|
57 |
--------l |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
I
I
___________________~_!J
Рис. 4.3 Конструкция сферической пары: а - в конструкторском исполнении; б - в условном исполнении: 1 и 2 - элементы кинематической пары
ОДНО из преимуществ низших кинематических пар по сравнению с высшими - возможность передачи больших сил, поскольку контактная по верхность соприкасающихся звеньев низшей пары может быть весьма значи тельна. Применение высших пар позволяет уменьшить трение в машинах (классический пример - шарикоподшипник) и получать нужные, самые раз нообразные законы движения выходного звена механизма путем придания определенной формы звеньям, образующим высшую пару.
4.3. Виды механизмов и их структурные схемы
Механизмы классифицируют по различным признакам, и в первую
очередь их делят на механизмы с низшими и высшими парами; те и другие
могут быть плоскими и проетранетвенными. Пл о с ки м называется меха
низм, все подвижные точки которого движутся в параллельных плоскостях.
Механизм является про стр ан с тв е н н Ы м, если подвижные точки его
звеньев описывают неплоские траектории или траектории, лежащие в пере
секающихся плоскостях.
Наиболее распространены механизмы: с низшими парами - рычажные, клиновые и винтовые; с высшими парами ~ кулачковые, зубчатые, фрикци онные, мальтийские и храповые. В названиях ряда механизмов отражены их
конструктивные признаки и характер движения входного и выходного звень
ев. Например, термин «кривошипно-коромысловый механизм» означает, что механизм преобразует непрерывное вращательное движение входного звена (кривошипа) в возвратно-вращательное движение выходного звена (коро мысла). В названиях иногда учитывается число степеней свободы механизма. Например, различают зубчатый редуктор - зубчатый механизм с одной сте-
58
пенъю свободы и зубчатый дифференциал - механизм с двумя (или более) степенями свободы. Механизмы классифицируют и по их назначению: кри вошипно-ползунный механизм поршневого компрессора, кулачковый меха НИЗМ двигателя и т. д. Ниже даны примеры механизмов, применяемых в раз
личных машинах.
Примеры плоских механизмов с низшими парами. Кри в о ш ип н о ползунный механизм (СМ. рис. 4.1, а, б) один из самых распространен ных, он является основным механизмом в поршневых машинах (двигатели внутреннего сгорания, компрессоры, насосы), в КОВОЧНЫХ машинах и прессах и т. д. На рис. 4.1, в изображена схема внеосного (дезаксиального) криво
шипно-ползуиного механизма.
6
в ,-------
Рис. 4.4. Кривошипные механизмы с низшими парами: шарнирный, четырехзвенный механизм (а); кулисный механизм (6); механизм возвратно-поступательного движения (в); разновидность кулисного механизма (г); шестизвенный кулисный механизм строгального станка (д)
59
Шарнирный четырехзвенный механизм (рис. 4.4, а) служит для преобразования одного вида вращательного движения в другое и может быть в зависимости от размеров звеньев кривошипно-коромътсловым, двух
кривошипным И двухкоромысловым; применяется в прессах и ковочных ма
шинах, качающихся конвейерах, прокатных станах, муфтах сцепления, при борах и Т. д. На рис. 4.4, а звено 1 - кривошип, 2 - шатун, 3 - коромысло, 4 - стойка. Шарнирный четырехзвенник применяют и для случая, когда одна из его точек должна двигаться по заданной траектории. Например, на рис. 4.4, б изображена структурная схема двухкоромыслового механизма портального крана со стрелой 2, точка F которой на рабочей части своей траектории пе ремещается по прямой FF'; по характеру движения звенья 1, 3 - коромысла, 2 - шатун, 4 - стойка.
К ули сны й м ех ан и зм служит ДЛЯ преобразования |
одного вида |
вращательного движения (звена 1) в другое (звена 3 на рис. 4.4, |
в) или непре |
рывного вращательного движения (звена 1) в возвратно-поступательное (зве на 5 на рис. 4.4, д). Такие четырех- и шестизвенные кулисные механизмы применяют в строгальных и долбежных станках, поршневых насосах и КОМ прессорах, гидроприводах, приборах и т. д. Кулисой обычно называют звено с пазом, по которому перемещается ползун (кулисный камень) 2. Кулиса 3 может быть качающейся, вращающейся, движущейся поступательно.
