Общие сведения. Простейшие элементы механических силовых передач —
детали, передающие (например, зубчатые колеса и шестерни, червяки,
звездочки, шкивы, цепи, клиновые ремни, канаты, карданы, валы) и
обеспечивающие (опоры, подшипники, оси, блоки и станины) движение. Одна
или несколько неподвижно скрепленных деталей называются звеном.
Подвижное соединение двух звеньев, накладывающее ограничение на их
относительное движение, называется кинематической парой (передачей ).
В трансмиссиях автомобильных кранов широко применяют зубчатые,
червячные, планетарные, цепные, клиноременные и карданные механические
силовые передачи. Постоянное соединение агрегатов и механизмов передач
или их сборочных единиц и деталей между собой обеспечивается
соединительными муфтами.
Закрытые механические силовые передачи с
постоянным передаточным числом (отношением) называются редукторами. В
трансмиссиях автомобильных кранов редукторы применяют или как
самостоятельные узлы, или как составные части более сложных узлов
трансмиссии крана (например, механизмов). Редуктор обеспечивает
постоянное взаиморасположение элементов передач относительно друг друга,
сохранение смазки, а также предохраняет передачу от механических
воздействий.
В зависимости от типа передачи различают зубчатые цилиндрические и
конические, червячные, планетарные и комбинированные (например,
коническо-цилин-дрические и т. п.) редукторы.
Число механических передач, заключенных в корпусе редуктора, определяет
его ступенчатость. Так, одно-, двух- или трехступенчатый редуктор
содержит соответственно одну, две или три механические силовые
передачи.
В трансмиссиях автомобильных кранов применяют цилиндрические серийно
изготовляемые горизонтальные редукторы и специальные цилиндрическиег
конические, червячные, планетарные и комбинированные редукторы,
изготовляемые непосредственно краностроительными заводами.
В передачах различают ведущее и ведомое звенья. Ведущим называется
звено,
передающее движение, ведомым — звено, получающее движение от ведущего.
Движение от ведущего звена к ведомому может передаваться без
преобразования (изменения) или с преобразованием передаваемых
скоростей и соответствующих им крутящих моментов. Отношение частоты
вращения ведущего звена к частоте вращения ведомого называется
передаточным числом, а величина, обратная передаточному числу, —
передаточным отношением.
Если механическая силовая передача уменьшает частоту вращения ведомого
звена по сравнению с ведущим (передаточное число больше единицы), го
передача называется понижающей, и наоборот, если частота вращения
ведомого звена повышается (передаточное число меньше единицы), то
передача называется повышающей.
Зубчатые передачи состоят из двух зубчатых шестерен. Их применяют
для передачи вращения от ведущего вала к ведомому, когда оба вала лежат
в одной плоскости.
Если валы параллельны друг другу, применяют цилиндрические зубчатые
передачи; если ведущий и ведомый валы расположены под углом друг к
другу, в том числе и перпендикулярно,— конические.
У зубчатых цилиндрических передач (рис. 9,а) шестерни бывают с прямыми
зубьями /, расположенными параллельно образующей цилиндра, косыми 2 или
шевронными 3. В агрегатах и механизмах крана применяют передачи со всеми
типами зубьев. Косые и шевронные зубья обеспечивают плавность работы
передачи, но они сложнее в изготовлении. Кроме того, передачи с косыми
зубьями создают осевые нагрузки на валы или оси, на которые они
насажены. Как правило, косозубые и шевронные шестерни используют в
быстроходных передачах, а прямозубые шестерни в тихоходных передачах и
передачах, где недопустимы ни осевое усилие на вал или ось, ни осевая
игра одной из зубчатых шестерен.
В зубчатых конических передачах (рис. 9,6) применяют прямые, косые или
криволинейные (спиральные) зубья. Косые и особенно спиральные зубья
обеспечивают большую плавность работы передачи, но сложнее в
изготовлении, поэтому их используют значительно реже, чем прямые:
конические передачи со спиральными зубьями устанавливают в главных
передачах базовых автомобилей, а с прямыми зубьями — в остальных
механизмах крана.
Передаточное число зубчатой передачи численно равно отношению числа
зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей шестерни. В трансмиссиях
автомобильных кранов в основном применяют понижающие передачи, поэтому
диаметр ведущей шестерни меньше, чем ведомой. Ведомую шестерню часто
называют зубчатым колесом.
