Методическое пособие 589
.pdfВ.А. Нилов Ю.Б. Рукин Р.А. Жилин В.В. Гудков
ДЕТАЛИ МАШИН И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ
Часть II
Учебное пособие
Воронеж 2005
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Воронежский государственный технический университет
В.А. Нилов Ю.Б. Рукин Р.А. Жилин В.В. Гудков
ДЕТАЛИ МАШИН И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ
Часть II
Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия
Воронеж 2005
2
УДК 621.81(075.8)
Детали машин и основы конструирования: Учеб. пособие: Ч. 2. / В.А.Нилов, Ю.Б.Рукин, Р.А.Жилин, В.В.Гудков. Воронеж: Воронеж. гос. техн. ун-т, 2005. 92 с.
В учебном пособии рассмотрены вопросы расчета и конструирования типовых деталей машин. Особое внимание уделено освещению вопросов, связанных с применением деталей при конструировании роботов.
Издание соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 220400 «Мехатроника и роботехника», специальности 220402 «Роботы и робототехнические системы», дисциплине «Детали машин и основы конструирования».
Учебное пособие подготовлено на магнитном носителе в текстовом редакторе MS WORD 2000 и содержится в файле Конспект ДМ РС-2.doc.
Ил. 59. Библиогр.: 5 назв.
Научный редактор канд. техн. наук, доц. Б.Б. Еськов Рецензенты: кафедра дорожных и строительных машин
ВГАСУ (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. П.И. Никулин); д-р физ.-мат. наук, проф. В.Н. Нечаев
Издаѐтся по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета
Нилов В.А., Рукин Ю.Б., Жилин Р.А., Гудков В.В., 2005 Оформление. Воронежский государст-
венный3 технический университет, 2005
ЛЕКЦИЯ 11. ПЕРЕДАЧИ (ОБЩИЕ ВОПРОСЫ)
Учебные вопросы
1.Назначение и классификация передач;
2.Основные кинематические характеристики передач;
3.Передачи с постоянным передаточным числом;
4.Передачи с переменным передаточным числом.
5.Зубчатые передачи. Классификация;
6.Материалы и нормы точности зубчатых колес;
7.Геометрия и основные кинематические зависимости зубчатых колес;
8.Методы изготовления зубчатых колес.
11.1. Назначение и классификация передач
Механическими передачами называются механизмы, передающие энергию от двигателя к рабочим органам машины. При этом, как правило, происходит преобразование скоростей, сил и моментов, а иногда характера и закона движения.
Применение в машинах передач обусловлено следующими причинами:
1)требуемые скорости рабочих органов машины отличаются от скоростей стандартных двигателей;
2)двигатели, как правило, имеют равномерное вращение ведущего звена, а в машинах требуется возвратнопоступательное движение или движение с заданным законом движения;
3)необходимостью регулирования скорости рабочего органа машины.
В современном машиностроении наряду с механическими передачами широко применяются электрические, гидравлические, пневматические и комбинированные передачи.
В курсе «Детали машин и основы конструирования» рассматриваются лишь механические передачи для равномерного вращательного движения.
3
11.2. Классификация передач
Механические передачи вращения различаются:
А. По принципу действия.
–фрикционные – действующие за счет сил трения, создаваемых между элементами передач;
–зацеплением (давлением)– работающие в результате возникновения давления между зубьями, кулачками или другими специальными выступами на деталях.
Как фрикционные, так и зубчатые передачи могут быть выполнены с непосредственным контактом ведущего и ведомого звеньев или посредством гибкой связи – ремня, цепи.
Б. По характеру изменения скорости
–понижающие (редукторы);
–повышающие (мультипликаторы).
В. По взаимному расположению валов в пространстве
–с параллельными валами;
–с пересекающими валами;
–с перекрещивающимися валами
Г. По характеру движения валов
–простые;
–планетарные.
Д. По числу отдельных передач
–одноступенчатые;
–многоступенчатые.
Е. По конструктивному оформлению
–открытые (не имеют общего корпуса)
–полузакрытые, смонтированные в легкий защитный кожух, который не выполняет силовых функций;
–закрытые, заключенные в общий прочный и жесткий корпус, объединяющий все подшипниковые узлы и выполняющий силовые функции.
4
11.3. Основные кинематические характеристики передач
При равномерном вращательном движении тела его любая точка имеет постоянную угловую скорость:
const t
где φ – угол поворота; t – время поворота.
Скорость вращения характеризуется также частотой вращения «n» (об/мин).
φ = 2πn → ω = |
2 n |
|
2 n |
|
n |
рад/c |
|
t |
60 |
30 |
|||||
|
|
Линейная скорость (V) точки определяется зависимостью:
V |
R |
D |
м/с |
|
2 |
||||
|
|
|
где D и R – диаметр и радиус точки, где определяют скорость. Линейную скорость (V) называют окружной скоростью. Сила (P), действующая на тело и вызывающая его враще-
ние или сопротивление вращению, называется окружной си-
лой.
Окружная сила направлена по касательной к траектории точки ее приложения. Связь между силой (P), окружной скоростью “V” и мощностью (N) выражается формулами:
N = PV, Вт;
здесь: P – окружная сила, Н
V – окружной скоростью, м/с.
