Мета роботи. Ознайомлення з елементами та механізмами металорізальних верстатів на кінематичних схемах

Лабораторна робота №2

Ознайомлення з елементами та механізмами металорізальних верстатів на кінематичних схемах

Ознайомитись з виглядом елементів кінематичних схем; вивчити будову і принцип дії найбільш поширених елементів і механізмів металорізальних верстатів, а також їх умовне зображення на кінематичних схемах; засвоїти кінематичні розрахунки.

2.2 Тривалість і місце проведення роботи

Робота проводиться в лабораторіях кафедри зносостійкості та відновлення деталей. Тривалість роботи-2 години

2.3 Теоретичні відомості

2.3.1 Загальні положення

Кінематична схема верстата є графічним спрощеним зображенням тільки тих його елементів і механізмів, які беруть участь у передачі рухів. Крім графічного зображення, кінематична схема повинна мати мінімальну кількість числових даних, необхідних для кінематичних розрахунків, що завершуються визначенням числових значень швидкості головного руху різання, вирахуванням величини подачі, а також величини допоміжних рухів.

2.3.2 Елементи кінематичних схем

Елементами кінематичних схем є такі деталі верстатів як вал (рисунок 2.1), шків (рисунок 2.2), зубчатка (рисунок 2.3), зубчасте колесо (рисунок 2.4), черв’ячне колесо (рисунок 2.5), черв’як (рисунок 2.6), гвинт (рисунок 2.7), гайка (рисунок 2.7), рейка, а також інші такі прості вузли як підшипник (рисунок 2.8, а, в, д, є), муфта (рисунок 2.9, а), гальмо, електродвигун. На кінематичній схемі вал зображений у вигляді прямої потовщеної лінії (рисунок 2.1, б); шків (рисунок 2.2, в), циліндричне зубчате колесо (рисунок2.4, б) і черв’як (рисунок 2.6, б) - у вигляді прямокутника (кола); конічне зубчате колесо (рисунок 2.4, г) - у вигляді трапеції (кола); гвинт (рисунок 2.6, б) - у вигляді хвилястої лінії; гайку (рисунок 2.7, г) - у вигляді двох хвилястих ліній. Знак х означає, що відповідний елемент (шків, зубчасте колесо, зубчатка, черв’ячне колесо, черв’як) закріплений на валу нерухомо, знаки - (-, =) означають, що відповідний елемент може пересуватись вздовж вала, але завжди обертається разом з валом.

Підшипник є опорним пристроєм для сприймання навантажень від вала, який обертається. За конструкцією розрізняють підшипники ковзання і підшипники кочення. У підшипника ковзання поверхня шийки вала 1 (рисунок 2.8, а) ковзає по опорній поверхні нерухомої втулки 2. Підшипники кочення забезпечені тілами кочення - кульками (рисунок 2.8, в, є) або роликами (рисунок 2.8, д), які знаходяться між рухомим 5, 8, 10 та нерухомим 4, 7, 9 кільцями.

Залежно від напряму зовнішньої сили, що діє на вал, підшипники поділяються на радіальні (рисунок 2.8, в, г), радіально-упорні (рисунок 8, д, е) та упорні (рисунок 2.8, є, ж). Радіальні підшипники здатні сприймати силу спрямовану вздовж радіусу вала, упорну силу, що діє вздовж осі вала і радіально-упорні - обидві названі сили.

Муфта призначена для з’єднання або роз’єднання двох валів, а також для закріплювання на валі вільнопосадочних деталей (зубчасте і черв’ячні колеса, шків, черв’як, тощо). В металорізальних верстатах застосовують фрикційні, кулачкові та інші типи муфт. Фрикційна муфта передає рух за рахунок сил тертя; кулачкова за рахунок - механічного з’єднання, коли виступи (кулачки) півмуфти 2 (рисунок 2.9, а) входять у відповідні їм впадини півмуфти 1. Для з’єднання валів I і II необхідно рухому півмуфту 2 перемістити у напрямку півмуфти 1. Щоб роз’єднати вали, рухому півмуфту виводять із зачеплення з нерухомою. Зазначимо, що вал I, який передає рух, називають ведучим, а вал II, що приймає рух - веденим.

