Механизм - редуктор

     МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

            ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

Факультет инженерной механики и машиностроения

Кафедра «Мехатронных      систем машиностроительного оборудования»

 

 

 

Реферат

 по дисциплине «Теория технических систем»

Тема «Редуктор»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:ст.гр.МСМОз-11

                                                                       Чабин И.Ю

                                                                       Проверил:Гринев Ю.А

 

 

 

 

 

 

 

 

Донецк – 2013 г

 

Оглавление

 

1 Область использования  технической системы

 

Редукторы - продукция  материально-технического назначения. Эти механизмы служат для изменения  скорости вращения при передачи вращательного  движения от одного вала к другому. По типу передачи они делятся на зубчатые, червячные и гидравлические.

Мотор-редуктор представляет собой электродвигатель и редуктор, соединенные в единый агрегат (в некоторых странах его называют редукторным электродвигателем). Мотор-редуктор более компактен по сравнению с приводом на базе редуктора, его монтаж значительно проще, кроме того, уменьшается материалоемкость фундаментной рамы, а для механизма с насадным исполнением (с полым валом) не требуется никаких рамных конструкций. Большое количество конструкционных решений и типоразмеров дает возможность оснащения предприятий прецизионными редукторами приводов различных назначений, размеров и мощностей. Наибольшее распространение в промышленности получили планетарные и цилиндрические мотор-редукторы, выполненные по соосной схеме взаимного расположения электродвигателя и выходного вала. К мотор-редукторам общемашиностроительного применения относят: цилиндрические мотор-редукторы, планетарные мотор-редукторы, спироидные мотор-редукторы, червячные и цилиндрическо-червячные мотор-редукторы, волновые мотор-редукторы, мотор-редукторы специального назначения. Область применения: средства автоматизации и системы управления, устройства регулирования, автоматические и автоматизированные системы управления, следящие мини-приводы, средства обработки и представления информации, специальные инструменты, медицинская техника.

Наибольшее распространение  в промышленности получили планетарные  редукторы и цилиндрические редукторы, выполненные по схеме взаимного расположения электродвигателя и выходного вала. Такие механизмы пригодны для использования в умеренных климатических условиях, при установке в помещении или на открытом воздухе под навесом.  

2 Этапы исторического  развития исследуемой технической системы до настоящего времени

 

Античность. Первое применение зубчатых передач началось несколько тысячелетий назад. В Древнем Египте на берегах Нила для орошения плодородных земель уже использовались оросительные устройства, состоявшие из деревянной зубчатой передачи и колеса с большим числом ковшей. Такое устройство приводилось в действие быком. Вода поднималась на более высокий уровень и по каналам доставлялась к потребителю. 

Первоначально зубчатые колеса изготовлялись ремесленниками и имели самую простую форму. Вместо зубьев применяли деревянные цилиндрические или прямоугольные пальцы, которые устанавливали по периферии деревянных ободьев. 

Для откачки воды из шахт или подъема воды для орошения в древности использовались как  архимедовы винты, так и водочерпальные колеса. Это устройство – «архимедов винт» – состояло из наклонной деревянной трубы, погруженной одним концом в воду, подлежащую откачке. Внутри трубы была укреплена винтовая переборка. «Улитка» вращалась мускульной силой рабов или животных. Вода выливалась из верхнего конца трубы. Использовался «архимедов винт» и для откачки воды из трюмов больших грузовых судов. Сами по себе нехитрые механизмы, тем не менее, они означали гигантский технологический прорыв человечества.  

В книге Герона Александрийского «Механика», дошедшей до нас полностью лишь в арабском переводе, Герон подробно рассматривает простые механизмы (ворот, рычаг, блок, клин, винт), зубчатые передачи и другие более сложные механизмы. «Механика» Герона являлась своеобразной энциклопедией античной техники.

