Методическое пособие 589

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).

Линейная скорость (V) точки определяется зависимостью:

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:

здесь: N – Вт; n1– об/мин.

Передаточное число – отношение угловой скорости ведущего вала к угловой скорости ведомого вала конкретной передачи.

Принимая в точке контакта

V1 = V2 = V

можно записать:

ω1R1 = ω2R2 =V1 = V2 = V,

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:

Передаточное число привода, состоящего из нескольких передач, равняется произведению передаточных чисел всех его передач.

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

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.

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