ ремня из-за дополнительного трения. Этот способ можно использовать при создании моделей из образовательного конструктора, но он редко используется в промышленных устройствах.
3. В полуперекрестной ременной передаче ось вращения одного из шкивов повернута на некоторый угол относительно другой оси (например, на 90 градусов).

Определения

Эти термины важно запомнить. Ведущая ветвь ремня — набегает на ведущий шкив

При работе передачи растягивается

Ведущая ветвь ремня — набегает на ведущий шкив. При работе передачи растягивается.

Ведомая ветвь ремня — сходит с ведущего ремня и набегает на ведомый. При работе передачи расслабляется.

Межосевое (межцентровое) расстояние – кратчайшее расстояние между осями шкивов.

Натяжной ролик (леникс, от нем. lenix, lenixrolle — натяжной ролик) – элемент ремённой или цепной передачи; свободно вращающееся на оси колесо (шкив, звездочка, ролик), которое используется для регулирования натяжения ремня или цепи. Например, используется в тракторах для натяжения гусениц или в двигателе автомобиля для натяжения ремня ГРМ (газораспределительного механизма).

Пассик (от польского pasek — ремешок) – исторически вошедшее в наш оборот название приводного ремня круглого сечения. Слово «пассик» имеет польское происхождение. Его появление в русском словаре связывают с 80-ми годах 20-го века, когда им называли соответствующий элемент в импортном польском магнитофоне. Пассик, как правило, выполнен из резины или других полимерных материалов. Пассики использовались в устройстве протяжного механизма магнитной ленты старого кассетного магнитофона – он хорошо сглаживал рывки от электромотора и предохранял от искажений звука. «Пассики» входят в комплект конструктора Lego WeDo или ресурсного набора Lego MINDSTORMS Education EV3. В общем, всякий пассик — приводной ремень, но не каждый приводной ремень – пассик.

Приводной ремень – гибкий замкнутый элемент (ремень) для передачи вращения между двумя шкивами. Вращение передается за счет силы трения (гладкий ремень) или силы зацепления (ремень с зубчиками). Может иметь разную форму: бывают плоские ремни, зубчатые ремни, клиновидные ремни.

Ремённая передача (англ. belt drive)– механизм, предназначенный для передачи вращательного движения с помощью силы трения или зубчатого зацепления замкнутой гибкой связи (ремня) с помощью колес (шкивов), закрепленных на входном и выходном вале.

Угол обхвата – угол прилегания ремня к шкиву.

Шкив – фрикционное (англ. friction — трение) колесо с ободом или канавкой по окружности. Передает или принимает движение от приводного ремня. В отличие от блока, который имеет похожую форму, шкив всегда передавет усилие с оси на ремень, либо принимает усилие с ремня на ось. Блок же всегда свободно вращается на оси и обеспечивает изменение направления движения каната/троса, а также изменяет прикладываемую силу.

Устройство мотоблока.Главные элементы конструкции

1. Рама либо станина. На ней крепится движок, система передачи вращающего момента на колеса, подвеска и тяговое устройство для подвесного оборудования;
2. Силовой агрегат. Его мощность может быть маленькой, от 5 до 10 лошадиных сил. Используются движки от мопедов, байков, компрессоров и даже бензопил;
3. Подвеска. Как правило, примитивная. Состоит из самодельных колес либо готовых от сельхозтехники.

   Время от времени юзаются авто либо мотоциклетные. Может быть осевой либо портальной;

4. Редуктор для мотоблока. Одна из важных частей конструкции. Предназначен для уменьшения оборотов приводного вала с одновременным линейным повышением вращающего момента. Достаточно нередко в качестве редуктора юзают коробку передач от кара либо мотороллера.

Однако наилучшим вариантом будет самодельный редуктор. Его не нужно сопрягать с силовой установкой, так как расчет делается под определенные задачки, и вы не ограничены готовым техническим решением.

Взрывозащищенные исполнения мотор-редукторов

Мотор-редукторы данной группы классифицируются по типу взрывозащитного исполнения:

• «Е» – агрегаты с повышенной степенью защиты. Могут эксплуатироваться в любом режиме работы, включая внештатные ситуации. Усиленная защита предотвращает вероятность воспламенений промышленных смесей и газов.
• «D» – взрывонепроницаемая оболочка. Корпус агрегатов защищен от деформаций в случае взрыва самого мотор-редуктора. Это достигается за счет его конструктивных особенностей и повышенной герметичности. Оборудование с классом взрывозащиты «D» может применяться в режимах предельно высоких температур и с любыми группами взрывоопасных смесей.
• «I» – искробезопасная цепь. Данный тип взрывозащиты обеспечивает поддержку взрывобезопасного тока в электрической сети с учетом конкретных условий промышленного применения.

