Передаточное отношение

§ 39. Определение передаточных отношений различных передач

Передаточное отношение – основная кинематическая характеристика любой передачи.

Передаточные отношения определяются при помощи тех или иных геометрических элементов звеньев передачи. Найденное его
значение выражает отношение угловых скоростей (ω₁/ω₂ или n₁/n₂) двух
валов передачи, между которыми это отношение определяется.

В таблице даны формулы, при помощи которых определяются передаточные отношения различных простейших передач, составленных из пары звеньев.

Передаточное отношение сложной передачи – передачи, составленной из нескольких простейших передач, равно произведению передаточных отношений простейших передач:
i_1k = i₁₂ * i₂₃ * i₃₄ * … * i_(k-1)k.

В тех случаях когда необходимо учесть, как происходит относительно друг друга вращение двух элементов передачи – в одну сторону или в противоположные стороны, передаточное отношение условно обозначают с положительным или отрицательным знаком.

Передаточное отношение между двумя элементами передачи считается положительным, если оба элемента вращаются в одну сторону, например пара зубчатых колес с внутренним зацеплением.

Передаточное отношение между двумя элементами считается отрицательным, если оба элемента вращаются в противоположные стороны, например пара зубчатых цилиндрических колес с внешним зацеплением.

Задача 195. На каком расстоянии х необходимо установить каток 2 лобовой фрикционной передачи (см. эскиз к лобовой передаче в таблице), чтобы при угловой…

Задача 196. Передача вращательного движения между валами I и II осуществляется при помощи четырех зубчатых колес, два из которых помещены на промежуточных…

Задача 197. Какую угловую скорость n₁ нужно сообщить валу I, чтобы при помощи передачи, показанной на рис. 233, вал IV вращался со скоростью…

Задача 198. Изображенный на рис. 234 механизм лебедки при вращении рукоятки, имеющей длину l, в вертикальном направлении перемещает груз P. Диаметр…

Цепные передачи

Общие сведения о цепных передачах

Цепная передача относится к передачам зацеплением с гибкой связью. Мощность в цепной передаче посредством многозвенной шарнирной цепи передается от ведущей к ведомой звездочке, размещенных на параллельных валах.

***

Классификация цепных передач

Цепные передачи классифицируют по типу применяемой цепи. В настоящее время применяют роликовые, втулочные и зубчатые цепи, которые, в свою очередь, могут быть однорядными и многорядными.

В роликовых и втулочных цепях зацепление звеньев со звездочкой осуществляется через ролик или втулку, при этом долговечность цепи возрастает, но возрастает ее масса и стоимость.

Зубчатые цепи набирают из пластин, при этом большое значение на эксплуатационные качества цепи имеет конструкция шарнира. В конструкцию входит направляющая пластина, предотвращающая сползание цепи со звездочки.

По сравнению со втулочными зубчатые цепи работают более плавно, обеспечивают большую кинематическую точность (плавность хода передачи), могут передавать бóльшую мощность, имеют высокий КПД, но их масса и стоимость значительно выше.

В зависимости от типа применяемой цепи зависит конструкция звездочек цепной передачи. Звездочки для втулочной и роликовой цепи представлена на рис. 2 слева, звездочка для зубчатой цепи – справа.

***

Достоинства цепных передач

По сравнению с зубчатыми передачами:
Преимущество цепных передач в сравнении с зубчатыми заключается в том, что они способны передавать движение между валами при значительных межосевых расстояниях (до 8 м).

По сравнению с ременными передачами:
По сравнению с ременными передачами (передачами трением) цепные передачи (передачи зацеплением) выгодно отличаются компактностью, способностью передавать бóльшие мощности при одинаковых размерах, постоянством передаточного числа и меньшей требовательностью к предварительному натяжению цепи (иногда предварительный натяг для цепных передач не применяется).
Кроме того, цепные передачи устойчиво работают при малых межосевых расстояниях между звездочками, тогда как ременная передача может пробуксовывать при малых углах обхвата шкива ремнем.

