- •Общие требования к выполнению самостоятельной работы
- •Объем и содержание самостоятельной работы
- •3 Описание внешнего вида механизма
- •4 Кинематический расчет механизмов
- •5 Расчет геометрии передачи и ее деталей
- •Силовой расчет механизмов
- •7 Расчет зацеплений на прочность
- •8 Расчет прочности одного из валов механизма
- •Графическая часть работы
- •9 Выбор конструкционных материалов
- •Библиографический список
5 Расчет геометрии передачи и ее деталей
5.1 Фрикционные передачи
Фрикционные передачи роликами осуществляют передачу
5
движения между параллельными и пересекающимися валами. Сила трения возникает на образующей роликов или на их торцовых поверхностях.
Рисунок 3- Схемы фрикционных передач
Фрикционные передачи роликами осуществляют передачу движения между параллельными и пересекающимися валами. Сила трения возникает на образующей роликов (рисунок 3 а) или на их торцовых поверхностях (рисунок 3 б). Сила нормального давления Q/2 создается силами упругости составляющих дисков 1 и 2. Размеры передачи зависят от диаметров роликов Д1 и, Д2 межосевого расстояния, равного аw = 0.5 ((Д1 + Д2). Задаваясь диаметром Д1, определяют Д2 = U Д1 где U - передаточное число. При геометрическом расчете диаметров дисков 1 и 2 фрикционных механизмов с гибкой связью 3 значения Д1 (мм) для передач с резинотканевыми ремнями равны /3/
,
(7)
где Т1-вращающий момент на валу малого шкива (нм.).
Для
синтетических ремней эта зависимость
дает завышенные результаты. Поэтому
при расчете рекомендуется предварительно
выбрать толщину ремня
0.7
мм и диаметр Д1
определить
из соотношения
100150.
Наименьший размер шкива в таких механизмах РЭС составляет Д1min=68 мм. В качестве гибкой связи используют шнуры из шелка, капрона, резины, пластмасс, стальные
6
тросики, ленту, а также плоский и клиновый ремень. Минимальное значение расчетного диаметра меньшего шкива Д1 (мм) клиноременных передач определяется из выражения
,
(8)
где Т1 – момент на валу (нм.).
Диаметр
большего шкива равен
,
а вычисленные значения округляют до
ближайших стандартных значений: 30; 45;
50; 56; 63; 71; 80; 90; 100; 112; 125; 140; 160; 180; 200 и т.д.
Межосевое расстояние аw определяется конструктивными требованиями к ремонту привода и для плоскоременных передач равно
.
(9)
Коэффициент 1,5 принимают для передач с синтетическими ремнями и 2,0 – для передач с резинотканевыми ремнями.
Для клиноременных передач:
aw min = 0.55 (Д1+Д2)+h, (10)
aw max=2 (Д1+Д2). (11)
Обычно для увеличения долговечности ремня принимают aw > aw min и руководствуются следующей зависимостью:
,
где С – числовой коэффициент равный 1,5 для передаточного числа U = 1, C=0.9, если U = 5 и С=0.85; для U>6.
Расчетная длина ремня Lp стального тросика, ленты, шнура в зависимости от выбранного aw определяется выражением /3/
.
(12)
7
Угол охвата ведущего шкива равен
.
(13)
Значение
угла
зависит
от тяговой способности и составляет
для передач с резинотканевыми ремнями
и клиноременных
.
Поэтому габариты клиноременных передач
существенно меньше.
5.2 Геометрия цилиндрической зубчатой передачи
В
механизмах РЭС наиболее распространены
эвольвентные зубчатые передачи /4/.
Меньшее зубчатое колесо (Z1)
называют шестерней, а большое (Z2)
– колесом. Зацепление зубчатых колес
Z1
и Z2
кинематически можно представить как
качение без скольжения двух окружностей
диаметром dw1
и dw2.
Положение линии зацепления, т.е. траектории
общей точки контакта зубьев при ее
движении относительно неподвижного
звена зубчатой передачи, определяется
углом зацепления
(ГОСТ
16530-70). Окружность зубчатого колеса,
делящуюся при его нарезании на равное
число частей длиной р,
называемых шагами и имеющую стандартный
модуль, называют делительной. Диаметр
такой окружности находят из равенства
.
Модуль m
является основной характеристикой
зубчатого колеса и равен
(мм).
Зубчатые колеса с модулем 0.1 мм
m
1мм
называют мелкомодульными. Для снижения
номенклатуры и унификации режущего
инструмента модули стандартизованы и
выбираются из таблицы 1.
