Механические силовые передачи

Общие сведения. Простейшие эле­менты механических силовых передач — детали, передающие (например, зубчатые колеса и шестерни, червяки, звездочки, шкивы, цепи, клиновые ремни, канаты, карданы, валы) и обеспечивающие (опоры, подшипники, оси, блоки и ста­нины) движение. Одна или несколько не­подвижно скрепленных деталей назы­ваются звеном. Подвижное соединение двух звеньев, накладывающее ограниче­ние на их относительное движение, назы­вается кинематической парой (передачей ).

В трансмиссиях автомобильных кра­нов широко применяют зубчатые, чер­вячные, планетарные, цепные, клиноременные и карданные механические си­ловые передачи. Постоянное соединение агрегатов и механизмов передач или их сборочных единиц и деталей между собой обеспечивается соединительными муф­тами.

Закрытые механические силовые пере­дачи с постоянным передаточным числом (отношением) называются редукторами. В трансмиссиях автомобильных кранов редукторы применяют или как самостоя­тельные узлы, или как составные части более сложных узлов трансмиссии крана (например, механизмов). Редуктор обеспе­чивает постоянное взаиморасположение элементов передач относительно друг друга, сохранение смазки, а также предо­храняет передачу от механических воз­действий.

В зависимости от типа передачи раз­личают зубчатые цилиндрические и кони­ческие, червячные, планетарные и комби­нированные (например, коническо-цилиндрические и т. п.) редукторы.

Число механических передач, заклю­ченных в корпусе редуктора, определяет его ступенчатость. Так, одно-, двух- или трехступенчатый редуктор содержит со­ответственно одну, две или три механиче­ские силовые передачи.

В трансмиссиях автомобильных кра­нов применяют цилиндрические серийно изготовляемые горизонтальные редукто­ры и специальные цилиндрические, кони­ческие, червячные, планетарные и комби­нированные редукторы, изготовляемые непосредственно краностроительными за­водами.

В передачах различают ведущее и ве­домое звенья. Ведущим называется звено.

передающее движение, ведомым — звено, получающее движение от ведущего. Дви­жение от ведущего звена к ведомому мо­жет передаваться без преобразования (из­менения) или с преобразованием переда­ваемых скоростей и соответствующих им крутящих моментов. Отношение частоты вращения ведущего звена к частоте вра­щения ведомого называется передаточ­ным числом, а величина, обратная переда­точному числу, — передаточным отноше­нием.

Если механическая силовая передача уменьшает частоту вращения ведомого звена по сравнению с ведущим (переда­точное число больше единицы), го переда­ча называется понижающей, и наоборот, если частота вращения ведомого звена повышается (передаточное число меньше единицы), то передача называется повы­шающей.

Зубчатые передачи состоят из двух зубчатых шестерен. Их применяют для передачи вращения от ведущего вала к ведомому, когда оба вала лежат в одной плоскости.

Если валы параллельны друг другу, применяют цилиндрические зубчатые пе­редачи; если ведущий и ведомый валы расположены под углом друг к другу, в том числе и перпендикулярно,— кониче­ские.

У зубчатых цилиндрических передач  шестерни бывают с прямыми зубьями, расположенными параллельно образующей цилиндра, косыми или шевронными. В агрегатах и механизмах крана применяют передачи со всеми ти­пами зубьев. Косые и шевронные зубья обеспечивают плавность работы переда­чи, но они сложнее в изготовлении. Кроме того, передачи с косыми зубьями создают осевые нагрузки на валы или оси, на которые они насажены. Как пра­вило, косозубые и шевронные шестерни используют в быстроходных передачах, а прямозубые шестерни в тихоходных передачах и передачах, где недопустимы ни осевое усилие на вал или ось, ни осе­вая игра одной из зубчатых шестерен.

В зубчатых конических передачах применяют прямые, косые или криволинейные (спиральные) зубья. Ко­сые и особенно спиральные зубья обеспе­чивают большую плавность работы пере­дачи, но сложнее в изготовлении, поэто­му их используют значительно реже, чем прямые: конические передачи со спи­ральными зубьями устанавливают в главных передачах базовых автомоби­лей, а с прямыми зубьями — в остальных механизмах крана.

