Материал: Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов 3 курса заочной формы обучения специальности 08.03.01. Геращенко В.Н

Цепные передачи применяются для передачи вращения между двумя параллельными валами при большом расстоянии между ними, когда требуется точно соблюдать передаточное отношение и невозможно осущест­вить передачу зубчатыми колёсами. Передача обычно состоит из двух цеп­ных звёздочек и бесконечной цепи. По характеру работы передачи делятся на три основные группы: а) приводные; б) грузовые; в) тяговые.

Приводные цепные передачи могут работать с большими скоростями (до 25-30 м/с) и используются, главным образом, для передачи движения от дви­гателя к рабочему органу машины.

Грузовые передачи служат для подвески и подъёма грузов при скорости перемещения до 0,25 м/с. Они применяются на блоках, талях, лебёдках и дру­гих грузоподъёмных устройствах.

Тяговые передачи служат для перемещения грузов посредством специ­альных рабочих конструкций, присоединенных к цепям (пластин, скребков, ков­шей). Они применяются в элеваторах, конвейерах, подъёмниках и других транспортирующих и погрузочных строительных машинах [1,3].

В приводных цепных передачах применяются следующие типы привод­ных цепей: а) зубчатые; б) втулочно-роликовые; в) втулочные.

Цепи могут быть однорядными и многорядными в случае передачи зна­чительных усилий. Конструкция звёздочек цепных передач во многом по­добна конструкции зубчатых колёс.

Передаточное отношение цепной передачи равно

где n₁, Z₁, D₁- соответственно число оборотов, количество зубьев и диаметр делительной окружности ведущей звёздочки;

n₂, Z₂, D₂ - те же параметры для ведомой звёздочки.

Делительная окружность звёздочки проходит через центры шарниров цепи и её диаметр равен

где t - шаг цепи.

Обычно i≤8 и в тихоходных передачах может достигать 15. Цепная передача со втулочно-роликовой цепью представлена на модели, а её кинематическая схема приведена в прил. 2.

Зубчатые передачи

Зубчатой передачей называется механизм, передающий движение от одного вала к другому посредствам сопряжённых зубчатых колёс. Эти передачи применяют в тех случаях, когда необходимо сохранить угловые скорости и крутящие моменты на валах механизмов в требуемом соотношении по величине и направлению. Зубчатые передачи состоят из двух или нескольких зубчатых колёс с внешним или внутренним зацеплением. Меньшее колесо обычно является ведущим и называется шестерней, большее, ведомое - колесом. Передача может происходить между параллельными, пересекающимися и перекрещивающимися валами. В первом случае применяются цилиндрические зубчатые колёса, во втором и третьем - чаще конические, реже винтовые и червячные.

В строительных машинах обычно применяются зубчатые передачи, состоящие из системы зубчатых колёс. Наиболее распространёнными являются рядовые, ступенчатые, планетарные и дифференциальные зубчатые передачи. Они применяются в трансмиссиях автомобилей, тракторов, автогрейдеров, скреперов, катков и других самоходных строительных машинах в виде коробок передач, главных передач ведущих мостов, бортовых и колёсных передач. Они также применяются в передаточных механизмах транспортёров, кранов, дробилок, бетоносмесительных и бетононасосных установок, а также в механизмах управления рабочими органами в виде различного рода редукторов.

Передаточное отношение зубчатой передачи, состоящей из двух зубчатых колёс, определяется выражением

,

где ω₁, Z₁ - угловая скорость и число зубьев ведущего колеса;

ω₂, Z₂, - соответственно ведомого.

Знак минус принимается для внешнего зацепления, знак плюс - для внутреннего зацепления.

Для зубчатой передачи, состоящей из системы зубчатых колёс, передаточное отношение равно произведению передаточных отношений отдельных пар зубчатых колёс или ступеней:

Червячные передачи

Передача состоит из винта, называемого червяком, обычно с трапециевидной резьбой, находящегося в зацеплении с зубчатым колесом. Для увеличения контакта наружная поверхность червячного колеса делается вогнутой. Для этих же целей резьба на червяке может быть нарезана не на цилиндрической поверхности, а на глобоидной. Передача представлена на модели. В этой передаче на каждый оборот червяка колесо поворачивается на один зуб при однозаходной резьбе, на два зуба - при двухзаходной резьбе, на три зуба - при трёхзаходной резьбе и т.д. С помощью таких передач можно получить в одной ступени передаточное отношение до 500, обычно i = 6 ÷ 80.

Передаточное отношение передачи

где Z_ч - число заходов червяка; Z_к - число зубьев колеса; n_ч, n_к - число оборотов червяка и колеса.

