Как сделать кинематическую схему привода

Обновлено: 05.07.2024

Порядок выполнения кинематического расчета привода. Проектирование машины любого типа начинается с расчета привода, который начинают с выбора двигателя по потребной мощности, кинематической схеме привода и условиям эксплуатации, указанным в задании на разработку машины. Требуемую мощность двигателя определяют на основании исходных данных – рабочих характеристик машины.

Если указана мощность () на выходном валу привода, то расчетная мощность на входном валу привода определяется по зависимости:

где — коэффициент полезного действия (КПД) привода, который равный произведению частных КПД элементов привода

где — КПД отдельных звеньев кинематической цепи привода, ориентировочные значения, которых приведены в таблице 1.1.

С учетом расчетной мощности на входном валу привода определяется мощность двигателя привода из условия .

Если на выходном валу указаны вращающий момент () и его угловая скорость (), то мощность привода

Если на выходном валу указаны тяговое усилие ()и его скорость (), то мощность на входном валу привода

Таблица 1.1. Средние значения коэффициентов полезного действия элементов привода

с цилиндрическими колесами

Закрытая червячная при числе

В большинстве стационарных машин в качестве двигателя принимается трехфазный асинхронный электродвигатель, характерной особенностью которого является синхронная частота вращения, которая в зависимости от числа пар полюсов может быть 3000;1500;1000;750;600; 500 об/мин. Для обеспечения заданной скорости на выходном валу привода его передаточное отношение

Передаточное отношение привода равно произведению передаточных отношений всех передач привода:

где — передаточное отношение отдельных передач кинематической цепи привода.

Передаточные отношения для различных видов механических передач приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2. Средние значения передаточных отношений механических передач

с цилиндрическими колесами

с четырехзаходным червяком

При кинематическом расчете привода принята нумерация валов начиная от вала приводного двигателя. Для каждого вала определяется мощность, момент и его угловая скорость (частота вращения) с учетом КПД передач и их передаточного отношения.

Мощность на том валу привода

Угловая скорость на том валу привода

Момент том валу привода

2. Пример расчета. Определить мощность привода ленточного транспортера, представленного на рис. 1.1. Рассчитать мощность, момент и угловую скорость на каждом валу привода.

Исходные данные. Тяговое усилие на ленте 10 кН, скорость движения ленты . 1 м/с. Электродвигатель с синхронной частотой вращения 1500 об/мин. Диаметр приводного барабана транспортера 800 мм. Передаточные отношения ременной, зубчатой и цепной передач: 3,45; 5,6;3,25.

Рис.1.1. Кинематическая схема привода: 1 – двигатель, 2 – клиноременная передача, 3 – закрытая зубчатая передача, 4 – цепная передача, 5 – барабан ленточного конвейера.

1. Принимаем КПД элементов привода по таблице 1.1:

0,97 — КПД ременной передачи,

0,97 – КПД зубчатой передачи,

0,92 – КПД цепной передачи,

0,99 –КПД пары опорных подшипников.

2. Общий КПД привода по формуле (2):

3. Частота вращения приводного барабана:

4. Передаточное отношение привода по формуле (5):

Проверка передаточного отношения для заданных передаточных отношений передач по формуле (6)

5. Расчетная мощность на валу двигателя привода определяется по формуле (1)

11900 Вт = 11,9 кВт.

6. Угловые скорости, мощности и крутящие моменты на валах привода:

I вал – вал двигателя:

II вал – входной вал редуктора:

III вал – выходной вал редуктора:

IV вал – вал барабана:

Проверка тягового усилия на ленте конвейера:

3. Индивидуальные задания для выполнения кинематического расчета привода.

Индивидуальные задания по практической работе выполняются для кинематической схемы, представленной на рис.1.1. с исходными данными приведенными в таблицах 1.3,1.4.

Необходимо определить мощность привода ленточного транспортера, представленного на рис. 1.1. Рассчитать мощность, момент и угловую скорость на каждом валу привода.

