Кинематический анализ простых зубчатых передач. Теория механизмов и машин. Практические работы. Кинематика рядовых механизмов

Отчет

Лабораторные работы по ТММ

Выполнили : Морохин В.О.

Специальность: АС

Курс: 3

Форма обучения: очная

Проверил : Сухоруков И.Н.

Сыктывкар 2014

Лабораторная работа №1

Определение основных параметров зубчатых колес с помощью инструментов

Цель работы: определение основных размеров зубчатых колес.

Задачи работы: 1. Измерение размеров зубчатого колеса.

2. Определение модуля и основных параметров.

Обеспечивающие средства:зубчатое колесо, штангенциркуль, калькулятор, чертежныеинструменты.

Теоретическая часть

На рис. 1 и 2 показаны основные параметры зубчатого колеса.

Основные параметры зубчатого колеса:

z – число зубьев;

m t – модуль зацепления;

d – диаметр делительной окружности;

d b – диаметр основной окружности;

б – угол зацепления;

P t – шаг зацепления;

d a – диаметр окружности выступов (головок);

d f – диаметр окружности впадин (ножек);

S t – толщина зуба по дуге делительной окружности;

S tx – толщина зуба по хорде делительной окружности;

h a – высота головки зуба;

h f – высота ножки зуба.

Модуль зацепления колеса с эвольвентным профилем зуба может быть определен на основании следующего свойства эвольвентного зацепления: «Нормаль, проведенная в любой точке соприкасающихся эвольвентных профилей, является касательной к основной окружности». Если измерить расстояние между зубьями по нормали, то это будет шаг зацепления по основной окружности. Для этого необходимо штангенциркулем измерить расстояния и . При этом, чтобы измерение происходило по нормали, число зубьев для должно соответствовать значению табл. 1, в зависимости от общего числа зубьев .

Таблица 1

z	12-18	19-27	28-36	37-45	46-54	55-63	64-72
n

При измерении штангенциркулем охватывается на один зуб больше:

Шаг зацепления по основной окружности:

Модуль зацепления определяется по формуле:

где – угол зацепления, равный 20 ° .

Полученное значение модуля необходимо уточнить, округляя до ближайшего стандартного значения (табл. 2).

Таблица 2

Стандарт нормальных модулей по ГОСТ 1597

где – диаметр окружности выступов, который измеряется штангенциркулем непосредственно при четном числе z z .

При несовпадении значений модуля, полученных по формулам, необходимо повторить замеры.

Для колес, нарезанных с нулевым сдвигом, основные параметры определяются по следующим формулам:

диаметр делительной окружности:

диаметр основной окружности:

диаметр окружности выступов (головок):

диаметр окружности впадин (ножек):

высота головки зуба:

высота ножки зуба:

шаг зацепления:

толщина зуба по дуге делительной окружности:

толщина зуба по хорде делительной окружности:

Величину можно непосредственно измерить штангенциркулем (рис. 2). Для этого предварительно вычисляют величину:

Практическая часть

1) Число зубьев –Z = 23;

2) l 1 =28 мм, l 2 =46 мм.

Шаг зацепления по основной окружности: Р t b =l 2 -l 1 =46-28=18 мм

3) Модуль зацепления:

m t = Р t b /(π·cosα) = 18/(3,14·cos20) = 6 мм

По таблице 2 определяем интервал, т.к величина модуля 6,1, то интервал 0,5

4) d a = 150 мм - диаметр окружности выступов, который измеряется штангенциркулем непосредственно при четном числе z или косвенно при нечетном числеz .

Правильность определения модуля проверяется формулой:

m t = d a /(Z+2) = 150/(23+2)=6

5) Для колес, нарезанных с нулевым сдвигом, основные параметры определяются по следующим формулам:

· диаметр делительной окружности:

d=m t ·Z = 6·23=138 мм;

· диаметр основной окружности:

d b = d·cosα = 138·cos20 = 129,7мм;

· диаметр окружности выступов (головок):

d a = m t ·(Z+2) = 6·(23+2) = 150 мм;

· диаметр окружности впадин (ножек):

d f = m t ·(Z-2,5) = 6·(23-2,5) = 123 мм;

· высота головки зуба:

h a = (d a - d)/2=(150 - 138)/2 = 6 мм;

· высота ножки зуба:

h f = (d - d f)/2 = (138-123)/2 = 7,5 мм;

· шаг зацепления:

P t = π·m t = 3,14·6 = 18,8 мм;

· толщина зуба по дуге делительной окружности:

S t = P t /2 = (π·m t)/2 = 9,4 мм;

· толщина зуба по хорде делительной окружности:

S tx = d·sin[(S t ·57,3)/d] = 138·sin[(9,4·57,3)/138] = 9,4мм.

6) Замерить d a и, d f: d a = 150 мм, d f = 123 мм. Замеренноеd a и d f совпадают с расчетными значениями.

Вывод к работе:определили основные параметры зубчатых колес: число зубьев, модуль зацепления, диаметр делительной окружности, шаг зацепления.

Лабораторная работа №2

Кинематический анализ зубчатых механизмов

Цель работы: освоить проведение кинематического исследования зубчатых механизмованалитическим и опытным методами.

Задачи работы:

1. Составить по модели кинематическую схему зубчатого механизма.

2. Вычислить число степеней свободы зубчатого механизма по П. Л. Чебышёву.

3. Вычислить передаточное отношение зубчатого механизма аналитическим и экспериментальным методом.

4. Определить погрешность экспериментального метода в сравнении с аналитическим.

Обеспечивающие средства: модели зубчатых механизмов, чертежные инструменты,калькулятор.

Теоретическая часть

Передаточное отношение является основным кинематическим параметром зубчатых механизмов. Согласно ГОСТ 16530-83 передаточным отношением называется отношение угловых скоростей звеньев (или частоты вращения), т.е. где ω1 - угловая скорость ведущего звена,

ω2 - угловая скорость ведомого звена механизма.

Зубчатая передача - трехзвенный механизм, в котором два подвижных звена являются зубчатыми колесами, образующими со стойкой вращательные пары.

Зубчатое зацепление - кинематическая пара, образованная зубчатыми колесами передачи.

Блок зубчатых колес - звено, образованное несколькими, жестко связанными между собой зубчатыми колесами с общей осью вращения. Сложные зубчатые механизмы делятся на ряды и планетарные механизмы.

Ряд зубчатых колес - механизм, все зубчатые колеса которого вращаются вокруг неподвижных осей.

Планетарный зубчатый механизм- механизм, в состав которого входят зубчатые колеса с подвижными осями вращения.

Степень подвижности зубчатых механизмов можно определить по формуле Чебышева:

W=3n-2р 5 -р 4 ,

где n-число подвижных звеньев

р 4 , р 5 -кинематические пары с одной и с двумя наложенными связями.

Практическая часть

Порядок выполнения работы:

1. Составить кинематическую схему механизма.

3. Определить тип зубчатого механизма.

5. Проверить передаточное отношение механизма путем измерения углов поворота ведущего и ведомого звеньев.

1. Механизм с неподвижными осями с эвольвентным зацеплением конической и цилиндрической формы.

W = 3n – 2p 5 – p 4 = 3·3 - 2·3 -2 = 1 – степень подвижности

Передаточное отношение каждой пары:

i 12 = Z 2 /Z 1 = 25/25 = 1

i 34 = Z 4 /Z 3 = 100/75=1,3

i 14 = i 12 ·i 34 = 1·1,3 = 1,3

i 14 = φ 1 / φ 2 = 1,3

2. Механизм с подвижными осями с эвольвентным зацеплением цилиндрической формы.

W = 3·3 - 2·3 – 2 = 1 – степень подвижности

Передаточное отношение:

Вывод к работе: передаточное отношение, вычисленное расчетным путем равно передаточному отношению, измеренному экспериментальным путем.

Лабораторная работа №3

Построение эвольвентных профилей зубьев методом обката

Цель работы: корригирование модели зубчатого колеса на модели станочного зацепления

Задачи работы:

1. Построение профиля зубьев на модели станочного зацепления с подрезанием.

2. Вычисление коэффициента смещения, необходимого для устранения подрезания, для

данной модели.

3. Построение профиля зубьев на модели станочного зацепления с нулевым, положительным и отрицательным сдвигом и сдвигом, устраняющем подрезание.

Обеспечивающие средства: модель станочного зацепления, чертежные инструменты,калькулятор.

Теоретическая часть

Нарезание эвольвентных профилей методом обката или огибания является наиболее распространенным способом производства зубчатых колес. Режущим инструментом в этом случае может быть зубчатая рейка, червячная фреза или долбяк в форме шестерни. При обкатке режущий инструмент и заготовка движутся относительно друг друга так же, как при зацеплении зубчатой рейки с колесом. Для нарезания эвольвентных колес с крупным модулем более приспособлены зубострогальные станки с инструментом в виде рейки. Положительными свойствами инструментальной рейки является простота режущей кромки (прямая линия) и возможность одним инструментом нарезать профили с разными параметрами.

