TYPY PŘEVODOVÝCH ÚSTROJŮ, TYPY PŘENOSOVÝCH MECHANISMŮ A JEJICH CHARAKTERISTIKA, Účel a typy převodů, Klasifikace převodů, Hlavní charakteristiky mechanických převodů – ZÁKLADY FUNGOVÁNÍ SERVISNÍCH SYSTÉMŮ. VE 2 ČÁSTECH. ČÁST 1

Mechanické převody jsou nedílnou součástí moderních strojů a mechanismů a zajišťují přenos a transformaci pohybu v různých technologických procesech. Od jednoduchých zařízení až po složité výrobní mechanismy hrají tyto systémy klíčovou roli v regulaci rychlosti otáčení, transformaci pohybu a zajištění efektivního provozu zařízení. Existuje několik typů převodů, jako jsou ozubené, řetězové, třecí a variátory, z nichž každý se používá v závislosti na specifikách práce a požadavcích na stroj. Tento text pojednává o základních principech mechanických převodů, jejich variantách a aplikacích v průmyslu.

Mechanické převody se vyvíjely souběžně s rozvojem strojírenství, počínaje průmyslovou revolucí, kdy vznikla potřeba efektivního přenosu mechanické energie na velké vzdálenosti. Jedním z prvních typů převodů používaných ve strojích byly ozubené převody, jejichž vynález je připisován Leonardovi da Vinci. Později rozvoj technologií umožnil vytvořit složitější a všestrannější mechanismy, jako jsou řetězové a třecí převody. Ve 20. století se s rozvojem elektroniky a automatizace objevily variátory, které zajišťovaly přesnější a plynulejší regulaci otáček.

Obr. 1. Mechanické převody

Mechanické převodovky se široce používají v různých typech strojů, protože umožňují efektivní řešení několika klíčových úkolů, jako například:

1. získání požadované frekvence otáčení pracovního prvku stroje, odpovídající optimálnímu provoznímu režimu elektromotoru;
2. potřeba regulovat rychlost otáčení, což není vždy možné a ekonomicky odůvodněné pouze s použitím elektromotoru;
3. omezení elektromotorů určených pro rovnoměrný rotační pohyb, kdy stroje mohou vyžadovat různé pohyby, jako je lineární, šroubový a jiné typy pohybu s předem určenými parametry změny rychlosti;
4. Není vždy možné přímo připojit elektromotor k pracovním částem stroje kvůli omezením velikosti, bezpečnostním problémům a dalším faktorům.

Mechanické převody ve strojích jsou navrženy tak, aby přenášely a transformovaly rotační pohyb a mohou jej také transformovat na translační pohyb a naopak.

Existují dva hlavní typy mechanických převodovek:

• Převodovky se záběrem, kde se pevnost zubů, závitů nebo výstupků využívá k přenosu zatížení mezi součástmi. Příklady: ozubené, řetězové, šroubové, kolébkové, vačkové převody a další;
• Třecí ozubená kola, založené na třecí síle mezi třecími plochami součástí. Patří sem kuličkové, kotoučové a řemenové variátory, flexibilní řemenové převody a další.

Ozubená kola (obr. 2), které fungují na základě záběru zubů, slouží ke změně směru a rychlosti otáčení, přičemž hnací a hnaný hřídel mohou být umístěny buď rovnoběžně, nebo k sobě svírají úhel.

Převodový poměr ozubených kol v záběru se vypočítá pomocí vzorce a = p₁ / str.₂ =z₂ /z₁Kde п₂ a p₁ — rychlost otáčení hnacích a poháněných kol a z₂ a z₁ — počet zubů těchto kol.

Obr. 2. Ozubené převody pro rotační pohyby (a – g)

Ozubená kola mohou být s přímým ozubením, pokud jsou zuby rovnoběžné s osou otáčení, nebo se šroubovicovým ozubením, pokud nejsou rovnoběžné s osou otáčení. Ozubené převody mohou být buď vnější (obr. 2, a) nebo vnitřní (obr. 2, b). Pro přenos otáčení hřídeli umístěnými pod úhlem se používají kuželová ozubená kola (obr. 2, c), která mohou mít přímé nebo křivočaré zuby. Pro protínající se hřídele se používají šneková kola (obr. 2, d).