а-загальний вигляд; б-умовне позначення

Рисунок 2.1 - Вал

а - плоскопасової; б - клинопасової; а,б-загальний вигляд; в-умовне зображення

Рисунок 2.2 - Шківи пасових передачz

		а-загальний вигляд; б-умовне позначення Рисунок 2.3 -Зубчатка

а-циліндричне; в-конічне; а,в-загальний вигляд; б,г-умовне позначення

Рисунок 2.4 - Зубчасте колесо

а-загальний вигляд; б-умовне позначення

Рисунок 2.5 - Черв’ячне колесо

а-загальний вигляд; б-умовне позначення

Рисунок 2.6 - Черв’як

	а, в, д, є - загальний вигляд; б, г, е, ж - умовне позначення; 1 - вал; 2 - втулка підшипника; 3 - кулька; 4, 7, 9 - кільце нерухоме; 5, 8, 10 - кільце рухоме; 6 – ролик Рисунок 2.8 - Підшипник ковзання (а) і кочення (в, д, є)

а-загальний вигляд; б-умовне позначення; 1, 2 - півмуфта; вал ведучий (I); вал ведений (II)

Рисунок 2.9 - Муфта кулачкова

Залежно від напряму зовнішньої сили, що діє на вал, підшипники поділяються на радіальні (рисунок 2.8, в, г), радіально-упорні (рисунок 8, д, е) та упорні (рисунок 2.8, є, ж). Радіальні підшипники здатні сприймати силу спрямовану вздовж радіусу вала, упорну силу, що діє вздовж осі вала і радіально-упорні - обидві названі сили.

Муфта призначена для з’єднання або роз’єднання двох валів, а також для закріплювання на валі вільнопосадочних деталей (зубчасте і черв’ячні колеса, шків, черв’як, тощо). В металорізальних верстатах застосовують фрикційні, кулачкові та інші типи муфт. Фрикційна муфта передає рух за рахунок сил тертя; кулачкова за рахунок - механічного з’єднання, коли виступи (кулачки) півмуфти 2 (рисунок 2.9, а) входять у відповідні їм впадини півмуфти 1. Для з’єднання валів I і II необхідно рухому півмуфту 2 перемістити у напрямку півмуфти 1. Щоб роз’єднати вали, рухому півмуфту виводять із зачеплення з нерухомою. Зазначимо, що вал I, який передає рух, називають ведучим, а вал II, що приймає рух - веденим.

2.3.3 Механізми верстатів

У верстатах широко використовують такі механізми як передачі, елементарні механізми коробок швидкостей, елементарні механізми коробок подач, механізми реверсу.

2.3.3.1 Передачі

Передачею називається механізм, що служить для передавання обертального руху від ведучого валу I до веденого II або для перетворення одного виду руху в інший, наприклад обертового в прямолінійний поступальний або навпаки.

Найпоширенішими передачами металорізальних верстатів є пасові, ланцюгові, зубчасті, черв’ячні, гвинтові, рейкові.

Важливою характеристикою передач обертового руху є передавальне відношення.

Передавальним відношенням і називається відношення частот обертання веденого n₂ і ведучого n₁ валів

. (2.1)

Передача плоскопасова (рисунок 2.10) складається з ведучого I і веденого II валів, підшипників 4, в яких ці вали обертаються, шківів 2, 3 і паса 1. Рух від вала I до вала II передається завдяки силам тертя, які виникають між шківом і пасом. Позначимо діаметр шківа, закріпленого на ведучому валі, через D₁, діаметр шківа, закріпленого на веденому валі, через D₂. При відсутності ковзання між шківами і пасом лінійні швидкості точок, взятих відповідно на робочих поверхнях ведучого і веденого шківів V₁ i V₂, можна записати так

V₁= p ·D₁·n₁; (2.2)

V₂ = p ·D₂·n₂. (2.3)

Оскільки V₁=V₂, то із (2.2) і (2.3), отримаємо

. (2.4)

а-загальний вигляд; б-умовне позначення; I - вал ведучий; II - вал ведений; 1 - пас; 2 - шків вала веденого; 3 - шків вала ведучого; 4 - підшипник кочення; D₁ - діаметр шківа вала ведучого; D₂ - діаметр шківа вала веденого; n₁ - частота обертання вала ведучого; n₂ - частота обертання вала веденого

Рисунок 2.10 - Передача плоскопасова

В реальних умовах експлуатації існує певна втрата швидкості за рахунок ковзання паса і шківів, яку оцінюють коефіцієнтом ковзання η (η =0,985). Із врахуванням цього коефіцієнту рівняння (2.4) набуває вигляду

. (2.5)

Передача ланцюгова складається із ведучої зубчатки 3 (рисунок 2.11) з числом зубців z₁, закріпленої на валі I, веденої зубчатки 2 з числом зубців z₂, закріпленої на валі II і підшипників 4. Зубчатки з’єднані між собою ланцюгом 1. Обертальний рух передається від вала 1 до вала II, через зубчатку 3, ланцюг і зубчатку 2. Передавальне відношення ланцюгової передачі

. (2.6)

а-загальний вигляд; б-умовне позначення; I - вал ведучий; II - вал ведений; 1 - ланцюг втулково- роликовий; 2 - зубчатка вала веденого; 3 - зубчатка вала ведучого; 4 - підшипник кочення; z₁ - число зубців ведучого вала; z₂ - число зубців зубчатки веденого вала; n₁ - частота обертання ведучого вала; n₂ - число обертів веденого вала

Рисунок 2.11 - Передача ланцюгова

Передача зубчаста циліндричними колесами використовується для передачі руху між паралельними валами. Вона складається з ведучого вала I (рисунок 2.12), веденого вала II, циліндричного зубчастого колеса 1, Закріпленого на валі 1, колеса 3, закріпленого на валі II і підшипників 2. Передавальне відношення зубчастої передачі циліндричними зубчастими колесами визначається за формулою (2.6).

Передача зубчаста конічними колесами застосовується для передачі руху між валами, розташованими перпендикулярно. Вона складається з ведучого вала 1 (рисунок 2.13), веденого вала II, зубчастих конічних коліс 2 і 3 з числом зубців z₁ i z₂ відповідно з підшипників 1.

Передавальне відношення цієї передачі вираховують за формулою (2.6).

а-загальний вигляд; б-умовне позначення; I - ведучий вал; II - ведений вал; 1 - циліндричне зубчасте колесо веденого вала; 2 - підшипник кочення; 3 - циліндричне зубчасте колесо веденого вала; z₁ - число зубців колеса ведучого вала; z₂ - число зубців колеса веденого вала; n₁ - частота обертання ведучого вала; n₂ - частота обертання веденого вала

Рисунок 2.12 - Передача зубчаста циліндричними колесами

Передача черв’ячна складається із черв’яка (рисунок 2.14), закріпленого на ведучому валі I, черв’ячного колеса 3, закріпленого на веденому валі II і підшипників 2. Позначимо через а кількість заходів черв’яка, а через z - кількість зубців черв’ячного колеса. Оскільки черв’як є гвинтом з трапеційною різзю, то якщо ведучий вал зробить один оберт, ведений вал повернеться на величину а/z оберта. Отже передавальне відношення черв’ячної передачі

. (2.7)

а-загальний вигляд; б-умовне позначення; I - ведучий вал; II - ведений вал; 1 - підшипник кочення; 2 - конічне зубчасте колесо ведучого вала; 3 - конічне зубчасте колесо веденого вала; z₁- число зубців колеса ведучого вала; z₂- число зубців колеса веденого вала; n₁- частота обертання ведучого вала; n₂ - частота обертів веденого вала

Рисунок 2.13 - Передача зубчаста конічними колесами

а - загальний вигляд; б-умовне позначення; I - ведучий вал; II - ведений вал; 1 - черв’як; 2 - підшипник кочення; 3 - черв’ячне колесо; а - число заходів черв’яка; z - число зубців черв’ячного колеса; n₁- частота обертання ведучого вала; n₂ - частота обертів веденого вала

Рисунок 2.14 - Передача черв’ячна

Передача гвинтова служить для перетворення обертального руху гвинта в поступальний рух гайки або навпаки. Вона складається з гвинта 3 (рисунок 2.15), гайки 2 і підшипників 1. Якщо t - крок різі, то за один оберт гвинта гайка переміститься вздовж осі на величину t, а за n обертів гвинта - на величину S

S = t · n, мм/хв. (2.8)

а-загальний вигляд; б-умовне позначення; 1 - підшипник кочення; 2 - гайка; 3 - гвинт; t - крок гвинта; n - частота обертання гвинта

Рисунок 2.15 - Передача гвинтова

Передача рейкова служить для перетворення обертального руху шестерні в прямолінійний рух рейки чи навпаки. Передача складається з шестерні 2 (рисунок 2.16) з кількістю зубців z, вала 3, підшипників 4 і рейки 1. Якщо t - крок рейки, то за один оберт шестерні рейка переміститься на величину t·z, а за n обертів шестерні - відповідно на величину S

S = t · z · n, мм/хв. (2.9)

Оскільки t = π m, то

S = p · m · z · n, мм/хв, (2.10)

де m - модуль зуба, мм.

