Прикладная механика и основы конструирования транспортных средств

МИНИCTEPCTBO ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт сервиса, туризма и дизайна (филиал) СКФУ в г. Пятигорске

Гончаров О.Ю.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К самостоятельной работе студента

Прикладная механика и основы конструирования транспортных средств

для студентов очной и заочной форм обучения направления

43.03.01 " Сервис". Профиль подготовки «Сервис транспортных средств»

 

Пятигорск 2015

 

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

 

Цель преподавания дисциплины

 

Цели изучения дисциплины «Прикладная механика и основы конструирования транспортных средств»:

- исходя из условий работы деталей машин, дать методы, правила и нормы их проектирования, обеспечивающие выбор наиболее рациональных материалов, форм, размеров, степени точности, качества поверхности, технических условий изготовления

- подготовить студента к изучению цикла специальных дисциплин, в которых излагаются основы теории, расчета, конструирования и эксплуатации машин соответствующего назначения.

 

Задачи изучения дисциплины

 

Научиться расчету и конструированию деталей общего назначения:

- соединений заклепочных, сварных, резьбовых, шпоночных

- передач фрикционных, ременных, зубчатых, червячных, цепных

- валов, осей, подшипников качения, муфт.

 

Перечень базовых дисциплин

 

- начертательная геометрия и машиностроительное черчение

- теоретическая механика и теория механизмов и машин

- сопротивление материалов

- технология металлов и технология машиностроения.

 

 

2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

 

В итоге изучения дисциплины «Прикладная механика и основы конструирования транспортных средств» студент должен знать:

- основные критерии работоспособности деталей машин

- машиностроительные материалы

- методику расчета механических передач, соединений деталей машин.

 

Студент должен уметь:

- выполнять конструктивные разработки современных машин

- выполнять расчеты передач с гибкой связью, передач зацеплением, соединений деталей машин, валов, подшипников.

 

 

3. Содержание разделов дисциплины

 

Тема 1. Основы конструирования и расчета деталей машин

Содержание темы: Требования к деталям машин, основные критерии работоспособности и надежности деталей машин и влияющие на них факторы. Классификация механизмов, узлов и деталей. Основы расчета, проектирования и конструирования механизмов и деталей машин, стадии разработки. Технологичность деталей машин. Зубчатые, червячные, ременные и цепные передачи

 

Тема 2. Фрикционные передачи и вариаторы.

Содержание темы: общие сведения о фрикционных передачах. Кинематический и силовой расчеты. Конструкции, материалы и расчет фрикционных колес.

 

Тема 3. Ременные передачи.

Содержание темы: Общие сведения о ременных передачах. Материалы и конструкции ремней. Кинематический, силовой и геометрический расчеты. Материалы, конструкции и расчет шкивов.

 

Тема 4. Цепные передачи.

Содержание темы: Общие сведения. Устройство и области применения. Расчет цепных передач.

ста­нины, корпусные детали, направляющие, смазочные уст­ройства.

 

Тема 5. Зубчатые передачи.

Содержание темы: Планетарные зубчатые передачи. Волновые зубчатые передачи. Понятие о зубчатых редукторах. Конические зубчатые передачи. Кинематический и силовой расчеты. Материалы и конструкции зубчатых колес. Зубчатые передачи Новикова. Общие сведения. Достоинства и недостатки. Цилиндрические зубчатые передачи с прямыми, косыми, шевронными зубьями.

 

Тема 6. Червячные передачи.

Содержание темы: Общие сведения. Достоинства и недостатки; область применения червячных передач. Материалы и конструкции червяков и червячных колес. Геометрия, кинематика червячных передач. Червячные редукторы.

 

Тема 7. Передачи винт-гайка.

Содержание темы: Общие сведения. Устройство и назначение. Области применения передач. Расчет винтов и гаек передач. КПД винтовой пары.

 

Тема 8. Оси и валы.

