Современные зубчатые передачи и их применение


виды и типы, достоинства и недостатки, область применения, назначение, общие сведения, из чего состоят, где применяются, характеристики, определение, принцип действия

08.07.2020

Огромное количество устройств с механическими деталями использует принцип переноса силового усилия, вращательного момента, направления давления посредством особого способа. И именно его мы сегодня и затронем в обзоре. Мы разберем типы и виды, применение и назначение, преимущества зубчатых передач. А также рассмотрим смежные моменты.

Общее описание

Для того чтобы передать усилия, ранее использовался повсеместно лишь один метод — ременный, который имел важное промежуточное звено — ремень. В нашем же случае способ меняется. Ненужный переходник исключается, вместо него появляется сцепление между элементами.

Таким образом, увеличивается не только уровень надежности и минимизируется размер всей системы, но также достигается и еще одно важное преимущество. Снижается расход энергии, необходимый для активации всей конструкции.

Существует масса ключевых факторов, которые определяют эффективность, сферу применения механизма. Разумеется, важным аспектом становятся габариты, материал производства и точность.

Если говорить про общие сведения о зубчатых передачах, нужно знать, что в хорошем продукте между зубьями всегда присутствует зазор. Они не располагаются вплотную. Иначе скольжение будет невозможным по определению. А также будет крайне неудобно смазывать подвижные части. Эксплуатационный срок, равно как и эффективность применения будет значительно снижена. Не нужно забывать, что многие типы производства подразумевают образование высоких температур на производственных площадках. А сами механические детали во время работы ввиду банальной силы трения разогреваются. Значит, металл будет расширяться, незначительно увеличиваться в размерах. И без зазора зубья просто встанут, упираясь друг в друга и заблокировав дальнейший ход.

Поэтому выбор конечного продукта всегда стоит останавливать на том, что точно не подведет. Именно поэтому мы в компании «Сармат» всегда внимательно относимся к деталям. И любая часть наших станков и иной продукции отвечает не только всем требованиям нормативной документации, но и желаниям наших клиентов.

Элементы конструкции зубчатой передачи

Данное устройство по своей сути является довольно простым. В нем используется минимальное количество составных частей. Соответственно, это значительный плюс в пользу эксплуатационного срока. Как бы далеко ни шагнула наука и прогресс — чем проще механизм, тем реже он ломается. Это факт, с которым невозможно спорить.

Хотя, говоря о герое нашего обзора, в первую очередь в воображении предстает колесо, но это лишь вершина айсберга. Посмотрим более подробно:

  • • Практически во всех моделях присутствует корпус. Он необходим для надежной фиксации всех частей в условиях одной системы. А также не позволяет смазочным материалам утекать, тратиться впустую. Габариты и форма конуса допускается различная. Конкретика опирается на задачу, которую и должен выполнять инструмент.
  • • Колеса. Разбирая разновидности, какие передачи называют зубчатыми в принципе, в голову сразу приходят шестерни. Их по стандарту две штуки. Если не подразумевается посредников, всегда есть ведущее и ведомое. Первое получает импульс силы, поворачивается по своей оси, заставляет двигаться второе. Крутящий момент зависит от качества сцепления между ними.
  • • Вал. Главный двигатель, который и содержит в себе импульс. Получает он его уже непосредственно источника. В большинстве случаев таковым выступает привод на электрике. Крепится данная часть уже на само колесо. А значит, его форма также подбирается исходя из всей системы в целом. Допускается ступенчатые варианты при необходимости.
  • • Подшипники. Характеристики и определение зубчатых передач подразумевает подвижность колес. Но для обеспечения подобного необходимо крепить вал не напрямую, а с помощью промежуточных переходников. Ими и становятся подшипники. Поскольку в этом месте происходит толчок подвижности, его тоже нужно регулярно обрабатывать смазочными материалами.

Стоит также осознавать, что основа для любой шестерни – это зубья. Они и подарили название всей системе. Величина, количество, периодика расположения отличает виды друг от друга. Наклон тоже может существенно меняться в различных моделях.

Важно уточнить, что эти шестерни устанавливаются на вал через прессование. В результате общая конструкция обладает изрядной прочностью, а холостой поворот колеса исключается по определению. А это означает, что будет меньше потерь энергии. В большей части случаев снижается расход электрического тока, служащего источников для движения вала.

Как классифицируются зубчатые передачи

Сложно выделить единую градацию, на которую бы опирался каждый производитель. Существует значительное количество разнообразных факторов, становящихся фундаментальными в зависимости от задач на производстве. Поэтому и используется несколько вариаций группировки.

Посмотрим, по каким аспектам разделяют эти инструменты на подвиды:

  • • Основываясь на расположении осей по сравнению друг с другом. Так появляются параллельные типы, а также пересекающиеся. Отдельной строкой идут перекрещивающиеся. Разумеется, первый вариант – самый простой. И чаще всего выбирается именно он. Но существуют нетипичные задачи, где приходится использовать иные способы. Под осями подразумеваются механизмы, которые крепят колеса.
  • • Также некоторые классы опираются на расположение зубьев. Так у нас появляются внутренние и наружные варианты. Эффективность их напрямую опирается на всю систему. Панацеи нет. Им сказать, кто лучше не получится. Используются чаще наружные, но нельзя утверждать, что они результативнее.
  • • Корпус тоже имеет значение. Мы уже уточнили, зачем он нужен. Но пока не рассказали, что существуют модели с открытым типом оболочки. И что примечательно, такой вариант работает в принципе без внешней смазки. Сухой ход, как это принято называть. А закрытая модель – ближе к стандарту.
  • • Следует внимательно относиться и к размеру. Корректнее – к протяженности окружности. Чем она длиннее, тем больший путь проходит точка при одиночном повороте колеса. Соответственно, выделяют тихоходные и скоростные. Но стоит понимать, что динамика все же зависит от вала. Какой импульс он передаст. А форма лишь подскажет, сможет ли колесо справиться с ним и применить его по назначению.

Основные достоинства и недостатки зубчатых передач

Ключевые преимущества видны невооруженным взглядом. Это:

  • • Длительный срок эксплуатации. Мы уже пояснили, что простой инструмент редко ломается. А в обозначенном случае мы имеем дело с крепким металлом, отсутствием ломких деталей, закаленной частью, соприкасающейся с партнером (зубьями). Поэтому такой механизм по праву можно считать долгожителем.
  • • Простая регулировка скорости. Масса вариантов настройки, установки.
  • • Высочайший уровень КПД при небольших затратах.
  • • Компактность. Что особенно важно. Ведь минимальный размер всего механизма позволяет сэкономить место в устройстве. Как пример, зубчатая передача позволяет сделать более компактный насос, сохраняя высокую мощность.

Но и минусы тоже существуют:

  • • Динамически во время работы невозможно сменить темп.
  • • Дороговизна, а также сложность. Выполнить кустарными методами, как муфту или что-то схожее, не выйдет. Необходимо обращаться к профессиональным производителям. И одним из лучших вариантов будет «Сармат». Где при эталонном качестве продукта не задираются расценки выше среднерыночных. Что редкость для современной экономической ситуации.
  • • Шумовой эффект. Избавиться от аспекта не получится, и чем выше скорость, тем сильнее будет сопровождающий работу звук. Вращательное движение не может быть беззвучным, зацепление зубьев делает свое дело. Такой способ является очень надежным, но и весьма шумным.

Типы

А теперь пройдемся по конкретным представителям своего жанра. Сначала остановимся на наиболее общих группах. А после уже перейдем к узким нишам.

Конические

Название говорят за себя. Основа колеса имеет форму конуса. Оси в таком варианте всегда перекрещиваются. Есть и иные отличительные стороны. Как непрямые зубья. Хотя, в принципе существует и аналог с прямыми, просто это менее распространенный выбор.

Примечательно, что в результате форму позволяет увеличить площадь соприкосновения между элементами. А угол достигает 90 градусов. Поэтому фиксация, по заверению экспертов, становится более надежной. Также интересно то, что зубья утолщаются от основания к вершине. А значит, после зацепа они весьма надежно держатся за партнеров. И соскальзывание почти полностью исключается.

Понятие, принцип действия зубчатой передачи конической формы строится на надежности. Но нельзя сказать, что это экономичный вариант. Ведь он неотвратимо теряет в среднем 15% импульса, который передает ему вал. Прямой угол просто не позволяет сохранить всю прилагаемую силу.

С переменным передаточным отношением

Это относительно новое веяние в сфере. Смысл строится на том, что в стандартном механизме положение полюса зацепления всегда остается неизменным, статичным. А в этом прогрессивном виде оно «гуляет», изменяется под среду и нужды. Нельзя сказать, что это очень популярная разновидность, но в определенных случаях он показывает весьма завидные результаты.

Планетарные

Их еще можно назвать подвижными. В этом варианте ось колеса может перемещаться. Чтобы было яснее, в механизме шестерни не крутятся на месте, а более мелкое «бегает» по крупному. Движением становится намного разнообразнее, приходится пройти весь круг. И ось должна двигаться по траектории, меняя свое положение постоянно.

Разновидности колес

А теперь разберем основные виды, параметры зубчатых передач в зависимости от колес. Это самая популярная градация, на которой основываются чаще всего.

Цилиндрические

Наиболее распространенный способ. Используется два колеса с различным количественным фактором зубьев. Характеризуются постоянным передаточным отношением, никаких «плавающих» переменных. Оси по традиции параллельные. Существуют две вариации реализации такого механизма, с повышающим и понижающим фактором. В первом случае отношение количества зубьев больше единицы, во втором, соответственно, меньше.

Коническая

Об этой вариации мы уже немного поговорили. Смысл заключается в наличии угла между элементами. Разумеется, такой подход снижает КПД. Но для пущей надежности, особенно если подразумеваются высокие скорости вращения – это идеальное решение.

Червячная

Особый тип. В этом случае используется скрещивание осей. И принцип работы зубчатой передачи строится на заходах, каждый из которых немного тормозит движение. Меньшее колесо описывает от одного до четырех кругов по крупному собрату. Ход в обратную сторону, кстати, в такой конструкции не допускается. Сила трения слишком велика, она просто не позволит пойти назад. Зачастую к общему набору составных частей добавляются еще и редукторы.

Механизмы

Помимо описанных вариаций, есть еще парочка, которые являются более редкими, но все столь же результативными. В первую очередь, реечная. Используется не для передачи крутящего момента. Напротив, здесь вращательное движение проходит преобразование с помощью рейки. И на выходе мы видим поступательное. Возможен и обратный процесс.

А также существуют винтовые. Они весьма точны и надежны, поэтому реализуются в различных компактных приборах. Но есть и негативная сторона. Проседает эксплуатационный срок, соприкосновение почти без зазоров, а значит, поверхность просто стирается при работе.

Форма и характеристика зуба

Мы уже пояснили, из чего состоит зубчатая передача. И главным фактором колеса являются зацепы. Поэтому конструкция так и называется. Но им пока уделили недостаточно внимания. А ведь у них есть свои отличительные стороны и видовое разнообразие.


Это:

  • • Прямые. Используется повсеместно, нет отклонений по оси.
  • • Косые. Значительно повышает уровень сцепления. Но начинает страдать КПД. Да и срок службы снижается.
  • • Шевронные. Смысл кроется в снижении нагрузок на подшипник. Оси не давят на элемент, что выгодно при длительной работе.
  • • Внутренние. Прекрасно функционируют на изгиб. А также практически единственный тип, который не создает сильный шумовой эффект при эксплуатации.

