Червячные механизмы с винтовым движением звеньев
Передача с винтовым движением колеса в механизме осевой регулировки валка шаропрокатного стана. Механизм с винтовым движением червяка в устройстве индикации радиального перемещения валка. Основные условия сопряженности зацепления, алгоритмы расчета.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 30.07.2018 |
| Размер файла | 593,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Зубчатые механизмы
Размещено на http://www.allbest.ru/
90
http://tmm.spbstu.ru
Червячные механизмы с винтовым движением звеньев
С.А. Лагутин, Е.А. Гудов
Содержание
- Введение
- Передача с винтовым движением колеса в механизме осевой регулировки валка шаропрокатного стана [3]
- Механизм с винтовым движением червяка в устройстве индикации радиального перемещения валка
- Условия сопряженности зацепления
- Алгоритм расчета
Введение
Червячные механизмы, в которых без нарушения сопряженности зацепления одно из звеньев (червяк или колесо) может совершать винтовое движение вокруг и вдоль своей оси с ходом, отличным от хода его собственной винтовой поверхности, могут весьма эффективно использоваться в современной технике, особенно в устройствах настройки рабочих валков прокатных станов [1, 2].
При этом звено, совершающее винтовое движение, может быть выполнено за одно целое с рабочим звеном, что в сочетании с высокой редукционной способностью передачи позволяет свести к минимуму число звеньев кинематической цепи такого устройства. Тем самым уменьшается сумма боковых зазоров, величина рассогласования между положениями входного и выходного звеньев и, в конечном счете, повышается точность прокатываемых изделий.
Ниже рассмотрены два примера использования червячных передач с винтовым движением звеньев в механизмах прокатного оборудования.
Передача с винтовым движением колеса в механизме осевой регулировки валка шаропрокатного стана [3]
Высокопроизводительным методом производства шаров является горячая винтовая прокатка между двумя калибровочными валками, которые скрещиваются под небольшим углом [4]. Точность получаемых шаров определяется, прежде всего, точностью взаимного положения рабочих валков.
Осевая регулировка положения валка осуществляется с помощью показанного на рис.1 устройства для преобразования вращения вала двигателя в винтовое движение рабочего звена. Рабочий валок 1 размещен в стакане 4, на наружной поверхности которого нарезаны упорная резьба 2 с шагом Т и эвольвентный косозубый венец 3.
Венец 3 выполнен с числом зубьев z2, нормальным модулем mn и делительным углом наклона зуба 2. Осевой ход Pz винтовой поверхности его зубьев определяется выражением:
(1)
Стакан приводится в винтовое движение относительно гайки 6, неподвижно закрепленной в корпусе клети 7, посредством червяка 5 с числом заходов z1.
За один оборот червяка рабочее звено (рабочий валок со стаканом) поворачивается на угол и одновременно перемещается вдоль своей оси на величину L1, связанную с шагом Т, условием:
(2)
где u - передаточное число механизма.
Рис. 1. Механизм с винтовым движением зубчатого венца в механизме осевой регулировки валка шаропрокатного стана
Решая уравнение (2), получим выражение для линейного перемещения L рабочего звена за n1 оборотов червяка:
(3)
Знак “+” ставится в случае, если зубья венца 3 и резьба гайки 2 имеют противоположное направление винтовой линии, а “ - “в случае, если их направления совпадают.
Расчет геометрических параметров передачи выполняется из условия сопряженности зацепления по предложенному ниже алгоритму. Отметим только, что для передач этого вида червяк обычно выполняется однозаходным, а угол 2 наклона зубьев венца не превышает 8. При этом осевой модуль mx1 червяка может быть выбран из стандартного ряда равным нормальному модулю mn фрезы, нарезающей зубья венца.
Механизм с винтовым движением червяка в устройстве индикации радиального перемещения валка
Устройство индикации, представленное на рис. 2, предназначено для настройки рабочих валков станов винтовой или продольной прокатки на радиальный размер [5]. Это устройство включает в себя нажимной винт 1, который скользит по шлицам внутри ступицы червячного колеса 2 и поддерживается резьбой гайки 3, фиксированной в корпусе 4, совершая, таким образом, винтовое движение с шагом T, равным шагу гайки. Свободный конец нажимного винта несет на себе червяк 5 с шагом t и числом заходов z1, который приводит в движение косозубое эвольвентное колесо 6, установленное на входном валу датчика угла поворота.