Таблица 1.3. Исходные данные для кинематической схемы рис.1.1.

Мощность на выходном валу привода, кВт

Синхронная частота вращения двигателя, об/мин

Кинематическая схема. Кинематическая схема привода. Кинематические схемы механизмов

Что такое схема кинематическая? Основные понятия

Если коротко ответить на этот вопрос, то кинематическая схема — это некий рисунок или документ, если так можно выразиться, на котором изображены все механические звенья с указанием размеров. Очень часто звенья схемы называют кинематическими парами. Если дать определение научным языком, то это сопряженные твердые элементы в количестве 2 штук, которые благодаря условиям связи ограничивают движение друг друга.

Наличие размеров необходимо для проведения кинематического анализа, который изучает основы движения механизмов, их траектории и скорости. Решить задачи кинематики можно как графически, так и экспериментально.

В общем, о кинематической схеме мы говорим тогда, когда анализируем тип механизма. Им называют некую систему тел, которая преобразует движение одних для требуемого движения других. В состав любого механического элемента входят звенья — несколько твердых частиц, жестко соединенных между собой. Звено, которое считают неподвижным, называют стойкой.

Элементом кинематической пары или звена называют систему поверхностей и линий, по которой одно звено соприкасается с другим. Эту точку еще именуют узлом сопряжения.

Области применения кинематических схем

Кинематическая схема применяется абсолютно во всех областях промышленности — машиностроении, станкостроении и т. д. Все правила выполнения регулируются специальным документом — так называемым ГОСТом.

Правила выполнения схем

Существует несколько основных законов составления кинематических чертежей:

Документ может быть выполнен как на бумаге, так и на электронном носителе. Рекомендуется составлять конструкторские схемы на одном листе с возможностью деления его на необходимые форматы при печати.
В случае использования сложных схем допускается применение мультимедийных средств, то есть можно показать движение в динамике наглядным образом.

Кинематические чертежи подразделяют на три вида: принципиальные, структурные и функциональные. Правила их составления также отличаются друг от друга.

Что касается принципиальных схем, то на рисунке обязательно должны быть нанесены все виды связей между элементами. Документ предоставляют в виде развертки. Принципиальная кинематическая схема, обозначения которой разработчик указывает на полях, должна изображаться в контуре изделия в аксонометрической проекции. Более подробные правила по их составлению можно узнать по ГОСТ 2.303 и 2.701.

Главное отличие структурных схем от принципиальных заключается в том, что на первых изображаются функциональные части изделия и отношения между ними. Как правило, их представляют в виде графических изображений или аналитической записи.

Функциональные схемы иллюстрируют взаимосвязи между частями элементов, которые изображаются простыми геометрическими фигурами.

Кто регулирует правильность составления схем?

Правила составления прописаны в межгосударственных документах по стандартизации. За вступление в силу этого документа проголосовало большинство стран мира много лет назад. Периодически в ГОСТ вносятся изменения, это и понятно — научный прогресс не стоит на месте, наука развивается, а вместе с ней претерпевают изменения и регулирующие документы. Помимо основного стандарта, правила выполнения кинематических схем прописаны в в Единой системе конструкторской документации.

Определение строения механизмов

Как уже было сказано выше, все механизмы состоят из определенного количества кинематических пар. Они подразделяются на несколько основных:

по виду места связи — на низшие и высшие;
по способу замыкания;
по относительному движению в паре — на поступательные, вращательные, цилиндрические и т. д.

Кинематические схемы механизмов определяют их структуру. Если дать этому понятию определение, то это — совокупность всех элементов устройства и отношений между ними. Кроме того, чтобы определить строение механизма, нужно установить состав входящих звеньев.

На основе приведенных классификаций выделяют основные виды элементов машины, которые определяют ее строение:

Виды механизмов

Существует большое количество различных конструкций. Чаще всего механизмы подразделяют на:

рычажные или стержневые;
фрикционные;
кулачковые;
механизмы с гибкими звеньями;
зубчатые и др.