Как динамика машины зависит от передаточного числа

Чем правильнее (читай – сбалансированнее) подобраны ПЧ, тем эффективнее будет работать коробка, а износ шестерней будет сведён к минимуму. Но такой подбор – задача нелёгкая, поскольку необходимо учитывать множество факторов: мощность силового агрегата, назначение транспортного средства, диаметр колеса и т. д.

При высоком ПЧ автомобиль будет разгоняться быстрее, то есть будет обладать большей динамикой, но длина передачи будет короткой. Под этим термином понимают, насколько быстро достигаются максимальные обороты коленвала (короткие передачи расположены снизу, и переключаться здесь нужно быстро).

При уменьшении ПЧ мы ухудшаем динамику авто, но зато можем разгонять её до больших скоростей. Именно поэтому на самой высокой передаче обгон выполнять не рекомендуется, нужно перейти на меньшую и переключиться на высшую после завершения манёвра.

Конструкторы, подбирая передаточные числа, стремятся найти компромиссное решение, когда и скорость высока, и разгонные характеристики не страдают.

В автоспорте многие гонщики стремятся сделать передаточные числа коробки передач со строго последовательным уменьшением на определённое значение. Это делается для того, чтобы спортсмен переключался при разгоне «на автомате», то есть длина передач делается примерно равной.

Высокая скорость – режим, характерный для движения по прямой. Если трасса извилистая, рекомендуется использовать ПЧ с большими значениями – такой подбор в зависимости от типа трассы приходит с опытом.

История

Ремённая передача – одна из древнейших и простых механических передач, в которой используются приводные ремни и специальные колеса — шкивы. По некоторым источникам, ременная передача впервые документально описана китайским философом, поэтом и политиком Ян Сюном (53 год до н. э. – 18 год н. э.) периода империи Хань в тексте «Словарь местных выражений». Описанное устройство использовали ткачи в своей работе с шелком.

Кстати, слово «ремённая» записывается через букву «ё», на которую и нужно ставить ударение. Но в печати, например, в нашем следующем заголовке, точки над «ё» могут опускать. Это не является ошибкой, но не забудьте ставить ударение правильно.

На средневековых картинах можно увидеть механизм — самопрялку, в которой принцип ремённой передачи используется для ускорения получения пряжи. Большое развитие ремённая передача вместе с другими механизмами получила во времена английской промышленной революции (1780-1830 гг.), которая началась с изобретения в 1769 году паровой машины. Небольшие кустарные ремесленные производства начали вытесняться фабричным трудом с большим количеством машин.

Рис. 1. Слева. Фрагмент из «Декреталий Григория IX». Примерно 1340 год. Справа. Мартен ван Хемскерк. Портрет женщины с прялкой. 1529 год
Рис. 2. Типография в 1870 году

На приведенной ниже картинке показаны примеры использования ремённой передачи в современных технических устройствах – от двигателя внутреннего сгорания автомобиля до 3D-принтера.

Рис. 3. Примеры использования ремённых передач. А – ремень ГРМ на электрогенераторе двигателя автомобиля. Б – механизм кассетного магнитофона. В – зубчатый ремень 3D -принтера. Г – ремень вместо цепи на велосипеде. Д – ремённая передача на роторной косилке мотоблока

На что влияет передаточное число

Параметр трансмиссии напрямую влияет на тягово-скоростные свойства автомобиля. Для серийных транспортных средств применяют среднее значение передаточного числа. Это означает, что машина будет умеренно разгоняться в городском цикле и на трассе. В таком режиме происходит равномерный износ деталей трансмиссии, меньше стираются покрышки, а топливо расходуется в оптимальных пределах.

Изменение передаточного коэффициента напрямую влияет на скоростные характеристики автомобиля. Увеличивая параметр, добиваются повышения крутящего момента на приводных колёсах. Это приводит к тому, что машина резвее стартует с места, быстрее разгоняется, а двигатель раньше выходит на пиковую мощность. Однако в этом случае увеличивается потребление горючего, а максимальная скорость снижается. Уменьшение передаточного числа ухудшает динамику авто: машина становится «заторможенной» и медленней набирает скорость. Однако любителям размерной езды такая настройка трансмиссии принесёт выгоду в плане снижения потребления горючего.

Общее определение

Значение передаточного отношения у кинематических схем рассчитывается по стандартному математическому выражению. Результат получается при проведении математической операции деления значения угловой скорости ведущего вала или шестерёнки, на такой же параметр ведомого вала. Вместо этих значений используют отношение их частот вращения.