Содержание темы: Назначение, конструкции и материалы. Критерии работоспособности и расчета. Расчет на статическую прочность и сопротивление усталости. Расчет на жесткость. Расчет на колебания.

 

Тема 9. Подшипники скольжения.

Содержание темы: Конструкции и материалы. Смазка. Расчет подшипников скольжения с полусухим или полужидкостным трением. Расчет с жидкостным трением.

Тема 10. Подшипники качения.

Содержание темы: Общие сведения и классификация. Конструкции и назначения. Расчет подшипников (подбор). Основные критерии работоспособности. Смазка. Установка и уплотнение. Конструирование подшипниковых узлов.

 

Тема 11. Разъемные соединения деталей.

Содержание темы: Общие сведения о разъемных соединениях деталей. Резьбовые соединения: конструкции и материалы болтов, винтов, шпилек, гаек, шайб; силовые соотношения, условия самоторможения; расчет резьбовых соединений. Клиновые и штифтовые соединения. Шпоночные, шлицевые и профильные соединения.

 

Тема 12. Неразъемные соединения деталей.

Содержание темы: сварные, паяные, клеевые и заклепочные соединения. Заклепочные соединения: виды заклепок и заклепочных швов; методика расчета заклепочных швов. Сварные соединения: общие сведения, виды сварных соединений и типы сварных швов, расчет сварных швов. Соединения деталей с натягом: цилиндрические соединения с натягом, соединения, осуществляемые стяжными кольцами

 

Тема 13. Муфты для соединения валов. Упругие элементы.

Содержание темы: Общие сведения. Конструкции и материалы. Жесткие муфты. Компенсирующие самоустанавливающиеся муфты. Упругие муфты. Синхронные муфты. Фрикционные муфты.

 

Тема 14. Станины, корпусные детали, направляющие, смазочные уст­ройства

Содержание темы: соеди­нения стержней, листов и корпусных деталей общие сведения, назначение, технология изготовления.

 

5. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

 

№ п/п	№ темы	Наименование лабораторных работ	Кол-во часов
	4.2.3.	Определение коэффициента тяги и КПД ременной передачи.
	4.2.5.	Исследование конструкции цилиндрического зубчатого редуктора.
	4.2.6.	Изучение конструкции червячного редуктора и всей установки
	4.2.11.	Определение коэффициента трения в резьбовом соединении.
		Итого:

 

«Определение коэффициента тяги КПД ременной передачи»

 

Цель работы: Построение кривых скольжения и КПД. Определение оптимальных значений коэффициента тяги и КПД. Сравнение и анализ полученных результатов.

Наряду с зубчатыми и Фрикционными передачами в машинах для передачи движения применяют ременные передачи. Они установлены, например, в приводе ткацких станков типа АТПР, в ножных швейных машинах, в приводе катушек магнитофона и т.д.

Оборудование и инструменты: Лабораторная установка ДМ 35У, два тахометра, штангенциркуль, измерительная линейка.

 

Установка состоит из балансирного электродвигателя 1, на валу ротора 2 которого закреплен ведущий шкив 3. Корпус электродвигателя может поворачиваться в подшипниках 4 и 5, установленных на качающейся раме 6. Плоский ремень 7 передает движение от ведущего шкива на ведомый 8. Ведомый шкив закреплен на валу 9 шкива тормоза 10 нагружения, колодки 11 и 12 которого могут поворачиваться, воздействуя на пружину тормоза 13 и индикатор пружины тормоза 14. Для упрощения расчетов экспериментальных данных ведущий , и ведомый шкивы изготовлены одного диаметра.

 

Техническая характеристика установки ДМ 35У

 

параметр	буквенное обозначение	числовое значение
Электродвигатель типа А02-22-6
Мощность электродвигателя, кВт		1,1
Частота вращения ротора электродвигателя, мин-1
Диаметр шкива, мм
Длина плеч рычага, мм

 

Теоретические предпосылки

Перед включением в работу ременной передачи необходимо натянуть ведущую и ведомую ветви ремня силой предварительного натяжения . Для этого применяют различные натяжные устройства. Одно из таких устройств, грузовое натяжное устройство, изображено на рисунке. Оно состоит из троса 16, одним концом прикрепленного к опоре подшипника 5, а другим к рычагу 17. К концу рычага 17 подвешены грузы 18.