Передаточное число зубчатой переда­чи численно равно отношению числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей шестерни. В трансмиссиях авто­мобильных кранов в основном приме­няют понижающие передачи, поэтому диаметр ведущей шестерни меньше, чем ведомой. Ведомую шестерню часто назы­вают зубчатым колесом.

Основными параметрами зубчатых передач являются:

шаг зацепления — расстояние между двумя одноименными точками двух со­седних зубьев, взятое по делительной окружности шестерни или колеса:

модуль зацепления — отношение шага зацепления к числу я;

делительная окружность — окруж­ность, диаметр которой равен произведе­нию модуля зацепления на число зубьев шестерни или колеса. В зацеплении могут находиться только шестерни и колеса с одинаковым модулем (шагом).

Червячные передачи применяют для передачи вращения от ведущего вала ве­домому, когда валы лежат в двух взаим­но перпендикулярных плоскостях. Чер­вячная передача состоит из червяка и колеса с зубьями соответствую­щей формы. Если червяк имеет неболь­шой угол винтовой линии (не более 4,5°), образуется так называемая самотормозящаяся передача. В этом случае движение может передаваться только от червяка к колесу. Такие передачи используют, на­пример, в лебедках кранов, у которых червячное колесо крепят к барабану ле­бедки. После прекращения вращения чер­вяка барабан с червячным колесом не мо­жет провернуться под влиянием подве­шенной к полиспасту стрелы.

Червячные передачи обладают низким КПД и быстро изнашиваются, поэтому в силовых передачах их применяют в ис­ключительных случаях. Передаточное число червячной передачи равно отноше­нию числа зубьев червячного колеса к числу заходов на червяке. Как правило, червяк выполняют за одно целое с веду­щим валом. Червячное колесо делают со­ставным: зубчатый обод (венец) изготов­ляют из антифрикционного чугуна или бронзы и соединяют болтами с колесом или непосредственно с барабаном ле­бедки.

Планетарные передачи отличаются от зубчатых тем, что в них некоторые коле­са (сателлиты) совершают двойное дви­жение: вращаются вокруг своих осей, укрепленных в водиле, и вместе с ним — вокруг оси центрального колеса (солнеч­ного колеса), обкатываясь по нему.

Планетарная передача со­стоит из солнечной шестерни, закреп­ляемой на ведущем валу трех (или бо­лее) сателлитов, оси которых устано­влены на водиле, и центрального коле­са. Обычно водило закреплено и вра­щение вала через солнечную шестерню и сателлиты передается на центральное колесо. Такая планетарная передача мо­жет быть применена в лебедках (цен­тральное колесо соединено с барабаном лебедки).

Если центральное колесо закрепить, движение от вала через сол­нечную шестерню и сателлиты будет передаваться их осям, а следовательно, и водилу. В этом случае центральное ко­лесо называется опорным. Эта передача может быть использована в механизмах поворота и передвижения (на водиле закрепляется шестерня следующей кинема­тической пары механизма).

Если солнечная шестерня, централь­ное колесо и водило не закреплены и мо­гут вращаться, то такая передача назы­вается дифференциалом. Диф­ференциал обеспечивает ведущим. коле­сам (через полуоси) различную частоту вращения.

Зубья зубчатых, червячных и плане­тарных передач выполнены с эвольвентным профилем. При эвольвентном зацеплении профили зубьев, входящих в зацепление, прижимаются друг к другу в одной точке, поэтому контактная проч­ность зубьев не может быть существенно повышена, а само зацепление весьма чув­ствительно к неточностям изготовления и деформациям деталей передачи. Кроме того, при таком зацеплении сравнительно велики потери на трение.

Советский ученый Новиков раз­работал зацепление, в котором профили зубьев передач, входящих в за­цепление, прижимаются друг к другу по линиям. Поэтому несущая способность передач с таким зацеплением при прочих равных условиях в 1,5 — 3 раза выше, чем у передач с эвольвентным зацеплением.

Цепные и клиноременные передачи при­меняют в тех случаях, когда необходимо передать движение между параллельны­ми валами, расположенными на значи­тельном расстоянии друг от друга.

