Механические передачи
Ряд звеньев, связанных между собой передачами, называется кинематической цепью.
Любой механизм представляет собой кинематическую цепь с одним неподвижно закрепленным звеном, в которой при заданном движении одного или нескольких звеньев (ведущих) все остальные звенья (ведомые) получают направленное движение.
Движение от ведущего звена ведомому может передаваться без преобразования (изменения) или с преобразованием передаваемой частоты вращения и соответствующего ей момента. Отношение частот вращения ведущего звена к частоте вращения ведомого называется передаточным числом, а величина, обратная передаточному числу,— передаточным отношением. Передача (механизм), уменьшающая частоту вращения ведомого звена по сравнению с ведущим (передаточное число больше единицы), называется понижающей, увеличивающая (передаточное число меньше единицы) — повышающей.
Механические передачи, как правило, заключены в специальные корпуса, чем обеспечивается постоянное взаиморасположение элементов передач относительно друг друга, сохранение смазки, а также предохранение передач от механических воздействий.
Редукторами называются закрытые механические передачи с постоянным передаточным числом (отношением). В зависимости от типа передачи различают зубчатые цилиндрические, зубчатые конические, червячные и комбинированные (например, коническо-цилиндрические, червячно-цилиндрические) редукторы. Число механических передач, заключенных в корпусе редуктора, определяет его ступенчатость. В трансмиссиях СБКМ применяют одно-, двух- и трехступенчатые редукторы, содержащие соответственно одну, две и три механические передачи.
Коробками (скоростей или передач, отбора мощности, раздаточными) называют редукторы, выполняющие ряд специальных функций (например, изменение частоты вращения выходного вала, отбор мощности и ее распределение).
Реверсивный механизм изменяет направление вращения бурильного инструмента, грузового барабана лебёдки; распределительный механизм распределяет крутящий момент между механизмами вращения бурильного инструмента и грузовой лебедкой, обеспечивая независимый раздельный привод всех механизмов или некоторых из них; исполнительные механизмы (механизмы вращения бурильного инструмента, спуско-подъемные, подающие механизмы и грузовые лебедки) передают движение основным рабочим органам, а также позволяют создавать необходимые скоростные и силовые режимы для рабочих органов машины.
В трансмиссиях СБКМ и СБМ применяют зубчатые, червячные, цепные и карданные механические передачи.
Рис. 5. Зубчатые (а) и червячные (б) передачи СБКМ:
цилиндрические с зубьями: I — прямыми, II — косыми. III — шевронными; IV — коническая с прямыми зубьями
Зубчатая передача состоит из двух зубчатых колес. Применяют ее для передачи вращательного движения между валами, когда оба вала лежат в одной плоскости. Если валы параллельны друг другу, применяют цилиндрические зубчатые передачи (рис. 5, I— III). Если ведущий и ведомый валы расположены под углом друг к другу, в том числе и перпендикулярно, применяют конические зубчатые передачи (рис. 5, IV). В зубчатых цилиндрических передачах колеса бывают с прямыми зубьями, расположенными параллельно образующей цилиндра (рис. 5, I), косыми или шевронными (рис. 5, II и III). В механизмах СБМ и СБКМ используют цилиндрические прямозубые передачи.
В конических передачах применяют колеса с прямыми (рис. 5, IV), косыми или криволинейными (спиральными) зубьями. Косые и особенно спиральные зубья обеспечивают большую плавность работы передачи, но сложнее в изготовлении, поэтому их используют реже прямых. Колеса со спиральными зубьями устанавливают в главных передачах базовых автомобилей, а с прямыми зубьями — в остальных механизмах СБМ и СБКМ.
Передаточное число зубчатой передачи численно равно отношению числа зубьев ведомого колеса к числу зубьев ведущего колеса. В трансмиссиях СБМ и СБКМ в основном применяют понижающие передачи, поэтому ведущее колесо имеет меньший диаметр, чем ведомое (ведущее колесо иногда называют шестерней).
Основные параметры зубчатых передач: шаг зацепления (расстояние между двумя одноименными точками двух соседних зубьев, взятое по делительной окружности зубчатого колеса), модуль зацепления (отношение шага зацепления к числу л) и число зубьев зубчатого колеса. Делительная окружность — это окружность, диаметр которой равен произведению модуля зацепления на число зубьев колеса. В зацеплении могут находиться колеса только с одинаковым модулем (шагом).