Исходными данными для расчета устройств такого типа являются число импульсов датчика угла поворота N и цена одного импульса м. По этим параметрам линейное перемещение нажимного винта за полный оборот вала датчика L = N м.
Рис.2. Механизм с винтовым движением червяка в устройстве индикации радиального перемещения валка
Исходя из требуемого линейного перемещения L, передаточное число передачи , то есть отношение числа оборотов n1 винта и жестко связанного с ним червяка к числу оборотов колеса, насаженного на вал датчика, находим как:
(4)
Для того чтобы в таком устройстве перемещение рабочего валка на целое число миллиметров соответствовало целому числу импульсов, червяк должен быть выполнен с метрической резьбой. Число зубьев колеса определяется в зависимости от шага червяка t, направления и числа его заходов z1 выражением:
(5)
При этом t и z1 должны быть выбраны таким образом, чтобы число z2 получалось целым и при этом лежало в разумных пределах (z2 = 20…50). Из выражений (4) и (5), выполнив необходимые преобразования, получим формулу для линейного перемещения рабочего звена за один оборот вала датчика в виде:
(6)
Кроме того, шаг червяка должен быть выбран таким образом, чтобы для его осевого модуля mx1 = t / р, можно было найти из стандартного ряда меньшее, но достаточно близкое значение нормального модуля mn0 фрезы, используемой для нарезания зубьев колеса. При этом колесо может выполняться и с глобоидной формой зубчатого венца, однако учитывая, что диаметр червяка в таком механизме существенно больше диаметра колеса, венец целесообразно выполнять цилиндрическим. Далее расчет передачи выполняется по предложенному ниже алгоритму.
Подчеркнем, что оба рассматриваемых механизма являются одноподвижными, и передаточное число в них определяется вполне однозначно. При этом оно зависит не только от отношения числа зубьев z2 колеса к числу заходов z1 червяка, но и от отношений шага T гайки к осевому ходу Pz зубчатого венца в первом случае и осевому ходу tz1 червяка во втором случае.
Условия сопряженности зацепления
В свое время ортогональные передачи зацеплением, состоящие из цилиндрического червяка и цилиндрического косозубого колеса, были хорошо известны и рассматривались в ряде учебников и справочников по теории механизмов и машин, в частности в книгах, А.П. Малышева [6], Д.С. Зернова и др. [7], В.В. Добровольского [8].
Такие передачи можно проектировать как корригированные винтовые передачи с малым числом зубьев шестерни, используя известные методы расчета, изложенные в работах Litvin F. L. [9] и Курлова Б.А. [10]. В этом случае активные поверхности витков червяка и зубьев колеса получаются эвольвентными винтовыми с равным нормальным модулем. Этот способ неудобен тем, что осевой модуль червяка получает некоторое дробное значение, которое трудно обеспечить при нарезании червяка на токарно-винторезных и червячно-шлифовальных станках.
Второй известный метод синтеза таких передач состоит в том, что червяк проектируется, как эвольвентный, со стандартным осевым модулем, которому должен быть равен торцовый модуль колеса. [11]. При этом нормальный модуль колеса получится нестандартным и потребует для нарезания зубьев изготовления специальной фрезы, что тем более неудобно для практики.
Технологически более удобный метод синтеза, предложенный в данной работе, основан на известной теореме Л.В. Коростелева [12]. Согласно этой теореме, если активные поверхности зубьев колес образованы инструментом с эвольвентными производящими поверхностями одно - или двухпараметрическим огибанием при постоянном отношении угловых скоростей заготовки и инструмента, то эти поверхности будут гарантировано сопряженными, то есть в такой передаче будет сохраняться постоянное передаточное отношение при любых погрешностях в расположении осей колес.
