Реферат Курсовая Конспект
Механические приводы - раздел Механика, Федеральное Агенство По Образованию Государственное Образовательное ...
|
Федеральное агенство по образованию
государственное образовательное учреждение
среднего профессионального образования
«Павловский автомеханический техникум им. И.И. Лепсе»
Механические приводы
технологического оборудования
и методика их изучения
по кинематическим схемам
Опорный конспект,
учебное пособие для студентов
2011г.
Рецензент – Меженин Н.А.,
к.т.н., доцент Павловского филиала НГТУ
Таранник Е.М.
Механические приводы технологического оборудования
и методика их изучения по кинематическим схемам;
Опорный конспект, учебное пособие для студентов.
Приведены сведения о структуре, деталях, типовых передачах и основных типах механических приводов мрс, а также о методике изучения этих приводов по кинематическим схемам с примерами.
Оформление и дизайн – Погодин А.А.
Одобрено цикловой комиссией спец. дисциплин ПАМТа в 2011г.
Основные понятия и определения.
Структурная схема металлорежущего станка.
Производственный процесс – деятельность людей и машин с целью превращения предметов труда в продукты труда.
Технологический процесс – часть производственного процесса, связанная с изменением размеров, форм, свойств и качеств предмета труда.
Технологическое оборудование (ТО) – это машины, используемые при реализации технологического процесса. Это машины разного назначения, в том числе транспортные, контрольные, учетные и др. Главную часть ТО составляют рабочие машины, предназначенные для осуществления процесса формообразования.
Процесс формообразования – часть технологического процесса, связанная с изменением размеров и форм предметов труда. Основными видами процессов формообразования в машиностроении являются литье, пластическое деформирование и резание.
Формообразование резанием (ФОР) – это процесс контактного взаимодействия заготовки (З) с режущим инструментом (РИ), в ходе которого припуск (излишек материала З) превращается в стружку (отход), а заготовка – в изделие, деталь (Д). Т.о. З и РИ – основные элементы производственного процесса ФОР (рис. 1). Процесс ФОР может быть осуществлен вручную (слесарем) или на специальной машине – металлорежущем станке.
Металлорежущий станок (МРС) – машина для ФОР – один из главных видов рабочих машин. Структурная схема МРС включает в себя следующие основные составляющие (рис. 1): Рис. 1 – Структурная схема МРС. Несущая система (НС) - это неподвижная основа, станина МРС. Станины могут быть: цельные (литые, сварные) и сборные из корпусных частей. Ответственные поверхности – базовые площадки, отверстия под подшипники валов и направляющие. Рабочие органы (РО) - это узлы МРС, предназначенные для закрепления и взаимных перемещений элементов производственного процесса. Основные типы РО: – по назначению: рабочие органы заготовки(РОЗ ) и инструментальные рабочие органы (РОи ) – по форме движения – шпиндели и салазки. Привод – это совокупность технических устройств, обеспечивающих подвижность РО, характеристиками которой являются форма, направление, скорость и характер движения РО. Обслуживающие системы станка обеспечивают: - система смазки (СС) - повышение КПД и ресурса работы привода; - система охлаждения (СО) - охлаждение РИ и З в процессе ФОР; - система управления (СУ) - управление работой привода. Основные функции СУ: 1. старт - стоповые (пуск, останов) 2. реверсивные (реверс) 3. режимные (скорость) 4. последовательность фаз, т.е. различных движений в сложных процессах (циклических и не циклических) |
Общие сведения о приводах МРС и их классификации.
Привод (Пр)– совокупность технических устройств (в т.ч. источник движения – И. дв.) для перемещения одного или нескольких РО мрс, Þ И. дв. и РО – обязательные компоненты любого Пр. |
Классический И.дв. – это двигатель, т.е. преобразователь какой-либо энергии (электро, гидро, пневмо) в механическую энергию выходного звена (вала, штока). Иногда роль И.дв. выполняет движущаяся деталь (т.е. обладающая кинетической энергией).