Материалы

Чаще всего используется сталь. Но более мягкая и дешевая в вале и подшипниках. И максимально жесткая в колесах. Ведь они постоянно контактируют, трутся, давят. Поэтому применяется не только легированная сталь или углеродная, но и специальные методы обработки. Азотирование как вариант, а также цементирование. Закалка поверхностного уровня.

Любопытно, что в середине зацепы куда мягче, чем на поверхности. Ведь если сделать их твердыми по всему объему, они начнут ломаться при постоянных нагрузках, станут хрупкими. А если учитывать сферы, где применяются зубчатые передачи, особенности использования – такого допускать нельзя.

Геометрические параметры колес

Есть определенные нюансы конструкционного плана. Боковые стороны всегда соприкасаются. Это главная точка поверхности, передающая импульс. А угол всегда подбирается с учетом смещения, чтобы при некорректной работе не заблокировались шестерни.

Поэтому важно учитывать: диаметр, длину окружности, размер зацепов, периодику, частоту. Все эти параметры указываются в сопутствующей документации. И должны точно соответствовать требованиям нормативов.

Методы обработки

Для пущей надежности каждая деталь после производства и обкатки проходит еще термическую закалку. И это обязательный процесс для продукта, который прослужит долго. В большей части случаев термообработки хватает, но есть некоторые детали, которые используются в высокоточных приборах. И тогда уже понадобится еще шлифовать каждый продукт.

Области применения

Существует масса промышленных сфер, где с успехом нашли свое отражение такие конструкции. Проще найти отрасль, где их нет. От точных приборов до гигантских буровых установок. Используются в двигателях внутреннего сгорания, а значит, почти в каждом виде транспорта на земле: станки, конвейеры на фабричном производстве и в цехах. Даже в небольших элитных наручных часах применяется все тот же принцип. Просто без электрического привода.

Изучив классификацию и область применения зубчатых передач, остается только пожелать вам подобрать грамотный продукт для своего производства. И гидом, помогающим обойти все перипетии современного рынка, станет компания «Сармат».


геометрические параметры, достоинства и недостатки

Существует достаточно большое количество различных механизмов, предназначенных для передачи усилия и вращения. Довольно большое распространение получила зубчатая передача. Подобный механизм выступает в качестве промежуточного элемента, который изготавливается при применении металла с различными эксплуатационными характеристиками. Рассмотрим особенности подобного механизма подробнее.

Общее описание

Стандартная ременная передача предусматривает использование промежуточного элемента, в качестве которого выступает ремень. Зубчатое зацепление характеризуется наличием поверхности зацепления и сопряжения зубьев. Основные элементы зубчатой передачи следующие:

  1. Ведущее и ведомое колесо.
  2. Вал, который предназначен для непосредственного крепления колес.
  3. Подшипники, обеспечивающие подвижность колес.
  4. Шпонка, исключающая вероятность проворачивания колеса на валу.

Параметры зубчатой передачи могут существенно отличаться. Для начала отметим, что между ведомым и ведущим колесом предусмотрено наличие технологического зазора, который обеспечивает скольжение и возможность теплового расширения, а также смазывание основных элементов для исключения вероятности заклинивания механизма.

Детали машин изготавливаются при применении самых различных металлов, в большинстве случаев это углеродистая сталь. Скорость вращения механизма зависит от точности шестерен, а также некоторых ее других параметров. Принцип работы устройства позволяет использовать его при создании самых различных механизмов, к примеру, насосов или передач.

Конструкция передач

Классическая схема зубчатой передачи применяется уже на протяжении длительного периода. Рассматриваемая конструкция имеет следующие особенности:

  1. В качестве основы применяется корпус. Зачастую он изготавливается из чугуна или других коррозионностойких сталей. Корпус обеспечивает надежное крепление основных элементов, а также является контейнером для смазки. Существует просто огромное количество различных корпусов, все зависит от области применения механизма.
  2. Основным элементом является вал, который передает зубчатым зацеплением вращение. Как правило, вал получает вращение от электрического привода или других элементов. Для их крепления устанавливаются подшипники. Вал подбирается под посадочное отверстие зубчатых колес, может иметь ступенчатую форму.
  3. Садятся шестерни на валы методом прессования. За счет этого исключается вероятность проворачивания элементов, которые находятся в зацеплении. Кроме этого, фиксация обеспечивается за счет шпонки.
  4. Расстояние между валами зубчатого зацепления выбирается с учетом диаметра колес, а также их других параметров.
  5. Форма шестерен может существенно отличаться. Зачастую боковая сторона имеет небольшие выступы, а рабочая поверхность представлена сочетанием зубьев. Количество зубьев, их направление и многие другие параметры могут существенно отличаться. Характеристики выбираются в зависимости от области применения механизма.

В целом можно сказать, что рассматриваемое устройство довольно просто, за счет чего обеспечивается длительный срок эксплуатации. Разновидностью зубчатой передачи также является винтовой механизм или рейка. Сегодня чертеж винтовой передачи при необходимости можно сказать с интернета.

Классифицируют зубчатые передачи по довольно большому количеству различных признаков. Только при правильном выборе наиболее подходящего варианта исполнения можно обеспечить длительный срок эксплуатации и требуемые характеристики.

Классификация зубчатых передач

Бывают самые различные виды зубчатых передач. Классификация проводится по большому количеству различных признаков:

  1. Относительное расположение осей, на которых крепятся колеса. По этому признаку выделяют механизмы с параллельными осями, пересекающимися или скрещивающимися. Проще всего в изготовлении самая распространенная цилиндрическая зубчатая передача, так как в этом случае механизм характеризуется высокой надежностью и длительным сроком эксплуатации. Если нужно изменять направление вращения, то применяется другая конструкция. Зубчатые передачи с параллельными и пересекающимися осями применяются в самых различных случаях, к примеру, при создании насосов и приводом различных устройств.
  2. Расположение зуба на поверхности изделия относительно посадочного отверстия. По этому признаку выделяют передачи с внутренним и наружным зацеплением. Кроме этого, в некоторых механизмах есть реечная конструкция: прямая рейка подходит для преобразования вращений в прямолинейное движение.
  3. По форме профиля. Чаще всего устанавливается эвольвентная зубчатая передача, но также применяются неэвольвентные механизмы. Проводится классификация зубчатых колес в зависимости от расположения теоретической линии зуба. По этому признаку выделяют прямозубые устройства и с косым расположением. Кроме этого, есть шевронная зубчатая передача и с винтовым расположением. Современная косозубая передача получила широкое распространение, так как за счет подобного расположения зуба снижается износ и степень шума. Именно поэтому подобные варианты исполнения устанавливаются в случае, когда нужно передать высокую скорость или сделать бесшумное устройство. Конические зубчатые передачи могут изготавливаться и с прямым зубом, но подобные механизмы не предназначены для длительной работы, так как зуб при работе контактирует по всей площади.
  4. Классификация проводится по конструктивному оформлению корпуса. Выделяют закрытые и открытые передачи. Первый вариант исполнения могут работать исключительно при подаче смазывающего вещества, второй работает и на сухом ходу.
  5. Передача бывает понижающая и повышающая. Выбор проводится в зависимости от того, нужно ли увеличить количество оборотов или повысить передаваемое усилие.
  6. По величине окружности выделяют тихоходные, среднескоростные и быстроходные устройства. Выбор проводится в зависимости от того, каким свойствами должно обладать полученный механизм.

Заготовки для получения основных элементов получаются путем литья или штамповки. После этого проводится дальнейшая обработка. Процесс обработки предусматривает применение дисковых и пальцевых фрез, а также шлифовальных кругов для получения требуемого качества поверхности. Другими особенностями обработки отметим следующие моменты:

  1. Подобные изделия нельзя изготовить методом чистовой прорезки выбранной фрезы. Эта технология применяется только на первоначальном этапе обработки.
  2. Следующий шаг предусматривает механическую обработку путем обкатки при непосредственном зацеплении. Для этого применяется специальное колесо, которое изготавливается при применении высокопрочного металла.
  3. В качестве основания часто применяется углеродистая сталь. Для улучшения основных качеств проводится цементация, закалка, цианирование, а также азотирование. Для получения низкокачественных изделий улучшение проводится уже после нарезки зубьев, после чего поверхность доводится до готового варианта путем шлифования или обкатки.

Цилиндрические зубчатые передачи получили самое широкое распространение. Также может устанавливаться эвольвентная разновидность устройства. Для создания особых механизмов применяются планетарные передачи, которые характеризуются более сложной конструкцией.

Многие встречаются с рассматриваемым механизмом в виде редуктора, представленного цилиндрической передачей. Их распространение можно связать со следующим моментами:

  1. Технология изготовления подобных зубчатых колес достаточно проста, было создано просто огромное количество различного оборудования, которое предназначено для производства подобного изделия.
  2. В большинстве случаев вращение передается между двумя валами, которые расположены параллельно.
  3. Редуктор также имеет специальный корпус закрытого типа. Он предназначен для защиты механизма от воздействия окружающей среды, а также накопления масла.
  4. Изменение передаваемого усилия проводится за счет изменения диаметрального размера изделий.

Многие при эксплуатации передачи не уделяют должного внимания смазке. Именно эта причина приводит к существенному износу рабочих элементов. Своевременная подача смазывающей жидкости существенно снижается трение в зоне контакта, а также снижает вероятность появления коррозии на поверхности.

Конические передачи получили также весьма широкое распространение. Их ключевой особенностью можно назвать расположение осей под углом 90 градусов относительно друг друга. Конструктивными особенностями этого варианта исполнения назовем следующие моменты:

  1. Шестерни представлены формой срезанного конуса, которые могут соприкасаться друг с другом. Боковыми сторонами. За счет этого усилие передается под углом 90 градусов и поверхность соприкосновения достаточно большая.
  2. Профиль каждого зуба характеризуется тем, что он больше у снования и меньше возле вершины.
  3. Зубчатые венцы изготавливаются с прямой, криволинейной и тангенциальной нарезкой.
  4. Выделяют также гипоидный вариант исполнения. Он характеризуется высокой плавностью хода и низким уровнем шума на момент работы. Устанавливается подобное устройство в случае, когда усилие передается на протяжении длительного периода. При применении гипоидного варианта исполнения рекомендуется смазывать зону контакта при применении специального вещества, которое также выступает в качестве охлаждения.

В отличии от цилиндрических вариантов исполнения, рассматриваемый способен передавать всего 85% несущей способности. Потери можно связать с тем, что проводится перенаправление передаваемого усилия под большим углом.

Реечные передачи также получили весьма широкое распространение. Их непосредственное предназначение заключается в преобразовании вращения в возвратно-поступательное движение. Среди особенностей подобного варианта исполнения отметим следующие моменты:

  1. Реечная передача довольно проста в изготовлении и с ее монтажом, как правило, не возникает серьезных трудностей.
  2. Высокая надежность и хорошие нагрузочные способности также определили широкое распространение реечной передачи.
  3. Область применения довольно обширна: долбежные станки, транспортировочные механизмы, передачи других промышленных механизмов.

Разновидностью рассматриваемого варианта исполнения можно назвать зубчато-ременные передачи. Эта гибридная модель характеризуется свойствами, которые присущи обоим устройствам. К ключевым особенностям можно отнести:

  1. Тихая работа. Большинство звездочек характеризуется тем, что металл при соприкосновен на большой скорости становится причиной появления шума. Это может создавать довольно много дискомфорта.
  2. Отсутствие эффекта проскальзывания. За счет этого существенно повышается показатель КПД и область применения всего механизма.
  3. Стабильная работа при высоких оборотах достигается за счет применения гибких ремней со специальным сердечником.

Подобный механизм чаще других применяется в качестве привода электрического двигателя.