Среди основных классификаций механизмов выделяют такую, которая подразделяет их на три группы:

функциональные (по принципу выполнения технологического процесса);
структурные (по строению);
структурно-конструктивные (по конструктивным принципам).

Более подробно о кинематических схемах будет рассказано на примере электропривода.

Что такое привод? Его предназначение

Кинематическая схема привода

В любом приводе все элементы, связанные между собой, оказывают определенное влияние друг на друга. То есть изучения движения только одного звена будет недостаточно, важно учитывать и их взаимное влияние. Для этого все силы в конструкции приводят к единой точке, как правило, это вал двигателя. Кинематическую схему привода называют эквивалентной, а параметры — приведенными.

Схемы этого оборудования состоят из таких основных элементов, как:

электродвигатель;
открытая передача;
редуктор;
приводной вал машины;
муфта.

Это классический состав кинематической схемы, некоторые элементы могут отсутствовать.

Кинетическая схема других механизмов

Кинематика — наука, изучающая различные конструкции, поэтому для любого типа оборудования схема своя. Рассмотрим чертеж наиболее часто встречаемого агрегата — станка. Конечно, существует целый ряд других механизмов, и на изучение их схем может уйти масса времени. Изображения сложных конструкций более детально рассматриваются учеными, механиками и любителями кинематики.

Станок — простой пример механизма, который приводится в действие благодаря определенным силам. Исполнительными органами конструкции являются: стол, суппорт, шпиндель и другие детали. Цепи кинематики станка состоят из различных передач, которые размещены в определенной последовательности. Кинематические схемы передач могут иметь в своем составе ременные, зубчатые или червячные механизмы. На чертеже все элементы обозначаются специальными знаками, которые прописаны в ГОСТе 3462-61. Кинематическая схема станка обязательно включает в себя шаги ходовых винтов, модули захода червяков, число оборотов двигателей, мощность и т. д.

Современное оборудование имеет не только механические передачи, зачастую применяют гидравлические или пневматические устройства, и, соответственно, в паспортах станков можно встретить не кинематические схемы, а комбинированные пневмогидравлические или электрические.

Современный мир машин и деталей огромен, существуют тысячи разнообразных механизмов и элементов. Однако каждый механический агрегат имеет свою кинематическую схему, будь то кран, подвеска автомобиля, металлорежущий станок или буровая вышка. Кинематические чертежи и конструкторские описания помогают разобраться со структурой и составом механизмов, облегчают процесс изучения движения элементов и звеньев в цепи. Благодаря таким схемам и науке кинематике в целом научно-технический прогресс не стоит на месте, появляются все более совершенные механизмы, станки и агрегаты, которые активно входят в нашу с вами жизнь.

Кинематический расчет завершается вычерчиванием кинематической схемы привода, в качестве исходных данных используем график частот вращения и кинематическую схему базового станка. На кинематической схеме (рис. 32) указываются номера валов, характеристика электродвигателя, число зубьев колес. Кинематическая схема вычеркивается в соответствии с требованиями на оформление кинематических схем по ГОСТ 2.770-68; 2.780-68; 2.781-68; 2.782-68.

Рис. 32. Кинематическая схема коробки скоростей

После того как построен график частот вращения шпинделя, вычерчена кинематическая схема коробки скоростей и определены числа зубьев колес, переходим к прочностному расчету привода, который выполняется в следующей последовательности.

Определение расчетной частоты вращения шпинделя

Расчетную частоту вращения шпинделя определим по формуле

где п_тш и п_тах - соответственно max и min частота вращения шпинделя по геометрическому ряду.

В нашем примере п_р= 22,54,--= 116 об/мин.

Принимаем п_р = 65 об/мин.

Определение мощностей и передаваемых крутящих моментов на валах

Мощность на валах коробки скоростей определяется по формуле

где N. - мощность электродвигателя (N,, = 13 кВт), щ - КПД пары подшипников качения (lii = 0,99), Д2 - КПД прямозубых цилиндрических колес (ii₂= 0,97), х, у - показатели степеней, равные соответственно числу пар подшипников и зубчатых передач.