В гидроприводах широко применяется разновидность кулисного меха низма, в котором кулису с камнем заменяет ЦИЛИНДР 3 с поршнем 2 (рис. 4.4, г). На рис. 4.4, д дана структурная схема шестизвенного кулисного механизма
поперечно-строгального станка, в котором непрерывное вращательное дви
жение входного звена (кривошипа 1) посредством звеньев 2, 3, 4 преобразу ется в возвратно-поступательное движение выходного звена (ползуна 5 с рез цовой головкой); звено 6- неподвижнаячасть станка (стойка).
Примеры пространственных механизмов с низшими парами. На рис. 4.5 приведены: а, б - модель и схема четырехзвенного меха низма ABCD (звено 1 - кривошип, 2 - шатун, 3 - коромысло, 4 - стойка); 8, г - модель и схема кривоmипн о-ползунного механизм а Аве (зве но 1 - кривошип, 2 - шатун, 3 - ползун, 4 - стойка); д, е - модель и схема механизма унив ерсального шарнира (шарнира Гука, или карданной передачи). Этот механизм служит для передачи вращательного движения
между валами, оси которых пересекаются, и широко применяется в автомо
билях, станках, приборах (входное и выходное звенья 1, 3 выполнены в виде вилок, звено 2 - в виде крестовины, звено 4 - стойка; О - точка пересечения осей); ж - структурная схема основного рычажного механизма од ного ИЗ видов промышленного робота, это механизм с незамкнутой кинема тической цепью ABCDEF (звенья }-5 подвижные, 6 - стойка, F - схват). Промышленные роботы в настоящее время находят все более широкое при
менение для выполнения самых различных технологических и вспомогатель
ных операций: сборки, сварки, окраски, загрузки и т. п.
60
в
д
е
|
ж |
|
9- |
1 |
\ |
J
Рис 4 5 Пространственные механизмы с низшими парами а, б - модель и схема че тырехзвенного механизма, в, г - модель и схема кривошипно-ползунного механизма, д, е модель и схема универсального шарнира, ж - структурная схема рычажного механизма
61
Примеры механизмов (плоских и пространственных) с высшими нарами. Среди них наибольшее распространение получили зубчатые, кулач ковые, фрикционные, мальтийские и храповые механизмы. В з у б ч аты х передачах различают внешнее (рис. 4.6, а), внутреннее (рис. 4,6, б) и рееч ное зацепление (рис. 4.6, в): звено 1 - шестерня, 2 - колесо (или частный слу чай колеса - рейка). В зависимости от расположения осей колес зубчатые пе редачи могут быть с параллелъными осями (цилиндрические), рис. 4.6, а, б, с пересекающимися осями (конические), рис. 4.6, г и со скрещивающимися осями или гиперболоидные передачи, вариантами которых являются винто вые (рис. 4.6, д), червячные (рис. 4.6, е) и гипоидные (рис. 4.6, ж) передачи. В винтовой передаче звенья 1, 2 - косозубые цилиндрические колеса; в чер вячной передаче звено 1 - червяк, 2 - червячное колесо; в гипоидной переда че звенья 1, 2 - конические колеса.
Широко применяются многозвенные зубчатые передачи: редукторы (рис. 4.7, а) и планетарные зубчатые механизмы (рис. 4.7, б). В состав плане тарного редуктора входят не только колеса 1 и 4 с неподвижными осями, но и колеса 2, 3 с движущейся по окружности осью.
В последнее время в устройствах приборов и систем управления все более широкое применение находят волновые зубчатые передачи с гибкими звеньями, дающие возможность получать большие передаточные
отношения, высокую кинематическую точность и передавать механическое
движение через герметичную стенку. В этом случае (рис. 4.8) гибкое колесо 1
герметично закрепляется на стенке; передача движения осуществляется ОТ
генератора волн 3 через гибкое колесо 1 к жесткому колесу 2. Такая передача весьма целесообразна ДЛЯ управления агрегатами в космосе, в электронной, атомной и химической промышленности.
