Камчатский государственный технический университет

Кафедра теоретической механики Кафедра машин и аппаратов пищевых производств

Теоретическая механика

Теория механизмов и машин

ЗУБЧАТОЕ ЗАЦЕПЛЕНИЕ. СИНТЕЗ ПЛАНЕТАРНЫХ МЕХАНИЗМОВ

Методическое пособие к выполнению расчетно-графического (контрольного) задания для студентов инженерных специальностей дневной и заочной формы обучения

Петропавловск-Камчатский

2004

2

УДК 34.41 ББК 621.0 Н62

Составители:

Синтез планетарных механизмов. 2-е изд., испр. и доп. – Пе- тропавловск-Камчатский: КамчатГТУ. – 2004. – 84 с.

Методическое пособие предназначено для выполнения расчетно-графического (контрольного) задания по дисциплинам «Теоретическая механика», «Теория механизмов и машин» курсантами и студентами инженерных специальностей дневной и заочной формы обучения.

Методическое пособие также может быть использовано как учебно-справочный материал по теме «Зубчатое зацепление. Планетарные механизмы».

Рекомендовано к изданию решением учебно-методического советаКамчатГТУ(протокол№7 от24 марта2004 г.).

УДК 34.41 ББК 621.0

© КамчатГТУ, 2004 © Никитенко А.П., 2004 © Ляндзберг А.Р., 2004

3

4

5

Введение

Врамках изучения общетехнических дисциплин студенты инженерных специальностей проходят тему «Зубчатое зацепление» и одну из ее подтем – «Планетарные механизмы».

Взависимости от учебного плана специальности данная тема может рассматриваться в различных дисциплинах:

- «Теоретическая механика» – у студентов специальностей 311800 Промышленное рыболовство, 552400 Технология продуктов питания, 271000 Технология рыбы и рыбных продуктов, направления 651900 Автоматизация и управление;

- «Механика» – у студентов специальностей 201300 Техническая эксплуатация транспортного радиооборудования, 240600 Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики, 240200 Судовождение, 070200 Техника и физика низких температур;

- «Теория механизмов и машин» – у студентов специальностей 240500 Эксплуатация судовых энергетических установок, 170600 Машины и аппараты пищевых производств.

Конкретный объем, отводимый на изучение темы «Зубчатое зацепление», устанавливается рабочей программой по соответствующей дисциплине. Студенты некоторых специальностей

(070200, 170600, 240500, 240600) выполняют также расчетно-

графическое задание (на дневном отделении) или контрольную работу (на заочном отделении) по данной теме.

Цель настоящего методического пособия – дать студентам основные понятия по теме «Зубчатое зацепление. Планетарные механизмы», помочь им грамотно выполнить и оформить расчетнографическое задание (контрольную работу), уяснить методические приемы самостоятельной работы, научиться подбирать и изучать необходимую литературу, освоить практический материал по предмету «Теория механизмов и машин».

Методическое пособие также может быть использовано как учебно-справочный материал по теме «Зубчатое зацепление. Планетарные механизмы» для студентов тех специальностей, у которых выполнение расчетно-графического или контрольного задания не предусмотрено.

6

Общие организационно-методические указания по выполнению расчетно-графического задания и контрольной работы

Расчетно-графическое задание (РГЗ) или контрольная работа – формы творческой самостоятельной работы студентов, используемые в учебном процессе.

Главные требования при ведении студентом самостоятельной работы над РГЗ или контрольной – последовательность и регулярность. Это означает, что:

1). В течение недели, следующей за практическим занятием, где были рассмотрены соответствующие темы, следует еще раз самостоятельно проработать их с помощью учебной литературы и произвести необходимые расчеты. При изучении теории особое внимание следует обратить на сложные места и вопросы, специально указанные преподавателем. При проведении практических расчетов в первую очередь заканчиваются расчеты, начатые на занятиях (например, производится подстановка и просчет результатов в числовой форме). Далее следует прорешать типовые задачи по теме (если они были заданы), т.к. обычно они проще расчетов в рамках РГЗ, предполагают решение путем применения базовых формул и предназначены для оттачивания расчетной методики. После освоения расчетной методики следует применить ее к расчету механизма, заданного в рамках РГЗ или контрольной. Если какие-то вопросы остались неясными, можно проконсультироваться с товарищами или задать их преподавателю во время практических занятий или консультаций.

2). Если это не задано преподавателем – не следует пытаться досконально самостоятельно освоить темы, еще не рассмотренные на лекционных занятиях, допускается только общее ознакомление с ними по учебной литературе. Также не следует также пытаться самостоятельно проводить расчеты по еще не изученным темам или расчеты по неизвестной методике: в обоих случаях требуется предварительная консультация с преподавателем.

3). Недопустимо откладывать изучение теоретических вопросов, проведение практических расчетов (особенно выполнение очередного этапа РГЗ) даже на несколько дней, поскольку это

7

ведет к потере связи с аудиторным курсом и студент закономерно становится задолжником. Поэтому даже в случае отсутствия на занятиях следует самостоятельно проработать изученные там вопросы с помощью конспектов товарищей и учебной литературы, а при первой же возможности восстановить пропущенное на консультации у преподавателя.

4). В случае вынужденного длительного отсутствия на занятиях (болезнь, командировка и т.п.) следует по возможности ранее оповестить об этом преподавателя. В этом случае, как правило, студент совместно с преподавателем разрабатывают индивидуальный график самостоятельной работы студента, призванный помочь ему освоить семестровые теоретический и практический курсы вовремя и не допустить возникновения академической задолженности.

Все возникающие при самостоятельной работе вопросы (как учебно-методические, так и организационные) не следует откладывать, а необходимо сразу же решать с преподавателем.

Расчетно-графическое задание или контрольная работа выполняются в сроки, установленные учебным планом специальности и рабочей программой изучения дисциплины, как правило, в течение учебного семестра. Их невыполнение студентом в установленные сроки является основанием для его недопуска к сессии.

Целью выполнения расчетно-графического (контрольного) задания по теории машин и механизмов является привитие студентам практических навыков инженерных расчетов, овладение основами конструкторской практики, качественное изучение, освоение и закрепление теоретического материала, развитие способности к научному творчеству и самостоятельной работе, проверка качества усвоения учебного материала по теме «Зубчатое зацепление. Планетарные механизмы».

Задачей расчета является выполнение проекта механического редуктора общего назначения. Она включает синтез механизма планетарного редуктора по заданным основным скоростным характеристикам и проектирование эвольвентного зацепления цилиндрических зубчатых колес.

Варианты исходных данных для выполнения расчетнографического (контрольного) задания представлены в Приложе-

8

ниях Д.1-Д.5 (стр. 72-76). Выбор варианта задания производится по личному шифру студента1 следующим образом: согласно предпоследней цифре шифра выбирается кинематическая схема редуктора, согласно последней цифре шифра выбирается числовой вариант исходных данных. Выбор варианта задания также может производиться иначе, по указанию преподавателя.

Оформленное и подписанное студентом расчетно-графическое задание (контрольная работа) представляется преподавателю на проверку в установленные сроки.

Если в результате проверки выявлено невыполнение требований, предъявляемых к работе в соответствии с настоящим методическим пособием, то она возвращается студенту на доработку. При этом замечания преподавателя могут сообщаться студенту в устном или письменном виде (т.е. в виде рецензии) и иметь обязательный или рекомендательный характер. Некоторые несущественные недостатки могут с разрешения преподавателя исправляться студентом непосредственно при защите расчетнографического задания путем ответов на дополнительные вопросы по теме.

Если работа удовлетворяет изложенным в данном пособии требованиям и не содержит ошибок, преподаватель допускает ее к защите. Защита расчетно-графического задания состоит из короткого изложения студентом основных положений работы. На защите студент должен продемонстрировать полное понимание существа задач, решаемых в работе, а также ответить на вопросы, касающихся ее теоретических и практических сторон.

Расчетно-графическое задание оценивается, как правило, «за- чтено»-«незачтено» и является показателем внутренней аттестации студента по предмету. В случае семестровой аттестации в виде зачета по решению преподавателя студент может получить ее автоматически по результатам защиты РГЗ при условии глубокого освоения студентом других тем теоретического курса.

Контрольная работа по сравнению с РГЗ выполняется, как правило, в меньшем объеме, сохраняя основные положения рас-

1 Личный шифр студента – номер студенческого билета или зачетной книжки.

9

чета. Конкретный объем и процедуру сдачи контрольной работы определяет преподаватель. Обычно контрольная работа сдается без рецензирования и с упрощенной процедурой защиты (например, ответы на отдельные вопросы по теме задания). Контрольная работа является показателем внутренней аттестации студента по предмету и может быть оценена на «отлично», «хорошо», «удовлетворительно», «неудовлетворительно» с простановкой оценки в зачетную ведомость (для студентов заочного отделения).

Структура и содержание расчетно-графического задания (контрольной работы)

Расчетно-графическое задание (контрольная работа) состоит из пояснительной записки (ПЗ) и графической части.

Пояснительная записка оформляется на листах формата А4 в объеме до 15 листов, согласно требованиям ГОСТ 2.105-95 «Общие требования к текстовым документам», ГОСТ 2.106-96 «Текстовые документы». Подробнее требования к оформлению будут представлены ниже.

Пояснительная записка включает:

9Титульный лист;

9Задание на РГЗ (контрольную работу);

9Оглавление*;

9Введение*;

9Основную часть, состоящую из разделов:

•Кинематический расчет редуктора;

•Расчет эвольвентного зацепления;

•Проверка передаточных отношений по методу Кутц- баха-Смирнова*;

•Вычерчивание картины эвольвентного зацепления; 9 Заключение*; 9 Список используемой литературы*; 9 Приложения*.

Пункты, помеченные звездочкой (*), могут быть исключены из контрольной работы по решению преподавателя.

Графическая часть работы состоит из листа формата А2 (А3) с вычерченной картиной эвольвентного зацепления.

10

Требования к оформлению расчетно-графического задания (контрольной работы)

Пояснительная записка оформляется машинописным (в т.ч. на принтере) или рукописным способом согласно требованиям ГОСТ 2.105-95 «Общие требования к текстовым документам», ГОСТ 2.106-96 «Текстовые документы». Основные положения данных стандартов, касающиеся оформления пояснительной записки, приведены: ГОСТ 2.105-95 – в Приложении А, ГОСТ 2.106-96 – в Приложении Б.

В случае оформления работы на компьютере допускается не использовать ГОСТ 2.004-88 «Общие требования к выполнению конструкторских и технологических документов на печатающих и графических устройствах вывода ЭВМ», если качество печати на современном принтере превосходит его требования.

По решению преподавателя (как правило, при выполнении контрольной работы) пояснительная записка может быть оформлена с упрощениями, например согласно ГОСТ 7.32-01 «СИБИД. Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления».

Работа оформляется на листах белой бумаги (писчей, для машинописных или офисных работ) формата А4. Качество бумаги – по ГОСТ 9327-60 «Бумага и изделия из бумаги. Потребительские форматы», размер – по ГОСТ 2.301-68 «Форматы» (210*297 мм).

На каждом листе, кроме титульного, должна быть рамка с основной надписью по ГОСТ 2.104-68 «Основные надписи»: форма 2 – для листов, с которых начинаются новые разделы, форма 2а – для остальных. По решению преподавателя (как правило, при выполнении контрольной работы) допускается не вычерчивать рамку и основную надпись в тексте пояснительной записки.

По решению преподавателя допускается оформлять работу рукописным (не чертежным) шрифтом при условии аккуратного, четкого написания букв, цифр и символов.

Титульный лист пояснительной записки оформляется в соответствии с Приложением В. Верхнее поле титульного листа, с указанием принадлежности к ведомству, выполняется шрифтом 10, ниже располагаются наименования учебного заведения, ка-

11

федры и дисциплины (шрифт 12). Затем шрифтом 14 указывается вид (РГЗ или контрольная) и наименование работы («Синтез планетарных механизмов»). Ниже шрифтом 16 – шифр группы с указанием варианта, порядкового номера пояснительно записки в комплекте документов («000») и ее обозначения («ПЗ»). Поля «Выполнил» с указанием данных студента и «Принял» с указанием данных преподавателя оформляются по образцу Приложения В шрифтом 10-12. На нижней строке титульного листа шрифтом 12 указываются город и год выполнения работы. (Внимание! Город и год указываются в одну строку через запятую, без точки и буквы «г» в конце.)

Задание на выполнение работы содержит исходные данные на проектирование и выбирается студентом самостоятельно по двум последним цифрам его личного шифра (см. выше) либо выдается студенту преподавателем индивидуально. Образец оформления листа задания представлен в Приложении Г. В задание включается кинематическая схема, исходные числовые значения и необходимый объем работы над расчетно-графическим (контрольным) заданием, определенный преподавателем. Кинематическая схема оформляется согласно ГОСТ 2.703-68 «Правила выполнения кинематических схем», ГОСТ 2.770-68 «Обозначения условные графические. Элементы кинематических схем». При этом следует обратить внимание, что приведенная в задании схема может не полностью соответствовать указанным стандартам; в таком случае ее следует дополнить.

Оглавление должно включать перечисление всех разделов (подразделов) работы с указанием номеров страниц, на которых размещены заголовки разделов.

Во введении необходимо выделить вопросы, подлежащие рассмотрению в работе, указать цели и задачи работы. Объем введения 1-2 страницы.

Основная часть выполняется в соответствии с заданием согласно рекомендуемой методике расчетов, подробно изложенной ниже.

В заключении делаются краткие выводы, оцениваются полученные результаты.

Список используемой литературы оформляется в соответствии с библиографическими требованиями по ГОСТ 7.1-84 «Библио-

12

графическое описание документа. Общие требования и правила составления». В качестве примера оформления списка литературы можно рассматривать информационное приложение «Библиография» настоящих методических указаний.

При необходимости включения в работу приложений следует оформлять их согласно ГОСТ 2.105-95, т.е. правилам, представленным в Приложении А.

При оформлении работы также следует избегать наиболее распространенных ошибок, а именно:

1). Не следует слепо копировать оформление пояснительной работы с данных методических указаний. Дело в том, что методические указания не являются конструкторским документом и на них не распространяются требования ГОСТ 2.105-95, поэтому отдельные элементы их оформления не соответствуют названному стандарту.

2). Знаки дефис, «минус» и тире – это разные пунктуационные знаки! Дефис используется в сложных словах (например, «вы- пукло-вогнутый») и для оформления списков, знак «минус» – в числовых расчетах и формулах, тире – для разделения частей предложения по смыслу. Орфографически они также различаются. Дефис записывается короткой чертой (-) без пробелов (в сложных словах) или с одним последующим пробелом (при составлении списков). Знак «минус» записываются короткой чертой (-) с пробелами с двух сторон. Тире записывается средней или длинной (– или —), предпочтительно средней, чертой.

3). В русском языке десятичным разделителем является запятая, а не точка: записи типа «7.15 мм» недопустимы, следует писать «7,15 мм». Кроме того, для русского языка нехарактерно деление на разряды, т.е. дополнительный пробел между тысячами, миллионами и т.п. Поэтому при записи больших чисел следует писать их в форме «28150», а не «28 150».

13

Общие сведения о зубчатом зацеплении

В практике машиностроения одной из важных проблем является выбор и расчет параметров зубчатого зацепления. Зубчатым зацеплением называется передача движения между двумя зубчатыми колесами или колесом и рейкой. Зубчатое колесо – это колесо, наружная поверхность которого образована чередующимися выступами (зубьями) и впадинами. При взаимодействии двух зубчатых колес их зубья и впадины взаимно входят друг в друга, и движение между ведущим и ведомым звеньями передается за счет механического контакта зубьев.

Все зубчатые передачи подразделяются:

1). По количеству ступеней – на элементарные (одноступенчатые) и составные (сложные, многоступенчатые).

2). По положению осей колес в пространстве – на простые (с неподвижными осями колес) и сателлитные или планетарные (с движущимися осями).

3). По расположению зубьев относительно образующей колеса

– на прямозубые, косозубые и шевронные. В прямозубых передачах зубья параллельны образующей колеса, в косозубых располагаются под углом к ней, а в шевронных каждый зуб представляет собой т.н. «шеврон», т.е. имеет угловую форму.

Простая элементарная зубчатая передача представляет собой пару зацепляющихся колес с неподвижными осями. Такие передачи также делятся:

4). По взаимному расположению колес – на передачи с внешним и внутренним зацеплением.

5). По взаимному расположению осей валов – на передачи:

-цилиндрические – с параллельными осями (рис. 1а). Зубчатые колеса при этом представляют собой цилиндры, зубья нарезаны на их наружных поверхностях;

-конические – с пересекающимися осями (рис. 1б). Зубчатые колеса представляют собой усеченные конусы, зубья нарезаны на их боковых поверхностях;

-винтовые – со скрещивающимися осями (рис. 1в). Зубчатые колеса представляют собой цилиндры, зубья нарезаны на наружных поверхностях под значительным углом к оси колеса;

14

- червячные – винтовые передачи, у которых одно из колес уменьшено (рис. 1г). Вследствие этого зуб на данном колесе обегает его по окружности, образуя на поверхности винтовой профиль. Такое зубчатое колесо называется червяком.

Рисунок 1. Зубчатые передачи: а – цилиндрическая, б – коническая, в – винтовая, г – червячная.

Основная кинематическая характеристика любого механизма – это передаточное отношение, определяемое как отношение скоростей движения ведущего и ведомого звеньев. Ведущее колесо в зубчатой передаче имеет, как правило, меньший диаметр и называется шестерней, все относящиеся к нему параметры обозначаются индексом «1». Ведомое колесо имеет, как правило, больший диаметр и называется собственно колесом, относящиеся к нему параметры обозначаются индексом «2». Передаточное отношение зубчатого зацепления находится как отношение угловых скоростей вращения ведущего и ведомого колес:

Найдем условие, при котором передаточное отношение при зацеплении колес сохраняется постоянным. Для этого рассмотрим передачу движения путем зацепления двух произвольных тел (рис. 2). Здесь О1 и О2 – центры вращения тел, aW – межосевое расстояние. Ведущее тело 1 вращается с угловой скоростью ω1 и давит на ведомой тело 2, которое вследствие этого вращается с угловой скоростью ω2. Тела соприкасаются в точке контакта С.

15