Червячная передача (рис. 5, б) передает вращение между скрещивающимися валами посредством винта (червяка) и сопряженного с ним червячного колеса. Передача вращения идет от червяка к колесу. Червяк, имеющий небольшой угол винтовой линии (не более 4,5°), в паре с червячным колесом образует самотормозящую передачу. Это означает, что вращение передачи в любую сторону происходит только при передаче движения червяком. За червячное колесо передачу провернуть невозможно. Такие передачи используют, например, в грузовых лебедках СБКМ, у которых к червячному колесу крепят канатный барабан. После прекращения вращения червяка барабан с червячным колесом не может провернуться под влиянием подвешенного к канату груза. Обычно червячные передачи обладают низким КПД и быстро изнашиваются.
Передаточное число червячной передачи численно равно отношению числа зубьев червячного колеса к числу заходов на червяке. Как правило, червяк выполняют за одно целое с ведущим валом и изготовляют поковкой или штамповкой из стали. Червячное колесо делают из антифрикционного чугуна или бронзы (на червячное колесо обычно крепят болтами обод из этого материала).
Рис. 6. Цепная передача (а) и однорядная втулочно-роликовая цепь (б):
1, 2 — ведущая и ведомая звездочки, 3 —цепь, 4 — палец, 5 — втулка, 6 — пластины, 7 — ролики
Цепная передача (рис. 6, а) передает вращение мёжду параллельными валами с помощью двух закрепленных на них зубчатых колес — звездочек 1 и 2, через которые перекинута бесконечная втулочно-роликовая цепь 3. При передаче движения ведомый вал получает вращение в том же направлении, что и ведущий. В трансмиссиях СБМ и СБКМ цепная передача передает движение к распределительным редукторам. Во втулочно-роликовой цепи (рис. 6, 6) втулки 5 лысками закреплены в пластинах 6. Через втулки проходят пальцы 4, которые лысками также закреплены в пластинах. На втулки свободно насажены ролики 7. При набегании цепи на звездочку трение происходит между пальцами и втулкой. Большая поверхность соприкосновения снижает удельное давление на палец и увеличивает срок службы цепи.
Карданные передачи передают вращение от ведущего вала к ведомому, когда оба вала расположены под углом друг к другу. При работе трансмиссии угол может менять свою величину, поэтому эти передачи в основном применяют в трансмиссиях базовых автомобилей, где угол передачи вращения меняется при изменении нагрузки или толчке во время движения по неровной дороге. Карданные передачи в СБМ и С.БКМ используют и для соединения основных агрегатов машины, что упрощает монтаж сборочных единиц, позволяя устанавливать агрегаты на необработанных платиках рамы, выверяя их оси только прокладками.
Карданная передача состоит из валов, шарниров и промежуточных опор. Различают карданные передачи с жестким карданным шарниром и шарниром равных угловых скоростей.
Рис. 7. Карданные передачи с карданными шарнирами:
а — жестким, б — равных угловых скоростей; 1 — стакан, 2 — игла подшипника, 3 — сальники, 4, 8 — вилки, 5 — клапан, 6 — крестовина, 7 — масленка, 9 — вал, 10—12 — пластины, 13, 15 — фасонные вилки, 14 — центральный шарик, 16, 20 — шлицованные наконечники, 17 — шпилька, 18 — ведущие шарики, 19 — штифт
Жесткий карданный шарнир * (рис. 7, а) состоит из двух вилок 8 и 4, крестовины 6, установленной шипами в четырех игольчатых подшипниках, и пластин 11 и 12. К одному концу вала 9 приварена вилка 8 простого шарнира, к другому шлицованный наконечник, на который устанавливают скользящую вилку универсального шарнира. Вместо наконечника иногда приваривают шлицованную втулку. Вал вместе с шарнирами динамически балансируют, приваривая пластины 10. Для правильной работы карданной передачи обе вилки одного вала должны лежать в одной плоскости, что обеспечивает совмещение стрелок на валу и вилке. Иглы 2 подшипника заключены в стакан 1, укрепленный на вилке пластиной 11 или стопорным кольцом. Для смазывания подшипников крестовина имеет сверление и масленку 7. Чтобы предохранить сальники от пробивания смазкой, на крестовине установлен предохранительный клапан 5.