Модульная прямая рейки – средняя прямая, на которой толщина зуба равна ширине впадины.

Делительная прямая рейки – прямая, касающаяся делительной окружности колеса.

Делительная окружность колеса – окружность, на которой шаг зацепления равен шагу рейки.

Если делительная окружность колеса касается модульной прямой рейки, то профиль зуба будет нулевым (нормальным), не корригированным.

Корригированными или исправленными называются зубчатые колеса, нарезанные смешанной рейкой с целью уменьшения габаритов и улучшения качества зацепления: устранения подреза ножки зуба, увеличения коэффициента перекрытия, уменьшения износа, повышения прочности зуба.

Расстояниех между модульной и делительной прямыми называется сдвигом рейки, положительным (+ х ) в направлении от центра колеса и отрицательным (- х ) в направлении к центру.

Коэффициентом сдвига называется отношение: ξ 0 =x/m

Величина коэффициента сдвига, необходимая для устранения подреза ножки зуба, определяется формулой:

где коэффициент высоты головки зуба:

z – число зубьев колеса;

α – угол профиля рейки.

Приf = 1иα = 20 o формула приобретает вид:

Практическая часть

Модуль m t = 14 мм.

Диаметр делительной окружности d = 126 мм.

Угол профиля рейки α p = 20 o .

Величины параметров колес (Х=0)

1. Число зубьев:

Z=d/m t = 126/14=9.

2. Сдвиг рейки, устраняющий подрезание ножки зуба (Х 0)

Х 0 = m t ·(17-Z)/17 = 14·(17-9)/17=6.6 мм

3. Диаметр основной окружности:

d b = d·cosα p = 126·cos20 o = 118,4 мм.

4. Диаметр окружности головок:

d a = m t ·(Z+2) = 14·(9+2) = 154 мм.

5. Шаг зацепления:

P t = π·m t = 3,14·14 = 44 мм.

6. Толщина зуба по дуге делительной окружности:

S t = (π·m t)/2 = (3,14·14)/2 = 22 мм

7. Толщина зуба по хорде делительной окружности:

S tx = d·sin(S t ·57,3/d) = 126·sin(22·57,3/126) = 21,9мм

Величины параметров исправленных колес.

Вывод к работе:определено смещение, необходимое для устранения подрезания зубьев и равное 6,6 мм.

Лабораторная работа №4

Составление Кинематической схемы.

Структурный анализ и классификация механизма.

Цель работы: овладение методикой составления кинематических схем и проведенияструктурного анализа механизмов.

Задачи работы:

1. Составление кинематической схемы механизма.

2. Проведение структурного анализа механизма.

Обеспечивающие средства: модели механизмов, чертежные и измерительные инструменты.

Теоретическая часть.

Общие положения.

Механизм состоит из отдельных звеньев, относительное движение которых ограничено.Подвижное соединение двух звеньев, взаимно ограничивающее их относительное движение,называется кинематической парой . Точки, линия или поверхность, по которым звенья входят вовзаимное соприкосновение, называются элементами кинематической пары . Если элементомпары является точка или линия, то она относится к высшей паре, а если поверхность – к низшей.

В зависимости от числа условий связи, т. е. от количества ограничений, накладываемыхна относительное движение звеньев, кинематические пары подразделяются на пять классов. Кпервому классу относятсякинематические пары, накладывающие одно условие связи, ко второму – два и т. д. Твердое тело в пространстве обладает шестью степенями свободы. Следовательно, число условий связи, накладываемых кинематической парой, будет равняться разностимежду числом 6 и числом степеней свободы, которым обладает каждое звено в относительномдвижении:

S = 6 -W .

Кинематической цепью называется система звеньев, связанных между собой кинематическими парами. Простой кинематической цепью называется цепь, в которой каждое звеновходит не более чем в две кинематические пары. Сложной кинематической цепью называетсяцепь, в которой имеется хотя бы одно звено, входящее более чем в две кинематические пары.Простые и сложные кинематические цепи в свою очередь делятся на замкнутые и незамкнутые.

Механизмом называется кинематическая цепь, в которой одно звено обращено в стойку(неподвижное), а движение ведомых звеньев вполне определяется заданным движением ведущих. Ведущим называется звено, для которого сумма элементарных работ всех внешних сил,приложенных к нему, является положительной,а ведомым – отрицательной или равной нулю.Число степеней свободы кинематической цепи определяется относительно звена, принятого за неподвижное. Для общего случая формула подвижности, или структурная формула кинематической цепи, имеет вид.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализ зубчатых механизмов. Открытая эвольвентная зубчатая передача. Расчет параметров открытой эвольвентной передачи

Исходные данные

Коэффициент радиального зазора, = 0,25.

Коэффициент высоты головки зуба, = 1.

Модуль зубчатой передачи, m = 10.

Число зубьев, .

Принимаем коэффициенты смещения: .

Угол профиля зубьев, б = 20 °.

Определяем угол зацепления:

по таблице определяем:

Определяем делительное межосевое расстояние:

Определяем межосевое расстояние:

Определяем коэффициент воспринимаемого смещения:

Определяем коэффициент уравнительного смещения:

Расчет геометрических параметров шестерни 1 и колеса 2 приведен в таблице:

Таблица - Расчет геометрических параметров эвольвентной передачи

Определяемая величина.	Расчетная формула	Значения
		Шестерня_1	Колесо_2_
Высота ножки зуба
Высота головки зуба
Радиус делительной окружности
Радиус основной окружности
Радиус начальной окружности
Радиус окружности вершин зубьев
Профильный угол
Радиус окружности впадин
Толщина зуба по делительной окружности
Окружной шаг
Толщина зуба по основной окружности
Толщина зуба по окружности вершин

Определяем коэффициент перекрытия зубчатой передачи:

Построение эвольвентного зацепления

1 Наносим положение осей вращения и и проводим осевую линию.

2 Проводим дуги начальных окружностей (и и отмечаем полюс зацепления Р в точке их контакта.

3 Строим остальные окружности зубчатых колёс: вершины зубьев (радиусы и), делительные (радиусы и), основные (радиусы и), впадин зубьев (радиусы и). При этом проверяем точность графического построения по величине радиального зазора.

4 Проводим общую касательную к основным окружностям. При этом она должна обязательно пройти через полюс зацепления Р. Так как данная касательная является линией зацепления, то отмечаются на ей характерные точки: и - точки касания с основными окружностями и и - точки пересечения линии зацепления с окружностями вершин зубьев.

Отрезок линии зацепления, заключённый между точками и, является теоретической линией зацепления, а отрезок, заключённый между точками и - рабочим участком линии зацепления.

Показываем угол зацепления. Для этого проводим прямую через полюс зацепления Р перпендикулярно линии межосевого расстояния. Угол отклонения линии зацепления от данной линии и является углом зацепления.

5 Строим эвольвенты зубчатых колёс, соприкасающиеся в полюсе зацепления Р. Для построения профиля зуба первого колеса, отрезок теоретической линии зацепления P делим на три равные части. Эти отрезки (принимая их равными длинам дуг) откладываем по основной окружности вправо и влево от т. и отмечаем точки. Через эти точки проводим касательные к основной окружности и на них откладываем единичные отрезки, число которых соответствует номеру точки, из которой проведена касательная. Для более точного проведения касательных вначале проводим прямые, соединяющие эти точки с осью вращения, и восстанавливаем перпендикуляры к этим прямым. Плавная кривая, проведенная через полученные точки, является эвольвентным профилем правой части первого колеса.

6 Для построения противоположной стороны зуба необходимо провести его ось симметрии. Её положение определим путём откладывания половины толщины зуба по делительной окружности. Отложив величину /2 по делительной окружности, получаем точку. Прямая, соединяющая данную точку с осью вращения, и будет являться осью симметрии зуба. Измеряя хорды этих дуг с помощью циркуля и делая засечки на соответствующих окружностях, получаем точки, принадлежащие эвольвенте противоположной стороны зуба.

Определяем радиус галтели:

Аналогичным образом строятся эвольвенты второго колеса.

Определяем графически коэффициент перекрытия зубчатой передачи:

зубчатая передача шестерня

Погрешность в определении коэффициента перекрытия графическим способом составляет:

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Классификация зубчатых колес по форме профиля зубьев, их типу, взаимному расположению осей валов. Основные элементі зубчатого колеса. Расчет основных геометрических параметров цилиндрической зубчатой передачи. Измерение диаметра вершин зубьев колеса.

презентация , добавлен 20.05.2015

Выбор электродвигателя: порядок расчета требуемой мощности и других параметров. Обоснование выбора зубчатой передачи: выбор материалов, расчет допустимого напряжения и изгиба, размеров зубьев колеса и шестерни, проверочный расчет валов редуктора.

курсовая работа , добавлен 11.01.2013

Кинематический расчет и определение передаточных чисел привода. Механические параметры на валах привода. Определение клиноременной и цилиндрической зубчатой передачи. Расчет диаметров шкивов. Определение межосевого расстояния и угла обхвата ремня.

курсовая работа , добавлен 18.12.2011

Расчет и геометрическое проектирование параметров зубчатой передачи, определение допусков цилиндрических зубчатых колес, выбор вида сопряжения. Расчет посадок и исполнительных размеров калибров-пробок для зубчатого зацепления и для подшипников качения.

контрольная работа , добавлен 08.09.2010

Проектирование схемы, структурное и кинематическое исследование рычажного механизма, силовой расчет. Расчет геометрических параметров неравносмещенной эвольвентной зубчатой передачи внешнего зацепления из условия отсутствия подрезания. Расчет маховика.

курсовая работа , добавлен 24.03.2010

Расчет зубчатой передачи на сопротивление контактной и изгибной усталости. Уточнение коэффициента нагрузки. Определение фактической окружной скорости, диаметров отверстий в ступицах шестерни и колеса, угла наклона зуба, допускаемых напряжений изгиба.

контрольная работа , добавлен 22.04.2015

Проектирование эвольвентой зубчатой передачи. Алгоритм расчёта передачи. Проверка заданных коэффициентов смещения. Нахождение угла зацепления. Коэффициенты уравнительного смещения при реечном контуре – величина положительная. Делительные окружности.

реферат , добавлен 06.03.2009

Расчет и нормирование точности зубчатой передачи. Выбор степеней точности зубчатой передачи. Выбор вида сопряжения, зубьев колес передачи. Выбор показателей для контроля зубчатого колеса. Расчет и нормирование точностей гладко цилиндрических соединений.

контрольная работа , добавлен 28.08.2010

Определение срока службы привода. Вычисление мощности и частоты вращения двигателя. Выбор материалов зубчатых передач, проверка допускаемых напряжений. Расчет геометрических параметров закрытой цилиндрической зубчатой передачи, валов и подшипников.

курсовая работа , добавлен 18.11.2012

Виды планетарных передач и их проектирование. Передаточное отношение планетарной передачи и определение числа ее зубьев. Построение планетарного механизма. Виды зубчатых колес. Качественные показатели зацепления. Построение трех зубьев 1-го и 2-го колес.

Нормальное функционирование (работоспособность) передач, прежде всего, определяется нагрузкой на механизм, характеризуемой силовыми параметрами, которые нагружают ее при эксплуатации. Нагрузка на элементы машин и механизмов, в том числе и зубчатые передачи, как отмечалось ранее, прежде всего формируется статическим и динамическим сопротивлением движению рабочего органа при его функционировании, приведенным к анализируемым элементам. Первичный силовой анализ проводится при установившемся движении (). Задача силового анализа механических передач, в том числе зацеплением, заключается в определении действующих в контактирующих элементах сил. Исходными данными для выполнения задачи являются крутящие моменты на шестерне и колесе , либо на одном из них, вид передачи и ее геометрические параметры (диаметры делительных окружностей ; угол зацепления ; угол наклона зубьев и т.д.). Значения Т 1 и Т 2 заданы в техническом задании на проектирование передачи в целом, а геометрические параметры устанавливаются в проектных расчетах на предыдущих этапах процесса проектирования, а в проверочных – также заданы в ТЗ (рис.2.4а ).

Основные положения модели расчетной:

1. Силы взаимодействия зубьев как векторные величины характеризуются точками приложения, направлением и модулем. При выборе точки приложения этих сил руководствуются следующим. Из теории работы зубчатых механизмов известно, что при вращении колес линия контакта зубьев перемещается от головки зуба до ее ножки, образуя рабочую (активную) поверхность (рис.4.2б), и сила взаимодействия по высоте зуба в силу изменения радиуса ее приложения будет переменной. В силовых расчетах зубчатых передач обычно пренебрегают изменением плеча этой силы и считают точкой приложения полюс зацепления.

2. Построение модели силового анализа любого технического устройства, в том числе обсуждаемого, начинают с выявления физической природы сил, возникающих в нем при эксплуатации.

2.1. Передача движения с ведущего элемента на ведомый в передачах зацеплением осуществляется давлением зубьев шестерни и колеса , по соответствующим линиям контакта. В силовых моделях полагают удельное нормальное давление равномерно распределенным по длине линии контакта (ширине зуба – b) передач зацеплением и поэтому его заменяют равнодействующей , приложенной в среднем по ширине зуба сечении (рис.2.4б ). Для контактирующих неподвижных тел, как известно, эта сила направлена по нормали к поверхностям контакта.

2.2. В связи с наличием относительного движения (перекатывания) зубьев, в зацеплении будет иметь место сила трения, величина которой (рис.2.4б). При коэффициенте трения качения данной силой по ее малости пренебрегают. В этом случае суммарную силу взаимодействия зубьев, как и силу давления, можно направить по нормали и принять равной .

2.3. В силу неизбежных при изготовлении зубчатых колес ошибок в шаге при постоянной мгновенной угловой скорости ведущего зубчатого колеса , скорость , даже при установившемся движении, что приводит к возникновению в зацеплении динамического момента и соответствующей силы (рис.2.4в ):

где - приведенный момент инерции. В общепринятой методике первичного силового анализа динамическую силу опускают, а учитывают ее непосредственно в прочностных расчетах зубчатых передач (см. ниже).

Расчетная схема для определения модуля силы взаимодействия и ее составляющих строится на основе предыдущих положений модели силового анализа (рис. 2.4). При этом силу взаимодействия для удобства дальнейших расчетов принято раскладывать на составляющие: тангенциальную – , радиальную – и осевую – . Определение составляющих силы взаимодействия при заданных крутящих моментах естественно начать с тангенциальных составляющих (рис 2.5а ).

Из условий равновесия шестерни и колеса (рис 2.5а ) можно записать:

Отсюда, как для прямозубой, так и косозубой передач, при пренебрежении потерями в зацеплении:

В соответствии с условиями равновесия окружные составляющие направляют так, чтобы они уравновешивали моменты (движущий на шестерне и момент сопротивления на колесе).

Для радиальных составляющих в цилиндрических передачах, как и для тангенциальных, очевидно соотношение . Величина этой составляющей в прямозубой передаче (рис 2.5a ):

В косозубой передаче радиальную составляющую в соответствии с (рис 2.5в ) можно записать в следующем виде.

Расчёты в данном разделе будем выполнять в соответствии с методикой, изложенной в , на основании следующих исходных данных:

Z 2 =57 - число зубьев второго колеса

Z 3 =58 - число зубьев третьего зубчатого колеса

Z 4 =20 - число зубьев четвёртого зубчатого колеса

Z 5 =95 - число зубьев пятого зубчатого колеса

Z 6 =22 - число зубьев шестого зубчатого колеса

щ 1 =2с -1 - угловая скорость первого зубчатого колеса

Рассмотрим устройство данного зубчатого механизма.

Определим количество ступеней в механизме и дадим их характеристику. Пятое и шестое колесо образуют простейший ряд ступень - плоский зубчатый механизм с внутренним зацеплением. Вторая ступень, состоящая из 1,2,3,4 зубчатого колеса и рычага H - водила, является планетарным рядом с двухрядным сателлитом с двумя внешними зацеплениями.

Цель кинематического анализа.

Целью кинематического анализа является определение передаточных отношений каждой ступени и всего механизма в целом, а так же угловых скоростей отдельных указанных звеньев.

Определим число зубьев Z 1 .

Определим недостающее число зубьев планетарного механизма Z 1 . Для этого используем условие соосности центральных звеньев. Укажем межосевое расстояние между центральной осью и осью вращения сателлитов.

a=R 1 +R 2 - условие соосности центрального звена.

Z 1 =Z 3 +Z 4 -Z 2

Z 1 =58+20-57=21

Изобразим схему зубчатого механизма в масштабе.

µ z =95/95=1 1/мм

Определим размеры отрезком с помощью которых зубчатые колёса будут изображаться на колесе.

L Z5 =Z k /µ z =95/1=95мм

Кинематический анализ зубчатого механизма графическим способом.

Для выполнения анализа по данному способу необходимо выполнить кинематическую схему механизма. Кинематический анализ начинаем со входного звена.

V A =щ 1 *R A =21м/с

V В =щ 1 *R В =58м/с

Выберем масштаб построения плана линейных скоростей зубчатого механизма.

µ V =V A /(AO)=21/21=1(м/с)/мм

Для входного звена строим план линейных скоростей. Для построения плана достаточно знать скорости двух точек, так как зависимость линейная. Проецируем на полюсную линию точки, скорости которых известны. От проекции точек откладываем перпендикулярно полюсные линии в масштабе векторы линейных скоростей указанных точек. Переходим к входному звену, следующим за входным. На втором звене находим две точки, скорости которых известны. Проецируем эти точки на полюсную линию. Для найденных точек откладываем известные векторы линейных скоростей. По двум известным точкам строим план линейных скоростей. На основании построенного плана линейных скоростей изобразим диаграмму угловых скоростей звеньев. Через точку Р проводим прямые линии параллельные законам распределения линейных скоростей на плане линейных скоростей. Отрезки на лучевой диаграмме с началом в точке О и с концом в точке соответствующего номера изображают угловые скорости звеньев, так как угловая скорость входного звена известна, то можно определить масштабный коэффициент построения диаграммы.

µ щ =щ 1 /О 1 =2/1=2

Зная угловые скорости звеньев, определим передаточные отношения каждой ступени механизма и всего механизма в целом.

Кинематический анализ зубчатого механизма аналитическим способом.

Так как механизм состоит из двух ступеней, то его общее передаточное отношение можно определить как произведение передаточных отношений всех его ступеней. Вначале определим передаточное отношение простейшей зубчатой ступени.

i 56 =Z 6 /Z 5 =22/95=0,23

Рассмотрим планетарный ряд. Сложность кинематического анализа планетарного механизма состоит в том, что сателлиты совершают сложные движения и поэтому имеют угловую скорость переносного движения и относительную угловую относительно водила. Для возможности решения задачи используют принцип остановки водило. На принципе остановки водило основан метод Виллиса, суть которого заключается в следующем. Планетарный механизм мысленно заменяется обращенным механизмом.

Обобщенный механизм строится следующим образом:

1) водило считается неподвижным,

2) так как водило неподвижно, то из угловых скоростей всех звеньев вычитается угловая скорость водило,

3) для каждого зацепления можно записать формулу передаточного отношения через число зубьев,

4) с помощью математических преобразований от обращенного механизма можно перейти к планетарному механизму - исходному, и определить передаточные отношения уже для планетарного механизма.

Составим таблицу. Таблица будет содержать три колонки: 1) номер деталей, из которых состоит планетарный механизм, 2) угловые скорости звеньев в обычном движении, 3) угловые скорости звена при остановленном водило.

i 12 =(щ 2 -щ H)/(щ 1 -щ H)=-2,7

i 34 =(щ 2 -щ H)/(-щ H)=-0,34

щ 2 =щ 3 =3,06

щ 1 H =2-2,28=-0,28

щ 2 H =3,06-2,28=0,78

щ 3 H =3,06-2,28=0,78

щ 4 H =0-2,28=-2,28

Определим общее передаточное отношение всего механизма

Краткое содержание: Сложные зубчатые механизмы. Многоступенчатые и планетарные механизмы. Кинематика рядного и ступенчатого зубчатого механизма. Формула Виллиса для дифференциальных механизмов. Кинематическое исследование типовых планетарных механизмов графическим и аналитическим методами. Постановка задачи синтеза планетарных механизмов. Условия подбора чисел зубьев. Условия соосности, соседства и сборки. Примеры решения задач по подбору чисел зубьев.

При проектировании зубчатых механизмов многих машин и приборов возникает необходимость обеспечить передачу вращения с большим передаточным отношением или при значительных межосевых расстояниях. В таких случаях применяют многозвенные зубчатые механизмы – либо редукторы, снижающие скорость вращения выходного вала по сравнению со скоростью входного звена, либо мультипликаторы, повышающие ее.

Многозвенные зубчатые механизмы подразделяются на два вида: 1) механизмы с неподвижными осями всех колес (рядовые и ступенчатые зубчатые механизмы); 2) механизмы, в которых оси отдельных колес перемещаются относительно стойки (планетарные и дифференциальные механизмы).

Механизмы с неподвижными осями зубчатых колес имеют число степеней свобод, равное единице, благодаря чему передаточное отношение постоянно.

Общее передаточное отношение многозвенного зубчатого механизма равно произведению передаточных отношений отдельных ступеней:

Рядовые зубчатые механизмы представляют собой последовательное соединение нескольких пар зубчатых колес (рис. 14).

Общее передаточное отношение рядового зубчатого механизма постоянно и равно обратному отношению чисел зубьев или радиусов крайних колес:

Ступенчатые зубчатые механизмы (рис. 15) представляют собой последовательное соединение блочных (спаренные колеса 1 и 2; 2 ” и 3) или одиночных зубчатых колес. В общем случае при j колесах и t внешних зацеплениях полное передаточное отношение ступенчатой передачи

т.е. равно отношению произведения чисел зубьев ведомых колес к произведению ведущих колес.

Зубчатые механизмы с подвижными осями имеют колеса с движущимися геометрическими осями, которые называются саттелитами. На рис. 16 показана схема планетарного механизма: подвижное звено – h , в котором помещены оси саттелитов, называется водилом; вращающееся неподвижной оси колесо – 1 , по которому обкатываются саттелиты, называется центральным; неподвижное центральное колесо – 3 называется опорным . Как правило, планетарные механизмы изготовляются соосными, это означает, что оси колес 1, 3 и водила h находятся на одной прямой.

Обычно у реального механизма имеется несколько симметрично расположенных саттелитов. Их вводят для того, чтобы снизить усилия в зацеплении, разгрузить подшипники центральных колес, улучшить уравновешивание водила. Но при кинематических расчетах учитывается только один саттелит, так как остальные являются пассивными в кинематическом отношении.

Аналитический метод исследования планетарных механизмов основан на способе обращения движения. Всем звеньям механизма сообщается угловая скорость, равная по величине и противоположная по направлению угловой скорости водила . Тогда водило становится неподвижным, и механизм из планетарного обращается в зубчатый механизм, состоящий из нескольких последовательно соединенных пар зубчатых колес (1,2 и 2`3 ). Передаточные отношения планетарного механизма и обращенного механизма связаны условием:

Эта формула справедлива для любой схемы планетарного редуктора при наличии неподвижного центрального колеса. Значит, передаточное отношение от любого саттелита k к водилу при неподвижном опорном колесе j равно единице минус передаточное отношение от этого же колеса к опорному в обращенном механизме:

Если в планетарном механизме (рис. 16) освободить от закрепления опорное колесо 3 и сообщить ему вращательное движение, то механизм превратится в дифференциал со степенью свободы W = 2 (рис. 17).

Для кинематического исследования дифференциальных механизмов используются формула Виллиса, полученная так же на основе метода обращения движения:

Где - передаточное отношение в обращенном движении ().

Графическое определение передаточного отношения многозвенных механизмов зубчатых можно осуществить методом планов скоростей (треугольников скоростей). Треугольники скоростей можно построить, если известны линейные скорости не менее двух точек звена (по величине и направлению). Используя этот метод и построив треугольники скоростей (рис.18), можно получить наглядное представление о характере изменения скоростей от одного вала к другому, и можно определить графически угловую скорость любого звена (колеса).

Исходные данные: m – модуль зацепления, z i - числа зубьев колес, .

Определить передаточное отношение механизма .

Решение. Построим кинематическую схему механизма в масштабе , определив радиусы делительных окружностей зубчатых колес

Найдем линейную скорость т. А в зацеплении звеньев 1 и 2

В системе координат r0V построим треугольники распределения линейных скоростей звеньев. Для этого из точки а с ординатой r 1 в выбранном произвольном масштабе отложим отрезок aa” . Через конец этого отрезка и начало координат проведем прямую, которая определит распределение скоростей для точек звена 1 , лежащих на оси r 1 . Эта прямая образует с осью r 1 угол . Так как в точке C скорости звеньев 2 и 3 равны между собой и равны нулю, то, соединяя точку C прямой с точкой a” , получим линию распределения скоростей для звена 2 . Так как точка B принадлежит звеньям 2 и h , то ее скорость определяется по лучу сa” для радиуса равного r B = (r 1 +r 2 ), что в масштабе соответствует отрезку bb” . Соединяя точку b” с началом координат прямой, найдем линию распределения скоростей для водила. Эта линия образует с осью r угол . Передаточное отношение планетарного механизма, определенное по данным графическим построениям, можно записать так

Постановка задачи синтеза планетарных механизмов.

При проектировании планетарных механизмов необходимо, кроме требований технического задания (заданного передаточного отношения), выполнять ряд условий связанных с особенностями планетарных и многопоточных механизмов. Задача проектирования и в этом случае может быть разделена на структурный и метрический синтез механизма. При структурном синтезе определяется структурная схема механизма, при метрическом - определяются числа зубьев колес, так как радиусы зубчатых прямо пропорциональны числам зубьев

r i = m × z i / 2 .

Для типовых механизмов первая задача сводится к выбору схемы из набора типовых схем. При этом руководствуются рекомендуемым для схемы диапазоном передаточных отношений и примерными оценками ее КПД. После выбора схемы механизма необходимо определить сочетание чисел зубьев его колес, которые обеспечат выполнение условий технического задания - для редуктора это передаточное отношение и величина момента сопротивления на выходном валу. Передаточное отношение задает условия выбора относительных размеров зубчатых колес - чисел зубьев колес, крутящий момент задает условия выбора абсолютных размеров - модулей зубчатых зацеплений. Так как для определения модуля необходимо выбрать материал зубчатой пары и вид его термообработки, то на первых этапах проектирования принимают модуль зубчатых колес равным единице, то есть решают задачу кинематического синтеза механизма в относительных величинах.

При кинематическом синтезе (подборе чисел зубьев колес) задача формулируется так: для выбранной схемы планетарного механизма при числе сателлитов и заданном передаточном отношении необходимо подобрать числа зубьев колес, которые обеспечат выполнение ряда условий.