Рассылка закрыта
При закрытии подписчики были переданы в рассылку "Очевидное-Невероятное" на которую и рекомендуем вам подписаться.
Вы можете найти рассылки сходной тематики в Каталоге рассылок.
| ← Декабрь 2001 → | ||||||
|
1
|
2
|
|||||
|---|---|---|---|---|---|---|
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
|
10
|
12
|
13
|
15
|
16
|
||
|
17
|
18
|
19
|
21
|
22
|
23
|
|
|
24
|
25
|
26
|
29
|
30
|
||
|
31
|
||||||
Статистика
-2 за неделю
Технические фантазии в реальном воплощении # 32
Код tech.tft
Выпуск № 32.
Автор и ведуший Cesiy
Механические передачи и передаточные числа.
Малогабаритные редукторы
Одноступенчатые конструкции.
Новогодние Поздравления с Наступающим Веселым Праздником! В широком смысле слова и исключительно Всем! Человеческих, жизненных и технических удач Вам! Пусть 2002-й усилит положительное человеческое взаимодействие и принесет много новых таких
приятных
достижений,
удовольствий
и
удовлетворений!
Может быть, это будет желаемо воспринято,
мечты осуществятся, а многие жизненные
и человеческие цели будут достигнуты,
и останутся такие, за которыми ещё нужно стремиться,
чтобы не потерять ускорение движения и лучшие
будущие возможности.
2001-му отданы прошлые силы, накоплена будущая энергия, хорошо, если ОНА пойдёт наилучшим образом. Ваш Cesiy.
1. Введение.
Внутри темы "зарыты" (будут открыты) некие принципы, просто так природой не открываемые.
И будет присутствовать, возможно, всесторонний интерес, и, может быть, полезность, рассмотренная с некоторых частных точек зрения. Это достаточно узкая область техники - область механических передач. Если влезть поглубже, там много интересного и мудрого. Много людей бились не одну сотню лет, чтобы достичь своей мечты, понять и выполнить конструкцию так, что она на следующую сотню лет напоминает, что были и мысли, и великие люди. Их многими великими плодами мы пользуемся до сих пор.Они вокруг нас, со всех сторон.
2. Механические передачи.
Сказать просто - сделать гораздо труднее. Потому что вращение не "пустое", а с передачей мощности и нагрузки.
Значит, для этого нужны зубчатые колеса. На первый взгляд ничего особенного. На самом деле построить зубчатое колесо - вновь целая наука. Профиль зуба зубчатого колеса очерчивается по эвольвенте, только тогда он и мощность передает, и не проскальзывает, обкатывается, зацепляется, и много других моментов. Написаны тома учебников, теорий, методик, справочников, существуют институты и кафедры данного профиля.
Потому что машиностроительная промышленность во всю и, может быть, с пользой применяет эти редукторы и механические передачи.
В них - ряд передаточных ступеней. Не получается (конструктивно) в одной ступени выполнить передаточное отношение таким, чтобы замедление оказалось достаточным. Приходится (по ряду практических соображений) делать редукторы многоступенчатыми. В каждой ступени своё передаточное отношение. Их сумма (вернее, произведение) определяет общее замедление. Там ещё нужны валы, подшипники, межосевые расстояния, корпус, смазка, соответствующие материалы, и конструкция, и технология выполнения, и прочее.
3. Модификации передач.
A. Волновые зубчатые передачи содержат внутреннюю гибкую зубчатую оболочку, изогнутую овально под действием двух разжимающих роликов, обкатываемую по жесткому зубчатому венцу внутреннего зацепления, поэтому возможно и конструктивно рационально осуществить разницу в числах зубьев, равную 2.
Формула передаточного отношения
z1
i = --------------- ...................... (1),
z2 - z1
где i - передаточное отношение, z1 - число
зубьев внутренней гибкой оболочки, z2 - число зубьев жесткого зубчатого
венца внутреннего зацепления.
При z2 - z1 = 2 , и, например, z1 = 100 , получаем, что
передаточное отношение одной ступени i = 50. Это значительное отношение
для одной ступени. Конструкция передачи получается компактной, легкой,
достаточно простой. Такой редуктор легко справляется с задачей понижения
скорости вращения, обеспечивает оптимальное решение при условиях компактности.