К достоинствам цепных передач можно отнести высокий КПД и безотказность при работе в условиях частых пусков и торможений.

***

Недостатки цепных передач

1. Значительный шум и вибрация при работе вследствие удара звена цепи о зуб звездочки при входе в зацепление, особенно при малых числах зубьев и большом шаге (этот недостаток ограничивает применение цепных передач при больших скоростях).

2. Сравнительно быстрое изнашивание шарниров цепи, необходимость применения системы смазывания и установки в закрытых корпусах.

3. Удлинение цепи вследствие износа шарниров и сход ее со звездочек, что требует применения натяжных устройств.

4. По сравнению с зубчатыми передачами цепные передают движение менее плавно и равномерно.

***

Область применения цепных передач

Цепные передачи находят широкое применение во многих областях машиностроения, конструкциях сельскохозяйственных и дорожных машин, станкостроении и т. д.
Их применяют в станках, мотоциклах, велосипедах, промышленных роботах, буровом оборудовании, подъемно-транспортных, строительно-дорожных, сельскохозяйственных, полиграфических и других машинах для передачи движения между параллельными валами на значительные расстояния, когда применение зубчатых передач нецелесообразно, а ременных невозможно.

Цепные передачи наибольшее применение получили для передачи мощностей до 120 кВт при окружных скоростях до 15 м/сек.

***

Высшая передача

Передаточное число высшей передачи крайне важно, поскольку оно определяет максимальные обороты двигателя при крейсерской скорости, а это напрямую сказывается на экономичности и уровне шума. Если изложить этот вопрос кратко, то, чем больше это отношение, тем меньше расход топлива и ниже шум мотора

Следует помнить, что в таком случае за вышеперечисленные преимущества придётся расплачиваться частым переключением на пониженную передачу для достижения наилучшей разгонной динамики.

Оптимальной величиной оборотов двигателя при достижении крейсерской скорости являются 1600-2000 об/мин для дизеля и 2000-2500 об/мин – для бензинового мотора.

Например, в коробке передач автомобиля Toyota GT86 – шесть ступеней с небольшой разницей в передаточном числе, ввиду чего скорость в 100 км/час достигается при работе двигателя на оборотах более 3000 об/мин. Это и является причиной значительного объёма вредных выхлопов, равного 181 гр/км.

Для машины с двухлитровым мотором, выдающим 200 л.с., а также отлично проработанной аэродинамикой (коэффициент лобового сопротивления равен 0,27) это очень высокий показатель. Такой подбор механизма переключения передач предполагает работы двигателя не в самом удачном режиме, что и приводит к избыточному шуму, особенно при значительном пробеге, а это уже сказывается на ликвидности вашего автомобиля при продаже. Разумеется, такие проблемы не свойственны автоматическим коробкам передач, поскольку подбор передаточных отношений там обусловлен ещё и надёжностью узла, соответственно конструкторы стремятся сократить число переключений, и делают передачи более «длинными».

Проблема в том, что спортивный автомобиль и автоматическая коробка – мало совместимые понятия, да и выбрать такое сочетание можно далеко не для всех моделей.

В конечном итоге, чем мощнее двигатель под капотом, тем меньше оборотов двигателя на крейсерской скорости, благодаря чему при 100 км/ч из-под капота доносится едва уловимый шум. Например для Golf Mk6 1.6 TDI этот показатель составляет 2300 об/мин, а для более мощного SEAT Ateca 2.0 TDI с 7-ступенчатой коробкой и двойным сцеплением эта цифра составляет уже 1700 об/мин. Именно поэтому в определённых режимах мощные шестицилиндровые моторы потребляют не на много больше бюджетных 4-цилиндровых аналогов.

ДОМОСТРОЙСантехника и строительство

Большинство современных рабочих машин требует регулирования скорости рабочих органов в зависимости от условий осуществления технологического процесса. Для этого машины снабжают ступенчатыми коробками передач с большим числом зубчатых пар, например, в коробке передач автомобилей их 4 — 6 пар, станков 5 — 16 лишь в механизме главного движения. Применение в машинах вариаторов (бесступенчатых передач)значительно упрощает конструкцию, позволяет установить оптимальный скоростной режим и регулировать скорость на ходу. Все это существенно повышает производительность машины, качество продукции и, кроме того, вызывает уменьшение шума и вибрации.