Общее свойство двигателя (а значит и Пр), в том , что скорость выходного звена снижается по мере возрастания нагрузки и наоборот, т.е
где: n() – скорость вращательного (поступательного) движения
M(F) – нагрузка при вращательном (поступательном) движении
Зависимость n = f (M) и = f (F), называемая механической характеристикой, для двигателей различных типов выражается разными математическими формулами, и соответственно – разными графиками. Наряду с другими, важнейшим показателем механической характеристики является коэффициент жёсткости её рабочего участка – (S), расположенного в диапазоне нагрузок от Мо до Мн , где:
Мо– нагрузка при идеальном холостом ходе ( Мо = 0 )
Мн – номинальная нагрузка
Мн = const = Mmax = f (пл),
где: пл – запланированный ресурс безаварийной работы (гарантийный срок службы)
При этом: S =
где: no– скорость при идеальном холостом ходе (когда М = Мо = 0 )
nн – скорость при номинальной нагрузке (когда М = Мн )
Т.к no nн , то S 0 и различно для различных типов реальных двигателей.
В геометрическом смысле S является угловым коэффициентом для рабочего участка механической характеристики (см.. рис. 2).
Рис.2 – Механические характеристики:
0 – идеального, а прочие – реальных электромоторов:
1 – постоянного тока с параллельным возбуждением, естественная
1’- для того же эл.мотора, пусковые (искусственные)
2 – переменного тока асинхронного, естественная
Требования к Пр. – это множество различных требований к перемещениям РО различных машин, обусловленное их назначением и спецификой рабочих условий, важнейшими из которых являются следующие три:
1. Выбор типа двигателя из множества существующих осуществляется на основе требований к жёсткости рабочего участка механической характеристики S двигателя – обязательной составной части любого Пр.
Например, для Пр. мрс это требование формулируется так:
« неизменность скорости при изменении нагрузки в широком диапазоне» и выражается условием:
no = nн = const ≠f (M) => S = 0 , - невыполнимым
для реальных двигателей , для любых из которых
Для решения этой, казалось бы, неразрешимой проблемы, установлено предельно допустимое отклонение от идеала до 10%, что позволило использовать в качестве И. дв. для Пр. мрс те из множества типов реальных двигателей, для которых
S = 0,1
(например, асинхронные трёхфазные, шунтовые электродвигатели постоянного тока и др.)
2. Определённость формы движения РО.
Форма движения РО МРС может быть вращательная (РО – шпиндель) или прямолинейная (РО – ползун, салазки, стол и т.д).
3. Возможность управления работой Пр. с необходимым быстродействием и точностью.
Управление работой Пр. включает в себя ряд процессов, таких как пуск (разгон), изменение направления движения на противоположное (реверс), изменение режима (т.е. скорости) движения, останов (торможение) и др. Каждый из этих процессов характеризуется определённым быстродействием и точностью.
Быстродействие – это отрезок времени от момента подачи управляющего сигнала до момента полной реализации команды, измеряется в секундах.
Точность– это разница между ожидаемым и фактическими положениями РО на финише отдельного регулировочного процесса, измеряется в мм ( например, команды «стоп»).
К каждому Пр. мрс предъявляются определённые требования к возможности осуществления различных управляющих процессов с определёнными параметрами быстродействия и точности.
Если выбранный тип двигателя (с S ≤ 0,1) по своим свойствам не может обеспечить выполнение этих требований, то в состав Пр. дополнительно вводится различные технические устройства (передачи, режимные регуляторы, реверсы, прерыватели, тормозы и др.).
Классификация Пр по разным признакам:
По структурному составу:
· Элементарные Пр – состоят из И. дв и РО. Например: мотор – шпиндель
· Простые Пр – в отличии от элементарных, дополнительно имеет механическую передачу
(например, зубчатую), являющуюся посредником между И. дв и РО.
· Сложные Пр - в отличии от простых, имеют в качестве посредников не одну, а множество различных передач.
При этом приводы различают по степени сложности (малая, средняя, высокая, очень высокая).
По назначению в процессе ФОР:
А) Режимные приводы:
· Приводы главного движения, быстроходные, для реализации заданного режима (м/мин) – скорость резания.
· Приводы подач, тихоходные, для реализации другого заданного режима S (мм/цикл) – подача
Б) Приводы взаимосвязанных движений ФО (винтовых траекторий, имитация обката и др.)
В) Приводы вспомогательных движений (ускоренный ход), для реализации холостых ходов
По числу приводимых в действие РО: автономные (единичные) и групповые (коллективные)
По виду энергии, потребляемой двигателем: - электро, - гидро, - пневмо и комбинированные.
По характеру перемещения РО: непрерывные и дискретные
По виду регулирования скорости РО: со ступенчатым регулированием и с плавным регулированием
По уровню скорости РО: тихоходные и быстроходные
Детали на валах и осях (Рис. 8, 9, 10).
а) б) в) г) д)
Рис. 8 – Основные типы деталей:
а) гильза (ℓ/d > 5); б) втулка (ℓ /d ≤ 5); в) диск (ℓ/d ≤ 1); г) блок; д) «конус» колес.
а) б) в) г) д) е)
Рис. 9– Круглые колеса (r = const (= 0,5d); ℓ = const), основные типы:
а) маховик; б) шкив; в) звездочка; г) шестерни; д) шестерня-муфта; е) полумуфта.
а) б)
Рис. 10 – Некруглые колеса (кулачки):
а) дисковые (r ≠ const); б) цилиндрические (1 и 2 профильные ℓ ≠ const).
Рис. 11 – Типы закреплений деталей на валах:
а) подвижное винтовое закрепление (ходовой резьбой)
б) закрепление свободного вращения на валу (или деталь на оси)
в) глухое закрепление детали на валу (шпонкой или штифтом)
г) продольно – подвижное вдоль вала закрепление на скользящей шпонке
д) продольно – подвижное вдоль вала закрепление на шлицах
е) поочередно – выборочное закрепление с валом вытяжной шпонкой (по ГОСТ)
ж) поочередно – выборочное закрепление с валом вытяжной шпонкой (пример конструкции)
Жесткие стержни и рычаги.
Они выполняют роль посредников, передающих движение от ведущей детали к ведомой, через шарнирные и другие виды закреплений. Чаще – это стержни с отверстиями на концах. Их делят на типы по геометрической форме траектории движения центров отверстий, и другим признакам (Рис. 12).
Рис. 12 – Основные типы жестких стержней:
а – шток б – тяга в – шатун г – качалка
д – кривошипный рычаг (или диск) с кр. пальцем
е, ж – кулисный рычаг с кулисным камнем
Типовые передачи
Общие сведения о передачах
Передача – техническое устройство из двух твердых тел – деталей (ведущей начальной – Н, и ведомой конечной – К), в котором К получает движение от Н в зоне их непосредственного контакта, или (при значительных расстояниях между Н и К) через гибкую связь (ремень или цепь). При этом оба компонента передачи (Н и К) являются крайними, между которыми нет никаких жестких «посредников». |
Механизм – техническое устройство, где в передаче движения от Н к К принимают участие промежуточные детали (жесткие посредники), количество которых определяет степень сложности этого механизма (она может быть малой, средней, высокой).
Характер контактного взаимодействия компонентов передачи зависит от конструктивных особенностей контактирующих поверхностей и может быть двух видов: трение и зацепление.
1. Трениегладких поверхностей Н и К, сопровождается неизбежным проскальзыванием – пробуксовкой. Если и - линейные скорости деталей Н и К в зоне их контакта, то из за пробуксовки Þ Þ ( - ) = - абсолютная пробуксовка.
Отношение ; где С – коэффициент жесткости передачи.
Для передач трения:
= = = =
Выражение = – относительная пробуксовка, для передач трения – величина непостоянная, т.к. зависит от множества факторов, (Þ частонепредсказуема! ). С учетом этого обстоятельства, с целью упрощения решения учебных задач будем считать пробуксовку постоянной
Þ
Þи тогда коэффициент жесткости для любых передач трения будет постоянным
2. Зацепление негладких поверхностей Н и К (т.е. прочных выступов за прочные впадины) исключает возможность пробуксовки.
Для передач зацепления:
ÞÞ
По числу компонентов – валов передачи делят на одно- , двух- и трехваловые. Компонентами передач являются:
§ у одноваловых - вал (Вн) и салазки (Ск)
§ у двухваловых – два вала (Вн и Вк)
§ у трехваловых – три соосных вала (Во, В1, В4)
Для DT' = 1' (мин): поведение салазок - u (мм / мин) - скорость (средняя)
поведение вала - n (об / мин) - частота вращения
Стабильные передачи те, для которых отношение скоростей Н и К деталей сохраняется неизменным.
Для одноваловых стабильных передач, где ведомые салазки (Ск) двигаются от ведущего вала (Вн), это отношение – линейная характеристика
Для двухваловых стабильных передач такое отношение – передаточное отношение
Кинематический баланс – это математическое описание поведения компонентов передачи за определенный период ( DT' ) ее работы.
Формула кинематического баланса (ФКБ) – это выражение кинематического баланса в буквенной форме.
Если для DT' = 1', то для любого DT' ≠ 1'
ФКБ для одноваловых Þ
×DT'
ФКБ для двухваловых Þ
Уравнение кинематического баланса(УКБ) – это ФКБ, переписанная с использованием доступной числовой и количественной информации.
Муфты
Предохранительная | Обгонная |
МП | МО |
Конусный | Колодчатый | Ленточный |
Рис. 24 – Прочие двухваловые передачи
Ременная передача | Цепная передача |
а) клиноременная б) плоскоременая |
Рис. 25 – Зубчатые передачи
Цилиндрические | Червячные | Конические | ||
с наружными зубьями | с внутренними зубьями | винтовые | ||
Муфты – особый вид двухваловых передач для передачи вращения от вала Н к валу К при их соосном (или почти соосном) расположении.
1. Постоянные муфты (они же соединительные, неуправляемые, нерасцепляемые) (Рис. 18) используются для образования длинных составных валов из нескольких коротких. Они « включены » раз и навсегда ( Þ ин-к 1,0)
2. Управляемые (расцепляемые) муфты. У них одна из двух полумуфт на
своем валу продольно – подвижна на шпонке или шлицах; и может обеспечивать одно из двух состояний: «выключена» (ивыкл = 0) или «включена» (ивкл1,0).
2.1 Односторонние муфты (Рис. 19, 20) – двухпозиционные : «выкл» или «вкл»
2.2 Двухсторонние муфты (Рис. 21) – трехпозиционные :
«вкл влево», «выкл», «вклвправо»
Примеры решений задач
А)Для трёхваловой передачи, Рис. 26, а.
Дано: )
№1 Требуется: рассчитать значения для каждого из двух вариантов рядового двухвалового режима. (ответы – в табл. 4)
№2 Требуется: рассчитать значения для каждого из четырех вариантов планетарного двухвалового режима. (ответы – в табл. 4)
№3 Дополнительно дано:
Требуется определить: и его слагаемые
Решение:
1) Из = Þ
Þ
2) Для сумматоров вращения справедливо (см. табл.5) :
Из условий задачи Þ nк= n4 ; nн1= n0; nн2= n1 и тогда исходная формула примет вид:
Þ
Примечание. Значения и0-4и и1-4 см. табл.4
Ответы:
№4 Дополнительно дано:
Требуется определить: nк = n0 = ?
Решение:
Ответ:
Б) Для трехваловых передач, Рис. 26, б.
№5 Требуется: рассчитать значения для каждого из шести вариантов двухвалового режима. (ответы – в табл. 4)
№6 Дополнительно дано:
Требуется определить: и его слагаемые
Решение:
Из = Þ
При этом
Двухваловые преобразователи вращения.
Общие сведения о преобразователях вращения.
Преобразователи вращения - это особые двухваловые передачи, которые, наряду с передачей вращения от ВнкВк, позволяют преобразовать (т.е. изменить) как минимум один из показателей поведения вала Вк: характер, направление или скорость (частоту) вращения.
Основные типы преобразователей по назначению
Основные типы | Назначение | ФКБ |
Прерыватели | ||
Реверсы | ||
Регуляторы | nк (var)от nн (const) |
Прерыватели вращения.
Прерыватели вращения– это двухваловые передачи для преобразования непрерывного вращения Вн в прерывистое, с периодическими остановками, вращение вала Вк.
Принцип работы:за один полный оборот ведущего вала, ведомый вал, повернувшись, останавливается. При каждом последующем обороте Вн этот цикл повторяется.
При этом: ;
где: zн – число зубьев сектора или кривошипных пальцев на Вн или число «щелчков»
собачки при возврате.
zк – число рабочих впадин у ведомого колеса на валу К.
nк– частота поворотов вала К (пов/мин).
А) б)
в)
Рис. 28 – Конструктивные типы прерывателей вращения:
а) секторный (зубчатый сектор на Вн и полная шестерня на Вк); б) мальтийские (кривошип наВн и мальтийский крест на Вк); в) храповые (собачка на качалке, с приводом отВн и на храповое колесо на долю оборота Вк)
Реверсы.
Реверсы (Рис. 29) – это двухваловые устройства для управления направлениями вращения вала К при неизменном направлении вращения вала Н. Конструктивно это двух вариантные передачи из цилиндрических или конических колес с трехпозиционным переключателем «П»: вкл. (влево) => nк > 0; выкл. (сред.) => nк = 0; вкл. (вправо)=>nк < 0.
Рис. 29 – Реверсы:
а) цилиндрический; б) конический
В качестве переключателей используются (см. Рис. 30):двухсторонние муфты – М; двойные блоки колес – Б; управляемые одиночные шестерни – УШ; накидные рычаги – НР и др.
Рис. 30 – Реверсы с разными переключателями.
Режимные регуляторы вращения.
Общие сведения о регуляторах.
Режимные регуляторы – это двухваловые передачи, позволяющие, при nн = const изменять nк в определенных пределах (от nк min до nк max), т.е. регулировать ( ) nк.
Для них ФКБ имеет вид:
=> ; т.е. ;
Возможны 3 математических варианта реализации этого условия:
;
Известно, что: 1)r = const ( = d / 2) – свойство цилиндрических колес, у
которых образующая цилиндрической рабочей поверхности – прямая
параллельная оси=>α = 0о);
2) аr ≠ const (т.е. r ) – свойство конических колес (Рис. 31), у
которых образующей конусной поверхности может быть прямая
непараллельная оси (б и в), кривая (г) или ломанная линия (д).
Рис. 31 – Формы рабочих (контактных)поверхностей колес:
а) цилиндрических, б – д) конических
Из изложенного следует: в конструкции регулятора обязательно должны быть конические колеса, а регулирование ( и nк ) происходит в процессе перемещения точечной зоны контакта вдоль образующей конуса.
Регуляторы трения (фрикционные) могут обеспечивать регулирование бесступенчатое, плавное (вариаторы), или ступенчатое (ступенчато – шкивная ременная передача).
Регуляторы зацепления из цилиндрических шестерен, могут обеспечить регулирование только ступенчатое, т.к. диаметры (и радиусы) цилиндрических шестерен зависят от чисел зубьев zк, а последние могут быть только целыми числами (и не могут быть дробными).
Основные типы двухваловых регуляторов скорости:
– регулируемые (вариаторы); – переключаемые; – переналаживаемые
6.1 Вариаторы ( регулируемые режимные регуляторы).
Это двухваловые фрикционные передачи с одним или двумя конусными колесами различных типов (с неизменными или изменяемым расположением валов Н и К) и точечной (или почти) зоной контакта.
Назначение вариаторов – плавное (бесступенчатое) регулирование скорости Вк (nк ) при nн = const.
Рис. 32 – Некоторые типы вариаторов:
а) с одним коническим шкивом; б) со встречными конусными шкивами; в) торцовый вариатор обычный (и сдвоенный); г) с раздвижными конусными шкивами; д) с тороидными шкивами (Светозарова)
Основные варианты вариаторов:
c одним конусным колесом
где С = 0,985
c двумя конусными колесам
Особенности вариаторов:
· возможность регулирования nк на ходу (без остановки),
· малый диапазон регулирования Dnк ≤ 4,
· неизбежность пробуксовки ( C < 1), и ее нестабильность ( C ≠ const).
Переналаживаемые регуляторы
Это двухваловые передачи зацепления или трения с неизменным расположением валов Н и К
(т.е. межцентровое расстояние ), периодически переналаживаемые для ступенчатого изменения передаточного отношения и скорости ведомого вала .
Ременный регулятор со ступенчатыми шкивами (Рис. 34).
Его переналадка – это переустановка ремня с одной ступени на другую ( а их здесь – четыре ). При этом
Чтобы обходиться одним ремнем без специального натяжного устройства, необходимо, чтобы для всех ступеней
Рис. 34 – Ременный регулятор со
М.В. Сандаков, Таблицы для подбора шестерен, справочник
М.И. Петрик, В.А. Шишков, Таблицы для подбора зубчатых колес
Из Сандакова:
Из Петрика:
Если , то для
С использованием таблиц выполняется первый этап решения. Продолжение решения (этапы два и три) и его окончание (оформление ответа) – как в примере 1.
Многоваловые приводы, методика их изучения и режимной настройки
Многоваловые – это сложные приводы, в которых между крайними валами Вн и Вк есть еще и промежуточные валы. Чем больше промежуточных валов, тем сложнее привод. В сложном приводе можно выделить участки различного назначения – трансмиссии и режимные регуляторы.
Трансмиссии – участки привода, предназначенные для передачи вращения к Вк от Вн при значительном удалении их друг от друга.
Режимный регулятор – это часть многовалового привода, обеспечивающая возможность расширения диапазона регулирования ( ) и количества скоростей при ступенчатом регулировании.
Пример 3. Изучить привод подач (ПрS) станка 16К20.
0) Для любого Пр любого станка справедлива ФКБу:
1) Для вывода ФКБк из ФКБу нужно уяснить:
н –? к –? υк–? ∆ℓк –? ∆Тˈ – ?
Из назначения ПрS– перемещение РОи с заданным режимом ,имеем:
н – РОЗ (Вн – Шп); к – РОИ(С = 3СК = 4ВК);uк= us= s·n; ∆ℓк –?; ∆Тˈ
работ
Конечный вид ФКБк ПрSдля определенного вида работ
может быть получен только с учетом указаний из таблицы 11.
2) Из кинематической схемы станка 16К20 для ПрSвыявляются:
𝒰см |
2.1) С – коэффициент кратности (для резьб); С = 𝒰VI– VII => VI( ВН );VII( ВК )
2.2) |Р| – реверс с переключателем – шестерней z 45 (на IX вале).
2.3) 𝒰см – сменные шестерни гитары a, b, c и d (из комплекта zсм).
2.4) КП – коробка подач (ВН – X; ВК – XV)
Для КП последовательность валов и связи между ними могут быть выражены так:
– в метрической системе
– в дюймовой системе
и тогда вариантность КП:
1 · 1 · (2 + 2) · 1 · 2 · 2 = 16.
2.5) ВК – 4 конечных вала ПрS (XX, XXI, XXII, XXIII), ведущих для 3-х салазок, входящих в
состав суппорта (РОИ).
б) вариантность ПрS:
Вопросы для самопроверки
1. Мрс: определение, структура и компоненты.
2. Несущая система (станина), корпусные детали и направляющие.
3. Рабочие органы мрс, основные типы.
А з б у к а
4. Приводы мрс, их назначение и типаж.
5. Типовые детали механических приводов: салазки и круглые стержни, их типы
6. Детали на круглых стержнях и типы их сопряжений.
7. Жесткие (некруглые) стержни.
8. Передачи, физическая сущность и понятие о кинематическом балансе.
9. Одноваловые передачи и ФКБ для них.
10. Двухваловые передачи и ФКБ для них.
11. Муфты: основные типы, виды, особенности. Тормозы.
12. Трехваловые передачи.
13. Трехваловые сумматоры вращения.
14. Реверсы и прерыватели вращения.
15. Вариаторы.
16. Переключаемые регуляторы вращения.
17. Переналаживаемые регуляторы вращения.
Г р а м м а т и к а
18. Типы приводов по роли в процессе ФОР и ФКБ для них.
19. Многоваловые приводы, методика их изучения и режимная настройка.
20. Общие сведения о наладке металлорежущего станка.
– Конец работы –
Используемые теги: механические, воды0.054
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Механические приводы
Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов