Тема 3. Детали и узлы электромеханического

ВВЕДЕНИЕ

Курс "Прикладная механика" содержит разделы курсов "Теоретическая механика", "Сопротивление материалов", "Теория механизмов и машин" и "Детали машин". Cодержание первых двух названных курсов и порядок их изучения изложены [4]. Данные методические указания включают разделы курсов "Теория механизмов и машин" и "Детали машин", а так же вопросы для самопроверки, которые следуют после каждой темы. Изучив темы, необходимо решить соответствующие задачи контрольных заданий.

В методических указаниях и контрольных заданиях рассматриваются схематизированные типовые элементы конструкции, которые и предлагаются к расчету. Из бесчисленного многообразия элементов инженерных конструкций отбираются наиболее часто встречающиеся или типовые; производится их схематизация; даются методы и приемы расчета элементов.

По решению кафедры отдельные задачи в контрольных заданиях могут быть опущены и заменены другими с учетом и применительно к конкретной специальности, по которой осуществляется инженерная подготовка.

Тема 1. Общие сведения о передаточных

Механизмах

 

Общие сведения о машинах и механизмах. Системный анализ процесса проектирования машин. Основные положения теории машин и механизмов. Структура и классификация механизмов и машин. Учет сил сопротивления. Определение к. п. д. совокупности механизмов. Приводные установки. Требования, предъявляемые к машинам. Общие сведения о механических передачах, их классификация. Основные характеристики передач. Некоторые сведения о редукторах.

 

Методические указания

Изучив эту тему, студент должен:

- уметь составлять кинематические схемы механизмов;

- уметь определять кинематические и силовые характеристики привода;

- уметь выбрать электродвигатель для приводной установки общего назначения.

Будущему инженеру важно уяснить, что рационально спроектированная и правильно построенная машина должна быть прочной, долговечной, по возможности дешевой, экономичной в работе и безопасной при обслуживании.

Следует обратить внимание на основные тенденции современного машиностроения – повышение быстроходности и мощности машин, автоматизацию, механизацию технологических процессов, ввод в строй автоматических линий. Однако нужно иметь в виду, что увеличение мощности, быстроходности, а, следовательно, и производительности машины, с одной стороны, улучшает ее технико-экономические показатели, с другой повышает динамические нагрузки в деталях и узлах, что требует применения более современных механизмов и передач, высококачественных материалов, деталей, изготовленных с высокой точностью.

Следует изучить элементы, общие для всех механизмов, независимо от целевого назначения. Весьма важно знать такие понятия, как: звено (ведущее и ведомое), кинематическая пара, кинематическая цепь.

Для лучшего усвоения основных понятий необходимо ознакомиться со схемами наиболее распространенных механизмов, чтобы представить характер движения их звеньев.

 

Вопросы для самопроверки

1. Приведите определение звена, кинематической пары, кинематической цепи.

2. Как определяется передаточное отношение (число) кинематической пары, привода?

3. Как определяется общий к. п. д. при последовательном соединении механизмов?

4. Какое звено называется ведущим, ведомым?

5. Назовите основные характеристики передач.

6. Напишите зависимость между вращающимися моментами на ведущем и ведомом звеньях.

7. Какая передача называется повышающей (понижающей)?

8. Что называется редуктором?

9. Назовите передачи зацеплением, трением.

10. Какие характеристики требуются для подбора электродвигателя?

Литература: [1, гл. 16, § 1, гл. 18, § 1, 3, гл. 20, § 1, 2, гл. 23, § 1, 2], [2, гл. 19, § 1, гл. 22, 30].

Тема 2. Передачи

 

Зубчатые передачи. Общие сведения, классификация. Элементы теории зубчатого зацепления. Геометрические параметры. Силы, действующие в зацеплении. Критерии работоспособности и расчета зубчатых передач.

Червячные передачи. Общие сведения и принцип работы. Кинематика червячной передачи. Геометрический расчет и определение параметров передачи. Материалы червячного зацепления. Проверочный и проектный расчет.

Цепные, ременные, и фрикционные передачи. Общие сведения, устройство, достоинства и недостатки, область применения. Классификация. Основные геометрические и кинематические отношения. Расчет передач.

 

Методические указания

Изучив этот раздел, студент должен:

- знать виды передач и их сравнительные характеристики;

- уметь использовать справочную литературу для расчета зубчатых и червячных передач;

- уметь рассчитывать цепные и ременные передачи для привода общего назначения.

Следует рассмотреть все виды зубчатых передач и их преимущества по сравнению с другими передачами (компактность, высокий к. п. д., долговечность и надежность работы, постоянность передаточного отношения, возможности передачи больших мощностей). Усвоить особенности расчетов зубьев открытых, закрытых передач, уяснить выбор материалов зубчатой пары.

В случае червячного зацепления важно обратить внимание на кинематические зависимости, уяснить явление самоторможения. Необходимо запомнить методику теплового расчета редуктора и ознакомиться со способами искусственного охлаждения.

При изучении цепных передач следует ознакомиться с классификацией приводных цепей по ГОСТу, рассмотреть их существующие конструкции, выяснить преимущества, недостатки и области применения различных типов цепей. Выяснить причины неравномерности движения цепи и их влияние на работу передачи.

Изучая ременные передачи необходимо рассмотреть следующие вопросы: основные виды ременных передач и области их применения; материалы и конструкции ремней; геометрические, кинема2тические и силовые зависимости в ременных передачах; расчет ремней по тяговой способности и на долговечность.

Следует обратить внимание на выбор установки ролика в ременной передаче с натяжным роликом, а также на устройство и применение демпфера (успокоителя). Важно уяснить зависимость предельных окружных скоростей шкивов от их материала и конструкции, а также необходимость ограждения ременных передач.

 

Вопросы для самопроверки

1. Для каких целей используют зубчатые механизмы?

2. По каким признакам классифицируются зубчатые передачи?

3. Сформулируйте основной закон зацепления.

4. Что называется линией зацепления?

5. В чем состоят особенности геометрии косозубых передач.

6. Что называется передаточным числом зубчатой передачи и как определить передаточное отношение ряда колес?

7. Какие силы возникают в зацеплении прямозубых, косозубых передач?

8. Назовите и охарактеризуйте распространенные виды повреждений зубчатых передач.

9. Из каких материалов изготавливают зубчатые колеса?

10. Что такое модуль зацепления?

11. Как определяют силы давления на валы со стороны колес в различных видах зубчатых передач?

12. Как устроены и как работают червячные передачи?

13. Назовите достоинства и недостатки червячных передач по сравнению с зубчатыми?

14. Укажите области применения червячных передач.

15. Как определить передаточное отношение червячной пары?

16. Из каких материалов изготавливаются червяки и червячные колеса?

17. Укажите причины выхода из строя червячных передач и критерии их работоспособности?

18. При каких условиях возникает самоторможение червячных передач?

19. Какие силы действуют в червячной передаче и как их определяют?

20. Что такое редуктор(червячный и цилиндрический)?

21. Каковы достоинства и недостатки цепных передач и область их применения?

22. Укажите причины, по которым цепные передачи выходят из строя.

23. В чем преимущество зубчатой цепи по сравнению с втулочной и роликовой?

24. Укажите виды смазки цепных передач и условия их применения.

25. Какие основные типы цепных вариаторов нашли применение в промышленности?

26. Какие виды ремней различают по форме поперечного сечения?

27. Каковы достоинства и недостатки отдельных типов ремней?

28. Каковы достоинства и недостатки ременных передач по сравнению с другими передачами?

29. Как определять передаточное число ременной передачи с учетом проскальзывания ремня?

30. Что понимают под тяговой способностью передачи и каким образом можно увеличить например в 2 раза тяговую способность действующей передачи?

Литература: [1, гл. 20], [2, гл. 22, 23, 24].

 

Тема 3. Детали и узлы электромеханического

Привода

 

Валы и оси. Общие сведения. Классификация, назначение конструктивное исполнение. Расчетная схема и определение расчетных нагрузок. Проектный и проверочный расчеты.

Подшипники качения. Классификация и основные критерии работоспособности. Практический расчет и подбор подшипников качения по динамической грузоподъемности.

Подшипники скольжения. Общие сведения. Конструкция и особенности расчета. Муфты. Классификация и конструкции. Подбор муфт.

 

Методические указания.

Изучив эту тему студент должен:

-уметь выполнять расчеты и проектирование валов;

-иметь понятие о назначении подшипников, их типах и методах расчетов;

-уметь подобрать муфту для соединения валов привода.

Следует обратить внимание, что именно конфигурация вала влияет на его жесткость, от которой зависят условия работы опорных подшипников, зубчатых передач, муфт и других сопряженных деталей. После определения из условия прочности на кручение расчетного диаметра выходного конца вала, диаметры всех посадочных мест, шеек, буртиков и прочих размеров принимают конструктивно. Размеры шпоночных канавок необходимо принимать в соответствии с ГОСТом.

При конструировании вала-шестерни необходимо иметь в виду, что незначительное расхождение размеров диаметров шестерни и вала позволяет изготавливать вал за одно целое с шестерней (вал-шестерня). Однако при этом надо знать, что материал вала определяется из условий, предъявляемых к материалу шестерни.

При конструировании подшипниковых узлов с подшипниками качения следует учитывать требования, предъявленные к их смазке, монтажу и регулировке.

Выбор типа муфты обусловлен конструктивными особенностями и требованиями, предъявляемыми к приводу в целом. Поэтому необходимо хорошо знать области применения всех видов муфт. При подборе муфт следует учитывать формы и размеры посадочных поверхностей на валах, а также расчетный передаваемый вращающий момент (Т_р): Т_р = k×Т, где Т –номинальный вращающий момент, соответствующий установившемуся режиму работы при постоянной мощности и угловой скорости; k – коэффициент режима работы, учитывающий дополнительные динамические нагрузки от толчков и ударов.

 

Вопросы для самопроверки.

1. Каково назначение валов, осей и их классификация?

2. Укажите формы сопряжения переходных участков и ступеней валов?

3. В чем заключается проектный, проверочный расчет валов?

4. Что предоставляет собой подшипник скольжения?

5. Назовите достоинства и недостатки подшипников скольжения?

6. Какие виды повреждений типичны для подшипников скольжения и по каким критериям оценивают их работоспособность?

7. Из каких деталей состоит подшипник качения?

8. По каким признакам и как классифицируют подшипники качения?

9. Какие виды повреждений распространены в подшипниках качения и по каким критериям оценивают их работоспособность?

10. Приведите сравнительную характеристику подшипников скольжения и качения.

11. Назовите область применения подшипников качения, их недостатки.

12. Что называется статической и динамической грузоподъемностью подшипников качения?

13. Что понимают под эквивалентной нагрузкой на подшипник?

14. Как осуществляется подбор подшипников качения?

15. Каким образом осуществляется фиксирование подшипников в корпусах?

16. Для чего используются муфты?

17. Назовите и охарактеризуйте основные типы компенсирующих и упругих муфт.

18. Для каких целей используют цепные муфты?

19. Как устроены, где применяют и как рассчитывают предохранительные муфты?

 

Литература: [1, гл. 24, § 1, 2, 3, гл. 26, 27], [2, гл. 33, 36, 37].