Иванов Часть 1 (А.С. Иванов - Конструируем машины - Часть 1), страница 3

Книга сможет внести посильный вклад в многоплановую проблему конструирования, включающую общественное внимание, подготовку кадров, повышение качества конструкций. Заел. деятель науки и техники, д-р техн. наук, проф. Д.Н. Решетов Ш д г 1. ПОНЯТИЯ МАШИНЫ, ПЕРЕДАЧИ, ПРИВОДА ° Зачем нужна в машине передача? ° Какой вид передачи обеспечивает наибольшее передаточное число? ° Какие виды передач имеют доститочно высокие КЕГ ° Как связаны мощность, врищающие моменты и частоты вращения на различнык валах передачи? ° Если закон равновесия такой простой, что, кажетсв, любой бы мог его открыть, почему его называют законом Лрхимеда? ° Чем человечество обязано иезуиту Р?осанну Пейрехону? ° Что связывает рычаг и рычажно-реечные домкраты? ° Что общего между рычазкно-реечными домкратами и педальной лебедкой Г.11. Одегова Ьш вспашки земли плуг на приусадебном учаопке? ° Рычаг и зубчатая передача — в чеы их общность и различие? ° Как мозкно обеспечить перемещение руки робота в трех координатах.

? ° Как начертить предмет в июметрии? ° Чем отличаются европейские чертехси от американских? ° Допускается ли На чЕртвжв игабражать предмет в масиипибе ЛЗ? Ответы на эти вопросы и не только на них Вы найдете в 1-м шаге. Конструктор — это человек, который сумел проанализировать и систематизировать опыт предыдущих поколений по конструированию и может на основе этого опыта предлагать новые конструктивные решения. Поэтому, чтобы понять опыт наших предшественников, мы иногда будем углубляться в историю вопроса. Прежде чем заниматься конструированием машин, выясн им: что собой представляют машина, передача и привод, зачем 9 они нужны, как их представить в внпе чертежа.

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ 1.1. Что такое машина, передача и привод Витрувий Марк Поллион, бывший при Юлии Цезаре и императоре Августе инженером и архитектором, составил в 33...16 г. до н.э. руководство в десяти книгах «Об архитектуре», где описал для римлян опыт, накопленный в Греции и других странах, по проектированию машин.

Он определил машину как вещественное сооружение, приносящее очень большую пользу при передвижении тяжестей. Через 1600 лет после Витрувия это определение практически не изменилось: немецкий ученый Цейзинг называл машиной сооружение, оказывающее исключительные услуги при передвижении тяжестей. Саксонский инженер Якоб Леупольд (1674-1727), систематизировавший в десяти томах книги «Театр машин» подъемно- транспортные, мукомольные и другие конструкции, дал более широкое определение: машина, или приспособление, есть искусственное произведение, при помощи которого могут осуществляться движения, а также экономиться время и сила, чего нельзя было бы достигнуть иным образом. В те времена уже имелись некоторые виды технологических и трансяортирующих машин. Первая группа связана с преобразованием формы или самого обрабатываемого материала— станки, сельскохозяйственные и строительные машины; вторая — с перемещением материалов, как правило, на ограниченное расстояние — грузоподЪемные краны, элеваторы, водоподъемные устройства.

В наше время первая группа дополнилась роботами, вторая — конвейерами. Кроме того, появились транспортные и энергетические машины. Транспортные машины обеспечивают перемещение грузов и пассажиров на значительные расстояния (велосипеды, автомобили, локомотивы, теплоходы, самолеты); энергетические машины преобразуют энергию из одного вида в другой (дизель-генераторы, турбогенераторы и др.).

Электронно-вычислительные машины, служащие для преобразования информации, не являются машинами в общепринятом понимании, так как в них механические движения предназначены для выполнения вспомогательных операций.. В настоящее время машины не только помогают человеку, облегчая труд и увеличивая его производительность, но и с появлением станков-автоматов, автоматических линий, робототехнических комплексов заменяют человека. Итак, современное определение машины следующее: машина — это механическое устройство, выполняющее движения для преобразования энергии, материалов или информации с целью облегчения и повышения производительности труда человека или полной его замены. В качестве примера одной из машин на рис. 1.1 представлен робот ПР161/60.1, изготавливаемый на АвтоВАЗе (г.

Тольятти) по лицензии германской фирмы «Кука». Основание 7 робота имеет возможность поворачиваться относительно вертикальной оси, качание 3 плечевого сустава 2 вызы- 4 вает горизонтальное перемещение кисти 4, а качание з локтевого сустава 3 — ее 0 вертикальное перемещение. На кисть крепят исполнительный механизм. Три вида перемещений исполнительного механизма обеспечиваются тремя двигателями. Благодаря машинам на каждого жителя планеты в настоящее время приходится по 2 кВт мощности (в США — по 10 кВт), в то время как один человек мог Рис.

1 1. Робот ПР!61/60. ! бы реализовать мощность в пределах от 20 до 200 Вт в зависимости от того, какие его мышцы включены в работу и какова ее продолжительность. Мощность, как известно, есть работа в единицу времени. Поэтому мощность Р, кВт, при линейном перемещении (рис. 1.2, а) можно представить произведением силы тяги Г, Н, на линейную скорость г м/с 14 Р= Р/1000. При вращательном движении мощность удобно выразить через вращающий момент Т, Н м, и частоту вращения (число оборотов в минуту) н, мин 1.