Современные кинематические схемы реализованы с использованием следующих механических соединений:

• с зубчатым зацеплением (в разных вариациях);
• червячных;
• фрикционных соединений;
• с помощью цепей;
• посредством специальных ремней;
• планетарных соединений.

Передача вращения основана на двух физических принципах: с помощью силы трения, с использованием механизмов зацепления. В зависимости от решаемой задачи механизмы изготавливаются с замедлением и ускорением. Первые называются редукторами, вторые — мультипликаторами. Обе разновидности бывают одноступенчатыми, двухступенчатыми, многоступенчатыми.

Пространственное расположение осей определяет следующие виды механизмов:

• параллельные (в них оба вала расположены параллельно друг относительно друга);
• пересекающиеся (зацепление происходит посредством пересечения);
• перекрещивающиеся механизмы (у них валы вступают в перекрестное зацепление).

Все типы механизмов бывают замедляющие и ускоряющие движение. Наиболее частое применение замедляющих конструкций объясняется более высокой скоростью используемых двигателей и необходимостью увеличить мощность выходного элемента кинематической схемы.

Таблица передаточных отношений является сводным документом. В ней приведены значения основных технических характеристик всех типов кинематических соединений.

В сводной таблице можно найти зависимость значения передаточного числа от допустимой мощности, которая передаётся конкретным видом соединения.

Устройство коробки переключения передач

Механическая коробка передач – это многоступенчатый редуктор, предназначенный для увеличения или уменьшения крутящего момента, передаваемого с маховика двигателя, на карданный вал, а в последствие – на ведущие колеса. Управление таким редуктором осуществляется вручную, с помощью специального рычага, установленного в салоне автомобиля. При достижении максимальных оборотов одной передачи, водитель устанавливает рычаг в такое положение, при котором в действие включится вторая передача, таким образом, обороты уменьшаются, а крутящий момент меняется.

Любая МКПП представляет собой совокупность определенных валов и шестерней. Ведущий вал имеет связь с маховиком двигателя через сцепление и принимает на себя основной крутящий момент. Момент передается на промежуточный вал, а с последнего – на ведомый, который соединяется с карданным валом и передает измененный крутящий момент на ведущие колеса автомобиля.

Общий принцип работы КПП

Коробка передач — неотъемлемый компонент трансмиссии автомобиля, оснащённого двигателем внутреннего сгорания. Она служит для изменения частоты вращения в зависимости от скорости движения и режима работы мотора. Одновременно с вариацией количества оборотов выходного вала происходит увеличение или уменьшение крутящего момента, подаваемого на приводные колёса. Чем больше передаточное число, тем динамичней будет разгон, но предельная скорость будет меньше.

Работает КПП по принципу передачи вращения от одного зубчатого колеса к другому. Для соответствия скорости движения автомобиля оптимальным оборотам двигателя используют несколько пар с разными передаточными числами. Переключение между ступенями осуществляют вручную (МКПП) либо с помощью специального механизма (АКПП).

Ременная передача

Данная конструкция является часто встречающейся. Её тип определяется расположением вала и направлением движения ремня. Их классифицируют следующим образом:

• открытого типа;
• перекрестной формы;
• ступенчатой системы;
• угловой.

Для повышения надёжности применяют спаренное соединение. Реализация подобных конструкций производится с помощью ремней различного сечения. Наиболее популярными являются три типа: прямоугольные, в форме трапеции, круглого сечения.

Значение передаточного отношения рассчитывается подстановкой в классическую формулу скоростей вращения ведущего и ведомого валов. Иногда в расчёте используют число оборотов каждого из валов. В качестве альтернативного варианта при расчёте этого параметра используются величины диаметров (радиусов) шкивов.

Распространенные неисправности

Поломки редуктора можно избежать при правильной его эксплуатации и регулярном уходе. Следует внимательно изучить паспорт. В нем указаны виды технического обслуживания и их периодичность. Надо регулярно менять масло, постоянно доливать его. Соблюдения режима работы позволит сохранить агрегат целым.

Основная неисправность редуктора связана с его перегревом. Это происходит при отсутствии смазки и использовании масел других марок. В противном случае агрегат перегревается, зубчатое зацепление может заклинить.

Подшипники имеют свой запас прочности. Их период эксплуатации указан в паспорте. Если вовремя не поменять на новые, узлы начинают рассыпаться. Шарики выпадут, и вал начнет вращаться с большим усилием, рывками.

Между корпусом и крышками: верхней и боковой, по плоскости разъема, при сборке закладывается герметик. Он не позволяет маслу вытекать наружу. Если его вовремя не менять, жидкость потечет со всех разъемов.

