Просмотр: эта статья прочитана 5345 раз
Rar Выберите язык... Русский Украинский Английский
Полностью материал скачивается выше, предварительно выбрав язык
Одной из задач современной теории механизмов является изучение и систематизация громадного наследства, накопленного практическим машиностроением в виде различных механизмов, применяемых в самых разнообразных машинах, приборах и устройствах. Анализ этого материала по видам механизмов показал, что вся работа по их систематизации должна быть разбита на несколько этапов. Первый этап — сборники, включающие механизмы, применяемые в самых различных отраслях машиностроения. Следующий этап — сборники, посвященные отдельным отраслям машиностроения, например, механизмы точной механики, механизмы металлорежущих станков, механизмы авиадвигателей и т. д.
При отборе механизмов автор в основном дал схемы и описания механизмов общего назначения, или механизмов, применяемых в самых различных отраслях машиностроения. Но отдельные механизмы целевого, отраслевого направления были также включены в справочник как представляющие интерес не только для данной узкой отрасли, но и для других отраслей машиностроения. Эти механизмы выделены в отдельную подгруппу — механизмов целевых устройств. Кинематические пары и подвижные соединения даны автором не в схематическом, а в конструктивном изображении, с тем, чтобы облегчить конструктору процесс проектирования механизма. Автором был использован обширный материал на русском и иностранных языках.
С целью большей наглядности и удобства пользования настоящим справочным руководством при изображении механизмов, были взяты в основу не установленные соответствующими стандартами условные изображения звеньев и элементов кинематических: пар, а схематические обозначения, носящие пол у конструктивный характер, т. е. звенья и элементы кинематических пар изображались в виде условных стержней, ползунов, кулис и т. д., обладающих только приблизительно теми соотношениями размеров, которыми они могли бы обладать при их конструктивном оформлении.
Далее, в процессе обработки материала в большинстве случаев приходилось отказываться от точного изображения отдельных деталей механизмов, как это принято в чертежах конструкций, так как это потребовало бы введения в чертеж ряда дополнительных частностей, имеющих важное конструктивное значение, но затемняющих основное восприятие той формы движения, которая данным механизмом может быть воспроизведена. Особенно это относится к деталям рам, подшипников, стоек, к упорным кольцам, втулкам и т. д. Более того, некоторые условности, применяемые в современных чертежах конструкций в части разрезов, проекций, штриховки, изображения резьб, пунктиров и т. д., не всегда принимались во внимание, так как строгое их соблюдение нанесло бы ущерб ясности восприятия читателями кинематики и структуры механизмов.
Пример расчета прямозубой цилиндрической передачи
Пример расчета прямозубой цилиндрической передачи. Выполнен выбор материала, расчет допускаемых напряжений, расчет на контактную и изгибную прочность.
Пример решения задачи на изгиб балки
В примере построены эпюры поперечных сил и изгибающих моментов, найдено опасное сечение и подобран двутавр. В задаче проанализировано построение эпюр с помощью дифференциальных зависимостей, провелен сравнительный анализ различных поперечных сечений балки.
Пример решения задачи на кручение вала
Задача состоит в проверке прочности стального вала при заданном диаметре, материале и допускаемых напряжениях. В ходе решения строятся эпюры крутящих моментов, касательных напряжений и углов закручивания. Собственный вес вала не учитывается
Пример решения задачи на растяжение-сжатие стержня
Задача состоит в проверке прочности стального стержня при заданных допускаемых напряжениях. В ходе решения строятся эпюры продольных сил, нормальных напряжений и перемещений. Собственный вес стержня не учитывается
Применение теоремы о сохранении кинетической энергии
Пример решения задачи на применение теоремы о сохранение кинетической энергии механической системы
Определение скорости и ускорения точки по заданным уравнениям движения
Пример решение задачи на определение скорости и ускорения точки по заданным уравнениям движения
Определение скоростей и ускорений точек твердого тела при плоскопараллельном движении
Пример решения задачи на определение скоростей и ускорений точек твердого тела при плоскопараллельном движении
Определение усилий в стержнях плоской фермы
Пример решения задачи на определение усилий в стержнях плоской фермы методом Риттера и методом вырезания узлов
Применение теоремы об изменении кинетического момента
Пример решения задачи на применение теоремы об изменении кинетического момента для определения угловой скорости тела, совершающего вращение вокруг неподвижной оси.
