Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

umk-teoriya-mehanizmov

.pdf
Скачиваний:
71
Добавлен:
18.05.2015
Размер:
18 Мб
Скачать
☆

9.3. Плакаты

9.3.1.Кинематические пары.

9.3.2.Виды зубчатых механизмов.

9.3.3.Червячная передача.

9.3.4.Сведения по производительности машин.

9.3.5.Выбор электродвигателя.

9.3.6.Виды механизмов.

9.3.7.Изготовление зубчатых колес.

9.3.8.Эвольвентное зацепление.

9.3.9.Кинематические характеристики рычажных механизмов.

9.3.10.Стенд «Курсовое проектирование по ТММ и М».

9.3.11.Схемы манипуляторов.

9.3.12.Сборник типовых аналогов машин.

9.4. Методические указания и пособия

9.4.1.Типовой лабораторный практикум по ТММ / Э. А. Горов и др. – М. : Машиностроение, 1990.

9.4.2.Лабораторные работы по ТММ / под ред. Е. А. Камцева. – Минск : Высш. шк., 1976.

9.4.3.Коренский, В. Ф., Кривенок, В. К. Теория механизмов и машин : Лабораторный практикум для студ. спец. 36.01.01, 36.01.03, 36. 01.04, 36.07.01, 70.05.01. – Новополоцк : Изд. ПГУ, 2004.

9.4.4.Курсовое проектирование по ТММ / под ред. Г. Н. Девойно. – Минск : Высш. шк., 1987.

9.4.5.Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине ТММ / сост. В. Ф. Коренский. – Новополоцк : ПГУ, 1995.

9.4.6.Василенко, Д. Л. Кинематика передаточного механизма. Мате- риалы республиканской конференции студентов и аспирантов Беларуси / Д. Л. Василенко. – Витебск : ВГТУ, 2002.

9.4.7.Комплект задач по ТММ – разработка кафедры.

9.5. Учебные кинофильмы

9.5.1.Промышленные роботы.

9.5.2.Микропроцессорные системы управления роботами.

9.5.3.Кинематика и динамика роботов и манипуляторов.

11

БАЗОВЫЙ КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МАШИНАХ

1.1.Машины. Требования к машинам. Задачи курса ТММ и М

Курс ТММ и М посвящен теоретическим основам машиноведения, теории проектирования машин и механизмов (в системе ЕСКД) и теории их эксплуатации.

Машина – техническое устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации с целью замены или облегчения физического и умственного труда человека, повы- шения его производительности.

Основной отличительный элемент машин (от других устройств) – это преимущественное использование механических движений. Механиче- ские движения выполняются твердыми телами. В связи с этим машины со- стоят преимущественно из твердых тел.

Требования к машинам разнообразны: минимум энергопотребления, малая масса, малые габариты, дизайн, высокая надежность и долговеч- ность. Важнейшие же требования, ради которых машины создаются и раз- виваются – производительность и качество выпускаемой продукции.

Производительность характеризует возможности производства насы- щать рынок. Качество определяет потребительские свойства выпускаемой продукции – возможность соответствовать моде и ГОСТ. Таким образом, общественная, постоянно меняющаяся мода – важнейший стимул развития и совершенствования новых машин. Развитие осуществляется путем проведе- ния новых исследований в различных областях науки и техники, своевремен- ного внедрения этих исследований в промышленное производство.

На заре развития машин они являлись вымыслом одиночек- изобретателей (ткацкий станок, паровая машина и т.п.) и даже служили поводом для революционных преобразований в обществе [3].

Предлагаемый конспект лекций поможет студентам придти к четко- му и ясному выводу и пониманию того, что современные машины не все- гда есть продукт ума гениев, они являются инструментом, создаваемым инженерами и рабочими для качественного выполнения с необходимой производительностью тех или иных машинных технологий. Научиться создавать машины – цель и задача студента – будущего инженера- механика и машиностроителя.

12

1.2. Классификация машин

Создано огромное количество машин. Чтобы ориентироваться в этом множестве, применяют классификации. По виду преобразования машины делятся:

1) на энергетические, преобразуют энергию:

а) если механическую энергию преобразуют в любой другой вид, то это – генераторы;

б) если энергию какого-либо вида преобразуют в механическую, то это – двигатели.