Из этой теоремы, в частности следует, что для сопряженности червячной передачи необходимо и достаточно, чтобы у червяка и червячной фрезы, нарезающей зубья колеса, были равны между собой основные шаги, то есть расстояния между соседними витками, измеренные по нормали к активной поверхности [13,14].
Поскольку фреза автоматически переносит на колесо свой основной шаг, то, переходя от шагов к модулям, условие сопряженности активных поверхностей звеньев рассматриваемой передачи можно записать в виде:
(7)
Здесь mb1 и mb0 - основные модули, соответственно червяка и фрезы, связанные с нормальными модулями mn1 и mn0 и нормальными углами профиля n1 и n0 известными зависимостями:
, (8)
(9)
где г1 = arctan (mx1 z1/d1) - делительный угол подъема витка червяка, mx1 - осевой модуль, z1 - число заходов, d1 - делительный диаметр.
В процессе реального проектирования конструктор, прежде всего, должен выбрать червячную фрезу из числа стандартных со стандартными значениями угла профиля n0 = 20? и нормального модуля mn0. Осевой модуль mx1 червяка выбирается с учетом возможностей червячно-шлифовального станка. Равенство основных модулей червяка mb1 и колеса mb2, осуществляется за счет коррекции осевого угла профиля x1 (рис.3). Соблюдение заданного межосевого расстояния достигается высотной коррекцией зубьев колеса.
Рис. 3. Коррекция параметров профиля витка червяка
Алгоритм расчета
Предлагаемая методика расчета применима к обоим рассмотренным выше типам передач. Она построена на том дополнительном условии, что расчетную точку контакта мы размещаем в средней плоскости колеса на его начальном цилиндре, т.е. в полюсе P зацепления (рис.4 и рис.5). В этой точке мы должны обеспечить равенство между собой осевого угла xw1 профиля витка и торцового угла tw2 профиля зуба колеса, а также угла гw1 подъема витка и угла вw2 наклона зуба.
Рис. 4. Ортогональная передача: цилиндрический червяк - косозубое колесо
Рис. 5. Осевое сечение ортогональной передачи
Исходными данными для расчета служат: осевой модуль червяка mx1, нормальный модуль фрезы mn0, число заходов червяка z1, межосевое расстояние передачи aw и делительный диаметр червяка d1 = qmx1.
Исходя из этих данных, прежде всего, определяем по выражению (8) основной модуль передачи mb. Затем рассчитываем параметры червяка на его основном цилиндре:
основной угол подъема: л = arccos (mb / mx1),
модуль в торцовом сечении: mtb1 = mb / sin л,
и диаметр основного цилиндра: db1 = z1 mtb1.
В системе координат, ось x которой направлена вдоль оси червяка, осевой профиль эвольвентного червяка описывается уравнением [9]:
(10)
где r - текущий радиус червяка, и (r) = arccos (0,5db1/r) - угол развернутости эвольвенты в торцовом сечении.
Осевые углы профиля витка червяка в текущей точке x (r) и на делительном цилиндре x1 определяем дифференцированием выражения (10):
(11)
(12)
Углы подъема витка червяка в текущей точке на делительном и начальном цилиндрах определяются выражениями:
(13)
(14)
(15)
Повторным дифференцирование угла x (r) получаем выражение для кривизны осевого профиля K (r) в произвольной точке:
(16)
С достаточной для практических целей точностью эвольвентный червяк может шлифоваться как квазиархимедов [14], т.е. его осевой профиль должен быть выполнен с делительным углом x1, рассчитанным по формуле (12), и на рабочей высоте витка h = 2 mn0 иметь небольшую стрелку выпуклости:
(17)
Число зубьев z2 сопряженного колеса находим как целую часть выражения:
(18)
Исходя из условия равенства угла гw1 подъема витка и угла вw2 наклона зуба, определяем делительный угол 2 наклона зуба колеса:
. (19)
По найденному значению в2 последовательно определяем: торцовый делительный угол профиля: торцовый делительный модуль:
(20)
торцовый делительный угол профиля:
(21)
При проектировании передачи необходимо следить за тем, чтобы расчетная точка Р, лежащая на начальном цилиндре, была расположена вблизи делительного цилиндра червяка, т.е. коэффициент смещения x2 = (2aw-d1 - d2) /2mx1 находился в пределах: - 0,1< x < +0,25.
