Вариант 7
1.1.5 Функциональнаяклассификация механизмов. Приведите примеры каждого вида (класса) механизмов
Система тел, предназначенная дляпреобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения другихтел, называется механизмом. С точки зрения их функционального назначениямеханизмы машины делятся на следующие виды:
1. Механизмы двигателей ипреобразователей.
2. Передаточные механизмы.
3. Исполнительные механизмы.
4. Механизмы управления, контроляи регулирования.
5. Механизмы подачи,транспортировки, питания и сортировки обрабатываемых сред и объектов.
6. Механизмы автоматическогосчета, взвешивания и упаковки готовой продукции.
Механизмы двигателей осуществляютпреобразование различных видов энергии в механическую работу. Механизмыпреобразователей (генераторов) осуществляют преобразование механической работыв другие виды энергии. К механизмам двигателей относятся механизмы двигателейвнутреннего сгорания, паровых машин, электродвигателей, турбин и др. Кмеханизмам преобразователей относятся механизмы насосов, компрессоров,гидроприводов и др.
Передаточные механизмы (привод)имеют своей задачей передачу движений от двигателя к технологической машине илиисполнительным механизмам. Задачей передаточных механизмов является уменьшениечастоты вращения вала двигателя до уровня частоты вращения основного валатехнологической машины. Например, редуктор.
Исполнительными механизмаминазываются те механизмы, которые непосредственно воздействуют на обрабатываемуюсреду или объект. В их задачу входит изменение формы, состояния, положения исвойств, обрабатываемых среды или объекта. К исполнительным механизмам,например, относятся механизмы прессов, деформирующих обрабатываемый объект,механизмы грохотов в энергозерноочистительных машинах, разделяющих среду,состоящую из зерна и соломы, механизмы металлообрабатывающих станков и т.д.
Механизмами управления, контроляи регулирования называются различные механизмы и устройства для контроляразмеров обрабатываемых объектов, например, механические щупы, следующие зафрезой, обрабатывающей криволинейную поверхность, и сигнализирующие оботклонении фрезы от заданной программы обработки; регуляторы, реагирующие наотклонение угловой скорости главного вала машины и устанавливающие нормальнуюзаданную угловую скорость этого вала и т.д. К этим же механизмам относятся иизмерительные механизмы по контролю размеров, давления, уровней жидкостей ит.д.
К механизмам подачи,транспортировки, питания и сортировки обрабатываемых сред и объектов относятсямеханизмы винтовых шнеков, скребковых и ковшевых элеваторов для транспортировкии подачи сыпучих материалов, механизмы загрузочных бункеров для штучныхзаготовок, механизмы подачи пруткового материала в высадочных автоматах,механизмы сортировки готовой продукции по размерам, весу и конфигурации и т.д.
Механизмы автоматического счета,взвешивания и упаковки готовой продукции применяются в машинах выпускающихмассовую штучную продукцию. Эти механизмы могут быть и исполнительнымимеханизмами, если они входят в специальные машины, предназначаемые для этихопераций. Например, в машинах для расфасовки чая механизмы взвешивания иупаковки являются исполнительными механизмами.
Несмотря на разницу вфункциональном назначении механизмов отдельных видов, в их строении, кинематикеи динамике много общего.
Например, механизм поршневогодвигателя, механизм кривошипного пресса и механизм привода ножа косилки имеют всвоей основе один и тот же кривошипно-ползунный механизм. Механизм приводарезца строгального станка и механизм роторного насоса имеют в своей основе одини тот же кулисный механизм. Механизм редуктора, передающего движение отдвигателя самолета к его винту, и механизм дифференциала автомобиля имеют всвоей основе зубчатый механизм.
1.2.3 Соотношения между угловымискоростями, мощностями и крутящими моментами на валах зубчатой передачи
Передаточное отношение от колеса1 к колесу n
U1n=ω1/ωn
где ω1– угловая скорость вала 1,
ωn– угловая скорость вала n.
КПД зубчатой передачи:
η=Рn/Р1
где Р1 – мощность навалу 1 (входном),
Рn– мощность на валу n (выходном).
Крутящие моменты:
Т1= Р1/ω1 – вал 1,
Тn=Рn/ωn– вал n.
Отсюда
Тn=Т1∙ U1n∙ η
1.3.5 Трение в кинематическихпарах. Виды и характеристики трения: трение качения, трение скольжения. Понятияо коэффициентах трения скольжения и трения качения. Угол трения
Когда одно тело соприкасается сдругим, то независимо от их физического состояния возникает явление, называемоетрением, которое представляет собой сложный комплекс механических, физических ихимических явлений. В зависимости от характера относительного движения телразличают трение скольжения – внешнее трение при относительном скольжениисоприкасающихся тел и трение качения — внешнее трение при относительном качениисоприкасающихся тел. Сила, препятствующая относительному движениюконтактирующих тел, называется силой трения.
Сила трения скольженияуменьшается, если соприкасающиеся тела смазаны специальными смазочнымиматериалами, причём, если материал – жидкость, полностью разделяющаяконтактирующие поверхности, то трение называется жидкостным. При совершенномотсутствии смазки имеет место сухое трение. Если смазывающая жидкость неполностью разделяет трущиеся поверхности, то трение называется полужидкостнымили полусухим в зависимости от того, какой из двух видов трения преобладает.
Основные положения:
1. Сила трения скольженияпропорциональна нормальному давлению.
2. Трение зависит от материалов исостояния трущихся поверхностей.
3. Трение почти не зависит отвеличины относительной скорости трущихся тел.
4. Трение не зависит от величиныповерхностей касания трущихся тел.
5. Трение покоя больше трениядвижения.
6. Трение возрастает сувеличением времени предварительного контакта соприкасающихся поверхностей.
При трении скольжения несмазанныхтел, коэффициент трения зависит от нормального давления. В большинстветехнических расчетов пользуются формулой
FT=f∙Fn
где f –среднее значение коэффициента трения, определяемого из опыта и принимаемогопостоянным.
FT– сила трения.
Fn– нормальное давление.
При трении скольжения смазанныхтел вводят понятие коэффициента жидкостного трения, который зависит от скоростиυ движения слоев смазки друг относительно друга, от нагрузки р и откоэффициента вязкости μ.
При качении необходимо преодолетьнекоторый момент МТ, называемый моментом трения качения, величинакоторого равна:
МТ=F∙k
где: k –плечо трения качения или коэффициент трения качения, имеет размерность длины.Определяется опытным путем для различных материалов.
При трении скольжения коэффициенттрения и угол трения связаны следующей зависимостью:
f=tgφ
где φ– угол трения.
ременный передача скорость вал зубчатый
2.1.1 Разъемные соединения.Разновидности разъемных соединений. Области применения различных типовразъемных соединений
Разъёмными называют соединения,разборка которых происходит без нарушения целостности составных частей изделий.Наиболее распространёнными в машиностроении видами разъёмных соединенийявляются: резьбовые, шпоночные, шлицевые, клиновые, штифтовые и профильные.
Резьбовым называют соединениесоставных частей изделия с применением детали, имеющей резьбу. Например,болтовое, шпилечное, винтовое. Резьбовые соединения широко применяются вмашиностроении и приборостроении для неподвижного закрепления деталейотносительно друг друга. Например, закрепление электродвигателя и редуктора нараме.
Шпоночными соединениями называютразъёмные соединения составных частей изделий с применением шпонок. Шпоночныесоединения состоят из вала, шпонки и ступицы колеса. Шпонка представляет собойстальной брус, который вставляется в пазы вала и ступицы. Она служит дляпередачи вращающего момента между валом и ступицей колеса, шкива, звездочки.Шпоночные соединения широко применяются во всех отраслях машиностроения прималых нагрузках и необходимости легкой сборки, разборки. Например, креплениезубчатого колеса на валу редуктора.
Шлицевые соединения образуютсявыступами – зубьями на валу и соответствующими впадинами — шлицами в ступице.Рабочими поверхностями являются боковые грани зубьев. Шлицевое соединениеусловно можно рассматривать как многошпоночное. Шлицевые соединения широко распространеныв машиностроении. Применяются там же, где и шпоночные соединения, но при болеебольших нагрузках.
Клиновые соединения по назначениюразличают: силовые, в которых клинья, называемые крепежными, служат дляпрочного соединения деталей машин, и установочные, в которых клинья, называемыесоответственно установочными, предназначены для регулирования и установкидеталей машин в нужном положении. Силовые клиновые соединения применяют,например, при скреплении клином стержня со втулкой. Установочные клиньяприменяют для регулировки и установки подшипников валков прокатных станов и т.п. Широко используются в машиностроении.
Штифтовые соединения применяютдля крепления деталей (соединение вала со втулкой) или для взаимногоориентирования деталей, которые крепят друг к другу винтами или болтами(соединение крышки и корпуса редуктора, соединение стойки и основания и др.).