Перегрузки, резкое включение приводит к разрушению зуба. Когда передаточный механизм не соответствует двигателю, он долго не выдержит.

Как рассчитать передаточное число

Инструкция

1

Рассчитайте передаточное число, пользуясь его определением, по формуле: К = К1/К2, где К1 — количество зубьев ведомой шестерни, а К2 — количество зубьев ведущей шестерни. Например, для расчета передаточного числа крутящего момента от коробки передач к колесам нужно рассчитать соотношение ведомой шестерни дифференциала и шестерни вторичного вала в коробке передач, или, как это называют автолюбители, найти передаточное число для главной пары.

2

Посчитайте количество зубьев шестерни вторичного вала коробки передач, допустим там 15 зубцов. Подсчитайте их количество на ведомой шестерне, которая крепится на дифференциал, пусть на ней будет 51 зубец. Подставьте числа в приведенную выше формулу: 51 / 15 = 3,4. Полученное число будет являться передаточным числом для главной пары данной зубчатой передачи. Следовательно, ведомая шестерня дифференциала будет крутиться в 3,4 раза медленнее ведущей шестерни вала коробки передач при ее вращении.

3

Рассчитайте передаточные числа коробки переключения передач для каждой передачи по приведенной формуле. Чем ближе будут передаточные числа, тем более плавным и быстрым будет разгон автомобиля при последовательном переключении передач. Подсчитайте, во сколько раз уменьшатся обороты двигателя при изменении передачи, поделив передаточное число низшей передачи на передаточное число высшей.

4

Сделайте выводы по произведенным расчетам. Необходимо знать: чем выше передаточное число, тем скорость автомобиля будет набираться быстрее, однако передачи нужно будет переключать чаще. Устанавливая пару с меньшим передаточным числом, можно повысить максимальную скорость машины, однако автомобиль будет разгоняться хуже. Рассчитайте при необходимости по приведенной формуле передаточное число для зубчатых передач любых узлов в вашем автомобиле.

Как передаточное число влияет на динамические характеристики автомобиля

Как было ранее упомянуто, правильно рассчитанное передаточное число позволит добиться максимальной эффективности работы КПП и снизить износ шестерней до минимума. На выбор передаточного числа влияют характеристики двигателя, его мощность, крутящий момент, диаметр колеса, назначение автомобиля и личные пожелания автолюбителя. Изменения, вносимые в передаточное число, могут увеличить или уменьшить крутящий момент, передаваемый на карданный вал автомобиля. Процесс изменения передаточного числа передачи заключается в изменении количества зубьев шестерни.

Если передаточное число высокое, то автомобиль будет набирать большую скорость за малый промежуток времени, однако, длина передачи будет намного меньше. Это означает, что переключение передач нужно будет осуществлять достаточно быстро. Проще говоря, увеличение передаточного числа способствует повышению величины ускорения автомобиля.

Уменьшение передаточного числа позволяет добиться большой максимальной скорости, развиваемой автомобилем. Здесь действует другой принцип, когда разгон происходит медленно, однако, скорость на выходе будет намного больше. Такое значение передаточного числа подходит только для достаточно мощных двигателей.

Исходя из выше сказанного, передаточное число должно быть таким, чтобы автомобиль имел хорошие динамические характеристики и большую максимальную скорость. В этом случае, путем подбора, можно добиться компромисса между двумя величинами, получив и то, и другое.

Многие автогонщики стараются сделать передаточные числа с последовательным уменьшением. То есть, в процессе возрастания скорости автомобиля и переключении передач, передаточное число каждой следующей передачи будет уменьшаться, что позволит добиться как повышенных динамических характеристик, так и большой максимальной скорости.

Большая скорость актуальна только при движении по прямой, с минимальным количеством поворотов. При движении по извилистой дороге, рекомендуется использовать повышенные значения передаточных чисел. Так происходит подбор ПЧ к типу трассы.

Что такое зубчатая передача

В данном случае речь идет про механическое соединение двух, либо большего числа валов, приводящихся в движение благодаря специальным колесам, на чьей поверхности расположены соответствующие зубья. Данный вариант совмещения можно подразделить по следующим параметрам:

• расположению рабочих элементов в корпусе;
• вычисляемой скорости вращения колесной оси;
• уровню защиты механизма от воздействия из вне;
• типу, а также форме зубьев.

