Практическая работа 2.7 «Кинематический и силовой расчет привода»
Цель работы: выполнить кинематический и силовой расчет привода
Теоретическое обоснование.
Механическая
передача
—
механизм, служащий для передачи и
преобразования механической энергии
от энергетической машины до исполнительного
механизма одного или более, как правило,
с изменением характера движения
(изменения направления, сил, моментов
и скоростей).
• Передачи зацепления: •Цилиндрические зубчатые передачи (бывают прямозубыми, косозубыми и шевронными). •Конические зубчатые передачи •Червячные передачи •Гипоидные (спироидные) передачи. •Цепные передачи. •Передачи зубчатыми ремнями. •Волновые передачи
• Передачи трения: •Фрикционные передачи. • Ременные передачи.
Основные характеристики механических передач
• Мощность (на входе – Р1(Вт), на выходе – Р2(Вт)) • Быстроходность (выражается частотой вращения или угловой скоростью) • n1 и n2 – частота вращения на входе (n1) и на выходе (n2) об/мин = мин-1 • w1 и w2 – угловая скорость (рад/с=с-1)
Производные характеристики механических передач • Механический КПД передачи – η=P2/P1. • Передаточное отношение (передаточное число): u=ω1/ω2. • Окружная скорость ведущего или ведомого звена: v=ωd/2, где d – диаметр колеса. Окружные скорости обоих звеньев передачи при отсутствии скольжения равны. • Окружная сила: Ft=P/v=2T/d, где P-мощность, а T- вращающий момент. • Вращающий момент: T=P/ω= Ftd/2.
Порядок выполнения работы.
Задание: Привод состоит из электродвигателя мощностью Рдв. с угловой скоростью вала ωдв. и двухступенчатой передачи, включающей редуктор и открытую передачу, характеристики звеньев которой заданы (d или z), угловая скорость выходного (третьего) вала привода ωвых. Требуется определить (алгоритм):
К.П.Д. отдельных передач, общий К.П.Д. привода;
мощности на валах;
передаточные отношения отдельных передач и передаточное отношение привода;
угловые скорости валов;
вращающие моменты на валах;
диаметр самого нагруженного вала из условия прочности на кручение.
Упругим скольжением в ременных передачах пренебречь. При расчете принять следующие значения К.П.Д. передач (с учетом потерь в подшипниках): для червячных-0,77; для остальных в соответствии с таблицей
Таблица. К.П.Д. механических передач.
Тип передачи Закрытая Открытая
Зубчатая цилиндрическая 0,97 0,95
Зубчатая коническая 0,96 0,95
Клиноременная - 0,95
Цепная - 0,92
Практическая работа 2.8 «Геометрический расчет цилиндрической зубчатой передачи (червячной)»
Цель работы: выполнить геометрический расчет цилиндрической зубчатой (червячной) передачи (на основе практической работы №6)
Теоретическое обоснование.
Зубчатая передача — это механизм или часть механизма, в состав которого входят зубчатые колёса. Движение передаётся с помощью зацепления пары зубчатых колёс. Меньшее зубчатое колесо принято называть шестерней, большее – колесом. Параметрам шестерни приписывают индекс 1, параметрам колеса – индекс 2. Достоинства зубчатых передач: • Возможность применения в широком диапазоне скоростей, мощностей и передаточных отношений. • Высокая нагрузочная способность и малые габариты. • Большая долговечность и надёжность работы. • Постоянство передаточного отношения. • Высокий КПД (87-98%). • Простота обслуживания. Недостатки зубчатых передач: • Большая жёсткость не позволяющая компенсировать динамические нагрузки. • Высокие требования к точности изготовления и монтажа. • Шум при больших скоростях.
Червячная передача – это зубчато-винтовая передача, движение в которой осуществляется по принципу винтовой пары. Червячные передачи применяют для передачи вращательного движения между валами, у которых угол скрещивния осей обычно составляет 90°. Геометрические параметры червячных передач такие же, как и в цилиндрических передачах. В большинстве случаев, ведущим звеном является червяк, т.е. короткий винт с трапецеидальной или близкой к ней резьбой. Для облегания тела червяка венец червячного колеса имеет зубья дугообразной формы, что увеличивает длину контактных линий в зоне зацепления.