Hřeben a pastorek se používají k převodu rotačního pohybu na lineární pohyb (obr. 3, a). Tyto převody mohou zahrnovat čelní nebo šikmá ozubená kola s ozubeným hřebenem.

Obr. 3. Ozubené převody pro přeměnu rotačního pohybu na lineární pohyba – ozubený hřeben s válcovým ozubeným kolem 1, b – hřeben se šnekem 3

Posunutí ozubeného hřebene 2 v ozubeném převodu se vypočítá podle vzorce S = 2πmzn, kde m je modul, z je počet zubů ozubeného kola a n je frekvence otáčení ozubeného kola. V případě ozubeného převodu se šnekem 3 (obr. 3, b) se posunutí ozubeného hřebene 4 vypočítá podle vzorce S = πmzn, kde z je počet záběrů šneku.

Šroubové pohony se také používají k převodu rotačního pohybu na lineární pohyb. Takový převod se skládá ze šroubu 1 a matice 2 (obr. 4, a), které tvoří posuvný pár, a jedním otočením šroubu nebo matice se spojovací prvek posune o stoupání závitu.

Šroubové pohony mohou jako hnací článek používat buď šroub, nebo matici. V běžné variantě se přenos provádí ze šroubu na matici, kde se šroub pouze otáčí a přeměňuje rotační pohyb na translační pohyb matice.

Matice ve šroubových pohonech mohou být buď trvalé, nebo rozebíratelné.

V kluzném páru je nutné překonat značné třecí síly, což vede k opotřebení prvků a zvětšení mezer.

Pro zlepšení přesnosti a stability translačního pohybu se používají šroubové převody s odvalováním, kde šroub a matice jsou spojeny pomocí kuliček, což zajišťuje vysokou axiální tuhost a plynulý pohyb.

Obr. 4. Šroubové ozubenía – klouzání; b – valení

U převodu s odvalováním šroubu a matice (obr. 4, b) se kuličky 3 odvalují podél šroubových ploch šroubu 1 a matice 2 a zajišťují translační pohyb přenášený pevnými maticemi 2 a 5.

Pro zajištění stálé cirkulace kuliček jsou konce závitů matic spojeny vratným kanálem, který umožňuje kuličkám opětovný vstup do pracovní oblasti a pohyb skrz výstupky závitu šroubu.

Řetězové převody Pracují na principu záběru a slouží k přenosu rotace na velké vzdálenosti mezi hřídelemi, čímž mění frekvenci otáčení.

Obr. 5. Řetězový převoda – s řetězem s objímkovými válečky; b – s ozubeným řetězem

Řetězový převod (obr. 5, a) se skládá z ozubených kol 1, instalovaných na hnacím a hnaném hřídeli, a řetězu s objímkou a válečky.

Řetěz obsahuje vnější 2 a vnitřní 3 články, spojené pouzdrem 6 a válečky 4. Ozubená kola mohou být také spojena ozubeným řetězem (obr. 5, b), který pracuje při vysokých obvodových rychlostech a s menším hlukem.

Převodový poměr řetězového pohonu se určí podle vzorce: u = n₁ / ne₂ =z₂ /z₁Kde n₂ a n₁ — rychlost otáčení hnaného a hnacího ozubeného kola a z₂ a z₁ — počet zubů těchto ozubených kol.

Řemenové pohony Jsou klasifikovány jako třecí a široce se používají k regulaci otáček v různých strojích, například k přenosu pohybu z elektromotoru do převodovky.

Řemenový pohon se skládá z hnací a hnané řemenice a nekonečného řemene, který může být plochý, klínový nebo ozubený (obr. 6, a, b, c, d).

Obr. 6. Řemenové pohony (a – d)

Poměr otáček řemenic je určen převodovým poměrem, který je nepřímo úměrný jejich průměrům: u = n_А / ne_В = D_В / D_А.