При включении установки, ремни которой предварительно натянуты, ременная передача начинает передавать окружную силу , с ведущего шкива на ведомый. Силу определяют по формуле:

(1)

 

где – крутящий момент на ведущем шкиве, Н·м;

– диаметр ведущего шкива, м.

При передаче окружной силы натяжение в ведущей и ведомой ветвях ремня перераспределяется. В ведущей ветви сила натяжения ремня увеличивается от , до , и становится равной:

(2)

 

В ведомой ветви сила натяжения ремня уменьшается от , до , и становится равной:

(3)

 

Вычтем из уравнения (2) уравнение (3), получим:

 

(4)

 

Рассмотрим поведение отрезка ремня длиной отмеченного при неработающей передаче. При передаче ремнем окружной силы этот отрезок, находясь в ведущей ветви с силой натяжения ремня , удлиняется до величины , а попав в ведомую ветвь с силой натяжения , ремня, укорачивается до . Из условия неразрывности ремня следует, что при сбегании с ведущего шкива отмеченный отрезок должен укоротиться и проскользнуть по ободу шкива навстречу движению. Аналогично на ведомом шкиве тот же отрезок должен удлиниться и проскользнуть по ободу шкива в направлении движения. Опыт показывает, что скольжение ремня происходит не по всей дуге обхвата , а только по её части, называемой дугой упругого скольжения. На рисунке эти дуги обозначены и . Они располагаются со стороны сбегающей ветви. На дугах покоя () и () натяжение ремня остается неизменным, соответственно равным натяжению либо в ведущей ветви , либо в ведомой . С увеличением передаваемой окружной силы увеличиваются разность натяжения , упругое скольжение и дуги скольжения. При некоторой нагрузке (критической) скольжение распространяется на всю дугу обхвата, в первую очередь меньшего шкива; начинается буксование ремня по шкиву.

При упругом скольжении и буксовании ремня окружная скорость ведомого шкива немного меньше окружной скорости ведущего шкива . Относительное скольжение , %, в ременной передаче

 

(5)

 

КПД , %, и безразмерный коэффициент тяги определяют по формулам:

 

(6)

(7)

 

где и – крутящие моменты на ведущем и ведомом шкивах соответственно, Н·м;

и – частоты вращения ведущего и ведомого шкивов, соответственно, мин^-1.

 

Коэффициент тяги позволяет судить о том, какая часть силы предварительного натяжения ремня используется для передачи окружной силы , т.е. характеризует степень загруженности передачи.

Целесообразность выражения окружной силы через безразмерный коэффициент у объясняется тем, что скольжение и КПД связаны со степенью загруженности передачи, а не с абсолютной величиной окружной силы .

В настоящее время работоспособность ременной передачи принято характеризовать кривыми скольжения и КПД, которые являются результатом испытания ременной передачи.

На рисунке ниже показаны типичные кривые скольжения и КПД ременной передачи. На графике по оси ординат отсчитывают относительное скольжение и КПД в процентах, а по оси абсцисс – нагрузку передачи, выраженную через коэффициент тяги . На начальном участке кривой скольжения от 0 до наблюдается только упругое скольжение. Так как упругие деформации ремня приблизительно подчиняются закону Гука, этот участок близок к прямолинейному. Дальнейшее увеличение окружной силы , приводит к частичному, а затем и к полному буксованию.

Таким образом, скольжение ремня по шкиву в ременной передаче бывает двух видов: упругое скольжение и буксование. Упругое скольжение наблюдается при любой окружной силе и нагрузке передач, а буксование при перегрузке.