Цепная передача со­стоит из ведущей и ведомой звездочек и цепи. При передаче движения ве­домый вал получает вращение в том же направлении, что и ведущий. В трансмис­сиях современных кранов цепную переда­чу применяют в механизмах выдвижения секций стрелы для преобразования вра­щательного движения ведущей звездоч­ки  в поступательное движе­ние цепи и выдвижной секции. Выдвижная секция перемещается в том же направлении, в котором вращается ве­дущая звездочка.

Для передачи применяют втулочно- роликовые одно-, двух-, трех- и четырех-рядные цепи. Во втулочно-ро- ликовой цепи  втулка закреп­лена в пластинах. Пальцы проходят через втулки и закрепляются в пласти­нах. При набегании цепи на звездочку между пальцем и втулкой образуется тре­ние. Большая поверхность соприкоснове­ния пальца и втулки снижает удельное давление и увеличивает срок службы це­пи. На втулку свободно посажен ролик, что также уменьшает ее износ и увеличи­вает срок службы. Шагом зацепления t здесь называется расстояние между дву­мя соседними пальцами цепи.

Клиноременная передача состоит из ведущего и ведомо­го шкивов и клиновых ремней. Попе­речные сечения канавок-желобков шкивов и клиновых ремней одинаковой трапецеи­дальной формы, благодаря чему дости­гается высокое сцепление ремня со шки­вами.

 

Клиновые ремни изготовляют беско­нечными из резины с кордом из несколь­ких слоев ткани. Применяют также ремни с зубьями по внутренней или наружной поверхностям, которые обладают боль­шей гибкостью, их используют при малых диаметрах шкивов передачи. Пере­даточное число клиноременной передачи равно отношению диаметров ведомого и ведущего шкивов. Число ремней в пере­даче зависит от передаваемой мощности и может доходить до четырех.

В автомобильных кранах клиноременные передачи используют для приво­да генераторов (электрические краны СМ К-10 и СМ К-101) и компрессоров. Не­обходимое натяжение ремней обеспечи­вают передвижением генератора или ком­прессора, установленного на салазках или поворотной плите. Если положение валов передачи должно оставаться неизменным, применяют натяжные ролики, но они сни­жают долговечность ремней.

Карданные передачи передают враще­ние от ведущего вала ведомому, когда оба вала расположены под углом друг к другу. Карданные передачи в приводах исполнительных механизмов широко ис­пользуют для соединения механизмов крана. Так, на кранах КС-2561Д и КС-2561К с механическим приводом по­средством карданных передач приводятся в движение грузовая и стреловая лебедки, а на кранах КС-4561А с электрическим приводом — генераторы.

Карданная передача состоит из кар­данных валов, карданных шарниров и промежуточных опор. Различают кар­данные передачи с жестким карданным шарниром и шарниром равных угловых скоростей.

Жесткий карданный шарнир состоит из двух вилок и крестовины, установленной шипами в четырех игольчатых подшипниках, и пластин. Вал вместе с шарнирами динами­чески балансируют, приваривая пласти­ны. Обе вилки одного вала должны лежать в одной плоскости, что обеспечи­вается совмещением стрелок, нанесенных на вал и на вилку. Иглы подшипника заключены в стакан, укрепленный на вилке пластиной или стопорным кольцом. Шип в стакане уплотнен проб­ковыми и войлочными сальниками. Смазываются подшипники через маслен­ку. Чтобы сальники не пробивались смазкой, на крестовине установлен пре­дохранительный клапан.

Недостатки жесткого карданного шар­нира — неравномерность вращения и сравнительно небольшой угол (до 24°), при котором можно передавать крутя­щий момент. Там, где необходимо обес­печить равномерность вращения и пере­дачу крутящего момента под большим углом, применяют карданные шарниры равных угловых скоростей (например, в передних ведущих мостах базовых ав­томобилей).