1.1. Структура машин и механизмов
Большинство современных машин создается по схеме:
Машина – устройство, осуществляющее механические движения, необходимые для выполнения рабочего процесса с целью замены или облегчения физического и умственного труда человека.
Механизм является составной частью машины и представляет собой совокупность взаимосвязанных деталей и узлов, обеспечивающих выполнение заданных функций.
Привод состоит из двигателя и передаточного механизма. Он предназначен для обеспечения кинематических и силовых характеристик исполнительного механизма.
Передаточный механизм предназначен для передачи энергии от двигателя к исполнительному механизму с преобразованием вида и направления движения, а также изменения кинематических и силовых характеристик.
Исполнительный механизм предназначен для выполнения непосредственно рабочего процесса (обработка, транспортировка, перемешивание и др.).
1.2. Простые передачи. Основные характеристики
и расчетные зависимости
Необходимость введения передаточного механизма обусловлена способностью выполнения им различных функций:
Передача энергии (мощности);
Преобразование (уменьшение или увеличение) сил или моментов сил;
Преобразование (уменьшение или увеличение) скорости движения звеньев;
Преобразование вида движения (вращательное в поступательное или наоборот) и изменение направления движения;
Разделение потоков движения от двигателя к нескольким исполнительным органам рабочей машины.
Среди передаточных механизмов широкое применение получили передачи вращательного движения , которые можно разделить на две основные группы:
Передачи, основанные на использовании сил трения (фрикционные, ременные);
Передачи, основанные на использовании зацепления (зубчатые, червячные, винтовые, цепные).
Рассмотрим простые передачи зацеплением, каждая из которых содержит два подвижных звена (валы с закрепленными на них зубчатыми колесами), совершающих вращательное движение, и одно неподвижное звено (опоры валов). На рис. 1.1 представлен внешний вид передач и варианты изображения на структурных схемах.
| Коническая передача |
| Червячная передача |
Цилиндрические передачи характеризуются параллельным расположением осей зубчатых колес а и b и отличаются расположением зацепления: с внешним зацеплением и с внутренним зацеплением. В конической передаче оси зубчатых колес а и b пересекаются . В червячной передаче оси червяка а и червячного колеса b перекрещиваются .
Основной кинематической характеристикой передаточных механизмов является передаточное отношение U , которое представляет собой соотношение угловых скоростей w или частот вращения n входного (ведущего) а и выходного (ведомого) b звеньев. При этом обозначение передаточного отношения имеет два индекса, указывающие направление передачи движения от звена а к звену b :
.
Частота вращения n связана с угловой скоростью w соотношением:
, об/мин.
Передачи, уменьшающие скорость вращения, называются редукторами . В них передаточное отношение реализуется за счет соотношения диаметров d или числа зубьев Z ведомого b и ведущего а зубчатых колес в зацеплении:
.
Таким образом, редукторы уменьшают скорость вращения в передаточное число раз за счет соотношения чисел зубьев зацепляемых колес:
.
При этом ведущее зубчатое колесо в цилиндрических и конических передачах, имеющее меньшее число зубьев, называют шестерней , а ведомое – колесом .
Вращающий момент в редукторах увеличивается в передаточное число раз с учетом потерь на трение, оцениваемых коэффициентом полезного действия η :
.
Коэффициент полезного действия (h) – это отношение полезной мощности Р n на выходном звене, расходуемой на реализацию полезной работы в производственном или технологическом процессе, к мощности на входном звене, затраченной двигателем :
.
