2.8.3 Кинематический расчет

Основные кинематические параметры рабочих органов необходимо знать для того, чтобы получить еди­ницу продукции (или единицы промежуточного продукта) в стро­го определенный промежуток времени — рабочий цикл, который является величиной, обратной производительности. Поэтому, об­рабатывая продукт (непрерывно или периодически), рабочие органы должны иметь заданный ритм движения для перемещения с необходимой скоростью или частотой вращения. Установив ра­бочий цикл конструкции, можно найти нужный ритм работы ее отдельных рабочих органов, а при известных конструктивных па­раметрах последних вычислить их необходимые скорости движе­ния.

Кинематическая структура любого устройства в общем случае состоит из привода и исполнительных механизмов. Привод вклю­чает электродвигатель и передаточные механизмы. Двигатель пре­образует электроэнергию в механическое вращательное движение ротора. Передаточные механизмы распределяют энергию ротора между отдельными рабочими органами устройства и задают им требуемые скорости. У исполнительных механизмов начальное ве­дущее звено соединено с передаточным механизмом, а конечное ведомое - с рабочим органом. Исполнительные механизмы слу­жат для преобразования вращательного движения на ведущем валу в необходимое движение рабочего органа согласно законам и параметрам этого движения. Кроме того, в кинематическую структу­ру устройства могут входить механизмы управления, контроля и регулирования, выполняющие вспомогательные функции.

При выборе законов движения и параметров рабочих органов необходимо учитывать ускорение последних, так как при боль­шом ускорении возрастают силы инерции, действующие как на обрабатываемую пищевую среду, так и на опоры рабочего органа. При больших значениях сил инерции может нарушаться связь ра­бочего органа и продукции, в результате чего технологическая операция будет выполняться некачественно.

Кинематическая схема представляет собой чертеж, на котором при помощи условных графических обозначений изображены все элементы привода, начиная от электродвигателя и кончая рабочи­ми органами, их соединение и взаимоположение, направленное на осуществление, управление, регулирование и контроль задан­ных законов движения.

Выполняя кинематический расчет привода устройства, опреде­ляют основные кинематические параметры, которые должны быть указаны затем на кинематической схеме. Кроме того, эти данные необходимы для расчета элементов привода на прочность.

При кинематическом расчете исполнительных механизмов вы­числяют диапазоны изменения положений отдельных звеньев ме­ханизмов и рабочих органов; пределы линейных или круговых пе­ремещений отдельных кинематических пар, входящих в исполни­тельный механизм; направления вращения или перемещения эле­ментов, от которых зависит получение заданных исполнительных движений и их согласованность (синхронность); специальные ре­жимы работы (при пуске, остановке и т. п.), обеспечивающие без­опасность, надежность и точность действия исполнительных ме­ханизмов.

Выполняя кинематический расчет привода устройства, определяют основные кинематические параметры, которые должны быть указаны затем на кинематической схеме. В общем случае кинематический расчет предполагает следующее.

1) При кинематическом расчете общее передаточное отношение U_общ от вала электродвигате­ля, имеющего частоту вращения n_эд, до вала, на котором крепится ведущее звено исполнительного механизма и который имеет час­тоту вращения n_вд вычисляют по формуле

U_общ = n_эд /n_вд. (2.6)

2) Распределение общего передаточного отношения всей кинема­тической структуры привода между отдельными передаточными механизмами, составляющими эту структуру

U_общ = U₁U₂U₃…U_n, (2.7)

где U₁, U₂, U₃, ..., U_n - передаточные отношения 1, 2, 3, ... n-го

передаточных ме­ханизмов.

3) Определение конструктивных размеров каждого передаточного механизма:

• для зубчатых и цепных передач – это определение числа зубьев

U_зп = z₂/z₁, (2.8)

где z₂ – число зубьев ведомой шестерни или звездочки;

z₁ – число зубьев ведущей шестерни или звездочки.

• для ременных передач – это определение расчетного диаметра шкивов

U_рп = D₂/D₁, (2.9)

где D₂, D₁ – соответственно диаметры ведомого и ведущего шкивов.

4) Определение частоты вращения каждого звена, каждого передаточного механизма (каждого вала) кинематической цепи из соотношений:

• U_зп = z₂/z₁ = n₁/n₂ – для зубчатых и цепных передач;

• U_рп = D₂/D₁ = n₁/n₂ – для ременных передач.

5) Для вариаторов скоростей – определение предельных (максимальных и минимальных) значений передаточных отношений и частоты вращения выходного вала.

6) Определение скоростей поступательно движущихся элементов передаточных механизмов (винтов, гаек, реек, плунжеров и т. д.).

Таблица 2.2 – Рекомендуемые передаточные отношения u для различных

понижающих передач

Тип передачи	Рекомендуемые значения	Наибольшие значения
Зубчатая передача в закрытом корпусе:
с цилиндрическими колесами	3 - 6	12,5
с коническими колесами	2 - 3	6,3
Открытая зубчатая передача	3 - 7	15 - 20
Червячная передача:
закрытая	10 – 40	80
открытая	10 - 60	120
Цепная передача	3 - 6	8
Фрикционная передача с цилиндрическими катками	2 - 4	8
Ременная передача:
с плоским ремнем, открытая	2 - 5	6
то же с натяжным роликом	4 - 6	8
с клиновым ремнем	2 - 5	7

Рекомендуемые значения передаточных отношений различных передач, наименьших чисел зубьев и диаметров шкивов, а также расчетные формулы приводятся в учебных материалах дисциплин «Теория механизмов и машин» и «Детали машин». Передаточные отношения отдельных механизмов приведены в таблице 2.2.

В каждом конкретном случае должны выполнятся лишь необходимые расчеты, соответствующие конкретной схеме. Кинематический расчет является исходным для силового расчета машины или отдельных механизмов, а также для энергетического расчета.