Геометрические параметры зубчатых колес

Для обеспечения качественного зацепления и условий для передачи большого усилия создается особая геометрия зубчатого колеса. Она характеризуется следующими особенностями:

  1. Боковые грани на момент работы механизма соприкасаются. Пятно контакта обеспечивается специальной криволинейной формой.
  2. Наибольшее распространение получил эвольвентный профиль.
  3. Создается угол зацепления таким образом, чтобы даже при несущественном смещении не происходило заклинивание механизма. Параметры зубчатых колес указываются на чертежах.

Основным элементом передачи можно считать зубчатые колеса. Их основными параметрами назовем следующие моменты:

  1. Делительная окружность. Она указывается на всех чертежах. Под этим параметром понимают соприкасающиеся окружности, катящиеся одна по другой без скольжения.
  2. Шаг расположения зубьев-расстояние между профильными поверхностями соседних зубьев. Этот параметр указывается для всех передач и механизмов в спецификации и на чертежах.
  3. Длина делительной окружности или модуль также является важным параметром, который нужно учитывать.
  4. Высота делительной головки.
  5. Зуб является важным элементом каждого колеса. Он характеризуется довольно большим количеством различных характеристик, среди которых отметим высоту ножки, самого зуба и делительной головки.
  6. Диаметр окружности вершин и впадин зубьев.

Некоторые их приведенных выше параметров рассчитываются при проектировании передачи, другие выбираются по табличным данным. Прямозубая передача проще всего в проектировании и изготовлении, но она характеризуется менее привлекательными эксплуатационными характеристиками. Крутящий момент и другие параметры выбираются в зависимости от поставленной задачи при проектировании конструкции.

Применение зубчатых передач

Области применения зубчатых передач весьма обширны. Сегодня подобные механизмы применяются в различных отраслях промышленности. Проведенные исследования указывают на то, что в год изготавливается несколько миллионов экземпляров подобных изделий. Рассматривая применение и назначение отметим нижеприведенные моменты:

  1. Цилиндрическая передача используется для повышения или понижения передаваемого усилия. Примером их применения можно назвать двигатели внутреннего сгорания или коробки передач, буровые и металлургические установки, оборудование горнодобывающей промышленности.
  2. Конические передачи применяют намного реже. Это прежде всего связано с тем, что они довольно сложны в производстве. Область применения – сложная механическая передача с переменными углами и изменением нагрузки. Примером можно назвать ведущие мосты транспортных средств, а также конвейеры и другие устройства, применяемые в агропромышленном комплексе.

Область применения зависит от конструктивных особенностей механизма, а также типа применяемого материала при производстве.

На момент работы слышен монотонный умеренный шум. Если появляются посторонние звуки, то это может указывать на появление существенных проблем, к примеру, сильного износа поверхности. Техническое обслуживание проводится следующим образом:

  1. Визуальный осмотр требуется для того, чтобы исключить вероятность наличия трещин или сколов на поверхности.
  2. Особое внимание уделяется тому, чтобы при работе колеса правильно зацеплялись. Слишком большой зазор может привести к сильному износу и другим проблемам, так как нагрузка распределяется неравномерно. Изменение зазора проводится путем регулировки положения вала и подшипников.
  3. На момент работы уделяется внимание тому, чтобы не возникало торцевое биение или другая неравномерность хода.
  4. Для определения правильности хода на зубья наносятся отметки при помощи специальной краски. До момента их полного засыхания валы проворачивают несколько раз. Форма отпечатка определяет то, насколько правильно соединение.
  5. После высыхания краски уделяется внимание тому, чтобы точка касания была в средней части высоты зуба. Изменить положение можно путем установки специальных подкладок под подшипники.
  6. На момент обслуживания проводится добавление требующегося количества смазывающего вещества. Как ранее было отмечено, без него существенно увеличивается степень износа поверхности.

Периодическое обслуживание позволяет существенно увеличить эксплуатационный срок устройства. На момент осмотра устройства уделяется внимание также состоянию вала, подшипников и других элементов, которые обеспечивают стабильную и надежную работу. К примеру, незначительный изгиб вала становится причиной повышенного износа определенной части колеса. В самых сложных случаях происходит его обрыв.

Достоинства и недостатки

Рассматриваемое устройство характеризуется довольно большим количеством достоинств и недостатков, которые во многом определяют область применения. К преимуществам отнесем следующие моменты:

  1. Длительный эксплуатационный срок и высокая надежность. Применение стали в качестве основного материала при изготовлении механизма определяет то, что оно может прослужить в течение длительного периода. Поверхность зуба дополнительно закаливается для снижения степени износа.
  2. При правильном и своевременном обслуживании эксплуатационный срок существенно увеличивается. Примером можно назвать применение смазывающего масла, его подачу в зону контакта.
  3. Устройство характеризуется небольшими размерами. За счет этого повышается КПД зубчатой передачи.
  4. Передача может применяться для изменения скорости в достаточно большом диапазоне.
  5. При правильном выборе колес можно исключить вероятность воздействия на поверхность чрезмерной нагрузки.

Коэффициент КПД может варьировать в достаточно большом диапазоне, зачастую он ниже 70%.

Недостатков у зубчатой передачи также довольно много. Основными можно назвать следующие моменты:

  1. При высокой скорости вращения появляется сильный шум, который может создавать массу дискомфорта.
  2. Устройство не может быстро реагировать на изменение нагрузок.
  3. Основные элементы дороги в изготовлении, получить их можно только при применении специального оборудования.

В заключение отметим, что привод угловой зубчатой передачей зачастую является незаменимым устройством. В большинстве случаев основные элементы зубчатой передачи изготавливаются в зависимости от того, какое устройство нужно получить. Большая доля производственной деятельности машиностроительных заводов связана с непосредственным производством зубчатых колес различного типа.

Зубчатые передачи. Механизм и виды зубчатых передач :: SYL.ru

Зубчатые передачи широко распространены и в промышленных агрегатах, и в бытовых приборах. Они выступают промежуточным звеном между источником вращательно-поступательного движения и узлом, выступающим конечным потребителем этой энергии. Причем передаваемая мощность может исчисляться как ничтожно малыми единицами (часовые механизмы и измерительные приборы), так и огромными усилиями (турбины электростанций).

Виды передачи движения

Двигатель, генерирующий энергию, и конечный агрегат, ее потребляющий, часто отличаются по таким характеристикам, как скорость вращения, мощность, угол приложения усилия. Кроме того, один источник вращательной энергии может служить для приведения в действие сразу нескольких различных узлов или агрегатов. Чтобы обеспечить доставку крутящего момента в таких условиях, необходимы промежуточные модули, которые бы передавали это усилие с минимальными потерями.

Если в результате такой раздачи или преобразования обороты ведущего вала становятся больше, чем у ведомого, то принято говорить о понижающей передаче. В этом случае потеря скорости компенсируется увеличением нагрузки на ведомой оси и приростом мощности потребляющего узла. В случае, когда в конечном итоге наблюдается увеличение количества оборотов, такая передача будет повышающей. Соответственно, это будет сопровождаться снижением усилия на ведомом валу.

Особенности зубчатого механизма

Ременная передача предполагает наличие между шкивами на связанных валах промежуточного звена – гибкого ремня. Зубчатый механизм от такого соединения отличается наличием на поверхности сопряженных деталей зубьев зацепления. По профилю и размеру они идентичны.

Головка зуба колеса входит в зацепление с повторяющей ее профиль впадиной на шестерне. При вращении ведущего вала ведомый проворачивается в противоположную сторону. Между ними конструктивно предусмотрен минимально возможный зазор, обеспечивающий скольжение, тепловое расширение и смазку для недопущения заклинивания. При этом ведущая часть парного механизма называется колесом, а ведомая – шестерней.

У ременной передачи плоскость зацепления ремня со шкивом составляет не менее трети длины окружности. В зубчатом механизме между ведущим колесом и ведомой шестерней под нагрузкой в постоянном контакте находится одна пара зубьев. Колеса и шестерни на валах обычно монтируются на шпоночном соединении.

Преимущества

Зубчатые передачи имеют широкое распространение. Они долговечны и надежны в работе при соблюдении допустимых уровней нагрузок и надлежащем уровне обслуживания. Малогабаритный механизм обеспечивает высокий коэффициент полезного действия и может применяться для широкого круга изменения скоростей.

Наличие зубьев зацепления позволяет добиваться постоянства передаточных отношений между сопряженными валами из-за отсутствия возможности их проскальзывания. При этом нагрузки на валы не превышают допустимых пределов.

Недостатки

Зубчатые передачи имеют и ряд особенностей, которые могут быть отнесены к их недостаткам. В плане эксплуатации – такой механизм шумит при высокой скорости вращения. Он не может гибко реагировать на изменяющуюся нагрузку, так как представляет собой жесткую конструкцию с точной регулировкой.

В технологическом плане – это сложность изготовления пар колес зацепления. Для такого вида передач требуется повышенная точность, так как зубья находятся в зацеплении при постоянно изменяющемся напряжении. В таких условиях возможны усталостные разрушения материала.

Это происходит при превышении допустимых нагрузок. Зубья могут выкрашиваться, частично или полностью ломаться. Отколовшиеся осколки попадают в механизм, повреждают соседние сопрягающиеся участки, что приводит к заклиниванию и выходу из строя всего узла.

Виды

Наибольшее распространение получила цилиндрическая зубчатая передача. Ее применяют в узлах и механизмах с параллельным расположением валов. По конструктивным особенностям различают зубья с прямым, косым и шевронным профилем.

Для перекрещивающихся валов используют червячную, винтовую цилиндрическую передачи, а для пересекающихся – коническую. Реечная передача отличается тем, что шестерня в общем парном механизме заменяется рабочей плоскостью. При этом на ней нарезаны зубья, идентичные по профилю колеса. В итоге вращательное движение преобразуется в поступательное.

Также разделяют передачи по скорости вращения: тихоходные, средние и скоростные. По назначению их делят на силовые и кинематические (не передающие значительной мощности). Кроме того, зубчатые передачи могут классифицироваться по величине передаточного числа, подвижности осей (рядовые и планетарные), числу степеней, точности зацепления (12 классов), способу изготовления. По форме профиля зуба могут быть эвольвентные, циклоидальные, цевочные, круговые.

Применение

Все виды зубчатых передач широко используются в различных отраслях промышленного производства. Годовое производство различных колесных пар исчисляется миллионами. Сфера их применения настолько обширна, что редкий прибор, механизм или агрегат, использующий в работе вращательное движение, не имеет в своем составе того или иного вида зубчатого подвижного соединения.

Цилиндрическая зубчатая передача используется для преобразования вращательного движения с понижающим или повышающим коэффициентом. Примеры: двигатели внутреннего сгорания, коробки перемены передач в подвижном составе, станкостроении, буровом, металлургическом, горнодобывающем производстве и всех видах промышленности.

Коническая зубчатая передача используется в меньшей степени из-за сложности в процессе изготовления колесных пар. Применяется в сложных и комбинированных механизмах, где присутствует вращательное движение с переменными углами и изменением нагрузок. В специальных редукторах обычно используются конические зубчатые передачи. Примеры: ведущие мосты автомобилей, сельхозтехники, локомотивов, колесные пары конвейеров, приводы различного промышленного оборудования.

Цилиндрические передачи

Применяются наиболее широко, так как технология изготовления колесных пар сравнительно проста и отработанна. Цилиндрическая зубчатая передача используется для передачи крутящего момента между валами, расположенными в параллельных плоскостях. Различаются по форме зубьев: с прямым расположением, косым и шевронным. В редких случаях при перекрещении валов и незначительных нагрузках используется винтовой профиль.

