- •Синтез электромеханического привода судовой машины и палубного механизма Методические указания
- •7.100301 «Судовождение на морских и внутренних водных путях»,
- •7.100302 «Эксплуатация судовых энергетических установок»
- •Севастополь
- •Содержание Введение.………………….……………… …………………………………………….4
- •1.Привод машины. Характеристика его элементов и параметры эксплуатации....…5
- •Библиографический список……………………………………………………….….166
- •Введение
- •1. Привод машины, характеристика его элементов и параметры эксплуатации
- •1.1. Состав привода машины и характеристика его элементов
- •1.2 Характеристики нагружения
- •1.3 Режимы нагружения
- •2. Механизмы передачи вращательного движения
- •2.1. Синтез механизмов передачи вращательного движения
- •Передаточное отношения для таких механизмов равно
- •2.2. Синтез зубчатых передач с эвольвентным профилем
- •Любая точка на эвольвенте окружности характеризуется радиусом r и углом , которые равны:
- •Исходного контура
- •2.3. Основы расчета элементов механических передач на прочность
- •2.3.1. Силы, действующие в зацеплении
- •2.3.2. Напряжения в зацеплении
- •2.4. Материалы элементов передач
- •2.5. Особенности планетарных и волновых передач
- •2.5.1. Планетарные передачи
- •2.5.2. Волновые передачи
- •Где 1, 1,…,k-1 – коэффициенты полезного действия на каждой ступени, которые учитывают потери на передаче и опорах.
- •3. Расчет элементов привода
- •4. Расчет элементов редуктора
- •Продолжение таблицы 4.1
- •4.2 Передача цилиндрическая
- •Продолжение таблицы 4.2.3
- •При циклическом нагружении
- •Передачи с эвольвентным профилем зуба
- •Продолжение таблицы 4.2.5
- •Продолжение таблицы 4.2.5
- •Продолжение таблицы 4.2.5
- •Продолжение таблицы 4.2.5
- •Продолжение таблицы 4.2.5
- •Продолжение таблицы 4.2.5
- •Продолжение таблицы 4.2.5
- •Продолжение таблицы 4.2.5
- •Продолжение таблицы 4.2.5
- •Продолжение таблицы 4.2.9
- •Продолжение таблицы 4.2.9
- •Напряжений
- •4.3. Передача планетарная с цилиндрическими колесами *)
- •Продолжение таблицы 4.3.3
- •При циклическом нагружении
- •Продолжение таблицы 4.3.4
- •Продолжение таблицы 4.3.5
- •Продолжение таблицы 4.3.5
- •Продолжение таблицы 4.3.5
- •Продолжение таблицы 4.3.5
- •Продолжение таблицы 4.3.5
- •Продолжение таблицы 4.3.5
- •Продолжение таблицы 4.3.5
- •Продолжение таблицы 4.3.5
- •Продолжение таблицы 4.3.5
- •Продолжение таблицы 4.3.5
- •Продолжение таблицы 4.3.5
- •Продолжение таблицы 4.3.5
- •Продожение таблицы 4.3.5
- •Продолжение таблицы 4.3.5
- •Продолжение таблицы 4.3.5
- •*)При расчете зубчатым колесам помимо принятых буквенных обозначений присваются индексы 1 и 2 соответственно меньшему и большему элементу сцепляющейся пары (рисунок а.15, таблица а.54);
- •Продолжение таблицы 4.3.8
- •Продолжение таблицы 4.3.8
- •Продолжение таблицы 4.3.8
- •4.4. Передача волновая
- •*Предлагаемая методика расчета ориентирована:
- •1) Материал колес по таблице а.61
- •2) Нарезание зубьев гибкого колеса производиться в недеформированном состоянии червячной фрезой, а жесткого колеса – долбяком с эвольвентным профилем по стандартному исходному контуру
- •Продолжение таблицы 4.4.3
- •Продолжение таблицы 4.4.3
- •Продолжение таблицы 4.4.3
- •Продолжение таблицы 4.4.3
- •4.5. Передача коническая
- •Продолжение таблицы 4.5.3
- •При циклическом нагружении
- •Передачи с прямыми зубьями эвольвентного профиля
- •Продолжение таблицы 4.5.6
- •Продолжение таблицы 4.5.10
- •Продолжение таблицы 4.5.10
- •4.6. Передача червячная с цилиндрическим червяком
- •Цилиндрическим червяком
- •Продолжение таблицы 4.6.4
- •Продолжение таблицы 4.6.8
- •4.7. Передача ременная
- •4.8. Передача цепная
- •4.9. Валы, их опоры и соединения
- •Продолжение таблицы 4.9.1
- •Продолжение таблицы 4.9.1
- •Продолжение таблицы 4.9.1
- •Продолжение таблицы 4.9.1
- •Продолжение таблицы 4.9.1
- •4.10. Расчет элементов передачи и корпуса редуктора
- •5. Мероприятия по эксплуатации
- •Библиографический список
- •Приложение а Справочные данные
- •Продолжение таблицы а.8
- •Продолжение таблицы а.8
- •Характеристики и геометрические параметры (рисунок 2.14)
- •Распределения нагрузки по ширине венца колес цилиндрической передачи
- •Продолжение таблицы а.44
- •Продолжение таблицы а.52
- •Продолжение таблицы а.52
- •Волновых передач
- •Качения в зависимости от надежности
- •Точности в (из гост 15521 – 70), мм
- •Приложение б Примеры выполнения чертежей
- •Продолжение рисунка б.6
- •Приложение в Виды и система условных обозначений подшипников качения
Передаточное отношения для таких механизмов равно
i12(h) =(1-h)/ (2-h) =(n1-nh)/ (n2-nh), (2.16)
где 1, 2, 3, h – угловые скорости центральных колес, сателлита и водила. Вышеприведенная формула носит название формулы Виллиса для дифференциалов.
В механизмах приводов реальных машин колеса могут располагаться последовательно ступенчато и по планетарному принципу.
Одноступенчатые цилиндрические и конические передачи используют обычно при передаточном отношении i7. При больших значениях i целесообразно применять передачи со скрещивающимися осями и многоступенчатые передачи различной комбинации как с подвижными, так и с неподвижными осями.
2.2. Синтез зубчатых передач с эвольвентным профилем
Зубчатые передачи по форме профиля зуба могут быть: эвольвентные, круговые, циклоидные и т.д. Наибольшее распространение получили передачи с эвольвентным зацеплением,в которых использованы сопряженные зубья с профилем, выполненным по эвольвенте.
Эвольвента – это кривая, геометрическое место центров кривизны которой, представляет собой другую кривую – эволюту. Касательные к эволюте являются нормалями к эвольвенте.
Эвольвента может быть построена обкатыванием по эволюте без скольжения отрезка прямой. Для круглых колес эволютой является окружность с радиусом rв, и эвольвенту, в этом случае, называют эвольвентой окружности (рисунок 2.7).
Рисунок 2.7 – Образование эвольвенты профиля зуба
Любая точка на эвольвенте окружности характеризуется радиусом r и углом , которые равны:
r= rb cos , (2.17)
= tg – . (2.18)
Величину называют эвольвентным углом профиля зуба и обозначают
inv (инволюта ). Выражения 2.17 и 2.18 являются уравнениями эвольвенты зуба.
Окружность, развертка которой представляется теоретическим торцовым профилем зуба эвольвентного цилиндрического зубчатого колеса называется основной окружностью.
Это – эволюта с радиусом rb, инволюта которой равна нулю.
На рисунке 2.8 изображен зуб, профиль которого очерчен по эвольвенте.
Рисунок 2.8 – Эвольвентный зуб
Из рисунка следует равенство суммы углов
1+1=2+2, (2.19)
где 1=inv1, 2=inv2, 1=s1/(2r1), 2=s2/(2r2).
С помощью этого выражения можно получить соотношение толщины зуба по различным окружностям
s2 =2r2 [s1/(2r1)+ inv1– inv2]. (2.20)
Для основной окружности invb=0, поэтому толщина зуба s b равна
sb=2rb[s1/(2r1)+ inv1]. (2.21)
Для окружностей заострения зубьев s =0, поэтому
inv0 =s1/(2r1)+ inv1= sb /(2rb), sb /(2rb)= s1/(2r1)+ inv1. (2.22)
Одноименные профили расположены на расстоянии шага pb по основной окружности, который равен
pb = 2rb / z , (2.23)
где z – число зубьев колеса.
Шаг p любой окружности радиуса r равен
p =pb / cos . (2.24)
Схема образования зубчатого зацепления с эвольвентным зубом показана на рисунке 2.9.
Рисунок 2.9 – Схема образования эвольвентного зацепления
Нормаль n – n к сопряженным профилям звеньев, образующих зацепление, касается их основных окружностей в точках А и В и проходит через мгновенный центр вращения в относительном движении звеньев, который называют полюсом зацепления W.
При вращении круглых колес полюс зацепления сохраняет неизменным свое положение. Точка контакта К перемещается в направлении vк по линии АВ, которая является линией зацепления. Таким образом, в эвольвентном зацеплении имеет место прямая линия зацепления.
Угол w между линией зацепления и перпендикуляром к линии, соединяющей центры вращения О1 и О2 называется углом зацепления. Он равен углу давления в полюсе зацепления и характеризует направление силы, действующей со стороны одного колеса на другое.
Окружность, которая проходит через полюс зацепления называется начальной.
Радиусы начальных и основных окружностей связаны зависимостями:
rw1=rв1 cos w , ( 2.25)
rw2=rв2 cos w . (2.26)
Расстояние между центрами вращения (межосевое расстояние) аw равно
аw= rw1+ rw2 =(rв1 + rв2) cos w . (2.27)
Отношение радиусов начальных окружностей сопряженных колес определяет передаточное отношение
i12 = –rw2 rw1 = rв2 rв1 =1/ 2. (2.28)
Это означает, что отношение угловой скорости одного звена (1) к угловой скорости другого звена (2) равно отношению радиусов основных окружностей. Из этого следует, что при постоянных rв1 и rв2 если изменить межосевое расстояние аw, то изменятся радиусы rw1, rw2 и угол w, а i12 останется тем же. Это свойство эвольвентного зацепления свидетельствует о том, что при погрешностях расположения осей с сохранением их параллельности, передаточное отношение остается постоянным (основной закон зацепления).
Часть профиля зуба, выступающая за начальную окружность называется головкой, а часть профиля зуба, которая находится внутри начальной окружности, называется ножкой зуба. Так как размеры зубьев колеса одинаковые, то все головки ограничиваются окружностями выступов da, а все ножки – окружностями впадин df.
Часть начальной окружности, которая проходит через зуб, называется его толщиной, а та часть начальной окружности, которая проходит через впадину, называется шириной впадины. Дуга начальной окружности, состоящая из одной толщины зуба и одной ширины впадины называется шагом зацепления р (мм), который связан с диаметром начальной окружности зависимостью
р=dw/z, (2.29)
где z – количество зубьев на начальной окружности.
Отношение шага зацепления к числу называется модулем зацепления m (мм)
m=р/. (2.30)
Модуль – величина стандартная (ГОСТ 9563 – 60, СТ СЭВ 310 – 76) и через него выражают размеры колес.
Параметры колес передач с эвольвентным зацеплением стандартизованы.
Форма и размеры зубьев устанавливаются по ГОСТ 13755 – 81, в котором описан исходный контур номинальной зубчатой рейки (рисунок 2.10).
Рисунок 2.10 – Исходный и рабочий контур зубчатой рейки по ГОСТ –13755 – 81
Для модуля более 1мм исходный контур имеет следующие характеристики: профильный угол =20; коэффициент высоты головки зуба ha*=1; глубина захода hl=2ha*m; коэффициент радиального зазора с*=0,25; радиальный зазор с= с*m; радиус закругления у корня зуба rf=0,4m;
На основании исходного контура строится рабочий контур, совпадающий с очертаниями впадин исходного контура и служащий для проектирования зуборезного инструмента. Для колес с наклонным зубом рейки имеют параметры стандартного исходного контура в нормальном сечении (рисунок 2.11).
Рисунок 2.11 – Контур рейки с наклонным зубом
В рейке с наклонным зубом различают величину шага в зависимости от вида секущей плоскости, в которой он рассматривается: торцевой шаг рt; нормальный шаг рn и осевой шаг рx.
Вышеуказанным шагам соответствуют модули: торцовый mt (mt = рt/); нормальный mn (mn=рt/) и осевой mx (mx = рx/), которые связаны между собой следующими зависимостями:
mt=mn/cos ; (2.31)
mx=mt/tg=mn/sin. (2.32)
Угол профиля зуба t (рисунок 2.11) определяют по формуле
t =arctg (tg /cos ). (2.33)
Окружность, по которой перекатывается делительная прямая рейки при обработке, носит название делительной окружности колеса или начальной окружности обработки.
Фактическая величина начальных окружностей устанавливается после сборки колес.
Основные размеры колес, у которых делительные окружности совпадают с начальными определяются по следующим зависимостям:
диаметры делительной d и начальной dw окружностей
d=dw=mz/cos ; (2.34)
- высота головки зуба hа
hа =m; (2.35)
- диаметр окружности выступов dа
dа= d +2hа = d+2m; (2.36)
высота ножки зуба hf
hf=1,25 m ; (2.37)
диаметр окружности впадин df
df = d –2hf = d –2,5m. (2.38)
На рисунке 2.12 показано зубчатое эвольвентное зацепление, когда начальные и делительные окружности колес совпадают.
Рисунок 2.12 – Зубчатое эвольвентное зацепление без смещения исходного контура
Начальные и делительные окружности колеса могут не совпадать. В этом случае
начальные и делительные плоскости производящей рейки также не совпадают (ри-
сунок 2.13).
Рисунок 2.13 – Зацепление зубчатого колеса с инструментальной рейкой
Расстояние между делительной и начальной плоскостями рейки называют смещением исходного контура. Отношение этого смещения к модулю (mn=m) называется коэффициентом смещения x. С ростом x толщина зуба sa по дуге окружности da уменьшается и увеличивается у основания, а активный участок профиля зуба удаляется от основной окружности db. Диаметры основных db и делительных d окружностей при этом не меняются .
На рисунке 2.14 изображено зацепление двух колес со смещением исходного контура
Рисунок 2.14 – Эвольвентная цилиндрическая передача со смещением