Упругое скольжение ремня по шкиву обусловлено разностью сил натяжения ведущей и ведомой ветвей, создаваемой окружной силой .

В зоне от до наблюдается как упругое скольжение, так и буксование. Они разделяются продолжением прямой скольжения – штриховой линией.

Окружную силу для ременной передачи рекомендуют выбирать вблизи критического значения и слева от нее. Этому значению соответствует также и максимальное значение КПД.

 

Порядок выполнения работы

Определяют силу предварительного натяжения ремня в Н для данной установки по уравнению:

 

 

где – масса одного груза, кг;

– ускорение свободного падения, м/с²;

– число грузов натяжения устройствами (от 1 до 8);

и – длина плеч рычага натяжного устройства; измеряют на установке.

 

Устанавливают стрелки индикаторов пружин электродвигателя и тормоза 14 и 19 на ноль поворотом внешнего кольца индикаторов. Включают электродвигатель, проверяют работу тахометров.

Закручивая рукоятку винтового механизма тормоза проводя ступенчатое нагружение передачи. Передачу нагружают до буксования ремня, что соответствует примерно 170 делениям второго индикатора.

Эксперимент проводит группа студентов. Одновременно на каждой ступени нагружения снимают число делений с индикатора пружины электродвигателя 19, число делений с индикатора пружины тормоза 14, частоты вращения ведущего и ведомого шкивов с тахометров. Показания обоих индикаторов и обоих тахометров заносят в таблицу. Закручивая рукоятку 15 винта, плавно увеличивают силу прижатия колодок 11 и 12 к тормозному шкиву, увеличивая тем самым окружную силу и момент торможения на тормозном и ведомом шкивах. С увеличением момента торможения увеличивается угловое перемещение колодочного тормоза. Это перемещение, как и на валу электродвигателя, измеряют числом делений на которое отклонится стрелка индикатора пружины тормоза.

Обрабатывают результаты эксперимента. Переводят показания индикаторов пружин в крутящие моменты на валу электродвигателя и на валу тормоза , Н·м, по татировочному графику или по формулам:

 

 

 

где и – коэффициенты пропорциональности; ( =0,091 Н·м/дел., =0,076 Н·м/дел.)

 

Измеряемые параметры	Расчётные параметры эксперимента
, мин-1	, мин-1	, дел	, дел	, Н·м	, Н·м	, Н	, %		, %
				1,092		0,0182	0,3	0,00037
				6,188	0,76	0,103	0,6	0,0021	12,20
				7,098	2,28	0,118	0,7	0,0024	31,89
				8,736	3,8	0,146	0,7	0,00298	43,18
				9,555	5,32	0,16	1,4	0,00327	54,92
				13,65	7,6	0,23	11,02	0,0047	49,53
				13,65	8,36	0,23		0,0047

 

Окружную силу , относительное скольжение , безразмерный коэффициент тяги и КПД – рассчитывают для каждой наладки по формулам (1), (5), (7).

Перечерчивают из лабораторной работы теоретические графики скольжения и КПД и по данным таблицы на этом же графике строят экспериментальные графики скольжения и КПД и определят критическое значение безразмерного коэффициента тяги .

 

 

 

«Исследование конструкции цилиндрического зубчатого редуктора»

 

Цель работы: Подготовка к выполнению курсового проекта. Изучение конструкции редуктора и отдельных его элементов, в частности конструкции зубчатых колес, валов и их опор, уплотне­ний крышек, корпуса редуктора и т.д. Определение основных параметров зубчатых колес и ре­дуктора. Изучение приспособлений для контроля уровня масла в корпусе редуктора. Сравнение и анализ полученных результатов.

Оборудование и инструменты: Цилиндрический редуктор, разводной ключ, отвертка, измери­тельная линейка, штангенциркуль, угломер.

 

Теоретические предпосылки

В механизированных приводах машин источником движения являются электродвигатели или двигатели внутреннего сгорания. Частота вращения ротора двигателя

 

Частота вращения на входе исполнительного механизма значительно меньше

 

Создавать двигатели с такой небольшой частотой вращения трудно и экономически нецеле­сообразно.