Окружная сила (P) связана с передаваемым моментом (M) следующим образом:
P2M D
5
M P D2
Принято обозначать: для ведущего элемента использо-
вать индекс – 1: , ω1, n1, N1, M1, D1; для ведомого – индекс – 2:
ω2, n2, N2, M2, D2.
Передаваемый момент (M) связан с мощностью (N), угловой скоростью ω и частотой вращения n следующим зависимостями:
M1 |
|
N |
, Нм; |
||
1 |
|||||
|
|
|
|||
M1 |
30 N |
, Нм; |
|||
|
|||||
|
|
n1 |
здесь: N – Вт; n1– об/мин.
Передаточное число – отношение угловой скорости ведущего вала к угловой скорости ведомого вала конкретной передачи.
|
|
|
u |
|
1 |
, |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
учитывая |
|
|
|
|
|
n |
; |
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
получим: |
u |
1 |
|
|
n1 30 |
|
n1 |
. |
||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
2 |
|
n2 30 |
|
n2 |
Принимая в точке контакта
V1 = V2 = V
можно записать:
ω1R1 = ω2R2 =V1 = V2 = V,
1 |
|
R2 |
|
D2 |
. |
|
|
|
|
||
2 |
|
R1 |
|
D1 |
|
|
|
|
6 |
|
Диаметр начальных окружностей зубчатых колес зубчатой передачи определяется по формулам:
DH1 mz1 ; DH2 mz 2 .
Передаточное число:
uDH2 mz2 ; DH1 mz1
Таким образом, для любой передачи:
u |
1 |
|
n1 |
|
z2 |
|
D2 |
. |
|
|
|
|
|
|
|||
2 |
|
n2 |
|
z1 |
|
D1 |
Передаточное число привода, состоящего из нескольких передач, равняется произведению передаточных чисел всех его передач.
|
|
|
uобщ |
|
u1 u2 ...uk ; |
|
|
|
|||
u |
1 |
; |
u |
|
|
2 |
; |
u |
|
k |
. |
2 |
|
|
|
||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
k |
|||
|
2 |
|
|
|
3 |
|
|
|
k 1 |
Коэффициент полезного действия (η) равен:
N2 .
N1
Коэффициент полезного действия привода, состоящего из нескольких передач, равняется произведению коэффициентов полезного действия всех его передач:
общ 1 2 ... k
11.4. Передачи с постоянным передаточным числом
В задании на проектирование с постоянным передаточным числом должны быть известны: передаваемая мощность N или крутящий момент Mкр на ведомом валу, частота вращения
7
ведущего n1 и ведомого n2 валов, схема передачи, габариты и режим работы передачи.
По этим данным можно спроектировать несколько передач различных типов. Возможные варианты передач нужно сравнить между собой по весу, КПД, габаритам и др. параметрам и выбрать из них наивыгоднейший. В таблице 11.1 приводятся некоторые параметры различных передач.
Таблица 11.1 Некоторые энергетические и экономические
показатели различных передач
|
|
Наибольшие допустимые значения |
Оптимальная стоимость % |
||||
№ |
Тип |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КПД |
||||
№ |
передачи |
Vокр |
N |
|
|||
U |
|
|
|||||
|
|
м/с |
кВт |
открытая |
закрытая |
||
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
Зубчатая |
80 |
50000 |
20 |
0,93-0,95 |
0,96-0,98 |
165 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
Червячная |
20 |
200 |
80 |
0,2-0,3 |
0,3-0,4 |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
Плоскоре- |
25 |
2000 |
5 |
0,96 |
– |
106 |
|
менная |
|
|
|
|
|
|
4 |
Клиноре- |
25-30 |
1500 |
8-15 |
0,9-0,95 |
– |
100 |
менная |
|||||||
5 |
Цепная |
15-25 |
3500 |
10 |
0,9-0,93 |
0,95-0,97 |
140 |
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
Фрикцион- |
15-25 |
300 |
5-10 |
0,7-0,8 |
0,9-0,96 |
– |
ная |
В таблице приведены ориентировочные данные различных передач. При проектировании конкретной передачи необходимо пользоваться более точными табличными данными соответствующих справочников.
8
11.5. Передачи с переменным передаточным числом
Многие машины в процессе работы требуют изменения передаточного числа.
а) передачи ступенчатого регулирования.
В этом случае исходным является заданный ряд скоростей ведомого вала, частота вращения ведущего вала (обычно n1=const) и крутящий момент на ведомом валу. Ряд скоростей (чисел оборотов) должен составлять геометрическую прогрессию.
Отношение |
nmax |
R |
называется диапазоном регулирова- |
||||
nmin |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
ния. |
|
|
|
|
|
|
|
Отношение двух соседних чисел оборотов |
nk |
|
назы- |
||||
nk |
1 |
||||||
|
|
|
|
|
вается знаменателем ряда или коэффициентом регулирования.
Величина φ нормализована, например, в станкостроении
φ = 1,26; φ = 1,41; φ = 1,58.
Ступенчатое регулирование в передачах трением осуществляется с помощью ступенчатых шкивов и ремня, который переводится с одной ступени на другую.
б) передачи бесступенчатого регулирования (вариаторы). Ступенчатое регулирование скорости приводит к потере производительности машины. Полностью исключить ее можно лишь используя принцип бесступенчатого регулирования скорости. Наиболее просто такой вид регулирования осуществляется в передачах трением – фрикционных и ременных. Обычно
они носят название фрикционные или ременные вариаторы.
9