Презентация на тему "Планетарные и волновые передачи"

Содержание

• 
  Слайд 1
  

  ТЕМА 2. МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ.ЛЕКЦИЯ № 8. ПЛАНЕТАРНЫЕ И ВОЛНОВЫЕ ПЕРЕДАЧИ. Вопросы, изложенные в лекции: 1. Планетарные передачи. 2. Волновые передачи. Учебная литература: 1. Иванов М.Н. Детали машин: Учеб. для вузов. - М.: Высшая школа, 1991. - 383 с. 2. Куклин Н.Г. и др. Детали машин: Учебник для техникумов / Н.Г. Куклин, Г.С. Куклина, В.К. Житков. – 5-е изд., перераб. и допол. – М.: Илекса, 1999.- 392 с. 6. Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. пособие. - М.: Высшая школа, 1991. - 432 с.

• 
  Слайд 2
  

  Планетарные передачи. Определение: Планетарной называется передача вращательного движения, имеющая в своём составе зубчатые колёса с перемещающимися геометрическими осями (рис. 8.1). Рис. 8.1. Планетарная передача (редуктор). Рис. 8.2. Планетарная передача (кинематическая схема):1 – солнечное колесо; 2 – сателлит; 3 – эпицикл; H – водило.

• 
  Слайд 3
  

  Простойпланетарный ряд это простейшая планетарная передача, включающая одно солнечное колесо, один эпицикл и одно водило. Главной кинематической характеристикой простого планетарного ряда является его кратность K=z3/z1, где z3 – количество зубьев эпицикла; а z1 – количество зубьев солнечного колеса. Кратность простого планетарного ряда равна передаточному числу обращённой передачи - передачи от солнечной шестерни к эпициклу при заторможенном водиле. По количеству планетарных рядов планетарные передачи бывают одно-, двух-, трёх-, четырех- и многорядные. По классификации, предложенной проф. В.Н. Кудрявцевым, число центральных колёс обозначается цифрой и буквой K, далее в обозначении передачи через тире указывается число водил, равное количеству планетарных рядов, и буква H(цифра 1 в обозначении опускается). Согласно этой классификации представленная на рис. 8.2 кинематическая схема будет соответствовать передаче 2К-Н. Планетарный ряд, у которого ни одно из звеньев не соединено со стойкой, называют дифференциальным. Он обладает двумя степенями свободы, то есть требует для однозначного характера движения всех своих звеньев подвода движения извне к двум из этих звеньев. Если же в планетарном дифференциальном механизме одно из звеньев соединить со стойкой (сообщить ему постоянную скорость вращательного движения равную 0 радиан в секунду), то дифференциальный механизм превращается в передачу. Связывание со стойкой (или между собой) разных звеньев дифференциального планетарного ряда ведёт к изменению передаточного числа планетарной передачи. Применив этот приём к простому планетарному ряду, можно получить 7 вариантов передачи с различными передаточными отношениями, представленными в таблице 8.1.

• 
  Слайд 4
  

  Таблица 8.1.Варианты передаточных отношений простого планетарного ряда

• 
  Слайд 5
  

  Применение планетарных механизмов в коробках передач обеспечивает следующие преимущества: 1) уменьшение габаритов трансмиссии; 2) высокую надежность работы (сохранение работоспособности даже при потере нескольких зубьев на одном из центральных колёс); 3) высокий КПД при относительно больших передаточных числах; 4) отсутствие поперечной нагрузки на основных валах; 5) возможность изменения передаточного числа без вывода зубчатых колёс из зацепления; 6) возможность отсоединения вала двигателя от трансмиссии при использовании фрикционов коробки передач (коробка передач одновременно выполняет роль главного фрикциона); 7) высокую скорость переключения передач, способствущую повышению темпа движения машины. Недостатки планетарных передач: 1) необходимость повышенной точности изготовления вследствие наличия избыточных связей (наличия «лишних» сателлитов); 2) резкое снижение КПД при больших передаточных числах.

• 
  Слайд 6
  

  Планетарные передачи, имеющие в своём составе эпициклические колёса с внутренними зубьями, отличаются более высоким КПД по сравнению с передачами, состоящими только из колёс внешнего зацепления. Именно поэтому в планетарных коробках передач используются простейшие планетарные ряды с эпициклом. Число переключений в одном ряду обычно не превосходит трёх с целью упрощения системы управления переключающими фрикционами и тормозами. Количество планетарных рядов в одной коробке передач тоже обычно не превышает трёх. Особенности проектирования и расчёта планетарных передач связаны с наличием избыточных кинематических связей (нескольких сателлитов). Этим свойством планетарного ряда объясняется необходимость выполнения трех обязательных условий существования планетарного ряда: 1) Условие соседства:число сателлитов в планетарном ряду должно быть таким, чтобы соседние сателлиты не касались друг друга. Из геометрических соотношений простого планетарного ряда нетрудно получить выражение для ограничения числа сателлитов сверху ; (8.1) где z1, z2, z3 – соответственно числа зубьев солнечного колеса, сателлита и эпицикла, а углы выражены в радианной мере.