Здесь необходимо принимать во внимание тот факт, что наиболее значимая роль в работе всего механизма отведена передаточному отношению зубчатой передачи. Вычислить эти сведения можно благодаря стандартному выражению

Для поиска точных сведения подставляются различные параметры (к примеру, число зубьев). Здесь I12 – это передаточное отношение от первого звена ко второму (1 – ведущее звено, 2 – ведомое звено). Параметры d – диаметры звеньев. Переменные Z – число зубьев. Показатели M – крутящий момент для звеньев. W – угловые скорости звеньев, n – частота вращения звеньев.

В данном случае необходимо принимать во внимание тот факт, что конечный показатель напрямую зависит от числа присутствующих звеньев. Преимущество подобного соединения в том, что здесь присутствует постоянство реального, а также расчетного передаточных отношений

Именно поэтому, здесь отсутствует так называемый эффект проскальзывания. В зависимости от числа шестеренок и количества колес зубчатыми звеньями, оказывается значительное влияние на окончательную величину данного показателя.

Если же говорить про цилиндрические передачи, то здесь конечный параметр, за исключением указанных выше моментов, зависит от расстояния между осями. На практике, цилиндрические зубчатые механизмы очень часто применяются в автомобилестроении при производстве легкового и грузового транспорта. Наиболее часто подобные соединения встречаются в трансмиссии. Стоит отметить, что зубчатая передача выделяется наибольшим коэффициентом отдачи мощности. На практике, этот механизм способен вырабатывать до 4 500 кВт при условии, что передаточное число достигает 6,3.

Также некоторое распространение получили не только цилиндрические элементы, но и конструктивные компоненты с зубьями конического вида. Для них применяется ортогональное сочленение. Для того, чтобы рассчитать передаточное отношение конической передачи, требуется учитывать делительные диаметры, число зубьев, а кроме того, предусмотренные углы конусов. В конечном итоге, чтобы получить прочное поступательное движение на практике применяют соединение реечного типа. По конструкции этот механизм состоит из рейки со специальными зубьями, а также шестерни. При использовании реечной передачи обязательно нужно учитывать число зубьев на колесе, диаметр окружности, а также количество зубцов на самой рейке.

Повышающая и понижающая передача

Рассмотрим нижнюю картинку. Зеленый шкив с помощью ручки крутит персонаж с силой F. Это ведущий шкив. Синий шкив крутится за счет ремня. Это ведомый шкив. К нему на вал подвешен груз с максимально возможной массой, которую может поднять механизм.  

Рис. 8. Виды ремённых передач

1. В первом случае диаметр ведущего и ведомого шкивов одинаковый. Скорость и сила на выходе не поменяется.
2. Во втором случае диаметр ведущего шкива меньше ведомого. Скорость на выходе упадет. Такая передача называется понижающей. Сила при этом увеличится и механизм сможет поднять груз большей массы, чем первый.
3. В третьем случае диаметр ведущего шкива больше ведомого. Скорость на выходе увеличится. Такая передача называется повышающей. Сила при этом уменьшится и механизм сможет поднять груз меньшей массы, чем первый и второй.

Почему так происходит? Любой сложный механизм можно представить через простые механизмы. В данном случае ручка, за которую тянет персонаж и радиус к точке на окружности, которую толкает приводной ремень, образуют рычаг. Посмотрите на следующий рисунок.

Рис. 9. Схема понижающей и повышающей ремённой передачи

Короче плечо рычага к нагрузке (радиус шкива) – больше сила, но меньше пройденный путь.

Длиннее плечо рычага к нагрузке (радиус шкива) – меньше сила, но больше пройденный путь.

Эти схемы с понижающей и повышающей ремённой передачей наглядно демонстрируют работу золотого правила механики — за выигрыш в силе приходится платить таким же проигрышем в расстоянии (схема 1) или за выигрыш в расстоянии приходится платить таким же проигрышем в силе (схема 2).

Материал цепей

Все детали цепного механизма должны хорошо сопротивляться повышенным статическим и ударным нагрузкам, и быть достаточно износостойкими. Боковые пластины делают из высокопрочных сплавов, они работают в основном на растяжение. Оси, втулки, ролики, вкладыши и призматические элементы делаются из высокопрочных и хорошо цементируемых сплавов. Цементация проводится на глубину до 1,5 мм и обеспечивает хорошую стойкость к износу трением. После этого детали подвергаются термообработке закаливанием. Твердость доводится до 65 ед.

Зубчатые колеса делают из легированных сталей, также подвергаемых закалке до 60 ед.

Для передач малой скорости и мощности, при умеренных параметрах разгона и торможения применяют ковкие чугуны.

Для снижения шума и повышения плавности хода при ограниченных мощностях используют шестеренки из текстолита или прочных пластмасс. Применяют также наплавку металлических и нанесение полимерных покрытий на детали и узлы, работающие в агрессивных средах.