Простейший вариатор, называемыйлобовым (рис.10), состоит из ролика 1 и диска 2. Изменение скорости ведомого вала происходит за счет осевого перемещения ролика. Лобовой вариатор допускает реверсивные вращения ведомого вала при одностороннем вращении ведущего. Ведущим звеном в лобовой передаче может быть либо ролик, либо работающий торцом диск. Ролик можно смещать вдоль оси. Это позволяет плавно регулировать величину и направление угловой скорости выходного звена. Рис.10. Лобовой вариатор

Передаточное число лобового вариатора

Основной кинематической характеристикой вариатора является диапазон регулированияугловой скорости (передаточного числа) ведомого вала при постоянной угловой скорости ведущего вала:

На рис. 11 показана схема вариатора с коническими катками 1и 3 и промежуточным цилиндрическим катком 2, зажатым между коническими катками с помощью пружины 4.

При вращении маховика 5 винт 6, перемещающийся в подшипниках 7, передвигает промежуточный каток 2, свободно вращающийся на оси винта. При постоянной угловой скорости ведущего катка 1 значение угловой скорости ведомого катка 3 изменяется. Если промежуточный каток 2 перемещается влево, то угловая скорость ведомого катка 1 увеличивается.

Рис.11. Вариатор с коническими катками

Контрольные вопросы

1.Мощность механической передачи определяется по формуле …

1).

; 2) ; 3). ; 4).

2.КПД механической передачи определяется по формуле …

1).

, 2). , 3). , 4).

3.Механическая передача является повышающей и называется мультипликатором при …

4.Механическая передача является понижающей и называется редуктором при …

5.Коэффициент полезного действия (КПД) механического привода определяется по формуле …

Как соотносится возраст человека и кошки позже 12 лет

Считается, что 12 лет для кошки то же самое, что 60-64 года для человека. Звериное становится «пенсионером»: двигается немного и не дюже с охотой, с трудом переносит перемены в жизни, почаще и дольше болеет. Но некоторые кошки остаются бодрыми и энергичными даже в этом возрасте, так же, как и отлично сохранившиеся люди. Пятнадцатилетняя кошка и 76-летний человек приблизительно равны по состоянию здоровья и резерву жизненных сил. Ну а звериные 18-20 лет встречаются с такой же частотой, как и люди-долгожители старше 90 лет

Видео по теме Обратите внимание! При переходе с четырехступенчатой коробки передач на пятиступенчатую вам придется реже переключать передачи, и вы можете увеличить максимальную скорость на всей передаче

Многоступенчатая передача

Для увеличения кинематического эффекта несколько зубчатых пар могут последовательно соединяться в единый механизм. Такой механизм называется многоступенчатым зубчатым механизмом или многоступенчатой передачей

. Схема одного из таких механизмов приведена на рисунке 36.

Запишем передаточные отношения для каждой пары колес данного механизма:

Из схемы видно, что колеса 2 и 3 находятся на одном валу и вращаются с одной угловой скоростью ( ω2 = ω3 ), аналогично ω4 = ω5 . Поэтому в приведенном выше уравнении эти члены сократились.

Таким образом, общее передаточное отношение многоступенчатого механизма равно произведению частных передаточных отношений ступеней, из которых состоит данный механизм:

В этой формуле “m” – число передач внешнего зацепления (если число передач внешнего зацепления четное, то знак «+», т.е. колеса на входе и на выходе вращаются в одну сторону; если нечетное, то знак «–». Количество передач внутреннего зацепления не учитывается, т.к. внутреннее зацепление не изменяет направление вращения).

В приведенном примере m=2 (пары Z1* Z2 и Z3* Z4; пара Z5* Z6 – пара внутреннего зацепления) и, таким образом, колеса «1» и «6» вращаются в одну сторону.

