2. Разработка структуры передаточного механизма и его энергетический анализ

Операция синтеза ПМ становится доступной после вычисления . В механизмах вращательного движения их функцию по преобразованию частоты вращения выполняют с помощью разнообразных механических передач: зубчатых, червячных, цепных, ременных и т.п. Задача синтеза передаточного механизма заключается в назначении типа передачи или их комплекса, поставленных последовательно, которые могут реализовать требуемое передаточное отношение. Каждый из упомянутых механизмов обладает вполне определенным наиболее употребительным i_ср и максимально допустимым i_max значениями. Значения i_ср и i_max установлены из длительной инженерной практики конструирования передач (табл.4). Теоретически передаточное отношение передач может превосходить указанные в таблице величины, однако при этом существенно возрастают их размеры и увеличивается материалоемкость, что делает применение передач с подобными параметрами нецелесообразным [7].

2.1. Структурный синтез передаточного механизма

В соответствии с данными табл. 4 для реализации , принятого в качестве примера, можно использовать ряд схем с различным количеством ступеней.

Из одноступенчатых механизмов назовем червячный (i_max= 80) (рис.8ж) и волновой зубчатый (i_{ср =} 80 ÷ 250) редукторы. Применение других одноступенчатых механизмов невозможно в силу i_тр.общ.>> i_max. Анализ свойств отмеченных двух вариантов обнаруживает их существенные недостатки: низкий кпд в первом, сложность изготовления, и сравнительно высокую стоимость во втором. Это обстоятельство делает целесообразным исследовать возможность применения многоступенчатых механизмов, для которых .

Из двухступенчатых схем при требуемом i_тр.общ. можно использовать планетарный со сдвоенным сателлитом редуктор (рис.8д) и комбинированный планетарно зубчатый (рис.8е) механизм, у которых максимальные значения передаточных отношений превосходят i_тр.общ. . Как видно из таблицы для двухступенчатых механизмов с простой не планетарной зубчатой передачей i_max и поэтому они не могут быть использованы в рассматриваемом примере.

Таблица 4. Рекомендуемые значения передаточных отношений различных типов передач и механизмов

Использование трехступенчатых передаточных механизмов также возможно при обсуждаемом i_тр.общ. На рис. 8 представлены трехступенчатый цилиндрический (рис. 8а), коническо-цилиндрический трехступенчатый (рис.8б) редукторы, а также двухступенчатые редукторы в комбинации с цепной (рис. 8в) и ременной (рис. 8г) передачами. Правомерность применения всех показанных на рисунке схем доказывает кинематический анализ, результаты которого приведены в таблице 5 (назначенные передаточные отношения отдельных передач не выходят за границы i_max).

Важно подчеркнуть, что жестких границ переходов от одноступенчатых механизмов к двухступенчатым, а от них к трехступенчатым и т.д. не существует. Вследствие этого обстоятельства в приграничных зонах i_тр рациональнее исследовать проектную ситуацию и установить наиболее рациональное число ступеней механизма в каждом конкретном случае. Обозначенная задача в КП рассматриваемых дисциплин не предусматривается. Однако в пределах бригады для индивидуальной проработки возможна постановка подобной задачи.

Системы автоматизированного проектирования приводов должны содержать библиотеки стандартных макросов типовых приводов с анализом показателей их качества и основных направлений их совершенствования. Поиск нужных решений в подобных библиотеках осуществляется с помощью интерактивного диалога, позволяющего проектанту быстро получить качественную информацию для решения поставленной задачи. Идея построения подобной библиотеки и диалога поиска нужного варианта сформулирована ниже.

Рис. 8. Схемы приводных станций

а - с трёхступенчатым цилиндрическим редуктором,

б - с трёхступенчатым коническо-цилиндрическим редуктором,

в - с двухступенчатым редуктором и цепной передачей,

г - с двухступенчатым редуктором и ремённой передачей,

д - с планетарным редуктором со сдвоенным сателлитом,

е - с планетарно-зубчатым редуктором,

ж - с червячным редуктором.

Таблица 5. Результат предварительного кинематического анализа предложенных механизмов для реализации i_тр.общ. = 78,12

Варианты передаточного механизма	Передаточные отношения
	Рекомендуемое в одной ступени	Возможные варианты сочетания ii отдельных ступеней
		1-ой ступени	2-ой ступени	3-ей ступени	Общее
1.Трёхступенчатый цилиндрический редуктор (рис.8а)	iц = 3÷5 iц mах = 8	iц1 = 6	iц2 = 4,4	iц3 = 2,96	iтр.общ = 78,12
2.Трёхступенчатый коническо-цилиндрический редуктор (рис.8б)	iц = 3÷5 iк = 2÷3 iк max = 2÷3 iц mах = 8	iк1 = 5,2	iц2 = 4,4	iц3 = 3,41
3.Двухступенчатый цилиндрический редуктор с цепной передачей (рис.8в)	iц = 3÷5 iц мах = 8 iцеп = 2÷5 iцеп max = 8	iц1 = 6	iц2 = 4,1	iцеп3= 3,18
4.Двухступенчатый цилиндрический редуктор с ремённой передачей (рис.8г)	iрем = 2÷4 iрем max = 6 iц = 3÷5 iц mах = 8	iрем1 = 3,2	iц2 = 6,0	iц3 = 4,07
5.Червячный Редуктор (рис.8ж)	iчер = 10÷40 iчер max = 80	iчер1 = 78,12	-	-
6.Двухступенчатый планетарный редуктор (рис.8д)	iпл = 3÷10 iпл max = 16	iпл1 = 9,8	iпл2 = 7,97	-
7.Планетарно-цилиндрический редуктор (рис.8е)	iпл = 3÷10 iпл max = 16 iц mах = 8 iц = 3÷5	iпл1 =10	iц2 = 7,81	-

Примечание.

Возможные сочетания предварительных значений передаточных отношений отдельных ступеней ПМ принимались лишь из соображений их соответствия рекомендуемым в табл. 4. средним и максимальным значениям. При этом на быстроходных ступенях их значения принимались большими, чем на более нагруженных тихоходных с целью кинематической разгрузки последних. Окончательную разбивку i_общ производят после выбора марки двигателя, установления фактической частоты вращения его вала и уточнения i_общ (см. ниже).