Variátory — jsou třecí mechanismy určené pro plynulou změnu otáček výstupního hřídele. Pro plynulé nastavení používají speciální řemeny, řetězy nebo kroužky.

Obr. 7. Variátor tření

Otáčky výstupního hřídele se mění axiálním pohybem kuželových řemenic k sobě a dále od sebe, což mění poloměry kontaktu řemenu s řemenicemi. Meze změny otáček jsou určeny rozsahem nastavení: D = u_max / u_min.

U variátorových převodovek s klínovými řemeny se rozsah nastavení D pohybuje od 8 do 15.

Excentrický mechanismus (Obr. 8, a) se používá k přeměně rotačního pohybu na vratný pohyb, například v obráběcích strojích, lisech, rozvaděčích šoupátkových a ventilových ventilů motorových strojů.

Excentrický mechanismus je modifikací klikového mechanismu s malým poloměrem kliky.

Obr. 8. Klikový mechanismus (a) a excentrické mechanismya — s odnímatelnou svorkou; b — s mechanismem pro nastavení excentricity; c — klikový mechanismus

Excentrický mechanismus může být vybaven dvěma excentry pro nastavení excentricity. Změna excentricity umožňuje nastavení délky zdvihu šoupátka, což se používá například v rozdělovačích páry a regulátorech olejových motorů.

Excentriky jsou vyrobeny z litiny nebo uhlíkové oceli a vnitřní povrchy upínacího prvku jsou ošetřeny babitem, aby se snížilo opotřebení.

Klikový mechanismus (Obr. 8, c) je konstrukce, která zahrnuje klikový kotouč nebo klikovou hřídel, která je spojena s ojnicí 3 a pístem 1. Na pístu jsou namontovány pístní kroužky a samotný píst se pohybuje uvnitř vložky válce 2. Kliková hřídel je upevněna v ložiskách pomocí hlavních čepů 4 a 5. Při otáčení klikové hřídele píst vykonává vratný pohyb. Místo pístu lze použít jezdec, který se pohybuje po přímočarých vedeních.

Ráčnový převod se používá k přeměně rotačního pohybu na vratný pohyb. Tento převod umožňuje měnit rychlost otáčení nebo pohybu pracovního prvku stroje spojeného s rohatkovým mechanismem (obr. 9). Existuje mnoho provedení a oblastí použití rohatkových mechanismů.

Obr. 9. Ráčnový převod

Ráčnakový převod obsahuje hnací hřídel 1, kyvnou páku se západkou 2, ráčnové kolo 4, zámek 5, táhlo 6 a hnací hřídel 7.

Spojky jsou určeny pro spojování hřídelí, a to jak pro plynulý, tak i periodický přenos rotace. Slouží k přenosu rotace bez změny směru a frekvence otáčení mezi ozubenými koly nebo řemenicemi.

Objímková spojka (obr. 10, a) se používá k přenosu rotace z jedné hřídele na druhou prostřednictvím objímky 1 a per 2. Objímková spojka s čepem (obr. 10, b) se skládá z polovičních spojek 3 a 4 a tlumí rázová zatížení pomocí pryžových kroužků 5, které jsou umístěny na čepech 6. Taková spojka účinně změkčuje nárazy a otřesy.

Obr. 10. Spojky

Pokud jsou osy hnacího a hnaného hřídele posunuty od osy otáčení, použije se spojka (obr. 10, c), kde je každá polovina pevně připevněna ke konci hřídele. Poloviční spojky 1 a 3 jsou spojeny pomocí disku 7, který má křížové výstupky, které vstupují do drážek polovičních spojek.

Ozubená spojka je určena pro periodické spojování hřídelí (obr. 10, g). Levá poloviční spojka 3 se při pohybu doprava svými vnějšími zuby zabírá s vnitřními zuby pravé poloviční spojky 4. Tato spojka je univerzální kompenzační spojkou, protože umožňuje axiální, radiální a úhlový posun hřídelí v důsledku mezery ve spojení zubů poloviční spojky 3 a 4.

V třecí spojce (obr. 10, d) se rotace přenáší přes třecí kotouče. Kotouče 10 s vnitřními výstupky jsou spojeny s poloviční spojkou 3 a kotouče 11 s vnějšími výstupky jsou spojeny s poloviční spojkou 4. Síla P vytvořená stlačením kotoučů určuje velikost zatížení přenášeného z hřídele I na hřídel II.

Volnoběžné mechanismy se používají v případech, kdy je třeba pomalu se otáčející hřídel periodicky převádět na rychlou rotaci. Volnoběžná spojka (obr. 10, e) spojuje poloviční spojku 3 s jednou hřídelí a poloviční spojku 4 s druhou. Mezi polovičními spojkami jsou válečky 12, které jsou při otáčení poloviční spojky 8 ve směru hodinových ručiček zaklíněny mezi polovičními spojkami pomocí pružiny 3. Když se poloviční spojka 4 otáčí ve stejném směru, ale rychleji, válečky 12 táhnou poloviční spojku 4, která se volně otáčí vzhledem k poloviční spojce 3.

Oboustranné a vačkové mechanismy se používají ke změně směru pohybu obráběcích strojů. Reverzace se často provádí pomocí válcových nebo kuželových ozubených kol.

V mechanismu s válcovými ozubenými koly (obr. 11, a) spojka M spojuje horní hřídel s ozubeným kolem z₁, přenášející rotaci přes ozubený převod z₁ a z₂ k dolní hřídeli. Pokud spojka M spojuje horní hřídel s ozubeným kolem z₃, s₃‚a z₄, pak se spodní hřídel začne otáčet v opačném směru.

Obr. 11. Kinematické diagramy (a-g) reverzních mechanismů

Obr. 11, b znázorňuje kinematické schéma reverzního mechanismu, který mění směr otáčení spodní hřídele pomocí posuvného kola z.₂, zabírající s kolem z₁ nebo s Z-kolem₄.

Obr. 11, c znázorňuje schéma reverzačního mechanismu, kde je změna směru otáčení spodního hřídele možná záběrem ozubených kol z₁ a z₃ nebo s koly Z₄, nebo s parazitním kolem z₂‚

Obr. 11, g znázorňuje reverzační mechanismus s kuželovými ozubenými koly a vačkovou spojkou. Směr otáčení vodorovné hřídele se mění přepínáním vačkové spojky.

Vačkové mechanismy slouží k transformaci rotačního pohybu vaček na lineární pohyb pracovních částí stroje. Tyto mechanismy mohou používat ploché (obr. 12, a), válcové (obr. 12, b) nebo koncové vačky (obr. 12, c).

Obr. 12. Vačkové mechanismy

1. Ozubená kola nejsou jen důležitým prvkem strojírenství, ale také jedním z nejstarších typů ozubených kol, které se používají již několik tisíc let. Původně se používaly ve vodních mlýnech k přeměně vodní energie na mechanický pohyb.
2. Šnekové převody jsou známé svou schopností poskytovat vysoké převodové poměry a používají se v aplikacích, kde je vyžadována velká změna úhlu mezi hřídeli.
3. Variátory se díky plynulé regulaci otáček aktivně používají v moderních automobilech pro plynulé řazení a poskytují pohodlnější a úspornější jízdu.
4. Řetězové pohony se široce používají u jízdních kol a motocyklů, protože umožňují přenos značného výkonu na velké vzdálenosti s vysokou účinností.

Mechanické převodovky hrají v moderním strojírenství zásadní roli, protože zajišťují efektivní transformaci a přenos pohybu mezi různými strojními prvky. Umožňují nejen měnit směr a rychlost otáčení, ale také zajistit spolehlivost různých mechanismů. Rozmanitost typů převodovek umožňuje zvolit optimální řešení pro každou konkrétní aplikaci, od jednoduchých mechanismů až po složité průmyslové stroje. Vzhledem k neustálému vývoji technologií se mechanické převodovky neustále vyvíjejí a stávají se ještě efektivnějšími a přesnějšími.