Changan совместно с Huawei выпустит сразу 5 новинок под маркой Avatar. Первые подробности

ChanganНа сегодняшний день схемы передаточного отношения передачи реализуются с использованием определенных механических соединений, а именно:

• за счет использования специальных ремней;
• при помощи червячных соединений;
• с использованием зубчатого зацепления;
• при помощи цепей;
• за счет фрикционных сцеплений.

Здесь необходимо принимать во внимание тот факт, что передача вращения, основывается на двух естественных физических принципах (трение и зацепление). Читайте нас:

Читайте нас:

Учитывая вышесказанное, неудивительно, что практически все современные механизмы изготавливаются производителями с расчетом на замедление или напротив ускорение. В первом случае речь идет про редуктора. Что же касается второго момента, то это мультипликаторы. Каждый представленный вариант может быть выполнен в одноступенчатом, двухступенчатом, а также многоступенчатом исполнении. В частности, если говорить про пространственное расположение отдельных осей, то определяется несколько видов:

• параллельные элементы (валы расположены параллельно);
• пересекающиеся механизмы;
• перекрещивающиеся компоненты.

Во втором случае зацепление осуществляется за счет пересечения, тогда как в третьей ситуации валы должны вступать в перекрестное зацепление.

На практике, практически все механизмы делятся на замедляющие и ускоряющие движения. В современном автомобилестроении чаще всего используются именно первые типы, по той простой причине, что эта разновидность больше всего подходит для взаимодействия с двигателями, вращающимися на большой скорости. Кроме того, такое совмещение обусловлено конечной необходимостью значительно повысить мощность выходного компонента в кинетической схеме. Примечательно, что в настоящее время существует специальная таблица передаточных отношений. Однако, здесь речь идет лишь про сводный документ, где приводятся лишь основные значения и характеристики всех вариантов кинетических соединений.

Типы редукторов

Все виды устроены по схожему принципу, разница заключается только в типе зубчатой передачи. Чаще всего встречаются цилиндрические, конические, глобоидные, комбинированные, червячные и планетарные, но последнее время конструкторы прибегают к комбинированным конструкциям, что позволяет совместить преимущества нескольких типов.

Конструкция разных типов позволяют передавать усилие между узлами, которые располагаются в различных площадях, будут они перпендикулярные (конический редуктор), параллельные (цилиндрический) или пересекающиеся валы (червячные).

Диапазон передаточного числа может разнится от в несколько единиц до нескольких тысяч, что зависит от количества ступеней. Сейчас наиболее распространены механизмы, при изготовлении которых используются нескольких ступеней. Это позволяет комбинировать несколько типов передач и добиться максимально эффективной работы. Рассмотрим основные типы.

Цилиндрический редуктор

Довольно популярные при разработке и производстве машин различного назначения. Эффективно выполняют свои функции при работе с мощными установками, при этом показывают высокий КПД, превышающий 90 %. Чаще всего используется при работе параллельных и сносных валов. Может применяться с различным количеством ступеней, от которых зависит передаточное число, оно может колебаться от 1,5 до 400.

Червячный редуктор

Имеют довольно простую конструкцию, из-за чего обрели широкую популярность. Одним из плюсов также является низкая стоимость в сравнении с аналогами. Количество ступеней обычно ограничивается одной или двумя. При этом диапазон передаточного числа червячного редуктора может находиться в диапазоне от 5 до 10000, которую можно рассчитать по специальной формуле. Недостатком этого типа является низкий КПД и ограниченные мощности силовых установок, с которыми он работает. Состоит из зубчатого колеса и цилиндрического, реже глобоидного, червяка в виде винта.

Планетарный редуктор

Особый тип, который выгодно отличается от аналогов, имея ряд преимуществ. Благодаря чему получил широкое распространение в тяжелом машиностроении. Конструкция этой модели позволяет добиться высокого передаточного числа при работе с мощнейшими силовыми установками. При этом его размеры могут быть значительно меньшими, чем габариты аналогов. Механизм назван планетарным, из-за специфического расположения конструкционных элементов, к которым относятся: сателлиты, водило, солнечная и кольцевая шестерни.

