Файл: 1. Основы машиноведения.pdf

Примером кривошипно-коромыслового механизма представлен на рис.1.12, где звено
1 – кривошип (входное звено), звено 2– шатун, звено 3 – коромысло. Точка M, двигаясь по кривой M
1
-M
1
’ описывает траекторию
 − 
. Одни траектории могут быть воспроизведены рычажными механизмами теоретически точно, другие – приближенно, с достаточной для практики степенью точности.
Рисунок 1.12. Кривошипно-коромысловый механизм
Другим примером четырехзвенника является широко распространенный в технике

кривошипно-ползунный механизм (рис. 1.13).
Рисунок 1.13. Кривошипно-ползунный механизм
В этом механизме вместо коромысла устанавливается ползун, движущийся в непод- вижной направляющей. Этот кривошипно-ползунный механизм применяют в поршневых двигателях, насосах, компрессорах, ковочных машинах, прессах и т.д. Если эксцентриситет
0
e =
, то получим центральный кривошипно-ползунный механизм или аксиальный. При
0
e 
кривошипно-ползунный механизм называется нецентральным или дезаксиальным.

Здесь вращение кривошипа ОА через шатун АВ преобразуется в возвратно-поступательное движение ползуна. Естественно крайние положения ползуна, будут при расположении кривошипа и шатуна в одну линию.
Если в рассмотренном механизме заменить неподвижную направляющую на подвижную, которая называется кулисой, то получим четырехзвенный кулисный
механизм с кулисным камнем. Примером такого механизма может служить кулисный механизм строгального станка (рис.1.14). Кривошип 1, вращаясь вокруг оси, через кулисный камень 2 заставляет кулису 3 совершать качательное движение. При этом кулисный камень относительно кулисы движется возвратно-поступательно. Такая схема используется в механизмах гидронасосов ротационного типа с вращающимися лопастями, а также в различных гидро- или пневмоприводах механизма с входным поршнемна шатуне, скользящем в качающемся (или вращающемся) цилиндре.
Рисунок 1.14. Четырехзвенный кулисный механизм
Крайние положения кулисы будут при перпендикулярном расположении к ней кривошипа. Построить такие положения просто: изображается окружность радиусом равным длине кривошипа (траектория движения точки А), и проводятся касательные из оси вращения кулисы. Таким образом, звенья могут совершать поступательное, вращательное или сложное движения.
Разновидностью кулисного механизма является механизм с гидроцилиндром, называемый гидрорычажным механизмом, в котором кулису с камнем заменяет гидроцилиндр с поршнем, являющимся входным звеном. Такие механизмы используются часто в стойках шасси самолетов.

1.3.3 Кулачковые механизмы
Широкое распространение в технике получили кулачковые механизмы. Кулачковые механизмыпредназначены для преобразования вращательного движения ведущего звена
(кулачка) в заведомо заданный закон возвратно-поступательного движения ведомого звена (толкателя). Широко применяются кулачковые механизмы в швейных машинах, двигателях внутреннего сгорания, автоматах и позволяют получить заведомо заданный закон движения толкателя, а также обеспечить временные остановы ведомого звена при непрерывном движении ведущего.
Простейший кулачковый механизм – трехзвенный, состоящий из кулачка, толкателя и стойки. Входным звеном чаще всего бывает кулачок. Кулачковые механизмы бывают как
плоскими, так и пространственными.
Плоские кулачковые механизмы для удобства рассмотрения разобьем на механизмы в зависимости от движения выходного звена на два вида:
1.Кулачковый механизм с поступательно движущимся толкателем (ползуном).
2. Кулачковый механизм с поворачивающимся толкателем (коромыслом).
Пример первого кулачкового механизма показан на рис.1.15. Кулачок 1, вращаясь с заданной угловой скоростью, действует на ролик 3 и заставляет толкатель 2 в виде ползуна двигаться в направляющих возвратно-поступательно.
На рис.1.16 приведена схема кулачкового механизма с поворачивающимся толкателем (коромыслом). Кулачок 1, вращаясь с заданной угловой скоростью
1

, действует на толкатель 2 и заставляет последний вращаться вокруг оси вращения А.
Рисунок 1.15. Механизм с поступательно-движущимся толкателем

Рисунок 1.16.Кулачковый механизм с поворачивающимся толкателем
Кулачковые механизмы имеют разновидности в зависимости от геометрических форм элемента выходного (ведомого) звена и взаимного расположения толкателя и кулачка.
Например, кулачковый механизм, показанный на рис.1.15 может иметь разные виды ведомых звеньев (рис.1.17).
Рисунок 1.17. Виды ведомых звеньев, применяемые для кулачковых механизмов с поступательно движущимся выходным звеном: а) толкатель с острием; б) с плоскостью; в) толкатель с роликом; г) толкатель со сферическим наконечником.
Кулачковые механизмы с поступательно движущимся ведомым звеном можно раз- делить на:
кулачковые механизмы с центральным толкателем, у которых направление движения толкателя совпадает с осью вращения кулачка (рис.1.18);
кулачковые механизмы со смещенным толкателем (дезаксиальные), если ось толкателя отстоит на расстояние
e
– дезаксиал от оси вращениякулачка (рис.1.19).

Рисунок 1.18. Кулачковый механизм с центральным толкателем
Рисунок 1.19. Кулачковый механизм со смещенным толкателем
При работе кулачковых механизмов необходимо, чтобы было постоянное соприкосновение ведущего и ведомого звеньев. Это может быть обеспечено либо силовым
замыканием, чаще всего с помощью пружин (рис.1.20), либо геометрически, если выполнить профиль кулачка 1 в форме паза, боковые поверхности которого воздействуют на ролик 3 толкателя 2.
Рисунок 1.20. Кулачковый механизм с силовым замыканием

Пазовый кулачок обеспечивает геометрическое замыкание высшей пары кулачкового механизма (рис.1.21).
Рисунок 1.21. Кулачковый механизм с геометрическим замыканием
Все рассмотренные выше кулачковые механизмы плоские. Часто встречаются пространственные кулачковые механизмы, которые весьма разнообразны по конструктивному оформлению. Наиболее распространенными пространственными кулачковыми механизмами являются механизмы барабанного типа (рис.1.22).
Цилиндрический кулачок 1 с профильным пазом, обеспечивающим кинематическое замыкание высшей пары, вращается с постоянной угловой скоростью и через ролик 3 сообщает качательное движение толкателю 2, закон изменения которого зависит от очертания паза.
Рисунок 1.22.Пространственный кулачковый механизм барабанного типа

Недостатки кулачковых механизмов: высокие удельные давления, повышенный износ звеньев механизма, необходимость обеспечения замыкания звеньев, что приводит к дополнительным нагрузкам на звенья и к усложнению конструкции.
1.3.4 Зубчатые механизмы
Самое широкое применение в машинах и приборах находят зубчатые механизмы, которые позволяют передавать вращательные движения от одного вала к другому с заданными угловыми скоростями.
На рис.1.23 показаны цилиндрические колеса с внешним зацеплением, а на рис.1.24 изображены цилиндрические колеса с внутренним зацеплением, где зубья одного из колес расположены по внутренней поверхности.
Рисунок 1.23. Зубчатый механизм с внешним зацеплением
Рисунок 1.24. Зубчатый механизм с внутренним зацеплением
Наряду с прямозубыми, широкое распространение получили зубчатые колеса с косыми и шевронными зубьями.

Зубчатый механизм с реечным зацеплением имеет в составе зубчатую рейку 1 и зубчатое колесо 2 (рис.1.25).
Рисунок 1.25. Зубчатый механизм с реечным зацеплением
При пересекающихся валах применяют конические колеса (рис.1.26) с прямыми зубьями, а также с косыми, криволинейными и круглыми.
Рисунок 1.26. Конический зубчатый механизм
При скрещивающихся валах используется червячная передача (рис.1.27), у которой входным звеном является червяк 1, а также могут применяться винтовые конические
(гипоидные) колеса и винтовые цилиндрические (геликоидальные) колеса. Это передачи со скрещивающимися осями.

Рисунок 1.27. Червячная передача
К зубчатым механизмам относятся и устройства прерывистого движения: храповые механизмы, мальтийские механизмы и другие.
1.3.5 Фрикционные механизмы
Фрикционные механизмы. Фрикционный механизм – это устройство, в котором для передачи движения между соприкасающимися звеньями используется трение, возникающее в зоне контакта. Простейшей фрикционной передачей является трехзвенный механизм для передачи движения между параллельными осями (рис. 1.28).
Состоит он из стойки, вращающихся звеньев 1 и 2. Для передачи, за счет силы трения
тр
F
, вращающего момента от ведущего звена 1 к ведомому звену 2 необходимо приложить к звену 2 силу давления
N
, при этом значение возникающей окружной силы
окр
P
должно удовлетворять следующему условию работы такой передачи:
окр
тр
P
F

, с учетом того, что
тр
окр
F
k P
 
, где
k
- коэффициент запаса сцепления, его значения для силовых приводов
1, 25 1,75
k =

; для приборных приводов
3 4
k = 
.
Сила трения определяется известным образом:
тр
F
f N
= 
, где
f
– коэффициент трения. Для контакта стальных звеньев без смазки
f
составляет
0,1 0,15
f =

, отсюда получаем силу давления:
10
окр
N
P



Существенной особенностью фрикционных передач является высокий уровень нормальных сил в высшей паре и, следовательно, высоких контактных напряжений в зоне контакта, а также нагружений валов и подшипниковых узлов в основных связях.
Фрикционные механизмы с плавным регулированием передаточного отношения называются бесступенчатыми передачами (вариаторами). На рис. 1.29 показан фрикционный вариатор, который состоит из ведущего ролика 1, вращающегося вместе с валом 2. При этом ролик 1 имеет осевое постоянное смещение, что изменяет кинематический радиус
R
звена 3 и передаточное отношение
1 1,3 3
var
R
i
r

=
=
=

Фрикционные передачи при достаточной простоте конструкции обеспечивают плавность и бесшумность работы, а также возможность плавного изменения передаточного отношения (в вариаторных схемах).
Рисунок 1.28. Фрикционная передача
Рисунок 1.29. Фрикционный вариатор

1.3.6 Храповые механизмы
Храповые механизмы относятся к механизмам прерывистого действия, которые обеспечивают движения ведомого звена в одном направлении с периодическими остановками. Конструктивно храповые механизмы делятся на нереверсивные с внутренним зацеплением и с храповым колесом, а также реверсивные в виде зубчатой рейки.
Нереверсивный храповый механизм с внутренним зацеплением (рис. 1.30). Ведущим звеном может быть как храповое колесо внутреннего зацепления 1, соединенное с зубчатым колесом внешнего зацепления, так и втулка 4 с закрепленной на ней собачкой
3, подпружиненной к зубьям храпового колеса 1 пружиной 2.
Рисунок 1.30. Нереверсивный храповый механизм с внутренним зацеплени ем:
1 — храповое колесо; 2 — пружина; 3 — собачка; 4 — втулка
В нереверсивных механизмах (рис. 1.31) храповое колесо выполняют в виде рейки 1
в направляющих, и тогда собачка 2 сообщает рейке с храповым зубом прерывистое прямолинейное движение. В этом случае предусматривает устройство, которое возвращает рейку в начальное положение.
Рисунок 1.31. Нереверсивный храповый механизм: 1 - рейка; 2 - собачка

Реверсивные храповые механизмы (рис. 1.32) имеют: храповое колесо 1 с зубьями эвольвентного профиля, а на ведущем рычаге 2 шарнирно устанавливают собачку 3,
которую при необходимости реверса перебрасывают вокруг оси
Ox
.
В машино- и приборостроении применяют храповые механизмы, в которых механизм (ведомое звено) двигается в одном направлении с периодическими остановками
(металлообрабатывающие станки, задняя ведущая втулка у велосипеда и др.).
Рисунок 1.32. Реверсивный храповый механизм:1- храповик; 2 - ведущий рычаг;
3 - собачка
1.3.7 Мальтийский механизм (крест)
Мальтийские кресты широко применяются в машинных автоматах. Они относятся к механизмам прерывистого действия и предназначены для преобразования равномерного вращения ведущего звена в периодические с остановками ведомого звена, работают плавно без ударов (в отличие от храповых механизмов).
Наиболее распространенные мальтийские механизмы с внешним зацеплением (рис.
1.33). Такой механизм состоит из ведущего кривошипа 7, ролика 2 на его конце, мальтийского креста 3. При вращении кривошипа 1 ролик 2 входит в паз 4 мальтийского креста 3 и возвращает его на заданный угол. После выхода ролика 2 из паза 4 угловое положение мальтийского креста фиксируется цилиндрической поверхностью диска.
Мальтийские механизмы проектируются с числом пазов мальтийского креста, равным 3 + 12. Расчеты храповых механизмов на прочность проводятся в зависимости от вращающего момента на вале храпового колеса.