Санкт-Петербургский Государственный Университет Низкотемпературных и пищевых Технологий
Лабораторная работа №3
«Элементарные механизмы»
по курсу «Технология Конструкционных Материалов»
Выполнил студент 422 группы
Цукуров А. А.
2008 год
Цель работы – изучение конструкций, кинематических характеристик и принципов работы основных видов передач и типовых механизмов станков. Получение навыков пользования условными обозначениями на кинематических схемах.
ВИДЫ ДВИЖЕНИЙ, ПРИВОДЫ, КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Для осуществления процесса резания необходимо заготовке и режущему инструменту сообщить рабочее движение. Движение, на которое расходуется большая часть мощности станка, называется главным движением. Движение, обеспечивающее непрерывность резания инструмента в новые слои металла, называется движением подачи. Например, при токарной обработке главным является вращательное движение заготовки, а движением подачи является поступательное перемещение инструмента. При фрезеровании основная часть мощности станка расходуется на вращательное движение инструмента, а для обеспечения непрерывного врезания его в новые слои материала поступательно перемещают заготовку. Кроме рабочих движений при работе на станках выполняют вспомогательные и установочные движения, необходимые для подвода и отвода инструмента или заготовки относительно друг друга.
Передача движения от источника (электродвигателя) к исполнительному органу станка осуществляется системой механизмов, которая называется приводом. В металлорежущих станках различают приводы главного движения, подачи и вспомогательных движений. Приводы могут быть механическими, гидравлическими, пневматическими и электрическими. В механических приводах система механизмов последовательной передачи движения называется кинематической цепью.
Кинематические цепи состоят из отдельных звеньев, называемых кинематическими парами или передачами. Элемент звена, передающий движение, называется ведущим, а принимающий движение–ведомым. Конструктивные особенности передач позволяют варьировать такими параметрами как направление, скорость и вид движения.
Изменение скорости вращения, выполненное кинематической парой, оценивается передаточным отношение ….., которое показывает во сколько раз скорость вращения ведомого элемента ….. больше или меньше скорости вращения ведущего элемента ….., т.е. ……………
При расчетах обычно требуется определить скорость вращения ведомого вала по известной величине скорости вращения ведущего вала и передаточному отношению ……………… Значение передаточного отношения ….. Устанавливают по конструктивным характеристикам кинематической пары. Несложно показать, что передаточное отношение кинематической цепи, состоящей из нескольких последовательных звеньев, равно произведению передаточных отношений кинематических пар, составляющих цепь, т.е. ………………..
Передачи, преобразующие вращательное движение в поступательное, характеризуются величиной перемещения S, на которую сместился поступательно движущийся ведомый элемент за один оборот ведущего элемента.
На чертежах все передачи и кинематические цепи, обеспечивающие работу станка, изображают условными обозначениями, совокупность которых называется кинематической схемой. На схемах указывают численные характеристики источников движения, передач и механизмов. Кинематические схемы позволяют не только рассматривать взаимосвязь элементов и механизмов станка, но и производить расчеты по настройке кинематических цепей.
ПЕРЕДАЧИ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В СТАНКАХ
Ременная передача используется для передачи вращательного движения на относительно большие расстояния с изменением или без изменения скорости вращения. Движение с ведущего вала на ведомый передается ремнем, надетым на шкивы, закрепленные на валах. Ременная передача не изменяет направление вращения.
Передаточное отношение ременной передачи ….. зависит от соотношения диаметров ведущего и ведомого шкивов и рассчитывается по формуле:………………, где ….. и ….. – диаметры ведущего и ведомого шкивов; ………………… - коэффициент, учитывающий проскальзывание ремня относительно поверхности шкивов. По сравнению с плоскими ремни круглого и клиновидного сечения при соответствующем исполнении шкива обеспечивают большую поверхность сцепления и более высокие значения коэффициента проскальзывания.
Ременная передача проста в исполнении, практически бесшумна. Недостатком является проскальзывание ремня при больших нагрузках и резком изменении скорости.
Цепная передача применяется, когда требуется передать на значительное расстояние большой крутящий момент с постоянной или измененной скоростью. Передача движения осуществляется цепью, надетой на звездочки, закрепленные на ведущем и ведомом валах. Как и ременная, цепная передача не изменяет направления вращения.
По аналогии с ременной, передаточное отношение цепной передачи ….. зависит от соотношения диаметров ведущей и ведомой звездочек ….. и ….. которое может быть выражено через числа зубьев этих звездочек ….. и ….. формулой:……………………..
Возможность передавать большие крутящие моменты на значительные расстояния без проскальзывания является серьезным достоинством цепной передачи. Однако сложность изготовления и ненадежность в работе при резком изменении нагрузки ограничивают ее использование в металлорежущих станках.