Передача усилия происходит через вал на солнечную шестерню, которая находится в зацепе со всеми сателлитами. В это время кольцевая шестерня находится в статичном положении. Модель отличается высоким КПД, и работой в диапазоне передаточного числа от 6 до 450.

Выбор типа узла всегда основывается на конструкционных требованиях к механизму, при этом выбором модели должен заниматься квалифицированный конструктор. Первое что нужно определить — какой тип передачи нужен, оптимальный размер механизма, рассчитать осевые нагрузи на валах и температурный режим работы.

От количества ступеней выбранного механизма напрямую зависит передаточное отношение. Одноступенчатые применяются для выполнения простых функций, обычно это червячный тип. Сейчас чаще можно встретить комбинированные типы передач, что позволяет значительно расширить функционал узла.

В качестве входных и выходных валов применяются стандартные прямые валы, изготовлены в форме тел вращения. От их качества напрямую зависит качество работы всего механизма, так как на них действуют множество внешних нагрузок различных типов.

Очень важно своевременно менять сальники и масло. Постоянные профилактические работы обеспечат стабильную работу и обезопасят от внезапных поломок. Для контроля уровня масла имеется специальное смотровое окно, что позволяет вовремя пополнять необходимый объем

Для контроля уровня масла имеется специальное смотровое окно, что позволяет вовремя пополнять необходимый объем.

В целом, самостоятельно рассчитать передаточное число, подобрать подходящую модель и провести замену (ремонт) редуктора не составит труда. Главное соблюдать рекомендации специалистов и технические инструкции, указанные производителем.

Источник

Какой выбрать редуктор 2103 или 2106?

В «природе» жигулевских редукторов существует 4 типа:

• ВАЗ 2101 — передаточное число 4,3
• ВАЗ 2102 — 4,4
• ВАЗ 2103 «троечный» — 4,1
• ВАЗ 2106 «шестерочный» — 3,9.

Передаточное число это соотношение зубьев, например, в «шестерочном» редукторе на большой шестерни имеется маркировка 2106 1143. Следовательно, для определения пары необходимо 43/11 = 3.9. Чем больше число пары, тем автомобиль будет более «тяговитым», но зато потеряет в максимальной скорости. Чаще всего, в магазинах можно встретить два типа редукторов: с парой 4,3 и 3,9.

• Вывешиваем задний мост, сливаем масло из картера, снимаем колеса и тормозные барабаны, вынимаем полуоси. Отсоединяем карданный вал от фланца ведущей шестерни и отводим его в сторону.
• Ключом на «13» отворачиваем восемь болтов крепления картера редуктора к балке заднего моста.
• Снимаем редуктор в сборе.
• Новый редуктор устанавливаем в порядке, обратном снятию. На резьбовую часть болтов крепления картера наносим герметик. После установки не забудьте залить трансмиссионное масло вязкостью 75W-90 в картер заднего моста. Объем картера — 1,3 литра.

Эскизирование детали типа «колесо зубчатое»

Последовательность выполнения эскизов зубчатого колеса:

1. Внимательно осмотреть зубчатое колесо, изучить его конструкцию, назначение, технологию изготовления.

2. Определить минимальное, но достаточное количество изображений (видов, разрезов, сечений), необходимых для полного представления о конструкции детали. Ознакомиться с правилами изображения зубчатого колеса данного вида согласно требованиям соответствующих стандартов.

3. Избрать согласно ГОСТ 2.301-68 формат чертежа, начертить на нем рамку и основную надпись.

4. Наметить тонкими сплошными линиями габаритные прямоугольники для будущих изображений с учетом равномерного использования площади листа. Провести осевые линии.

5. Обозначить тонкими сплошными линиями видимый контур детали, начиная с основных геометрических форм и сохраняя на всех изображениях проекционную связь и пропорцию элементов детали.

6. Нанести выносные и размерные линии, стрелки, проставить необходимые знаки. Провести замеры зубчатого колеса и вписать размерные числа, причем размерные числа записывать сразу после каждого измерения, не накапливая их в памяти.