Благодаря компактности и бесшумности работы, червячные передачи применяются в строительных машинах обычно как самотормозящие в механизмах ручных грузоподъёмных устройств. Также следует отметить, что червячные передачи при сравнительно малых габаритах имеют большое передаточное число, что их существенно отличает от других механических передач.

К недостаткам червячных передач следует отнести низкий коэффициент полезного действия - , а также использование в передаче цветного метала, что повышает ее стоимость.

2.3. Порядок проведения работы

При выполнении работы используется ремённая, цепная, зубчатая рядовая с кулачковой муфтой и червячная передачи, ГОСТ 2.770-68 «Обозначения условные графические в схемах. Элементы кинематики» (прил. 2) и штангенциркуль.

2.3.1. Изучить устройство и принцип работы каждой передачи, обращая внимание на характер соединения и крепления отдельных элементов передачи между собой и с опорой.

2.3.2. Пользуясь обозначениями ГОСТ 2.770-68 «Обозначения условные графические в схемах. Элементы кинематики», вычертить кинематические схемы каждой передачи.

2.3.3. Установить расчётные формулы для определения передаточных отношений отдельных передач. В соответствии с расчётными формулами определить путем измерения и подсчёта необходимые параметры передач (диаметры шкивов, шаг цепи, число зубьев, заходов и т.д.).

2.3.4. Вычислить передаточное отношение каждой передачи.

2.3.5. Рассчитать передаточное отношение многоступенчатой передачи по заданию преподавателя.

Лабораторная работа № 3 Изучение общего устройства автомобиля, назначения элементов трансмиссии и исследование работы автомобильного дифференциала

3.1. Цель работы

Целью работы является изучение общего устройства автомобиля, эле­ментов трансмиссии, принципа действия и основных кинематических свойств конического автомобильного дифференциала теоретически и экспе­риментально.

3.2. Теоретическая часть

На рис. 3.1. представлена схема трансмиссии автомобиля.

Рис. 3.1. Схема трансмиссии автомобиля:

1  Силовая установка (двигатель); 2  муфта сцепления;

3  Коробка переменных передач (кпп); 4  карданный вал; 5  задний мост; 6  ведущие колеса; 7  управляемые колеса

Для передачи момента крутящего М_кр от вала двигателя к исполнительным органам машины (ходовому оборудованию, механизмам привода рабочего органа и т.д.) служат трансмиссии, которые классифицируются на механические, гидромеханические, гидрообъёмные, электрические, комбинированные. Элементы трансмиссии обеспечивают наивыгоднейшие условия работы двигателя за счёт изменения передаточного числа. Так, низшая ступень обеспечивает при N_дв мощности двигателя меньшую скорость и большую силу тяги, а высшая обеспечивает большую скорость и меньшую силу тяги.

К элементам трансмиссии относятся: сцепление, служащее для передачи крутящего момента от двигателя к коробке передач, кратковременного разъединения двигателя и трансмиссии и плавного соединения их между собой; коробка передачи, обеспечивающая движение автомобиля с разными угловыми скоростями, а также движение вперед, назад; карданная передача служит для передачи момента от одного агрегата к другому в тех случаях, когда оси валов не совпадают и могут изменять свои положения.

Наибольшее распространение в конструкциях передач ведущих мостов получили дифференциалы с коническими или цилиндрическими зубчатыми колёсами.

На рис. 3.2 показана схема ведущего моста автомобиля с коническим дифференциалом. Собственно дифференциальный механизм состоит из зубчатых колёс 1, 2, 3 с числами зубьев Z₁, Z₂, Z₃ и звена Н, называемого водилом и являющегося коробкой дифференциала.

Рис. 3.2. Схема ведущего моста с коническим дифференциалом

Геометрические оси одинаковых колёс Z₁, и Z₃ совпадают с общей осью механизма 0-0, и поэтому эти колёса называются центральными или солнечными колёсами. Колесо Z₂ свободно вращается в подвижном подшипнике водила Н и вместе с ним движется вокруг обшей оси механизма 0-0, оставаясь в то же время в постоянном зацеплении с колёсами Z₁, и Z₃. Колесо Z₂ обычно называется сателлитом. Коробка Н дифференциала жёстко скреплена с большим коническим (ведомым) зубчатым колесом Z₄. Центральные конические колёса Z₁, и Z₃ жёстко посажены на отдельные валы, связанные с ведущими колёсами моста и называемые полуосями. Коническая зубчатая передача, состоящая из колёс Z₄ и Z₅, обычно называется главной передачей моста. Вращающий момент от двигателя автомобиля через коробку передач, карданную передачу 8 и конические колёса Z₅ и Z₄ главной передачи передаётся к коробке Н дифференциа­ла, а затем от коробки через сателлит Z₂ равномерно распределяется по полу­осям 7 колёс К₁ и К₃. Второй сателлит, расположенный напротив сателлита Z₂, показан штриховыми линиями, ставится в механизм для возможности пе­редачи большей мощности и разгрузки центральных подшипников и в кине­матическом отношении не играет роли. В обращенном механизме, когда водило Н неподвижно вследствие добавления ко всем звеньям минус n_н оборотов, обороты колеса Z₁ равны (n₁-n_н), а обороты колеса Z₃ равны (n₃-n_н), поэтому передаточное отношение равно