Недостатки жесткого карданного шарнира — неравномерность вращения и сравнительно небольшой угол (до 24°), при котором можно передавать крутящий момент. Там, где необходимо обеспечивать равномерность вращения и передачу крутящего момента под большим углом, применяют карданные шарниры равных угловых скоростей (например, в ведущих мостах базовых автомобилей).
Шарнир равных угловых скоростей (рис. 7, б) состоит из двух фасонных вилок 13 и 15 с делительными канавками, изготовленных заодно со шлицованными наконечниками 16 и 20. Вилки центрируют с помощью сферических торцовых углублений шариком 14, положение которого фиксируется шпилькой 17, закрепленной штифтом 19. В делительные канавки вилок заложены шарики 18, передающие усилие от ведущей вилки ведомой. Шарик 14 не позволяет ведущим шарикам 18 выкатываться из канавок. Делительные канавки имеют овальную форму, при которой ведущие 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 16 и 20 входят в зацепление с внутренними шлицами карданных валов. Шлицевое соединение наконечников с валами позволяет установить необходимую длину передачи. Валы закрепляют на подвесных подшипниках, состоящих из кронштейна, резиновой подушки и шарикового подшипника.
Рис. 8. Соединительные муфты: глухая (а), подвижная жесткая (б) и упругая (в):
1— цепная, 11 — зубчатая; 1, 2 — полумуфты, болты, 4 — роликовая цепь, 5 — гайки с шайбами, 6, 11 — зубчатые втулки, 7, 10 — кольца, 8 — обойма, 9,14 — шайбы, 12 — пальцы, 13 — пружинные кольца, 15 — втулки, 16 — резиновые вкладыши
Соединительные муфты бывают глухие, обеспечивающие работу составного вала как цельного, и подвижны (компенсирующие), обеспечивающие некоторую относительную подвижность двух частей составного вала относительно друг друга.
Глухие муфты изготовляют продольно- или поперечно-свертными. В трансмиссиях СБМ и СБКМ применяют поперечно-свертные (рис. 8, а), которые состоят из двух полумуфт 1 и 2, выполненных в виде фланцев со ступицами. Полумуфты устанавливают на валах на шпоночных или шлицевых соединениях и соединяют между собой болтами 3.
Подвижные муфты подразделяют на жесткие (рис. 8, б) и упругие (рис. 8, в). В трансмиссиях СБМ и СБКМ применяют жесткие муфты цепные, крестово-шарнирные и зубчатые. Цепная муфта (рис. 8, 1) состоит из двух полумуфт 1 и 2, выполненных в виде цепных звездочек и закрепленных на концах соединяемых валов. На звездочки надета соединяющая их двойная роликовая цепь 4. 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 кожух, заполняемый смазкой, который вращается вместе с муфтой.
Крестово-шарнирная муфта — это тот же жесткий карданный шарнир (см. рис. 7, а). Эти муфты применяют для соединения отдельных механизмов.
Зубчатая муфта (рис. 8, II) состоит из двух втулок 6 и 11, зубья которых имеют эвольвентный профиль, и обоймы 8, входящей в зацепление с втулками. Втулка 11 установлена на валу на шпонке или шлицах и укреплена шайбой 9, а втулка 6 — на шлицах второго вала. Чтобы обойма 8 не вышла из зацепления с втулками, с обеих ее сторон установлены кольца 7 и 10. Для уменьшения износа зубьев и бесшумности работы внутреннюю полость муфты заполняют смазкой. Зубчатые муфты допускают небольшие поперечные, продольные и угловые смещения одного вала относительно другого. Такими муфтами соединяют валы лебедок с входными и выходными валами редукторов.
Упругая пальцевая муфта с промежуточным неметаллическим кольцом (рис. 8, в) состоит из двух полумуфт 1 и 2, соединенных между собой шестью пальцами 12. Пальцы закреплены в полумуфте 2 гайками 5 с шайбами. На пальцах сидят втулки 15, на которые в свою очередь посажены резиновые вкладыши 16, закрепленные на втулке шайбами 14 и пружинными кольцами 13. Упругими муфтами соединяют валы гидронасосов с выходными валами редукторов.