І. Загальна характеристика і класифікація зубчатих передач приладів

ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

«Затверджено»

на засіданні кафедри комп’ютеризованих та

інформаційних технологій у приладобудуванні

протокол № 7 від «28»грудня 2006 р.

Тираж 50 екземплярів

Вимогам, що ставляться до

навчально-методичної літератури,

відповідає

Зав. кафедри В.М. Шарапов

ПОСІБНИК З МетодиКИ ВИКОНАННЯ РОЗРАХУНКІВ

ДО КУРСОВОГО ПРОЕКТУ

З ДИСЦИПЛІНИ

"ОСНОВИ КОНСТРУЮВАННЯ ЕЛЕМЕНТІВ ПРИЛАДІВ"

для студентів спеціальності 6090900 “ПРИЛАДИ”

всіх форм навчання

Весь цифровий і фактичний матеріал та бібліографічні відомості перевірено. Зауваження рецензентів враховано.

Зав. кафедри В.М. Шарапов

Укладачі: І.С. Задорожний,

В.М. Шарапов

В.І. Задорожний

Відповідальний редактор В.М. Шарапов

ЧЕРКАСИ, ЧДТУ 2007

Посібник з методики виконання розрахунків до курсового проекту з дисципліни "Основи конструювання елементів приладів", для студентів спеціальності 6090900 "Прилади" та спеціальності 6090905 “Медичні прилади та системи” усіх форм навчання /Укл.: І.С. Задорожний, В.М. Шарапов, В.І. Задорожний. /Черкаси: ЧДТУ, 2007. - 49 с.

Автори: І.С. Задорожний, д.т.н., професор,

В.М. Шарапов, д.т.н., професор

В.І. Задорожний, к.т.н., доцент.

Рецензенти:

Мусієнко М.П., д.т.н., професор

Затверджено Методичною радою університету як посібник з методики виконання розрахунків до курсовго проекту з дисципліни “Основи конструювання елементів приладів” студентами спеціальності 6090900 “Прилади” та спеціальності 6090905 “Медичні прилади та системи” усіх форм навчання, протокол N 7 від 28 грудня 2006 року.

© ЧДТУ

© І.С. Задорожний,

© В.М. Шарапов,

© В.І. Задорожний

ЗМІСТ

Вступ 4

1. Загальна характеристика і класифікація зубчатих

передач приладів 4

2. Показники зубчатих передач приладів 9

3.Визначення передаточного числа редуктора 12

4. Розробка зубчатих коліс на тривкість 22

5. Визначення моментів навантаження і визначення к.к.д. редуктора 30

6. Розрахунки редуктора на точність 35

7. Перелік рекомендованої літератури 45

Додатки 48

ВСТУП

Вивчення курсу «Основи конструювання елементів приладів" пов'язано з виконанням курсового проекту. Основним напрямом створенням сучасних виробів, комплексів і комплектів є їх автоматизація, що вимагає застосування електромеханічних, гідравлічних або пневматичних приводів з програмними задаючими пристроями, слідкуючими системами або напівавтоматичними приводами. В цій методиці виконання розрахунків до курсовго проекту приведені методики розрахунку, проектування і конструювання електромеханічних вузлів і складальних одиниць, що містять електричні двигуни і редуктори. Перед виконанням робіт студенти повинні ознайомитися з літературою, що рекомендується, оскільки методична допомога дає тільки конспективний виклад матеріалу.

І. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА І КЛАСИФІКАЦІЯ ЗУБЧАТИХ ПЕРЕДАЧ ПРИЛАДІВ

Підвищення терміну служби і вдосконалення приладів і засобів автоматизації значною мірою пов'язано з якістю вживаних зубчатих передач.

Приладові зубчаті передачі (ПЗП) знайшли широке застосування в різних приладах точної механіки, радіоелектронній апаратурі авіаційному приладобудуванні і т.п. Вони є найбільш поширеними передавальними механізмами приладів і комплексів для вимірювання механічних величин.

Протягом всього періоду експлуатації зубчаті передачі повинні зберігати задану точність передачі вхідного сигналу, оптимальну жорсткість, надійність і міцність всіх деталей і вузлів передачі. Таким чином, вже на стадії проектування ПЗП висуваються наступні вимоги:

Кінематичні - забезпечення постійного передавального числа кожної пари зубчатих коліс в будь-який період роботи передачі протягом всього часу використовування;

Технологічні - простота виготовлення зубчатих колеса і всієї передачі в цілому високопродуктивними способами.

Експлуатаційні - точність, надійність і жорсткість передачі протягом заданого періоду функціонування, зносостійкість, високий коефіцієнт корисної дії (ККД), компактність, плавність роботи, малий шум і ін.

Зубчаті передачі приладів доцільно класифікувати за наступними ознаками [l]:

- джерелу енергії,

- передавальному механізму,

- типу його конструктивного виконання,

- функціональному призначенню.

За першою ознакою ПЗП ділять на три групи:

а) ті, що приводяться в обертання електродвигуном;

6) ті, що приводяться в обертання генератором (пружинним двигуном, гідро- і електродвигуном і ін.);

в) ті, що приводяться в обертання вручну (в ланцюгах ручної настройки радіоапаратури, ручного введення математичних величин в обчислювальні пристрої).

За конструктивними особливостями ПЗП діляться на підвищуючі передачі (мультиплікатори), знижують передачі (редуктори), змішані (що мають знижуючі і підвищуючі зубчаті передачі), коробки швидкостей (передач). Останні зустрічаються в зубчатих механізмах досить рідко, але мають свою специфіку і тому виділені в окрему групу.

В приладобудуванні у зв'язку з необхідністю мати в редукторах великі передавальні числа застосовують багатоступеневі зубчаті передачі. Серед схем багатоступеневих передач найбільше розповсюдження отримали прості ступеневі редуктори. Вони характеризуються технологічністю конструкції, зручністю в експлуатації, мають відносно велике значення ККД, відрізняються можливістю забезпечення високої точності передачі.

За типом виконання ПЗП бувають закритими, відкритими і комбінованими (закриті механізми, що мають додатково відкриті передачі). Відкриті ПЗП звичайно встановлюють в корпусах приладів і пристроїв. До них відносяться редуктори однокорпусної конструкції, на одній загальній платні, двухплатні і багатоплатні. Закриті ПЗП поміщають в герметичний простір корпусу, який забезпечує щільну стиковку корпусних деталей. Корпус може бути литим, зварним або коробчатим.

За функціональним призначенням П3П можуть бути класифіковані на три основні групи: кінематичні, відлікові і силові.

Кінематичні П3П служать в основному для передачі руху і для зміни швидкостей в точних механізмах. До них виставляють вимоги відносно плавності обертання, високого ККД і мінімальних величин моментів опору.

Відлікові ПЗП - призначені для відображення положення основного каналу у вигляді кількісних шкал, або відліку його, а також для передачі різних сигналів в слідячих системах. До них пред'являють високі вимоги до точності параметрів виходу (кінематичної похибки, плавності робота, мінімального сумарного мертвого ходу).

Силові П3П - служать для передачі значних моментів навантажень. До них пред'являють в основному вимоги міцності зубів зубчатих коліс, які несуть значні навантаження. Питання точності в таких передачах має другорядне значення.

До зубчатих передач приладів слід віднести і механізми, які можна віднести одночасно до двох функціональних груп (відліково-кінематичних, відліково-силових і ін.). Таким чином, класифікаційну структуру зубчатих передач приладів за функціональним призначенням можна показати на рис. І.

Найбільше розповсюдження в приладобудуванні найшли кінематичні і відлікові ПЗП.

Але тривалості роботи ПЗП можна підрозділити на:

- механізми тривалого терміну функціонування, для яких час експлуатації t >10ОО г (механізми різних приладів для вимірювання механічних величин, механізми приводу антен, слідячих систем і дистанційних передач, механізми авіаційних приладів і ін.);

Рис. 1. Класифікація ПЗП за функціональним призначенням і тривалості функціонування

- передачі середньої тривалості функціонування, для яких час роботи t > 100 ч (механізми різних відлікових пристроїв і т.п.;

- редуктори короткочасного терміну функціонування, для яких тривалість функціонування t < 100 г.

По типу профілю зуба зубчаті колеса можна розділити на:

- циліндричні прямозубі,

- циліндрчніі косозубі (шевронні),

- конічні, черв'ячні,

- шарикові,

- гвинтові,

- шарико-гвинтові, хвильові,

- зубчаті рейки і ін.

Особливостями приладових зубчатих передач є невеликий модуль зубчатих коліс (m= 0,3 + І мм), незначні габаритні розміри і невеликі потужності (від І Вт до 1,5 кВт) [2, 3]. Діапазон швидкостей ведучого валу лежить в межах n> 1000 об/хв. Як правило, ПЗП працюють в режимах реверсу з частими пусками і зупинками.

Модуль зубчатого зачіпляє є головною геометричною характеристикою передачі. По його величині судять про геометричні кінематичні параметри всій ПЗП. Зуби з мало модулем мають зменшену величину активного профілю і застосовуються в основному для точних кінематичних передач з діючими незначними зусиллями. Якщо величина моменту опору для приладобудування дорівнює великих значень, тo застосовують модулі 0,5 < m > 1,0 мм.

На підставі аналізу літературних даних [І, 2, 3, 4] було встановлено, що питома вага модулів в приладобудуванні така: близько 7% припадає на частку m < І мм; 17% - модуль m - 0,3 мм; 9% - модуль m = 0,6 мм; 46% - модуль m = 0,5 мм; 19% - модуль m = 0,3- 0,4 мм.

За даними технічної літератури [1, 3, 4] в приладобудуванні якнайменше число зубів зубчатих колесах, що ведуть рівно z1 > 17-20, а найбільша кількість зубів ведомих зубчатих коліс складає z £ 250. Ширина зубчатих коліс вибирається в межах (5+10) мм [4]. Причому, менше значення ширини вибирається при малих навантаженнях на передачу і низькій точності виготовлення зубів. Ступені точності коліс і модуль призначаються згідно ГОСТ. Так для модулю m < І мм ступінь точності вибирають за ГОСТ 9178-72; а при модулі m > І мм - за ГОСТ 1643-72. Для точних кінематичних ланцюгів ПЗП рекомендують застосовувати колеса виготовлені за 5, 6, 7 ступенями точності [1, 3, 4]. В приладобудуванні для передач які розташовані ближче до електродвигуна (швидкісні) рекомендують 6 ступінь точності, а для послідуючих пар коліс - 7 ступінь точності. Призначення більш високого ступеня точності повинне супроводитися попереднім обгрунтування і розрахунками на точність.

Шорсткість поверхні зубів зубчатих коліс рекомендується вибирати не нижче 7 класу чистоти поверхні із зазначенням параметру шорсткості Rz за ГОСТ 2789-73. Частіше для коліс середньої точності вибирають Rz = 2,5 - 0,80 мкм.

Передавальне число однієї зубчатої пари приймається не більше 5. У відлікових ПЗП рекомендується використовувати передавальні числа однієї пари u = І; 2; 3; 4; 5_, що дає можливість виявляти помилки кожної пари коліс, а також забезпечує прискорену приробку коліс. Для відліково-силових передач із змінним навантаженням в цілях отримання рівномірного зносу зубів рекомендується приймати передавальне число у вигляді дробу, в якого чисельник і знаменник не мають загальних множників, наприклад: U = 26/25, 25/31.

Важливим чинником, який визначає якість роботи передачі, її міцність і жорсткість, є правильний підбір матеріалу коліс. При виборі матеріалу в першу чергу береться до уваги силова характеристика деталей передачі навантаження і умови її експлуатації. В приладобудуванні найбільше розповсюдження отримали металеві мілкомодульні колеса із сталей і алюмінієвих сплавів. Якщо зубчаті колеса працюють при малій і середній навантаженнях, в нормальних і природних наземних умовах експлуатації, то для їх виготовлення застосовуються конструкційні вуглецеві і леговані сталі (сталь 45 ГОСТ 1050-70; сталь 40Х ГОСТ 4543-71).

Для виготовлення зубчатих коліс, працюючих при значних моментах в умовах динамічних або вібраційних навантажень, при високій температурі і вогкості, застосовуються леговані сталі марок 38МЮА ГОСТ 4543-71; 20X13; Ш7Н2; ГОСТ 5632-72. Зубчаті колеса перших пар, які працюють при підвищених окружних швидкостях, виготовляють з легованої сталі марки І2XH3A ГОСТ 5632-72 з подальшим гартуванням. Для зубчатих передач, робота яких супроводиться великим відносним ковзанням робочих поверхонь, рекомендується ведуче зубчате колесо виконувати із сталі, а ведоме - з кольорового металу. В цьому випадку для виготовлення ведомого зубчатого колеса застосовується бронза марок Бр.АШ-4; Бр.RVц З-І; Бр.АRVц-3-1,5 (ГОСТ 493-54; Бр 0Ф6,5-0,15; Бр.ОФЮ-І по ГОСТ 5017-74) або латунь марок ЛС59-1; Л-63 (ГОСТ 15527-70).

Останніми роками в приладобудуванні збільшилося застосування мілкомодульних зубчатих коліс з легких матеріалів - алюмінієвих сплавів марок B95TI; Д16Т, Д1АТ за ГОСТ 4784-74 і пластмас. Зубчаті колеса із сплаву В95-TI, які додатково піддаються анодуванню, є достатньо зносостійкими і в той же час вони мало інерційні. В приладобудуванні зубчаті передачі працюють при дії перемінних навантажень і складних кліматичних умов. Робочі температури вказаних передач можуть бути в інтервалі від -60⁰С до +6О⁰С. Відносна вогкість середовища може досягати до 98%.

Основними питаннями, які потрібно вирішити при проектуванні ПЗП і їх редукторів є:

- кінематичний розрахунок (визначення загального передавального відношення, визначення кількості пар коліс в передачі і розподіл передавального відношення за парами і т.д.);

- розрахунки коліс на міцність і визначення модуля зачіплення;

- визначення геометричних параметрів коліс;

- розрахунок сил і моментів, визначення коефіцієнта корисної дії (ККД) передачі;

- визначення потужності на виході редуктора;

- вибір ступеня точності коліс, виду сполучення, розрахунок передачі на точність (визначення мертвого ходу і кінематичної погрішності передачі);

-розрахунки валів і вибір типу підшипників.

Питання кінематичного розрахунку, встановлення геометрії коліс, розрахунки валів і вибір підшипників вказані в технічній літературі [1- 4].

В приладобудуванні найбільше розповсюдження отримали відлікові і кінематичні ПЗП, основним показником якості для яких є точність.

Дата добавления: 2015-07-24