Надо добавить, что модуль зубьев (m) волновой
зубчатой передачи может быть весьма малым, например, 0,1 - 0,3, - то есть
с очень мелкими, почти невидимыми зубьями. Однако зона зацепления зубчатых
колес внутреннего зацепления при малой разнице в диаметрах значительная,
поэтому реализуется возможность передачи увеличенной мощности при малых
модулях зубьев.
Так,
этот принцип был реализован в 4-х колесной тележке лунохода, в каждом
колесе которой "сидел" легкий волновой зубчатый редуктор с приводом от
электродвигателя, управляемого центральным компьютером.
B.
Принцип
одноступенчатого редуцирования
числа оборотов быстроходного входного
вала осуществлен также в другой зубчатой передаче. Она внутреннего зацепления
с жесткими зубчатыми венцами. Её формула передаточного отношения равна
формуле (1), однако, как возможность конструкции, так и возможность осуществления
z2
- z1 = 1, приводят в ней
при z1 = 100 к получению еще более
"сильных" относительных эффектов: i = 100 (!), проще и надежнее конструкция,
зона зацепления "прочнее" и ещё раз увеличена. Её кинематическая схема
подобна,
приведенной ниже на рис. 1. Надо сказать, что такая передача выполнена,
практически опробована и показала замечательные
результаты. Однако в ней есть конструктивные
особенности.
Здесь
нужно остановиться, взять тайм-аут, рассмотреть сначала подраздел С
с тем, чтобы продолжить несколько позже, накопив дополнительную информацию,
облегчающую последующее понимание.
C.
Совсем мало известные передачи - это фрикционные,
построенные по принципу B. Собственно,
о них, в основном, и речь. Они обладают не только возможностями, отмеченными
в пунктах
A и B,
но и дополнительными "своими" важными свойствами.
Здесь
нужно отметить, что "неспециалистам" по разряду зубчатых и фрикционных
передач, может показаться, что я привожу здесь ненужные и, может быть,
сложные рассуждения. Ниже, на мой взгляд, будет всё понятно.
4. Кинематические схемы.
Её вид необычный. Однако каждый элемент что-то отражает. Сначала нужно ознакомиться с её составом.
На рис.1 показаны: корпус (или основание) 1, внутреннее колесо 2 с наружным рабочим контуром, эксцентриковые оси 3, пластины 4 с внутренним рабочим контуром, зона 5 пластины и зона 6 колеса, очерченные по окружности. Кроме того, показаны: зона сцепления S, диаметр D1 наружного контура колеса, диаметр D2 внутреннего рабочего контура пластины, ось вращения О1 внутреннего колеса, центр О2 внутреннего рабочего контура пластины, радиус эксцентриков R и диаметр их окружности d. Пластин всего две: ближняя к нам +F1, за ней (не видно) -F1. Положение оси О1 и центра О2 такие, что они сдвинуты на величину R.
Пока вряд ли что понятно. Чтобы схему передачи представить легче, нужно посмотреть также её вид по рис.2, который приведен ниже. Теперь двигаемся дальше, описывая некоторые подробности (см. рис.1). Пластина 4 (+F1) укреплена на эксцентриках 3, а их оси удерживаются относительно корпуса (основания) 1. При синхронном вращении эксцентриков в одну и ту же сторону все точки пластины получают поступательное (!) движение по окружности диаметром d. Значит, любая точка внутреннего рабочего контура пластины тоже движется по таким же окружностям. Больше никаких хитростей нет. По виду, пластина "колеблется" с частотой вращения эксцентриков. Помещено колесо 2 внутри её "дыры" или нет - пока неважно.
Если теперь относительно оси вращения О1 вдвинуть в "дыру" колесо 2, так чтобы произошло соприкосновение в зоне S колеса 2 с "колеблющимся" контуром пластины 4, внутренний контур пластины диаметром D2 потащит наружный контур колеса диаметром D1 в сторону, противоположную направлению вращения эксцентриков (!). Разность диаметров соприкасающихся контуров при их взаимодействии заставит косесо 2 вращаться вокруг оси О1 со скоростью, замедленной относительно скорости вращения эксцентриков, в i раз.
Формула передаточного отношения очень похожа на формулу (1), она той же сути:
D1
i = ---------------------- ...............................(2),
D2 - D1
а обозначения совпадают с приведенными на кинематической схеме
по рис.1.
Как видно, можно
представить упрощенно и эквивалентно схему так, что колесо 2 диаметром
D1, вращается от мнимого колеса диаметром
d, замедляясь в число раз, равное отношению D1/d (и соответственно направлениям
вращений при наружном зацеплении).
Пора показать рис.2. Он
перед вами - в поперечном разрезе показана механическая фрикционная передача,
обладающая многими замечательными особенностями.
Рис.2.
По рис.2 ещё раз видно,
что конструктивно построить передачу достаточно просто.
| Данные выпуски рассылок относятся к "Техническим фантазиям в реальном воплощении" в разных областях человеческих (и природных) знаний, поэтому обычные механические передачи рассматривать здесь не имеет смысла. Рассматриваются необычные. Именно те, которые воплощают цели и задачи преобразований в наиболее удобном, новом, самом интересном и, одновременно, рациональном виде. Чтобы выбраться, например, из тупика практической механики (и мысли). |
Кроме того, здесь же показаны упругие элементы 7, обеспечивающие плотное прилегание поверхностей 6 и 5 друг к другу. Величина радиусов параллельных кривошипов (эксцентриков) выполнена большей, чем величина разности радиусов отверстий пластин и поверхности колеса (для осуществления непрерывного и плотного "бегущего" контакта). Сборка передачи осуществляется при статическом удержании пластин в каком-то противофазном положении.
Внутри колеса 2 установлено термоустройство 8, служащее в необходимых случаях для настройки (!) передаточного отношения.
5. Некоторые параметры передач.
Например, если число оборотов электродвигателя привода эксцентриков n1 = 6000 об/мин, диаметр D1 = 120 мм, диаметр D2 = 120,2 мм, - по формуле (2) получаем i = 120/0,2 = 600. Тогда скорость вращения вала колеса 2 будет n2 = n1/600 = 6000/600 = 10 об/мин.(в 600 раз меньше!). И это в одной ступени!
Или, если число оборотов на входе в редуктор будет несколько меньше, и равно, например, 3600 об/мин, на выходном валу получим при тех же условиях n2 = n1/600 = 3600/600 = 6 об/мин, то есть 6/60 = 0,1 об/сек.(нужно ждать 10 секунд, чтобы произошел 1 оборот).
Получаются неимоверно большие передаточные числа и очень малые числа оборотов на выходном валу (при высокооборотных электродвигателях привода). Соответственно (в большой степени) увеличивается крутящий момент.
Здесь же можно отметить величину эксцентриситета. Он в данном случае равен 2R/2 = 0.1 мм ! и почти незаметен. Изготовленные эксцентрики "смотрятся" как обычный вал. При их работе колебания пластин тоже незаметны. Видно только, что они, пластины не фокусируются, как бы расплываются.
Снижая диаметр колеса D1, например, в 2 раза, при том же эксцентриситете получим уменьшение передаточного отношения в 2 раза. Действительно, если диаметр D1 = 60 мм (диаметр D2 = 60,2 мм), по формуле (2) будем иметь i = 60/0,2 = 300.Скорость вращения вала колеса будет соответственно 20 об/мин. Однако при этом размер редуктора уменьшается тоже в 2 раза, и может находиться теперь в пределах прямоугольника в габарите 80 х 100 мм! В размере компьютерной дискеты по площади, и двух её размеров по толщине ! Получается очень компактный редуктор. И передаточное отношение в нём 300.
Если оно чрезмерно, как его снизить, теперь известно. При этом вновь получаем уменьшение габаритов, вплоть до размеров монеты.
Другой опыт общеизвестен. Если на вращающемся диске, катящемся по опоре и опирающемся на неё, применено болтовое соединение, оно обязательно будет отвертываться (через несколько циклов качения). Это действие формулы (2)!. Получается, что зазор в соединении настолько мал, что создается редуктор с огромным передаточным отношением. Это зародыш редуктора, только что описанного. Создается огромный крутящий момент, который медленно, но верно, соединение разъединяет.
Ещё одно "действие". С течением времени по "неизвестным" причинам передаточное отношение редуктора начинает постепенно расти. Оказалось, что вследствии нагрева увеличивается диаметр колеса. Тогда соотношение диаметров D1 и D2 изменяется, их разность уменьшается и ...передаточное отношение увеличивается. Такой "эффект" нашел применение, был построен вариатор, в котором колесо нагревалось электрическим током, и можно было регулировать скорость выходного вала. На рис.2 показано, что колесо 2 имеет электронагрев.
Другие конструктивные моменты. Пластин с рабочим внутренним контуром должно быть две (+F1 и -F1). Изготавливаются они одновременно и совместно, так чтобы все их размеры оказались практически одинаковыми. Они укрепляются на эксцентриках для работы в противофазе - тогда при работе на любой скорости вибрации компенсируются и на корпус не передаются. Кроме того, появляются две зоны контакта S, что увеличивает нагрузочную способность (и симметрирует её).
Для придания (или увеличения) усилий контакта между двумя соприкасающимися металлическими поверхностями пластин и колеса эксцентрики относительно пластин устанавливаются пружинно. Для этого могут быть применены различные методы.
И ещё одно важное дополнение. Соприкосновение двух поверхностей, очерченных по окружностям, при их внутреннем зацеплении и малом отличии в диаметрах, создает значительную зону их контакта, что в этих условиях приводит к увеличению нагрузочной способности фрикционной передачи.
Ещё одно замечание в пользу фрикционного варианта редуктора. Оно состоит в том, что его изготовление в данном варианте намного проще и дешевле зубчатых форм, в том числе по указанным пунктам (схемам) А и В.
Возможны множественные варианты, имеющие некоторые частные отличия от схем по рис.1 и 2. Так, например, пластины и их рабочие контуры могут быть выполнены разрезными - принцип редукции при этом не нарушается. При этом каждая из двух пластин может быть конструктивно улучшена и дополнена.
Есть весьма особое применение описанных кинематических схем передач, уходящее в другую область механики. Оно найдется вами самими при испытаниях построенного макетного образца.
Динамика работы двух параллельно установленных пластин на эксцентриках происходит также, как и в кривошипно-шатунном механизме, то есть по кинематической схеме, эквивалентной плоскому параллелограмму, в котором пластины (шатуны) движутся поступательно, однако если приводной электродвигатель соединен только с валом одного эксцентрика, возможен вход в режим антипараллелограмма и заклинивание редуктора. Во избежание такой ситуации необходима установка третьего эксцентрика, не лежащего на линии двух других. Особых трудностей это не представляет.
Как видно, передаточное отношение зависит только от диаметров соприкасающихся рабочих профилей и их соотношения. При постоянном эксцентриситете пластины могут иметь несколько внутренних профилей различного диаметра. В контакт с ними могут входить соответствующие профили колес. Поэтому при одном и том же механизме параллельных пластин можно получить несколько выходных валов с различными скоростями вращения. Можно осуществить их выбор и ввод в контакт во время работы механизма параллельных пластин, с тем чтобы получить желаемое передаточное отношение.
Можно добавить, что редукторы выдерживают режимы мультипликатора.
Следующие пункты (7, 8 и 9), заключительные, не очень принципиальные,
не уместились. Они "придут" совсем скоро.
Sapienti
Sat!
Предыдущие выпуски содержали:
- № 29 - Индивидуальный летательный аппарат (с активным участием пилота),
- № 30 - Пушкин в экспоненте (аналитический метод),
№ 31 - Расстояние между оптическими осями глаз (можно ли измерить его самому?).
Ведущий и автор Cesiy
Архив Рассылки
***
| http://subscribe.ru/
E-mail: ask@subscribe.ru |
Отписаться
Убрать рекламу |
| В избранное | ||