• 
  Слайд 7
  

  2) Условиесоосности:центральные колеса планетарного ряда и водило имеют общую геометрическую ось вращения. Для простого планетарного ряда это условие выливается в равенство межосевых расстояний зацепления солнечного колеса с сателлитом a1-2 и зацепления сателлита с эпициклом a2-3. Так как в планетарных рядах применяются прямозубые колёса, а в простом ряду все колёса одного модуля m, можем записать . (8.3) Приравнивая друг другу правые части равенств (8.3), получаем ; (8.4) 3) Условиесборки:числа зубьев центральных колес должны быть пропорциональны количеству сателлитов или и ; (8.9) где int (читается «интегер») – аббревиатура, означающая любое целоечисло. Разветвление потока мощность при передаче силовых нагрузок через сателлиты обусловливает необходимость принятия специальных мер для обеспечения равномерности распределения нагрузок между сателлитами.

• 
  Слайд 8
  

  Выравнивание нагрузки между сателлитами может быть достигнуто путём: 1) повышения точности изготовления всех деталей передачи; 2) выполнения одного из центральных колёс, сателлитов или водила плавающими, то есть имеющими некоторую радиальную подвижность относительно сопряжённых деталей (эпицикл в бортовом редукторе БРДМ), и 3) использование упругих элементов конструкции (обод эпицикла повышенной гибкости, оси сателлитов малой жёсткости и т.п.). Прочностной расчёт планетарных передач выполняют по формулам для цилиндрических передач. При определении расчётного момента в зубчатом зацеплении, учитывается число сателлитов, передающих рабочие нагрузки, и неравномерность нагружения их зубьев. Для жёсткой передачи без специальных мер выравнивания нагрузки в расчётные формулы вводят коэффициент неравномерности , а при использовании приёмов, выравнивающих нагрузку на зубьях сателлитов . Далее расчёт ведут по наиболее нагруженному (внешнему) зацеплению. Поскольку планетарные механизмы в исходном состоянии имеют две степени свободы, это их свойство предопределило использование этих механизмов в качестве дифференцирующих (суммирующих). В режиме дифференциала работают планетарные суммирующие механизмы автомобильных дифференциалов с коническими колёсами, планетарные механизмы поворота гусеничных машин (БМП-2, БМП-3, танков, гусеничных тягачей и т.п.). Для изготовления элементов планетарных передач используют углеродистые машиностроительные и легированные стали, подвергаемые улучшающей термической обработке, как и для рядовых передач.

• 
  Слайд 9
  

  Волновые передачи. Определение: Волновыми называют механические передачи, включающие контактирующие между собой гибкое и жёсткое звенья и обеспечивающие передачу и преобразование движения за счёт деформирования гибкого звена. В технике применяется несколько видов волновых передач: 1) винтовые волновые передачи, предназначенные для преобразования вращательного движения в поступательное и/или для передачи этого движения в загерметезированное пространство; 2) фрикционные волновые передачи, предназначенные для преобразования (чаще всего сильного редуцирования) вращательного движения и/или для передачи этого движения в загерметезированное пространство, и 3) зубчатые волновые передачи, имеющие аналогичное фрикционным предназначение, но способные передавать существенно большие мощности. Принцип использования волновой деформации для передачи и преобразования движения был предложен инженером А.И. Москвитиным в 1944 году для фрикционной передачи, а в 1959 году в США был выдан патент Уолтону Массеру (Walton Musser) на зубчатую волновую передачу. В качестве силовых передач нашли применение главным образом зубчатые волновые передачи, которые и будут рассмотрены в настоящей лекции.

• 
  Слайд 10
  

  В большинстве известных конструкций гибким является колесо с внешним зубчатым венцом, а жёсткое колесо снабжено внутренними зубьями (рис. 8.3). Такая волновая передача включает 3 основных звена: гибкое 1 и жёсткое 2 колёса и генератор волн H. Рис. 8.3. Волновая зубчатая передача Обычно конструктивно входной вал редуктора соединяют с генератором волн, а выходной с гибким колесом, в этом варианте конструкция редуктора получается наиболее компактной и технологичной. Однако при передаче вращательного движения через герметичную стенку удобнее гибкое колесо сделать неподвижным, а выходной вал связать с жёстким колесом. За один оборот генератора волн в зацепление войдут все зубья жёсткого колеса, а так как число зубьев гибкого колеса z1 несколько меньше числа зубьев жёсткого колеса z2, гибкое колесо будет вынуждено сделать часть оборота равную разности чисел зубьев жёсткого и гибкого колёс z2- z1, но в противоположную вращению генератора волн сторону, следовательно, передаточное отношение составит

