Лабораторно-практическая работа по изучению механизмов передачи движения

1. Определить вид передачи вращательного движения (ре­менной, цепной, зубчатой, фрикционной) и указать ее назначение.

2. Начертить кинематическую схему передачи.

3. Определить основные характеристики, передачи:

i — передаточное число;

А — расстояние между осями валов;

D и d —диаметры ведущего и ведомого звеньев (шкивов, колес, звездочек);

z₁ и z₂ — числа зубьев ведущего и ведомого колес;

m — модуль зубчатой передачи.

4. Составить перечень деталей передачи по форме:

№ пп.	Наименование	Назначение	Количество	Материал

Контрольные вопросы и задачи

1. Каковы преимущества и недостатки ременной передачи по сравнению с цепной?

2. Как определить передаточное число многоступенчатой пе­редачи (ременной, зубчатой)?

3. Каково соотношение между крутящими моментами на ведущем и ведомом валах любой передачи (с учетом к. п. д.)?

4. Приведите примеры применения различных видов ремен­ной, зубчатой, цепной передач.

5. Что такое модуль зубчатой передачи? Может ли быть зацепление между зубчатыми колесами с разным модулем?

6. С помощью, каких зубчатых передач можно передавать вращение между скрещивающимися валами?

7. Как определить передаточное число червячной передачи?

8. Для чего применяются реверсивные зубчатые механизмы и как они устроены?

9. Какова будет величина крутящего момента Мг на ведо­мом валу, если на ведущем крутящий момент М₁ = 500 кГ·см и его передача осуществляется при помощи конических зубча­тых колес (см. рис. 32, 6) z₁ = 11, z₂=55?

10. Подсчитайте передаточные числа всех передач коробки скоростей (см. рис. 37) и постройте графики передачи движения, если: z₁=14; z₂=18; z₃=12; z₄=18; z₅=14; z₆=20; z₇=10; z₈=9; z₉=17.

§ 2. Механизмы преобразования движения

В различных машинах часто один вид движения преобра­зуется в другой, например вращательное движение — в поступа­тельное или колебательное, поступательное — во вращательное я т. п. Для этого служат различные механизмы преобразования движения. Наиболее распространенными из них являются вин­товой, кривошипно-шатунный, кулисный и кулачковый меха­низмы.

Винтовой механизм состоит из неподвижного винта и подвижной гайки или подвижного винта и неподвижной гайки. В зависимости от характера движения этих звеньев могут быть различные случаи.

Ведущим звеном (рис. 41, а) является винт 1, имеющий гладкую шейку, вращающуюся в подшипнике. При этом винт не имеет возможности перемещаться поступательно. Гайка мо­жет перемещаться поступательно вдоль стойки, но не вращаться. Вращательное движение винта преобразуется в поступательное движение подвижной губки (ползуна) 2, скрепленной с гайкой. При одном обороте винта ползун перемещается поступательно на величину шага винтовой линии. Такой винтовой механизм используется в поперечных салазках суппорта токарного станка, а также в станочных, тисках.

Рис. 41. Винтовые механизмы в тисках:

а — с неподвижным винтом и перемещающейся вдоль него гайкой; б — с неподвижной гайкой и перемещающимся винтом; 1 — винт; 2 — подвижная губка; 3 — гайка; 4 — под­шипник.

Ведущим звеном является винт 1 (рис. 41, б), соединенный с подвижной губкой 2 и вращающийся в неподвижной гайке 3. Подвижная губка (ползун) перемещается поступательно по на­правляющим. В механизме этого вида вращательно-поступательное движение винта преобразуется в поступательное движе­ние ползуна. Такой механизм применяется в винтовых прессах и слесарных параллельных тисках.

Встречается также случай, когда вращательное движение гайки преобразуется в поступательное движение винта. Меха­низм такого вида применяется в винтовых домкратах, в некото­рых конструкциях слесарных параллельных тисков, у которых винт жестко скреплен с подвижной задней губкой (ползу­ном), а гайка посредством рукоятки вращается в подшипнике стойки.

Как известно, чем больше угол подъема винтовой линии, тем меньше трение в винтовом механизме. При больших углах подъ­ема винтовой линии в винтовом механизме отсутствует само­торможение, что обусловливает возможность самоотвинчивания составляющих его деталей. Для того чтобы получить само­тормозящиеся винтовые механизмы в слесарных тисках, дом­кратах, их делают с малыми углами подъема винтовой линии (до 5°).

Винтовые механизмы используются в самых разнообразных условиях. Соединением винтов с правой и левой резьбой можно получить стяжные устройства, применяемые, например, при сцеплении вагонов, для натяжения тросов.

Винты, имеющие прямоугольную и трапециевидную резьбу, используют для винтовых механизмов в домкратах, прессах, тисках, станках и других устройствах, где движение сопровож­дается передачей больших усилий. Это объясняется тем, что эти виды резьбы обладают большей прочностью и меньшим трением по сравнению с треугольной резьбой.

Кривошипно-шатунный механизм (рис. 42) состоит из четы­рех звеньев: стойки (блока цилиндров) 1, кривошипа (колен­чатого вала) 2, шатуна 3 и ползуна (поршня) 4. Если веду­щим звеном является ползун, то механизм преобразует воз­вратно-поступательное движение ползуна во вращательное дви­жение кривошипа, например в паровой машине, двигателе внут­реннего сгорания.

Рис. 42. Кривошипно-шатунный механизм:

а — кинематическая схема; б — кривошипно-шатунный механизм двигателя внутреннего сгорания;

1 — стойка (блок цилиндров); 2 — кривошипный (коленчатый) вал; 3 — шатун; 4 — ползун (поршены);

5 — деталь соединения ползуна (поршня) с шатуном (палец); 6 — маховик.

Крайние точки, занимаемые ползуном при его движении, называются мертвыми точками. В этих точках скорость ползуна равна нулю. Расстояние между мертвыми точками называется ходом ползуна. Легко видеть, что ход ползуна равен двойной длине кривошипа, т. е. 2 r.

Для того чтобы кривошип имел определенное движение в мертвых точках, на его валу закрепляют тяжелые колеса (маховики), которые благодаря своей инерции выводят его из мертвых точек. В машинах с несколькими ползунами (поршня­ми), например в автомобильных двигателях, кривошипы располагают так, чтобы они выводили друг друга из мертвых точек.

Если ведущим звеном является кривошип, то механизм пре­образует вращательное движение вала в возвратно-поступатель­ное движение ползуна (поршня), например в поршневых ком­прессорах и насосах, в механической ножовке.

В этих машинах кривошип получает движение от двигателя и передает его через шатун ползуну (поршню), который про­изводит требуемую рабо­ту: сжимает газ, режет металл и т. п.

Для того чтобы кривошипно-шатунный меха­низм мог работать, длина кривошипа должна быть меньше длины шатуна, так как только при этом условии вал сможет про­ворачиваться.

Для достижения более равномерной работы кривошипно-шатунного механизма, кроме маховиков, применяют также тяжелые противовесы, закреплен­ные на валу кривошипа.

Решающее значение для плавной и устойчивой работы меха­низма имеет тщательная обработка направляющих ползуна и применение смазки. Поэтому цилиндры и поршни двигателей, компрессоров и других машин регулярно смазывают при работе.

Э ксцентриковый механизм (рис. 43) получается из криво­шипно-шатунного, если кривошип заменить плоским диском 2, называемым эксцентриком. При этом необходимо увеличить внутренний диаметр нижней головки шатуна, чтобы она могла охватить эксцентрик. Звено 3, шарнирно соединенное с эксцен­триком 2 и ползуном 4, называется эксцентриковой тягой. Эксцентриковый механизм необратим, т. е. допускает преобра­зование движения только в одном направлении — от вращаю­щегося эксцентрика к возвратно-поступательно движущемуся ползуну.

Э ксцентриковые механизмы применяются, например, в паро­вых машинах для приведения в движение золотников, в двига­телях внутреннего сгорания, для привода насосов, в прессах для штамповки изделий.

В поперечно-строгальных станках, швейных и других маши­нах часто применяется кулисный механизм с качающейся ку­лисой (рис. 44), близкий по своему устройству к кривошипно-шатунному: в нем вращение кривошипа 3 преобразуется в качательное движение кулисы 1. Этот механизм также состоит из четырех звеньев: стойки 2, кривошипа 3, кулисы 1 и камня 4. Ведущим звеном является кривошип, равномерно вращаю­щийся вокруг оси. Кулиса отклоняется на наибольший угол, когда кривошип приходит в крайние положения, т. е. когда он становится перпендикулярным к оси кулисы.

В поперечно-строгальном станке ведущее звено (кривошип) вра­щается равномерно против часовой стрелки. При этом камень находит­ся в верхнем положении и переме­щает верхний конец кулисы, а вме­сте с ней и ползун станка справа налево, причем резец осуществляет рабочий ход, т. е. снимает стружку. Когда камень идет вниз, верхний конец кулисы идет обратно, слева направо, вместе с ползуном и рез­цом, т. е. имеет место холостой ход, так как стружка не снимается. Так как кривошип вращается равномер­но, то на холостой ход затрачи­вается в 2—3 раза меньше времени, чем на рабочий. Возмож­ность увеличить скорость холостых ходов — основное преиму­щество кулисного механизма по сравнению с кривошипно-шатунным.

Кулачковый механизм используют тогда, когда вращатель­ное движение нужно преобразовать в сложное повторяющееся движение, совершающееся по определенному замкнутому циклу, для того чтобы, например, замыкать и размыкать контакты, передвигать заготовку или резец на станке, поднимать и опу­скать клапан и т. д.

Кулачковый механизм (рис. 45) Состоит из неподвижной стойки 1, кулачка 2, толкателя 3 или коромысла 4. Кулачок упирается в плоскую часть толкателя, называемую башмаком, или в специальный ролик 5. который делают для уменьше­ния трения. Ведущим звеном является кулачок, который, вра­щаясь, касается ведомого звена (толкателя) в точке или по линии.

Рис. 45. Схема кулачкового механизма:

а — с дисковым кулачком; б — с цилиндрическим кулачком;

1 — стойка; 2 — кулачок; 3 — толкатель (ползун); 4 — коромысло; 5 — ролик.

Если в работе механизма требуется за один оборот кулачка сделать несколько движений толкателя, то применяют кулачки с несколькими выступами, так называемые многократные (рис. 46). Такие многократные кулачки применяют, например, в механизме прерывателя многоцилиндрового двигателя внут­реннего сгорания.

Рис. 46. Многократные кулачки.

К улачковые механизмы очень удобны тем, что они позво­ляют сообщать любое движение толкателю, которое требуется при работе механизма, — равномерное или с ускорением, плав­ное или прерывистое. В связи с тем, что кулачок касается тол­кателя на очень небольшой площадке, он испытывает очень большое давление. Поэтому, чтобы повысить износоустойчи­вость кулачков, их изготовляют из углеродистой или легирован­ной стали и подвергают закалке.

Для преобразования вращательного движения в поступа­тельное, кроме кривошипно-шатунного и кулачкового механизмов, нередко применяется реечный зубчатый механизм. Реечный механизм (рис. 47) состоит из цилиндрического зубчатого ко­леса 1 и прямой зубчатой рейки 2.

В реечном механизме при вращении зубчатого колеса рейка движется прямолинейно-поступательно; такой механизм приме­няется, например, в сверлильном станке для подачи сверла. В других случаях зубчатое колесо катится и перемещается по­ступательно вдоль непо­движной рейки, например в токарном станке для про­дольного перемещения суп­порта.

Х раповой механизм (рис. 48) служит для пре­образования качательного движения в прерывисто-вращательное в одном направлении. Он применяется, например, в поперечно-строгальном стайке для поперечной по­дачи стола и состоит из стойки 1, храповика (зубчатого коле­са) 4, рычага 2, собачки 3.

Зубья храповика скошены в одну сторону. Храповик непод­вижно соединен с ведомым валом Механизма. На этом же валу шарнирно закреплен рычаг 2, который поворачивается (ка­чается) под действием при­водной штанги 6.

Во время работы храпо­вого механизма приходит в движение рычаг 2, собач­ка 3 упирается в зуб храпо­вика и толкает его вперед, вследствие чего храповик, а с ними и ведомый вал по­ворачиваются. Когда ры­чаг 2 поворачивается на­право, собачка свободно скользит по закругленной части зубьев храповика и под действием своего веса или специальной пружины 7 заскакивает во впадину следующего зуба.

Для того чтобы храповик с ведомым валом не повора­чивался обратно при холостом ходе рычага с собачкой, ста­вят дополнительно стопорную собачку 5, шарнирно закреп­ленную на неподвижной оси и прижатую к храповику пру­жиной.

Храповой механизм применяется не только для преобразо­вания движения, но и как стопорное устройство в лебедках и других подъемных машинах. В этом случае он состоит лишь из храповика и стопорной собачки.

Для того чтобы механизм работал более надежно, иногда делают несколько собачек, прижимаемых к храповику силь­ными пружинами.