Порядок выполнения работы.
Методика геометрического расчета зубчатых цилиндрических передач.
Исходные данные: передаточное число «u», межосевое расстояние «а», относительная ширина колеса – коэффициент ширины венца колеса Ψ (для прямозубой передачи- Ψ=0,4; для косозубой передачи - Ψ=0,5).
1. Выбираем модуль m по рекомендации: m = ( 0,01...0,02)а, принимая стандартное значение (мм) из ряда: 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0; 12,0; 16,0; 20,0.
2. Определяем число зубьев шестерни z из формулы:
d1+d2 m z1(u+1)
а = --------- = -----------,
2 2 Cosβ
где β- угол наклона линии зуба (для косозубых передач β= 8.....15; для прямозубых передач β=0, Cosβ=1).
2а Cosβ
Z1=------------- ) m(u+1)
Полученное значение Z1 округляем до ближайщего целого числа, но не менее 17.
3. Из формулы u = Z2 \ Z1 определяем число зубьев колеса Z2, округляя полученное значение до ближайшего целого числа. Уточняем значение передаточного числа u.
4. Определяем основные геометрические параметры зацепления:
а) шаг ρ=π m; б) высота головки зуба hа = m; в) высота ножки зуба hf = 1,25 m.
5. Определяем основные геометрические размеры колес:
а) делительные диаметры d1= m z1 / Cosβ; d2 = m z2 \ Cosβ;
б) диаметры вершин зубьев dа1= d1 +2 hа; dа2= d 2+ 2 hа;
в) диаметры впадин зубьев df1= d1- 2 hf; df2= d 2- 2 hf;
г) уточненное межосевое расстояние а= (d1+d2) \ 2;
д) из формулы Ψ= в \ а находим ширину зубчатого венца «в».
В пунктах 4 и 5 вычисления вести с точностью до второго знака после запятой, за исключением размера «в», который округляют до ближайшего целого числа.
Методика геометрического расчета червячных передач.
Исходные данные: передаточное число u, межосевое расстояние а.
1. Число витков (заходов) червяка Z1 определяем в зависимости от u по рекомендации:
u 8........16 16.......12 32.......80
Z1 4 2 1
2. Из формулы u = Z2 \ Z1 определяем число зубьев червячного колеса Z2, округляя полученное значение до ближайшего целого числа. Уточняем значение передаточного числа u.
3. Выбираем коэффициент диаметра червяка q= 0,25 Z2, принимая ближайшее целое из ряда 8........20.
2а
4. Определяем модуль m=----------,
q + Z2
Принимаем для модуля стандартное значение (мм) из ряда :
2; 2,5; 3,15; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20.
5. Определяем основные геометрические параметры зацепления:
а) осевой шаг червяка и окружной шаг колеса ρ=π m;
б) высота головки витка червяка и зуба колеса hа = m;
в) высота ножки витка червяка и зуба колеса hf = 1,2 m.
6. Определяем основные геометрические размеры червяка:
а) делительный диаметр d1= m q;
б) диаметр вершин витков dа1= d1 +2 hа;
в) диаметр впадин df1= d1- 2 hf;
г) угол подъема линии витка tgγ= Z1 \ q;
д) длина нарезанной части червяка в1= m (11+0,06 Z2).
7. Определяем основные геометрические размеры червячного колеса:
а) делительный диаметр d2= m Z2;
б) диаметр вершин зубьев dа2= d2 +2 hа;
в) диаметр впадин df2= d2- 2 hf;
г) наружный диаметр колеса dав2= dа2+ 6 m \ (Z1+2);
д) ширина зубчатого венца колеса в2= 0,75 dа1. 8. Уточняем межосевое расстояние: d1+d2
а =---------.
2
В пунктах 5, 6, 7, 8, вычисления следует вести с точностью до второго знака после запятой, за исключением размеров в1, в2, dав2, которые округляют до ближайшего целого числа.