2)технологические (рабочие) машины. Применяются на фабриках и заводах. Они изменяют материалы по форме и состоянию. Их примеры – станки, компрессоры, насосы и др.

3)транспортные машины. Они преобразуют материалы (и людей) по положению. Примеры: машины внутрицехового транспорта (кары), подъ- емные краны, манипуляторы, а также трамваи, автобусы и т.п.

4)кибернетические машины. Они собирают информацию, преобра- зуют и выдают ее потребителю.

К ним относятся: ЭВМ, машины для счета, бухгалтерского учета, ро- боты с сенсорными (т.е. техническими) органами чувств и интеллекта, ма- шины для выполнения функций тех или иных органов человека (протезы).

Машины, в которых все преобразования энергии, материалов и ин- формации выполняются без непосредственного участия человека, называ- ют машинами-автоматами.

1.3. Производительность технологических машин

Современные технологические машины (они главный предмет наше- го рассмотрения) производят конечный продукт (штуки, изделия и др.), характеризующийся завершенностью набора технологических операций (движений) по его изготовлению и повторяемостью набора для изготовле- ния каждого изделия. В этих условиях работу машин следует рассматри- вать как циклическую, а указанный набор технологических операций счи- тать технологическим циклом [4].

Обозначим Тц – время одного технологического цикла

(мин/изделие). Тогда производительность Пр выразится как частота повто- рений технологического цикла машины в единицу времени:

Пр = 1 изделий . Тц мин

13

Вводя понятие главного вала машины (реального либо воображаемо- го [5]) как тела, совершающего за время технологического цикла один пол- ный оборот, нетрудно придти к выводу, что частоту вращения этого вала nг.в. (мин−1) также можно выразить через время технологического цикла:

n

=

1

 

оборотов

 

г.в.

 

Тц

 

мин

 

 

 

 

 

и, следовательно, определять как:

 

 

 

 

nг.в. =| Пр | .

(1.1)

Часть машины, расположенную между главным валом и двигателем, будем называть приводом.

За время технологического цикла Тц обрабатывающий инструмент

машины, связанный с ее исполнительным органом, совершает рабочий и холостой ходы. Первый предназначен для преодоления технологических усилий, второй – для возвращения инструмента в исходное положение.

Обозначим t p.x. и tx.x. –

время рабочего и холостого ходов инстру-

мента. Тогда:

 

 

 

 

Τц = tр.х. + tх.х. .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1.2)

При проектировании машин стремятся так распределить время Тц ,

чтобы получить t

р.х.

> t

х.х.

. Разделим (1.2) на Т

 

. Получим 1 =

tр.х.

+

t

х.х.

.

ц

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тц

 

Тц

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отношение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tр.х.

= η

 

 

 

 

 

(1.3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тц

 

 

 

 

 

 

 

называют коэффициентом производительности [4], который считают пока- зателем технического совершенства конструкций машин. Он показывает, какая часть времени технологического цикла является полезной, т.е. «про- изводительной». В силу сказанного, должно быть:

0,5 ≤ η ≤ 1,0 .

Когда машина имеет правый предел η , у нее tx.x. совмещено с t p.x. ,

и частота поступления продукта на обработку становится равной частоте его выпуска. Машина в этом случае становится «ротором». Роторные тех- нологии зародились во времена Великой Отечественной войны (линия по производству снарядов – академика Кошкина), ныне распространены в пищевой промышленности (линия разлива напитков в бутылки) и будут

14

служить основой машинных технологий, перспективных для XXI в. (вме- сте с лазерными, ядерными и другими технологиями (всего 10) [6].

Рассмотрим, какие параметры машинных технологий диктуют необ-

ходимость иметь ту или иную величину h . Известно, что скорость обра- ботки изделий определяется механическими свойствами материалов и ис- пользуемым инструментом. При удачном их сочетании обеспечивается не- обходимое качество. Технологическим параметром здесь может служить, и

часто действительно служит, средняя скорость обработки Vсрр.х. , т.е. сред-

няя скорость инструмента при совершении рабочих ходов. Зная рабочий ход Н исполнительного органа машины (соответствующий времени t p.x. )

можно получить:

tр.х. = H. . ,

Vсрр х

а, подставив это в формулу (1.3), получить[5]:

h =

H

× Пр.