а - загальний вигляд; б - умовне позначеня; 1 - рейка; 2 - шестерня; 3 - вал; t - крок рейки; n - частота обертання шестерні

Рисунок 2.16 - Передача рейкова

2.3.3.2 Елементарні механізми коробок швидкостей

Елементарний механізм коробки швидкостей надає веденому валові кілька різних частот обертання, ведучий вал має одну частоту обертання.

До елементарних механізмів коробок швидкостей належать: механізм з переставними зубчастими колесами, механізм з пересувним блоком зубчастих коліс, механізм із зубчастих коліс і муфти та деякі інші.

Механізм з переставними зубчастими колесами має вал I (рисунок 2.17), вал II, підшипники 3 і два зубчасті колеса 1 і 2, закріплені на валах I і II. Ці колеса можна знімати з валів і міняти іх місцями. В результаті вал II отримає дві різні частоти обертання:

; . (2.11)

а-загальний вигляд; б-умовне позначеня; I - вал ведучий; II - вал ведений 1, 2 - зубчасте колесо; 3 - підшипник кочення; z₁, z₂ - число зубців коліс; n₁, n₂^I - частота обертання веденого вала

Рисунок 2.17 - Механізм з переставними зубчастими колесами

Механізм з пересувним блоком зубчастих коліс складається з валів I і II (рисунок 2.18), підшипників 1, трьох закріплених на валі I зубчастих коліс 2, 3, 4 і потрійного пересувного блока коліс 5. Цей блок завдяки шліцьовому з’єднанню завжди обертається разом з валом II і може пересуватись вздовж самого вала. При цьому колесо блока z₄ може з’єднуватись з колесом z_1, колесо z₅ - з колесом z₂, колесо z₆ - з колесом z₃. В результаті на вал II передається три різні частоти обертання:

; ; . (2.12)

Механізм із зубчастих коліс і муфти має вал 1 (рисунок 2.19), вал 11, підшипники 6, колеса 1, 2, закріплені на валі I, колеса 3, 5, вільно посаджених на валі II і двосторонню кулачкову муфту М. Кожне із коліс можна почергово закріплювати за допомогою пересувного елемента 4 муфти на валі II і передавати в результаті на цей вал дві частоти.

; . (2.13)

а-загальний вигляд; б-умовне позначення; I - вал ведучий; II - вал ведений 1 - підшипник кочення; 2, 3, 4 - зубчасті колеса ведучого валу; 5 - блок зубчастих коліс веденого вала; z₁, z₂, z₃ - число зубців коліс ведучого вала; z₄, z₅, z₆ - число зубців блока; n₂, n₂¹, n₂^II - частота обертання веденого вала

Рисунок 2.18 - Механізм з потрійним пересувним блоком зубчастих коліс

а-загальний вигляд; б-умовне позначення; I - вал ведучий; II - вал ведений 1, 2 - зубчасте колесо ведучого вала; 3, 5 - зубчасте колесо веденого вала; 4 - пересувний елемент кулачкової муфти; 6 - підшипник кочення; М - двохстороння кулачкова муфта; z₁, z₂ - число зубців коліс ведучого вала; z₃, z₄ - число зубців коліс веденого вала; n₁ - частота обертання ведучого вала; n₂, n₂^I - частота обертання веденого вала

Рисунок 2.19 - Механізм із зубчастих коліс і муфти

2.3.3.3 Елементарні механізми коробок подач

Елементарні механізми коробок подач мають теж саме призначення, що й елементарні механізми коробок швидкостей.

В коробках подач ставлять такі самі механізми, як і в коробках швидкостей. Крім цього, в коробках подач широко використовуються також механізм Нортона і механізм з висувною шпонкою. Особливістю останніх двох механізмів є їх компактність, велика кількість передавальних відношень і обмежена потужність, яку вони можуть передавати.

Механізм Нортона складається з зубчастих коліс 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 (рисунок 2.20), закріплених на валі I, пересувної шестерні 9, що рухається на шліцах вздовж вала II і накидної шестерні 8, що утримується в постійному положенні з шестернею 9 за допомогою рамки 10 і осі 11 та з підшипників 12. Шестерня 9 разом з рамкою може повертатися довкола осі обертання вала II, що забезпечує в поєднанні з пересувним рухом вздовж цього вала почергове з’єднання шестерні 8, з кожним колесом вала I. В результаті на вал II буде передано стільки частот обертання, скільки зубчастих коліс є на валі I:

; ;...;

. (2.14)

Механізм з висувною шпонкою має закріплені на валі (рисунок 2.21), колеса 1, 2, 3, 4 і вільнопосаджені на валі II колеса 6, 7, 8, 9, а також підшипники 10. Вал II порожнистий, в його пазі пересувається шпонка 5, призначена для почергового закріплення одного з коліс 9, 8, 7, 6 на валі II. Цілком очевидно, що ведений вал отримує чотири частоти обертання:

; ; ;

. (2.15)

2.3.3.4 Механізм реверсу

Механізм реверсу забезпечує на веденому валі два протилежні напрямки обертання при наявності одного напрямку обертання на ведучому валі.

Нижче розглянемо механізм реверсу з конічних зубчастих коліс і муфти та механізм із циліндричних зубчастих коліс і муфти.

Механізм з конічних зубчастих коліс і муфти складається з ведучого вала I (рисунок 2.22.), закріпленого на ньому колеса 5, веденого вала II, двох вільнопосаджених на ньому коліс 2, 4, пересувного елемента 3 двохсторонньої кулачкової муфти М та підшипників 1. При нейтральному положенні пересувного елемента і обертанні вала I колеса, посаджені на валі II, обертаються в протилежних напрямках. Закріпивши за допомогою пересувного елемента муфти одне із коліс 2 або 4 на валі II, надають валові того або іншого
напрямку обертання.

а - загальний вигляд; б - умовне позначеня; I - вал ведучий; II - вал ведений 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 - зубчасте колесо ведучого вала; 8 - накидна шестерня; 9 - пересувна шестерня; 10 - рамка; 1₁ - вісь; 1₂ - підшипник кочення; z₁, z₂, z₃, z₄, z₅, z₆, z₇- число зубців коліс ведучого вала; z_н - число зубців накидної шестерні; z_n - число зубців пересувної шестерні; n₁ - частота обертання ведучого вала; n₂, n^I₂, n^II₂, n^III₂, n^IV₂, n^V₂, n^VII₂ - частота обертання веденого вала

Рисунок 2.20 - Механізм Нортона

Механізм реверсу з циліндричних зубчастих коліс і муфти складається з вільнопосаджених на валі I (рисунок 2.23) коліс 2, 4, між якими є пересувний елемент 3 двохсторонньої кулачкової муфти М, призначений для почергового закріплення одного з них на валі I. На валі II закріплено колеса 6 і 7. Крім того, є проміжний вал III з колесом 5 і підшипники 1 валів I, II, III. При крайньому лівому положенні пересувного елемента муфти М на вал II передають рух через колеса z₁, z₄ і він обертається протилежно валові I. При крайньому правому положенні пересувного елемента рух на вал II передається через колеса
z₂, z₃, z₅ і він обертається в тому самому напрямку, що й вал I.

а-загальний вигляд; б-умовне позначення; I - вал ведучий; II - вал ведений 1, 2, 3, 4 - зубчасте колесо ведучого вала; 5 - висувна шпонка; 6, 7, 8, 9 - зубчасті колеса веденого вала; 10 - підшипник кочення; z₁, z₂, z₃, z₄ - число зубців коліс ведучого вала; z₅, z₆, z₇, z₈ - число зубців коліс веденого вала; n₁- частота обертання ведучого вала; n₂, n₂^I, n₂^II, n₂^III - частота обертання веденого вала

Рисунок 2.21 - Механізм з висувною шпонкою

а-загальний вигляд; б-умовне позначення; I - вал ведучий; II - вал ведений 1 - підшипник; 2, 3, 5 - зубчасті колеса; 3 - пересувний елемент кулачкової муфти; М - двохстороння кулачкова муфта; z₁, z₂, z₃ - число зубців колеса

Рисунок 2.22 - Механізм реверсу з конічних зубчастих коліс і муфти

2.4 Обладнання і матеріали

2.4.1 Плакати та макети передач елементарних коробок швидкостей.

2.4.2 Плакати та макети елементарних коробок подач.

2.4.3 Плакати та макети механізмів реверсу.

а - загальний вигляд; б - умовне позначення; I - вал ведучий; II - вал ведений; III - вал проміжний; 1 - підшипник; 2, 4, 5, 6, 7 - зубчасте колесо; 3 - пересувний елемент кулачкової муфти; М - двохстороння кулачкова муфта; z₁, z₂ - число зубців колеса ведучого вала; z₃ - число зубців колеса проміжного вала; z₄, z₅ - число зубців колеса веденого вала

Рисунок 2.23 - Механізм реверсу з циліндричних зубчастих коліс і муфти

Дата добавления: 2014-10-23