Зубчатая передача предназначена для передачи вращательного движения с постоянной или переменной скоростью и изменением направления вращения. Элементами кинематической при являются два зубчатых колеса, межосевое расстояние, форма зубьев и размеры которых обеспечивают зацепление зубьев. При этом ведомое колесо вращается в направлении противоположном вращению ведущего колеса. Передача вращательного движения между параллельными валами осуществляется цилиндрическими колесами, а между пересекающимися валами – коническими.
Передаточное отношение зубчатой передачи ….. определяется отношением диаметров ведущего и ведомого зубчатых колес …. и ….., которое, как и в случае цепной передачи, может быть выражено через соответствующие числа зубьев …. и …. формулой: ………………
Зубчатые передачи сложны в изготовлении и создают повышенный шум, но благодаря надежности в работе, долговечности, компактности и возможности передавать практически любые мощности при любых скоростях они получили самое широкое применение в станках.
Червячная передача предназначена для резкого уменьшения скорости вращения. Движение передается между скрещивающимися валами от ведущего элемента – винта (червяка) к ведомому элементу – червячному зубчатому колесу. В обратном направлении передача движения невозможна, что используется в подъемных механизмах. Направление вращения червячного колеса зависит от направления вращения червяка, направления витков червяка и от того, с какой стороны червячное колесо сопрягается с червяком.
Передаточное отношение червячной передачи …. Определяется числом заходов резьбы винта K и числом зубьев червячного колеса Z и рассчитывается как их отношение: ……………
Главным достоинством червячных передач является компактность. Только червячная передача позволяет получать передаточные отношения до 0,01 при небольших габаритах. Кроме того червячная пара работает плавно и почти бесшумно. К недостаткам относятся большой износ и значительная потеря мощности.
Реечная передача позволяет преобразовывать вращательное движение а поступательное. Передача состоит из зубчатой рейки и зубчатого колеса. Используют варианты, когда вращательное движение зубчатого колеса преобразуются в поступательное движение этого же колеса (точнее вала, на котором закреплено колесо) вдоль неподвижной зубчатой рейке или когда зубчатая рейка движется поступательно относительно закрепленного вала колеса.
Перемещение ведомого элемента реечной передачи за один оборот зубчатого колеса соответствует длине окружности колеса. Это перемещение ….. может быть выражено либо через диаметр колеса d, либо через расстояние между одноименными точками двух соседних зубьев t и число зубьев z, т.е. ………………… Принято отношение диаметра реечного колеса к числу зубьев этого колеса ……… называется модулем зубчатого зацепления m. Тогда, учитывая, что ………………….., перемещение за один оборот ведущего элемента составит ………………, а за n оборотов ………………..
Несмотря на трудность обеспечения плавности движения при малых скоростях, реечные передачи широко применяются в станках, так как они просты, надежны и достаточно эффективны в работе. На кинематических схемах условное обозначение реечной передачи дополняется словом «рейка» с указанием численного значения модуля.
Винтовая передача преобразует вращательное движение в поступательное. Элементами передачи являются винт и гайка. Вращение винта может быть преобразовано в поступательное движение либо гайка вдоль оси винта, либо самого винта относительно неподвижной гайки. Изменение направления вращения винта меняет направление поступательного движения.
Кинематической характеристикой винтовой пары является величина перемещения гайки за один оборот винта …. Она определяется расстоянием между одноименными точками двух соседних витков одной резьбовой нитки, называемым ходом винта. Если резьбовых ниток несколько, то их число, называемое числом заходов винта k, определяет количество винтов в одном ходе винта. Тогда ход винта рассчитывается как произведение числа заходов на расстояние между одноименными точками соседних витков, называемое шагом резьбы t. Соответственно перемещение за один оборот винта составит ………….., а за n оборотов …………..
Винтовые передачи широко применяются в металлорежущих станках благодаря таким достоинствам как малые габариты, бесшумность, плавность, простота получения малых перемещений с высокой точностью, надежность, возможность передачи больших усилий. К недостаткам винтовой пары следует отнести большие потери на трение и относительно быстрый износ.
МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ СТУПЕНЧАТОГО ИЗМЕНЕНИЯ СКОРОСТИ
1.1.Мехханизм с передвижным блоком зубчатых колес.
Блоки, состоящие из двух, трех и реже четырех колес, перемещением вдоль вала можно вводить в зацепление с колесами, закрепленными на другом валу. Как видно рисунка 1, устанавливая тройной блок в левое, среднее или правое положение, получают три соответствующих передаточных отношения:
В механизмах с передвижным блоком зубчатых колес все передачи характеризуются одинаковым межосевым расстоянием (расстоянием между валами равно сумме радиусов колес), следовательно, сумма чисел зубьев каждой пары ведущего и ведомого колес будет одинаковой: в приведенном примере
Передвижные блоки могут быть как ведущими, так и ведомыми. Благодаря простоте конструкции и надежности в работе механизмы с передвижными блоками получили самое широкое применение в приводах главного движения и подач различных станков. Неудобство использования механизмов заключается в невозможности переключения передачи на ходу.
