Механічна передача

Механі́чна переда́ча — механізм для передавання механічної енергії від двигуна до робочого органу машини з перетворюванням параметрів руху (швидкостей, крутних моментів, видів і законів руху).

Призначення

Основне призначення механічних передач — це узгодження параметрів руху робочих органів машини з параметрами руху вала двигуна.

Потреба встановлення механічної передачі між двигуном та робочим органом машини як складової частини привода диктується такими завданнями:

для вибору оптимальної швидкості руху;
для регулювання швидкості руху (збільшення або зменшення);
для перетворення виду руху: обертального в поступальний (передачі рейкові і гвинт–гайка) і навпаки (кривошипно-шатунний механізм);
для зміни напряму руху (реверсування);
для зміни обертальних моментів і зусиль при русі;
для передачі потужності на відстань.

Класифікація

Передачі обертового руху, у свою чергу, ділять за принципом роботи на:

передачі зачепленням, що працюють без проковзування (зубчасті передачі, черв'ячні передачі і ланцюгові передачі);
передачі тертям (пасові та фрикційні передачі).

За наявністю проміжнної гнучкої ланки, що забезпечує можливість розміщувати вали на значних відстанях один від одного, розрізняють:

передачі із гнучкою проміжною ланкою (пасові і ланцюгові передачі);
передачі безпосереднім контактом (зубчасті, черв'ячні, фрикційні передачі та ін.).

За взаємним розташуванням валів механічні передачі бувають:

з паралельними осями валів (циліндричні зубчасті, ланцюгові, пасові передачі);
з осями, що перетинаються (конічні зубчасті);
з мимобіжними осями, що перехрещуються (черв'ячні, гіпоїдні).

За основною кінематичною характеристикою - передавальним відношенням - розрізняють передачі:

з постійним передавальним відношенням (редуктор);
із змінним передавальним відношенням (ступінчасті — коробки передач і безступінчасті — варіатори).

Передачі, що перетворюють обертовий рух в безперервний поступний або навпаки, розділяють на передачі:

гвинт — гайка (ковзання і кочення);
рейка — рейкова шестерня;
рейка — черв'як;
довга напівгайка — черв'як.

Основні характеристики

Основний кінематичний параметр механічної передачі — передавальне відношення $i=\frac{\omega_1}{\omega_2}=\frac{n_1}{n_2}$ , яке дорівнює відношенню кутової швидкості ω₁ ведучої ланки до кутової швидкості ω₂ веденої ланки передачі.

Енергетичними параметрами механічної передачі є передавані потужності на ведучій ланці N₁ і на веденій ланці N₂, а також коефіцієнт корисної дії (ККД), що визначається за співвідношенням η = N₂/N₁. ККД характеризує ступінь досконалості механічної передачі і за ним можна оцінити втрати потужності ∆N у передачі:

∆N = N₁–N₂ = N₁(1–η).

Параметри ω₁ і ω₂, а також N₁ і N₂ є мінімально необхідними для розрахунку будь–якої механічної передачі.

Передавані потужності (Вт), та кутові швидкості (рад/с), визначають крутні моменти, H·м, на валах передачі:

на ведучому валу

M₁ = N₁/ω₁;

на веденому валу

M₂ = N₂/ω₂.

Співвідношення між крутними моментами на валах механічної передачі можна встановити за цими виразами і записати у такому вигляді:

N₂/N₁ = i·η або N₂ = N₁·i·η

Інколи швидкості обертання ланок механічної передачі задаються у вигляді частоти обертання n (хв^–1). Зв'язок між кутовою швидкістю ω (рад/с), та частотою обертання n (хв^–1), виражається співвідношенням

ω = π·n/30.

У приводах машин можуть застосовуватись декілька послідовно сполучених механічних передач. У цьому випадку загальне передавальне відношення i привода та його ККД визначаються за наведеними нижче формулами: ω₂ = ω₁/i₁; ω₃ = ω₂/i₂ = ω₁/(i₁·i₂); ω₄ = ω₃/i₃ = ω₁/(i₁·i₂·i₃).

Загальне передавальне відношення привода

i = ω₁/ω₄ = i₁·i₂·i₃.

Отже, загальне передавальне відношення привода, що складається з кількох механічних передач, дорівнює добутку передавальних відношень його складових передач, тобто

i = i₁·i₂·...·i_n.

Зв'язок між потужностями на окремих валах привода запишемо у вигляді

N₂ = N₁·η₁; N₃ = N₂·η₂ = N₁·η₁·η₂; N₄ = N₃·η₃ = N₁·η₁·η₂·η₃.

Відповідно, ККД всього приводного механізму:

η = N₄/N₁ = η₁·η₂·η₃

ККД приводe, що складається з декількох послідовно сполучених механічних передач, дорівнює добутку ККД всіх його складових передач, тобто

η = η₁·η₂·...·η_n.

Література

Павлище В. Основи конструювання та розрахунок деталей машин: Підручник. Львів: Афіша, 2003. — 560 с.
Корець М. С. Основи машинознавства : навч. посібник / М. С. Корець, А. М. Тарара, І. Г. Трегуб. — К., 2001. — 144 с.

Ілюстрації

Зубчаста циліндрична передача.

Зубчаста конічна передача.

Зубчасто-рейкова передача.

Гіпоїдна передача.

Черв'ячна передача.

Клинопасова передача.

Ланцюгова передача.

Кульковогвинтова передача.