• 
  Слайд 11
  

  ; (8.14) а с учётом одинаковости модуля зацепляющихся колёс . (8.14а) Рассматривая аналогичным образом передачу движения в редукторе с неподвижным гибким колесом и подвижным, связанным с выходным валом, жёстким колесом не трудно установить, что передаточное отношение . (8.15) С целью исключения интерференции (набегания друг на друга) зубьев разность их числа жесткого z2 и гибкогоz1 колёс должна быть пропорциональна числу волн волнового генератора. КПД волновых передач относительно высок, но резко падает с увеличением передаточного числа, а с увеличением нагрузки вначале растёт до максимального, а потом, при дальнейшем возрастании нагрузки, резко снижается. При оптимальной нагрузке в пределах передаточного числа 80  u 250 коэффициент полезного действия 0,9    0,8.

• 
  Слайд 12
  

  Достоинства волновых передач: 1. большое передаточное число (до 320, а в некоторых случаях и более); 2. большое число зубьев, одновременно находящихся в зацеплении (обычно от 40 до 80%) и большая нагрузочная способность – масса волнового редуктора меньше массы планетарного той же мощности, а объём может составлять около 30% от объёма последнего; 3. высокая кинематическая точность вследствие многозонности и многопарности зацепления; 4. высокий КПД, при больших передаточных числах превышающий КПД планетарных передач; 5. отсутствие поперечных нагрузок на валах вследствие симметричности конструкции; 6. возможность передачи движения в герметизированное пространство; 7. низкий уровень шума; 8. возможность использования в качестве дифференциального механизма; 9. малое число деталей и относительно низкая стоимость; 10. высокая технологичность изготовления. Недостатки волновых передач: 1. невозможность получения низких значений передаточных чисел (для стальных гибких колёс umin 80, для пластмассовых umin 20); 2. трудность индивидуального производства и ремонта передач вследствие необходимости специальных инструмента и оснастки для изготовления гибкого колеса; 3. относительно низкий срок службы (срок службы стандартных волновых редукторов составляет около 104 часов – чуть больше года непрерывной работы).

• 
  Слайд 13
  

  Гибкие колёса силовых редукторов изготавливают из легированных высокопрочных сталей 30ХГСА; 30ХГСН2А; 40ХНМА; 50С2 и некоторых других с термообработкой до 38…45 HRC и последующей шлифовкой диаметра, посадочного на подшипник генератора волн. Для изготовления остальных деталей применяются те же материалы, что и для рядовых зубчатых передач. В военной технике волновые передачи нашли применение в приборах наведения и некоторых узлах боевых и вспомогательных машин. Основной причиной выхода из строя волновых передач является поломка гибкого колеса и гибких колец подшипника генератора волн вследствие усталостного разрушения от действия знакопеременных изгибающих напряжений. Поэтому размеры передачи определяют исходя из предела выносливости на изгиб гибкого колеса и наружного кольца подшипника генератора волн. Проектным расчётом определяется внутренний диаметр гибкого колеса по формуле ; (8.16) где T1 – вращающий момент на валу гибкого колеса, Нм; [] допускаемые напряжения, МПа (для стали 30ХГСА []=150…170 МПа); E - модуль упругости материала колеса (для сталей можно принять E=2,1105 МПа) bd=b1/d=0,15…0,20 – коэффициент ширины зубчатого венца; Sd=S1/d=0,012…0,014 – коэффициент толщины зубчатого венца.

• 
  Слайд 14
  

  При использовании кулачкового генератора волн диаметр, полученный расчётом, округляется до ближайшего наружного диаметра гибкого подшипника (гибкие подшипники стандартизованы). Далее определяются остальные параметры зубчатого зацепления по формулам, аналогичным с формулами цилиндрических передач. Рассчитанное гибкое колесо: а) проверяется по напряжениям изгиба, изменяющимся по симметричному циклу в процессе деформирования колеса генератором волн; б) по напряжениям растяжения зубчатого венца, возникающим от действия на колесо тангенциальных сил и изменяющимся по отнулевому циклу, и по напряжениям кручения зубчатого венца, возникаю-щим при передаче крутящего момента гибким колесом выходному валу и изменяющимся по отнулевому циклу.

• 
  Слайд 15
  

  Этой лекцией заканчивается тема 2 «Механические передачи». Представленные в настоящем цикле лекций передачи далеко не охватывают все возможные варианты строения и применения механических передач. Однако освоение заложенных в курсе основ подхода к их изучению позволит при необходимости самостоятельно разобраться с особенностями конструкции и работы вновь встреченных, ранее незнакомых механизмов.

• 
  Слайд 16
  

  Конец лекции.Спасибо за внимание!