При вращательном движении (рис. 1.2, б) Р=!000 Т/г, где г — радиус, мм, на котором приложена окружная сила, создающая момент, и н = 2 л гл/(60 1000). Поэтому Р = [1000 Т/г) [2 л гЬ/(60.1000)]/1000 = Тп/9550. (1.2) а б Рис, 1.2. Движения: о — линейно«; б — врвщвт«льно« Чем большей мощностью обладает машина при неизменных ее габаритах и массе, тем большим спросом она пользуется.

Повысить удельную мощность двигателя можно за счет повышения частоты вращения. Так асинхронный электродвигатель серии 4А массой 18,8 кг (типоразмер 4А80) имеет мощности 0,37; 0,75; 1,1 и 1,5 кВт при частотах вращения соответственно 675, 915, 1420 и 2850 мин 1. Рост мощности с увеличением частоты вращения иллюстрирует также развитие конструкций двигателей гоночных автомобилей.

Так, за 75 лет (с 1905 по 1980 г.) частота вращения вала двигателя возросла в 8...10 раз (практически не изменяя средней скорости поршня), и это вместе с рядом других мероприятий позволило повысить литровую мощность двигателей в 20...30 раз. Например, в 1908 г. гоночный автомобиль «Мерседес» (Гепмания), имевший двигатель с частотой вращения 1400 мин, поставил рекорд скорости 166,5 км/ч, в 1939 г. гоночный автомобиль «Мерседес-Бенц» (Германия) частота вращения двигателя которого 7800 мин, развил скорость 305 км/ч, той же скорости было достигнуто на автомобиле «Феррари» (Италия) в 1970 г.

при частоте вращения двигателя 12200 мин 1. Для сравнения: двигатель наиболее распространенного в России автомобиля ВАЗ 2106 (»Жигули») имеет частоту вращения 5200 мин -1 В то же время исполнительные механизмы, как правило, вращаются с низкой частотой. Чтобы согласовать частоту вращения двигателя и исполнительного механизма, в машине предусматривают передачу.

Таким образом, практически любая машина, будь то автомобиль, токарный станок или робот, состоит, как правило, из двигателя, передаточного механизма (передачи) и исполнительного мехаиизма. На рис. 1.3 изображены в изометрии (приложение П.1) робот ПР161/60.1 и передачи трех степеней его подвижности. Основание 1 получает вращение от двигателя б через две ступени зубчато-ременной передачи со шкивами Уп 2~ — Уз (черточкой разделены шкивы, сидящие на одном валу), 24 и зубчатую передачу с внутренним зацеплением, имеющую зубчатые колеса УЗ, -'6.

Плечевой сустав 2 качается от электродвигате- 3 ля 5 с передачей вращения через три ступени зубчато-ременной передачи со шкивами У7, Уа — 29, 4 У1о — У1 и У~2. Локтевой сус- 2 и гав 3 качается от электродвигателя 4 через три ступени зубчато-ременной передачи со шкивами У~з, . и о14 «45» «Чб «47» ~18. Мощность исполни- и ц тельного механизма Р„„ из-за потерь в передаче ниже мощности двигателя Р . Потери обычно лв' Рис.

1.3. Передачи робота ПР16!/60.! учитываютспомощьюко- Рис 13 П Реда Р 17 16 2 За«57 Поэтому (1.4) и.м дв ппер где Чпер — КПД передачи. Отношение частот вращения вала двигателя п, мин ', дв вала исполнительного механизма пим, мин, называют передаточным числом передачи и= и /и„„ (1.5) В табл. П.1.2.приведены передаточные числа и КПД различных передач. Из данных таблицы следует, что наибольшим передаточным числом (до 250) при достаточно высоком КПД (0,68...0,86) обладают волновые передачи. Несколько ниже тот и другой показатели у червячной передачи.

Понижающую передачу (редуктор) применяют для увеличения вращающего момента и снижения частоты вращения исполнительного механизма. Повышающую передачу (мультипликатор) — наоборот, для повышения частоты вращения при снижении момента. Из формул следует взаимосвязь врашаюших моментов Т =Ти и.м дв Чпер (1.6) где Тип, Т, — вращающие моменты исполнительного механизма и двигателя. Если передача состоит из нескольких ступеней, то (1.7) и = и1и2 ... и; ... ии, (1.8) где и;, тй — передаточное число и КПД 1-й ступени; Ф вЂ” число ступеней в передаче. У работа ПР161/60.1, рассмотренного ранее (см.

рис. 1.3), все три передачи понижающие. 18 эффициента полезного действия (КПД) т1, равного отношению работ полезной Ап к затраченной А пол Затр П = пол/Аввтр -(1: 3) Приводом называют устройство, предназначенное для приведения в действие машин. В большинстве случаев привод— это двигатель, соединенный с передачей. На рис. 1.4 изображен в качестве примера электропривод на основе коническо-цилиндрического редуктора. Если его навесить'на вал исполнительного механизма, то можно получить машину в целом. (Привод может быть и мускульным.) Рве 14 Электропривод 1.2.