Поэтому при передаче движения от двигателя к исполнительному механизму необходимо уменьшить частоту вращения. Одним из передающих механизмов является редуктор.

Редуктор (см. рисунок) – это механизм, служащий для уменьшения частоты вращения и увеличения крутящего момента. Каждый редуктор характеризуют передаваемой мощностью , передаточным отношением i (или передаточным числом U) и крутящими моментами Т на входном и выходном валах редуктора.

В зависимости от вида зубчатых колес различают цилиндрические, конические, червячные, волновые, планетарные редукторы.

В зависимости от числа ступеней редукторы бывают одноступенчатые, двухступенчатые, трехступенчатые.

В зависимости от отношения частот вращения на выходе двигателя и входе исполнитель­ного механизма передачи бывают понижающими и повышающими.

– передача понижающая (1>1);

– передача повышающая; её применяют значительно реже (1<1)

Все детали и сборочные единицы редуктора располагаются в корпусе, который обычно со­стоит из двух частей: нижней, называемой основанием корпуса редуктора, и верхней, называе­мой крышкой корпуса редуктора. Корпус редуктора имеет сложную конфигурацию, и его изго­товляют чаще всего литьем из серого чугуна (ГОСТ 1412-85). На корпусе редуктора имеются следующие элементы: поясок или фланец для крепления крышки корпуса редуктора к основа­нию, лапы редуктора для прикрепления редуктора к основанию, гнезда для установки валов с подшипниками, отверстие для слива отработавшего масла, смотровая крышка для заливки но­вого масла и периодического контроля зубчатых колес, ребра жесткости для увеличения жест­кости корпуса редуктора и другие элементы.

 

 

 

Кинематическая схема редуктора:1 – одноступенчатого, 2 – двухступенчатого

 

Передача называется мультипликатором.

Сборка редуктора осуществляется в следующем порядке. В корпус редуктора устанавли­вают валы с насаженными на них колесами, шестернями и подшипниками. Редуктор закрывают крышкой и провертывают болтами к корпусу. Проверяют вращение валов от руки. Приворачи­вают болтами крышки подшипников. Завинчивают маслосливную пробку. Через смотровую крышку заливают масло. Уровень масла должен быть таким, чтобы меньшее колесо было по­гружено в масло на высоту зуба. Закрепляют смотровую крышку. Редуктор готов к работе.

 

Порядок выполнения работы

Определяют параметры редуктора и его отдельных элементов, найденные параметры зано­сят в таблицу.

 

Наименование величин	1 ступень	2 ступень
шестерня	колесо	шестерня	колесо
Число зубьев
Ширина, мм
Наружный диаметр, мм
Угол наклона, град
Прямозубая или косозубая	прямозубая
Межосевое расстояние, мм

 

 

Расчётные параметры редуктора

 

Наименование рас­чётных величин	Формула	1 ступень	2 ступень
шестерня	колесо	шестерня	колесо
Модуль зацепления нормальный, мм
Модуль торцевой, мм
Делительный диа­метр, мм
Диаметр окружности выступов, мм
Диаметр окружности впадин, мм
Передаточное число ступени
Передаточное число редуктора
Межосевое расстоя­ние, мм
Безразмерный коэф­фициент ширины ко­леса относительно межосевого расстоя­ния
Безразмерный коэф­фициент ширины ко­леса относительно модуля
Безразмерный коэф­фициент ширины шестерни относи­тельно её диаметра

 

 

«Изучение конструкции червячного редуктора и всей установки»

 

Цель работы: Изучение конструкции червячного редуктора; аналитическое и эксперименталь­ное определение его КПД. Сравнение и анализ полученных результатов.

Оборудование и инструменты: Установка ДМ 41, сборочные единицы червячного редуктора. Изучение конструкции червячного редуктора проводят на стенде, а определение КПД – на ус­тановке ДМ 41. Она состоит из двухскоростного электродвигателя 1, муфты 2, соединяющий вал ротора электродвигателя с валом червяка червячного редуктора 3, тормозного шкива 4, смонтированного на валу червячного колеса, и охватывающих его тормозных колодок 5.

 

 

1. Изучение конструкции червячного редуктора

 

Технические характеристики установки ДМ 41

 

Наименование параметров	Буквенное обозначение величины	Значение
Число заходов червяка	Z1
Число зубьев червячного колеса	Z2
Коэффициент диаметра червяка	q
Осевой модуль, мм	m
Максимальный тормозной момент, Н·м	T2 max
Электродвигатель типа А02-22 4/2
Мощность электродвигателя, кВт	Pэ	1 и 1,4
Частота вращения ротора электродви­гателя и червяка редуктора, мин-1	nэ	1450 и 2850

 

 

 

 

Одноступенчатый червячный редуктор состоит (см.рис. и стендовые образцы) из червяка 6, червячного колеса 7, вала червяка 8, вала червячного колеса 9, опирающихся на подшипники 10 и 11, корпуса редуктора 12 и крышек подшипников.

Червяки изготавливают из углеродистых или легированных сталей. Их витки шлифуют и полируют.

При вращении витки червяка скользят по зубьям червячного колеса, поэтому червяк и чер­вячное колесо должны обладать антифрикционными свойствами. Самые лучшие антифрикци­онные свойства у пары стальной червяк и оловянно-фосфористая бронза типа Бр ОФ 10-1 (OCT 190054-72), ОНФ и др. Однако оловянные бронзы дороги и дефицитны и их применяют для из­готовления червячных колес со скоростью скольжения 5...25 м/с.

Безоловянные бронзы, например алюминиево-железистые типа БрАЖ 9-4 (ГОСТ 493-79) и др., дешевле оловянных бронз, менее дефицитны и их применяют для изготовления червячных колес, где скорость скольжения 2...5 м/с.

При скоростях скольжения меньше 2 м/с применяют серый (ГОСТ 1412-85) или модифици­рованный чугун.

Для уменьшения расхода бронзы при изготовлении червячного колеса его делают состав­ным: зубчатый венец изготовляют из бронзы, а ступицу – из чугуна или стали.

Корпус червячного редуктора изготовляют из серого чугуна или дюралюминия.

В одной ступени червячного редуктора можно реализовать большие передаточные отноше­ния (до 80). Это достоинство червячных передач.

При скольжении витков червяка по зубьям червячного колеса выделяется много тепла и происходит износ трущихся пар, что является недостатком червячных передач. Поэтому в чер­вячных редукторах надо отводить тепло. Для этого корпуса редукторов делают с ребрами, при­меняют искусственное охлаждение, например ставят вентилятор.

Внизу у корпуса редуктора имеются лапы, которыми редуктор крепится к основанию.

Валы червяка и червячного колеса вращаются в подшипниках, которые крепятся в гнездах корпуса редуктора.

В червячной передаче возникают радиальные и осевые силы, поэтому устанавливают под­шипники, воспринимающие радиальные и осевые нагрузки.

Червячные передачи дороже и сложнее зубчатых, поэтому их применяют там, где невоз­можно или нерационально применять зубчатые передачи.

 

2. Определение КПД аналитическим путём

 

КПД всей установки определяется из выражения

 

(1)

 

где – КПД опор электродвигателя, ;

– КПД муфты, ;

– КПД опор тормоза, ;

– КПД демпфера, ;

– КПД червячного редуктора.

 

КПД червячного редуктора определяется по формуле:

 

(2)

 

где – КПД червячной передачи;

– КПД на перемешивание масла;

– КПД пары опор валов.

 

 

Определяют КПД червячной передачи по формуле:

 

(3)

 

где – угол подъёма винтовой линии червяка;

– приведённый угол трения, определяемый по экспериментальному графику, в зависим

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: