Строительные и дорожные машины. Основы автоматизации

41

торый для стандартных ремней составляет fпр 3f . Межосевые расстояния

для клиноременных передач минимальная и максимальная величины со­

учетом наличия упругого

(1.31)

где – коэффициент, учитывающий относительное упругое скольжение рем­ ня; = 0,99...0,98.

Работоспособность ременных передач определяется их тяговой способно­ стью и долговечностью ремней. Исходя из экспериментальных значений по скольжению ремней коэффициент тяги

F /(S1 S2 ) F /(2S0 ),

где S0 − величина начального натяжения ремней.

При допускаемых для ремней напряжениях по полезной нагрузке | F | величина полезного окружного усилия на шкиве для плоскоременных пере­ дач

где А – площадь поперечного сечения ремня; с – коэффициент, зависящий от условий натяжения ремня, расположения передачи, отношения h/D1, угла об­ хвата шкива ремнем , скорости ремня; k − коэффициент, учитывающий ре­ жим нагрузки; k = 1...1,6.

где z − число ремней в передаче; F0 −допускаемая полезная нагрузка на ре­ мень; с − коэффициент, зависящий от угла обхвата и скорости ремня.

Достоинствами ременных передач являются: простота конструкции, воз­ можность передачи движения на большие расстояния, способность предохра­ нять механизмы привода от перегрузок за счет проскальзывания. К недостат­ кам относятся большие габариты передачи и недостаточная долговечность ремней. При эксплуатации ременных передач во избежание резкого снижения тягового усилия необходимо следить, чтобы смазка не попадала на шкивы и ремень передачи.

42

Зубчатые передачи. Эти механизмы с помощью зубчатого зацепления пе­ редают или преобразуют движение с изменением угловых скоростей и мо­ ментов. Зубчатые передачи между параллельными осями (рис. 1.20, а...в, ж) осуществляются цилиндрическими колесами с прямыми, косыми и шеврон­ ными зубьями. Передачи между пересекающимися осями (рис. 1.20, г, д) осуществляются коническими колесами, передачи между перекрещивающи­ ми осями − винтовыми колесами, 1.20, е). Для преобразования вращательно­ го движения в поступательное и наоборот служат зубчатые колеса с рейкой, рис.1.20, з. Для обеспечения высокой несущей способности зубчатых колес на контактную и изгибную прочность зубьев, а также на износ целесообразно применять в качестве материалов стали, закаливаемые до высокой твердости

(НRC 55 …62).

В массовом и крупносерийном производстве наиболее широко применяют для тяжелонагруженных передач низкоуглеродистые легированные стали, подверженные цементации и последующей закалке (ст. 15Х, 20Х, 12ХНЗА, 18ХГТ, 25ХГТ и др.). Для получения особо износостойких поверхностей ко­ лес применяют среднеуглеродистые легированные стали типа 38Х2МЮА, 38Х2Ю, 40Х2НМЛ, 4ХФА, которые подвергаются азотированию.

Рис. 1.20. Виды зубчатых колес: а − цилиндрические прямозубые; б −линдрические косозубые; в −цилиндрические шевронные; г − конические прямозубые; д − конические с круговым зубом; е − винтовые; ж − с внутренним зацеплением;

з − с реечным зацеплением

Для зубчатых колес, изготовляемых в условиях мелкосерийного или ин­ дивидуального производства, при отсутствии жестких требований к габари­ там и массе применяют улучшаемые стали до твердости НВ 300...350.

Чистовое нарезание в этом случае проводят после термической обработки, что исключает необходимость их шлифования. При этом применяют средне­ углеродистые стали типа сталь 40, 45, 50, 50Г, 35ХГС, 40Х и др. Для колес больших диаметров используют стальное литье из среднеуглеродистых ста­ лей 35Л, 50Л, а также легированных сталей 40ХЛ, З0ХГСЛ, 50ГС и т. п. Для

43

тихоходных и преимущественно крупногабаритных и открытых передач при­ меняют также чугуны марок от СЧ21−40 и выше. Передаточное число обыч­ ных цилиндрических передач с неподвижными осями колес может достигать u =6...8.

Червячные передачи (рис.1.21) передают вращение между перекрещи­ вающимися осями и относятся к зубчатовинтовым передачам. Они состоят из винта — червяка 1 с трапецеидальной или близкой к ней резьбой и косозубо­ го червячного колеса 2 с зубьями особой формы, получаемой в результате взаимного огибания с витками червяка. В отличие от винтовых передач осу­ ществляется линейный контакт.

Передаточное число u или передаточное отношение i определяется из ус­ ловия, что за каждый оборот червяка червячное колесо поворачивается на число зубьев, равное числу заходов червяка, т. е.

u =z2/ z1, i =n1/n2 (1.34)

где z1 и z2 − число заходов червяка и число зубьев колеса; п1 и n2 −частоты вращения червяка и колеса, мин ­1 .

Рис.1.21. Схема червячных передач: а) обычное зацепление; б) глобоидное зацепление: 1– червяк; 2– червячное колесо

В строительных машинах червячные передачи применяются с передаточ­ ным числом u=8...60 при количестве заходов червяка соответственно 4...1. При этом η =0,9...0,65. Для повышения КПД червячной пары за счет сниже­ ния сил трения зубья колеса делают из антифрикционного материала − каче­ ственной бронзы, а зуб червяка закаливают и шлифуют.

Вследствие низких КПД червячные передачи используют в основном в передачах с небольшими мощностями – 40...50 кВт и реже до 200 кВт при скоростях до 15 м/с.

44

Основными параметрами червячной передачи являются шаг рt (мм) и мо­ дуль т (мм). Межцентровое расстояние червячной передачи

где – угол подъема витков червяка.

Расчет межцентрового расстояния и размеров зуба ведется исходя из кон­ тактной и изгибной прочности применительно к червячному колесу, изготов­ ленному обычно из бронзы или чугуна, обладающих меньшей прочностью по сравнению со стальным червяком. Кроме прямых червяков с различными профилями зубьев, изготовляются вогнутые, так называемые глобоидные ох­ ватывающие зубья колеса на некоторой дуге (рис. 1.21, б). Такие червячные передачи обладают высокой несущей способностью вследствие большого ко­ личества зубьев, находящихся одновременно в зацеплении.

Однако они более сложны в изготовлении, монтаже и регулировке, осо­ бенно после некоторого износа зубьев колеса.

Цепные передачи (рис.1.22) предназначаются для передачи движения ме­ жду двумя параллельными валами при достаточно большом расстоянии меж­ ду ними. Передача состоит из ведущей 1 и ведомой 2 звездочек и цепи 3, ох­ ватывающей их.

Рис.1.22. Схема цепной передачи (а) и конструкция втулочно­роликовой цепи (б): 1, 2− ведущая и ведомая звездочки; 3− цепь; 4− валик; 5− пластина;

6−втулка; 7− внутренняя пластина; 8− ролик

Кроме этих основных элементов имеются натяжное и смазочное устройст­ ва, а также ограждения. В строительных машинах в качестве приводных це­ пей наиболее широко применяют втулочно­роликовые цепи (б), состоящие из валиков, на которых насажены наружные пластины 5 и свободно поворачи­ вающиеся втулки 6. На втулки напрессованы внутренние пластины 7 и сво­ бодно посажены ролики 8. В качестве тяговых цепей в конвейерах, рабочих органах цепных экскаваторов используются обычно длиннозвенные втулоч­ ные цепи.

45

К достоинствам цепных передач относят: возможность передачи движе­ ния на значительные расстояния; меньшие, чем у ременных передач, габари­ ты; отсутствие скольжения; достаточно высокий КПД = 0,98...0,94, воз­ можность легкой замены цепи.

К недостаткам цепных передач относят: сравнительно быстрый износ шарниров, работающих в условиях попадания абразива; требуют более слож­ ного ухода − смазки, регулировки в сравнении с клиноременными передача­ ми; значительные вибрации и шум при достаточно высоких скоростях и не­ высокой точности элементов конструкции.

Основные параметры цепи определяются из шага р. Делительные диамет­ ры звездочек определяют

Передаточное число

u z2 / z1.

Межосевое расстояние

a 30...50 t.

Величина допускаемой окружной полезной нагрузки

F ê bâí dï /Ký ,

где к допускаемая величина давления в шарнирах. Для втулочно­ роликовых цепей в зависимости от шага и скорости цепи принимаетсяк 14...35 МПа; bвн ширина цепи; d­ диаметр шарнира; Kэ ко­ эффициент, учитывающий условия смазки, регулировки, режим нагружения и другие условия эксплуатации цепи, Kэ = 1,2...3. Мощность, передаваемая од­ ной цепью Pò F υ/1000, где υ – скорость цепи.

Кроме обычных зубчатых передач с неподвижными осями колес в по­ следние годы в строительных машинах стали применять передачи с переме­ щающимися осями колес — называемые планетарными (рис. 1.23).

В этих передачах сателлиты 1 движутся относительно центрального коле­ са 2. Оси сателлитов закрепляются в звене h, называемом водилом. Ведущим или ведомым звеном в данной передаче могут служить любые из централь­ ных колес или водило. Наиболее часто в качестве ведущего звена использует­ ся солнечное колесо, а ведомого – водило, или внешнее центральное колесо 2. Если в планетарной передаче все звенья являются подвижными, то такая пе­ редача приобретает свойства дифференциала, когда два звена являются веду­ щими (или ведомыми) и одно звено ведомым (или ведущим).

46

Рис.1.23. Кинематические схемы планетарных передач: а)­ с одним внутренним зацеплением: 1­сателлиты; h­ водила; 2­ центральное колесо; 4­ эпициклическая шестер­ ня; б)­ с двумя внутренними зацеплениями: 1, 3­ сателлиты; 2, 4 ­ коронные

шестерни; в)­ 1, 3­ сателлиты; 4, 5­ эпициклические шестерни

Конструкция однорядной планетарной передачи в модульном варианте (рис. 1.24) может быть приспособлена для различных типов планетарных ре­ дукторов.

Вид А

Рис. 1.24. Модульная планетарная передача:

1–центральное колесо; 2– ось водилы; 3– водила; 4– сателлиты; 5– эпициклическая шестерня; 6, 8 – кольца; 7–подшипники

Центральное колесо 1 вращает три сателлита 4, посаженные на подшип­ ники 7, закрепленные на осях 2 водилы 3. Сателлиты обкатываются вокруг эпициклического центрального колеса 5. Кольца 6 и 8 служат креплением подшипников сателлитов.

Основным достоинством планетарных передач является многопоточность передачи энергии несколькими зубчатыми парами одновременно. Поэтому планетарные передачи обладают меньшими габаритами и массой. Кроме того, они имеют повышенный КПД и обеспечивают получение более высоких пе­

47

редаточных отношений. К недостаткам можно отнести более высокие требо­ вания к качеству их изготовления и монтажу (условия сборки, соосности и соседства).

Передаточное число планетарной передачи, выполненной по схеме, изо­ браженной на рис. 1.23, а, от колеса 2 к водилу hпри закрепленном зубчатом колесе 4

где z4 и z2– число зубьев колес 4 и 2.

Для такой схемы передаточное число изменяется в пределах 3…9. Для схе­ мы, показанной на рис.1.23,б, передаточное число от водила hк колесу внут­ реннего зацепления 2 при закрепленном зубчатом колесе 4

Диапазон изменения uh42 составляет 8…30. Для схемы, показанной на

рис.1.23, в, при передаче вращения от колеса 2 к колесу 5 при неподвижном зубчатом колесе 4

на передаточное число u12 и на коэффициент полезного действия 12 между этими звеньями Т2 T1u12 12. Если в механизмах, показанных на рис.1.23, колесо 4 сделать подвижным, то они превращаются в дифференциальный ме­ ханизм, широко применяемого в различных самоходных машинах. Механиз­ мы, составленные из двух­трех планетарных ступеней, позволяют обеспечить высокие передаточные отношения при больших значениях КПД.

В качестве отдельных передач в машинах применяют редукторы, коробки скоростей, коробки отбора мощности, реверсы. На рис.1.25 приведены схемы наиболее распространенных зубчатых цилиндрических, конических передач и червячных редукторов. Коробки передач, так же как и редукторы, широко применяют в качестве отдельных узлов механических передач в строитель­ ных машинах.

48

Рис. 1.25. Наиболее распространенные схемы редукторов: а)– 2­х ступен­ чатые цилиндрические; б) – 3­х ступенчатые цилиндрические; в) –2­х ступенчатые

с коническим и цилиндрическим колесами; г) – червячный

Коробка передач — это механизм, выполненный, как правило, в отдель­ ном корпусе. Она служит для ступенчатого изменения передаточного отно­ шения, которое осуществляется путем переключения зубчатых передач. По числу элементов управления, включаемых на каждой ступени изменения ско­ рости выходного звена, различают коробки передач с одним, двумя элемен­ тами и более, включаемыми на каждой ступени изменения скорости. На рис. 1.26 приведены схемы простейших ступенчатых коробок передач.

Рис.1.26. Схемы коробки передач трактора: а) 1− первичный вал; 2− рычаг пере­ ключения передач; 3, 6− вилки; 4,5,7 − шестерни первой второй и третьей передачи; 8 − шестерня заднего хода; 9− коническая шестерня главной передачи; 10,12, 13 − блок шесте­ рен; 14− картер коробки передач; б) − схема включения первой передачи; в) − схема вклю­ чения второй передачи; г) − схема включения заднего хода

Ступенчатые коробки передач выполняются шестеренчатыми, с неподвиж­ ными осями и планетарными. Основным показателем коробки передач явля­ ется число передач переднего и заднего хода и диапазон изменения переда­ точных чисел. Гусеничные тракторы имеют большее число передач заднего

49

хода, в основном 2…4, что связано с использованием их на землеройных ра­ ботах при челночном движении . Большое число передач требует многоваль­ ной конструкции коробки. Для получения увеличенного числа передач при небольшом числе шестерен и коротких валах применяют коробки передач с двух­, трехпарным зацеплением умноженного типа, рис.1.27.

Рис.1.27. Коробка передач умноженного типа: 1­ первичный вал; 2, 9, 10, 17, 19, 25, 27, 35 и 37 – подшипники качения; 3 − блок шестерен первой и второй передач каждой группы; 4 – промежуточный вал; 5− шестерня промежуточного вала второй группы пере­ дач; 6− шестерня промежуточного вала первой группы передач; 7− шестерня третьей шес­ той и девятой передач; 8 – шестерня промежуточного вала третьей, шестой и девятой пе­ редач; 11− рычаг переключения передач; 12 – стопор; 13 – заливная горловина; 14 – проб­ ка; 15 – вторичный вал; 16 – стакан подшипника; 18 и 20 – спускная пробка; 21 − регули­ ровочные прокладки; 22 – сферическая шайба; 23 – корпус коробки передач; 24 – стакан упорных подшипников; 26 – сапун 28 – шестерня вторичного вала первой группы передач (замедленных); 29 – ведущая шестерня группы замедленных передач; 30 − маслоразбрыз­ гивающая шестерня; 31− промежуточная шестерня заднего хода; 32− шестерня вала за­ медленных передач; 33 − вал замедленных передач; 34− шестерня удвоителя – второй и третьей групп передач; 36− шестерня промежуточного вала третьей

группы передач

Такая коробка представляет собой двухвальную, трех,­ четырехскорост­ ную коробку, соединенную последовательно с редуктором, переключаемым на нормальный и ускоренный ряд передач. В коробке передач предусмотрен еще ряд замедленных передач, благодаря чему общее число передач передне­ го хода достигает 9, а заднего 3. Недостатком коробки передач умноженного типа является трудность подбора скоростей (поскольку скорости замедленно­

50

го ряда связаны со скоростями ускоренного ряда постоянным множителем − отношением передаточных чисел редуктора­удвоителя) и сложность пере­ ключения: требуется два рычага (один для передач, другой для удвоителя) или механизм со сложным движением. В конструкцию трансмиссии входит центральная передача (или главная).

Центральная передача служит для увеличения и передачи крутящего мо­ мента раздаточному механизму − механизму поворота гусеничного трактора или дифференциалу колесного трактора, распределяющему крутящий момент на правую и левую стороны трактора.

Схемы коробок передач с неподвижными осями и одним элементом управления представляют собой параллельное независимое соединение не­ скольких механизмов, число которых равно количеству получаемых ступеней изменения скорости. Каждый из этих механизмов может быть включен с по­ мощью муфты. Одновременное включение двух механизмов и более недо­ пустимо. Энергия при включении одного из элементов управления передает­ ся последовательно через зубчатые пары соответствующего механизма.

Кроме коробки передач в механизмах привода часто имеются также спе­ циальные раздаточные коробки, которые обычно с помощью зубчатых пере­ дач осуществляют разветвление привода движения на отдельные рабочие ме­ ханизмы. К положительным свойствам механических трансмиссий в целом можно отнести сравнительную простоту конструкций, небольшую массу и стоимость, возможность обеспечения достаточной надежности в работе для большинства элементов. К их недостаткам относятся значительные потери энергии в фрикционных муфтах и тормозах, их достаточно быстрый износ, ступенчатое изменение скоростей и усилий, сложность компоновки передач при большом числе скоростей и трудности автоматизации управления рабо­ чим процессом. Устранению многих из указанных недостатков способствова­ ло совершенствование конструкций и широкое внедрение в строительных машинах гидромеханических трансмиссий, являющихся соединением меха­ нических и гидравлических трансмиссий.

Гидравлические трансмиссии. К гидравлическим относят гидродинамиче­ ские и гидрообъемные трансмиссии. Гидродинамические трансмиссии вклю­ чают в себя гидромуфты или гидротрансформаторы.

Характерной особенностью этих передач является отсутствие жесткой связи между ведущими и ведомыми частями передачи. Движение от ведущей к ве­ домым частям передается за счет кинетической энергии рабочей жидкости, воздействующей на лопасти рабочих колес. Поэтому гидравлические переда­ чи служат в качестве предохранительных устройств от динамических пере­ грузок в приводах машин. При резком трогании с места ГДМ снижает дина­ мические нагрузки в трансмиссии в 1,5…4,5 раза, при разгоне в 2,5…3 раза.

Гидромуфты (рис. 1.28) состоят только из двух колес — ведущего (насос­ ного 4) и ведомого (турбинного 3). Гидродинамические муфты (ГДМ), в от­