Зубья прямого расположения используются больше всего. Их применяют для передачи крутящего момента с незначительной или средней нагрузкой, а также в случаях, когда есть необходимость смещения колес в процессе работы вдоль оси вала. Косые зубья применяют для плавности хода. Их используют для ответственных механизмов и при повышенных нагрузках. Шевронный профиль (два ряда косых зубьев по краям, расположенных в форме елочки) отличается высокой уравновешенностью осевых сил смещения, которые являются недостатком косозубых колесных пар.

Прямозубые цилиндрические передачи могут быть открытого и закрытого типа. В последнем случае зубья одного из колес располагаются не на наружной, а на внутренней поверхности окружности.

Коническая передача

В условиях, когда крутящий момент от источника к потребляющему узлу нужно доставлять с угловым смещением, используют пересекающиеся валы. Их оси чаще всего находятся под углом 90 градусов. В таких случаях обычно применяется коническая зубчатая передача.

Называется так из-за конструктивных особенностей пар шестерен. Они имеют форму срезанного конуса и сопрягаются своими боковыми плоскостями, на которых нарезаются зубья. По профилю они выше у основания и уменьшаются по направлению к вершине.

Зубчатый венец может иметь прямую, тангенциальную или криволинейную нарезку. Если по профилю он выполнен в виде винтовой спирали, и валы кроме пересечения еще имеют и осевое смещение, то такая коническая передача называется гипоидной. Она обладает плавностью хода и низким уровнем шума, но имеет повышенную склонность к заеданию, поэтому для нее используются специальные смазочные материалы.

В сравнение с цилиндрическими передачами конические могут обеспечить лишь 85% их несущей способности. По технологии изготовления и сборки они являются самыми сложными. Однако возможность передачи крутящего момента с угловым смещением делает их незаменимыми в сложных узлах и механизмах.

Реечная и ременная зубчатая передача

Когда нужно преобразовать вращательное движение в поступательное или наоборот, одно из колес заменяется плоскостью с нарезанными зубьями. Реечная передача отличаются простотой изготовления и монтажа, надежностью и хорошими нагрузочными характеристиками. Применяется в станкостроении и для приводов, где используется поступательное движение: долбежные станки, транспортеры с попеременной подачей.

Зубчато-ременная передача – это гибридная модель, вобравшая положительные качества обеих видов. Отличается постоянством передаточного числа из-за отсутствия проскальзывания. Тихая работа при высоких оборотах и нагрузках достигается путем использования гибких ремней с сердечником. Часто используются в приводах электродвигателей.

На парных шкивах узла агрегата и на эластичном ремне, их связующем, имеются идентичные по профилю зубья. Передача работает не по принципу трения, а используется механизм зацепления. При этом с одной стороны отпадает необходимость сильного натяжения между шкивами и точной регулировки, с другой – смазки между сопрягающимися металлическими деталями.

Материал

Зубчатые передачи должны обладать надежностью в роботе при разных скоростях и нагрузках, прочностью зубьев, их износостойкостью и способностью противостоять заеданию. В качестве основного материала для колесных пар выступает сталь. Она может подвергаться термообработке или иметь в своем составе легирующие добавки и примеси. Как материал для тихоходных механизмов, имеющих большие габариты и открытый тип конструкции, может выступать чугун.

Для предотвращения заедания парные колеса изготавливают из различного по крепости материала. Если для колеса и шестерни используется высокоуглеродистая сталь, то используют различную степень их термообработки. Также применяется бронза, латунь, капролон, текстолит, пластики и формальдегиды.

Изготовление

Заготовки для колесных пар зубчатых передач могут быть изготовлены методом литья или штамповкой. В дальнейшем они подвергаются дополнительной обработке, и производится нарезания зубьев. Используют для этого дисковые и пальцевые фрезы, фасонные шлифовальные круги.

Механизм зубчатой передачи конического типа нельзя изготовить методом чистовой прорезки фрезой или шлифовкой, так как профиль выступов и впадин не постоянен. Это можно делать лишь на начальном этапе черновой обработки. Дальнейшая доводка производится на станках в процессе обкатки с зацеплением. Для этого используется парное колесо из высокопрочного материала, повторяющего основной профиль. Оно выступает в роли режущего инструмента.

Углеродистые стали подвергают закалке, цементации, азотированию или цианированию. Для неответственных узлов термообработка может проводиться после нарезания зубьев. Для колесных пар высокой точности требуется дополнительная финишная шлифовка или обкатка.

Обслуживание

При нормальной работе зубчатый механизм работает плавно, а процесс сопровождается монотонным умеренным шумом. Наличие посторонних звуков и неравномерность вращения свидетельствуют об износе поверхностей, входящих в зацепление, или нарушении регулировки.

Во время проведения технического обслуживания при осмотре проверяют отсутствие трещин, поломок зубьев или их сколов. Особое внимание обращается на правильность зацепления колесных пар и отсутствие зазоров. При работе проверяют торцевое биение и контролируют поверхности трения.

Правильность зацепления определяют нанесением краски на зубья передачи. Пока она не засохла, валы проворачивают несколько раз и осматривают места соприкосновения рабочих поверхностей. По форме отпечатка (он должен быть в форме эллипса) определяют общее состояние передачи.

Обращают внимание на точки касания. Они должны быть приблизительно в средней части высоты зуба. Пятно краски должно занимать 70 – 80% его длины. Регулировка в основном сводится к увеличению или уменьшению толщины прокладок под подшипниками.

В зависимости от типа узла смазка открытого механизма может проводиться периодически вручную пластичным материалом. Для закрытых конструкций она осуществляться принудительно разбрызгиванием или окунанием части венца рабочего колеса в ванну со смазкой.

Параметры зубчатой передачи

Для характеристики механизма зацепления определяют диаметры делительной и основной окружности, межосевое расстояние и возможное смещение валов. Взаимосвязь количества зубьев ведущего и ведомого колеса определяет передаточное отношение. Оно по исходным данным позволяет вычислить обороты для пары зацепления.

Колесо зубчатой передачи изначально характеризуется числом зубьев и модулем. Он стандартизирован и отображает длину делительной окружности, приходящейся на один зуб. Определяют диаметры выступов и впадин. Рассчитывают общую длину, высоту и толщину зуба, а также отдельных его частей – головки и ножки.

Рассчитывается делительный диаметр. Используется коэффициент ширины зубчатого венца. В случае с косыми зубьями определяются с углом их наклона. Нужно учитывать, что в конических и цилиндрических передачах он разный.

Кроме перечисленного еще используется угол профиля, коэффициент торцевого перекрытия и смещения, линии зацепления. Для червячных передач рассчитывают число витков, диаметр и вид червяка.

Расчет зубчатой передачи

Перед проектированием следует изучить исходные данные и определиться с условиями планируемой эксплуатации механизма. Учитывается исходный контур, тип и вид передачи, ее расположение в узле, допустимые нагрузки, материал для колесных пар и их термообработка. На этом этапе берется во внимание частота вращения валов и их диаметры, крутящий момент, передаточное число.

Чтобы произвести расчет зубчатой передачи, нужно определиться с общим модулем зацепления, числом зубьев для шестерни и колеса, их профилем, углом наклона и расположением. Определяют межосевое расстояние, выбирается ширина зубчатых венцов пары.

Рассчитываются геометрические показатели станочного зацепления, для которого проектируется зубчатая передача. Чертеж должен отображать не менее двух проекций: фронтальный и боковой вид слева с нанесенными промерами. Дополнительно составляется таблица основных геометрических и конструктивных параметров, строятся графики.

Значения рассчитывают по формулам, таблицам, применяют коэффициенты и соотношения, при этом используются исходные данные колеса и шестерни. В алгоритме расчетов для отдельных передач может присутствовать до пятидесяти и более шагов и логических этапов. Оптимальным решением вопроса детального проектирования является использование специализированной компьютерной программы.

Размеры пазов под шпонки или шлицы подбирают по стандартам. На общем плане чертеж монтажа колес на валах разрабатывают отдельно.

Стандарты

Нормируются ли зубчатые передачи? ГОСТ, действующий в настоящее время, определяет допустимые отклонения для готовых колесных пар. Точность заготовок устанавливается в зависимости от технологических особенностей и может регулироваться для каждой отрасли или завода-изготовителя отдельно.

Для каждого вида зубчатых передач существуют нормы взаимозаменяемости. Отдельные стандарты утратили актуальность вообще, некоторые действуют лишь в отдельных регионах. Тем не менее, нормы, разработанные ранее, используются для общей терминологии, обозначений, порядка разработки документации и построения чертежей.

ГОСТы регулируют параметры расчетов геометрии зубчатых колесных пар, их модули, исходные контуры, степени точности и виды сопряжений. Другие нормативы устанавливают стандарты на отдельные элементы деталей, а третьи – на уже готовые узлы и агрегаты.

виды, материалы для изготовления, способы обработки и расчёты зацеплений

Большинство механических передач включает в себя зубчатые зацепления. Зубчатые передачи используются для изменения скоростей вращательного движения, направлений вращения и моментов. Они служат для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот, для изменения пространственного расположения элементов трансмиссии и осуществления многих других функций, необходимых для работы машин и механизмов.

Механизмы зубчатых передач

Зубчатые зацепления применяются для передачи вращательного движения от двигателя к исполнительному органу.

При этом производятся необходимые преобразования движения, изменение частоты вращения, крутящего момента, направления осей вращения.

Для всего этого служат различные виды передач. Классификация видов зубчатых передач по расположению осей вращения:

  1. Цилиндрическая передача состоит из колёсной пары обычно с разным числом зубьев. Оси зубчатых колёс в цилиндрической передаче параллельны. Отношение чисел зубьев называется передаточным отношением. Малое зубчатое колесо называется шестернёй, большое — колесом. Если шестерня ведущая, а передаточное число больше единицы, то говорят о понижающей передаче. Частота вращения колеса будет меньше частоты вращения шестерни. Одновременно при уменьшении угловой скорости увеличивается крутящий момент на валу. Если передаточное число меньше единицы, то это повышающая передача.
  2. Коническое зацепление. Характеризуется тем, что оси зубчатых колёс пересекаются и вращение передаётся между валами, которые расположены под определённым углом. В зависимости от того, какое колесо в передаче ведущее, они тоже могут быть повышающими и понижающими.
  3. Червячная передача имеет скрещивающиеся оси вращения. Большие передаточные числа получаются из-за соотношения числа зубьев колеса и числа заходов червяка. Червяки используются одно-, двух- или четырехзаходные. Особенностью червячной передачи является передача вращения только от червяка к червячному колесу. Обратный процесс невозможен из-за трения. Система самотормозящаяся. Этим обусловлено применением червячных редукторов в грузоподъёмных механизмах.
  4. Реечное зацепление. Образовано зубчатым колесом и рейкой. Преобразует вращательное движение в поступательное и наоборот.
  5. Винтовая передача. Применяется при перекрещивающихся валах. Из-за точечного контакта зубья зацепления подвержены повышенному износу под нагрузкой. Применяются винтовые передачи чаще всего в приборах.
  6. Планетарные передачи — это зацепления, в которых применяются зубчатые колёса с подвижными осями. Обычно имеется неподвижное наружное колесо с внутренней резьбой, центральное колесо и водило с сателлитами, которые перемещаются по окружности неподвижного колеса и вращают центральное. Вращение передаётся от водила к центральному колесу или наоборот.

Нужно различать наружное и внутреннее зацепление. При внутреннем зацеплении зубья большего колеса располагаются на внутренней поверхности окружности, и вращение происходит в одном направлении. Это основные виды зацеплений.

Существует огромное количество возможностей для их сочетания и использования в различных кинематических схемах.