Сама по себе идея механической передачи восходит к идее колеса. Простейшая колесная передача работает следующим  образом. Пусть два колеса с параллельными  осями вращения плотно соприкасаются  своими ободьями. Если одно из колес  начинает вращаться (его называют ведущим), то благодаря трению между ободьями начнет вращаться и другое (ведомое). Причем пути, проходимые точками, лежащими на их ободьях, равны. Большее колесо будет делать, по сравнению со связанным с ним меньшим, во столько же раз меньше оборотов, во сколько раз его диаметр превышает диаметр последнего. Если ведомым будет меньшее колесо, мы потеряем на выходе в скорости, но зато крутящий момент этой передачи увеличится в два раза. Эта передача удобна там, где требуется «усилить движение» (например, при подъеме тяжестей). Таким образом, применяя систему из двух колес разного диаметра, можно не только передавать, но и преобразовывать движение. В реальной практике передаточные колеса с гладким ободом почти не используются, так как сцепления между ними недостаточно жесткие и колеса проскальзывают. Этот недостаток античными изобретателями был устранен - вместо гладких колес начали использовать зубчатые. Так и появились первые редукторы. Но широкое распространение они получили значительно позже. 

Средние века. В это время появляются новые источники энергии для нужд ремесел и промышленности. Соответственно, возникает необходимость преобразовывать параметры вращательного движения. Эпоха Возрождения была своеобразным историческим итогом, воплотившим лучшие достижения тысячи лет европейского и арабского Средневековья. 

Гений эпохи Возрождения, Леонардо Да Винчи, оставил потомкам множество записей, чертежей и даже действующих моделей различных  механизмов, использующих колесные зубчатые передачи. В Средние века существовали только два механических двигателя - ветряной и водяной. Леонардо одним из первых в полную силу заставил служить людям еще одну энергию – потенциальную энергию упругости. Именно эти источники энергии и служили основой устройств и механизмов, спроектированных Леонардо. Это и шагомер, и механическая пила с вертикальным полотном. Токарный станок с педальным приводом он снабдил массивным маховым колесом, которое обеспечивало равномерное вращение. Печатный станок Леонардо дополнил устройством для автоматической подачи листов бумаги – так появился прототип современного принтера с автоподачей бумаги. Механику Леонардо не зря называл «раем математических наук», именно в этой области разум гения взмывал в неведомые и беспредельные высшие сферы творчества. 

В наследии Леонардо оказались  представлены весьма сложные и разнообразные  варианты зубчатых передач. Начиная от простейшей, так называемой цевочной, где зубьями колес служат цилиндрические шпеньки, до весьма сложной глобоидной червячной, в которой поверхность ведущего элемента (винта или червяка) имеет вогнутую форму и охватывает ведомую шестерню под большим углом. Леонардо начертил эскизы устройств для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот. Он сконструировал коническую и спиральную передачи, придумал роликовую цепь, которая и сегодня применяется в велосипедах, мотоциклах и множестве других механизмов. Конструирование сложных машин и их элементов привело Леонардо к созданию основ теории передаточных механизмов - пространственных и плоских зубчатых зацеплений, передач с гибкими звеньями и с переменными скоростями вращения. Оно послужило фундаментом, на котором спустя века выросла классическая инженерная механика, обретшая строгую математическую форму только в Новое время, когда индустриализация Европы востребовала все накопленное цивилизацией научное наследие.  

Новое время. Промышленная революция ознаменовалась переходом от деревянных передач к металлическим. Ветряные и водяные движители уже могли создавать усилия, которые не выдерживали деревянные детали. Поиск новых источников энергии и создание механизмов, способных заменить ручной труд, явились одним из основных факторов промышленной революции. Только во Франции к началу 18 века имелось 80 тыс. мукомольных мельниц, 15 тыс. мельниц, используемых в промышленных целях, и 500 мельниц для измельчения железной руды. По сравнению со Средними веками, передаточные механизмы начали использоваться очень широко. От мельниц с помощью зубчатых и ременных передач приводились в движение токарные станки, сверлильные станки, роликовые станки для получения металлических листов и ротационные резаки для их разрезания, вентиляторы для шахт, шахтные подъемники и насосы для шахт с цепным приводом. Для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное с целью приведения в действие ударных устройств средневековые мастера стали применять кулачковый и кривошипный механизмы. Таким образом, механизированные фабрики Европы Нового времени в результате промышленной революции заменили ручной труд машинами, а также сконцентрировали большие мощности на относительно небольших площадях. Однако передаточные механизмы были в 17-18 веках достаточно громоздкими и неэффективными. Именно в это время ученые-механики начали разрабатывать классическую теорию зацепления профилей зубьев (Ф.Делахир, М.Камус, Л.Эйлер). 

С появлением паровой  машины возникла необходимость в  передаче еще больших мощностей. Соответственно, потребовалось конструировать металлические редукторы. К 1850 году ткацкие станки с механическим приводом были уже втрое производительнее ручных станков. Более дешевая энергия дала возможность повысить быстродействие станков, и это укрепило их экономическое преимущество. Паровой двигатель был достаточно мощным, чтобы приводить в движение несколько текстильных станков, и соответствующие станки приходилось размещать вокруг двигателя. Паровой двигатель также сделал возможным размещение производств не только у воды, а там, где были уголь, рабочие руки, рынки сбыта и транспорт. Новое время проводило и селекцию самых оптимальных конструкций зубчатых передач – тиражироваться начинали именно те, что давали максимальный экономический эффект. К середине 19 века, по-видимому, следует отнести появление первых серийных редукторов. Ну а появление во второй половине 19 века электрического привода, бензиновых и дизельных двигателей означало разработку редукторов с заданными параметрами. Зубчатые механизмы предназначались для передачи вращательного движения от высокооборотных двигателей и преобразования (снижения) его параметров. Даже самые первые электродвигатели и ДВС обладали скоростью и моментом, как правило, не подходящим для использования в технологическом процессе.

Это сегодня трудно найти  такую машину, в которой нет  зубчатого механизма. Они применяются практически во всех машинах, во всех разновидностях технологического оборудования. Но, как мы видим, зубчатые передачи прошли многовековой путь развития.

 

3 Характеристика признаков объекта исследования как технической системы

 

ТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА - это  совокупность упорядоченно взаимодействующих  элементов, обладающая свойствами, не сводящимися к свойствам отдельных  элементов, и предназначенная для  выполнения определенных полезных функций.

Таким образом, техническая  система имеет 4 главных (фундаментальных) признака:

• функциональность,
• целостность (структура),
• организация,
• системное качество.

Отсутствие хотя бы одного признака не позволяет считать объект технической системой.

3.1 Функциональность

 

В основе любого трудового  процесса, в том числе изобретательского, лежит понятие цели. Бесцельного изобретения не существует. В технических системах цель задается человеком и они предназначены для выполнения полезной функции.

Появление цели - это результат  осознания потребности. Потребность состоит в необходимости понижения скорости вращения на выходном валу и увеличении крутящего момента (увеличение усилия). Один из способов реализации потребности – редуктор с цилиндрическим зубчатым зацеплением.

3.1.1 Выделение и описание рабочего органа

 

Возникновение потребностей, осознание цели и формулирование функции - это процессы, происходящие внутри человека. Но реально действующая  функция - это воздействие на предмет  труда (изделие) или служение человеку. То есть, не хватает промежуточного звена - рабочего органа. Это и есть носитель функции в чистом виде. РО - единственная функционально полезная человеку часть технической системы. Все остальные части вспомогательные.

Рабочий орган редуктора  – зубчатое зацепление. Зýбчатая переда́ча — это механизм или часть механизма механической передачи, в состав которого входят зубчатые колёса.

3.1.2 Главная полезная функция системы

 

Функция - это способность  ТС проявлять свое свойство (качество, полезность) при определенных условиях и преобразовывать предмет труда (изделие) в требуемую форму или  величину.

 

• передача вращательного движения между валами, которые могут иметь параллельные, пересекающиеся и скрещивающиеся оси.
• преобразование вращательного движения в поступательное и наоборот.

При этом усилие от одного элемента к другому передаётся с  помощью зубьев.

3.2 Целостность (структура)

 

Совокупность (целостность) элементов и свойств неотъемлемый признак системы. Соединение элементов в единое целое нужно для получения (образования, синтеза) полезной функции, т.е. для достижения поставленной цели.

Структура - это совокупность элементов и связей между ними, которые определяются физическим принципом  осуществления требуемой полезной функции.

Структура остается неизменной в процессе функционирования, то есть при изменении состояния, поведения, совершения операций и любых других действий.

Главное в структуре: элементы, связи, неизменность во времени.

структура определяет функционирование системы с помощью цилиндрической прямозубой передачи.

3.2.1 Физический принцип осуществления главной полезной функции

 

Физический принцип осуществление главной полезной функции: движение передается путем непосредственного зацепления нанесенных на одной из поверхностей колес зубьев различной формы.