(1.4)

V р.х.

 

ср

 

Выражение (1.4) может служить для анализа используемых машин- ных технологий и для поиска резервов их улучшения.

В заключение отметим, что величину хода Н чаще всего выбирают исходя из размеров заготовки и технологических перебегов инструмента, а входной параметр для проектирования исполнительных механизмов ма- шин α р.х. получают, представив (1.3) как:

h =

α р.х.

,

(1.5)

o

360

 

 

откуда угол рабочего хода главного вала

 

aр.х. = h ×360o .

(1.6)

15

2.СТРУКТУРА МАШИН

2.1.Машинный агрегат. Общее устройство

Современное развитое машинное устройство может включать как одну из ранее названных простых машин, так и их совокупность. В сложных ма- шинных агрегатах трудно выделить простые машины. Поэтому в таких агре- гатах выделяют следующие элементы главного привода (рис. 2.1):

1.Движущий орган (Д.О.) – твердое тело – источник механического движения

2.Рабочий орган (Р.О.) – твердое тело, несущее обрабатывающий инструмент, взаимодействующий с объектом обработки.

3.Передаточный механизм – совокупность подвижно связанных ме- жду собой твердых тел, предназначенных для преобразования движения двигателя в движение рабочего органа. Передаточный механизм – важ- нейший объект изучения в ТММ и М.

У. У. Т.У.

Передаточный

механизм

Рис. 2.1. Элементы структуры главного привода машин

Движение двигателя обычно простое – вращательное, как правило, равномерное либо поступательное. Рабочие органы совершают движение, которое определяется выполняемой машинной технологией. Например, в упаковочных автоматах это – сложное пространственное движение.

Передаточный механизм – совокупность связанных кинематически твердых тел (звеньев), предназначенная для преобразования имеющегося простого движения двигателя в требуемое движение рабочего органа. Пе- редаточный механизм может быть как простым, так и сложным. Простоты можно добиться знанием свойств механизмов, либо использованием при- ближенных законов движения рабочих органов. Чем грубее возможное приближение, тем передаточный механизм проще. Но и простой механизм может обеспечить большую точность за счет меньшего количества твер- дых тел (звеньев) и их подвижных соединений (кинематических пар), ко- торые снижают точность за счет реальной упругости звеньев и зазоров в

16

кинематических парах. В частных случаях, когда рабочий орган может со- вершать то же движение, что и двигатель (электрическое точило, вентиля- тор), передаточный механизм не нужен. В остальных случаях стремятся к упрощению передаточного механизма.

Машина имеет также устройство управления (У.У.) и может иметь транспортное (подающее) устройство (Т.У.).

2.2.Движущий и рабочий органы машин

Вкачестве движущего органа в машинах могут применяться различ- ные двигатели – электрические, тепловые, пневмо- и гидродвигатели и др.

Втехнологических машинах в качестве двигателя наиболее часто ис- пользуют короткозамкнутый асинхронный электродвигатель. Он простой, малогабаритный, имеет незначительную массу, но трудно регулируется.

Асинхронный электродвигатель включает короткозамкнутую обмот- ку (чаще роторную) в виде беличьего колеса и обычно статорную обмотку- индуктор, в котором трехфазный переменный электрический ток индуци- рует вращающееся магнитное поле.

При вращении поля индуктора в короткозамкнутом роторе наводятся вихревые токи, которые взаимодействуют с вращающимся полем индукто- ра, увлекая ротор. Ротор отстает от поля индуктора на величину скольже- ния, которая определяется нагрузкой.

Механическая характеристика асинхронного короткозамкнутого электродвигателя (рис. 2.2) Μд = f (n) , (n – частота вращения вала, Μд –

движущий момент) имеет две ветви – устойчивую и неустойчивую.

Mд

nопр

nном

nc

 

 

 

Рис. 2.2. Механические характеристики короткозамкнутого асинхронного электродвигателя

17

Устойчивая ветвь характеристики отличается тем, что при возраста- нии нагрузки на двигатель его обороты падают (до n опрокидывающего). Если момент на двигатель больше М опрокидывающего, осуществляется переход на неустойчивую ветвь характеристики и двигатель может остано- виться. Если его не выключить, то ротор, как неподвижный проводник во внешнем вращающемся магнитном поле индуктора, разогревается и может сгореть. При номинальных оборотах величина отставания ротора от поля статора определяется величиной скольжения:

S = nc − nном , nc

где nc – синхронная частота вращающегося ротора при отсутствии на-

грузки (частота вращения магнитного поля индуктора).

Посторонние силы могут разогнать двигатель до оборотов больших, чем синхронные, но при этом двигатель переходит в режим динамического торможения.

Синхронная частота асинхронного двигателя:

 

n =

60 × f

,

 

 

 

c

p

 

 

где f –

частота тока (промышленная f = 50 Гц),

p –

число пар полюсов обмотки индуктора (число секций).

При р = 1, nc = 3000мин−1 . При этом двигатель наиболее простой и наименее массивный (1 обмотка). Частота вращения ротора при p > 1 – (максимально возможная):

nc = 1500мин−1 при p = 2 ,

nc = 1000мин−1 при p = 3 , nc = 750мин−1 при p = 4 .

По мере увеличения p масса двигателя увеличивается. Асинхронные электродвигатели подбирают по каталогам (Приложе-

ние 1), используя при этом среднецикловую мощность:

N= Αпс

цη × Τц

исинхронную частоту вращения nc , которая через параметры привода оп-

ределяет время технологического цикла.

Здесь Aηпс = Aдв – работа, которую должен совершать двигатель в цикле;

18

η – кпд передаточного механизма – находят приближенно при по-

мощи выражения:

η = η1 × η2 × η3 ,

где η1 ,η2 … – получаемые из технических справочников кпд простых

механизмов, последовательно образующих передаточный механизм. Работа полезных сил Aпс совершается полезными силами на рабочем

звене. Полезные силы определяются по теоретическим формулам, либо экспериментально в функции перемещения рабочего органа. Например, для поперечно-строгального станка диаграмма полезных нагрузок может быть установлена в зависимости от геометрии поверхности А – А обработ-

ки (lq , а, b) принятой величины перебегов резца

fn и максимального тех-

нологического усилия Fт (рис. 2.3).

 

 

 

 

 

 

vрезания

 

 

 

А

 

 

А (поверхность обработки)

 

a)

 

 

Эскиз обрабатываемой

 

 

 

 

 

детали

 

 

 

 

a

b

 

 

 

Fт

 

ln

lg

ln

 

 

Fт max

График полезной нагрузки

1.0

 

 

 

 

б)

S H

1.0 H max

Рис. 2.3. К определению графика полезной нагрузки:

а) эскиз обрабатываемой детали; б) график полезной нагрузки

При этом работа полезных сил может быть вычислена исходя из гео- метрического смысла интеграла, как площади между кривой нагрузок и осью перемещений. На рис. 2.4:

Aпс = ∫ Fпс × dS = Fт (a + b) .

Конструкции рабочих органов изучают на выпускающих кафедрах по источникам, публикуемым для этих кафедр.

19

2.3. Передаточный механизм и его составляющие

Передаточный механизм служит для преобразования простого дви- жения двигателя в требуемое движение рабочих органов. Каждая машина имеет свой передаточный механизм. Все передаточные механизмы можно разбить на более простые механизмы. Имеется и обратная возможность, при которой передаточный механизм образуется из более простых меха- низмов и наследует основные свойства составляющих механизмов.

Механизмом называется совокупность кинематически связанных меж- ду собой твердых тел, предназначенных для преобразования движения одно- го или нескольких твердых тел в требуемое движение других твердых тел.

Согласно практической классификации [7], которая принята в техни- ческих справочниках, все простейшие механизмы можно разделить:

1)на рычажные;

2)зубчатые;

3)кулачковые;

4)механизмы прерывистого движения;

5)винтовые и червячные;

6)фрикционные передачи и вариаторы;

7)комбинированные механизмы.

Первые шесть механизмов – простейшие. Из них состоят более сложные – комбинированные механизмы.

Механизм, который выполняет в машине ту либо иную функцию, на- зывают функциональным.

20

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]