7. Заполнить основную надпись и записать технические требования.

8. Внимательно проверить эскиз зубчатого колеса и исправить ошибки.

При эскизировании зубчатого колеса необходимо правильно изобразить и поставить размеры не только на элементах зубчатого зацепления, но и на конструктивных элементах соединения колеса с валом. Для этого необходимо знать не только элементы зубчатого зацепления, но и иметь представления о креплении зубчатого колеса на вале.

Зубчатые передачи используются как самостоятельные агрегаты (редукторы) или входят в другие машин как составные части.

Для передачи вращательного движения с одного вала на другой, оси которых параллельные, применяют цилиндрические передачи (рис. 5.15, а, б, в, г); если оси валов пересекаются, используют конические передачи (рис. 5.15, д, е).

Если оси валов скрещиваются (чаще под прямым углом), применяют червячные передачи (рис. 5.15, з). Для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот применяют реечные передачи, которые состоят из цилиндрического колеса и рейки (рис. 5.15, и). Встречаются передачи с внешним и внутренним зацеплениями (рис. 5.15, г). В первом случае вращение колес происходит в противоположных направлениях, во втором – в одном направлении.

Рисунок 5.15

Зубчатое колесо содержит зубчатый венец и тело колеса. Зубья колеса образовывают зубчатый венец. Тело колеса ограничивается поверхностью впадин зубьев.

При изображении цилиндрических зубчатых колес приняты такие условности:

1. Поверхность вершин и ее образующую изображают сплошной основной линией, а поверхность впадин и ее образующую – сплошной тонкой линией. Делительную окружность изображают штрихпунктирною тонкой линией.

2. Зубья чертят только в осевых разрезах, изображая их не рассеченными. Если надо показать профиль зуба, то оформляют это выносными элементом или изображают его на ограниченном участке детали.

На рис. 5.16 изображены основные элементы зубчатого колеса.

Рисунок 5.16

Согласно ГОСТ 16531-83 основные параметры зубчатого колеса:

1) диаметр делительной окружности d

2) модуль m

– число, которое показывает, сколько миллиметров диаметра делительной окружности приходится на один зуб (количество зубьевz ):

Величины модуля стандартизированы (табл. 5.11).

Таблица 5.11 – Модули, мм ( ГОСТ 9563-60)

1-й ряд	1,25	2,5
2-й ряд	1,125	1,375	2,25	2,75	3,5	4,5	5,5

С помощью параметров, приведенных в табл. 5.12, можно рассчитать величины, которые характеризуют зацепление.

Таблица 5.12 – Параметры цилиндрического зубчатого колеса

Параметр зубчатого колеса	Обозначение	Величина, мм
Высота головки зуба	ha	ha = m
Высота ножки зуба	hf	hf = 1.25 m
Высота зуба	h	h = 2.25 m
Диаметр делительной окружности	d	d = m Z
Диаметр окружности выступов	da	da = d + 2 ha
Диаметр окружности впадин	df	df = d – 2 hf

Используя эти соотношения, можно вычислить значение модуля для реального цилиндрического колеса:

В учебных целях добытое значение необходимо округлить к ближайшему по ГОСТ 9563-60.

Расстояние между одноименными профильными поверхностями соседних зубьев, измеренное в миллиметрах по дуге делительной окружности, называют шагом зацепления Pt.

Из рисунка видно, что шаг равняется соотношению длины делительной окружности к числу зубьев:

Параметры зубчатых колес задают на чертежах в специальных таблицах (ГОСТ 2.403-75).

На рис. 5.17 показано расположения и размеры таблицы параметров.

Рисунок 5.17

В случае необходимости отдельные строки из нее можно опускать. Пример выполнения чертежа колеса зубчатого (для учебных целей) приведен на рис. 5.18.

Рисунок 5.18

Передаточные числа задних редукторов других автомобилей

С редукторами автомобилей ВАЗ более-менее понятно. А что можно сказать о других автомобилях? К примеру, Горьковский автозавод имеет большое количество современных моделей как среднетоннажных, так и легковых грузовых машин. Наиболее популярные модели ГАЗ – это «Газель ГАЗ-3302» и «Соболь ГАЗ-2752». Если не рассматривать полноприводные модификации этих автомобилей, то передаточное число редуктора заднего будет либо 5,125, либо 4,556, либо 4,3.

Самый тяговитый редуктор достался автомобилям ГАЗ с двигателями ЗМЗ406 и ЗМЗ402. Отличается лучшими характеристиками по мощности и рекомендуется для владельцев авто, перевозящих тяжёлые грузы и работающих в жестких условиях. Редуктор с меньшим числом будет давать большую динамику, как более скоростной. При этом следует метить относительно меньший ресурс эксплуатации.

Для полноты картины рассмотрим зарубежные варианты редукторов и их числа. Хорошим вариантом для сравнения будут заднеприводные модели немецкого автогиганта BMW. Передаточные числа редуктора БМВ колеблются в диапазоне от 3,07 до 4,1. При этом количество моделей агрегатов превышает десятку. Уже по этому показателю можно понять, как часто зарубежные конструкторы вносят изменения в узлы автомобилей.

Читать также: Погружной водонагреватель для дачи

Наиболее динамичный редуктор с числом 3,07 имеют модели серии Е90, Е91 и Е92. Если смотреть на мощные варианты, то можно выделить БМВ Х5 с 3-литровым двигателем, имеющий передаточное число заднего редуктора 4,1.

Немного теории об устройстве и области применения коллекторных электродвигателей

Электродвигатели этого типа могут быть постоянного или переменного тока, с последовательным, параллельным или смешанным возбуждением ( для переменного тока применяется только первые два вида возбуждения).

Коллекторный электродвигатель состоит из ротора, статора, коллектора и щеток. Ток в цепи, проходящий через соединенные определенным образом обмотки статора и ротора, создает магнитное поле, заставляющее последний вращаться. Напряжение на ротор передается при помощи щеток из мягкого электропроводного материала, чаще всего это графит или медно-графитовая смесь. Если изменить направление тока в роторе или статоре, вал начнет вращаться в другую сторону, причем это всегда делается с выводами ротора, что бы не происходило перемагничивание сердечников.

При одновременном изменении подключения и ротора и статора реверсирования не произойдет. Существуют также трехфазные коллекторные электродвигатели, но это уже совсем другая история.

Электродвигатели постоянного тока с параллельным возбуждением

Обмотка возбуждения (статорная) в двигателе с параллельным возбуждением состоит из большого количества витков тонкого провода и включена параллельно ротору, сопротивление обмотки которого намного меньше. Поэтому для уменьшения тока во время запуска электродвигателей мощностью более 1 Квт в цепь ротора включают пусковой реостат. Управление оборотами электродвигателя при такой схеме включения производится путем изменения тока только в цепи статора, т.к. способ понижения напряжения на клеммах очень не экономичен и требует применение регулятора большой мощности.

Электродвигатели постоянного тока с последовательным возбуждением

Обмотка возбуждения такого электродвигателя имеет небольшое число витков толстого провода, и при ее последовательном включении в цепь якоря ток во всей цепи будет одинаков. Электродвигатели этого типа более выносливы при перегрузках и поэтому наиболее часто встречаются в бытовых устройствах.

1. Подключением параллельно статору регулировочного устройства, изменяющего магнитный поток. Однако этот способ довольно сложен в реализации и не применяется в бытовых устройствах.
2. Регулирование (снижение) оборотов с помощью уменьшения напряжения. Этот способ применяется практически во всех электрических устройствах – бытовых приборах, инструменте и т.д.

Эти однофазные моторы имеют меньший КПД, чем двигатели постоянного тока, но из за простоты изготовления и схем управления нашли наиболее широкое применение в бытовой технике и электроинструменте. Их можно назвать “универсальными”, т.к. они способны работать как при переменном, так и при постоянном токе. Это обусловлено тем, что при включении в сеть переменного напряжение направление магнитного поля и тока будет изменяться в статоре и роторе одновременно, не вызывая изменения направления вращения. Реверс таких устройств осуществляется переполюсовкой концов ротора.

