Projektowanie Systemów

Elektromechanicznych

Przekładnie

dr inż. G. Kostro

Przekładnie

• Zębate:

– Proste;

– Złożone;

– Ślimakowe;

– Planetarne.

• Cięgnowe:

– Pasowe;

– Łańcuchowe;

– Linowe.

Przekładnie

• Hydrauliczne:

– Hydrostatyczne;

– Hydrokinetyczne – podstawą działania jest wykorzystanie energii kinetycznej płynu. Stosowane w automatycznych skrzyniach biegów. Charakteryzują się stosunkowo niską sprawnością i możliwością przeciążenia bez niebezpieczeństwa przeciążenia układu napędowego.

Przekładnie zębate

Zalety:

• Łatwość wykonania;

• Stosunkowo małe gabaryty;

• Stosunkowo cicha praca – przy

odpowiednim smarowaniu;

• Duża równomierność pracy;

• Wysoka sprawność (do 98%)

Przekładnie zębate

Wady:

• Stosunkowo niskie przełożenie dla

pojedynczego stopnia;

• Sztywna geometria;

• Brak naturalnego zabezpieczenia przed

przeciążeniem.

Przekładnie zębate - podział

Ze względu na umiejscowienie zazębienia

• Zazębienie zewnętrzne;

• Zazębienie wewnętrzne.

Rodzaj ruchu:

• Przekładnia obrotowa;

• Przekładnia liniowa.

Przekładnie zębate - podział

• Wzajemne usytuowanie osi obrotu

• Przekładnia czołowa:

– Walcowa;

– Stożkowa.

• Przekładnia śrubowa:

– Ślimakowa;

– Hiperboloidalna.

Przekładnia prosta

Przełożenie przekładni

2

1

i

2

1

n

ni

1

2

d

di

Wprowadzając pojęcie średnicy podziałowej, modułu oraz

podziałki zęba

mzp

zd 1

2

z

zi

Przełożenie przekładni prostej wielostopniowej:

nnn iiiii ,14,33,22,1,1

Parametry przekładni

Przekładnia ślimakowa

Przekładnia ślimakowa ma zastosowanie

wszędzie tam, gdzie istotne są zarówno

duże przełożenie jak i możliwość

napędzania jedynie z jednej strony przy

samohamowności z drugiej.

Przekładnia ślimakowa Ślimak - stal hartowana

Ślimacznica –

żeliwo lub brąz

Przekładnia ślimakowa -

obliczenia

)(

tg

tg

tg

tg )(

γ – kąt wzniosu gwintu

ς – „kąt tarcia”, taki że

współczynnik µ=tgς

Elementem napędzającym jest

ślimak

Elementem napędzającym jest

ślimacznica

Samohamowność, gdy: γ < ς, η < 0

Zastosowanie

• Mechanizm naciągu strun w instrumentach

strunowych, takich jak gitara, skrzypce, pianino;

• Przełożenia w napędach mechanicznych, np.

ruchomy stół do frezarki, podajniki taśmowe;

• Redukcja obrotów, np. układ napędowy kosiarek;

• Samohamowne przełożenia mechanizmów małej

mocy, np. elektrycznie opuszczane szyby w

samochodzie,

• napęd wycieraczek samochodowych

Przekładnia planetarna

(obiegowa)

• Koło zębate wewnętrzne (centralne) z

uzębieniem zewnętrznym;

• Satelity połączone jarzmem (2, 3 lub 4);

• Koło zębate zewnętrzne z uzębieniem

wewnętrznym.

Przekładnia planetarna

Przekładnia planetarna

(obiegowa) Koło zębate zewnętrzne

satelita

Koło zębate wewnętrzne

(słoneczne)

Ruchome jarzmo

Przekładnia planetarna -

przełożenie

Prędkość liniową „V” w ruchu płaskim

dowolnego punktu „A” ciała poruszającego

się ruchem obrotowym z prędkością kątową

„ω” względem nieruchomego w danej chwili

punktu „B” można policzyć jako iloczyn

prędkości kątowej „ω” i odległości „r”

pomiędzy punktami „A” i „B”

• Metoda chwilowego środka obrotu

Przekładnia planetarna -

przełożenie

j

ji

13

,1

Względem punktu C

22 rvB

22 2rvA

BA vv 2

Przekładnia planetarna -

przełożenie

Względem punktu O

)( 21 rrrv jjjB

11 rvA wiedząc, że: BA vv 2

)(2 2111 rrr j

Przekładnia planetarna -

przełożenie

1

211 22

r

rr

j

213 2 rrr

1

3

1

31

1

3113

,1 1z

z

z

zz

r

rri

j

j

ostatecznie:

Przekładnia planetarna -

przełożenie

• Metoda „myślowego unieruchomienia

jarzma”

b

ca

c

ba ii ,, 1

1

3

2

3

1

23,22,13,1

3

,1 1111z

z

z

z

z

ziiii jjj

j

Przekładnia planetarna -

zastosowanie • Mechanizm różnicowy

• Równomierne

obciążenie kół

• Zablokowane

jedno z kół

Przekładnia planetarna -

zastosowanie • Przekładnie w turbinach

Przekładnia planetarna -

zastosowanie • Urządzenie rozdziału mocy (Power Split Device) -Toyota Prius

• ICE – silnik spalinowy,

połączony z jarzmem;

• MG1 – silnik elektryczny

– połączony z kołem

centralnym;

• MG2 – silnik elektryczny

połączony z kołem

zewnętrznym i napędem

kół

Stany pracy Power Split Device

• Praca silnika spalinowego z maksymalną

sprawnością;

• Sterowanie prędkością samochodu poprzez

zmianę prędkości silników elektrycznych;

• Działanie silnika MG1 jako rozrusznika;

• Zamiana energii mechanicznej ICE na energię

elektryczną w MG1 i MG2;

• Osiąganie dużych mocy przy jednoczesnym

włączeniu ICE, MG1 i MG2.

Przekładnie cięgnowe

Przekładnia pasowa

Zalety:

• Łagodzenie gwałtownych zmian obciążenia;

• Tłumienie drgań;

• Zabezpieczenie zespołów napędowych

przed nadmiernym przeciążeniem;

• Prostota, niskie koszty wytwarzania;

• Mała wrażliwość na dokładność

wzajemnego ustawienia osi

Przekładnia pasowa

• Wady:

• Mała zwartość;

• Duże siły obciążające wały i łożyska –

naciąg pasów;

• Niestałość przełożenia – poślizg pasów.

Sprawność: =0,95-0,96

- tarcie koło-pas, tarcie wewnętrzne, opory

aerodynamiczne

Przekładnia pasowa Mocowanie koła:

• Bezpośrednie

• Specjalne podpory

Pozorny współczynnik

tarcia:

β – kąt rozwarcia rowka

na kole: 34̊, 36̊, 38̊

Przełożenia: i = 1,2-6 (max. 10)

Liczba pasów przekładni:

• z = 1-5 (max. 8)

Duża liczba pasów:

• Mała zwartość przekładni

• Nierównomierne

przenoszenie obciążenia

• Duże prawdopodobieństwo

uszkodzenia przekładni

Przekładnia pasowa Typy pasów:

• Pasy zwykłe:

• A, B, C, D, E, 20, 25;

• Pasy specjalne:

• HZ, HA, HB, HC,

HE, H20, H25

Przekładnia pasowa - schemat

Przekładnia pasowa - obliczenia 1. Wstępny dobór przekroju pasa, średnicy

mniejszego koła (najmniejsze w danym

typoszeregu, ze względu na zwartość

przekładni)

2. Obliczenie prędkości obwodowej na

średnicy skutecznej

2

pdv

Przekładnia pasowa - obliczenia

Przekładnia pasowa - obliczenia

• Obliczenie przełożenia i średnicy

skutecznej drugiego koła:

2

1

2

1

1

2

n

n

d

di

p

p

• Obliczenie średnicy równoważnej koła

mniejszego:

11 KdD pe

Przekładnia pasowa - obliczenia

Przekładnia pasowa - obliczenia

• Odległość międzyosiowa a:

)(502

21

21

pp

ppdda

dd

• Długość pasów:

cos2)(1802

21

21

add

ddL pp

pp

p

Przekładnia pasowa - obliczenia

a

dd pp

2sin

12 21801

• Dobrać znormalizowaną długość pasa Lp

• Wynikowa odległość międzyosiowa:

cos2

)(1802

21

21

pp

pp

p dddd

L

a

Przekładnia pasowa - obliczenia

• Sprawdzenie przenoszenia mocy

T

L

k

kkNzN

1

N1 – moc przenoszona przez jeden pas dobierana na podstawie średnicy

równoważnej i prędkości obwodowej;

kL – liczba uwzględniająca zmienność obciążeń pasa zależna od jego

długości;

kφ – liczba zależna od kąta opasania;

kT – liczba uwzględniająca warunki i liczbę godzin pracy pasa klinowego.

Przekładnia pasowa - obliczenia

• Liczba pasów:

kk

kNz

L

T

Wariatory – pasy płaskie, stożkowe koła; pasy

klinowe, koła o zmiennej średnicy skutecznej;

płynna i skokowa zmiana przełożenia.

Wielokrążki

• Wielokrążek prosty;

• Wielokrążek potęgowy;

• Wielokrążek różnicowy

Wielokrążek prosty

Wielokrążek zwykły

• Siła niezbędna do uniesienia ciężaru Q:

wkzk

QP

)1(

1

k

k

wkz

Wielokrążek potęgowy

wkp

n

QP

2

n

wkp )2

1(

Wielokrążek różnicowy

QR

rRP

wkr

2

))1(2,099,001,1(2

))(1(

R

rR

rRwkr