Механизмы преобразования движения

автоматизации. Общие сведения и механизмы станков
Курс лекций
Часть 1

и посадках
4 Опоры валов
5 Общие сведения о машиностроительных материалах
6 Понятие

энергии нефизиологического происхождения в работу, полезную для людей.

Цель

обрабатываемый материал (резцы и сверла станков, ковш экскаватора, челнок швейной

Передаточный механизм

P1, T1, n1

P2, T2, n2

Коробка скоростей или подач в станке

величину потерь (незначительно), а частоты вращения (n2) значительно уменьшаются, поэтому

Р – мощность, кВт;
n – частота вращения, об/мин

расстояние от двигателя к рабочему органу машины с преобразованием скоростей

Выделяют следующие виды механических передач:

ременная передача;

цепная передача;

винтовой механизм;

зубчатая передача;

реечный механизм.

Основными элементами простейшей ременной передачи являются два шкива – ведущий

Передачи применяются в приводе станков между двигателем и коробкой скоростей.

aw

1

2

3

d1, d2 – соответственно диаметры ведущего и ведомого шкивов;
aw – межосевое расстояние

(до 15 м и более);
плавность и бесшумность работы,

повышенная нагрузка на валы и их опоры;
низкая долговечность

Передачи применяются преимущественно в тех случаях, когда по условиям конструкции валы расположены на значительных расстояниях.

шкива преобразуется во вращение ведомого шкива благодаря трению, развиваемому между

По форме поперечного сечения ремни разделяют на следующие виды :

плоские

клиновые

превосходящей толщину.
Клиновые ремни в сечении представляют собой трапецию. Рабочими

Круглоременные передачи применяются при сравнительно больших межосевых расстояниях.

больше единицы, угловая скорость ведомого колеса меньше угловой скорости ведущего

Т1

Т2

сила, Н

связью.
Цепные передачи применяют при значительных межосевых расстояниях,

Она состоит из ведущей и ведомой звездочек, огибаемых цепью.

по сравнению с
ременными передачами;
постоянство

Недостатки:

износ шарниров цепи;
шум;
дополнительные динамические нагрузки;
необходимость организации системы смазки.

цепи со звездочкой происходит через ролик, который, поворачиваясь на втулке,

Шаг цепи (Р) является основным параметром цепной передачи. Чем больше шаг, тем выше нагрузочная способность цепи, но меньше плавность, сильнее шум, больше износ шарниров.

других с закалкой до твердости 40…50 HRC. Оси, втулки, ролики

отношениями

z1, z2 – числа зубьев ведущей и ведомой звездочек
d1,

поступательное.
В ряде случаев эти передачи используются для получения большого

Основной недостаток передачи – низкий КПД

для перемещения суппорта и во многих других станках для получения

Величина хода винта определяется по формуле:

d – диаметр резьбы, мм;
k – число заходов

Передачи широко распространены в различных областях машиностроения и являются основными

Зубчатая передача применяется в коробках скоростей станков.

г.
Применению эвольвентного зацепления предшествовало циклоидальное, которое применяется в часовых

Эвольвента – это кривая, которая описывается точкой В, лежащей на касательной к основной окружности линии NN, если эту касательную обкатывать без скольжения по окружности.

можно представить в виде натянутой нити, закрепленной в точке А.

Метод обкатывания используется в зубофрезерных и зубодолбежных станках

габариты;
большая долговечность и надежность работы ;

повышенные требования к точности
изготовления;
высокая

ведомого и ведущего колеса, мм
dа1,dа2 –диаметры выступов ведомого и

df1,df2 –диаметры впадин ведомого и ведущего колеса

m – модуль, мм

формуле:
Длину окружности также можно определить:
Модуль определяется:

диаметр можно определить:

Диаметр окружности выступов получается дополнением делительного диаметра

Диаметр окружности впадин получается вычитанием из делительного диаметра двух высот ножек зуба:

Высота головки зуба равна модулю, а высота ножки зуба 1,25 модуля:

и

валов различают следующие виды передач:
Передача вращения между валами с параллельными

плоскости) осуществляется коническими колесами. Форма зубьев может быть прямая, косая

1 – ведущее колесо
2 – ведомое колесо

плоскостях осуществляется червячной передачей.
червяк
червячное колесо

зубчатых передачах (до 80);
самоторможение, то

крутящие моменты на ведомом и ведущем колесах
η – коэффициент

передачи применяются в приводах главного движения продольно строгальных и долбежных

реечное колесо

рейка

Р – шаг зуба рейки, мм
z – число зубьев рейки,

высокий КПД.
Недостатки:
неравномерность передаточного отношения;
отсутствие

стали 40ХФА. Реже их изготавливают из серого чугуна СХ-21 и

колесо (3) прямозубое;
Изменение направления движения стола
3.1. Электродвигателем (4);
3.2. Реверсивной муфтой

4. Изменение скорости за счёт
4.1. Электродвигателя;
4.2. Ступенчатой коробки скоростей (6).

1

2

3

4

5

6

обеспечивают относительно небольшое передаточное отношение.
Для получения больших передаточных отношений

из которых называется ступенью.
Определение направления вращения может быть учтено

Для внешнего зацепления это минус, так как колеса вращаются в противоположные стороны; для внутреннего зацепления, в котором шестерня и колесо вращаются в одну сторону, знак будет плюс.

I

II

III

IV

z1

z2

z3

z4

z5

z6

по формулам:


ωI, ωII, ωIII, ωIV – угловые скорости валов соответственно,

Первой
ступени

Второй
ступени

Третьей
ступени

соединенных последовательно, равно произведению передаточных чисел отдельных пар, составляющих механизм.

Передаточное число обратно пропорционально передаточному отношению

составляющих, а также отношением частот вращения соответствующих валов.
Передаточное отношение всей

2, uобщ = 8 , z1 = 30, z4 =80
входной

z1

z2

z3

z4

nI

nIII

nII

выходной вал

Решение:

z2 = z1 u1 = 30٠ 2 = 60

u2 = uобщ / u1 = 8 / 2 = 4

z3 = z4 / u1 = 80/ 4= 20

осями. Угол между осями валов может быть различным, чаще всего

δ1, δ2 – углы делительного конуса шестерни и колеса, мм;

δ1+ δ2 =90°

На кинематических схемах коническую передачу изображают следующим образом:

или близкой к ней резьбой, и червячного колеса – зубчатого

Червячные передачи сложны в изготовлении, поэтому их применяют при необходимости передачи движения между перекрещивающимися валами, а также в механизмах, где необходимы большие передаточные отношения и высокая кинематическая точность, например делительные устройства, автомобилестроение, подъемно-транспортные машины.

За один оборот червяка колесо поворачивается на число зубьев, равное числу заходов червяка; чтобы колесо повернулось на один оборот, необходимо z1/z2 оборотов червяка.

числу заходов червяка и не зависит от соотношения диаметров колеса

Передачу отличает возможность получения большого передаточного числа при малых габаритных размерах, плавность и бесшумность работы, возможность обеспечения самоторможения.

и внутреннего диаметров выполняются с погрешностями.
Конструктор исходит из того,

Характер соединения деталей, определяемый величиной получающихся в нем зазоров и натягов, называется посадкой.

предельными размерами и определяемое величиной допуска и его положением относительно

Поле допуска относительно нулевой линии определяется основным отклонением, и обозначается одной из букв латинского алфавита.
Например: H, k, m, n

Чем уже поле допуска между верхним и нижним отклонениями, тем выше при прочих равных условиях степень точности, которая обозначается цифрой и называется квалитетом.

В машиностроении используют 6, 7 квалитеты, тогда обозначение будет H7 или k6.

нулевой линии, с цифрой, говорящей о степени точности – величине

Примеры обозначения на чертеже полей допусков

Основные отклонения отверстий обозначаются прописными буквами латинского алфавита, валов – строчными.

= 25
Верхнее предельное отклонение (ES): ES = +21 мкм или

Нижнее предельное отклонение (EI): EI = 0

Dmax = Dном + ES = 25 + 0,021 = 25,021 мм

Dmax = Dном + ES = 25 + 0,021 = 25,021 мм

ТD = Dmax – Dmin = 25,021 – 25 = 0,021 мм

их применять, для размеров до 500 мм

точных, так и в грубых квалитетах.
Посадки предназначены для подвижных сопряжений,

в точных квалитетах.
Они используются для передачи крутящих моментов и

Посадки с натягом предназначены для неподвижных и неразъемных соединений.

Преимущество посадок – отсутствие дополнительного крепления, что упрощает конфигурацию деталей и их сборку.

Посадки обеспечивают высокую нагрузочную способность сопряжения, которая резко возрастает с увеличением диаметра сопряжения.

восьмой.
В сопряжении могут получаться как зазоры, так и натяги.

Эти посадки используются как центрирующие посадки. Они предназначены для неподвижных, но разъемных соединений, так как обеспечивают легкую сборку и разборку соединения.

Переходные посадки требуют, как правило, дополнительного крепления соединяемых деталей шпонками, штифтами или болтами.

назначаться либо в системе
отверстия, либо в

Посадки с четвертого по седьмой квалитеты
рекомендуется образовывать путем сопряжения
отверстия на квалитет грубее, чем вал

системе отверстия основная деталь – отверстие. Поле допуска не зависит

Требуемые зазоры и натяги получаются сочетанием различных полей допусков валов (2) с полем допуска основного отверстия (1).

1

2

не зависит от посадки и определяется квалитетом и номинальным размером.

Требуемые зазоры и натяги получаются сочетанием различных полей допусков отверстий (2) с полем допуска основного вала (1).

0

2

1

слайд 53

Натяг (N): См. слайд 54
Ø 25 Н7/ r6
Nmax = dmax – Dmin = (dном + es) – Dном = 25 + 0,041 – 25 = 0,041 мм
Nmin = dmin – Dmax = (dном + ei) – (Dном + ES)
Nmin = (25 + 0,028) – (25 + 0,021) = 0,007 мм

Они воспринимают радиальные и осевые нагрузки, приложенные к валу, и

Подшипники

по виду трения, возникающего в элементах рабочих поверхностей

В зависимости от нагрузки, разделяют на

подшипники скольжения
подшипники качения

радиальные
радиально-упорные
упорные

относительного скольжения поверхности шейки вала и поверхности подшипника.
Область применения

Однако для некоторых опор преимущество отдается подшипникам скольжения.

опора (корпус)

Подшипник скольжения (втулка) из антифрикционного материала

вал

в минуту);

для тяжелонагруженных крупных валов, к

при неустановившемся движении и в период пуска и

радиальные для восприятия радиальных, то есть
перпендикулярных

В зависимости от толщины масляного слоя подшипник работает в режиме жидкостного, полужидкостного или полусухого трения.

колец с дорожками качения, тел качения (шариков или роликов) и

Область применения подшипников качения в зависимости от нагрузки:

Радиальная нагрузка – шариковые, роликовые или игольчатые подшипники

Только осевая нагрузка – упорные подшипники

Радиальная и осевая нагрузка при совместном действии – радиально-упорные шариковые или роликовые подшипники

меньший момент сил трения;
меньшие пусковые моменты;

скоростях
и нагрузках;
ограниченная способность воспринимать ударные

также колец подшипников с толщиной стенки до 12 мм обычно

соответствуют внутреннему диаметру, деленному на пять.
Обозначение подшипника состоит из

В третьей и седьмой клетках проставляется серия подшипника. Третья цифра справа обозначает серию по радиальным габаритам: особо легкая – 1, легкая – 2, средняя – 3 и тяжелая – 4, легкая широкая – 5, средняя широкая – 6.

– шариковый радиальный сферический двухрядный;
2 – роликовый радиальный с короткими

В пятой и шестой клетках проставляется конструктивная особенность подшипника, указываема я специальной литературе.

: 5 = 6);
позиция 3 – подшипник особолегкой серии;

современного оборудования используют различные машиностроительные материалы. Для изготовления деталей машин

экономичность и прочность.
Надежность – свойство изделия выполнять заданные функции,

Технологичность – соответствие изделия требованиям производства и эксплуатации при максимальной производительности труда и минимальных материальных затратах.

Жесткость – способность детали сопротивляться изменению формы под действием нагрузок.

материала, затратами на производство и эксплуатацию.
Важнейшим критерием работоспособности деталей машин

Прочностью называется способность материала оказывать сопротивление механическим усилиям.

При этом работоспособность – свойство изделия сохранять заданные функции, в соответствии с нормативно-технической документацией.

напряжений, возникающих в деталях машин при действии эксплуатационных нагрузок, с

Условие прочности рассчитываемой детали машины выражается неравенством

σ – рабочее нормальное напряжения, МПа
[σ] – допускаемое нормальное напряжение, МПа

Соответственно для касательных напряжений условие прочности имеет вид:

нагрузка, Н;
А – площадь сопротивления, мм2.
Допускаемое напряжение зависит от свойств

σпред – предельное напряжение, определяемое характером разрушения детали, Н/мм2;
[S] – допускаемый коэффициент запаса прочности для рассчитываемой детали.

поверхности пользуются различными методами упрочнения.
Состояние поверхностного слоя валов оказывает

закалка, закалка токами высокой частоты);
химико-термические методы (цементация,

поверхность при сохранении прочной и вязкой сердцевины
Цементация

насыщение поверхностного слоя

высокая твердость поверхностного слоя и сохранение пластичной сердцевины

Азотирование

насыщение поверхностного слоя стали азотом при нагревании в газообразном аммиаке, выдержка и последующее охлаждение

повышается твердость, износоустойчивость и антикоррозийные свойства

твердость, износостойкость
Покрытие поверхностей твердыми сплавами и металлами, металлизация

повышается

Поверхностно-пластическое деформирование (ППД)

повышается работоспособность и надежность изделий машиностроения, повышаются твердость и прочность поверхностного слоя, формируются благоприятные остаточные напряжения, уменьшается параметр шероховатости Ra, увеличиваются радиусы закругления вершин

технологического процесса
Обработка деталей выполняется на основе рабочего чертежа

условия изготовления детали (точность, твердость, виды обработки);
Условные обозначения допусков формы

Необходимые разрезы и сечения, позволяющие раскрыть конструктивные особенности детали.

профиля по базовой длине;
Rz – высота неровностей профиля по десяти

Чем меньше значение параметра шероховатости, тем качественнее обработана поверхность.