Форма зуба

Зацепления различаются по профилю и типу зубьев. По форме зуба различают эвольвентные, круговые и циклоидальные зацепления. Наиболее часто используемыми являются эвольвентные зацепления. Они имеют технологическое превосходство. Нарезка зубьев может производиться простым реечным инструментом. Эти зацепления характеризуются постоянным передаточным отношением, не зависящим от смещения межцентрового расстояния. Но при больших мощностях проявляются недостатки, связанные с небольшим пятном контакта в двух выпуклых поверхностях зубьев. Это может приводить к поверхностным разрушениям и выкрашиванию материала поверхностей.

В круговых зацеплениях выпуклые зубья шестерни сцепляются с вогнутыми колесами и пятно контакта значительно увеличивается. Недостатком этих передач является то, что появляется трение в колёсных парах. Виды зубчатых колёс:

  1. Прямозубые. Это наиболее часто используемый вид колёсных пар. Контактная линия у них параллельна оси вала. Прямозубые колёса сравнительно дешевы, но максимальный передаваемый момент у них меньше, чем у косозубых и шевронных колёс.
  2. Косозубые. Рекомендуется применять при больших частотах вращения, они обеспечивают более плавный ход и уменьшение шума. Недостатком является повышенная нагрузка на подшипники из-за возникновения осевых усилий.
  3. Шевронные. Обладают преимуществами косозубых колёсных пар и не нагружают подшипники осевыми силами, так как силы направлены в разные стороны.
  4. Криволинейные. Применяются при больших передаточных отношениях. Менее шумные и лучше работают на изгиб.

Прямозубые колёсные пары имеют наибольшее распространение. Их легко проектировать, изготавливать и эксплуатировать.

Материалы для изготовления

Основной материал для изготовления колёсных пар — это сталь. Шестерня должна иметь более высокие прочностные характеристики, поэтому колёса часто изготавливают из разных материалов и подвергают разной термической или химико-термической обработке. Шестерни, изготовленные из легированной стали, подвергают поверхностному упрочнению методом азотирования, цементации или цианирования. Для углеродистых сталей используется поверхностная закалка.

Зубья должны обладать высокой поверхностной прочностью, а также более мягкой и вязкой сердцевиной. Это предохранит их от излома и износа поверхности. Колёсные пары тихоходных машин могут быть изготовлены из чугуна. В различных производствах применяются также бронза, латунь и различные пластики.

Способы обработки

Зубчатые колёса изготавливаются из штампованных или литых заготовок методом нарезания зубьев. Нарезание производится методами копирования и обкатки. Обкатка позволяет одним инструментом вырезать зубья различной конфигурации. Инструментами для нарезания могут быть долбяки, червячные фрезы или рейки. Для нарезания методом копирования используются пальцевые фрезы. Термообработка производится после нарезки, но для высокоточных зацеплений после термообработки применяется ещё шлифовка или обкатка.

Обслуживание и расчёт

Техобслуживание заключается в осмотре механизма, проверке целостности зубьев и отсутствия сколов. Проверка правильности зацепления производится при помощи краски, наносимой на зубья. Изучается величина пятна контакта и его расположение по высоте зуба. Регулировка производится установкой прокладок в подшипниковых узлах.

Сначала надо определиться с кинематическими и силовыми характеристиками, необходимыми для работы механизма. Выбирается вид передачи, допустимые нагрузки и габариты, затем подбираются материалы и термообработка. Расчёт включает в себя выбор модуля зацепления, после этого подбираются величины смещений, число зубьев шестерни и колеса, межосевое расстояние, ширина венцов. Все значения можно выбирать по таблицам или использовать специальные компьютерные программы.

Главными условиями, необходимыми для длительной работы зубчатых передач, являются износостойкость контактных поверхностей зубьев и их прочность на изгиб.

Достижению хороших характеристик и уделяется основное внимание при проектировании и изготовлении зубчатых механизмов.

Зубчатые передачи. Их достоинство и недостатки. область применение, классификации.

Выход зубьев из строя может вызываться: а) многократно повторяющимися переменными напряжениями σН и σF, приводящими к усталостным разрушениям; б) чрезмерными единичными перегрузками, вызывающими пластические деформации или хрупкие поломки зубьев. 1. Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев Причина – контактные напряжения σН и трение. Это основной вид разрушения закрытых передач (редукторов). Зубья в работе разделены слоем масла, износ их мал. Передача длительное время работает до появления на поверхности микротрещин из-за микронеровностей или других дефектов. Масло под давлением запрессовывается в трещины и способствует выкрашиванию (вырову) частиц металла.
Разрушение начинается вблизи полюсной линии 1 (рис. 4.3, а), где имеют место наибольшие нагрузка Fn (зона однопарного зацепления) и сила трения Ff. Поверхность зуба покрывается «раковинами», «оспинами» 2. Глубина раковин около 0,2 мм. В мягких передачах (Н0 < 350 НВ) в результате приработки наблюдается ограниченное(начальное) выкрашивание. В твердых передачах (Н0 > 350 НВ) – выкрашивание прогрессирующее. Рис.4.3

2. Заедание зубьев наблюдается в высоконагруженных и высокоскоростных зубчатых, а также червячных передачах.

В местах контакта из-за трения развивается высокая температура, способствующая снижению вязкости масла, разрыву масляной пленки и образованию металлического контакта зубьев. Происходит молекулярное сцепление (микросварка) частиц металла. Растет сопротивление вращению, наросты металла на зубьях задирают рабочие поверхности сопряженных зубьев.

3. Поломка зубьев. Причина – напряжение изгиба σF. Это основной вид разрушения высокотвердых (Н0 ≥ 56 HRC) и открытых передач.

В открытых передачах в результате плохой смазки и абразивного истирания поверхностей зубьев от грязи выкрашивание не успевает развиться, но уменьшаются размеры сечений зубьев, растут напряжения изгиба σF. Возрастают зазоры, удары, шум. Усталостная поломка в этом случае связана с развитием трещин 3 на растянутой стороне ножки зуба (рис.4.3, б). В высокотвердых передачах зубья хрупкие, поверхность их имеет хорошее сопротивление выкрашиванию, но хуже противостоит прогрессирующему трещинообразованию в основании зуба.

4. Смятие рабочих поверхностей (пластические сдвиги) или хрупкое разрушение (Н0 ≥ 56 HRC) зубьев при кратковременных значительных перегрузках или ударном приложении нагрузки.

5. Отслаивание твердого поверхностного слоя при значительных контактных напряжениях и зарождении усталостных трещин в глубине под упрочненным слоем.

Зубчатые передачи. Область их применения, достоинства и недостатки.

Зубчатые передачи, используемые в технике, служат для передачи вращательного движения между валами с параллельными, пересекающимися и скрещивающимися осями, а также для преобразования вращательного движения в поступательное.

достоинств:

1) малые габариты; 2) высокий КПД; 3) высокая надежность и долговечность; 4) постоянство передаточного отношения; 5) возможность изменения закона движения; 6) возможность использования в широком диапазоне скоростей и мощностей.

Недостатки:

1) производство зубчатых колес требует высокой культуры производства, а это дорого; 2) отсутствие функции самопредохранения от перегрузки; 3) повышенный шум в работе; 4) невозможность безступенчатого регулирования передаточного отношения.

Области применения:

З.П. имеют наиболее широкое распространение во всех отраслях машиностроения и приборостроения. Наибольшее распространение имеют передачи с цилиндрическими колесами, как наиболее простые в изготовлении и эксплуатации, надежные и малогабаритные. Конические, винтовые и червячные передачи применяются лишь в тех случаях, когда это необходимо по условиям компоновки машины.

Расчет зубьев прямозубых цилиндрических колес на контактную прочность. Вывод формулы для проектного расчета.

Допущения, мало влияющие на результаты расчетов практически для большинства используемых передач.

1. наименьшей контактной усталостью обладает околополюсная зона рабочей поверхности зубьев, где наблюдается однопарное зацепление. Поэтому расчет контактных напряжений принято выполнять для однопарного зацепления зубьев в полюсе.

2. Контакт зубьев можно рассматривать как контакт двух цилиндров с радиусами R1 и R2; здесь R1 и R2 радиусы кривизны эвольвентной поверхности зуба в полюсе зацепления.

Контактные напряжения определяют по формуле Г. Герца  где Fn – нормальная сила в зацеплении  где Ft – окружная сила; aw – угол зацепления; KH – коэффициент расчетной нагрузки, учитывающий реальные условия работы зубчатой передачи  здесь соответственно KHb – коэффициент концентрации нагрузки по длине зуба, KHυ – коэффициент динамической нагрузки. Из кинематических характеристик известно, что  зубчатая передача, выполненной без смещения dw i = di.  где d1 и d2 – делительные диаметры зубчатых колес. Далее определим радиусы кривизны поверхности зубьев при зацеплении в полюсе в зависимости от параметров колеса и шестерни. Из треугольника ПА2О2 получим  а из треугольника ПА1О1  тогда  Выразим d1 через передаточное число u  тогда  получим  где  

В результате математических преобразований окончательно получим

 

5 различных типов шестерен и их применение

Во введении к нашей серии передач мы писали о люфте и передаточных числах. Теперь, когда у вас есть дополнительная справочная информация о шестеренках, мы можем выделить пять типов шестерен, а также некоторые преимущества и недостатки. Начнем с наиболее часто используемой шестерни: цилиндрической шестерни.

Цилиндрическая шестерня

Преимущества Недостатки
  • Эффективный и простой в сборке
  • Прямые зубы, легко выравниваемые
  • Минимальные потери мощности из-за проскальзывания
  • Громко на высоких скоростях
  • Должен использоваться параллельно
  • Не такая прочная, как другие шестерни

Преимущества использования цилиндрических зубчатых колес в вашем приложении могут быть очевидны.Эффективность и простота сборки сэкономят ваше время и сведут к минимуму простои, но как насчет недостатков? Например, шум на высоких скоростях возникает из-за люфта и мгновенной силы, которую испытывают зубья шестерен при первом зацеплении. Сила может со временем привести к износу, что может снизить эффективность шестерен.

Возможное решение этой проблемы - пластиковые прямозубые цилиндрические шестерни, которые используются в легких приложениях и приложениях, где уровень шума должен быть минимальным.Подобно пластиковой прямозубой шестерни, пластиковая прямозубая шестерня с сердечником из углеродистой стали и зубьями MC Nylon также помогает снизить уровень шума.

Еще одна вещь, которую следует учитывать, заключается в том, что прямозубые цилиндрические шестерни могут правильно зацепиться, только если они используются параллельно, из-за их прямого профиля зуба и расположения отверстия. В примере ниже используются две прямозубые цилиндрические шестерни для перемещения обрабатываемой детали справа налево.

Подшипник типа встроенной шестерни позволяет синхронизировать направление вращения между двумя противоположными шестернями, как показано на рисунке.Другой особый тип шестерни - прямозубая шестерня без ключа. Шпоночная прямозубая шестерня доступна в трех различных типах: E, F и G.

  • E Тип: Цилиндрическая прямозубая шестерня без ключа имеет форму, аналогичную шестерне типа A, но имеет втулку, прикрепленную к внешней стороне шестерни.
  • F Тип: Имеет ту же форму, что и шестерня типа A, но с втулкой, прикрепленной к внутренней части ширины шестерни.
  • G Тип: Прямозубая цилиндрическая шестерня без ключа аналогична нашей шестерне типа B, но имеет втулку, прикрепленную к внешней стороне шестерни.