Первый ряд следует предпочитать второму.
У передачи, которая состоит из зубчатых колес Z1 и Z2, изготовленных без смещения, начальные dw1 и делительные d окружности совпадают
dw1=d1=m Z1. (14)
8
dw2=d2=m Z2. (15)
Таблица 1- Значения модуля
Ряд |
m, мм |
Первый |
0.1; 0.12; 0.15; 0.2; 0.25; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.8; 1.0; 1.25; 1.5; 2.0; 2.5; 3.0; 4.0; 5.0 и т.д. |
Второй |
0.14; 0.18; 0.22; 0.28; 0.35; 0.45; 0.55; 0.7; 0.9; 1.125; 1.375; 1.75; 2.25; 2.75; 3.5; 4.5; 5.5 и т. д. |
Высота
зуба берется равной h
= ha+hf.
При ha=h*am,
hf=(h*a+C*)m,
где h*a
– коэффициент высоты головки, С*
- коэффициент радиального зазора (по
ГОСТ 16532-70 значения h*a
= 1 и С*
= 0.25).
Рисунок 4- Схема зацепления двух зубчатых колес
9
Диаметры вершин зубьев равны
(16)
Диаметры впадин находятся из выражений
(17)
Межосевое расстояние зубчатой пары равно
.
(18)
Исходный
контур инструментальной рейки,
используемый при нарезании зубчатых
колес, имеет угол профиля
.
Ширина
венца зубчатого колеса bw
определяется произведением межосевого
расстояния aw
на соответствующий коэффициент ширины
зубчатого венца
,
выбор ba
осуществляется из таблицы 2.
Таблица 2- Параметр ba
ba |
Примечание |
0.010.1 |
Кинематические и легконагруженные передачи |
0.10.25 |
Легко и средненагруженные передачи при повышено жесткости валов |
0.0250.40 |
Передачи повышенной и высокой нагруженности при достаточной жесткости валов |
При увеличении коэффициента ширины зубчатого венца для обеспечения контакта по всей длине зуба необходимо повышать жесткость и точность изготовления зубчатых колес.
10
5.3 Конические зубчатые передачи
Зубчатый
венец ограничивает внешний и внутренний
торцы колеса, а сама передача имеет
межосевой угол
и
углы наклона образующих начальных
конусов
и
.
Размеры зубчатых колес обозначают по
их внешнему торцу (индекс С) и среднему
сочетанию (индекс m).
В соответствии с ГОСТ 196624-74 зубчатые
колеса без смещения при прямом зубе и
торцевом модуле
для
имеют
следующие параметры:
Рисунок 5- Схема конической передачи и геометрия конического зубчатого колеса
внешнее
конусное расстояние
среднее
конусное расстояние
ширина
зубчатого венца
углы
делительные конусов
внешний
делительный диаметр
внешний
диаметр вершин
11
,
где
внешняя
высота зуба равна
,
где С*=0.2;
расчетное
расстояние
.
Передаточное
число в конической передаче
.
Погрешности зубчатых колес зависят от
точности их изготовления.
5.4 Геометрия червячной передачи
Червячные
передачи работают по принципу работы
винтовой пары. Как правило, ведущим
звеном является червяк, а ведомым –
колесо. В червячной передаче с архимедовым
червяком различают начальные диаметры
и
; делительные диаметры червяка 1 и колеса
2
и
и шаг P
связанный с модулем зацепления в основном
сечении червяка m
соотношением
(рисунок 6). Резьба червяка может быть
однозаходной и многозаходной, число
витков червяка равно
,
число зубьев колеса -
.
Модули предпочтительного ряда в осевом
сечении червяка должны выбираться из
ряда:0.1;
0.125; 0.16; 0.2; 0.25; 0.315; 0.4; 0.5; 0.63; 0.8; 1.0; 1.25; 1.6;
2.0; 2.5; 3.15; 4.0; 5.0
и т.д.; допускается использование модулей
0.12;
0.15; 0.3; 0.6; 1.5; 3.0; 3.5; 4.5; 5.5
и т.д.
Рекомендуются
следующие коэффициенты диаметра червяка
(ряд 1):
6.3; 8.0; 10; 12.5; 16; 20; 25.
Некоторые сочетания
и
по
ГОСТ 2144-76 даны в табл. 3. Делительный
(начальный) диаметр
,
диаметры вершин
и впадин
12
витков
при
;
,
при
=0.2
выражаются в виде
(19)
(20)
.
(21)
Длина нарезанной части червяка:
при
=1;
2
при
.
Угол
обхвата витков червяка колесом
,
угол зацепления
.
Таблица
3- Значения m
для выбора параметра
|
|
|
|
|
|
1.0 |
|
|
1.6 |
10; 12.5; 16; 20 |
1; 2; 4 |
1.25 |
12.5; 16; 20 |
1; 2; 4 |
2.0; 2.5; 3.15 |
8; 10; 12.5; 16; 20 |
1; 2; 4 |
При этом для червячного колеса параметры равны
(22)
.
(23)
(24)
(25)
При
,
;
при
,
;
при
,
.
Ширину
венца
находят
в соответствии с углом обхвата червяка
колесом
.
Делительный угол подъема винтовой
линии вычисляют из выражения:
13
.
(26)
Рисунок 6- Геометрические параметры червячной передачи
Межосевое расстояние в червячной передаче без смещения:
.
(27)
Геометрические расчеты червячных передач во многом аналогичны расчетам зубчатых механизмов.
5.5 Передача винт-гайка
В
передаче винт-гайка используют в основном
трапецеидальную резьбу (рисунок 7. а) и
лишь в отдельных случаях – метрическую
(рисунок 7.
б). Резьба имеет наружный
,
внутренний
и средний
диаметры (
14
относится
к винту,
-
к гайке), шаг
,
теоретическую высоту H
и рабочую высоту профиля связывает H1
,
угол
профиля
,
угол подъема резьбы
,
число заходов
,
ход резьбы
.Для трапецеидальной резьбы в стандартах
определены профиль и основные ее размеры.
У этой резьбы
,
;
,
мм,
=1.5
мм. Для метрической резьбы эти параметры
даны в СТ СЭВ 640-77, угол профиля резьбы
,
шаг
и высота профиля H.
Теоретическая высота H
и рабочая высота профиля связаны H1
= 5/8 H
= 0,541 P
для
винта и для гайки соответственно H/8
и
H/4.
Стандарт предусматривает для одного
номинального диаметра
резьбу с крупными и мелкими шагами /1/.
.Резьбы с мелким шагом используют в
соединениях, испытывающих вибрационные
нагрузки, что
обеспечивает
лучшее самоторможение.
Рисунок 7- Трапецеидальная (а) и метрическая (б) резьба
. Обозначение основной резьбы с указанием допуска имеют вид: для болтов M12-6g; для гаек M12-6H, для болтового соединения M12-6H / 6g (для 6-й степени точности).
5.6 Механизмы прерывистого движения
Мальтийские механизмы используют для преобразования
15
непрерывного
вращательного движения во вращательное
движение с остановками. Такой механизм
состоит из мальтийского креста 1 и
кривошипа 3 с цевкой 2 и фиксатором 4, где
звеном является кривошип с цевкой.
Рассмотрим геометрические параметры
данного механизма с внешним зацеплением
и четырехпазовым крестом. Его
геометрическими параметрами являются
межосевые расстояния aw,
радиус R1,
радиус фиксатора
,
число пазов креста Z,
угол между пазами креста
,
угол поворота кривошипа
при
повороте креста на угол
(рабочий
угол кривошипа) и расчетные радиусы
креста R2min
и R2max.
Угол
между пазами креста
,
где z
=312.
Угол поворота кривошипа равен
.
(28)
Радиус кривошипа определяют, задаваясь межосевым расстоянием aw
.
(29)
Радиусы
креста R2min=aw-R1;
R2max=
.
Диаметр цепки кривошипа и ширина пазов
креста dz=(0.20.3)R1.
Условиям безударного зацепления цевки
с пазами креста являются зависимость
.
Кинематическими параметры механизма
являются период цикла Тu,
коэффициент движения
и наибольшая угловая частота креста
w2max.
Период цикла механизма соответствует
времени одного оборота кривошипа равен
сумме времени движения креста tq
и времени его покоя tn:
Tu=tq+
tn=60/n1,
где n1
– частота вращения кривошипа, об/мин.
Коэффициент цикла движения
.
Наибольшая угловая частота креста:
2max=w1R1/R2min.
Динамические параметры механизма
характеризуются ускорениями движения
креста, значения которых в начальный
16
и
конечный моменты движения
,
ускорение уменьшается при увеличении
числа пазов креста.
Рисунок 8- Геометрия мальтийского механизма
Остановка механизма при выходе из паза осуществляется секторным замком, выпуклая цилиндрическая поверхность которого входит в вогнутую поверхность креста и препятствует его повороту.
