- •Теория механизмов и машин
- •Предисловие
- •Введение
- •Узкое определение машины. Машина есть устройство, действующее на основе законов механики и предназначенное для преобразования энергии, материалов и информации и перемещения изделий.
- •Раздел 1. Структура, кинематика
- •1. Структура механизмов
- •1.1. Классификация кинематических пар
- •1.2. Кинематические цепи и их классификация
- •1.3. Расчет степени подвижности механизма
- •1.4. Структурная классификация плоских механизмов
- •1.5. Замена высших пар в плоских механизмах
- •1.6. Избыточные (повторяющиеся) связи и местные подвижности в механизмах
- •1.7. Структурный синтез механизмов
- •Вопросы для самопроверки
- •2. Кинематика и синтез зубчатых механизмов
- •2.1. Разновидности зубчатых передач
- •2.2. Понятие о передаточном отношении
- •2.3. Передаточное отношение простых зубчатых передач
- •2.4. Кинематика и синтез зубчатых механизмов с неподвижными осями колес
- •2.5. Кинематика механизмов планетарного типа
- •2.6. Синтез механизмов планетарного типа
- •Вопросы для самопроверки
- •3.2. Кинематические и передаточные функции механизмов
- •3.3. Аналитический метод
- •3.4. Метод планов положений, скоростей и ускорений
- •3.5. Метод кинематических диаграмм (метод графического дифференцирования)
- •3.6. Синтез рычажных механизмов
- •Вопросы для самопроверки
- •Раздел 2. Кинетостатика
- •4. Кинетостатика механизмов
- •4.1. Характеристика сил, действующих в машинах
- •4.2. Задачи кинетостатики
- •4.3. Расчёт сил инерции
- •4.4. Общие положения силового расчёта
- •4.5. Метод планов сил
- •4.6. Метод разложения сил
- •4.7. Аналитический метод
- •4.8. Определение уравновешивающей силы
- •Вопросы для самопроверки
- •5. Трение в кинематических парах и кпд
- •5.1. Виды трения. Законы трения скольжения
- •5.2. Понятие о коэффициенте полезного действия
- •5.3. Трение в поступательной кинематической паре
- •5.4. Трение в винтовой кинематической паре
- •5.5. Трение во вращательной кинематической паре
- •5.6. Трение качения
- •Вопросы для самопроверки
- •6. Динамика машин
- •6.1. Вспомогательные задачи динамики машин
- •6.2. Характеристики режимов движения машин
- •I . Неустановившийся режим
- •II. Установившийся режим
- •6.3. Формы уравнений движения машин
- •6.4. Исследование пуска машины при силах – функциях перемещений
- •6.5. Исследование установившегося неравновесного движения машины с маховиком при силах – функциях перемещений
- •6.6. Определение момента инерции маховика при внешних силах – функциях перемещений
- •6.7. Назначение маховика в машине
- •6.8. Исследование пуска машины при силах – функциях скоростей
- •6.9. Исследование устойчивости установившегося равновесного движения
- •Вопросы для самопроверки
- •7. Проблемы уравновешивания и балансировки звеньев и механизмов
- •7.1. Значение проблемы уравновешивания и балансировки в машинах
- •7.2. Виды неуравновешенности вращающихся звеньев и их устранение
- •7.3. Начальные сведения об уравновешивании механизмов
- •7.4. Виброгашение и виброизоляция
- •Вопросы для самопроверки
- •Раздел 3. Синтез элементов высших
- •8. Теория и геометрия зубчатых зацеплений
- •8.1. Элементы относительного движения звеньев высшей пары
- •8.2. Элементы зубчатых зацеплений, обусловленные их кинематикой
- •8.3. Основные качественные характеристики зацеплений
- •8.4. Эвольвента зуба колеса, её свойства и уравнение
- •8.5. Элементы зубчатого колеса
- •8.6. Элементы и свойства эвольвентного зацепления
- •8.7. Методы изготовления зубчатых колёс
- •8.8. Геометрия реечного производящего исходного контура
- •8.9. Подрез зуба колеса и его предотвращение
- •8.10. Качественные характеристики эвольвентного зацепления
- •8.11. Назначение коэффициентов смещения для нарезания зубчатых колёс