Планетарная передача

Широко применяется так называемая планетарная кинематическая схема. Она представляет собой механизм, предназначенный для передачи, преобразования вращательного движения. С этой целью используются зубчатые колеса, расположенные на перемещающейся оси. Конструктивными элементами являются: центральные зубчатые колеса, закреплённые на неподвижных осях, боковые зубчатые колеса (расположены на перемещающихся осях). Для обеспечения наилучшего эффекта планетарные механизмы изготовляются на параллельных осях.

Коэффициент полезного действия достаточно высокий. Его значение приближается к 0,98. Наиболее распространёнными являются конструкции, в которых применяются нескольких сателлитов. Их располагают с угловыми шагами равной величины.

Такие конструкции выполняются с постоянным или переменным передаточным отношением. Некоторые из них имеют возможность регулировки этого параметра. Они разработаны обратимыми и необратимыми. В обратимых образцах предусмотрено движение в прямом и обратном направлении. В необратимых конструкциях такое движение невозможно. Изменение передаточного отношения бывает ступенчатым или бесступенчатым. Ярким представителем первого агрегата является механическая коробка передач автомобиля. Второй вариант применяется в вариаторах.

Рассмотренные передаточные отношения передач рассчитываются на этапе проектирования агрегата при выборе кинематической схемы. С их помощью производится выбор типа соединения, определяется эффективность. Оценивается надёжность всего механизма.

Повышающая и понижающая передача

Рассмотрим нижнюю картинку. Зеленый шкив с помощью ручки крутит персонаж с силой F. Это ведущий шкив. Синий шкив крутится за счет ремня. Это ведомый шкив. К нему на вал подвешен груз с максимально возможной массой, которую может поднять механизм.

Рис. 8.

1. В первом случае диаметр ведущего и ведомого шкивов одинаковый. Скорость и сила на выходе не поменяется.
2. Во втором случае диаметр ведущего шкива меньше ведомого. Скорость на выходе упадет. Такая передача называется понижающей. Сила при этом увеличится и механизм сможет поднять груз большей массы, чем первый.
3. В третьем случае диаметр ведущего шкива больше ведомого. Скорость на выходе увеличится. Такая передача называется повышающей. Сила при этом уменьшится и механизм сможет поднять груз меньшей массы, чем первый и второй.

Почему так происходит? Любой сложный механизм можно представить через простые механизмы. В данном случае ручка, за которую тянет персонаж и радиус к точке на окружности, которую толкает приводной ремень, образуют рычаг. Посмотрите на следующий рисунок.

Рис. 9.

Короче плечо рычага к нагрузке (радиус шкива) – больше сила, но меньше пройденный путь.

Длиннее плечо рычага к нагрузке (радиус шкива) – меньше сила, но больше пройденный путь.

Эти схемы с понижающей и повышающей ремённой передачей наглядно демонстрируют работу золотого правила механики — за выигрыш в силе приходится платить таким же проигрышем в расстоянии (схема 1) или за выигрыш в расстоянии приходится платить таким же проигрышем в силе (схема 2).

Подставив сюда z3 из (3.25) и z4 из (3.26) и несколько преобразуя, получим:

sin
> –1, (3.28)

откуда
можно найти максимальное количество
сателлитов

k_max=
= . (3.29)

Рис .5. К определению
условия соседства сателлитов

На рис.6. представлены
результаты расчета максимального числа
сателлитов по формуле ( 3.29 ) для передач
с=10…70
при разных значениях
с = 1…4. Как видно из анализа рис.6, с
увеличением передаточного отношения

максимально возможное число сателлитов
уменьшается и, например, для=60
значение “C”
допускается только равным 1 и к_max= 3, а для С
≥ 2 и
≥ 40 возможен только один сателлит, и
водило превращается в кривошип.

Рис.6. Выбор
максимального числа сателлитов для
различных

значений U_пл=10…70
и С=1…4