При движении автомобиля по прямому ровному участку дороги, при одинаковом сопротивлении движения ведущих колёс (правого и левого) и их одинаковых радиусах качения сателлиты, находящиеся в коробке дифференциала, не будут иметь вращения вокруг своих осей, они кажутся как бы жёстко соединёнными с коробкой и полуосями, а следовательно, и с колёсами. При таком положении сателлиты вместе с коробкой дифференциала будут вращаться с числом оборотов n₁ = n₃ = n_н =n_ср. В этом случае дифференциал ведущего моста работает как жёсткая муфта, соединяющая карданный вал через главную передачу с полуосями колёс.

Движущие моменты М₁ и М₂ уравновешиваются при равномерном движении моментами сопротивления М_С1 и М_С3 на колёсах. Это свойство, с одной стороны, является положительным качеством дифференциала, но, с другой - причиняет большие помехи при эксплуатации автомобиля, снижает его проходимость и снижает тяговые качества самоходных землеройных машин при работе на неоднородной неровной поверхности. Например, если в гололедицу автомобиль одним колесом попал на обледенелую колею и, следовательно, это колесо разгрузилось от момента сцепления, то по соотношению (3.6) от момента разгружается и второе колесо, исчезает вместе с тем и момент на карданном валу, если пренебречь сопротивлением в трансмиссии. Автомобиль не в состоянии будет тронуться с места, пока искусственным путём (например, подсыпкой песка под буксующее колесо) не удастся повысить сцепление колеса с дорогой. При работе самоходных машин для земляных работ на неоднородной неровной поверхности ведущие колёса, попадая в различные условия сцепления и под действием различных вертикальных нагрузок, пробуксовывают в разной степени и в целом снижаются тяговые качества машины.

Аналогичная картина наблюдается и при движении автомобиля по пересечённой местности. Для восстановления тяговых качеств и проходимости прибегают к блокировке дифференциала, т.е. приводят с помощью определённого устройства, способного действовать автоматически, к остановке сателлит Z₂ на своей оси. В этом случае работает только главная передача моста [6].

3.3. Порядок проведения работы

При выполнении работы используются модель ведущего моста (лабораторная установка), конструкция заднего моста автомобиля ГАЗ-51 и плакаты элементов задней трансмиссии.

Изучить назначение и устройство элементов трансмиссии.

Изучить устройство модели ведущего моста и механизма дифференциала, конструкцию заднего моста автомобиля ГАЗ-51.

Составить кинематическую схему механизма модели согласно ГОСТ 2.770-68 «Обозначения условные графические в схемах. Элементы кинематики». На схеме обозначить все звенья и отчётливо показать характер посадки звеньев на валах.

Подсчитать числа зубьев всех колёс и записать их в отчёт.

Вычислить передаточные отношения обращенного механизма.

Для дифференциальной передачи вычислить передаточные отношения от карданного вала к левому и правому колёсам при условии движения автомобиля по прямому участку дороги и при одинаковом сопротивлении движению ведущих колёс.

Для дифференциальной передачи вычислить передаточные отношения от карданного вала к одному из колёс, если второе колесо неподвижно (например, определить при n₁ = 0, т.е. при заторможенном колесе Z₁).

Полученные расчётом передаточные отношения проверить опытным путём. Для этого, поворачивая на один или несколько оборотов карданный вал, определяют углы поворота и направление вращения колёс или одного колеса при другом заторможенном.

Определение передаточных отношений по формулам и опытным путём.

Описание лабораторной установки

Установка состоит из подставки 1, на которой закрепляется задняя часть рамы автомобиля 2.

К раме через рессоры 3 крепится корпус заднего моста. Вращение на колёса 4 передаётся от рукоятки 5 имитирующей карданный вал автомобиля через угловую муфту 6, главную передачу, состоящую из конических зубчатых колёс 7, коробку дифференциала 8, жёстко прикреплённую к коническому колесу 9, сателлита 10, центральные зубчатые колёса, жёстко связанные с полуосями. Затормаживание колёс 4 осуществляется рукоятками 13. Путём их нажатия.