Профильное соединение — соединение деталей машин по поверхности их взаимного контакта, имеющей плавныйнекруглый контур. Образующая поверхность профильного соединения может бытьрасположена как параллельно осевой линии вала, так и наклонно к ней. Впоследнем случае соединение наряду с крутящим моментом может передавать также иосевую нагрузку.
Профильные соединенияиспользуются для передачи больших крутящих моментов в коробках скоростейавтомобилей, тракторов и станков взамен шлицевых и шпоночных соединений. Такиесоединения применяются также для передачи крутящего момента на режущийинструмент (насадные фрезы, сверла, зенкеры, развертки).
Профильные соединения надежны, ноне технологичны, поэтому их применение ограничено.
2.2.1 Ременные передачи. Общиесведения, принцип действия и классификация. Технические характеристики и областьприменения ременных передач
Ременная передача состоит из двухшкивов, закрепленных на валах, и ремня, охватывающего шкивы. Нагрузкапередается силами трения, возникающими между шкивами и ремнем вследствиенатяжения последнего.
Ременные передачи классифицируютпо следующим признакам.
1. По форме сечения ремня:
— плоскоременные;
— клиноременные;
— круглоременные;
— с зубчатыми ремнями;
— с поликлиновыми ремнями.
2. По взаимному расположению осейвалов:
— с параллельными осями;
— с пересекающимися осями —угловые;
— со скрещивающимися осями.
3. По направлению вращения шкива:
— с одинаковым направлением (открытыеи полуоткрытые);
— с противоположныминаправлениями (перекрестные).
4. По способу создания натяженияремня:
— простые;
— с натяжным роликом;
— с натяжным устройством.
5. По конструкции шкивов:
— с однорядными шкивами;
— со ступенчатыми шкивами.
Ременные передачи применяют в техслучаях, когда по условиям конструкции валы расположены на значительныхрасстояниях. Мощность современных передач не превышает 50 кВт. В комбинации сзубчатой передачей ременную передачу устанавливают обычно на быстроходнуюступень, как менее нагруженную. В современном машиностроении наибольшеераспространение имеют клиновые ремни. Плоские ремни новой конструкции получаютраспространение в высокоскоростных передачах. Круглые ремни применяют толькодля малых мощностей: в приборах, машинах домашнего обихода.
Ременные передачи применяются дляпривода агрегатов от электродвигателей малой и средней мощности; для привода отмаломощных двигателей внутреннего сгорания. Наибольшее распространение в машиностроениинаходят клиноременные передачи (в станках, автотранспортных двигателях и т.п.). Эти передачи широко используют при малых межосевых расстояниях ивертикальных осях шкивов, а также при передаче вращения несколькими шкивами.При необходимости обеспечения ременной передачи постоянного передаточного числаи хорошей тяговой способности рекомендуется устанавливать зубчатые ремни.
Основными критериямиработоспособности ременных передач являются: тяговая способность, определяемаясилой трения между ремнем и шкивом, долговечность ремня, которая в условияхнормальной эксплуатации ограничивается разрушением ремня от усталости.
Основные характеристики ременныхпередач: КПД, скольжение ремня, скорости вращения, моменты, мощности на ведущеми ведомом шкивах.
2.3.9 Опишите конструкциинаиболее распространенных типов глухих и компенсирующих муфт. Укажите областиих применения, достоинства и недостатки
Глухие муфты образуют жесткое инеподвижное соединение валов. Они не компенсируют ошибки изготовления и монтажа,требуют точной центровки валов.
Муфта втулочная – простейшийпредставитель глухих муфт. Скрепление втулки с валами выполняют с помощьюштифтов, шпонок или шлицов. Втулочные муфты применяют в легких машинах придиаметрах валов до 60…70 мм. Они отличаются простотой конструкции и малымигабаритами. Прочность муфты определяется прочностью штифтового, шпоночного илишлицевого соединения, а также прочностью втулки.
Муфта фланцевая состоит из двухполумуфт, соединенных болтами, которые ставятся с зазором или без зазора. Впервом случае крутящий момент передается силами трения, возникающими в стыкеполумуфт от затяжки болтов, во втором случае – непосредственно болтами,работающими на срез и смятие. Болты, поставленные без зазора, выполняют функциюцентровки валов. В другом случае для этого служит специальный центрующийвыступ. Фланцевые муфты широко распространены в машиностроении. Их применяютдля соединения валов диаметром до 200 мм и более. Достоинством таких муфтявляются простота конструкции и сравнительно небольшие габариты.
Для понижения требований кточности расположения валов и уменьшения вредных нагрузок на валы и опорыприменяют компенсирующие муфты. Компенсация достигается: вследствие подвижностипрактически жестких деталей – компенсирующие жесткие муфты; за счет деформацииупругих деталей – упругие муфты. Наибольшее распространение из группкомпенсирующих жестких муфт получили кулачково-дисковая и зубчатая. Такжеширокое распространение имеют крестово-шарнирные муфты. Их используют длясоединения валов с большой угловой несоосностью.
Кулачково-дисковая муфта состоитиз двух полумуфт и промежуточного диска. На внутреннем торце каждой полумуфтыобразовано по одному диаметрально расположенному пазу. На обоих торцах дискавыполнено по одному выступу, которые расположены по взаимно перпендикулярнымдиаметрам. У собранной муфты выступы диска располагаются в пазах полумуфт.Таким образом, диск соединяет полумуфты. Перпендикулярное положение пазовпозволяет муфте компенсировать эксцентриситет и перекос валов. При этом выступыскользят в пазах, а центр диска описывает окружность. Эти муфты рекомендуетсяприменять в основном для компенсации эксцентриситета.
Зубчатая муфта состоит из двухполумуфт с наружными зубьями и разъемной обоймы с двумя рядами внутренних зубьев.Муфта компенсирует все виды несоосности валов. С этой целью выполняют торцовыезазоры и увеличенные боковые зазоры в зацеплении, а зубчатые венцы полумуфтобрабатывают по сферам радиусами, центры которых располагают на осях валов.Зубчатые муфты обладают компактностью и хорошими компенсирующими свойствами. Ихприменяют для передачи больших крутящих моментов.
Упругие муфты состоят из двухполумуфт, связанных упругим элементом. Упругая связь полумуфт позволяет:компенсировать несоосность валов; изменить жесткость системы в целях устранениярезонансных колебаний при периодически изменяющейся нагрузке, снизить ударныеперегрузки. По материалу упругих элементов эти муфты делят на две группы: сметаллическими и неметаллическими упругими элементами.
Муфта с цилиндрическими пружинамисостоит из обода с ребром и ступицы с дисками. Ребро обода размещается междудисками так, что возможен относительный поворот этих деталей. Ребро и дискиимеют одинаковые фасонные вырезы, в которые закладывают пружины с ограничителями.С торцов муфту закрывают дисками, которые прикрепляют к ступице или ободу дляпредохранения пружины и ограничителей от выпадения и загрязнения. Такие муфтыцелесообразно применять как упругие звенья в системе соединения валов сзубчатыми колесами или цепными звездочками, а также для соединения валов.
Муфта зубчато-пружинная или муфтасо змеевидными пружинами. Состоит из двух полумуфт, имеющих зубья специальногопрофиля, между которыми размещается змеевидная пружина. Кожух удерживаетпружину в рабочем положении, защищает муфту от пыли и служит резервуаром длясмазки. Основная область применения этих муфт – тяжелое машиностроение(прокатные станы, турбины, поршневые двигатели).
Муфты с резиновыми упругимиэлементами проще и дешевле, чем со стальными. Преимущества резиновых элементов:высокая эластичность, высокая демпфирующая способность. Недостатки: меньшаядолговечность, меньшая прочность, приводящая к большим габаритам. Муфты срезиновыми упругими элементами широко распространены во всех областях машиностроениядля передачи малых и средних крутящих моментов.
Муфта с резиновой звездочкойсостоит из двух полумуфт с торцовыми выступами и резиновой звездочки, зубьякоторой расположены между выступами. Широко применяется для соединениябыстроходных валов. Муфта компактна и надежна в эксплуатации. Недостатки – приразборке и сборке необходимо осевое смещение валов.
Муфта упругая втулочно-пальцевая.Благодаря легкости изготовления и замены резиновых элементов эта муфта получилараспространение, особенно в приводах от электродвигателей с малыми и среднимикрутящими моментами. Упругими элементами здесь служат гофрированные резиновыевтулки или кольца трапецеидального сечения. Муфты обладают малой податливостьюи применяются в основном для компенсации несоосности валов в небольшихпределах.
Муфта с упругой оболочкой.Упругий элемент муфты, напоминающий автомобильную шину, работает на кручение.Это придает муфте большую энергоемкость, высокие упругие и компенсирующиесвойства.