Определение контурных и зубоизмерительных параметров передачи, таких, как диаметры выступов da1,2 и впадин df1,2 червяка и колеса, делительный d2, основной db2 и начальный dw2 диаметры колеса, толщина зуба колеса Sw2, толщина витка червяка Sw1, длина общей нормали Wn и т.д. выполняется по известным формулам.
В таблицу 1 сведены результаты расчета нескольких спроектированных и изготовленных на Электростальском заводе тяжелого машиностроения червячных передач, содержащих квазиархимедов червяк и эвольвентное косозубое колесо. Расчет выполнялся по описанной выше методике, реализованной в среде MathCAD.
Таблица 1. Примеры расчета передач "червяк - косозубое колесо"
|
Обозначение |
1 |
2 |
3 |
|
|
Исходные данные |
||||
|
mx1 |
31/3 =10,333 |
3 |
4/р = 1,273 |
|
|
mn0 |
10 |
3 |
1,25 |
|
|
z1 |
3 |
1 |
1 |
|
|
d1 |
110 |
36 |
90,5 |
|
|
aw |
210 |
71 |
64 |
|
|
z0 |
1 |
1 |
1 |
|
|
n0 |
20є |
20є |
20є |
|
|
Параметры червяка |
||||
|
mb1 |
9,397 |
2,819 |
1,175 |
|
|
л |
24є34'49” |
20є |
22є41'58” |
|
|
mtb1 |
22,591 |
8,242 |
3,044 |
|
|
db1 |
67,772 |
8,242 |
3,044 |
|
|
da1 |
130 |
42 |
93 |
|
|
df1 |
86 |
28,8 |
87,5 |
|
|
г1 |
15є42'20” |
4є45'49” |
0є48'22” |
|
|
и1 |
51є58'03” |
76є45'52” |
88є04'21” |
|
|
x1 |
19є48'49” |
19є30'34” |
22є41'17” |
|
|
fn |
0,189 |
0,005 |
8x10-6 |
|
|
p1 |
32,463 |
9,425 |
4 |
|
|
pz1 |
97,389 |
9,425 |
4 |
|
|
Параметры колеса |
||||
|
z2 |
30 |
35 |
30 |
|
|
dw2 |
310 |
105 |
38, 197 |
|
|
dw1 |
110 |
37 |
89,803 |
|
|
гw1 = вw2 |
15є44'20” |
4є38'08” |
0є48'44” |
|
|
в2 |
15є49'36” |
4є39'03” |
0є47'51” |
|
|
mt |
10,394 |
3,01 |
1,25 |
|
|
бt |
20є43'20” |
20є03'39” |
20є00'06” |
|
|
d2 |
311,821 |
105,347 |
37,504 |
|
|
db2 |
291,648 |
98,955 |
35,241 |
|
|
da2 |
331,821 |
111,347 |
40,004 |
|
|
df2 |
286,821 |
97,847 |
34,379 |
|
|
x2 |
-0,091 |
0,109 |
-0,00145 |
|
|
w2 |
19є48'49” |
19є32'09” |
22є41'16” |
червячный механизм шаропрокатный стан
Выводы
1. Показана возможность и целесообразность использования червячных передач, содержащих цилиндрический червяк и эвольвентное косозубое колесо, для механизмов, в которых одно из звеньев передачи должно совершать винтовое движение. Приведены примеры их использования в приводах и системах управления прокатных станов, где они позволяют свести к минимуму число звеньев и сумму зазоров в кинематической цепи и тем самым повысить точность прокатываемых изделий.
2. Сформулированы условия сопряженности зацепления в рассматриваемых передачах. Разработан алгоритм геометрического и технологического расчета, обеспечивающий возможность изготовления червяков с учетом возможностей червячно-шлифовальных станков и нарезания зубьев колеса стандартными червячными фрезами.
Список литературы
1. А.А. Ковтушенко, С.А. Лагутин, Ю.Л. Яцин Освоение новых видов передач для приводов металлургического оборудования. // Тяжелое машиностроение. 1993. №1. С.18-22.