Основными параметрами зубчатых передач являются:
шаг зацепления — расстояние между двумя одноименными точками двух
соседних зубьев, взятое по делительной окружности шестерни или колеса:
модуль зацепления — отношение шага зацепления к числу я;
делительная окружность — окружность, диаметр которой равен
произведению модуля зацепления на число зубьев шестерни или колеса. В
зацеплении могут находиться только шестерни и колеса с одинаковым
модулем (шагом).
Рис. 9. Передачи автомобильных кранов и их
обозначение на схемах:
а — зубчатые цилиндрические с прямыми (/), косыми (2) и шевронными (J)
зубьями, б зубчатая коническая с прямыми зубьями, в — червячная
Червячные передачи применяют для передачи
вращения от ведущего вала ведомому, когда валы лежат в двух взаимно
перпендикулярных плоскостях. Чер-
вячная передача (рис. 9, в) состоит из червяка и колеса с зубьями
соответствующей формы. Если червяк имеет небольшой угол винтовой линии
(не более 4,5°), образуется так называемая самотормоз я-щаяся передача.
В этом случае движение может передаваться только от червяка к колесу.
Такие передачи используют, например, в лебедках кранов, у которых
червячное колесо крепят к барабану лебедки. После прекращения вращения
червяка барабан с червячным колесом не может провернуться под влиянием
подвешенной к полиспасту стрелы.
Червячные передачи обладают низким КПД и быстро изнашиваются, поэтому в
силовых передачах их применяют в исключительных случаях. Передаточное
число червячной передачи равно отношению числа зубьев червячного колеса
к числу заходов на червяке. Как правило, червяк выполняют за одно целое
с ведущим валом. Червячное колесо делают составным: зубчатый обод
(венец) изготовляют из антифрикционного чугуна или бронзы и соединяют
болтами с колесом или непосредственно с барабаном лебедки.
Планетарные передачи отличаются от зубчатых тем, что в них
некоторые колеса (сателлиты) совершают двойное движение: вращаются
вокруг своих осей, укрепленных в водиле, и вместе с ним — вокруг оси
центрального колеса (солнечного колеса), обкатываясь по нему.
Планетарная передача (рис. 10, а) состоит из солнечной шестерни 2,
закрепляемой на ведущем валу 1, трех (или более) сателлитов 4, оси 3
которых установлены на водиле 6, и центрального колеса 5. Обычно
водило закреплено и вращение вала через солнечную шестерню и сателлиты
передается на центральное колесо. Такая планетарная передача может быть
применена в лебедках (центральное колесо соединено с барабаном
лебедки).
Если центральное колесо закрепить (рис. 10,6), движение от вала через
солнечную шестерню и сателлиты будет передаваться их осям, а
следовательно, и водилу. В этом случае центральное колесо называется
опорным. Эта передача может быть использована в механизмах поворота и
передвижения (на водиле за-крепляется шестерня следующей кинематической
пары механизма).
Если солнечная шестерня, центральное колесо и водило не закреплены и
могут вращаться, то такая передача называется дифференциалом (рис.
10,в). Дифференциал обеспечивает ведущим, колесам (через полуоси)
различную частоту вращения.
Зубья зубчатых, червячных и планетарных передач выполнены с
эволь-вентным профилем. При эвольвентном зацеплении профили зубьев,
входящих в зацепление, прижимаются друг к другу в одной точке, поэтому
контактная прочность зубьев не может быть существенно повышена, а само
зацепление весьма чувствительно к неточностям изготовления и
деформациям деталей передачи. Кроме того, при таком зацеплении
сравнительно велики потери на трение.
Советский ученый М. Л. Новиков разработал зацепление (рис. 11), в
котором профили зубьев передач, входящих в зацепление, прижимаются друг
к другу по линиям. Поэтому несущая способность передач с таким
зацеплением при прочих равных условиях в 1,5 — 3 раза выше, чем у
передач с эвольвентным зацеплением.
Рис. 10. Однорядные планетарные передачи с
неподвижным водилом (а) и опорным колесом (б) и шестеренный дифференциал
автомобиля (в):
1 — ведущий вал, 2 — солнечная шестерня, 3 — оси сателлитов, 4 —
сателлиты, 5 — центральное колесо, 6 — водило, 7 — корпус
дифференциала, 8 — шестерни полуосей автомобиля,
9 — крестовина
Цепные и клиноременные передачи применяют в
тех случаях, когда необходимо передать движение между параллельными
валами, расположенными на значительном расстоянии друг от друга.
Рис. 11. Цилиндрическая (а) и коническая (б)
передачи с зацеплением Новикова
Цепная передача (рис. 12,а) состоит из ведущей 1 и ведомой 2 звездочек
и цепи 3. При передаче движения ведомый вал получает вращение в том же
направлении, что и ведущий. В трансмиссиях современных кранов цепную
передачу применяют в механизмах выдвижения секций стрелы для
преобразования вращательного движения ведущей звездочки / (рис. 12,6)
в поступательное движение цепи 3 и выдвижной секции 4. Выдвижная секция
перемещается в том же направлении, в котором вращается ведущая
звездочка.
Для передачи применяю! втулочно-роликовые одно-, двух-, трех- и четырех-
и клиновых ремней одинаковой трапецеидальной формы, благодаря чему
достигается высокое сцепление ремня со шкивами.
Клиновые ремни изготовляют бесконечными из резины с кордом из
нескольких слоев ткани. Применяют также ремни с зубьями по внутренней
или наружной поверхностям, которые обладают большей гибкостью, их
используют при малых диаметрах шкивов передачи. Передаточное число
клиноременной передачи равно отношению диаметров ведомого и ведущего
шкивов. Число ремней в пере-рядные (рис. 13,я) цепи. Во
втулочно-ро-ликовой цепи (рис. 13,6) втулка 1 закреплена в пластинах 2.
Пальцы 5 проходят через втулки и закрепляются в пластинах 3. При
набегании цепи на звездочку между пальцем и втулкой образуется трение.
Большая поверхность соприкосновения пальца и втулки снижает удельное
давление и увеличивает срок службы цепи. На втулку свободно посажен
ролик 4, что также уменьшает ее износ и увеличивает срок службы. Шагом
зацепления t здесь называется расстояние между двумя соседними пальцами
цепи.
Клиноременная передача (рис. 14) состоит из ведущего 1 и ведомого
шкивов и клиновых ремней 2. Поперечные сечения канавок-желобков шкивов
даче зависит от передаваемой мощности и может доходить до четырех.
В автомобильных кранах клиноре-менные передачи используют для привода
генераторов (электрические краны СМ К-10 и СМ К-101) и компрессоров.
Необходимое натяжение ремней обеспечивают передвижением генератора или
компрессора, установленного на салазках или поворотной плите. Если
положение валов передачи должно оставаться неизменным, применяют
натяжные ролики, но они снижают долговечность ремней
Рис. 12. Цепные передачи между двумя параллельными
валами (а) для преобразования вращательного движения в поступательное
(б) и их
обозначение на схеме (в): 1,2 — ведущая и ведомая звездочки, 3 — цепь, 4
— выдвижная секция стрелы
Рис. 14. Клиноременная передача(а)и
ее обозначение на схемах (б):1—ведущий
шкив, 2 — клиновые ремни
Карданные передачи передают вращение от
ведущего вала ведомому, когда оба вала расположены под углом друг к
другу. Карданные передачи в приводах исполнительных механизмов широко
используют для соединения механизмов крана. Так, на кранах КС-2561Д и
КС-2561К с механическим приводом посредством карданных передач
приводятся в движение грузовая и стреловая лебедки, а на кранах КС-4561А
с электрическим приводом — генераторы.
Карданная передача состоит из карданных валов, карданных шарниров и
промежуточных опор. Различают карданные передачи с жестким карданным
шарниром и шарниром равных угловых скоростей.
Жесткий карданный шарнир (рис. 15,а) состоит из двух вилок 8 и 4,
крестовины 6, установленной шипами в четырех игольчатых подшипниках, и
пластин 77 и 72. Вал вместе с шарнирами динамически балансируют,
приваривая пласги-ны 10. Обе вилки одного вала должны лежать в одной
плоскости, что обеспечивается совмещением стрелок, нанесенных на вал и
на вилку. Иглы 2 подшипника заключены в стакан 7, укрепленный на вилке 8
пластиной 11 или стопорным кольцом. Шип в стакане уплотнен пробковыми и
войлочными сальниками 3. Смазываются подшипники через масленку 7. Чтобы
сальники не пробивались смазкой, на крестовине установлен
пре-юхранительный клапан 5.
Недостатки жесткого кар/данного шарнира — неравномерность вращения и
сравнительно небольшой угол (до 24°), при котором можно передавать
крутящий момент. Там, где необходимо обеспечить равномерность вращения
и пере-дачу крутящего момента под большим углом, применяют карданные
шарниры равных угловых скоростей (например, в передних ведущих мостах
базовых автомобилей).
Шарнир равных угловых скоростей (рис. 15,6) состоит из двух фасонных
вилок 13 и 15 с овальными делительными канавками. Вилки изготовлены
заодно со шлицованными наконечниками 16 и 18 и центрируются с помощью
сферических торцовых углублений шариком 14, который фиксируется
шпилькой 77, закрепленной штифтом 20. В делительные канавки вилок
заложены шарики 79, передающие усилие от ведущей вилки ведомой. Шарик
14 не позволяет шарикам 19 выкатиться из канавок.
Делительные канавки овальной формы, при которой шарики 19 независимо от
угловых перемещений вилок всегда располагаются в плоскости, делящей по-
полам угол между осями вилок. Благодаря этому обеспечивается
равномерность вращения валов. Движение от ведущего вала ведомому
передается с равной угловой скоростью под углом до 35°.
Наконечники входят в зацепление с внутренними шлицами карданных валов,
что позволяет автоматически установить необходимую длину передачи при
изменении угла передачи вращения.
Соединительные муфты. В трансмиссиях
автомобильных кранов широко применяют глухие соединительные муфты,
обеспечивающие работу составного вала как цельного, и подвижные,
обеспечивающие некоторую подвижность двух частей составного вала
относительно друг друга.
Глухие муфты изготовляют продольно- или поперечно-свертными; в
трансмиссиях автомобильных кранов, как правило, применяют последние.
По-перечно-свертная муфта (рис. 16, а) состоит из двух полумуфт 7 и 3,
выполненных в виде фланцев со ступицами. Полумуфты устанавливают на
валах на шпонках или шлицах и соединяют между собой болтами 2.
Подвижные муфты подразделяют на жесткие и упругие.
Жесткие муфты в трансмиссиях автомобильных кранов применяют цепные, с
металлическим подвижным элементом, крестово-шарнирные и зубчатые.
Цепная муфта (рис. 16,6) состоит из двух полумуфт 7 и 3, выполненных в
виде звездочек и закрепленных на концах соединяемых валов. На звездочки
надета соединяющая их однорядная втулочно-роликовая цепь 4. Благодаря
некоторому зазору между зубьями звездочек и роликовой цепью и
деформации самой цепи допускается некоторый перекос соединяемых валов.
Для уменьшения износа зубьев звездочек и роликовой цепи муфта заключена
в специальный, заполненный смазкой кожух, который вращается вместе с
муфтой.
Муфта с промежуточным металлическим подвижным элементом (рис. 16, в)
состоит из двух полумуфт 7 и 3 с торцовыми пазами прямоугольного
профиля и промежуточного диска 5 с выступами того же профиля, что и пазы
полумуфт. Выступы расположены по обеим сторонам под прямым углом один к
другому. Конструкция муфты допускает только радиальное смещение осей
валов при сохранении их параллельности. Для обеспече-ния правильной
работы муфты (работа без перекосов при зазоре между полумуфтами и
промежуточным диском ОД—0,2 мм) в механизмах, валы которых она
соединяет, устанавливают регулировочные шайбы и прокладки.
Крестово-шарнирная муфта представляет собой карданный шарнир (см. рис.
15) и компенсирует перекос осей соединяемых валов.
Зубчатая муфта (рис. 16, г) состоит из двух зубчатых втулок 6 и 7 7,
зубья которых эвольвентного профиля, и обоймы 8, входящей в зацепление
с втулками. Втулка 77 установлена на валу на шпонке или шлицах и
укреплена шайбой 9, а втулка 6 — на шлицах второго вала. Чтобы обойма не
вышла из зацепления с втулками, с обеих ее сторон установлены кольца 7
и 70. Для уменьшения износа зубьев и бесшумности работы внутреннюю
полость муфты заполняют смазкой.
Зубчатые муфты, допускающие небольшие поперечные, продольные и угловые
смещения одного вала относительно другого, применяют для соединения
валов электродвигателей и лебедок с входными и выходными валами
редукторов. Муфта, показанная на рис. 16, г, неразъемная; у разъемной
обойма выполнена из двух полуобойм, соединяемых болтами. Обе полуобоймы
центрируют специальным кольцом.
Упругая пальцевая муфта с промежуточным неметаллическим кольцом (рис.
16, д) состоит из двух полумуфт 7 и 3, соединенных между собой пальцами
14. Пальцы (шесть штук) закреплены в полумуфте 7 гайками 72 с шайбами.
На пальцах посажены резиновые вкладыши 13.
Упругими муфтами соединяют валы гидро- и электродвигателей с входными
валами редукторов, причем ведомая полумуфта одновременно является и
тормозным шкивом.