Шарнир равных угловых скоростей состоит из двух фасонных ви­лок с овальными делительными канавками. Вилки изготовлены заодно со шлицованными наконечниками и центрируются с помощью сферических торцовых углублений шариком, ко­торый фиксируется шпилькой, закреп­ленной штифтом. В делительные ка­навки вилок заложены шарики, пере­дающие усилие or ведущей вилки ведо­мой. Шарик не позволяет шарикам выкатиться из канавок.

Делительные канавки овальной фор­мы, при которой шарики независимо от угловых перемещений вилок всегда располагаются в плоскости, делящей по­полам угол между осями вилок. Благода­ря этому обеспечивается равномерность вращения валов. Движение от ведущего вала ведомому передается с равной угло­вой скоростью под углом до 35°.

Наконечники входят в зацепление с внутренними шлицами карданных ва­лов, что позволяет автоматически устано­вить необходимую длину передачи при изменении угла-передачи вращения.

Соединительные муфты. В трансмис­сиях автомобильных кранов широко при­меняют глухие соединительные муфты, обеспечивающие работу составного вала как цельного, и подвижные, обеспечиваю­щие некоторую подвижность двух частей составного вала относительно друг друга.

Глухие муфты изготовляют продольно- или поперечно-свертными; в трансмиссиях автомобильных кранов, как правило, применяют последние. Поперечно-свертная муфта со­стоит из двух полумуфт, выпол­ненных в виде фланцев со ступицами. Полумуфты устанавливают на валах на шпонках или шлицах и соединяют между собой болтами.

Подвижные муфты подразде­ляют на жесткие и упругие.

Жесткие муфты в трансмиссиях авто­мобильных кранов применяют цепные, с металлическим подвижным элементом, крестово-шарнирные и зубчатые.

Цепная муфта состоит из двух полумуфт, выполненных в виде звездочек и закрепленных на концах соединяемых валов. На звездочки надета соединяющая их однорядная втулочно- роликовая цепь. Благодаря некоторому зазору между зубьями звездочек и роли­ковой цепью и деформации самой цепи допускается некоторый перекос соеди­няемых валов. Для уменьшения износа зубьев звездочек и роликовой цепи муфта заключена в специальный, заполненный смазкой кожух, который вращается вме­сте с муфтой.

Муфта с промежуточным металличе­ским подвижным элементом состоит из двух полумуфт с тор­цовыми пазами прямоугольного профиля и промежуточного диска с выступами того же профиля, что и пазы полумуфт. Выступы расположены по обеим сторо­нам под прямым углом один к другому. Конструкция муфты допускает только ра­диальное смещение осей валов при сохра­нении их параллельности. Для обеспече­ния правильной работы муфты (работа без перекосов при зазоре между полу­муфтами и промежуточным диском ОД—0,2 мм) в механизмах, валы которых она соединяет, устанавливают регулиро­вочные шайбы и прокладки.

Крестово-шарнирная муфта предста­вляет собой карданный шарнир и компенсирует перекос осей со­единяемых валов.

Зубчатая муфта состоит из двух зубчатых втулок, зубья ко­торых эвольвентного профиля, и обой­мы, входящей в зацепление с втулками. Втулка установлена на валу на шпонке или шлицах и укреплена шайбой, а втулка— на шлицах второго вала. Чтобы обойма не вышла из зацепления с втулками, с обеих ее сторон установ­лены кольца. Для уменьшения из­носа зубьев и бесшумности работы вну­треннюю полость муфты заполняют смазкой.

Зубчатые муфты, допускающие не­большие поперечные, продольные и угловые смещения одного вала относительно другого, применяют для соедине­ния валов электродвигателей и лебедок с входными и выходными валами редукторов. Муфта неразъемная; у разъемной обойма выпол­нена из двух полуобойм, соединяемых болтами. Обе полуобоймы центрируют специальным кольцом.

Упругая пальцевая муфта с проме­жуточным неметаллическим кольцом  состоит из двух полумуфт, соединенных между собой пальца­ми. Пальцы (шесть штук) закреплены в полумуфте гайками с шайбами. На пальцах посажены резиновые вклады­ши.

Упругими муфтами соединяют валы гидро- и электродвигателей с входными валами редукторов, причем ведомая по­лумуфта одновременно является и тор­мозным шкивом.