КПД учитывает потери мощности на преодоление сил трения в кинематических парах и является важным критерием оценки эффективности использования энергии и технического совершенства механизма.
При решении задач можно использовать следующие значения КПД для различных передач: цилиндрическая – η = 0,97; коническая – η = 0,96; червячная – η = 0,95 (1 – U / 200), где U – передаточное отношение в червячной передаче.
1.3. Многоступенчатые передаточные механизмы
При необходимости реализации передаточного отношения, величина которого превышает рекомендуемые пределы для отдельных передач, используют последовательное расположение передач (ступеней) в передаточном механизме.
В этом случае общее передаточное отношение (U общ) и общий КПД (h общ) многоступенчатого передаточного механизма определяют как произведение передаточных отношений и КПД всех его ступеней (передач):
,
где m – количество ступеней в механизме.
Передаточное отношение одной или группы ступеней m – ступенчатого механизма характеризует способность изменять частоту вращения n и вращающий момент Т при передаче движения между ведущим i и ведомым k звеньями рассматриваемой части механизма:
.
Полезную мощность на выходном валу механизма (Р вых , Вт) рассчитывают по зависимости:
,
где Т вых , Нм и n вых , об / мин – соответственно вращающий момент и частота вращения выходного вала механизма.
Требуемую (расчетную) мощность двигателя () определяют с учетом потерь в узлах трения механизма:
По расчетной мощности и частоте вращения подбирают по каталогу стандартный электродвигатель, имеющий ближайшее большее значение мощности .
1.4. Примеры решения задач
Задача 1.
Провести структурный, кинематический и силовой анализ изображенного на рис. 1.2 привода, содержащего электродвигатель и редуктор.
Заданы параметры :
– числа зубьев , , , , , ;
– частота вращения вала двигателя об/мин;
– вращающий момент на выходном валу редуктора Нм.
Решение
Структурный анализ. Трехступенчатый передаточный механизм образован путем последовательного присоединения трех отдельных передач.
Первая ступень – цилиндрическая передача с внешним зацеплением; оси шестерни 1 и колеса 2 параллельны.
Вторая ступень – коническая передача; оси шестерни 3 и колеса 4 пересекаются.
Третья ступень – червячная передача; оси червяка 5 и червячного колеса 6 перекрещиваются.
Оси входного I и выходного IV валов перекрещиваются.
Кинематический анализ.
– первой ступени: 
;
– второй ступени: 
;
– третьей ступени: 
;
– механизма: .
Определяем частоту вращения каждого вала механизма, учитывая, что зубчатые колеса закреплены на валах и имеют с ними одинаковые скорости:
Об/мин (по условию задачи);
об/мин;
об/мин;
об/мин.
Силовой анализ. Определяем вращающие моменты на каждом валу:
Нм (по условию задачи);
Нм.
КПД червячной передачи определяем по зависимости:
Нм;
Нм.
Таким образом, частота вращения валов уменьшается ступенчато в передаточное число раз ( об/мин; об/мин; об/мин; об/мин), а вращающие моменты увеличиваются (с учетом КПД) в передаточное число раз ( Нм; Нм; Нм; Нм).
Рассчитываем полезную мощность по выходному валу редуктора:
Вт = 2,5 кВт.
Требуемая (расчетная) мощность двигателя:
кВт,
По каталогу подбираем стандартный электродвигатель 4А100S4 с частотой вращения об/мин и мощностью кВт.
Задача 2. Провести кинематический анализ привода (см рис. 1.2 в задаче 1), используя другие исходные данные.
Заданы параметры:
– числа зубьев: , , , ;
– частота вращения вала двигателя: об/мин;
– частота вращения вала III редуктора: об/мин.
Решение
Определяем передаточные отношения:
– первой ступени: 
;
– третьей ступени: 
;
– общее передаточное отношение первой и второй ступеней:
;
– передаточное отношение второй ступени определяем, учитывая, что 
:
;
– всего механизма: .
Определяем частоту вращения каждого вала механизма:
Об/мин (по условию задачи);
об/мин;
об/мин (по условию задачи);
об/мин.
Таким образом, редуктор уменьшает частоту вращения вала двигателя в 120 раз (с 3000 об/мин до 25 об/мин), изменяя её ступенчато: в первой ступени в 3 раза (с 3000 об/мин до 1000 об/мин), во второй ступени в 2 раза (с 1000 об/мин до 500 об/мин) и в третьей ступени в 20 раз (с 500 об/мин до 25 об/мин).
Контрольные вопросы
1. Что такое привод, передаточный механизм, исполнительный механизм? Для чего они предназначены?
2. Какие функции может выполнять передаточный механизм?
3. Назовите простые передачи зацеплением и нарисуйте их структурные схемы. Какое взаимное расположение осей ведущего и ведомого звеньев характерно для каждой из передач?
4. Что такое передаточное отношение? Как оно характеризует передаточный механизм?
5. Что такое редуктор? Какие функции передаточного механизма он может выполнять? Как требуемое передаточное отношение реализуется в редукторах? Изобразите на схеме: цилиндрический редуктор с передаточным отношением ; конический редуктор с .
6. Составьте все возможные зависимости, по которым можно рассчитать передаточное отношение.
7. Что такое коэффициент полезного действия (КПД)? Как он характеризует передаточный механизм? Какие эксплуатационные параметры рассчитывают с учетом КПД?
8. Для чего предназначены многоступенчатые передаточные механизмы? Как определить общее передаточное отношение и общий КПД?
9. Решите задачу. Провести структурный, кинематический и силовой анализ изображенного на рис. 1.3 редуктора.
Заданы параметры:
– числа зубьев , , , ;
– частота вращения валов
– вращающий момент
|
Определите:
а) количество ступеней в механизме;
б) тип передачи в каждой ступени;
в) передаточное отношение каждой ступени;
г) частоту вращения валов I и II;
д) вращающий момент на валах I, III, IV;
е) общее передаточное отношение;
ж) общий КПД;
з) мощность полезную и затраченную;
и) расположение осей входного I и выходного IV валов.
Ответы: а) 3; б) 1-Ч, 2-К, 3-Ц; в) 15, 2, 4; г) 200 и 100; д) 10, 253, 983; е) 120; ж) 0,82; з) 2,57 и 3,14; и) перекрещиваются.
2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ СТАТИКИ
2.1. Сила и момент силы.
Пара сил и момент пары сил
Статика – это раздел механики, в котором изучают условия равновесия звеньев механизма под действием сил.
Сила (F , Н) – мера механического взаимодействия твердых тел. Силу представляют в виде вектора , действие которого характеризуется точкой приложения (например, т. А), направлением по линии действия и величиной F (рис. 2.1).
Рис. 2.1 Рис. 2.2
Пара сил (рис. 2.2) – система параллельных сил (), равных по модулю (F 1 = F 2) и направленных в противоположные стороны ().
Момент силы
( , Нм) относительно точки (например т. О
) – это произведение численной величины силы F
на плечо h
– кратчайшее расстояние от точки до линии действия силы (см. рис. 2.1): 
Момент пары сил(сосредоточенный момент)
(m, Hм)
определяется как произведение величины одной из сил на плечо пары h –
расстояние между линиями действия сил (см. рис. 2.2):
.
|
Вращающий момент (Т, Нм) – момент силы, действие которого сопровождается поворотом звена (рис. 2.4, а ).
Изгибающий момент (М,Нм) – момент силы, действие которого сопровождается изгибом звена (рис. 2.4, б ).
2.2. Связи и их реакции
Любой элемент конструкции или звено механизма является несвободным телом, перемещения которого в пространстве ограничивают другие тела, называемые связями . Связь, препятствующая перемещению несвободного тела, действует на него силой, называемой реакцией связи .
Направление реакций связей определяют на основании следующих правил:
1. Реакция связи прикладывается в точке контакта соприкасающихся поверхностей и направлена в сторону, противоположную тому направлению, в котором ограничивается перемещение.
2. Если связь ограничивает перемещение одновременно по нескольким направлениям, то направление реакции неизвестно и ее представляют в виде составляющих, направленных вдоль осей выбранной системы координат.
Рассмотрим направление реакций для основных видов связей (рис. 2.5).
Контакт гладких поверхностей (рис. 2.5, а ). Реакция направлена по общей нормали к соприкасающимся поверхностям.
Контакт гладких поверхностей с угловыми точками и заострениями (рис. 2.5, б ). Реакция направлена по нормали к гладкой поверхности.
Нерастяжимая нить (рис. 2.5, в ). Реакции и направлены вдоль нитей к точкам подвеса.
Шарнирно-подвижная опора (рис. 2.5, г ). Реакция перпендикулярна опорной поверхности.
Шарнирно-неподвижная опора (рис. 2.5, д ). Направление реакции неизвестно. Представлена в виде неизвестных составляющих и .
Жесткая заделка (рис. 2.5, е ). В такой опоре может быть три составляющих реакции: , и опорный момент .
2.3. Условия равновесия плоской системы сил
Твердое тело находится в состоянии равновесия, если оно неподвижно относительно рассматриваемой системы отсчета.
Для равновесия твердого тела под действием произвольной системы сил необходимо и достаточно, чтобы главный вектор и главный момент этой системы относительно любой точки О тела были равны нулю:
Главный вектор системы сил равен геометрической сумме всех сил системы:
Главный момент системы сил равен сумме моментов всех сил относительно выбранного центра приведения 0:
.
В результате условия равновесия имеют вид:
.
При решении практических задач используется аналитический метод решения векторных уравнений, согласно которому проекция суммы векторов на какую-либо ось равна сумме проекций слагаемых векторов на ту же ось .
В связи с этим представленные выше условия равновесия для плоской системы сил могут быть записаны в виде трех независимых уравнений равновесия твердого тела относительно прямоугольной системы координат XY:
.
Твердое тело находится в равновесии, если алгебраическая (с учетом знака) сумма проекций всех сил на каждую из координатных осей равна нулю и алгебраическая сумма моментов всех сил относительно любой точки О плоскости XY равна нулю.
Для определения величины и направления реакции связи необходимо произвести следующие действия:
1) заменить внешние связи на их реакции, изобразив на силовой схеме их возможное направление;
2) из уравнений равновесия системы сил определить величину неизвестных реакций;
3) если в результате вычислений какая-либо реакция получается отрицательной, нужно изменить на схеме ее направление на противоположное;
4) произвести контрольную проверку правильности определения реакций как по величине, так и по направлению, используя дополнительно одно из уравнений равновесия, например уравнение моментов относительно не рассматриваемой ранее точки плоскости.
При составлении уравнений равновесия удобно использовать следующие положения:
– проекция вектора силы на ось равна произведению модуля (величины) силы на косинус угла между линией действия силы и осью, взятому со знаком плюс, если направления вектора и оси совпадают, или минус, если они противоположны:
– момент силы берется со знаком плюс, если он действует в направлении движения часовой стрелки, и со знаком минус, если наоборот.
2.4. Пример решения задач
Задача. На рис. 2.6 изображена балка на двух шарнирных опорах А и С, нагруженная плоской системой внешних сил и моментов:
Н; Н; Нм;
Размеры участков балки:
Требуется определить величину и направление векторов реакций опор и .
Решение
Изобразим на силовой схеме предположительное направление реакций опор и – оба вектора направлены вверх.
Определим величину и направление реакций и , используя уравнения равновесия плоской системы сил.
Составим уравнение моментов сил относительно опоры С , считая действие момента по направлению движения часовой стрелки положительным (со знаком «плюс»):
Реакция = 400 Н , направлена вниз.
Составим уравнение проекций всех сил на вертикальную ось Y , считая направление вектора вверх положительным (со знаком «плюс»):
Знак «минус» свидетельствует о неправильно выбранном направлении . Меняем на схеме направление вектора на противоположное.
Реакция = 200 Н , направлена вниз.
Проверяем правильность решения, используя дополнительное уравнение моментов сил относительно любой неопорной точки, например точки В :
Полученный в результате вычислений «ноль» свидетельствует о правильности определения реакций и как по величине, так и по направлению.
Контрольные вопросы
1. Дайте определение силы. Чем характеризуется действие силы?
2. Как определить момент силы относительно точки?
3. Дайте определение пары сил. Как найти момент пары сил? Как он обозначается на схемах?
4. Дайте определение вращающего и изгибающего моментов.
5. Что называется связью, реакцией связи?
6. Сформулируйте правила определения направления реакций связей.
7. Что называется главным вектором и главным моментом системы сил? Как они определяются?
8. Сформулируйте условия равновесия плоской системы сил; напишите уравнения равновесия.
9. Решите задачу. На рис. 2.7 изображена балка на двух шарнирных опорах В и D, нагруженная силами Н, Н и сосредоточенным моментом Нм. Размер м. Определить величину и направление реакций опор и и произвести проверку.
Ответ: Н, направлена вверх; Н, направлена вниз.
3. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
СОПРОТИВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ
3.1. Прочность, жесткость, устойчивость
Работоспособность конструкции зависит от прочности, жесткости и устойчивости составляющих ее элементов.
Прочность – способность конструкции и ее элементов воспринимать нагрузку без разрушения.
Жесткость – способность конструкции и ее элементов сопротивляться деформации, то есть изменению первоначальной формы и размеров под действием нагрузок.
Устойчивость – способность конструкции и ее элементов сохранять начальную форму упругого равновесия.
Большинство деталей механизмов рассчитывают на прочность, решая три основные задачи:
Определение рациональных размеров;
Определение безопасных нагрузок;
Выбор наиболее подходящих материалов.
При этом реальную конструкцию заменяют расчетной схемой, а результаты расчетов проверяют экспериментально.
3.2. Метод сечений. Внутренние силовые факторы
Внешние силы
, действующие на элементы конструкций, разделяют на активные (нагрузки) и реактивные (реакции связей). Они вызывают появление внутренних сил
сопротивления. Если внутренние силы превзойдут силы сцепления отдельных частиц материала, произойдет разрушение данного элемента конструкции. Следовательно, для оценки прочности изучаемого объекта необходимо знать внутренние силы и закон их распределения по объекту. Для решения этих задач используют метод сечений
. Рассмотрим в равновесии элемент конструкции произвольной формы (рис. 3.1), нагруженный системой внешних сил 
. В любом сечении этого элемента будут действовать внутренние силы, которые необходимо определить. Для этого мысленно рассечем рассматриваемый объект произвольно выбранным сечением на две части: А и Б.
На каждую из этих частей будут действовать внешние силы и и внутренние силы в сечении , уравновешивающие действие отсеченной части:
; 
.
Следовательно, внутренние силы, возникающие в рассматриваемом сечении, равны сумме внешних сил, действующих на одну из отсеченных частей.
Откройте крышку пружинных часов: сколько там различных колесиков, рычагов и других деталей, образующих сложную систему! Все детали совершают определенные, взаимосвязанные движения, в результате которых энергия, накопленная пружиной, преобразуется в движение стрелок. Такая система деталей называется часовым механизмом .
Существует множество разновидностей механизмов, но все они имеют одно назначение - преобразовывать движение одних твердых тел в движение других твердых тел. Если в этом преобразовании участвует жидкость, механизм называется гидравлическим, если воздух - пневматическим.
Простейший механизм - передаточный - передает движение электрического двигателя водяному насосу . Рабочее колесо насоса должно вращаться с той же частотой и в том же направлении, что и вал двигателя. В этом случае достаточно поставить насос рядом с двигателем и соединить их валы между собой. Это делают при помощи муфт.
Если в процессе работы необходимо разъединить машины на ходу, применяются более сложные соединения - гидравлические, фрикционные или магнитные муфты. В первом случае передача вращения происходит за счет сил жидкостного сцепления, во втором - за счет силы трения, а в третьем - за счет силы магнитного притяжения, возникающего при протекании электрического тока по обмоткам муфты. Иногда соединяемые части машин находятся на некотором расстоянии друг от друга и оси валов не совпадают. В этом случае используют вал с карданными шарнирами (карданный вал) или гибкий вал - трос.
Следующая группа устройств для передачи вращательного движения - ременные и цепные передачи. В отличие от предыдущих они позволяют получать различные частоты вращения. Частоты вращения ведущего и ведомого валов в таких передачах связаны простой зависимостью:
частота вращения ведомого вала
частота вращения ведущего вала
диаметр ведущего шкива
диаметр ведомого шкива
Иными словами, если нужно, чтобы ведомый вал вращался медленнее ведущего, следует поставить на нем шкив большего диаметра, чем на ведущем, и наоборот. Отношение диаметра ведущего шкива к диаметру ведомого называется передаточным отношением. (Для цепной передачи диаметры шкивов в формуле надо заменить числом зубьев ведущей и ведомой звездочек.) В некоторых машинах цепные передачи служат еще и частью рабочего органа. Например, ковши землечерпательного снаряда и зубья врубовой машины крепятся непосредственно на цепи и перемещаются вместе с нею.
Хотя ременные передачи наиболее просты, в машиностроении более широко распространены зубчатые передачи. Еле различимые глазом зубчатые колесики отсчитывают время в наручных часах, а гигантские зубчатые колеса диаметром в несколько метров поднимают огромные щиты в шлюзах, поворачивают стрелы экскаваторов и подъемных кранов.
У обычных зубчатых передач есть одна особенность - зубчатое колесо не может иметь меньше 6 зубьев, иначе не будет соблюдено условие плавного и надежного зацепления. Отсюда и произошло слово «шестерни», которым часто в обиходе называют зубчатые колеса. Минимальное число зубьев - 6, а максимальное - сколько угодно. Ведь длинная зубчатая рейка - это тоже своего рода зубчатое колесо с бесконечно большим диаметром.
В тех случаях, когда для изменения частоты вращения оказывается недостаточным передаточное отношение одной пары колес, применяют несколько пар зубчатых колес. Такой механизм, заключенный в отдельный корпус, называют редуктором .
С изменяемым передаточным отношением называют коробками скоростей или коробками передач. Они передают движение, например, от двигателя автомобиля к его колесам, изменяя при этом частоту их вращения.
Как бы хорошо ни были изготовлены зубья цилиндрических зубчатых колес, при их зацеплении неизбежно происходят удары, отчего они быстро изнашиваются. Поэтому в передачах, испытывающих большие нагрузки, применяют косозубые и шевронные зубчатые колеса. Зацепление зубьев у таких колес происходит плавно, без ударов. Конические зубчатые передачи передают вращение между валами, расположенными под углом 90°.
Еще один вид передач вращательного движения - червячная передача .
Червячные редукторы могут иметь весьма большие передаточные отношения. Червячная передача передает вращение между скрещивающимися валами.
Рабочие органы и вспомогательные устройства многих машин совершают возвратно-поступательное движение, а вал двигателя - вращательное. Поэтому существуют передачи, преобразующие вращательное движение в возвратно-поступательное движение, и наоборот.
Таковы основные виды механических передач, применяемые в современных машинах . Но не всегда механические передачи отвечают требованиям современной техники.
Так, коробка скоростей , состоящая из зубчатых передач, позволяет изменять частоту вращения только ступенями. А вот гидравлическая коробка скоростей обеспечивает плавное изменение частоты вращения в широких пределах. Она состоит из насоса и турбины. Насос закреплен на ведущем валу, а турбина - на ведомом. При работе насос подает масло на лопатки турбины и заставляет ее вращаться. Если все масло из насоса идет на турбину, она вращается с максимальной частотой. Но вот мы приоткрыли кран. Часть масла пошла в обход турбины, и частота ее вращения уменьшилась. Чем больше открыт кран, тем медленнее вращается турбина. А если все масло будет проходить мимо турбины, она совсем остановится. Следовательно, регулируя подачу масла, можно плавно изменять частоту вращения турбины. Такие гидравлические передачи применяются на металлорежущих станках, в автомобилях.
механические устройства, облегчающие труд и повышающие его производительность. Машины могут быть разной степени сложности от простой одноколесной тачки до лифтов, автомобилей, печатных, текстильных, вычислительных машин. Энергетические машины преобразуют один вид энергии в другой. Например, генераторы гидроэлектростанции преобразуют механическую энергию падающей воды в электрическую энергию. Двигатель внутреннего сгорания преобразует химическую энергию бензина в тепловую, а затем в механическую энергию движения автомобиля (см. также ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ; ДВИГАТЕЛЬ ТЕПЛОВОЙ; ТУРБИНА). Так называемые рабочие машины преобразуют свойства или состояние материалов (металлорежущие станки, транспортные машины) либо информацию (вычислительные машины).
Машины состоят из механизмов (двигательного, передаточного и исполнительного) многозвенных устройств, передающих и преобразующих силу и движение. Простой механизм, называемый полиспастом (см . БЛОКИ И ПОЛИСПАСТЫ), увеличивает силу, приложенную к грузу, и за счет этого позволяет вручную поднимать тяжелые предметы. Другие механизмы облегчают работу, увеличивая скорость. Так, велосипедная цепь, входящая в зацепление со звездочкой, преобразует медленное вращение педалей в быстрое вращение заднего колеса. Однако механизмы, увеличивающие скорость, делают это за счет уменьшения силы, а увеличивающие силу за счет уменьшения скорости. Увеличить одновременно и скорость и силу невозможно. Механизмы могут также просто изменять направление силы. Пример блок на конце флагштока: чтобы поднять флаг, тянут за шнур вниз. Изменение направления может сочетаться с увеличением силы или скорости. Так, тяжелый груз можно приподнять, нажимая на рычаг вниз.
Попов С.А. Курсовое проектирование по теории механизмов и машин . М., 1986
Раздел:
Короткий путь http://bibt.ru
СВЕДЕНИЯ О МЕХАНИЗМАХ, МАШИНАХ И ДЕТАЛЯХ МАШИН
§ 26. ПОНЯТИЕ О МАШИНЕ И МЕХАНИЗМЕ.
Машина - сочетание механизмов, осуществляющих определенные целесообразные движения для выполнения определенной работы или преобразования энергии. Машины, преобразующие один вид энергии в другой, называют двигателями, например, электрические, гидравлические, пневматические. Машины, преобразующие размеры, форму, свойства материала называют машинами-орудиями или рабочими машинами. К ним относят металлорежущие, деревообрабатывающие, текстильные станки, транспортные устройства и т. д.
Круглошлифовальный станок выполняет полезную работу, шлифуя детали. Электродвигатели дают энергию, обеспечивающую вращение шлифовального круга, прямолинейное движение стола с деталью.
Каждая машина состоит из совокупности механизмов.
Механизм - совокупность подвижно соединенных между собой тел (звеньев), совершающих заранее заданные движения под действием приложенных сил.
В шлифовальных станках широко распространены механизмы, передающие движения: ременные, зубчатые, червячные и др.