Реферат: Методические рекомендации к лабораторным работам по курсу «Основы проектирования и конструирования» для студентов немашиностроительных специальностей: 080502 «Экономика и управление на предприятии»

Федеральное агентство по образованию

Бийский технологический институт (филиал)

государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет

имени И.И. Ползунова»


М.С. Дунин, А.В. Жеранин, Н.М. Климонова


ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И КОНСТРУИРОВАНИЯ


Методические рекомендации к лабораторным работам

по курсу «Основы проектирования и конструирования»

для студентов немашиностроительных специальностей:

080502 «Экономика и управление на предприятии»,

260204 «Технология бродильных производств и виноделия»


Бийск

Издательство Алтайского государственного технического университета

им. И.И. Ползунова

2


008

УДК 621.81, 681.8, 621.833.1(076)



Рецензент:

к.э.н., доцент кафедры ЭУП БТИ АлтГТУ Н.П. Подольная



Дунин, М.С.




Основы проектирования и конструирования: методические рекомендации к лабораторным работам по курсу «Основы проектирования и конструирования» для студентов немашиностроительных специальностей: 080502 «Экономика и управление на предприятии», 260204 «Технология бродильных производств и виноделия» /
М.С. Дунин, А.В. Жеранин, Н.М. Климонова; Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. – Бийск:
Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2008. – 37 с.



Методические рекомендации содержат сведения об основных элементах практического (инженерного) конструирования и рекомендации к лабораторным работам по курсу «Основы проектирования и конструирования», предназначены для студентов специальностей: 080502 «Экономика и управление на предприятии» и 260204 «Технология бродильных производств и виноделия» всех форм обучения.


УДК 621.81, 681.8, 621.833.1(076)






Рассмотрены и одобрены

на заседании кафедры

технической механики.

Протокол № 14 от 01.07.2008 г.







© Дунин М.С., Жеранин А.В., Климонова Н.М., 2008




©


БТИ АлтГТУ, 2008

СОДЕРЖАНИЕ


1 ОСНОВНЫЕ ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ…………………………….

4

^ 2 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ
ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ДВУХСТУПЕНЧАТОГО РЕДУКТОРА…………………….


9
2.1 Цель работы…………………………………………………………………….
9

2.2 Общие сведения…………………………………………………………………

9

2.3 Классификация зубчатых цилиндрических редукторов…………………..…

9

2.4 Описание конструкции цилиндрического редуктора………………………..

10

2.5 Порядок выполнения работы…………………………………………………..

11

2.5.1 Разборка редуктора и ознакомление с конструкцией и назначением
отдельных узлов……………………………………………………………….


11

2.5.2 Определение геометрических параметров быстроходной или

тихоходной ступеней цилиндрического зубчатого редуктора…………….


12

2.6 Приборы и инструменты к работе…………………………………………….

14

2.7 Содержание отчета…………………………………………………………….

14

^ 3 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК

РЕМЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ……………………………………………………………..


15

3.1 Общие сведения……………………………………………………………….

15

3.1.1 Силы в передаче и напряжения в ремне………………………………

16

3.1.2 Скольжение ремня. Тяговая способность ременных передач……………

17

3.2 Содержание экспериментальной части лабораторной работы…………..

17

3.2.1 Устройство и принцип работы установки…………………………….

17

3.2.2 Подготовка к работе…………………………………………………….

18

3.2.3 Меры безопасности при выполнении лабораторной работы…………

18

3.2.4 Порядок работы. Определение коэффициента проскальзывания передачи в зависимости от величины момента нагрузки………………….


19

3.3 Правила оформления отчета…………………………………………………..

19

3.4 Контрольные вопросы……………………………………………………….

19

4 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3. РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ………………….

20

4.1 Общие сведения………………………………………………………………..

20

4.2 Основные параметры резьбы, типы резьб и их применение………………

20

4.3 Основные типы крепежных деталей………………………………………….

21

4.4 Конструкция винтов и болтов……………………………………………….

22

4.5 Конструкция шпилек…………………………………………………………..

24

4.6 Конструкция гаек и шайб……………………………………………………

24

4.7 Основные способы стопорения резьб………………………………………

25

4.8 Описание лабораторной установки…………………………………………..

26
4.9 Порядок выполнения эксперимента………………………………………..
27

4.10 Обработка результатов эксперимента………………………………………

28

4.11 Отчет о лабораторной работе…………………………………………………

28

4.12 Контрольные вопросы…………………………………………………………

28

5 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4. ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ…………………...

29

5.1 Общие сведения о подшипниках качения……………………………………

29

5.2 Классификация, условные обозначения, основные типы и критерии

работоспособности подшипников качения…………………………………….


30

5.2.1 Классификация………………………………………………………….

30

5.2.2 Условные обозначения……………………………………………..…..

30

5.2.3 Основные типы………………………………………………………….

30

5.2.4 Критерии работоспособности подшипников качения………………..

32

5.3 Определение момента сопротивления вращению в подшипниках качения

32

5.3.1 Устройство и работа прибора ДПА…………………………………….

32

5.3.2 Подготовка прибора к работе…………………………………………...

33

5.3.3 Выполнение эксперимента………………………………………………

34

5.3.4 Составление отчета……………………………………………………….

35

5.3.5 Контрольные вопросы…………………………………………………...

35

Литература……………………………………………………………………………….

36

^ 1 ОСНОВНЫЕ ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ


Основы конструирования(в технико-экономическом понимании) – область научно-технического знания (учебный предмет, дисциплина, курс) об общих принципах и методах конструирования машин на основе (путем, посредством) их унификации и стандартизации, а также повышения их рентабельности, долговечности, надежности и экономической эффективности (рисунок 1.1).




Рисунок 1.1 – Три вопроса к определению изучаемой дисциплины


Предмет изучаемой дисциплины – то, что является основным объектом изучения в данной отрасли знания, а именно:основные общетехнические и технико-экономические понятия и определения, принципы и методы конструирования машин вообще с экономической точки зрения.

Основными, общими для многих отраслей научно-технического и технико-экономического знания, являются следующие понятия и определения.

1) Конструирование (лат. сonstruсtio – составление, построение):

– в широком смысле – творческий процесс формирования (определения) состава, устройства и взаимного расположения частей чего-либо;

– в технико-экономическом понимании – определение (выявление, нахождение, поиск) и выбор оптимального (рационального) устройства, состава и взаимного расположения частей какой-либо машины, какого-либо механизма, прибора, агрегата, строения и т.п. в соответствии с их функциональным назначением, с учетом условий и особенностей эксплуатации при обеспечении приемлемых технико-экономических показателей.

2) Конструкция – состав, постройка, устройство. Основы конструирования – основы построения, составления.

3) Проектирование:

– в широком смысле – творческий процесс создания проекта-прототипа, прообраза предполагаемого или возможного объекта, состояния;

– в технико-экономическом понимании– творческий процесс создания какой-либо машины, какого-либо механизма, прибора, агрегата, узла и т.п. определенного предназначения с заданными, требуемыми технико-экономическими показателями (параметрами).

4) Проект (лат. projeсtus – брошенный вперед) – совокупность документов (расчетов, чертежей и др.) для создания какого-либо сооружения или изделия.

5) Машина (франц. maсhine) – устройство, выполняющее механические движения
с целью преобразования энергии (ЭМ), материалов (РМ) или информации (ИМ) (рисунок 1.2).

Энергетические машины – машины, преобразующие любой вид энергии в механическую энергию (или наоборот). Например: насосы, компрессоры, воздуходувки, вентиляторы, гидротурбины, паровые турбины, электрогенераторы, гидродвигатели, гидромоторы и т.п.




Рисунок 1.2 – Основные типы (виды) машин


Технологические машины – рабочие машины, преобразующие форму, свойства и положение материала (обрабатываемого предмета). Рабочими чаще всего являются машины химико-технологических, пищевых, металлообрабатывающих производств, предприятий деревообрабатывющей и целлюлозно-бумажной и смежных с ними отраслей промышленности. Например: экструдеры, каландры, смесители, мельницы, грохоты, кипорыхлители, станки, прессовые агрегаты и т.п.

Пресс (от лат. рresso – давлю, жму) – рабочая машина статического (неударного) действия для обработки материалов давлением, например, брикетирование сыпучих материалов, ковка, штамповка, выдавливание, запрессовка, распрессовка и т.п. По виду привода различают механические и гидравлические прессы. Усилие, развиваемое наиболее мощными прессами, достигает 75000 тонн.

Транспортные машины – рабочие машины, изменяющие положение материала (перемещаемого предмета). Например: всевозможные транспортеры, конвейеры, лифты, подъемники, шнеки-дозаторы, автотранспортные средства и т.п.

6) Механизм – система тел (деталей и узлов), предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения других твердых тел.

7) Узел – 1) часть машины, механизма, установки и т.п., состоящая из нескольких более простых элементов (деталей); 2) совокупность функционально связанных между собой сооружений, машин или других устройств.

8) Деталь – 1) изделие, изготовленное без применения сборочных операций; 2) изделие, подвергнутое защитным или декоративным покрытием или изготовленное из одного куска материала пайкой, склейкой, сваркой, сшивкой и т.п.

9) Соединение – разъемное или неразъемное сочленение между собой отдельных элементов конструкции в целях образования узлов, увеличения размеров или изменения условий работы конструкции.

10) Неразъемные соединения – соединения, в которых для разъединения элементов конструкции необходимо разрушать крепежные элементы. Например: заклепочные, сварные, сшивные, клеевые, с гарантированным натягом (прессовые).

11) Разъемные соединения – соединения, позволяющие разъединять элементы конструкции без нарушения целостности крепежных элементов. Например, болтовые (резьбовые), клиновые, шпоночные, шлицевые, фланцевые. Типовые детали соединений:

заклепка – крепежная деталь неразъемного соединения, состоящая обычно из т.н. заклепочной головки и стержня (трубки);

фланец (нем. flansсh) – соединительная часть трубопроводов, резервуаров, валов и др.;

болт (нем. bolt) – крепежная деталь для соединения – стержень с головкой, шестигранной или квадратной, и резьбой для навинчивания гайки.

Резьба – чередующиеся выступы и впадины на поверхности стержня болта, расположенные по винтовой линии. Может иметь различия:

по форме выступов и впадин – треугольная, прямоугольная, трапецеидальная, круглая;

по числу одновременно нарезаемых выступов-впадин – однозаходная и многозаходная;

по назначению – крепежная, силовая, ходовая;

в зависимости от направления винтовой линии – правая и левая.

Винт (польск. gwint) – 1) крепежная деталь – стержень с головкой (обычно имеет шлиц под отвертку) и резьбой; 2) в ходовой части станков, машин, механизмов – ведущее звено в винтовой передаче.

Гайка – деталь с внутренней резьбой, образующая с винтом (болтом) винтовую пару.

Шпилька – крепежная деталь – стержень с резьбой на обоих концах, один из которых ввертывается в основную деталь, а другой пропускается через отверстие в закрепляемой детали, и на него навинчивается гайка.

Шайба (нем. sсheibe) – диск с отверстием, подкладываемый обычно под гайку и (или) головку болта для увеличения опорной поверхности; защиты поверхности детали от задиров при затягивании гайки и предотвращения ее самоотворачивания.

Шпонка (польск. – szponka от нем. spon, span – щепка, клин) – деталь призматической, клинообразной или другой формы, используемая для соединения деталей, предотвращающая их относительный поворот или сдвиг.

Шлицевое многошпоночное соединение деталей машин. Это такое соединение, при котором выступающие на одной детали (например, на валу) зубья входят в пазы (шлицы) другой детали (например, отверстия). Детали могут быть подвижными или неподвижными относительно друг друга.

12) Механическая передача – устройство (механизм) для передачи (без участия электроэнергии, жидкости или газа1) механического движения от одного объекта к другому с изменением значения и направления скорости, или усилия, или крутящего момента с преобразованием (или без) вида механического движения.

Основные типы механических передач:

фрикционная передача – устройство для передачи вращательного движения от одного вала к другому за счет сил трения, возникающих между цилиндрами, дисками или конусами, насаженными на вал;

ременная передача – устройство для передачи вращательного движения при помощи натянутого приводного ремня, перекинутого через шкивы, закрепленные на валах;

зубчатая передача – механизм, в котором два подвижных звена, являющихся зубчатыми колесами (колесом и червяком2 или колесом и рейкой3), передают вращательное движение между параллельными или скрещивающимися валами или преобразуют вращательное движение в поступательное.

Зубчатое колесо – звено зубчатого механизма, имеющее систему зубьев и обеспечивающее непрерывное движение (вращение) другого звена (колеса, червяка, рейки).

Зубчатая рейка – планка или стержень с зубьями – элемент зубчатой передачи для преобразования вращательного движения в поступательное движение.

Шестерня – меньшее колесо сопряженной пары зубчатых колес.

Цепная передача – механизм для передачи вращательного движения между параллельными валами при помощи жестко закрепленных на валах зубчатых колес (звездочек), через которые перекинута замкнутая приводная цепь.

Цепь – гибкое изделие из отдельных твердых звеньев, шарнирно соединенных между собой.

Существуют цепи: приводные – для передачи движения; тяговые – для перемещения грузов; грузовые – для подвески и подъема грузов.

Вал – деталь (прямая или коленчатая) машины, передающая крутящий момент и поддерживающая вращающиеся детали, закрепленные на ней тем или иным образом.

Ось – деталь (вращающаяся или неподвижная) машин или механизмов для поддержания вращающихся частей, не передающая полезного крутящего момента.

Подшипник – опора для цапфы (опорной части) вала, подвижной оси.

Существуют: подшипники качения, образованные внутренним и наружным кольцами, между которыми расположены тела качения (шарики, ролики или иголки); подшипники скольжения, представляющие собой пару трения скольжения, втулка-вкладыш, вставленные в корпус машины.

Вкладыш – сменная деталь (втулка и т.п.) подшипников скольжения, непосредственно взаимодействующая с цапфой вала или подвижной оси, изготовленная из антифрикционного материала.

Втулка – деталь машины или устройства в виде полого цилиндра (конуса), в отверстие которого входит сопрягаемая деталь; бывают втулки сплошные и разрезные.

Муфта – устройство для постоянного или временного соединения валов, труб, стальных канатов, кабелей и т.п.

Шарнир – подвижное соединение деталей, конструкции, допускающее вращение только вокруг общей оси или точки.

13) Прочность в узком смысле – сопротивление разрушению; в широком смысле – способность материала сопротивляться разрушению, а также необратимому изменению формы (пластические деформации) при действии внешних нагрузок.

В технической механике различают следующие количественные меры прочности: предел прочности, предел текучести, предел усталости и др.

14) Жесткость – характеристика элемента конструкции, определяющая его способность сопротивляться деформации (растяжению, сжатию, изгибу, кручению и т.д.).

15) Износостойкость (износоустойчивость) – сопротивление материалов деталей машин и других трущихся изделий износу.

Износостойкость оценивается, например, по убыли массы детали за время ее работы.

16) Твердость – сопротивление твердого тела вдавливанию или царапанию.


Всякая инженерная деятельность является творческой деятельностью.

В ней используется совокупность логических, информационных и других рекомендаций по практическому применению методов активизации творчества.

Для нетворческой деятельности характерно использование готовой задачи, готового решения, готовой конструкции и известного её применения.

Работа инженера-конструктора (конструкторского коллектива), его умение применять свои знания и творческие способности в значительной степени определяют технический уровень и качество разрабатываемого объекта (машины, механизма, устройства
и т.п.).

Для решения всех вопросов разработки новой техники недостаточно знания основ конструирования, уровня развития техники и мировых достижений в какой-то конкретной области. Требуется нестандартный, нешаблонный подход к решению любой технической задачи.

Как все знания и методы работы приобретаются в процессе учёбы или практической деятельности, так и нешаблонность мышления приобретается этим же путём, но при наличии стремления все вопросы решать по-новому.

Основные типовые элементы конструкций рассматриваются на практических занятиях и в ходе лабораторного практикума на конкретных примерах.


2 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ
ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ДВУХСТУПЕНЧАТОГО РЕДУКТОРА

(4 часа)

^ 2.1 Цель работы

а) ознакомление с устройством цилиндрического редуктора и его назначением;

б) выяснение назначения отдельных узлов редуктора и знакомство с их конструкцией;

в) определение основных параметров быстроходной или тихоходной пары редуктора путем замера и по предлагаемым формулам.

^ 2.2 Общие сведения

Редуктором называется механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного закрытого агрегата и служащий для передачи мощности от двигателя к рабочей машине.

Назначение редуктора – понижение угловой скорости и, соответственно, повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим.

Преимущества зубчатых передач: постоянное передаточное отношение (отсутствие проскальзывания); высокий КПД (в отдельных случаях до 0,99); надежность, простота эксплуатации; неограниченный диапазон передаваемых мощностей (от сотых долей до десятков тысяч киловатт). Высокая нагрузочная способность обеспечивает малые габариты зубчатых передач.

Недостатки зубчатых передач: сравнительная сложность изготовления, требующая часто специального оборудования и инструмента; повышенный шум при высоких скоростях вследствие погрешности изготовления; необходимость точного монтажа.

По относительному расположению валов в пространстве редукторы бывают горизонтальные и вертикальные; по особенности кинематической схемы – развернутые, соосные, с двойной ступенью и т.д.

Если зубья параллельны оси вращения колес, такое зацепление называют прямозубым, если расположены под углом – зацепление называют косозубым.


2.3 Классификация зубчатых цилиндрических редукторов


2.3.1 Одноступенчатые зубчатые цилиндрические редукторы (рисунок 2.1а) применяются при передаточных числах не более 8…10 (обычно до 6,3) во избежание больших габаритов.

2.3.2 Двухступенчатые зубчатые цилиндрические редукторы (рисунок 2.1б, в, г) с передаточными числами от 8 до 40 получили наибольшее распространение. Потребность в них составляет 65 %. В зависимости от конструктивного исполнения двухступенчатые редукторы также делятся на несколько групп:

а) трехосные, с развернутой схемой исполнения (см. рисунок 2.1б);

б) соосные редукторы (см. рисунок 2.1в, рисунок 2.1е);

в) с раздвоенной быстроходной или тихоходной ступенью (см. рисунок 2.1г).



Рисунок 2.1 – Схемы цилиндрических редукторов

^ 2.4 Описание конструкции цилиндрического редуктора

Редуктор состоит из массивного чугунного корпуса, узлов зубчатых колес и шестерен с опорами, крышек подшипников и регулировочных колец (рисунок 2.2).




Рисунок 2.2 – Конструкция двухступенчатого цилиндрического
редуктора с развернутой схемой

КОРПУС служит для размещения в нем деталей передач, для заливки смазки зубчатых колес и подшипников, предохранения их от загрязнения и для восприятия усилий, возникающих в процессе работы механизма. Корпус должен быть достаточно прочным и жестким, так как в случае его деформации возникает перекос валов, что может привести к повышенному износу зубьев вследствие неравномерности распределения нагрузки и даже к поломке. Для повышения жесткости корпус усиливают ребрами, расположенными на участках размещения опор валов. Для удобства монтажа корпус выполнен разъемным. Плоскость разъема горизонтальна и проходит через оси валов. Нижняя часть корпуса 1 называется картером, верхняя 2 – крышкой. На крышке имеется смотровое окно 3, закрытое прямоугольной крышкой с отдушиной 4, которая служит для выравнивания давления внутри корпуса редуктора с атмосферным. В картере 1 имеется пробка 5 для слива масла и щуп 6 для замера его уровня. Картер и крышку скрепляют болтами 7, 8.

^ ЗУБЧАТЫЕ КОЛЕСА служат для передачи вращательного движения. В редукторе могут быть цилиндрические прямозубые или косозубые колеса. По сравнению с прямозубыми косозубые передачи имеют повышенную нагрузочную способность и работают более плавно.

Колеса 10, 11 насаживают на вал по посадке, гарантирующей натяг в сопряжении, или используют шпонки 12, 13. В отдельных случаях шестерни изготавливают заодно с валом, получая так называемые валы-шестерни.

ПОДШИПНИКИ 14, 15, 16 служат для поддержки вращающихся валов. Подшипник качения состоит из внутреннего и наружного колец с желобами для качения шариков, комплекта шариков (роликов) и сепаратора, удерживающего шарики (ролики) на
определенном расстоянии друг от друга. Подшипник надевают на вал неподвижно и вставляют в корпус по посадке с зазором.

^ КРЫШКИ ПОДШИПНИКОВ 17–21 служат для предотвращения попадания пыли и грязи внутрь корпуса и в подшипниковые узлы.

БОЛТОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ служат для скрепления корпуса и крышки редуктора.

ШТИФТЫ 9 предназначены для точного фиксирования положения крышки относительно корпуса редуктора при совместной расточке гнезд под подшипники и при сборке редуктора.

^ СМАЗКА РЕДУКТОРА в настоящее время в машиностроении широко применяется циркуляционная и картерная. В данной конструкции редуктора применена картерная смазка, которая осуществляется окунанием зубчатых колес в масло, заливаемое в картер редуктора. Смазка подшипников может быть густая (пластичная), и осуществляемая разбрызгиванием масла. Способ смазки выбирается с учетом окружной скорости зубчатых колес.

^ 2.5 Порядок выполнения работы
2.5.1 Разборка редуктора и ознакомление с конструкцией и назначением
отдельных узлов

Разборка одного из редукторов, указанных преподавателем, производится в следующем порядке: развинчивают болты крепления корпуса, поднимают крышку, используя отжимной болт. Поскольку крышка редуктора является тяжелой деталью, редуктор может перед началом работы находиться в разобранном виде, что дает возможность сразу приступить к знакомству с конструкцией и назначением деталей и узлов редуктора (валов, крышек, регулировочных колец, щупа масломера, сливной пробки).


^ 2.5.2 Определение геометрических параметров быстроходной или тихоходной ступеней цилиндрического зубчатого редуктора

Для решения этой задачи необходимо провести ряд точных замеров с помощью штангенциркуля с точностью до 0,1 мм и вычислить параметры зацепления (рисунок 2.3). Для определения параметров каждой ступени редуктора необходимо сосчитать количество зубьев шестерни и колеса каждой ступени, измерить диаметры вершин зубьев , ширину колес , межосевые расстояния , наружные диаметры подшипников , внутренние диаметры подшипников , ширину подшипников .



Рисунок 2.3 – Основные геометрические параметры зубчатого зацепления


2.5.2.1 Модуль зубчатых колес – основная характеристика размеров зубьев.

Модуль – величина, пропорциональная шагу по делительному цилиндру, измеренная в миллиметрах:

.

Для косозубых передач определяют торцовые и нормальные шаги и модули.

Шаг в торцовом сечении – это расстояние между одноименными точками профилей соседних зубьев, измеренное по дуге делительной окружности зубчатого колеса.

Нормальный шаг – кратчайшее расстояние по делительному цилиндру между одноименными точками двух соседних зубьев в сечении, перпендикулярном зубу:

,

где  – угол наклона зубьев по делительному цилиндру. Соответственно, нормальный модуль:

.

Для прямозубых передач торцовые и нормальные шаги, и соответственно, модули совпадают. Модули стандартизированы (таблица 2.1).

Таблица 2.1 – Стандартные модули зубчатого зацепления

№ ряда


Модули


1


1; 1,25; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25



2


1; 1,25; 1,375; 1,75; 2,25; 2,75; 3,5; 4,5; 5,5; 5,7; 9; 11; 14; 18; 22



Это дает возможность нарезать зубья стандартным инструментом. Делительный диаметр делит зуб на головку зуба hг и ножку зуба hн. Касательная к основным окружностям – линия зацепления. П – полюс зацепления – точка касания начальных окружностей.

Примечание – Предпочтение отдают ряду № 1.

Для косозубых цилиндрических колес стандартизированы нормальные модули. Модуль колеса можно приближенно определить через его геометрические размеры:

для прямозубых ,

для косозубых ,

где – делительный диаметр колеса, мм; – число зубьев.

Так как делительный диаметр колеса невозможно непосредственно замерить, то модуль колеса, а также некоторые его геометрические размеры, можно определить косвенно, пользуясь выражениями:

а) для прямозубых колес , ;

б) для косозубых колес ;

в) ;

г) h =2,25 m,

где – диаметр колеса по вершинам зубьев, мм; – диаметр колеса по впадинам зубьев, мм; h – высота зуба.

2.5.2.2 Передаточное число зубчатой передачи – отношение числа z2 зубьев большего колеса к числу z1 зубьев меньшего (шестерни) .

Передаточное число редуктора равно произведению передаточных чисел всех его ступеней. Для двухступенчатого редуктора:

,

где – передаточное число быстроходной ступени; – передаточное число тихоходной ступени.

2.5.2.3 Межосевое расстояние передач – расстояние между осями ведущего и ведомого колес – определяется по формулам:

,

где индексы 1 и 2 соответственно относятся к шестерне и колесу.

Межосевое расстояние передачи можно замерить штангенциркулем, угол наклона зубьев – угломером или вычислить через тригонометрические функции. Модуль зубчатых колес можно определить по формулам:

а) для прямозубых передач ;

б) для косозубых передач .

Так как угол в лабораторных условиях трудно определить достаточно точно, значение может отличаться от стандартного значения. Приняв ближайшее стандартное значение модуля из таблицы 2.1, в обратном порядке рассчитывают фактическое значение угла (с точностью до секунд) и другие геометрические параметры передач. Результаты расчетов и измерений внести в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 – Параметры зубчатого зацепления

Параметры


Быстроходная

ступень

Тихоходная

ступень

Измерения:







Количество зубьев







Диаметр вершин зубьев







Ширина колеса







Межосевое расстояние







Наружный диаметр подшипника







Внутренний диаметр подшипника







Ширина подшипника







Расчетные значения:







Передаточные числа ступеней, ,







Общее передаточное число редуктора







Торцовый модуль







Угол наклона







Нормальный модуль







Диаметры делительных окружностей колеса и
шестерни







Межосевое расстояние







Высота h зуба








2.6 Приборы и инструменты к работе


Исследуемый редуктор, измерительная линейка, штангенциркуль, отвертка.


2.7 Содержание отчета


а) наименование и цель работы;

б) кинематическая схема редуктора;

в) формулы, по которым велись расчеты и исходные данные для расчетов, сами расчеты;

г) таблица параметров;

д) выводы и заключения.


^ 3 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.
ИССЛЕДОВАНИЕ
ХАРАКТЕРИСТИК РЕМЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ

(4 часа)


Цель работы: экспериментальное определение зависимости ременной передачи от нагрузки (момента на ведомом шкиве), натяжения ремня, передаточного числа u.

Оборудование: специальная установка; штангенциркуль, линейка.

^ 3.1 Общие сведения

Ременная передача относится к передачам трением с гибкой связью. Передача (рисунок 3.1) состоит из ведущего 1 и ведомого шкивов 2, огибаемых ремнем 3, натяжного устройства 4. Нагрузка передается силами трения, возникающими между шкивом и ремнем вследствие натяжения последнего. В зависимости от формы поперечного сечения ремня передачи бывают плоскоременные (рисунок 3.1б), круглоременные (рисунок 3.1в), клиновые (рисунок 3.1г), поликлиновые (рисунок 3.1д).




Рисунок 3.1 – Схема ременной передачи


Достоинства ременной передачи:

простота конструкции и малая стоимость;

возможность передачи мощности на значительные расстояния;

плавность и бесшумность работы;

уменьшение вибрации из-за упругой вытяжки ремня.

Недостатки ременной передачи:

большие габариты;

малая долговечность ремня;

большие нагрузки на валы и опоры от натяжения ремня;

непостоянство передаточного отношения из-за упругого проскальзывания ремня.

Применяют ременную передачу в сочетании с другими передачами на быстроходных ступенях привода.

Передаваемая мощность – до 50 кВт, скорость ремня v = 5…50 м/с.

Основными геометрическими характеристиками (см. рисунок 3.1) ременных передач являются:

1) межосевое расстояние а; впоследствии межосевое расстояние а уточняется при окончательно установленной длине ремня;

2) расчетная длина ремня l;

3) угол обхвата ремнем малого шкива 1.

3.1.1 Силы в передаче и напряжения в ремне

Для возникновения трения между ремнем и шкивом создают предварительное натяжение F0.

При приложении рабочей нагрузки Т1 натяжение ведомой ветви снижается до величины F2, ведущей повышается до величины F1 :

F1 = F0 + DF ; F2 = F0 – DF,

F1 + F2 = 2F0 ;

окружная сила на шкиве:

Ft = F1 – F2 .

Решая совместно два последних уравнения, получим:

F1 = F0 + Ft /2 ; F2 = F0 – Ft /2.

При обегании ремнем шкивов в ремне возникает центробежная сила:

Fv = rАv2,

где А – площадь сечения, м2; r – плотность материала, кг/м3; v – скорость ремня, м/с.

Силы натяжения ветвей ремня нагружают валы и подшипники (рисунок 3.2а).




Рисунок 3.2 – Силы в ветвях ремня: а) T1 <0; б) T1 >0

Равнодействующая сила Fn = 2F0 sin (a /2).

Обычно величина Fn в 2–3 раза больше величины Ft .

При работе ременной передачи от действующих сил возникают напряжения в материале ремня. Максимальное напряжение в ремне возникает в месте его набегания на малый шкив. Так как при перемещении ремня напряжение изменяется по величине, материал ремня со временем разрушается от усталости, здесь же возникают максимальные напряжения изгиба.

^ 3.1.2 Скольжение ремня. Тяговая способность ременных передач

При передаче движения ремнем наблюдается проскальзывание ремня по поверхности шкива. Проскальзывание увеличивается с ростом нагрузки. В пределе может наступить пробуксовка ремня и передача движения прекратится.

Проскальзывание характеризуется коэффициентом проскальзывания ^ E. При этом передаточное число:

u=1/2=d1/d2(1 - E),

где 1, 2 – угловая скорость вращения шкивов; d1 , d2 – диаметр шкивов.

Величина E зависит от нагрузки, угла обхвата ремнем шкива и от натяжения ремня.


^ 3.2 Содержание экспериментальной части лабораторной работы

3.2.1 Устройство и принцип работы установки

Основные элементы конструкции установки приведены на рисунке 3.3.





Рисунок 3.3 – Основные элементы конструкции лабораторной установки


На литом основании 1 установки размещены: кронштейн 2 балансирной системы электродвигателя и подставка 15 с нагрузочным устройством. На кронштейне 2 балансирно в шарикоподшипниках установлен корпус электродвигателя 4.

На валу двигателя установлен ведущий двухступенчатый шкив 8.

Узел ведомого шкива смонтирован на подставке 15. В верхней части подставки в направляющих установлен ползун 20. В ползун вмонтирована ось, на которой шарнирно при помощи двух шарикоподшипников установлен корпус. К корпусу крепится нагрузочное устройство 10, вал которого сочленяется с валом двухступенчатого ведомого шкива 11. Вал ведомого шкива установлен в корпусе на двух шарикоподшипниках. К корпусу крепится рычаг 12, при нагружении которого создаётся момент вращения относительно оси, в результате чего корпус вместе с валом ведомого шкива может перемещаться в направлении от ведущего шкива, создавая тем самым дополнительное натяжение ремня.

При помощи ручки 13 производится перемещение ползуна 20 вместе с корпусом, за счет чего создаётся предварительный натяг ремня.

Ручкой 14 производится фиксация ползуна в направляющих при выбранном предварительном натяжении ремня. К валу нагрузочного устройства со стороны, противоположной ведомому шкиву, крепится рычаг, который своим концом создаёт усилие, приложенное к пружине. Величина деформации плоской пружины измеряется индикатором 27, установленным в кронштейне 9.

На валах ведущего и ведомого шкивов закреплены коллекторы контактных устройств. Сигналы, снимаемые с коллекторов контактных устройств, позволяют определить с помощью счётчиков 19 и 23 количество оборотов ведомого и ведущего валов. На панели 16 установлены: выключатель 26 общего питания установки, выключатель двигателя 25, регулятор скорости 24, счётчик оборотов ведущего вала 23, счётчик оборотов ведомого вала 19, выключатель цепей управления счётчиков 22, переключатель сигналов с контактных устройств 21 на счётчики, выключатель цепи возбуждения нагрузочного устройства 18 и регулятор тока возбуждения нагрузочного устройства 17.

На задней стороне основания прибора установлена клемма заземления и выведен кабель с вилкой на конце для подключения прибора к источнику питания.

Нагрузочное устройство представляет собой магни