Крутящие моменты на валах расчетной кинематической цепи определяется по формуле

Без кинематической схемы невозможно представить ни один вид оборудования. Речь идет как об автомобилях, тракторах, станках, так и о более простых типах механизмов. В целом кинематика представляет собой специальный отдел в механике, который направлен на изучение свойств звеньев механизмов. Наука позволяет провести кинематический анализ посредством изучения траекторий движения звеньев, определения точек, положений и скоростей элементов. Достижение конечного результата невозможно без обоснования понятия "кинематическая схема", о чем и пойдет речь в данной статье.

Что такое схема кинематическая? Основные понятия

Если коротко ответить на этот вопрос, то кинематическая схема - это некий рисунок или документ, если так можно выразиться, на котором изображены все механические звенья с указанием размеров. Очень часто звенья схемы называют кинематическими парами. Если дать определение научным языком, то это сопряженные твердые элементы в количестве 2 штук, которые благодаря условиям связи ограничивают движение друг друга.

В общем, о кинематической схеме мы говорим тогда, когда анализируем тип механизма. Им называют некую систему тел, которая преобразует движение одних для требуемого движения других. В состав любого механического элемента входят звенья - несколько твердых частиц, жестко соединенных между собой. Звено, которое считают неподвижным, называют стойкой.

Области применения кинематических схем

Кинематическая схема применяется абсолютно во всех областях промышленности - машиностроении, станкостроении и т. д. Все правила выполнения регулируются специальным документом - так называемым ГОСТом.

Правила выполнения схем

Существует несколько основных законов составления кинематических чертежей:

Документ может быть выполнен как на бумаге, так и на электронном носителе. Рекомендуется составлять конструкторские схемы на одном листе с возможностью деления его на необходимые форматы при печати.
В случае использования сложных схем допускается применение мультимедийных средств, то есть можно показать движение в динамике наглядным образом.

Кто регулирует правильность составления схем?

Правила составления прописаны в межгосударственных документах по стандартизации. За вступление в силу этого документа проголосовало большинство стран мира много лет назад. Периодически в ГОСТ вносятся изменения, это и понятно - научный прогресс не стоит на месте, наука развивается, а вместе с ней претерпевают изменения и регулирующие документы. Помимо основного стандарта, правила выполнения кинематических схем прописаны в в Единой системе конструкторской документации.

Определение строения механизмов

по виду места связи - на низшие и высшие;
по способу замыкания;
по относительному движению в паре - на поступательные, вращательные, цилиндрические и т. д.

Кинематические схемы механизмов определяют их структуру. Если дать этому понятию определение, то это - совокупность всех элементов устройства и отношений между ними. Кроме того, чтобы определить строение механизма, нужно установить состав входящих звеньев.

Виды механизмов

Существует большое количество различных конструкций. Чаще всего механизмы подразделяют на:

рычажные или стержневые;
фрикционные;
кулачковые;
механизмы с гибкими звеньями;
зубчатые и др.

Среди основных классификаций механизмов выделяют такую, которая подразделяет их на три группы:

функциональные (по принципу выполнения технологического процесса);
структурные (по строению);
структурно-конструктивные (по конструктивным принципам).

Более подробно о кинематических схемах будет рассказано на примере электропривода.

Что такое привод? Его предназначение

Прежде чем говорить о кинематической схеме привода, нужно знать, что это такое. Привод - специальное устройство, которое приводит в действие машины при помощи двигателя. Иными словами, механизм начинает движение от потока энергии, которая идет либо от двигателя, либо от дополнительных элементов. Кинематическая схема редуктора незаменима при изучении понятия "привод". Это устройство представляет собой механизм из червячных или зубчатых колес, который передает вращение от двигателя непосредственно к валу машины. Его корпус состоит из подшипников, валов и зубчатых колес.

Кинематическая схема привода

Схемы этого оборудования состоят из таких основных элементов, как:

электродвигатель;
открытая передача;
редуктор;
приводной вал машины;
муфта.

Это классический состав кинематической схемы, некоторые элементы могут отсутствовать.

Кинетическая схема других механизмов

Кинематика - наука, изучающая различные конструкции, поэтому для любого типа оборудования схема своя. Рассмотрим чертеж наиболее часто встречаемого агрегата - станка. Конечно, существует целый ряд других механизмов, и на изучение их схем может уйти масса времени. Изображения сложных конструкций более детально рассматриваются учеными, механиками и любителями кинематики.

Станок - простой пример механизма, который приводится в действие благодаря определенным силам. Исполнительными органами конструкции являются: стол, суппорт, шпиндель и другие детали. Цепи кинематики станка состоят из различных передач, которые размещены в определенной последовательности. Кинематические схемы передач могут иметь в своем составе ременные, зубчатые или червячные механизмы. На чертеже все элементы обозначаются специальными знаками, которые прописаны в ГОСТе 3462-61. Кинематическая схема станка обязательно включает в себя шаги ходовых винтов, модули захода червяков, число оборотов двигателей, мощность и т. д.

Составитель Мехаев Михаил Борисович, канд. техн. наук, доц.

Методика предварительного расчета излагается в том порядке, в котором необходимо производить расчет, и иллюстрируется примером. Кроме того, методические указания содержат необходимый для данного этапа проектирования справочный материал, а также схемы и варианты заданий на курсовой проект.

Методические указания предназначены для студентов механических специальностей, выполняющих курсовой проект по деталям машин, и посвящены первому этапу проектирования предварительному расчету привода.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университета

Редактор Н.Н. Пацула

ИД № 06039 от 12.10.2001 г.

Свод.темплан 2005 г.

Подписано к печати 31.05.05. Бумага офсетная. Формат 6084/16. Отпечатано на дупликаторе. Усл. печ.л. 2,75. Уч.-изд. 2,75. Тираж … экз. Заказ…

Издательство ОмГТУ. 644050, г. Омск, пр-т Мира,11

Основной целью данной работы является оказание помощи студентам в их самостоятельной работе над проектом.

Заданием на курсовой проект по деталям машин является конструирование привода цепного или ленточного конвейера, который, как и любая другая машина, включает в себя три основных узла:

1 2 3

В данном проекте разработке подлежат второй или третий узлы машины. В качестве двигателя у большинства конвейеров используется стандартный электромотор трехфазного тока.

Передаточный механизм в зависимости от задания на курсовой проект может содержать открытую передачу и редуктор или один редуктор.

Исполнительным механизмом (ИМ) в данном проекте является приводной вал конвейера. Для ленточного конвейера это вал приводного барабана, а для цепного конвейеравал с одной или двумя приводными звездочками.

Согласно полученному заданию студент должен спроектировать привод конвейера, т. е. произвести расчеты и разработать чертежи в объеме, установленном заданием на курсовой проект.

Все необходимые расчеты и пояснения особенностей конструкции и эксплуатации привода оформляются в виде пояснительной записки.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА

Цель предварительного расчета заключается в составлении и уточнении кинематической схемы установки, выборе основных элементов привода и проведении его кинематического и силового анализа. Этот этап заканчивается составлением таблицы исходных данных, необходимой для дальнейшего расчета отдельных узлов и деталей привода.

1. Составление кинематической схемы

Каждый студент получает от руководителя шифр задания на курсовой проект, построенный по следующей схеме:

Курсовой проект, шифр ОмГТУ

Номер варианта схемы привода (рис.1)

Номер варианта схемы редуктора (рис.2)

Номер варианта схемы ИМ и графика нагрузки (рис.3)

Номер варианта исходных данных (табл.2 или 3)

Например: задан шифр: КП. 2069889. 15. Д 1. 3 4 15

Принципиальная схема привода № 1 (рис.1)

Редуктор двухступенчатый цилиндрический, выполненный по развернутой схеме (рис.2, вар. №3)

Исходные данные по варианту №15 из табл. 2 (табл. 3 для

Конвейер ленточный, ИМ- вал приводного барабана (рис.3, вар. .№4)

передача

ремнем

Рис.1 Варианты принципиальных схем привода.

Условные обозначения элементов кинематических схем

Соединение детали и вала, свободное при вращении

глухое с предохранением от перегрузки

зубчатые конические (общее обозначение)

зубчатые с прямыми зубьями

1. с косыми зубьями;

червячные с цилиндричес- ким червяком

Рис. 2. Варианты кинематических схем редукторов (начало)

Рис. 2. Варианты кинематических схем редукторов (окончание)

Срок службы – 5 лет К_год = 0,5; К_сут = 0,33

Срок службы – 5 лет К_год = 0,6; К_сут = 0,5

Срок службы – 5 лет К_год = 0,7; К_сут = 0,75

Срок службы – 5 лет К_год = 0,8; К_сут = 0,6

Рис. 3. Варианты исполнительных механизмов конвейера и графики нагрузки

Задание на курсовой проект по деталям машин

Студенту Ивановой И.Г. факультет ВМТ гр. ВМТ-411

Спроектировать привод ленточного конвейера

Кинематическая схема График нагрузки

1. Окружное усилие на барабане – F_t , кН 1,8

2. Скорость ленты конвейера – V , м/с 0,6

3. Диаметр барабана – D_б , мм 250

4. Ширина ленты – В , мм 400

5. Высота установки ведущего вала – H , мм 350

6. Угол обхвата барабана – α , рад 3,5

1. Сборочный чертеж ведущего вала (срок исполнения 15.03.99)

2. Сборочный чертеж редуктора (срок исполнения 20.04.99)

3. Сборочный чертеж привода (срок исполнения 03.05.99)

4. Рабочие чертежи деталей (срок исполнения 10.05.99)

Проект предоставить к защите 13.05.99

Задание получил 12.02.99 разработчик И.Г. Иванова

Руководитель разработки И.Н. Попов

ст. преподаватель (подпись)

Задание на курсовой проект по деталям машин

Студенту Иванову В.П. факультет ВТ гр. ВТ-411

Спроектировать привод цепного конвейера

Кинематическая схемаГрафик нагрузки

1. Окружное усилие на звездочке – F_t , кН 1,4

2. Скорость цепи конвейера – V , м/с 1,0

4. Число зубьев ведущей звездочки – Z 9

5. Высота установки ведущего вала – H , мм 300

6. Установочный размер ИМ – L , мм 350

1. Сборочный чертеж редуктора (срок исполнения 30.03.99)

2. Сборочный чертеж ведущего вала (срок исполнения 20.04.99)

3. Сборочный чертеж привода (срок исполнения 03.05.99)

4. Рабочие чертежи деталей (срок исполнения 10.05.99)

Проект предоставить к защите 15.05.99

Задание получил 12.02.99 разработчик В.П.Иванов

Руководитель разработки И.Н.Попов

ст. преподаватель (подпись)

Составляя кинематические схемы, нужно помнить, что при передаче тягового усилия Ft зацеплением с помощью тяговых цепей (цепные конвейеры) в приводе необходимо предусмотреть предохранительное устройство в виде предохранительной муфты предельного момента. Например, соединение приводной звездочки со ступицей можно выполнить через срезной штифт.

Кинематическая схема и график нагрузки после согласования с руководителем проектирования вычерчивается на бланке задания. Здесь же приводятся исходные данные, которые в соответствии с заданным вариантом выписываются из табл. 2 или табл. 3. В этих таблицах в графе "шифр" указаны рекомендуемые для каждого варианта сочетания номеров общей схемы привода и схем редукторов (на бланк задания не заносится).

Выше показаны примеры оформления бланков заданий. Кинематическая схема привода в произвольном масштабе вычерчивается также на чертеже общего вида.

Читайте также: