tmmivan

2

Оглавление.

Введение…………………………………………………………….... 8

1.Факторы, определяющие работоспособность механизмов и машин………………………………………………………………… 11

1.1.Структурное соответствие…………………………………..11

1.2.Кинематические нормативы………………………………...11

1.3.Силовые нормативы…………………………………………14

1.4.Механические потери в машинах………………………….. 17

1.5.Прочность и долговечность машин………………………...18

1.6.Уравновешенность звеньев и механизмов…………………19

1.7.Регулирование скорости и хода машин…………………… 20

1.8.Показатели цикловых машин……………………………….22

2.Классификация технических объектов………………………….. 24

3.Основы проектирования машин…………………………………. 33

4.Структурный анализ механизмов………………………………... 47

4.1.Цель и задачи структурного анализа……………………….47

4.2.Правила преобразования кинематической схемы механизма в структурную…………………………………………………… 58

4.3.Принцип образования механизмов по Ассуру……………. 70

4.4.Последовательность выполнения структурного анализа механизмов………………………………………………………….. 72

4.5.Примеры решения задач структурного анализа механизмов……………………………………………………………… 74

4.5.1.Рычажный механизм……………………………………...74

4.5.2.Зубчатый механизм……………………………………….79

4.5.3.Рычажно-зубчатый механизм…………………………… 80

3

5.Кинематический расчет рычажных механизмов………………...87

5.1.Определения и правила метода планов…………………….87

5.2.Пример кинематического расчета рычажного механизма.. 90 5.2.1.Планы положений………………………………………...90 5.2.2.Планы скоростей………………………………………….92 5.2.3.Планы ускорений………………………………………… 98

6.Силы трения в механизмах машин………………………………. 106

6.1.Значение и роль сил трения в технике…………………….. 106

6.2.Особенности силового взаимодействия в кинематических парах……………………………………………………………….108

7.Уравновешивание вращающихся звеньев и механизмов машин 121

7.1.Статическое уравновешивание…………………………….. 122

7.2.Динамическое уравновешивание…………………………...126

7.3.Полное уравновешивание…………………………………...132

7.4.Уравновешивание механизмов…………………………….. 134 7.4.1.Статическое уравновешивание механизмов…………… 135 7.4.2.Моментное уравновешивание механизмов…………….. 137

7.5.Конструктивные приемы уравновешивания машин………139

8.Инертность в машинах: ее проявление и использование……….145

8.1.Меры инертности…………………………………………… 145

8.2.Влияние инертности на функционирование технических устройств…………………………………………………………... 149

8.2.1.Устройства, в которых предпочтительно снижение инерт-

ности………………………………………………………... 149

8.2.2.Устройства, в которых предпочтительно увеличение

инертности…………………………………………...…….. 151

4

9.Регулирование движения машин………………………………… 174

9.1.Неравномерность хода машин……………………………... 176

9.1.1.Меры (оценки) неравномерности хода…………………176

9.1.2.Причины, вызывающие неравномерность хода машин. 178

9.1.3.Проблемы, создаваемые неравномерностью хода ма-

шин…………………………………………………………..183

9.1.4.Способы снижения или изменения неравномерности хода

машин………………………………………………………. 184

9.2.Непостоянство скорости машин…………………………… 188 9.2.1.Причины и негативные воздействия, обусловленные непостоянством скорости машин……………………………… 189 9.2.2.Регулирование скорости машин…………………………190

10.Зубчатые механизмы……………………………………………. 210

10.1.Классификация зубчатых передач………………………….210

10.2.Геометрические и кинематические характеристики зубчатых колес……………………………………………………………. 213

10.3.Виды зубчатых зацеплений………………………………… 217

10.4.Условия работоспособности эвольвентного зацепления.... 219

10.5.Выбор коэффициентов смещения цилиндрической эвольвентной зубчатой передачи……………………………………….. 224

10.6.Расчет геометрических размеров зацепления…………….. 227

10.7.Зубчатые механизмы………………………………………...228

10.8.Кинематический расчет планетарных зубчатых механизмов……………………………………………………………… 237

11.Цикловые механизмы……………………………………………244

12.Литература………………………………………………………. 255

5

Введение Одним из важнейших показателей оценки потребительских

свойств объектов техники является работоспособность. Работоспособность (ГОСТ 13377-75) – состояние объекта (сооружения, машины, детали и др.), при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией. Основные критерии оценки работоспособности: прочность, жесткость, устойчивость, виброустойчивость и теплостойкость.

Работоспособность технического объекта (изделия) определяет его стоимость на стадии разработки и изготовления, стоимость и трудозатраты в процессе эксплуатации (сервисное обслуживание и ремонт), модернизации, а в последующем и его утилизации.

Обеспечение определённых показателей работоспособности технических объектов на стадии проектирования и создания достигается:

1)расчетом характеристик (геометрических, кинематических, прочностных, теплофизических, химических и др.) с учетом соответствующих ограничений (нормативов);

2)применением передовых технологических решений (изобретений, открытий);

3)использованием новых (не свойственных природе) материалов и улучшением, посредством той или иной обработки, их свойств.

4)назначением более совершенных технологий самого проектирования, технологии изготовления технических объектов и передового технологического оборудования.

6

5)созданием системы контроля качества изделий на всех стадиях разработки, изготовления и эксплуатации технического объекта.

Причинами нарушения работоспособности технических объектов

втечении заявленного срока службы изделия является:

1.нарушение потребителем условий, норм и правил эксплуатации изделий, предписанных техническими характеристиками и инструкциями по эксплуатации;

2.наличие скрытого брака изделия, не обнаруженного при изготовлении.

При этом, если вторая из причин несёт вероятный характер, то первая всецело определяется научно-техническим потенциалом разработчиков и профессионализмом эксплуотационщков.

Глубоко ошибочным представлением является то, что оператором (аппаратчиком, водителем, пилотом) машины или другого технического объекта может быть человек, успешно овладевший только навыками управления этого объекта, и полагающий, что знание конструкции, принципов действия, особенностей процессов, происходящих в машине, являются прерогативой лишь техников и обслуживающего персонала.

Отсутствие технических знаний практически гарантирует предпосылки возникновения критических (аварийных) ситуаций при эксплуатации технических объектов, а возможно и катастроф (разрушения и гибели).

Именно этим объясняет тот факт, что к управлению высокотехнологичных машин и систем (в авиации, судоходстве, железнодо-

7

рожном транспорте, энергетике, нефтегазовом и химических комплексах) в качестве операторов, пилотов, машинистов и др. допускаются лишь люди, прошедшие специализированную инженерную подготовку и тренинг по практическим навыкам. Кроме того, в указанных отраслях через определённое время назначается переподготовка. Курсы переподготовки назначается так же и при техническом перевооружении предприятия или отрасли.

В курсе ˝Основы работоспособности технических систем˝ рассматриваются общие принципы действия механизмов и машин, методика их проектирования и анализ тех факторов, которые, будучи заложенными, в машину при проектировании, определяют уровень её работоспособности при эксплуатации и особенности сервисного обслуживания и ремонта.

8

1. Факторы, определяющие работоспособность механизмов и машин

1.1 Структурное соответствие.

Под структурным соответствием кинематической схемы механизма его назначению (способности преобразовывать или передавать движение) понимается соотношение между количеством ведущих и ведомых звеньев в механизме, при котором он способен воспроизводить заданное движение. Мерой или показателем такого соответствия является степень подвижности механизма – W.

Расчёт степени подвижности кинематической схемы на стадии его проектирования позволяет оценить и подтвердить работоспособность кинематической схемы, а при наладке или ремонте машины исключить возможность нарушения кинематического соответствия, проявляющего при работе машины в виде заклинивания звеньев, их деформации (вплоть до разрушения) или же в расчёте потерь на трение в кинематических парах.

Подробно о структурном соответствии изложено в разделе 4 ˝Структурный анализ механизмов˝.

1.2 Кинематические нормативы и характеристики.

Под кинематическими характеристиками механизмов понимаются перемещения звеньев и траектории их точек, угловые скорости звеньев и линейные скорости их точек, а так же угловые ускорения их точек.

9

При исследовании перемещений звеньев рычажных механизмов одним из первых условий их работоспособности, является условие проворачиваемости звеньев. Это положение носит название правила Грасгофа. Из этого правила следует, что в рычажном четырёхзвеном механизме самое короткое звено может проворачиваться (быть кривошипом), если сумма длин самого короткого и самого длинного звеньев меньше суммы дли остальных звеньев. Подробнее в рекомендуемой литературе: [1.1], стр.703; [1.2], стр.107; [1.4],стр.148.

Другой кинематической характеристикой рычажных механизмов являются коэффициент изменения средней скорости, иногда именуемый как коэффициент производительности -[1.4], стр.152.

Коэффициент изменения средней скорости характеризует отношение средней скорости ведомого звена на холостом ходе к средней скорости его рабочем ходе.

Κ= ν хх,ср ;

νрх,ср

Необходимость в создании механизмов с отличающейся средней скоростью на холостом и рабочем ходах объясняется тем, что у многих машин (поршневые компрессоры, глубинные насосы, строгательные и долбежные станки) на обратном (холостом) ходе исполнительного звена механизма практически отсутствует нагрузка на двигатель, что позволяет, в целях повышения производительности, увеличить скорость звеньев в течении времени холостого хода. [1.1], стр.692; [2], стр.121; [5],стр.317.

Работоспособность зубчатых механизмов определяется в первую очередь выполнением условия отсутствия заклинивания и подреза-

10

ния. В несиловых зубчатых механизмах (такие как часы, приборы и др.) допускается в целях уменьшения габаритов выполнять колёса с подрезом.

При заклинивании исключается возможность проворачивания, смонтированных в корпусе колёс, а при подрезании, уменьшенное, и тем самым ослабленное основание ножки зуба колеса приводит к снижению его изгибной прочности. Условие отсутствия заклинивания и подрезания выполняется, если окружности вершин колёс, находящихся в зацеплении пересекают линию зацепления в пределах её теоретического участка. [1.1], стр.559; [1.2], стр.228; [1.5], стр.372.

Формальным (эмпирическим) представлением этого условия является минимальное число зубьев.

Минимальное число зубьев – это предельное число зубьев колеса, выполняемого без смещения, которое не будет подрезано инструментом при изготовлении. В случае применения стандартного инструмента (коэффициент высоты головки зуба hа* =1,0; угол исходного контура α=20˚), минимальное число зубьев Zmin~17. [1.1], стр.559; [1.2],стр.228; [1.4],стр.242.

В зубчатых механизмах ещё одной из кинематических характеристик является коэффициент перекрытия-ε.

ε= S ,

P

где S – дуга зацепления; P – шаг зацепления.

Коэффициент перекрытия показывает, сколько пар зубьев одновременно находятся в зацеплении, и характеризует непрерывность и плавность зацепления (уровень шумности). Коэффициент перекрытия