• O autorovi
• Nedávné publikace

Přední inženýr-technolog a expert na optimalizaci výroby v NPF ‚Moderní výrobní technologie‘

Alexandr Lavrinenko je inženýr-technolog s více než 25 lety praxe ve strojírenství, energetice, stavebnictví a automatizaci výroby. Získal magisterský titul v oboru metalurgie na Moskevské státní technické univerzitě se specializací na moderní metody zpracování kovů a aditivní technologie. Pracoval na projektech implementace komplexních řešení pro diagnostiku a optimalizaci obráběcích strojů.
Pravidelně publikuji materiály o pokročilých technikách řezání, svařování a povrchové úpravy a také upozorňuji na nový vývoj ve slévárenském a kompozitním průmyslu – včetně technologií tváření a svařování.

Alexandr Lavrinenko nedávno publikoval (zobrazit vše)

• Šnekové převody: zařízení, montáž a ovládání — 28.06.2025. XNUMX. XNUMX
• Ozubené převody: typy, konstrukce, montáž a ovládání — 28.06.2025. XNUMX. XNUMX
• Řetězové pohony: zařízení, montáž a seřízení — 28.06.2025. XNUMX. XNUMX

Mechanické převody nebo jednoduše přenosy, se nazývají mechanismy, které slouží k přenosu mechanické energie na vzdálenost zpravidla s transformací rychlostí a momentů, někdy s transformací typů (například rotační na translační a naopak) a zákonů pohybu z motoru na výkonný orgán stroje. Převody jsou široce používány při výrobě přístrojů a servisních zařízeních.

Klasifikace ozubených kol.

• • podle provozního principu: třecí převody – třecí, řemenové a ozubené převody – ozubené, šnekové, řetězové;
• • podle způsobu připojení vodicích a hnaných článků: převody s přímým stykem rotačních těles – třecí, ozubené, šnekové a převody s pružnou spojkou – řemen, řetěz;
• • podle povahy změn přenosové rychlosti existují snížení nebo zvýšení rychlosti otáčení;
• • podle počtu kroků: jednostupňové a vícestupňové;
• • podle designu: otevřené, bez společného těla, které je zakrývá; polouzavřený, mající pouze lehký kryt, který chrání převodovku před znečištěním, ale nevykonává energetické funkce; uzavřené, instalované v samostatném tuhém pouzdře.

Základní charakteristiky mechanických převodů.

Hlavními charakteristikami ozubených kol jsou přenášený moment (výkon), převodový poměr, účinnost, rozměry, hmotnost a spolehlivost.

Převodový poměr se nazývá poměr úhlové rychlosti předního článku (Ш) k úhlové rychlosti hnaného článku s₂:

Protože co! = psch / 30 a s₂ = str₂ / 30 pak

kde п_гa p₂ — rychlost otáčení hnacího a hnaného článku.

Převodový poměr vícestupňové převodovky se rovná součinu převodových poměrů všech jejích převodových stupňů:

Převodový poměr může být větší než, menší nebo roven jedné. U planetových mechanismů (obr. 4.11) je podstatný znak převodového poměru. Když se směr otáčení hnacího a hnaného kola shoduje, převodovému poměru je přiřazeno znaménko „+“, a pokud jsou směry opačné, je přiřazeno znaménko „-“.

Mechanická účinnost (účinnost) se nazývá poměr výkonu Р₂ na přenos hnaného hřídele na výkon Р_г na hnacím hřídeli a je označen G:

Účinnost vícestupňové převodovky se rovná součinu účinnosti všech jejích převodů.

Účinnost mechanických převodů při jmenovitém zatížení se pohybuje od 0,7 (šnekové kolo) do 0,97 (převodové kolo).

Přenášený točivý moment souvisí s výkonem Р a úhlová rychlost se závislostí:

Podle vzorce (5.6)

Dělením rovnice (5.66) člen po členu rovnicí (5.6a) s přihlédnutím ke vzorci (5.4) získáme

Pro přenos rotačního pohybu má tedy převodový poměr tvar

Pomocí vzorce (5.7), na základě známých hodnot točivého momentu na jedné převodové hřídeli, převodového poměru této převodovky a její účinnosti, lze určit točivý moment na druhé hřídeli:

V případech, kdy jsou energetické ztráty při přenosu malé, jsou zanedbávány a akceptovány: