07.02.2024

Теория и примеры решения задач по теоретической механике, сопротивлению материалов, технической и прикладной механике, теории механизмов и деталям машин. Кинематический анализ сложных зубчатых механизмов Нахождение угловой скорости замкнутого дифференциал


Зубчатые механизмы служат для передачи вращательного движения от одного вала к другому, для изменения величины и направления угловой скорости и крутящего момента.

По относительному расположению валов различают плоские и пространственные зубчатые передачи. В плоских механизмах оси вращения звеньев параллельны, и все звенья вращаются в параллельных плоскостях. В этом случае передача вращения с постоянным передаточным отношением осуществляется с помощью круглых цилиндрических колес (рис. 1).

В пространственных передачах оси вращения звеньев пересекаются (конические передачи) или скрещиваются (червячные, винтовые, спироидные и гипоидные передачи).

Различают внешнее (рис. 1.а), внутреннее (рис.1.б) и реечное зацепления.

Отношение угловой скорости ведущего вала j к угловой скорости ведомого вала k называется передаточным отношением и обозначается буквой «u» с соответствующими индексами:

Знак плюс относится к внутреннему зацеплению, а знак минус - к внешнему. Для получения больших передаточных отношений используют более сложные многоступенчатые зубчатые механизмы.,

Ступенью зубчатого механизма называется передача между двумя звеньями, расположенными на ближайших неподвижных осях. Число ступеней в зубчатых механизмах равно числу неподвижных осей без единицы.

Ступени бывают простые и планетарные. На рис. 2. А и С - простые, Б - планетарная ступени. Если скорость вращения ведомого вала меньше скорости вращения ведущего, то такой механизм называется редуктором.

Зубчатые механизмы с неподвижными относительно стойки осями колес делятся на рядовые и ступенчатые. В рядовых механизмах (рис. 3) на каждой оси насажено по одному колесу. В ступенчатых механизмах на каждой оси, кроме ведущей и ведомой, насажено по два колеса. На рис. 4. приведена схема трехступенчатого механизма. Для него

При передаче вращения коническими колесами знак передаточного отношения определяется правилом стрелок (рис. 2.5). Если стрелки на ведущем и ведомом колесах, расположенных на параллельных валах, направлены в одну сторону, то передаточное отношение будет со знаком плюс, если в противоположные стороны, то со знаком минус.

Для механизма изображенного на рис. 5.

Зубчатые механизмы, имеющие колеса, оси которых перемещаются в пространстве, называются сателлитными (рис. 2.6,а). Колеса 1 и 3, вращающиеся вокруг неподвижной центральной оси, называются центральными, а колесо 2, ось которого перемещается в пространстве, называется сателлитом. Звено Н, в котором закреплена ось сателлита 2, называется водилом.

Сателлитные механизмы с двумя и более степенями свободы называются дифференциальными, а с одной степенью свободы - планетарными.

Зависимость между угловыми скоростями звеньев может быть определена при помощи метода обращения движения. Суть его заключается в том, что всем звеньям механизма сообщается дополнительное вращение с угловой скоростью, равной по величине угловой скорости вращения водила, но противоположной по направлению (-ω н). При этом, водило мысленно останавливается и дифференциальный механизм превращается в обращенный, в котором оси всех колес неподвижны. Новые угловые скорости звеньев в обращенном движении равны

Передаточное отношение от первого звена к третьему для обращенного механизма имеет вид

Формула (4) называется формулой Виллиса, где для конкретного механизма по рис. 6,а

Задаваясь двумя скоростями, по формуле (4) можно определить третью скорость.

Заметим, что формулу Виллиса можно записать для любых двух звеньев. Например по формуле(5)

Так как ω3=0, то

В некоторых случаях целесообразно использовать комбинированные зубчатые механизмы, составленные из передач разных типов. Например, механизм, показанный на рис. 2.2, имеет две простые ступени и одну планетарную. Передаточное отношение всего механизма

В технике применяются сателлитные механизмы, состоящие из дифференциала, между ведущими звеньями которого установлена промежуточная зубчатая передача. Эта передача накладывает дополнительное условие связи, и дифференциальный механизм превращается в сложный планетарный механизм с одной степенью подвижности. Такой механизм называется замкнутым дифференциальным.

В заданиях зубчатая передача от электродвигателя до последнего (выходного) колеса включает в себя как передачи простые (с неподвижными осями), так и планетарные, или дифференциальные (с подвижными осями). Для подсчета числа оборотов выходного звена необходимо всю передачу разбить на зоны: до дифференциала, зону дифференциала и после дифференциала. Для каждой зоны определяется передаточное отношение. Для зон до дифференциала и после дифференциала передаточное отношение определяется прямым отношением угловых скоростей зубчатых колес или обратным отношением их чисел зубьев. Число, выраженное отношением чисел зубьев, необходимо умножить на (-1) m , где m - количество внешних зацеплений. Передаточное отношение для зоны дифференциала определяется по формуле Виллиса.

Общее передаточное отношение определяется как произведение передаточных отношений всех зон.

Разделив обороты входного вала всей зубчатой передачи на общее передаточное отношение, получаем обороты выходного звена.

Следующим этапом является кинематическое исследование этой передачи графическим методом. Для этого необходимо вычертить схему зубчатой передачи в правой части листа, предварительно разделив его на две примерно равные части. В левой части предусматривается построение зубчатого зацепления.

Схема механизма вычерчивается в масштабе, пропорциональном числу зубьев колес, т.к. диаметры колес пропорциональны им. Правее схемы строится картина линейных скоростей точек зубчатого механизма, а под ней – картина угловых скоростей. Результаты, полученные на картине угловых скоростей, сравниваются с результатами, полученными аналитически.

Рассмотрим пример.



В этих задачах необходимо уметь определять передаточные отношения между звеньями механизма.

Кинематический анализ планетарного механизма

1. Определяем степень подвижности механизма:

В данном механизме подвижными звеньями являются 1, 2, 3, 4, H. Поэтому Низшие кинематические пары образуют звенья 1 со стойкой, 2 с водилом Н, колесо 3 и стойка образуют две низшие кинематические пары, звено 4 со стойкой. Итого Высшие кинематические пары образуются в зацеплениях колёс, т.е. в точках А, В, С и D. Итого

2. Из условия соосности найдём неизвестные числа зубьев, т.е. и

3. Пишем формулу Виллиса для каждой планетарной зоны. Для зоны 1-2-3-Н:

Для зоны 1-4-3:

Заметим, что Данное выражение получили из уравнения (2). Подставим полученное значение в уравнение (1):

Данное выражение представляет собой искомое передаточное отношение

Графический метод (рисунок14)

Графический метод необходим для проверки правильности аналитического расчёта.

На полюсную прямую выносим все точки цилиндрических передач механизма. Причём, условимся, что обозначим штрихами те точки механизма, ско-

рости которых не равны нулю и, следовательно, на полюсной прямой они обозначают только начало вектора скорости. Окончательное положение этих точек механизма будем обозначать без штрихов. У данного механизма поэтому откладываем произвольной величины и направления вектора скорости любой точки механизма, например, точки А. Получаем вектор Точку соединяем с точкой О. Получаем картину 1. На картину 1 проектируем точку С. Соединяем точку С с точкой Получаем картину 4, на которую проектируем точку d. Затем точку d соединяем с точкой О, откуда получаем картину 3.

На картину 3 проектируем точку b, после чего соединяем точки b и , и получаем картину 2, на которую проектируем точку Затем точку соединяем с точкой О. Получаем картину Н.

Далее, получив полюсную точку m, откладываем произвольный отрезок m-S. Из точки S проводим лучи, параллельные картинам 1, 2, 3, 4, Н. Следовательно, получаем векторы: , , , , . Искомое передаточное отношение выражается следующим отношением: .

Синтез зубчатого зацепления (рисунок 15).

Радиусы начальных окружностей:

где - радиус начальной окружности 4’ колеса.

где - радиус начальной окружности 3’ колеса;

Радиусы основных окружностей:

Шаг по начальной окружности:

Размеры зуба: высота головки

высота ножки

Радиусы окружностей головок:

Радиусы окружностей ножек:

Толщина зуба и ширина впадины по начальной окружности:

Межцентровое расстояние:

Построив зубчатое зацепление, находим коэффициент перекрытия

где: - длина дуги зацепления;

Шаг зацепления;

Длина практической части линии зацепления;

Угол зацепления.

Значение коэффициента перекрытия необходимо сравнить с его значением, определяемым аналитически:

Таблица сравнения


СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТАБЛИЦЫ

В настоящем руководстве приведены табл. 9.1-9.5 для неравносмещенного зацепления, составленные проф. В.Н. Кудрявцевым, и табл. 9.6 для неравносмещенного зацепления, составленная ЦКБР (Центральным конструкторским бюро редукторостроения).

Таблицы проф. В.Н. Кудрявцева содержат значения коэффициентов ξ 1 и ξ 2 , сумма которых ξ является максимально возможной при выполнении изложенных выше основных требований.

Данными, приведенными в этих таблицах, нужно пользоваться таким образом:

1. Если 2 ≥u 1,2 ≥ 1 , то сначала в табл. 9.2 по заданному Z 1 находят коэффициент ψ.Затем в табл.9.3 по заданным Z 1 и Z 2 находят коэффициенты ξ 1 и ξ 2 . Коэффициенты ξ С и α определяются по формулам (см.ниже). Угол зацепления определяют по номограмме.

2. Если 5 ≥u 1,2 ≥2 , то сначала в табл. 9.4 по заданному Z 1 находят коэффициенты ψ и ξ 1. Затем в табл. 9.5 по заданным Z 1 и Z 2 находят коэффициент ξ 2. Далее поступают так, как описано.

Табл. 9.6 содержит коэффициенты смещения для равносмещенного зацепления.

При подборе этих коэффициентов, помимо основных требований, выполнено требование,чтобы наибольшие значения коэффициентов λ 1 и λ 2 на ножках были достаточно малы, а также равны между собой. При использовании табл. 9.6 нужно помнить, что должно выполняться условие Z С ≥34.

Формулы для определения ξ С и α:

ξ С = ξ 1 + ξ 2

ψ =ξ С - α .

Таблица 9.1 - Значения коэффициента для неравносмещённого зацепления при 2 ≥u 1,2 ≥ 1

Z 1
0.127 0.145 0.160 0.175 0.190 0.202 0.215
Z 1
0.227 0.239 0.250 0.257 0.265 0.272 0.276

Таблица 9.2

Z 1
Z 2 ξ 1 ξ 2 ξ 1 ξ 2 ξ 1 ξ 2 ξ 1 ξ 2 ξ 1 ξ 2 ξ 1 ξ 2 ξ 1 ξ 2
0.390 0.395 -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
0.430 0.372 0.444 0.444 -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
0.464 0.354 0.479 0.423 0.486 0.486 -- -- -- -- -- -- -- --
0.513 0.341 0.515 0.400 0.524 0.462 0.525 0.425 -- -- -- -- -- --
0.534 0.330 0.543 0.386 0.557 0.443 0.565 0.506 0.571 0.571 -- -- -- --
0.551 0.322 0.566 0.376 0.588 0.426 0.600 0.485 0.609 0.547 0.608 0.608 -- --
0.568 0.317 0.589 0.365 0.614 0.414 0.631 0.468 0.644 0.526 0.644 0.586 0.646 0.646
0.584 0.312 0.609 0.358 0.636 0.405 0.661 0.452 0.677 0.508 0.678 0.566 0.683 0.624
0.601 0.308 0.626 0.353 0.659 0.394 0.686 0.441 0.706 0.492 0.716 0.542 0.720 0.601
0.617 0.303 0.646 0.345 0.676 0.389 0.706 0.433 0.731 0.481 0.744 0.528 0.756 0.580
0.630 0.299 0.663 0.341 0.694 0.384 0.726 0.426 0.754 0.472 0.766 0.519 0.781 0.568
-- 0.297 0.679 0.337 0.714 0.376 0.745 0.419 0.775 0.463 0.793 0.507 0.809 0.554
-- -- 0.693 0.334 0.730 0.372 0.763 0.414 0.792 0.458 0.815 0.497 0.833 0.543
-- -- 0.706 0.333 0.745 0.369 0.780 0.409 0.813 0.449 0.834 0.491 0.856 0.534
-- -- -- -- 0.758 0.368 0.796 0.405 0.830 0.445 0.854 0.483 0.878 0.525
-- -- -- -- 0.773 0.365 0.813 0.400 0.848 0.440 0.869 0.480 0.898 0.517
-- -- -- -- -- -- 0.826 0.399 0.862 0.438 0.892 0.470 0.916 0.511
-- -- -- -- -- -- 0.840 0.397 0.881 0.431 0.907 0.467 0.936 0.504
-- -- -- -- -- -- -- -- 0.894 0.430 0.921 0.465 0.952 0.500
-- -- -- -- -- -- -- -- 0.908 0.428 0.936 0.462 0.968 0.496
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 0.951 0.459 0.981 0.495
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 0.967 0.455 0.999 0.490
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 1,014 0.487
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 1,030 0.483
Z 1
Z 2 ξ 1 ξ 2 ξ 1 ξ 2 ξ 1 ξ 2 ξ 1 ξ 2 ξ 1 ξ 2 ξ 1 ξ 2 ξ 1 ξ 2
0,684 0,684 -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
0,723 0,658 0,720 0,720 -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
0,756 0,639 0,756 0,699 0,755 0,755 -- -- -- -- -- -- -- --
0,792 0,617 0,793 0,676 0,793 0,731 0,782 0,782 -- -- -- -- -- --
0,814 0,609 0,830 0,652 0,831 0,707 0,821 0,758 0,812 0,812 -- -- -- --
0,849 0,588 0,860 0,636 0,866 0,686 0,861 0,732 0,850 0,787 0,839 0,839 -- --
Z 2 ξ 1 ξ 2 ξ 1 ξ 2 ξ 1 ξ 2 ξ 1 ξ 2 ξ 1 ξ 2 ξ 1 ξ 2 ξ 1 ξ 2
0,871 0,579 0,888 0,622 0,893 0,673 0,892 0,715 0,884 0,761 0,872 0,820 0,865 0,865
0,898 0,566 0,915 0,609 0,926 0,654 0,925 0,696 0,924 0,742 0,913 0,793 0,898 0,845
0,916 0,561 0,937 0,601 0,948 0,645 0,951 0,683 0,950 0,729 0,946 0,774 0,934 0,822
0,937 0,552 0,959 0,592 0,976 0,632 0,976 0,672 0,984 0,708 0,979 0,755 0,966 0,804
0,958 0,543 0,980 0,583 0,997 0,624 1,000 0,662 1,007 0,700 1,010 0,737 1,000 0,784
0,976 0,537 0,997 0,578 1,018 0,615 1,023 0,651 1,031 0,689 1,038 0,723 1,033 0,764