Винтовая передача

Преимущества Недостатки
  • Тихий и гладкий
  • Можно установить параллельно или перекрестно
  • Менее эффективен, чем цилиндрические шестерни
  • Потери мощности из-за проскальзывания

Рисунок 1: Цилиндрическая шестерня

Цилиндрические шестерни имеют диагональный профиль зубьев, что позволяет им работать тише и плавнее, чем прямозубые шестерни, поскольку зубья входят в зацепление более плавно.Цилиндрические зубчатые колеса могут устанавливаться параллельно или перекрестно. Когда шестерни скрещены, вы должны выбрать Same Handed Gears, Both Right или Both Left. Некоторые из недостатков косозубых шестерен в том, что они менее эффективны, чем прямозубые шестерни, из-за проскальзывания зубьев. Диагональный профиль зубьев вызывает проскальзывание, а также приводит к осевому давлению на вал. Важно выбрать подшипник, который выдержит осевое усилие, создаваемое шестернями.

Фаска

Конические шестерни используются для пересечения валов и имеют изменяемый рабочий угол благодаря своей форме.Некоторые из недостатков конической шестерни - ее сложность в сборке из-за изменяемого рабочего угла. На валы также действует большая сила, поэтому, как и в косозубых зубчатых колесах, важно убедиться, что подшипник выдерживает эту силу. В зависимости от производителя, конические шестерни бывают двух типов; Прямой тип и спиральный тип.

  • Прямой Тип: Подобен прямозубым зубчатым колесам и подвержен люфту и чрезмерному шуму.
  • Тип спирали: Подобен косозубым зубчатым колесам из-за схожей ориентации зубьев, более тихий, чем спираль, но склонен к проскальзыванию зубьев.

* Важно отметить, что спирально-конические шестерни гарантированно входят в зацепление только с шестернями того же производителя, и их всегда следует покупать парами.

Рисунок 2: Цилиндрическая зубчатая передача прямого типа

Рисунок 3: Цилиндрическая шестерня спирального типа

Стойка и червяк

Другой тип снаряжения - это Rack Gear, его можно найти в двух разных стилях; плоский тип и круглый тип. Преимущества реечной передачи заключаются в том, что она соединена с цилиндрической шестерней или шестерней; они могут преобразовывать вращательное движение в линейное движение.Недостатком является то, что они не могут работать непрерывно, так как стойка в конечном итоге закончится.

Приятной особенностью плоских реечных шестерен является количество ориентаций монтажных отверстий. В зависимости от того, как вы планируете их устанавливать, вы можете использовать либо боковые резьбовые отверстия, либо нижние резьбовые отверстия, либо боковые отверстия с зенковкой.

Червячная передача состоит из двух частей: червячной передачи и червячной передачи. Червячные передачи являются самоблокирующимися и тихими, но страдают от больших потерь мощности и большой осевой нагрузки на червяк.

Независимо от ваших требований к конструкции, помните, что доступно множество передач, каждая из которых имеет уникальные преимущества.Кроме того, существуют решения как для линейного, так и для вращательного движения. Будем надеяться, что эта разбивка по типам передач заставит вас задуматься о новых разработках приложений или о том, как решить проблемы в уже существующих. А пока следите за частью 3 этой серии!

Не можете дождаться выхода третьей части этой серии статей, или у вас есть конкретные вопросы, на которые вы хотите ответить? Оставьте комментарий ниже или посетите нас на www.misumiusa.com!

.

19+ Инновации в машиностроении, которые помогли определить современную механику

Машиностроение - очень обширная дисциплина. Его широта частично объясняется необходимостью охватывать проектирование и производство практически всего в движущейся системе.

Это варьируется от мельчайших компонентов системы до готовой, иногда огромной машины в целом. На протяжении всей истории некоторые инновации определяли механику и современную машину, следующие изобретения являются яркими примерами.

СВЯЗАННЫЕ: 35 ИЗОБРЕТЕНИЙ, ИЗМЕНИВШИХ МИР

Эти инженерные инновации простираются от любой из классических «простых машин» до сложных концепций, таких как полет. Этот список далеко не исчерпывающий и в произвольном порядке.

1. Aeolipile был ранней паровой реакционной турбиной.

Источник: Gts-tg / Wikimedia Commons

Aeolipile был первым в мире вращающимся паровым двигателем или, точнее говоря, паровой реакционной турбиной.Он был изобретен великим Героном Александрийским в году 1-го века нашей эры года и подробно описан в своей книге Pneumatica .

Это относительно простое устройство работает, нагревая резервуар с водой внутри устройства для генерации пара. Затем пар проходит через одну из медных опор к вращающейся латунной сфере.

Когда пар достигает сферы, он выходит через одно из двух сопел на концах двух маленьких, направленных в противоположных направлениях рычагов.Выходящий пар создает тягу и заставляет шар вращаться.

Основной принцип прост, но настоящая гениальность устройства заключается в том, что только один из поддерживающих рычагов пропускает пар к сфере (через подшипник скольжения).

Это толкает шар против другой, «твердой», поддерживая руку, которая также имеет упорный подшипник. Сплошное плечо включает коническую точку, которая упирается в соответствующее углубление на поверхности сферы. Эта комбинация удерживает сферу на месте, пока она вращается.

2. Колесо и ось - мощная простая машина

Источник: Vikiçizer / Wikimedia Commons

В машиностроении очень мало инноваций, которые оказали такое же влияние, как колесо и ось. Без них современный мир выглядел бы совсем иначе.

Колесо и ось - одна из шести простых машин, определенных в древности и расширенных в эпоху Возрождения.

Первые изображения колесных транспортных средств появляются на глиняном горшке Bronocice из Польши и датируются примерно 4000 г. до н.э. г.На горшке четко изображена какая-то повозка с четырьмя колесами, установленными на двух осях.

Самое раннее фактическое свидетельство физической комбинации колесо-ось происходит из Словении и датируется примерно 3360-3030 годами до нашей эры.

Изобретение колеса и оси буквально изменило мир и было неизменной особенностью транспортных средств человека в течение последних 6000 лет, и, вероятно, так и останется в будущем.

3. Ветряные мельницы начали заменять рабочую силу.

Модель «персидской» ветряной мельницы с вертикальным парусом, Источник: Saupreiß / Wikimedia Commons

Ветряные мельницы - это невероятно гениальные устройства, которые могут преобразовывать энергию ветра в полезную механическую работу.Это достигается за счет использования больших «парусов», обычно сделанных из дерева, для передачи вращающей силы на главный вал. Это, в свою очередь, можно использовать для работы, например, для измельчения муки.

Персы были одними из первых людей, которые использовали силу ветра для работы, когда они начали строить первые ветряные мельницы в Иране и Афганистане примерно в г., 7 веке нашей эры, г. н.э.

Эти ранние ветряные мельницы состояли из парусов, расходящихся по вертикальной оси внутри здания, с двумя большими отверстиями для входа и выхода ветра, диаметрально противоположными друг другу.Мельницы использовались для прямого привода отдельных пар жерновов без использования шестерен.

Они были одним из первых средств, с помощью которых цивилизации смогли напрямую заменить людей машинами в качестве основного источника энергии.

Ветряные мельницы стали широко распространяться по всей Европе в средние века и оставались в общем использовании вплоть до 19 века.

Развитие паровой энергии во время промышленной революции привело к окончательному упадку ветряных мельниц.

4. Шкивы упрощают подъем.

Источник: GK Bloemsma / Wikimedia Commons

Шкивы представляют собой одно или несколько колес на оси или валу, которые поддерживают движение и изменение направления троса или ремня (что обычно тугая). Они передают мощность между валом и кабелем и обеспечивают механическое преимущество, идеально подходящее для подъема тяжелых предметов.

Шкивы бывают различных типов:

- фиксированный шкив имеет ось, установленный на подшипниках, прикрепленных к опорной конструкции

- Подвижные блоки имеют оси смонтированы на подвижных блоков.

- Составные шкивы представляют собой смесь двух вышеперечисленных. Прекрасным примером является система блокирующего шкива.

Шкив был определен великим Героном Александрийским как одна из шести основных простых машин. Сегодня шкивы являются неотъемлемой частью многих механических систем, включая ремни вентилятора, флагштоки и колодцы.

5. Одержимость человечества полетами уменьшила мир

Источник: Дэвид Чедвик / Twitter

Задолго до того, как родились братья Райт, люди пытались подняться в воздух.Одним из таких малоизвестных пионеров полетов был брат Эйлмер. Эйлмер был монахом из аббатства Малмсбери, Англия, который сделал раннюю попытку полета в 1010 годах нашей эры году.

Отчет об этом событии можно найти в книге Уильяма Малмсбери XII века « Gesta Regum Anglorum ».

Говорят, что брат Эйлмер был вдохновлен легендой об Икаре, чтобы построить простой планер и попытаться летать. Его планер был построен из деревянного каркаса и полотна или пергамента.

Ему удалось взлететь с высоты около 18 метров над землей и пролететь около 200 метров, , прежде чем впоследствии запаниковать и разбиться, сломав обе ноги.

Эйлмер вернулся к чертежной доске и планировал следующий полет, но был остановлен приказом своего настоятеля во избежание дальнейших попыток.

Желание брата Эйлмера летать, как и других, последовавших за ним, от османского Хезарфена Ахмеда Челеби семнадцатого века до великого Леонардо да Винчи, способствовало нашему пониманию полета и аэродинамики.

6. Сталь была предшественницей многих более поздних чудес машиностроения.

Подвесной мост Клифтон, Бристоль, Великобритания, Источник: Мэттбак / Wikimedia Commons

Сталь, сплав железа и углерода, известна со времен железа. Возраст.Но большую часть этого времени качество производимой стали сильно варьировалось.

Первые доменные печи, способные производить полезную сталь, начали появляться в Китае примерно в 6 веке до нашей эры год до нашей эры и распространились в Европе в средние века. К 17 веку производство стали было более или менее хорошо изучено, а к 19 веку методы производства и качество были значительно улучшены с развитием процесса Бессемера.

Первые металлурги поняли, что когда железо сильно нагревается, оно начинает поглощать углерод.Это, в свою очередь, снижает температуру плавления железа в целом и делает конечный продукт хрупким.

Вскоре они поняли, что им необходимо найти способ предотвратить высокое содержание углерода, чтобы изделия из железа были менее хрупкими.

Примерно 1050 год нашей эры был разработан предшественник современного Бессемеровского процесса. Этот процесс обезуглероживает металл за счет многократной ковки под струей холодного воздуха.

Хотя этот процесс был гораздо менее эффективен, чем более поздняя разработка Бессемера, он стал решающим шагом в развитии металлургии чугуна и стали.

Самая важная разработка была сделана самим Генри Бессемером в 1856 году. Он разработал способ продувки кислородом через расплавленный чугун для относительно дешевого и масштабного снижения содержания углерода, тем самым создав современную сталелитейную промышленность.

7. Парусные корабли открывают океаны

Источник: Порт Сан-Диего / Flickr

Самое первое изображение парусного корабля датируется примерно 3300 г. до н.э. г. и встречается на египетской живописи.Эти ранние лодки имели квадратный парус и ряд весел.

Поскольку они были ограничены рекой Нил и зависели от ветра в узком канале, было жизненно важно сохранить весла для использования в периоды недостаточной скорости ветра.

Эта комбинация паруса и весла доминировала на ранних кораблях на протяжении веков, достигая высот технических достижений с триерой классического периода.

Первые паруса, вероятно, были сделаны из шкур животных, но в додинастическом Египте они были заменены плетеными циновками из тростника и, в конечном итоге, тканью.

Позднее паруса, использовавшиеся в Европе, были сделаны из тканого льняного волокна, которое используется до сих пор, хотя в значительной степени оно было заменено хлопком.

