Машины и механизмы

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Понятие машины, механизма и их составных частей

Машина - это устройство, выполняющее механические движения для преобразования материалов, энергии или информации с целью замены или облегчения физического или умственного труда человека.

Разделяют:

А) Технологические машины - предназначены для изменения формы, размеров или состояния исходных тел (металлообрабатывающие станки, прессы, машины-автоматы).

Б) Подъемно-транспортные машины - предназначены для перемещения материальных объектов

В) Энергетические машины - предназначены для преобразования энергии (электродвигатели, электрогенераторы, ДВС)

Механизм - это кинематическая цепь, в состав которой входит одно или несколько неподвижных звеньев.

Кривошипноползунный механизм состоит из:

Кривошип: вращается вокруг неподвижной оси на 360 градусов

Шатун: совершает плоскопараллельное движение

Ползун (поршень): совершает возвратно-поступательное движение

Неподвижная стойка

2. Основные типы механизмов

А) плоские механизмы - звенья располагаются в одной или параллельных плоскостях.

Б) пространственные механизмы - звенья располагаются в разных плоскостях.

В) механизмы с гибкими связями (ременные и цепные передачи)

Г) механизмы с высшими и низшими кинематическими парами

машина механизм зубчатый кулачковый

с высшими: кулачковые, зубчатые, фрикционные, храповые и мальтийские

с низшими: шарнирно-рычажный механизм

Д) Гидравлические и пневматические механизмы

3. Звенья и кинематические пары механизмов. Кинематические цепи

Звенья - это твердые тела из которых состоит механизм

Бывают подвижные звенья и неподвижные.

Кинематическая пара (КП) - это подвижное соединение двух соприкасающихся звеньев.

Классификация кинематических пар:

Низшие КП - соприкасаютя по поверхности (большие потери на трение).

Высшие КП - соприкасаются по линии или в точке.

Свободное в пространстве тело имеет 6 степеней свободы: 3 поступательных; 3 вращательных.

Любая кинематическая пара ограничивает движение звеньев. Ограничения, накладываемые на звенья называют связями. В зависимости от числа связей кинематические пары подразделяют на классы.

Всего существует 5 классов, номер класса совпадает с количеством связей

Кинематическая цепь - это система звеньев, соединенная между собой кинематическими парами (не менее двух)

А) разомкнутая цепь

Б) замкнутая цепь



4. Кинематическая схема и степень подвижности механизма

Кинематическая схема механизма - это схема механизма, в которой звенья и кинематические пары изображены условно, но в определённом масштабе, с указанием размеров звеньев и направлением движения ведущего звена.

На структурной схеме механизма масштаб не соблюдается.

Масштаб - это отношение какой-либо величины, в соответствющих отношениях к величине отрезка, изображающего эту величину на чертеже.

Степень подвижности для пространственного механизма определяется по формуле Малышева - Сомова.

W=6n-5-4-3-2-

n - число подвижных и неподвижных звеньев механизма

р₅ - число кинематических пар пятого класса

р₁ - число кинематически пар первого класса

Степень подвижности плоского механизма определяется по формуле Чебышева:

W=3n-2-

n - число только подвижных звеньев

5. План положений механизма

Это масштабное графическое изображение кинематической схемы механизма для заданного положения ведущего звена.

Масштаб плана положений механизма:



==[]

L-фактическая длина шатуна

BC- длина отрезка, изображенного шатуна на плане

2.2 План скоростей механизма - это векторное графическое положение точек механизма

r - радиус кривошипа

L - длина шатуна

n₁ - частота вращения

6. План скоростей механизма

План скоростей механизма - это векторное графическое положение точек механизма

r - радиус кривошипа

L - длина шатуна

n₁ - частота вращения

Последовательность построения ПСМ

1) Определяем угловую скорость кривошипа

Щ₁=рn₁/30

Определяем линейную скорость

V_b=щ₁*r

2) Составляем векторное уравнение для скорости точки С:

_c=_b+_cb



V_b - скорость точки В, известная по направлению, перпендикулярная кривошипу.

V_с - скорость точки С, известна по направлению (параллельна направляющей вв).

V_сb - вектор скорости точки С вокруг точки В. Известен по направлению (перпендикулярен звену 2, т.е. шатуну).

Из полюса плана скоростей P_v перпендикулярно кривошипу 1 проводим вектор P_vb, длиной 50мм.

3) Определяем масштаб плана скоростей механизма:

м_v= V_b/P_v[ ]

4) Из полюса P_v параллельно направляющим вв проводим линию действия скорости V_c, а из точки b перпендикулярно шатуну 2 проводим линию действия относительной скорости точки С (V_cb). Точка пересечения этих линий отсекает отрезки P_vC и bc, изображающие скорости _с и _сb.

5) С учетом масштаба ПСМ определяем фактические значения скоростей.

V_c=P_vC*м_v

V_cb=bc* м_v

6) Определяем угловую скорость шатуна:

щ₂= [ ]



7. План ускорений

План ускорений механизма - это векторное графическое изображение ускорений точек механизма для заданного положения ведущего звена.

1) Ускорение точки В кривошипа при постоянной угловой скорости равно нормальному и направлено от точки В к точке А (центростремительное ускорение).

=*r=

Определяем нормальное относительное ускорение точки С вокруг точки В:

=

2) Составляем векторное уравнение для ускорения точки С

=++

Ускорение точки В известно и по величине и по направлению.

aⁿ_cb - нормальное относительное ускорение точки С известно и по величине и по направлению (параллельно шатуну 2, выходит из точки С в точку В).

a^ф_cb - тангенциальное относительное ускорение точки С известно по направлению (перпендикулярно шатуну 2)

а_с - ускорение точки С известно по направлению (параллельно направляющей вв)

3) Из полюса Р_а параллельно кривошипу 1 проводим вектор () в направлении от точки В в точку А, длиной 50 мм.

Определяем масштаб ПУМ

==[]

4) Определяем длину вектора , изображающего ускорение aⁿ_cb

()=

Из конца вектора ускорения а_в, параллельно шатуну 2 проводим вектор от точки С к точке В.

5) Из полюса ПУМ параллельно направляющей вв проводим линию действия ускорения точки С, а из точки n на ПУМе перпендикулярно шатуну 2 проводим линию действия тангенциального относительноко ускорения a^ф_cb. Точка пересечения этих линий С отсекает отрезки (РаС) и (nc), изображающие ускорения точки С и тангенциальное относительное ускорение a^ф_cb.

6) Определить фактические значения ускорений

=(C)*

=(nc)*

7) Так как тангенциальное ускорение точки В равно нулю, то и угловое ускорение тоже равно нулю.

е₂ определяем по зависимости



8. Силы, действующие на звенья механизма

1) Движущие силы - это силы, приводящие механизм в движение, т.е. совершающие полезную работу:

В электродвигателе это вращающий момент, приложенный к ротору со стороны вращающегося магнитного поля.

В ДВС это сила давления сгорающих газов на поршень.

2) Силы полезного сопротивления - это силы, для преодоления которых создаются механизмы.

3) Силы вредного сопротивления - силы трения в КП и силы сопротивления среды.

4) Силы тяжести совершают либо положительную либо отрицательную работу в зависимости от напраления движения звена.

5) Сила инерции обусловленной массой и движением звеньев с ускорением.

6) Реакции кинематических пар (сила действия одного звена на другое)

9. Зубчатые механизмы (передачи) общие сведения

Зубчатая передача служит для передачи вращения от одного вала к другому с изменением величины и направления угловой скорости.

Передача вращения происходит за счет зацепления зубьев, которые равномерно распределены по начальными окружностями, диаметрами dw1, dw2. При этом начальные окружности перекатываются друг по другу без скольжения, т.е. их линейные скорости равны:

== или =



Отношение угловых скоростей обратнопропорционально отношению диаметров начальных окружностей.

Передаточное отношение зубчатой передачи

= = =

Передаточное отношение может быть положительным или отрицательным

В машиностроении принято понятие "передаточное число"

U = ? 0

Достоинства зубчатых передач:

1) Высокий КПД (0.95…0.98)

2) Надежность работы и простота эксплуатации

3) Большие передаваемые нагрузки

4) Большая линейная скорость

Недостатки зубчатых передач:

1) Сложность изготовления: необходимо применение специального зубонарезного оборудования и режущего инструмента

2) Повышенные требования к точности изготовления и монтажа

3) Шум во время работы

10. Классификация зубчатых передач

По расположению осей валов в пространстве ЗП бывают:

· Цилиндрическая

· Коническая - оси валов пересекаются под прямым углом

· Винтовая - оси валов перекрещиваются

Червячное вращение между валами может осуществляться с помощью гипоидных и червячных передач.

По виду зацепления ЗП бывают внешнего и внутреннего зацепления.

По передаточному отношению ЗП бывают:

1) Редуктор U₁₂>1; щ₂< щ₁

2) Мультипликатор U₁₂<1; щ₂> щ₁

С подвижными и неподвижными осями колес:

1) С неподвижными осями - большинство передач с внешним зацеплением.

2) С подвижными осями - планетарные и дифференциальные передачи.

Колеса с подвижными осями вращения - это сателлиты.

По форме профиля зуба ЗП бывают:

1) Эвольвентные ЗП: боковая поверхность зубьев очерчена по эвольвенте

2) Неэвольвентные ЗП: часовые, циклоидальные, зацепление Новикова

По способу изготовления ЗП бывают:

1) Нарезание методом копирования дисковыми и пальцевыми фрезами (низкая точность и производительность)

2) Нарезание методом обкатки на зубофрезерных или зубодолбежных станках (режущий инструмент: гребенка, рейка, долбяк, червячная фреза)

По наличию коррекции:

1) Корригированные - изготовлены со смещением режущего инструменента

2) Некорригированные - изготовлены без смещения режущего инструмента



11. Эвольвентные зубчатые передачи.

Преимущества ЭЗП:

- Простота изготовления

- Точность нарезания зубьев

Эвольвента - кривая переменного радиуса являющаяся разверткой основной окружности диаметром d_в

М₀ - начало эвольвенты (радиус кривизны эвольвенты в этой точке равен нулю).

М_y - Производная точка эвольвенты с радиусом кривизны с_y= N_yM_y

Основные параметры прямозубых цилиндрических зубчатых колес

рd = P z

d = * z = m * z - делительная окружность зубчатого колеса.

Р - шаг зубьев по делительной окружности

m - модуль зубчатого колеса

Диаметр окружности вершины:

Диаметр окружности впадины:

Диаметр основной окружности:

- угол зацепления;

- высота головки зуба;

- высота ножки зуба;

- высота зуба;

12. Нарезание зубчатых колес. Влияние коэффициента смещения на профиль зуба

Существует 2 метода:

1) Метод копирования

Оборудование: фрезерный станок, делительная головка

Недостаток: низкая точность и производительность

2) Метод обкатки

Влияние коэффициента смещения на профиль зуба колеса

Изобразим профили зубьев колес с одинаковым числом зубьев и одинаковым модулем, но с разными коэффициентами смещения

Толщины зубьев по делительной окружности разные.

С увеличением x толщина зуба у основания увеличивается, а у вершины уменьшится.

Подрезание ножки зуба - это удаление части эвольвентного профиля у основания зуба при нарезании зубчатого колеса.

Минимальный коэффициент смещения при котором устраняется подрезание определяется:

Если хотим нарезать зубчатое колесо без смещения, то Z_min=17. При Z<17 обязательно задается положительное смещение инструмента, а при Z>17 инструмент можно смещать к центру заготовки (задавать отрицательное смещение).

13. Сложные зубчатые передачи. Многоступенчатые передачи

Многоступенчатые зубчатые передачи - последовательное соединение простых зубчатых передач. Их применяют для обеспечения большого передаточного отношения.

Р - число внешних зацеплений

n - число зубчатых колес, находящихся в зацеплении

14. Зубчатые передачи с паразитными колесами

Они служат для передачи вращения между удаленными друг от друга валами.

Паразитные зубчатые колеса применяют в тех случаях, когда расстояние между первым и последним валом велико и непосредственно зацепляющиеся колеса увеличивают габаритные размеры механизма, или же в тех случаях, когда нужно соответственно изменить направление вращения последнего вала.

Общее передаточное отношение такой передачи не зависит от числа зубьев и размеров промежуточных паразитных колес.



15. Планетарные передачи

Z₁;Z₃ - центральные (солнечные колеса)

Z₂ - сателлиты

Передаточное отношение

Z₁; Z₂ - подвижные колеса

Z₃ - неподвижно

Передаточное отношение планетарного редуктора определяют с помощью метода обращения движения: водило Н считают неподвижным, а зубчатое колесо Z₃ становится подвижным.

Передаточное отношение обращенного механизма

Передаточное отношение планетарного редуктора.

Для любого планетарного редуктора должны выполняться следующие условия:



1. Условие соостности

- радиусы начальных окружностей зубчатых колес.

При (x=0)

- условие соосности.

2. Условие сборки

Зубья сателлитов должны одновременно попадать во впадины обоих центральных колес.

k - число сателлитов;

q - любое целое число.

3. Условие соседства

Сателлиты не должны цепляться друг за друга. При k=3 это условие всегда выполняется.

16. Трение в механизмах

Поверхности твердых тел имеют микронеровности, т.е. тела соприкосаются не всей поверхностью, а поверхностью микронеровностей.

Фактическая площадь косания оказывается значительно меньше общей площади.

При трении очень гладких поверхностей и малых удельных давлениях сопротивление движению возникает за счет сил молекулярного взаимодействия.

Различают:

1) Чистое трение - на поверхности тел нет смазки, оксидных пленок, абсорбированных молекул жидкости и газов (встречается крайне редко)

2) Сухое трение - трение не смазанных поверхностей, но возможно образование оксидных пленок и адсорбированных молекул жидкостей и газов

3) Граничное трение - поверхности тел покрыты тончайшей пленкой смазки

4) Жидкостное - поверхности полностью разделены слоем смазки

5) Полусухое трение - сочетание сухого и граничного трения

6) Полужидкостное трение - сочетание жидкого и граничного трения

(4,5,6) - наиболее часто встречаются в механизмах.

Кроме трения скольжения различают трение качения (подшипник качения) и трение верчения (трение пят и подпятников в упорных подшипниках скольжения)

17. Кулачковые механизмы. Основные типы

Кулачковые механизмы обеспечивают практически любой закон движения ведомого звена (толкателя) при непрерывном вращательном движении ведущего звена (кулачка).

Кулачковые механизмы обеспечивают так же паузы (остановки) ведомого звена (толкателя).

Разделяют:

а) КМ с поступательным движением толкателя

б) КМ с качающимся толкателем

в) КМ с плоским, поступательно движущимся, толкателем.

Ролик применяется для уменьшения трения в КП и уменьшения износа кулачка.

Силовое замыкание в КП осуществляют пружиной или силой тяжести

18. Кулачковые механизмы. Профилирование кулачка

В зависимости от закона движения толкателя S=S(ц) профилю кулачка придают определённую форму. Различают теоретический (центровой) профиль и практический профиль кулачка. Эти профили эквидистантны, т.е. равноудалены.

Профиль кулачка очерчен дугами окружностей R_min и R_max, а так же прямыми, соединяющими эти дуки. О, А - вращательные КП. В - поступательная КП. nn - нормаль профиля кулачка в точке контакта с роликом. Q - угол трения.

На профиле кулачка можно выделить участи с соответствующими фазами движения толкателя:

Фаза удаления (;

Фаза дальнего выстоя (;

Фаза приближения (ц_п);

Фаза ближнего выстоя (;

Время одного цикла равно:

.

19. Кулачковые механизмы. Закон движения толкателя

Работа с жесткими ударами

График a (t) имеет бесконечные скачки. Теоретически сила инерции так же стремится к бесконечности, но с учетом упругой деформации этого не происходит.

Такой закон движения нежелателен и может быть реализован только в тихоходных кулачковых механизмах.

Работа с мягкими ударами

График ускорений имеет скачки конечной величины, удары «мягкие» в местах скачков ускорений.

Безударная работа - работа без скачков ускорений.

Применяется в быстроходных кулачковых механизмах при n>2000 об/мин.

20. Уравновешивание механизмов. Определение массы противовеса

Это меры по устранению и уменьшению вредоносного влияния сил инерции. Уравновешивание механизмов особенно актуально для быстроходных механизмов.

Рассмотрим диск, у которого на расстоянии Rs от центра вращения закреплен груз массой m:

)

На каждую опору дополнительно действуют реакции Ra и Rb, которые будут разбивать подшипники



После установки противовеса общий центр масс будет совпадать с центром вращения. Применяют противовес или «антипротивовес», т.е. высверливают материал детали с той стороны, куда смещён центр масс.

21. Уравновешивание кривошипно-ползунного механизма

Массы противовесов находят из уравнения равновесия статических моментов масс.

Массу противовеса Mпр2 найдем из уравнения равновесия статических моментов относительно точки А:

Массу Мпр1 найдем из уравнения равновесия статических моментов масс относительно точки О:

После установки противовесов силы инерции будут уравновешены и не будут передаваться на опору механизма. Иногда можно уравновешивать механизм без установки противовесов. Например в оппозитном двигателе.

22. Механизмы прерывистого движения. Храповый механизм

Состоит: 1-кривошип (ведущее звено); 2-шатун; 3-коромысло; 4-собачка (служит для передачи движения от коромысла 3 к краповому колесу 5); 5-краповое колесо (ведомое звено); 6-неподвижная стойка.

Краповый механизм обеспечивает движение крапового колеса только в одном направлении с остановками (паузами).

23. Механизмы прерывистого движения. Мальтийский механизм

Состоит: 1-кривошип; 2-ролик; 3-мальтийский крест (ведомое звено); 4-неподвижная стойка. При вращении кривошипа 1 ролик 2 входит в паз мальтийского креста-3 и поворачивает его на угол ; z-число пазов мальтийского креста

Размещено на Allbest.ru