5.3.2 Разработка кинематических схем

Разработка кинематической схемы обычно осуществляется на основе расчет­ной схемы передачи. Расчетная схема может быть выполнена в виде блок схемы, на которой условно в виде прямоугольников представляются элементы передачи, выполняющие требуемые функции, и кинематические связи. Так, например, задан механизм, в котором рабочий орган, совершающий вращательное движение, должен изменять направление вращения и иметь две скорости. Составление блок-схемы начинается с двигателя, далее идет реверс, имеющий кинематическую связь с двигателем (рисунок 5.1). За реверсом располагается коробка скоростей и далее рабочий орган. Для снижения частоты вращения и повышения крутящего момента, а также выполнения других функций, не приведенных в задании, в блок-схема обязательно должна быть передача.

Рисунок 5.1 – Блок-схема передачи

При выборе типа двигателя учитываются условия работы оборудования и возможность наилучшего использования мощности двигателя. При составлении кинематической схемы в большинстве случаев еще не известен характер изменения нагрузки и поэтому при выборе двигателя невозможно согласовать его работу с работой рабочего органа. В связи с этим на данном этапе проектирования оборудования для обеспечения перечисленных требований выбор типа двигателя производится на основании данных о предполагаемых условиях, режиме и технологическом процессе работы оборудования. После этого рабочая характеристика двигателя согла­совывается с рабочей характеристикой оборудования [11].

В зависимости от вида нагрузки на рабочий орган мощность определяется по одной из формул:

; (5.1)

; (5.2)

, (5.3)

где - мощность рабочего органа, кВт;

- крутящий момент на рабочем органе, Н_*м;

- частота вращения, об/мин;

- силовая нагрузка на рабочий орган, Н;

- скорость рабочего органа, м/с;

- коэффициент, учитывающий потери в передаче, его значение в зависимости от равно:

				Винтовая передача
	< 10	10 - 50	>50	-
	1.2 - 2.0	1.2 - 1.1	1.1 - 1.05	2.5 - 3.0

По найденной мощности из каталогов подбираются двигатели, причем, если двигатель допускает перегрузку, а работает в повторно-кратковременной режиме, то можно выбрать двигатель с номинальной мощностью меньше расчетной. Если же двигатель не допускает перегрузок или работает в непрерывном или близком к нему режиме, то мощность двигателя должна быть расчетной или быть больше нее.

При составлении кинематической схемы необходимо знать размеры и характер движения рабочего органа, которые определяются на основании существующих норм технологического процесса работы оборудования и прочностных расчетов [11]. После того как проделаны все предварительные расчеты и получены необходимые сведения, приступают к составлению кинематической схемы.

Рекомендуемые виды передач для различных сочетаний движений приводного двигателя и рабочего органа приведены в таблице 5.2.

Наибольшее распространение в современных машинах получили передачи осуществляющие вращательное движение.

При проектировании предварительно необходимо установить один или несколько вариантов воз­можного взаимного расположения двигателя и рабочего органа в пространстве. По таблице 5.3 в зависимости от требуемого передаточного числа, относительного расположения передачи в пространстве и специальных требований подбираются один или несколько вариантов передачи. Процесс выбора передачи лучше оформлять по форме таблицы 5.4.

Таблица 5.2 - Вид передачи

Движение двигателя	Движение рабочего органа или ведомого звена
	Вращательное			Поступательное или качательное
	Монотонное непрерывное с одной ско­ростью	Переменное по скорости в зависимости от требуемого режима	Прерывистое или переменное в течении одного оборота	Возвратно - поступательное	Возвратно-качательное	Возвратно-поступательное с остановкой в конце пути	Возвратно-качательное с остановкой в конце пути
Вращательное	Зубчатая; червячная; цепная; ременная; фрикционная; рычажная	Зубчатая; цепная; ременная; фрикционная (с плавным или ступенчатым регулированием)	Зубчатая с некруглыми колесами; рычажная; обгонный механизм; мальтийский механизм	Рычажная; кулачковая; винтовая; клиновая; зубчатая (реечная); барабанно-полистастный механизм	Рычажная; кулачковая	Кулачковая	Кулачковая; кулисная
Поступательное	Рычажная; винтовая (при ограниченном движении); зубчатая (реечная)	Рычажная; кулисная	Рычажная; обгонный, винтовой и мальтийский механизм	Рычажная	Кулачковая, зубчатая (реечная)	Рычажная; кулачковая	Рычажная; кулачковая

Таблица 5.3 – Параметры и характеристики основных типов передач

Вид передачи	Передаточное число при числе ступеней			Передаваемая мощность, кВт	Максимально допустимая окружная скорость, м/с	к. п. д. в одной ступени	Межцентровое расстояние, м	Положение валов	Регулирование скорости	Плавность и бесшумность работы	Постоянство передаточного числа
	1	2	3
Зубчатая: цилиндрическая	До 6-10*	До 30	До 400	До 40000 - 50000	От 0,5* до 150	0,93*-0,98	Определяется размерами передач	Пр	Ступенчатое	-	+
коническая	До 5	До 20	-			0,88*-0,92		Ск		-	+
Коническо цилиндрическая	-	До 30	До 180		До 150	-		Ск		-	+
планетарная 2К - Н	До 15	До 60	До 400			0,93-0,98		Пр		-	+
планетарная 3К	До 100	-	-	До 100		0,70-0,92		Пр		-	+
Червячная	До 70	-	-	До 60	До 40	0,40-0,80		Пс	-	+	+
Цепная	До 8	-	-	До 120	До 30	0,92-0,96	До 8	Пр	Ст	-	+
Плоскоременная	До 6	-	-	До 50	До 25	0,94-0,95	До 15	Любое	СТ, Пл	+	-
Клиноременная							До 10	Пр	Пл	+	-
Фрикционная	До 7	-	-	До 20	До 25	0,85-0,95	По размеру передачи	Пр, Ск	Пл	+	-
Примечания: 1. Знак * указывает, что данные численные значения относятся к открытым передачам. 2. Для обозначения положения валов приняты следующие сокращения: Пр - параллельное; Ск – скрещивающееся; Пс – пересекающиеся; для регулирования скорости: Ст – ступенчатое; Пл – плавное. 3. Относительные габариты, масса и стоимость определяются по отношению к одноступенчатой открытой передаче.

Окончание таблицы 5.3

Вид передачи	Предохранение от поломок при перегрузках	Самоторможение	Передаточное число при числе ступеней			Относительная масса,				Относительная стоимость,
			При числе ступеней
			1	2	3		1	2	3	1	2	3
Зубчатая: цилиндрическая	-	-	1,0	1,6-1,5	2,2-1,7		1,0	0,85	0,80	1,0	0,55-0,70	0,2-0,8
коническая	-	-	2,0	-	-		1,2-1,0	-	-	1,7-2,2	1,8-1,0	-
Коническо-цилиндрическая	-	-	-	2,8-3,2	2,5-2,9		-	0,82	0,8-0,75	-	-	1,3-0,97
планетарная 2К-Н	-	-	0,7-1,0	-	-		0,93-0,73	-	-	1,50-1,05	-	-
планетарная 3К	-	-	0,7-1,0	-	-		0,67-0,72	-	-	1,7-0,9	-	-
Червячная	-	+	1,0-1,6	-	-		1,04	-	-	1,55-1,40	-	-
Цепная	-	-	1,0-1,6	-	-		0,25	-	-	0,35-0,20	-	-
Плоскоременная	+	-	10-20	-	-		0,3-0,4	-	-	0,17-0,15	-	-
Клиноременная	+	-	5-4				0,4-0,5	-	-	0,3-0,2	-	-
Фрикционная	+	-	1,5-2,0	-			1,5	-	-	0,8		-

При выборе передач функции, предусмотренные для отдельных блоков блок-схемы, можно сочетать в одном агрегате или узле: например, коробку скоростей и реверс, реверс и передачу и т. д. Окружную скорость желательно ориен­тировочно определять для случая, если сразу за высокооборотным двигателем (n > 1000 об/мин) предполагается установить передачу с ограниченной окружной скоростью (цепная, ременная, фрикционная, червячная). После установления основных требований производится подбор подходящих для механизма передач и распределения между ними общего передаточного числа. Если требуется измене­ние скорости рабочего органа, то при составлении формы нужно установить, какой передачей и в каких пределах будет изменяться передаточное число. В форме также должно быть отражено требование приведения в движение рабочего органа от нескольких двигателей или от одного двигателя нескольких механизмов (груп­повой привод).

Таблица 5.4 – Составление вариантов кинематических схем

№ варианта

Входные параметры

Требуемые параметры

Вид передачи

Зубчатая

Червячная

Цепная

Плоскоременная

Клиноременная

Фрикционная

N, кВт

n, об/мин.

Относительная окружная скорость, м/с

Передаточное число (общее)

Расположение передач в пространстве

Специальные требования (регулирование скорости, бесшумность

Цилиндрическая

Коническая

Коническо-цилиндрическая

Планетарная

1

2

3

…

n