Парусные корабли позволят исследовать моря на большие расстояния и откроют новые торговые пути. По сути, они сократят мир и позволят ранее отключенным странам обмениваться товарами и знаниями.

Они также позволили бы некоторым странам расширить свое влияние по всему миру и, в некоторых случаях, помочь в создании империи.

Торговля и империя дадут стимулы для дальнейшего продвижения корабельных технологий и машиностроения до наших дней.

8. Печатный станок промышленное букмекерство

Источник: Patrice_Audet / Pixabay

Печатный станок был одним из важнейших изобретений в машиностроении и в истории человечества. Адаптация печатного станка Иоганном Гутенбергом была новаторской для своего времени и подготовила почву для огромных достижений в печати, достигнутых в эпоху Возрождения и промышленной революции.

Печать с подвижным шрифтом появилась за некоторое время до Гутенберга, особенно в Китае, но его устройство было первым, кто механизировал процесс массового нанесения текста и изображений на бумагу.

Пресс Гутенберга был создан по образцу древних винных прессов Средиземноморья и фактически был изготовлен из модифицированного винного пресса. Он также был разработан на существующих прессах средневекового периода.

Его печатная машина работала, катая чернила по заранее подготовленной рельефной поверхности подвижного текста, заключенного в деревянную рамку.Затем его прижали к листу бумаги, чтобы создать копию.

Этот процесс был намного более эффективным, чем другие печатные машины того времени, не говоря уже о предыдущем процессе ручного копирования книг.

Печатная машина позволила бы выпускать книги быстрее и, что наиболее важно, дешевле, давая возможность все большему количеству людей покупать их. Это станет переломным моментом в истории человечества и инженерии.

9. Поршень - жизненно важный компонент поршневых двигателей

Поршни в демонстрационном двигателе, Источник: 160SX / Wikimedia Commons

Изобретение поршня широко приписывают французскому физику Дени Папену в 1690 году нашей эры. .Его дизайн парового поршневого двигателя был разработан более поздними изобретателями, такими как Томас Ньюкомен и Джеймс Ватт, в 18 веке .

Его изобретение, наряду с другими достижениями в технологии паровых двигателей, ознаменует «истинное» начало промышленной революции.

Поршни обычно находятся внутри цилиндра, который герметичен за счет использования поршневых колец. В современных двигателях поршень служит для передачи усилия от расширяющегося газа в цилиндре возвратно-поступательному движению на коленчатом валу.

Применительно к насосам этот процесс фактически обращен вспять.

Сегодня поршни являются важными компонентами многих поршневых двигателей, насосов, компрессоров и других подобных устройств.

10. Рычаги дают вам механическое преимущество

Типы рычага, Источник: Rei-artur / Wikimedia Commons

«Дайте мне место, чтобы встать, и я сдвину Землю вместе с ним», - замечание Архимеда , который формально сформулировал правильный математический принцип рычагов »- Папп Александрийский.

Рычаг, еще один простой двигатель, состоит из балки (или жесткого стержня), которая поворачивается на неподвижном шарнире или опоре. Рычаги - это невероятно полезные устройства, которые могут обеспечить механическое преимущество для перемещения очень тяжелых предметов с относительно небольшим усилием, также известного как рычаг.

В зависимости от того, где находится точка опоры по отношению к нагрузке и усилию, рычаги можно разделить на три типа:

  • Рычаги класса 1 - это рычаги, в которых точка опоры находится в центре балки.Примеры включают качели и лом.
  • Рычаги класса 2 - это рычаги, в которых нагрузка (сопротивление) расположена посередине. Примеры включают тачку и педаль тормоза.
  • Рычаги класса 3 - это рычаги, в которых усилие расположено посередине. Примеры включают пинцет и челюсть.

Рычаги впервые упоминаются в работах Архимеда в году до нашей эры.

11. Локомотив навсегда произвел революцию в транспорте

Локомотив Коулбрукдейла Тревитика, Источник: Музей науки / Wikimedia Commons

Ричард Тревитик, в 1801–1804 , построил первый паровой вагон и экспериментальный паровоз в Пен- и-Даррен, Уэльс, Великобритания.Позже он продал патент, и в 1804 пересмотрел свою первоначальную версию, чтобы успешно перевозить 10 тонн железа, 5 вагонов, 70 человек на расстояние около 10 миль . Эта поездка заняла чуть более 4 часов , что означает, что этот ранний локомотив разогнался до 2,4 мили в час . Несмотря на это, это был один из первых паровозов, производивших настоящую практическую работу.

Скорость локомотива будет увеличиваться и измениться облик промышленности и транспорта во всем мире.

12. Наклонные плоскости или пандусы облегчают подъем

Источник: Coyau / Wikimedia Commons

Скромный, но чрезвычайно важный пандус или наклонная плоскость - еще одна из шести основных простых машин, позволяющая перемещать тяжелые грузы вертикально с помощью относительно небольшое усилие. Пандусы широко используются во многих сферах - от погрузки товаров в грузовики до пандусов для инвалидов.

Для перемещения объекта вверх по наклонной плоскости требуется меньше усилий, чем для его подъема прямо вверх, но за счет увеличения перемещаемого расстояния.Механическое преимущество пандусов равно отношению длины наклонной поверхности к высоте ее подъема.

Винт и клин - это другие простые станки, которые можно рассматривать как вариации в наклонной плоскости, а не как отдельные формы.

13. Шестерни и зубчатые колеса легко передают крутящий момент

Источник: Тим Грин / Flickr

Зубчатые колеса или зубчатые колеса являются неотъемлемыми компонентами любой вращающейся машины. Они позволяют изменять скорость, крутящий момент или направление мощности.Это одни из самых фундаментальных инноваций в машиностроении в истории.

Любое изменение крутящего момента, произведенное с использованием шестерен и зубчатых колес, обязательно дает механическое преимущество благодаря явлению передаточного числа.

Зубчатая передача также может зацепляться с линейной зубчатой ​​частью, называемой рейкой, производя поступательное движение вместо вращения.

Неясно, когда именно были изобретены шестерни и зубчатые колеса, но некоторые считают, что Архимед. Сегодня шестерни присутствуют во многих движущихся системах и машинах, от велосипедов до судовых двигателей.

14. Подшипник помогает снизить трение.

Источник: Solaris2006 / Wikimedia Commons

Подшипник - еще один фундаментальный элемент машины, который стал определять машиностроение. Эти устройства позволяют ограничить относительное движение в одном направлении или в одной плоскости, одновременно уменьшая трение между движущимися частями.

Подшипники бывают разных форм и размеров, от компонентов, удерживающих валы или оси на месте (подшипник скольжения), до более сложных систем, таких как шариковые подшипники.

Сложные современные подшипники часто требуют высочайшего уровня точности и качества при производстве.

15. Клин отлично подходит для ломки вещей.

Источник: Анна Фродезиак / Wikimedia Commons

Клин - еще одна простая машина и фундаментальная инновация в машиностроении. С доисторических времен они использовались для раскалывания бревен (топоров) или камней (долота).

Клинья - это подвижные наклонные плоскости, которые можно использовать для разделения двух объектов (или их частей), подъема объектов или удержания объектов на месте посредством приложения силы к широкому концу.Таким образом, форма клина преобразует входящую силу в перпендикулярные силы, 90 градусов к наклонным поверхностям.

Механическое преимущество любого клина зависит от отношения его длины к толщине. Другими словами, широкие короткие клинья требуют большего усилия, но дают более быстрый результат, чем длинные клинья с низким углом.

16. Электродвигатели преобразуют электричество в движение

Изображение современного асинхронного двигателя в разрезе, Источник: S.J. de Waard / Wikimedia Commons

Двигатели - это электронные машины, преобразующие электрический ток во вращательное движение.Наиболее распространенные электродвигатели работают за счет взаимодействия магнитного поля и тока для создания силы.

Основной принцип электродвигателей, закон силы Ампера, был впервые описан Ампера в 1820 и впервые продемонстрирован Майклом Фарадеем в 1821 . Один из первых практических двигателей был создан венгерским физиком Аньосом Едликом в 1828 .

Двигатели находят применение во многих областях, от промышленных вентиляторов до электроинструментов и компьютерных дисководов.

17. Пружины отлично подходят для хранения энергии

Источник: Qz10 / Wikimedia Commons

Пружина - это просто упругий объект, который может накапливать механическую энергию. Они, как правило, изготавливаются из стали и бывают разных конструкций, но чаще всего в форме спиралей.

Всякий раз, когда пружина растягивается или сжимается, она имеет тенденцию оказывать противодействующее усилие, приблизительно пропорциональное ее изменению в длине.

Маленькие пружины могут быть изготовлены из предварительно закаленного материала намотки, в то время как большие пружины обычно изготавливаются из отожженной стали, которая после изготовления закаляется.

В ранней истории механики не витые пружины, как лук, были обычным явлением, но витые пружины начали появляться примерно в 15 веке. Сегодня они имеют множество применений, от подвески автомобиля до обтягивающих игрушек.

18. Параллельное движение было впервые изобретено в 1784 году.

Параллельное движение - это форма механической связи, которая была впервые изобретена Джеймсом Ваттом в 1784 году. и заменил предыдущую установку балки и цепи Ньюкомена.

Его новая конструкция двигателя позволила использовать мощность как при движении поршня вверх, так и при движении вниз, эффективно удваивая эффективность. Ватт назвал это «параллельным движением», потому что и поршень, и шток насоса должны были двигаться вертикально, параллельно друг другу.

Он оказался чрезвычайно успешным и стал важным нововведением, которое помогло определить механику сегодня.

19. Винты преобразуют крутящий момент в линейную силу

Источник: Hautala / Wikimedia Commons

Винты - еще одна простая машина, которая использовалась с древних времен.Они, как правило, состоят из цилиндрического стержня с одной или несколькими спиральными витками резьбы или выступами на внешней стороне.

Эти гениальные инновации в машиностроении преобразуют вращательное движение в линейную силу. Винты также можно рассматривать как узкую наклонную плоскость или пандус, обернутый вокруг цилиндра.

Известные ранние примеры включают винт Архимеда, который использовался как ранняя форма водяного насоса.

Винты, такие как пандусы, рычаги и шкивы, позволяют увеличить усилие.В случае винта он обеспечивает механическое преимущество, заключающееся в преобразовании небольшого крутящего момента (силы вращения) в большую осевую силу нагрузки.

Его механическое преимущество изменяется в зависимости от расстояния между резьбой винта, также называемого шагом. Сегодня они широко используются в качестве крепежа или в качестве основных насосов, прессов и прецизионных устройств.

20. Воздушный насос также помог определить современную механику.

Источник : Британская энциклопедия

Воздушный насос, как следует из названия, представляет собой устройство для нагнетания воздуха.Современные примеры включают велосипедный насос, газовые компрессоры, воздушные рожки и трубные органы, и это лишь некоторые из них.

Первое зарегистрированное изобретение этого устройства было в 1649 году, когда Отто фон Герике изобрел золотниковый вакуумный воздушный насос. Сегодня это устройство, признанное разновидностью воздушного насоса, уменьшило любые потенциальные утечки между поршнями и соответствующими цилиндрами с помощью кожаных шайб.

Роберт Гук сделал первый практический научный образец в середине 1600-х годов, а Фрэнсис Хоксби разработал его двуствольную версию в начале 1700-х годов.

Воздушный насос оказался революционным, поскольку предоставил средства для более позднего развития вакуумной лампы, что, в свою очередь, привело к разработке таких продуктов, как электрические лампочки. Это также помогло в разработке пневматики и поршневых насосов.

21. Газовый двигатель был революционным

Изобретение газового двигателя стало еще одним нововведением, которое помогло определить современную механику. Являясь разновидностью двигателя внутреннего сгорания, газовые двигатели могут работать на различных видах топлива, таких как угольный газ, биогаз, свалочный газ или природный газ, и это лишь некоторые из них.

Сегодня бензиновые двигатели могут проследить свое происхождение от этой невероятно важной инновации.

Первые разработки технологии начались в 19 веке, но первый настоящий двигатель на практике был разработан бельгийским инженером Этьеном Ленуаром в 1860-х годах. Революционный двигатель Ленуара страдал низкой выходной мощностью и высоким расходом топлива.

Новаторская работа Ленуара была продолжена немецким инженером Николаусом Августом Отто, который позже разработал первый четырехтактный двигатель для эффективного сжигания топлива непосредственно в поршневой камере.

Без развития бензинового двигателя современный мир действительно выглядел бы совсем иначе.

22. Маятник был еще одним ранним достижением в механике.

Источник: Элизабет Уильямс / Twitter

Маятник, который фактически состоит из груза, подвешенного на какой-либо оси, является еще одним важным нововведением в машиностроении. Считается, что первые образцы были впервые разработаны где-то в I веке, но самые ранние образцы использовались в качестве базовых сейсмометров во времена династии Хань в Китае.

Одно из первых зарегистрированных случаев использования маятника для хронометража, как говорят, было в Египте 10-го века астрономом Ибн Юнусом, хотя это оспаривается. Именно в эпоху Возрождения маятники начали использоваться в качестве источника энергии в ручных поршневых машинах, таких как пилы, сильфоны и насосы.

Но для дальнейшей разработки маятника для использования в часах понадобился великий Галилео Галилей. Он разработал одни из первых маятниковых часов.

23.Дизельный двигатель также оказался революционным.

Источник: webandi / needpix

И, наконец, изобретение дизельного двигателя стало еще одним важным достижением в машиностроении. Дизельные двигатели, также называемые двигателями с воспламенением от сжатия или CI, названы в честь своего прародителя, Рудольфа Дизеля.

Являясь разновидностью двигателя внутреннего сгорания, дизельные двигатели работают за счет воспламенения топлива путем механического сжатия (адиабатическое сжатие). В этом отличие от бензиновых двигателей, в которых для воспламенения топливовоздушной смеси используется свеча зажигания.

По этой причине дизельные двигатели обладают самым высоким тепловым КПД среди существующих двигателей внутреннего сгорания. Рудольф Дизель впервые задумал эту идею в конце 1870-х годов после посещения лекции Карла фон Линде о цикле Карно.

Позже он запатентовал свою идею в 1893 году, а остальное, как говорится, уже история. Сегодня дизельные двигатели получают много плохой прессы из-за высокого уровня выбросов углерода, и многие власти находятся в процессе их полного запрета.

.

автоматизация | Технология, типы, рост, история и примеры

Автоматизация , применение машин к задачам, которые когда-то выполнялись людьми, или, все чаще, к задачам, которые в противном случае были бы невозможны. Хотя термин «механизация» часто используется для обозначения простой замены человеческого труда машинами, автоматизация обычно подразумевает интеграцию машин в самоуправляемую систему. Автоматизация произвела революцию в тех областях, в которых она была внедрена, и едва ли есть какой-то аспект современной жизни, на который она не повлияла.

Термин «автоматизация» появился в автомобильной промышленности примерно в 1946 году для описания все более широкого использования автоматических устройств и средств управления на механизированных производственных линиях. Происхождение этого слова приписывается Д.С. Хардеру, в то время руководителю инженерного отдела Ford Motor Company. Этот термин широко используется в производственном контексте, но он также применяется за пределами производства в связи с множеством систем, в которых происходит значительная замена человеческих усилий и интеллекта механическими, электрическими или компьютеризированными действиями.

В общем случае автоматизация может быть определена как технология, связанная с выполнением процесса с помощью запрограммированных команд в сочетании с автоматическим управлением с обратной связью для обеспечения надлежащего выполнения инструкций. Полученная система способна работать без вмешательства человека. Развитие этой технологии все больше зависит от использования компьютеров и компьютерных технологий. Следовательно, автоматизированные системы становятся все более изощренными и сложными.Продвинутые системы представляют собой уровень возможностей и производительности, который во многих отношениях превосходит возможности людей выполнять те же действия.

Технология автоматизации достигла такой степени, что на ее основе развился ряд других технологий, получивших признание и собственный статус. Робототехника - одна из таких технологий; это специализированная отрасль автоматизации, в которой автоматизированная машина обладает определенными антропоморфными или человекоподобными характеристиками.Самая типичная человекоподобная характеристика современного промышленного робота - это его механическая рука с приводом. Рука робота может быть запрограммирована на выполнение последовательности движений для выполнения полезных задач, таких как загрузка и разгрузка деталей на производственной машине или выполнение последовательности точечной сварки на деталях из листового металла кузова автомобиля во время сборки. Как видно из этих примеров, промышленные роботы обычно используются для замены рабочих на фабриках.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской.Подпишитесь сегодня

В этой статье рассматриваются основы автоматизации, включая ее историческое развитие, принципы и теорию работы, приложения в производстве, а также в некоторых сферах услуг и отраслей, важных в повседневной жизни, а также влияние на человека и общество в целом. В статье также рассматривается развитие и технология робототехники как важная тема автоматизации. По связанным темам см. Информатика и обработка информации.

Историческое развитие автоматизации

Технология автоматизации выросла из смежной области механизации, которая зародилась в период промышленной революции.Механизация означает замену силы человека (или животных) механической силой той или иной формы. Движущей силой механизации была склонность человечества создавать инструменты и механические устройства. Здесь описаны некоторые важные исторические достижения в области механизации и автоматизации, которые привели к созданию современных автоматизированных систем.

Ранние разработки

Первые орудия из камня отражали попытки доисторического человека направить свою физическую силу под контроль человеческого разума.Несомненно, тысячи лет потребовались для разработки простых механических устройств и машин, таких как колесо, рычаг и шкив, с помощью которых можно было увеличить силу человеческих мышц. Следующим шагом была разработка механических машин, для работы которых не требовалась человеческая сила. Примеры этих машин включают водяные колеса, ветряные мельницы и простые паровые устройства. Более 2000 лет назад китайцы разработали отбойные молотки, приводимые в движение проточной водой и водяными колесами.Ранние греки экспериментировали с простыми реактивными двигателями, работающими от пара. Механические часы, представляющие собой довольно сложную сборку с собственным встроенным источником питания (гирькой), были разработаны около 1335 года в Европе. Ветряные мельницы с механизмами автоматического поворота парусов были разработаны в средние века в Европе и на Ближнем Востоке. Паровая машина представляет собой крупный шаг в развитии механических машин и положила начало промышленной революции. За два столетия, прошедшие с момента появления парового двигателя Ватта, были разработаны двигатели и механизмы, которые получают энергию из пара, электричества, химических, механических и ядерных источников.

Каждая новая разработка в истории механических машин привносила повышенные требования к устройствам управления, чтобы использовать мощность машины. Самые ранние паровые машины требовали, чтобы человек открывал и закрывал клапаны, сначала для впуска пара в поршневую камеру, а затем для его выпуска. Позже был разработан механизм золотникового клапана для автоматического выполнения этих функций. Тогда единственной потребностью человека-оператора было регулирование количества пара, регулирующего скорость и мощность двигателя.Это требование к человеческому вниманию при работе парового двигателя было устранено регулятором с летающим шаром. Это устройство, изобретенное Джеймсом Ваттом в Англии, состояло из утяжеленного шара на шарнирном рычаге, механически соединенного с выходным валом двигателя. Когда скорость вращения вала увеличивалась, центробежная сила заставляла утяжеленный шар перемещаться наружу. Это движение управляло клапаном, который уменьшал количество пара, подаваемого в двигатель, тем самым замедляя двигатель. Регулятор с летающим мячом остается элегантным ранним примером системы управления с отрицательной обратной связью, в которой увеличивающийся выход системы используется для уменьшения активности системы.

Отрицательная обратная связь широко используется как средство автоматического управления для достижения постоянного рабочего уровня системы. Типичным примером системы управления с обратной связью является термостат, используемый в современных зданиях для регулирования температуры в помещении. В этом устройстве снижение температуры в помещении вызывает замыкание электрического переключателя, таким образом, включается нагревательный элемент. При повышении температуры в помещении переключатель размыкается и подача тепла отключается. Термостат можно настроить на включение нагревательного элемента при любой конкретной уставке.

Еще одним важным достижением в истории автоматизации стал жаккардовый ткацкий станок (см. Фотографию), который продемонстрировал концепцию программируемого станка. Около 1801 года французский изобретатель Жозеф-Мари Жаккард изобрел автоматический ткацкий станок, способный создавать сложные узоры на текстиле, управляя движениями множества челноков из нитей разного цвета. Выбор различных рисунков определялся программой, содержащейся в стальных картах, в которых были пробиты отверстия. Эти карты были предками бумажных карт и лент, которые управляют современными автоматами.Концепция программирования машины получила дальнейшее развитие в конце XIX века, когда Чарльз Бэббидж, английский математик, предложил сложную механическую «аналитическую машину», которая могла бы выполнять арифметические операции и обработку данных. Хотя Бэббидж так и не смог его завершить, это устройство было предшественником современного цифрового компьютера. См. Компьютеры.

Жаккардовый ткацкий станок

Жаккардовый ткацкий станок, гравюра, 1874 г. В верхней части станка находится стопка перфокарт, которые будут подаваться в ткацкий станок для управления ткацким рисунком.Этот метод автоматической выдачи машинных инструкций использовался компьютерами еще в 20 веке.

Архив Беттмана .

Интернет-событие современного приложения

Современные приложения, созданные с использованием комбинации шаблонов модульной архитектуры, бессерверных операционных моделей и гибких процессов разработки, позволяют организациям быстрее внедрять инновации, сокращая при этом риски, время вывода на рынок и общую стоимость владения.

Смотрите по запросу - онлайн-серия современных приложений AWS и понимают основные концепции, включая подходы к ускорению современных приложений.Изучите навыки проектирования, создания и развертывания современных приложений. Узнайте, как повысить маневренность, снизить затраты и оптимизировать производительность. Эти занятия откроют новые взгляды на современные приложения, которые стали возможны с облаком.

Трек 1 - Ускорение современных приложений: Этот трек предназначен для практических лидеров, которые стремятся понять последние тенденции в современных приложениях и вооружиться знаниями, чтобы стимулировать изменения и ускорить инновации в своей организации.

Track 2 - Расширение возможностей строителей | Новые образцы архитектуры: Этот трек направлен на то, чтобы дать возможность строителям с нужными навыками и знаниями перейти от монолитного к строительству с новыми архитектурными образцами. Погрузитесь глубже с 7 R - сохранить, списать, переместить, повторно разместить, выкупить, переплатформенность и рефакторинг, чтобы понять ваши варианты.

Track 3 - Расширение возможностей строителей | Разработка современных приложений: Этот трек направлен на то, чтобы дать разработчикам возможность проектировать, создавать и развертывать современные приложения.Независимо от того, начинаете ли вы использовать AWS или расширяете свою облачную практику, вы можете узнать что-то новое, работая с AWS.

Трек 4 - Цифровые инновации для быстрого прототипирования: Цель этого трека - показать, как быстрое прототипирование ускоряет бизнес-результаты. Получите практические советы и узнайте, как можно раскрыть всю мощь модели прототипирования для реализации новых бизнес-ценностей.

.

Смотрите также