- •8.12. Типы эвольвентных колёс и передач
- •8.13. Расчёт геометрических размеров зубчатых колёс
- •8.14. Особенности зацепления эвольвентных косозубых колёс
- •8.15. Особенности зацепления конических колёс
- •8.16. Особенности зацепления в гиперболоидных передачах
- •Вопросы для самопроверки
- •9. Синтез профилей кулачков и элементов плоских кулачковых механизмов
- •9.1. Элементы кулачкового механизма и геометрические элементы кулачка
- •9.2. Разновидности плоских кулачковых механизмов
- •9.3. Кинематический анализ кулачковых механизмов
- •9.4. Понятие об ударах в кулачковых механизмах
- •9.5. Угол давления и его влияние на работоспособность кулачкового механизма
- •9.6. Связь между углом давления и геометро-кинематическими характеристиками механизма
- •9.7. Графическое определение угла давления
- •9.8. Определение радиуса основной окружности теоретического профиля кулачка
- •9.9. Определение радиуса основной окружности в механизме с плоским толкателем
- •9.10. Построение профилей вращающихся кулачков
- •Раздел 1. Структура, кинематика и элементы синтеза механизмов
- •3. Кинематика и синтез механизмов с низшими кинематическими
- •Вопросы для самопроверки
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •Раздел 2. Кинетостатика механизмов и динамика машин
- •Раздел 3. Синтез элементов высших кинематических пар
- •9. Синтез профилей кулачков и элементов плоских кулачковых
2.6. Синтез механизмов планетарного типа
Задача
синтеза заключается в подборе чисел
зубьев колёс механизма, обеспечивающих
заданное отношение угловых скоростей
входа и выхода. Заданными величинами
должны быть или передаточное отношение
(в планетарном механизме), или угловые
скорости (частоты вращения) – в
дифференциальном механизме. Используя
уравнения (а) и (б), подставляя в их левую
часть заданные значения, получают
величину
.
Так как при неподвижном водиле получается
механизм с неподвижными осями колёс,
то для этого механизма задача подбора
чисел зубьев на данном этапе ничем не
отличается от ранее изложенных методик.
Особенностью синтеза является
необходимость учёта условий соосности,
соседства и сборки.
У с л о в и е с о о с н о с т и заключается в том, что в механизмах планетарного типа оба центральные колеса и водило должны иметь общую неподвижную ось. В схеме рис. 2.7 это условие даёт возможность записать такое равенство
.
Учитывая, что каждый радиус определяется формулой
,
можно заменить величины радиусов в приведённом выше выражении и после несложных преобразований записать
.
Таким образом, выбирая числа зубьев колёс, необходимо учитывать последнее соотношение.
У с л о в и е с о с е д с т в а заключается в необходимости такого подбора чисел зубьев, чтобы сателлиты, связанные с одним водилом, при их количестве больше двух, не задевали друг друга. В противном случае механизм не может быть собран. Для вывода соответствующей зависимости обратимся к рис. 2.12.
На
рисунке показана центроидная окружность
центрального колеса 1 радиуса
,
по которой перекатываются центроидные
окружности сателлитов 2 радиусов
.
Показаны также окружности вершин
сателлитов радиусов
.
Эти окружности по условию соседства не
должны ни пересекаться, ни касаться
друг друга. Сателлиты 2 находятся на
угловом расстоянии γ
(гамма)
друг от друга. Так как сателлиты по
окружности располагаются равномерно,
то угол γ может быть определён из
отношения
,
где K
– количество сателлитов, присоединённых
к одному водилу. Половина расстояния
между центрами сателлитов составляет
.
Отрезок O1O2
представляет собой длину водила или
межосевое расстояние центрального
колеса 1 и сателлита 2:
.
Радиус окружности вершин
.
Условие соседства выполняется, если
выполняется неравенство
.
После выполнения несложных преобразований получаем окончательно
.
Если
сателлит 2 представляет собой блок из
двух колёс, то в это неравенство в
качестве
необходимо подставлять большее из них.
У
с л о в и е с б о р к и
заключается в возможности собираемости
механизма, то есть установки сателлитов,
если их количество больше одного. Ясно,
что один сателлит устанавливается между
центральными колёсами беспрепятственно
(если сателлитов несколько, то – первый
из них). Чтобы установить второй и другие
сателлиты, необходимо, чтобы их зубья
вступали в зацепление с зубьями
центральных колёс, а не натыкались на
них, иначе сборка невозможна. Для решения
задачи обратимся к рис. 2.13, на котором
показаны участок центрального колеса
3 с внутренними зубьями, центральное
колесо 1 и два параллельно работающих
сателлита 2 из нескольких, расположенных
по всему пространству между центральными
колёсами 1 и 3.
Обозначим
количество сателлитов в механизме
буквой K
. Так как все колёса образуют одинаковые
зацепления, то они имеют один модуль m
и шаг
.
Все центроидные окружности, показанные
на рисунке, предполагаются делительными.
Длина дуги A1B1
окружности колеса 1 между точками касания
этой окружности с окружностями сателлитов
2 составляет
,
то есть некоторое количество целых
шагов
и возможную часть
последнего неполного шага. Если на этой
дуге помещается только целое количество
шагов, то
.
Точно так же можно записать и длину дуги
A3B3
окружности колеса 3:
.
С другой стороны, ясно, что эти дуги, при
условии равномерного расположения осей
сателлитов по окружности, составляют
длины
на окружности колеса 1 и
на окружности колеса 3. Приравнивая
соответствующие выражения для колеса
1 и колеса 3, можно записать
и
.
Сокращая оба выражения на p и складывая их левые и правые части, имеем
.
Левая
часть полученного равенства является
целым числом, поэтому правая часть
должна быть также целым числом. В правой
части
,
и K
являются целыми числами, следовательно,
доли шага
и
в сумме должны составить целое число,
а именно – единицу. Так как сумма в
квадратных скобках является целым
числом, то её можно обозначить
(от англ.
integer
– целое число), то есть
,
и окончательно записать
.
Выразив отсюда , запишем
,
что
является математическим выражением
условия сборки, то есть частное
от деления суммы чисел зубьев центральных
колёс на количество сателлитов
механизма должно быть целым числом.
Необходимо иметь в виду, что данное условие пригодно только для механизмов с одинарным сателлитом или со сдвоенным, но при одном модуле обоих колёс сателлита и сопряжённых с ними колёс. Для получения математического выражения условий сборки других схем можно обратиться к литературе.
Подытоживая рассмотренные решения, запишем все математические условия, которые необходимо учитывать при синтезе зубчатых механизмов планетарного типа. Например, для схемы механизма (рис. 2.7) составляется следующая система уравнений с неравенством:
.
В заключение рассмотрим пример синтеза механизма планетарного типа, схема которого изображена на рис. 2.7. Решение приводится с привлечением компьютерного математического пакета MathCAD версии 2001i Professional (листинг 2.1). Вычислительная программа составлена в соответствии с методикой, описанной в инструкции к пакету. Так как системы уравнений решаются методом итераций, то необходимо в самом начале задать искомым переменным, в нашем случае z1, z2, z3 и K, некоторые начальные значения. Они приведены ниже подзаголовка «Начальные условия». Затем идёт блок Given, в котором приведены вышеперечисленные уравнения и неравенство, связывающие между собой числа зубьев колёс и условия, которым они должны удовлетворять в механизме. Решающий блок Find содержит перечень искомых параметров и, после знака равенства, в виде матрицы автоматически выводятся найденные значения этих параметров.
В
связи с тем, что числа зубьев колёс и
количество сателлитов могут быть только
целыми, то полученные значения необходимо
округлить до целых, то есть принять
,
,
и
Естественно,
что при округлении чисел зубьев изменяется
передаточное отношение, поэтому последним
шагом расчёта является проверка его
величины. Она показала, что результат
округления не привёл к ошибке передаточного
отношения.