В кулачковых плоских и пространственных механиз мах, широко применяемых в разЛИЧНЫХ машинах, станках и приборах, выс шая пара образована звеньями, называемыми - кулачок и толкатель (звенья 1 и 2 на рис. 4.9, а). Замыкание высшей пары может быть силовое (например пружиной 5 на рис. 4.9, б) или геометрическое (ролик 3 толкателя 2 в пазу кулачка 1 на рис. 4.9, а). Форма входного звена - кулачка определяет закон
движения выходного звена - толкателя; ролик применяют с целью умень шить трение в механизме путем замены трения скольжения в высшей паре на трение качения. На рис. 4.9, а вращательное движение входного звена (ку лачка 1) преобразуется в возвратно-поступательное движение выходного звена (толкателя 2). В механизме, изображенном на рис. 4.9, б, толкатель 2 - коромысловый, совершающий возвратно-вращательное движение вокруг оси 02. На рис. 4.9, в изображена модель пространственного кулачкового ме ханизма с вращающимся цилиндрическим кулачком 1 и поступательно ДВИ ЖУЩИМСЯ роликовым толкателем 3; замыкание высшей пары геометрическое. На рис. 4.1, а дан пример применения кулачкового механизма с коромысло...
62
вым (качающимся) роликовым толкателем 5 для привода выхлопного клапа на 6, через который производится очистка цилиндра двигателя дизеля от
продуктов сгорания
б
Рис 4 6 Механизмы плоские и пространетвенные с высшими парами а внешнее зацепление, б - внутреннее зацепление в реечное зацепление г - пересекающееся кони ческое зацепление, д скрещивающиеся оси зацепления, е - червячное зацепление, ж -
гипоидноезацепление
63
б
2
Рис 4 7 Многозвенные 'Зубчатые передачи' а - редукторы, б - планетарные зубчатые механизмы
Рис. 4 8 Волновые зубчатые передачи с гибкими звеньями' 1 - колесо; 2 - жесткое колесо; 3 - генератор волн
в фрикционном механизме передача вращательного движения осуществляется посредством трения между звеньями, образующими высшую пару. Простой фрикционный механизм (рис. 4.10, а) состоит из двух вра щающиеся круглых цилиндров 1, 2 и стойки 3. Силовое замыкание высшей пары осуществляется пружинами 4. Фрикционные механизмы используют и в бесступенчатых передачах (рис. 4.1 О, б). При постоянной угловой скорости диска 7 посредством перемещения колеса ~ катка 2 вдоль своей оси можно
плавно изменять его угловую скорость и даже направление вращения.
64
а
г
".1"8
1/\
/ (f;;;~O )
I |
\; |
/ |
\ |
\ , |
/ |
\ |
\ |
/} |
|
'" |
/' / I |
б
в
2
Рис 4 9 Кулачковые плоские и пространственные механизмы а - 1 - кулачок, 2 - толкатель, 3 - ролик, В - оси вращения, б - 1 - ролик, 2 - толкатель, В - подвижный ро ЛИК, 01 - ось ролика, 02 - ось толкателя, 5 - пружина, в - 1 - кулачок, 2 - растяжка, 3 -
толкатель
65
б
Рис. 4.10. ФРИКЦИОННЫЙ механизм: а - 1 - цилиндр, 2 - ЦИЛИНДР, 3 - стойка, 4 - пружина; б - 1 - диск, 2 - каток, 3 - корпус
Рис. 4.11. Мальтийский механизм: 1 - кривошип; 2 - крест; 3 - стойка; С - ось стола; А - ОСЬ привода
66
Мальтийский механизм (рис 4 11) преобразует непрерывное вращение входного звена - кривошипа 1 в прерывистое (с остановами) вра
щение выходного звена - креста 2 Механизм имеет стойку 3 и высшую пару, образованную цевкой В кривошипа и пазом креста
Рис 4 12 Храповой механизм 1 - коромысло, 2 - собачка, 3 - храповое колесо, 4- - стойка, 5 - собачка колеса опоры, 6 - пружина
Храповои механизм с ведущей собачкой и стойкой 4 (рис 4 12) служит ДЛЯ преобразования возвратно-вращательного движения коромысла 1 с собачкой 2 в прерывистое вращательное движение (в одном направлении) храпового колеса 3 Собачка 5 с пружиной 6 не дает колесу вращаться в об ратную сторону Высшая пара здесь образована собачкой и храповым коле
СОМ. Механизм может иметь входное звено и с возвратно-поступательным
движением Мальтийские и храповые механизмы широко применяются в
станках и приборах