Механизм с конусом зубчатых колес и накидных зубчатым колесом(конус Нортона).
На валу 1, образуя конус, жестко закреплены зубчатые колеса с последовательно нарастающим числом зубьев ………………………………. По валу 2 может перемещаться закрепленное подвижно без вращения колесо …., которое при помощи подвижной рамки находиться в постоянном зацеплении с накидным колесом ….. Перемещаясь вместе с колесом …. Вдоль вала 2, колесо ….. может быть введено в зацепление с любым колесом вала 1.
Пользуясь обозначениями, приведенными на рисунке 2, можно показать, что число зубьев накидного колеса не влияет на изменение скорости при передачи движения с ведущего вала на ведомый:
В конусе может быть до 12 колес, и если в станке предусмотрено использование конуса в качестве и ведущего, и ведомого элемента, то такой механизм обеспечивает 24 значения скорости
вращения. Таким образом, при небольших габаритах механизм Нортона позволяет иметь большой диапазон изменения скоростей. Недостатком является малая жесткость сцепления колес, что обуславливает применение только в цепях подач.
1.3. Механизм с вытяжной шпонкой
Механизм состоит из двух сопряженных конусов зубчатых конусов зубчатых колес, находящихся в постоянном зацеплении. На одном валу колеса установлены жестко, на другом – свободно, но имеется возможность с помощью короткой вытяжной шпонки жестко соединять с валом любое колесо (рис.3)
При положении шпонки, изображенном на рис.4, вращение вала 1 передается ведущему колесу …. И далее посредством зацепления его с ведомым колесом ….. валу 2. Через колеса ….. и ….. движение передается колесам ….. и ….., но они будут вращаться свободно без передачи крутящего момента валу 1.
Механизм прост и удобен в эксплуатации, но из-за малой жесткости шпоночного соединения используется для передачи только небольших нагрузок.
1.4.Ременной механизм со ступенчатыми шкивами.
Механизм состоит из двух ступенчатых шкивов, расположенных на требуемом расстоянии и соединенных круговым ремнем. Изменение скорости достигается перестановкой ремня со ступени на ступень. Количество скоростей определяется количеством ступеней. Механизм, на рис.5, обеспечивает увеличение и уменьшение скорости вращения с передаточными отношениями:
Ременные механизмы со ступенчатыми шкивами позволяют передавать нагрузки на относительно большие расстояния, просты в изготовлении. Однако неудобство переключения скоростей затрудняет их эксплуатацию.
1.5. Механизм с переключающей кулачковой муфтой.
На ведущем валу механизма (рис.6) свободно установлены два колеса ….. и ….. с кулачками на торцах. Каждое из колес может получать вращательное движение от двусторонней кулачковой муфты, шпоночно закрепленной на этом же валу. Колеса … и .…. находятся в постоянном закреплении с колесами ….. и ….., жестко закрепленными на ведомом валу 2. Переключением муфты в левое или правое положение соответствующее колесо вала1 становится ведущим и реализуется передача движения на вал 2 с передаточным отношением …………… или …………… соответственно.
Механизм удобен и надежен в эксплуатации. При замене кулачковой муфты на фрикционную возможно переключение скоростей на ходу. Механизмы с переключающими муфтами устанавливают в коробках скоростей различных станков.
1.6. Механизмы перебора.
Механизмы перебора называют механизмы с дополнительными передачами. Они могут быть разной конструкции. На рис.7 представлена кинематическая схема механизма перебора, в котором вращение шпиндельному валу передается кулачковой муфтой, приводимой в движение либо колесом …., либо колесом ….. Число оборотов колеса …. значительно ниже, чем у колеса ……, т.к. обе дополнительные передачи ……….... и……….. понижающие с передаточными отношениями…………………….. и ……………………..
Механизм перебора токарно-винторезного станка IК62 состоит из подвижных блоков зубчатых колес (рис.8). При левом положении блока ….. скорость вращения шпиндельного вала определяется скоростью вращения вала 3 и зубчатой передачей колеса z =65 вала 3 с колесом z =43 вала 6: …………………. При правом положении блока …. Вращение с вала 3 передается на шпиндельный вал 6 через дополнительные валы 4 и 5. Скорость вращения шпиндельного вала зависит тогда от положения блоков …… и ……
Из приведенных примеров видно, что механизмы перебора позволяют не только резко уменьшать скорость вращения ведомого звена (шпинделя), но и расширять диапазон частот вращения.