2. Lagutin S. A. Synthesis of Gearings Transmitting a Screw Motion // Proc. of the 10th World Congress on the Theory of Machines and Mechanisms. Vol.6. Oulu, Finland, June 20-24.1999. pp.2293-2298.
3. А. с. № 1573263, МКИ F16 H1/16, Червячная передача. 1990, Бюл. № 23.
4. Толпин Т.И. Шаропрокатные станы. // Тяжелое машиностроение. 1993. №1. С.16-17.
5. А. с. № 1182219, МКИ F16H19/02, B21B31/24, Устройство для преобразования винтового движения во вращательное. 1985, Бюл. №36.
6. Малышев А.П. Кинематика механизмов, Гизлегпром, М., 1933.226с.А. с. № 1573263, МКИ F16 H1/16, Червячная передача. 1990, Бюл. № 23.
7. Д.С. Зернов, Х.Ф. Кетов, С.В. Вяхирев, Н.И. Колчин. Прикладная механика.М. - Л.: ОНТИ, 1937. Т.2.602 с.
8. Добровольский В.В. Теория механизмов. М.: Машгиз, 1951. - 468 с.
9. F. L. Litvin, A. Fuentes, Gear Geometry and Applied Theory of Gearing (2-nd edition). Cambridge University Press, 2004, 800 pp.
10. Курлов Б.А. Винтовые эвольвентные передачи: Справочник. - М: Машиностроение, 1981. - 176с.
11. Dongan Zhan and Daizhong Su, Mathematical modeling and verification of a worm-gear drive with involute tooth profiles, Proc. of ICFDM'04, the 6th International conference on Frontiers of Design and Manufacturing, Xi'an, China, 21-23 June 2004, paper No.542.
12. Коростелев Л.В. Образование зубчатых передач с переменным расположением осей колес // Машиноведение. 1972. № 4. С.46-50.
13. Lagutin S.A. Synthesis of Spatial Gearings by Aid of Meshing Space. // Proc. of International Conference "Power Transmissions-03", Vol.1, Varna, Bulgaria, 2003, pp.343-346.
14. С.А. Лагутин, С.В. Долотов Технологический синтез червячных передач с локализованным контактом // Вестник машиностроения. 2005. № 4. С.10-14.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Приспособления, применяемые при сборке машин. Виды тисков: стуловые; параллельные. Струбцины с винтовым зажимом. Приспособление пневматического действия для надевания колец на поршень двигателя или компрессора, контрольное - для проверки расстояний.
учебное пособие [5,3 M], добавлен 10.06.2009Проект горизонтального ленточного конвейера для транспортирования глины с винтовым натяжным устройством. Разработка конструкции привода. Подбор электродвигателя, муфты и редуктора. Расчет открытой цилиндрической передачи и приводного вала конвейера.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 05.05.2016Геометрия зубчатого зацепления. Циллиндрические, конические, червячные, прямозубные, шевронные колеса. Основные параметры рейки. Геометрические размеры передач. Ряды зубчатых колес. Построение картины скоростей для планетарного зубчатого механизма.
презентация [217,1 K], добавлен 04.09.2013Прокатка как основной вид обработки металлов давлением, ее преимущества. Шаропрокатный стан MS – 64 для производства мелющих шаров диаметром 40, 60, 80, 100 мм, принцип его работы. Усовершенствование стенда для наплавки валков шаропрокатного стана.
дипломная работа [1,6 M], добавлен 13.05.2014Производство цельнокованых валков и особенности формирования улучшенной структуры слитка. Технология изготовления валков. Обработка металла на агрегатах комплексной обработки стали. Калькуляция себестоимости валка. Охрана труда и техника безопасности.
дипломная работа [3,4 M], добавлен 26.10.2014Технический процесс прокатного производства сортопрокатного цеха. Оборудование обжимно-прокатного стана. Вибрация привода прокатных клетей. Техническое состояние механического оборудования. Расчет подшипников скольжения. Определение мощности двигателя.
курсовая работа [4,0 M], добавлен 23.07.2013Электропривод как электромеханическая система для приведения в движение исполнительных механизмов рабочих машин и управления этим движением, его разновидности и сферы использования. Разработка вариантов конструктивных схем машины, формирование звеньев.
курсовая работа [277,8 K], добавлен 20.05.2011Для заданного числа зубьев и модуля рассчитаны параметры зубчатого эвольвентного зацепления. Спроектирован редуктор, а также определены угловые и линейные скорости звеньев зубчатого редуктора. Определение угловых скоростей и угловых ускорений звеньев.
курсовая работа [194,7 K], добавлен 09.09.2012Проектный расчет валов редуктора и межосевого расстояния. Конструктивные размеры червяка и червячного колеса. Проектировочный и проверочный расчет передачи. Расчет червяка на жесткость и прочность. Выбор смазки редуктора, уплотнительных устройств, муфты.
курсовая работа [223,5 K], добавлен 16.01.2011Выбор электродвигателя. Кинематический и силовой расчет привода. Расчет червячной передачи. Предварительный расчет валов и ориентировочный выбор подшипников. Конструктивные размеры червяка и червячного колеса. Выбор смазки зацепления и подшипников.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 14.01.2014Методика расчета ступени центробежного компрессора по исходным данным. Расчет параметров во входном и выходном сечениях рабочего колеса и на выходе из радиального лопаточного диффузора. Расчет параметров на входе в осевой диффузор и на выходе из него.
курсовая работа [334,5 K], добавлен 03.02.2010Кинематическое исследование рычажного механизма. Силы реакции и моменты сил инерции с использованием Метода Бруевича. Расчет геометрических параметров зубчатой передачи. Синтез кулачкового механизма с вращательным движением и зубчатого редуктора.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 10.01.2011Обзор известных схем привода прокатных клетей, выбор параметров шестеренной клети. Расчет зубчатого зацепления, расчет шестеренного валка на прочность, шестеренной клети на опрокидывание, напряжения, усилий на опорах. Выбор подшипников шестеренной клети.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 04.05.2010Нарезка конического зубчатого колеса с числом зубьев 49, которое работает в зацеплении с колесом с числом зубьев 23. Расчётные перемещения и уравнение кинематического баланса. Схема и определение угла зацепления, проверка условия зацепляемости.
лабораторная работа [100,2 K], добавлен 29.03.2011Применение щековой дробилки, ее устройство и принцип работы. Выбор типоразмера дробилки. Размеры основных элементов механизма щековой дробилки. Определение массы деталей и узлов дробилки. Определение ее конструктивных и технологических параметров.
курсовая работа [533,0 K], добавлен 14.11.2011Гидромотор - объемный гидродвигатель с неограниченным вращательным движением выходного звена; устройство и назначение; классификация гидромашин; основные параметры характеризующие их работу. Дроссельное регулирование связи между перепадом давлений.
контрольная работа [1,6 M], добавлен 24.04.2012Технологическая схема производства. Исходная заготовка сортового стана. Нагрев заготовки и выбор станка. Агрегаты и механизмы стана. Агрегаты и механизмы линии стана. Агрегаты и механизмы поточных технологических линий цеха. Охлаждение проката и отделка.
курсовая работа [3,6 M], добавлен 10.01.2009Знакомство с винтовыми механизмами. Зависимость коэффициента полезного действия винтовой пары от величины осевой и эксцентричной нагрузки на гайку. Кинематическая схема установки. Достоинства винтовых передач: простота конструкции, компактность.
лабораторная работа [239,7 K], добавлен 06.05.2009Выбор электродвигателя и расчёт привода червячной передачи. Определение общего передаточного числа привода и разбивка его по отдельным передачам. Выбор материалов червяка и червячного колеса. Порядок расчета цепной передачи, проектный расчет валов.
курсовая работа [246,2 K], добавлен 04.12.2010Применение щековых дробилок в промышленности для крупного и среднего дробления кусковых материалов. Основные параметры - размеры загрузочного и разгрузочного отверстий. Схема подвеса подвижной щеки. Условие выпадения призмы материала при заданном захвате.
курсовая работа [104,9 K], добавлен 18.12.2010