Продолжение табл. 9.2

0,994 0,532 1,017 0,571 1,038 0,608 1,045 0,641 1,051 0,678 1,055 0,718 1,060 0,750
1,011 0,528 1,038 0,562 1,056 0,602 1,065 0,634 1,075 0,669 1,084 0,701 1,081 0,741
1,026 0,525 1,054 0,559 1,076 0,594 1,082 0,629 1,094 0,662 1,101 0,696 1,105 0,730
1,041 0,522 1,071 0,554 1,093 0,589 1,102 0,622 1,114 0,655 1,121 0,689 1,127 0,729
1,059 0,516 1,088 0,550 1,110 0,584 1,122 0,614 1,131 0,650 1,145 0,678 1,149 0,719
1,072 0,515 1,102 0,547 1,127 0,580 1,140 0,608 1,154 0,639 1,163 0,672 1,170 0,702
1,088 0,511 1,117 0,545 1,141 0,578 1,157 0,603 1,172 0,634 1,180 0,667 1,188 0,696
-- -- 1,131 0,542 1,159 0,573 1,172 0,601 1,187 0,631 1,200 0,659 1,206 0,690
-- -- 1,145 0,540 1,173 0,570 1,186 0,599 1,204 0,626 1,218 0,653 1,223 0,685
-- -- -- -- 1,187 0,568 1,201 0,595 1,222 0,622 1,232 0,651 1,241 0,680
-- -- -- -- 1,201 0,567 1,218 0,591 1,233 0,621 1,249 0,647 1,260 0,673
-- -- -- -- -- -- 1,231 0,589 1,250 0,616 1,265 0,643 1,276 0,669
-- -- -- -- -- -- 1,247 0,586 1,266 0,612 1,279 0,640 1,291 0,665
-- -- -- -- -- -- -- -- 1,279 0,611 1,295 0,636 1,306 0,662
-- -- -- -- -- -- -- -- 1,293 0,609 1,310 0,634 1,321 0,659
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 1,325 0,631 1,336 0,657
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 1,338 0,629 1,350 0,654
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 1,365 0,651
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 1,379 0,649

Таблица 9.3 - Значения коэффициентов ψ и ξ 1 для неравносмещенного внешнего зацепления при 5 ≥u 1,2 ≥2

Z 1
ψ 0,16 0,17 0,18 0,19 0,20 0,21 0,22 0,23 0,24 0,25 0,25
ξ 1 0,66 0,73 0,80 0,96 0,92 0,98 1,04 1,10 1,16 1,22 1,27

Таблица 9.4 -

Z 1 Значения при Z 1
0,442 0,425 -- -- -- -- -- -- -- -- --
0,501 0,486 0,471 0,463 -- -- -- -- -- -- --
0,556 0,542 0,528 0,522 0,518 0,512 0,505 -- -- -- --
0,610 0,596 0,582 0,577 0,575 0,569 0,564 0,560 0,553 0,606 --
0,661 0,648 0,635 0,632 0,628 0,624 0,620 0,616 0,611 0,662 0,566
0,709 0,696 0,685 0,684 0,682 0,676 0,674 0,671 0,667 0,716 0,623
0,754 0,745 0,734 0,732 0,731 0,728 0,727 0,722 0,720 0,769 0,677
-- 0,789 0,782 0,780 0,779 0,778 0,777 0,773 0,772 0,820 0,729
-- -- 0,822 0,825 0,826 0,827 0,825 0,823 0,821 0,868 0,778
-- -- -- 0,866 0,870 0,872 0,874 0,871 0,869 0,916 0,828
-- -- -- -- 0,909 0,914 0,917 0,920 0,919 0,965 0,876
-- -- -- -- -- 0,954 0,957 0,961 0,962 1,008 0,924
-- -- -- -- -- -- 0,998 1,010 1,003 1,048 0,964
-- -- -- -- -- -- -- 1,042 1,046 1,088 1,005
-- -- -- -- -- -- -- -- 1,086 1,129 1,045
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 1,087
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 1,131

Таблица 9.5 - Значения коэффициента ξ 2 для неравносмещенного внешнего зацепления при 5 ≥u 1,2 ≥2


Значения при Z 1
Z 1
-- -- -- -- -- -- 0,000 -- -- -- -- --
-- -- -- -- -- 0,060 0,032 -- -- -- -- --
-- -- -- -- 0,124 0,094 0,060 0,030 0,000 -- -- --
-- -- -- 0,182 0,159 0,120 0,086 0,056 0,027 0,000 -- --
-- -- 0,241 0,220 0,181 0,144 0,110 0,080 0,052 0,025 0,000 --
-- 0,300 0,283 0,239 0,201 0,165 0,131 0,101 0,078 0,047 0,023 0,000
0,358 0,343 0,299 0,256 0,219 0,183 0,149 0,119 0,092 0,067 0,043 0,021
0,400 0,350 0,313 0,271 0,235 0,199 0,165 0,136 0,109 0,085 0,062 0,041
0,400 0,350 0,326 0,285 0,248 0,213 0,180 0,151 0,125 0,101 0,079 0,058
0,400 0,350 0,337 0,297 0,260 0,226 0,191 0,168 0,138 0,115 0,094 0,078
0,400 0,350 0,347 0,308 0,271 0,238 0,205 0,178 0,152 0,128 0,107 0,087
0,400 0,350 0,356 0,318 0,281 0,249 0,216 0,189 0,163 0,140 0,119 0,100
0,400 0,350 0,364 0,327 0,291 0,258 0,226 0,199 0,173 0,150 0,130 0,111

Продолжение таблицы 9.5

0,400 0,350 0,372 0,335 0,300 0,266 0,235 0,208 0,183 0,160 0,140 0,122
0,400 0,350 0,379 0,343 0,308 0,274 0,243 0,216 0,192 0,170 0,150 0,132
0,400 0,350 0,385 0,350 0,315 0,282 0,251 0,224 0,200 0,178 0,159 0,141
0,400 0,350 0,390 0,363 0,329 0,296 0,265 0,236 0,215 0,194 0,175 0,158
0,400 0,350 0,390 0,375 0,341 0,309 0,279 0,253 0,230 0,210 0,191 0,174
0,400 0,350 0,390 0,385 0,353 0,322 0,293 0,266 0,246 0,226 0,207 0,190
0,400 0,350 0,390 0,395 0,363 0,333 0,306 0,282 0,260 0,240 0,222 0,225
0,400 0,350 0,390 0,409 0,378 0,350 0,325 0,301 0,280 0,260 0,242 0,235
0,400 0,350 0,390 0,422 0,392 0,366 0,341 0,319 0,297 0,277 0,260 0,243
0,400 0,350 0,390 0,430 0,404 0,378 0,354 0,332 0,312 0,292 0,275 0,252
0,400 0,350 0,390 0,430 0,414 0,399 0,364 0,343 0,324 0,305 0,287 0,271
0,400 0,350 0,390 0,430 0,423 0,397 0,374 0,353 0,334 0,316 0,299 0,283
0,400 0,350 0,390 0,430 0,435 0,409 0,380 0,366 0,349 0,331 0,315 0,300
0,400 0,350 0,390 0,430 0,445 0,421 0,398 0,378 0,361 0,344 0,328 0,313
0,400 0,350 0,390 0,430 0,454 0,430 0,407 0,387 0,370 0,358 0,336 0,320
0,400 0,350 0,390 0,430 0,459 0,436 0,414 0,394 0,376 0,360 0,344 0,328
0,400 0,350 0,390 0,430 0,460 0,440 0,419 0,400 0,382 0,365 0,350 0,335
0,400 0,350 0,390 0,430 0,460 0,446 0,425 0,406 0,388 0,370 0,355 0,340
0,400 0,350 0,390 0,430 0,460 0,448 0,428 0,408 0,390 0,373 0,357 0,342
0,400 0,350 0,390 0,430 0,460 0,450 0,431 0,411 0,393 0,376 0,361 0,346
0,400 0,350 0,390 0,430 0,460 0,452 0,433 0,414 0,396 0,379 0,364 0,350

Затем определяются основные параметры зубчатых колес.

Рисунок 9.1 - Зубчатая передача внешнего зацепления

ПРИЛОЖЕНИЯ

Задания по тематике общего машиностроения

При сборке механизмов присоединить DkA 1 EkB DkA 1 EkB DkA 1 EkB DkA 1 EkB DkA 1 EkB DkA 1 EkB DkA 1 EkB DkA 1 EkB DkA 1 EkB DkA 1 EkB DkB 1 EkC DkA 1 EkB DkB 1 EkC DkB 1 EkC DkA 1 EkC Числа зубьев колес присоединенного механизма
Номер основного механизма Z 1 Z / 1 Z 2 Z / 2 Z 3 Z / 3
Номер дополнительного(присоединительного) механизма
-
-
-
Числа зубьев основного механизма Z / 1 - - - -
Z 1 -
Z 2 -
Z 3 - - - - - -
Z / 3 - - - - -
Z 4 - -
Z / 4 - - - -
Z 5 - - - -
Z 6 - -


Список контрольных вопросов

1. Механика машин и её основные разделы;

2. Основные понятия и определения в теории механизмов;

3. Рычажные механизмы;

4. Кулачковые механизмы;

5. Зубчатые механизмы;

6. Клиновые и винтовые механизмы;

7. Фрикционные механизмы;

8. Механизмы с гибкими звеньями;

9.

10. Механизмы с электрическими устройствами;

11. Кинематические пары и их классификация;

12. Условные изображения кинематических пар;

13. Кинематические цепи;

14. Структурная формула кинематической цепи общего вида;

15. Степени подвижности механизма;

16. Структурная формула плоских механизмов;

17. Структура плоских механизмов;

18. Заменяющие механизмы;

19. Структура пространственных механизмов;

20. Семейства механизмов;

21. Основной принцип образования механизмов и системы их классификации;

22. Структурная классификация плоских механизмов;

23. Некоторые сведенья по структурной классификации пространственных механизмов;

24. Центройды в абсолютном и относительном движении;

25. Соотношения между скоростями звеньев механизма;

26. Определение скоростей и ускорений звеньев кинематических пар;

27. Мгновенный центр ускорений и поворотный круг;

28. Огибаемые и огибающие кривые;

29. Кривизна центроид и взаимоогибаемые кривые;

30. Перманентное и начальное движение механизма;

31. Определение положений звеньев групп и построение траекторий, описываемых точками звеньев механизмов;

32. Определение скоростей и ускорений групп 2 класса;

33. Определение скоростей и ускорений групп 3 класса;

34. Построение кинематических диаграмм;

35. Кинематическое исследование механизмов методом диаграмм;

36. Механизм шарнирного четырёхзвенника;

37. Кривошипно-ползунный механизм;

38. Кулисные механизмы;

39. Определение положений;

40. Определение скоростей и ускорений;

41. Основные кинематические соотношения;

42. Механизмы фрикционных передач;

43. Механизмы трёхзвенных зубчатых передач;

44. Механизмы многозвенных зубчатых передач с неподвижными осями;

45. Механизмы планетарных зубчатых передач;

46. Механизмы некоторых типов редукторов и коробок скоростей;

47. Механизмы передач с гибкими звеньями;

48. Механизм универсального шарнира;

49. Механизм двойного универсального шарнира;

50. Механизм пространственного шарнирного четырёхзвенника;

51. Винтовые механизмы;

52. Зубчатые механизмы прерывистого и знакопеременного движения ведомого звена;

53. Механизмы с гидравлическими и пневматическими устройствами;

54. Основные задачи;

55. Задачи силового расчёта механизмов;

56. Силы, действующие на звенья механизма;

57. Диаграммы сил, работ и мощностей;

58. Механические характеристики машин;

59. Виды трения;

60. Трение скольжение несмазанных тел;

61. Трение в поступательной кинематической паре;

62. Трение в винтовой кинематической паре;

63. Трение во вращательной кинематической паре;

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

2.2 Анализ зубчатого механизма

Для определения передаточного отношения графическим методом изображаем заданный механизм в масштабе, приняв произвольное значение модуля (m = 10). Обозначим на механизме все характерные точки – полюса зацеплений и центры колес. Проводим линию, перпендикулярную осям вращения колес и на нее проецируем все характерные точки. Так как ведущим звеном является колесо 1, то изображаем линейную скорость его конца (точка А) вектором Аа произвольной длины. Соединив точки а и О 1 , получаем линию распределения линейных скоростей колеса 1. Соединяем точку В с точкой а, и на продолжении этой линии проецируем точку О 2 , получим линию распределения линейных скоростей колеса 2. Соединив точки О 2 , О 4 получим линию распределениялинейных скоростей колеса 4. На продолжении линии Аа проецируем точку А / . Соединяем точку а / с точкой с получим линию распределения колеса 5. На эту линию проецируем точку О 5 . Соединяем точку О 5 с точкой О Н, получим линию распределения для конечного звена – водила.

Передаточное отношение определится через отрезки SH и S1

i 1Н = S 1 /S Н = 190/83 = 2.29

Так как отрезки SH и S1 находятся по одну сторону от SP, передаточное отношение получается со знаком плюс.

Имеем дифференциальный механизм

Di = ×100% = 3.9 %

2.3 Проверка выполнения условий соосности, соседства и сборки планетарного механизма

Условие соосности представляет равенство межцентровых расстояний пар зубчатых колес

r 1 + r 2 = r 3 – r 2 или z 1 + z 2 = z 3 – z 2

36 + 40 = 116 – 40 76 = 76

Условие соосности выполняется.

Условие соседства определяет возможность размещения всех сателлитов по окружности их центров без задевания друг за друга.

sin

где К – число сателлитов

При К= 2 sin>0.28

Условие соседства выполняется.

Условие сборки определяет возможность одновременного зацепления всех сателлитов с центральным колесом. Это значит, что сумма чисел зубьев центральных колес будет кратной числу сателлитов.

где С – любое целое положительное число.

Условие сборки выполняется.

Таким образом, планетарная часть заданного зубчатого механизма удовлетворяет всем требованиям проектирования.


3 Силовой расчет рычажного механизма

Вариант 20

Исходные данные:

L BC = 0.5

где l i – длины звеньев и расстояния до центров масс звеньев от их начальных шарниров, м;

J si – моменты инерции звеньев, кгм 2 ;

m i – массы звеньев, кг;

w 1 – угловая скорость ведущего звена, с -1 ;

P nc - сила полезного сопротивления, приложенная к ползуну 5, Н;

P j 5 – сила инерции 5 звена, Н.

Требуется определить уравновешивающую силу методом выделения структурных групп и методом жесткого рычага Н.Е.Жуковского, давление во всех кинематических парах.

Вычерчиваем план механизма в масштабе m l

m l = l OA /OA = 0.2/40 = 0.005 м/мм.

Строим план скоростей, повернутый на 90° в масштабе

m v = V A /Pa = w 1 ×l OA /Pa = 60×3.14×0.2/94.2 = 0.4 м / с /мм.

Скорость точки В определится в результате решения двух векторных уравнений

V B = V A +V BA , V B = V C +V BC .

Точку d на плане скоростей определяем по теореме подобия

BC/DC = Pb/Pd Pd = Pb×CD/BC = 64×40/100 = 25.6 мм. Для определения скорости точки Е составляем векторное уравнение V Е = V D +V ED и решаем его. Строим план ускорений, повернутый на 180° в масштабе

m a = a A /pa=w 1 2 ×l OA /pa = (60×3.14) 2 ×0.2/101.4 = 70 м / с 2 /мм.

Ускорение точки В определяется относительно точек А и С

a B = a A + a n BA + a t BA , a B = a C + a n CB + a t CB ,

a n BA = w 2 2 ×l AB = (ab×m v / l AB) 2 × l AB = (84×0.4/0.6) 2 × 0.6 = 1881.6 м / с 2

a n BC = w 3 2 ×l BC = (Pb×m v / l BC) 2 × l BC = (64×0.4/0.5) 2 × 0.5 = 1310.7 м / с 2

Длины отрезков, изображающих нормальные составляющие ускорений

a n BA и a n BC на плане ускорений, определяется с учетом масштаба m a

an BA = a n BA /m a = 1881.6/70 = 26.9 мм

pn BC = a n BC /m a = 1310.7/70 = 18.7 мм

Положение точки d на плане ускорений определяем по теореме подобия

BC/DC = πb/πd πd = πb×CD/BC = 58×40/100 = 23.4 мм. Для определения ускорения точки Е составляем и решаем векторное уравнение a Е = a D +a n ED +a t ED . где a n ED =w 4 2 ×l ED =(V ED /l ED) 2 ×l ED = (de×m v /l DE) 2 ×l DE = (14×0.4) 2 /0.7 = 44.8 м / с 2 /мм

Длина отрезка на плане ускорений

dn ED = a n ED /m a = 44.8/70 = 0.64 мм

Положение точек S 2 , S 3 , S 4 на плане ускорений определяем по теореме подобия из соотношений

АB/АS 2 = ab/aS 2 Þ aS 2 = ab×AS 2 /AB = 45×40/120 = 15 мм

BC/CS 3 = pb/pS 3 Þ pS 3 = pb×CS 3 /BC = 58×20/100 = 11.6 мм

DE/DS 4 = de/dS 4 Þ ds 4 = de×DS 4 /DE = 19×60/140 = 8.14 мм

Определение сил инерции звеньев

При определении сил инерции и моментов учитываем, что план ускорений построен повернутым на 180°, поэтому знак минус в расчетах опускаем.

P j2 = m 2 ×a s2 = m 2 ×ps 2 ×m a = 60×86×70 = 361200 H

M j2 = J s2 ×e 2 = J s2 ×a t BA /l AB = J s2 ×n BA b×m a /l AB = 0.1×39×70/0.6 = 455 H×м

P j3 = m 3 ×a s3 = m 3 ×ps 3 ×m a = 50×12×70 = 42000 H

M j3 = J s3 ×e 3 = J s3 ×a t BA /l B С = J s3 ×n B С b×m a /l B С = 0.06×55×70/0.5 = 462 H×м

P j4 = m 4 ×a s4 = m 4 ×ps 4 ×m a = 50×21×70 = 73500 H

M j4 = J s4 ×e 4 = J s4 ×a t ED /l DE = J s4 ×n ED e×m a /l DE = 0.12×19×70/0.7 = 228 H×м

P j 5 = m 5 ×a E = m 5 ×pe×m a = 140×22×70 = 215600 H

Сила полезного сопротивления, приложенная к рабочему звену (5)

P nc = -2 P j 5 = - 431200 H

Результирующая в точке Е R 5 = P j 5 + P nc = -215600 H Наносим на план механизма вычисленные силы и моменты. В точки S 2 , S 3 , S 4 прикладываем силы инерции, а в точки А и Е, соответственно, уравновешивающую – Р y и результирующую – R 5 силы.

Под действием приложенных сил механизм находится в равновесии. Выделяем первую структурную группу (звенья 4,5) и рассматриваем ее равновесие. В точках D и E для равновесия структурной группы прикладываем реакции R 34 и R 05 .

Составляем уравнение равновесия

SM D = 0 , P j4 ×h 4 µ l + R 5 ×h 5 µ l + R 05 ×h 05 µ l - M j4 = 0

R 05 = (-P j4 ×h 4 µ l - R 5 ×h 5 µ l + M j4)/h 05 µ l = (-73500×2∙0.005- 215600×62∙0.005 + 228)/126∙ 0.005 = -106893.6 Н

SP i = 0 . P j 4 + R 5 + R 05 +R 34 = 0 . Принимаем масштаб плана сил

m p 1 = P j 4 /z j 4 = 73500/50=1470 H/мм

В этом масштабе строим силовой многоугольник, из которого находим

R 34 = z 34 ×m p 1 = 112×1470=164640 H

Выделяем и рассматриваем равновесие второй структурной группы (звенья 2,3). Для ее равновесия прикладываем:

в точке D – реакцию R 43 = - R 34 ;

в точке А – реакцию R 12 ;

в точке С – реакцию R 03 .

SМ В2 = 0 , P j 2 ×h 2 µ l - R t 12 ×AB×µ l + M j 2 = 0 ,

R t 12 = (P j 2 ×h 2 µ l + M j 2)/AB×µ l = (361200×50∙0.005 + 455)/120×0.005 = 151258.3 H

SМ В3 = 0 , P j 3 ×h 3 ×µ l + R t 03 ×BC×µ l +R 43 ×h 43 ×µ l - M j 3 = 0

R t 03 = - P j 3 ×h 3 ×µ l -R 43 ×h 43 ×µ l + M j 3 /BC×µ l ,

R t 03 = - 42000×76×0.005-164640×31×0.005 + 462/100×0.005 = - 82034.4 Н SP i = 0, R t 12 + P j 2 + R 43 + P j 3 + R t 03 + R n 03 + R n 12 = 0 . Принимаем масштаб плана сил для данной структурной группы

m p 2 = P j 2 /z j 2 = 361200/100 = 3612 H/мм

Из многоугольника сил определяем результирующую реакцию

R 12 = R n 12 + R t 12 и ее величину

R 12 = z 12 ×m p 2 = 79×3612 = 285348 H

Рассматриваем равновесие оставшегося механизма первого класса. В точке О стойку заменяем реакцией R 01 произвольного направления.

Составляем уравнения равновесия

SМ 0 = 0 , P y ×OA - R 21 ×h 21 = 0 .

Уравновешивающая сила

P y = R 21 ×h 21 /OA = 79935.9 H

SP i = 0 , P y + R 21 + R 01 = 0 .

Масштаб плана сил

m p 3 = R 21 /z 21 = 2850 H/мм

Из силового треугольника находим реакцию R 01

R 01 = z 01 ×m p 3 = 99×2850 = 282150 H

Определяем давление в кинематических парах.

Кинематическая пара В (звенья 2,3). Рассматриваем уравнение равновесия звена R 12 + P j 2 + R 32 = 0 .Для его решения используем план сил структурной группы (2,3). Замыкающий вектор z 32 показан пунктиром.

R 32 = z 32 ×m p 2 = 24×3612 = 86688 H Давление в кинематической паре Е (звенья 4,5) определится из решения векторного уравнения R 5 + R 05 + R 45 = 0 R 45 = z 45 ×m p 1 = 162×1470 = 238140 H Значения давлений во всех кинематических парах рассматриваемого механизма сводим в таблицу. Таблица 4 - Значения давлений в кинематических парах механизма

кинематические

0 А В С Д
Обозначение
Значение, Н 282150 285348 86688 122808 164640 238140 106893.6

Для определения уравновешивающей силы по методу Н.Е.Жуковского вычерчиваем план скоростей, повернутый на 90° в уменьшенном масштабе. На данном чертеже этот план скоростей совпадает с планом скоростей механизма. Используя теорему подобия, определяем на плане скоростей положения точек S 2 , S 3 , S 4 .

АS 2 /АВ = аk 2 /ab Þ as 2 = ab×AS 2 /AB = 84×40/120 = 28 мм

CS 3 /CВ = Ps 3 /Pb Þ Ps 3 = Pb×CS 3 /CB = 64×20/100 = 12.8 мм

DS 4 /DE = dk 4 /de Þ ds 4 = de×DS 4 /DE = 14×60/140 = 6 мм

1.4 Построение диаграммы перемещений выходного звена. Диаграмма перемещений выходного звена получается в результате построения отрезков, которые берутся с чертежа плоского рычажного механизма в 12 положениях с учётом масштабного коэффициента 1.5 Построение диаграммы скоростей выходного звена. Диаграмма скоростей выходного звена получается в результате графического дифференцирования...

24 0,00 0,00 14,10 14,10 9,30 9,30 58,02 58,02 2.4 Исследование механизма методом кинематических диаграмм Исследование механизмов методом диаграмм производится с целями: 1. Получения наглядного представления о законе движения интересующей нас точки или звена механизма. 2. Определения скоростей и ускорений точек или звеньев на основе известного закона перемещений точек или...