книги из ГПНТБ / Кожевников С.Н. Теория механизмов и машин учеб. пособие для студентов вузов

Рис. 58. Планетарная коробка скоростей

В качестве примера механизма переменной структуры рассмот­ рим еще планетарную коробку скоростей (рис. 58), в которой ско­ рость ведомого вала / / изменяется тремя ленточными тормозами 7\, Тг и Т3 и дисковой муфтой 1. При включении муфты / вся передача блокируется и колеса не имеют относительного вращения. Валы / и / / соединяются напрямую. При включении тормоза Т» останавли­ вается корпус 3 коробки и передача движения осуществляется коле­ сами Z.J, г3 і zx и z-0 с неподвижными осями. При включении тормоза 7\ или Т3, связанного с колесами z„ пли г2 , механизм работает как пла­ нетарный. Таким образом, при постоянном зацеплении колес изме­ нение режима работы коробки осуществляется тормозами.

Механизмы с заданным относительным движением звеньев. В ма­ шиностроении широко используют механизмы, в которых задано не движение какого-либо звена относительно неподвижной стойки, а относительное движение подвижных звеньев.

Вследствие того, что методы их исследования отличаются от ме­ тодов исследования рычажных механизмов, их целесообразно выде­ лить в отдельную группу.

На рис. 59 показана схема механизма вентилятора, в котором электрический двигатель смонтирован на подвижном коромысле / двухкоромыслового механизма ОАВС. Передача непрерывного вра­ щения к шатуну 2 осуществляется через червячную передачу, чер­ вячное колесо 4 которой сидит на одном валу с шатуном 2. Таким образом, при вращении ротора двигателя лопасти вентилятора вра-

30

кривошипу 9 относительно корпуса 2. При вращении по часовой стрелке кривошипа 9, связанного шатуном 4 с рейкой 6, корпус 2 движется влево. Кроме того, при отводе корпуса 2 пальцем на кри­ вошипе 9 поворачивается мальтийский крест 3, связанный с ре­ вольверной головкой.

На рис. 61 изображена одна из возможных схем механизма уби­ рающегося самолетного шасйг. К коромыслу 2 и стержню 3 аморти­ зационного устройства шарнирно присоединены цилиндр / и шток гидразлического силового устройства. Буквы на конструктивной

Рис. 60. Механизм поворота револьверной головки

31

(рис. 61, о) и структурной (рис. 61, б) схемах показывают аналогич­ ные шарниры.

Уборка и выпуск шасси происходят при движении поршня в ци­ линдре, скорость которого зависит от расхода жидкости.

Механизм с переменной структурой и заданным относительным движением использован в механизме перемещения шагающего эк­ скаватора (рис. 62). На схеме рис. 62, а показана фаза переноса лыжи 5, подвешенной на шатуне 2, в направлении движения экскаватора при помощи шарнирного четырехзвенпого механизма (звенья 1, 2, 3 и 4) с неподвижным корпусом экскаватора в качестве стойки, а на схеме рис. 62, б — положение звеньев в начале пере­ мещения экскаватора, когда лыжа коснулась грунта, т. е. положе­ ние, в котором происходит изменение структуры механизма. Рас­

обычно подразумевают совокупность поступательного или враща­ тельного механизмов, источника, нагнетающего рабочую жидкость (насос, гидравлический аккумулятор), управляющей и регулирую­ щей аппаратуры. Гидравлические механизмы, в которых движение ведомых звеньев зависит от расхода жидкости в рабочем простран­ стве, называются объемными. В практике используют также гид­ родинамические передачи (механизмы), движение ведомых звеньев которых зависит от воздействия на них гидродинамических давле­ ний потока жидкости.

На рис. 63 изображена схема" простейшего гидравлического механизма объемного типа, в котором рабочая жидкость нагне­ тается насосом /. •Если управляющий золотник 2 перекрывает ка­ налы, через которые жидкость поступает или сливается из полостей цилиндра 3, то поршень 4 неподвижен. При смещении золотника 2 влево жидкость, поступающая в левую полость цилиндра, заставит поршень перемещаться вправо, и наоборот. На схеме 5 — предо­ хранительный клапан, через который жидкость может переливаться в резервуар.

Пневматические' механизмы. Пневматическими обычно назы­ ваются поршневые или роторные механизмы, в которых движение осуществляется за счет энергии сжатого воздуха (или какого-либо другого газа), т. е. газ (воздух) в этих механизмах используется в качестве энергоносителя. Их используют не только в качестве исполнительных механизмов с индивидуальным двигателем непре­ рывного или эпизодического действия, но и в системах автоматиче­ ского управления и регулирования.

Рассмотрим электропневматический механизм, применяемый в качестве командоаппарата (рис. 64). Отсчет времени в нем осуществ-

32

Рис 63. Гидравлический механизм

ляется диском 1 с отверстием, вращаемым синхронным двигателем 2. К соплу 3 подается сжатый воздух, воздействующий на мембрану переключателя 4. Если отверстие в диске / установится против соп­ ла 3, то давление над мембраной падает, она смещается и пере­ ключает контакты переключателя 4. Двигатель 8 включается и кулачками 9 на валу 7 производит требуемые переключения пнев­ матических клапанов 10. Двигатель 8 останавливается вторым пере­ ключателем 5 при помощи диска 6.

§ 3. СОВРЕМЕННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К МАШИНАМ

Развитие промышленного производства идет по пути интенсифи­ кации ранее известных и изыскания новых технологических про­ цессов, увеличения объемов производства и более экономичного

34

способа его ведения, удовлетворения все более возрастающих тре­ бований в отношении качества и точности различного вида изделий.

Парк машин во всех отраслях промышленности не только увели­ чивается численно, но и становится все более сложным, требующим от их создателей знаний не только в области конструирования, т. е. в области механики, материаловедения и специальной технологии, но и значительно более широких.

Интенсификация процессов неизбежно вызывает увеличение ско­ ростей и энергетических мощностей.

В горной, металлургической и других отраслях промышленности внедряются машинные комплексы, потребляющие сотни тысяч киловатт-часов энергии.

Строительство энергосиловых агрегатов ограниченной мощности для удовлетворения потребности промышленности и транспорта в энергии становится уже невыгодным. Развивается строительство

Реакция человека, управляющего машиной, оказывается уже недостаточно быстрой, чтобы своевременно и в нужном направле­ нии произвести изменение режима работы. Поэтому все более ши­ роко внедряется автоматическое управление отдельными маши­ нами и целыми машинными комплексами.

Тот или иной полуфабрикат или изделие можно получить раз­ личными способами, иначе говоря, различными технологическими процессами, причем эффективность их будет различная. В связи с этим правильно было бы при разработке специальных машин учи­ тывать вариантность-технологического процесса и его расчленение на части. В этом случае уже могут быть предъявлены определенные

рять интенсивному технологическому процессу. Практика пока­ зала, что наиболее производительным является непрерывный тех­ нологический процесс, поэтому при проектировании новых машин следует прежде всего стремиться к разработке непрерывного техно­ логического процесса при производстве, изделий или полуфабри­ катов того или иного вида.

Н а д е ж н о с т ь работы машины обеспечивает более высокую производительность хотя бы потому, что уменьшается время на устранение неполадок, ее настройку и пр. Вынужденная остановка в технологической линии малонадежной машины неизбежно вызы­ вает простой других машин, что сказывается на производительности всей линии. Машина тем надежнее, чем она проще, т. е. чем меньше отдельных звеньев, требующих согласованной работы. Следует еще

СТРУКТУРА И КИНЕМАТИКА МЕХАНИЗМОВ

первая СТРУКТУРА МЕХАНИЗМОВ

§ 1.1. СТЕПЕНИ СВОБОДЫ И УСЛОВИЯ СВЯЗИ

Звенья. Механизм представляет собой совокупность тел, связан­ ных между собой подвижно. Каждое из тел, входящих в состав ме­ ханизма и состоящих очень часто из комплекса неподвижно сочле­ ненных между собой деталей, называется звеном. Звенья могут обла­ дать различными физическими свойствами. Как правило, механизм составлен из твердых тел, расстояние между двумя произвольно вы­ бранными точками которых остается постоянным, т. е.' может счи­ таться не зависящим ни от времени, ни от действующих на звено сил. В таком случае звено называют жестким.

Изображая жесткие звенья на схемах механизмов, обычно от­ влекаются от их конструктивных форм и отмечают только их гео­ метрические особенности. Например, главный шатун Ѵ-образного двигателя (рис. 1.1, б) на кинематической схеме изображается в

Наряду с жесткими звеньями в механизме нужно различать еще упругие и гибкие звенья.

В качестве упругих звеньев в механизмах используются раз­ личного вида пружины и рессоры, металло-резиновые соединения и др. Воздух или газ, заключенный в пространстве с переменным объемом, необходимо также рассматривать как упругое звено. На рис. 1.2 показаны две схемы механизмов с упругими звеньями. В механизме по схеме рис. 1.2, а в составной шатун вмонтированы пружины, длина которых может изменяться под действием сил, приложенных в точках А и В. Свойство упругости в данном случае может проявляться только в движении. При неподвижно закреп­ ленных точках А и В шатун будет вести себя как твердое тело.

Воздух, заключенный в полости шатуна (рис. 1.2, б), закрытой поршнем, обладает таким же свойством, как и пружина, т. е. сжи­ мается под действием сил, действующих в точках А и В.

Таким образом, свойство упругих звеньев, деформируемость, проявляется только при наличии сил, действующих на звенья.

37

К гибким звеньям относятся канаты, ремни, цепи и пр.; с их помощью можно связывать между собой отдельные звенья меха­ низма, как это имеет место, например, в механизмах мостовых кра­ нов, экскаваторах, механизмах приводов и др. Указанные звенья могут переносить движение от одного жесткого звена механизма к другому лишь в том случае, если вдоль них действуют растягиваю­ щие силы, т. е. они оказываются односторонне действующими.

Свойствами гибких звеньев — переносить движение от одного жесткого звена к другому — обладают также жидкость и система твердых тел в объемной гидростатической (рис. 1.3, а) и шариковой передачах (рис. 1.3, б). Отличительной особенностью этих тел является то, что они могут работать только на сжатие.

В особых случаях при расчетах должна быть принята во внима­

Степени свободы. Твердое тело в пространстве (рис. 1.4, а) может иметь шесть независимых движений: три поступательных вдоль координатных осей х, у, z и три вращательных вокруг координатных осей или им параллельных. Если рассматривается п независимых тел (звеньев), то их общее число степеней свободы, очевидно, равно 6 п.

Тело в плоском движении обладает тремя степенями свободы (рис. 1.4, б).

Условия связи. Каждое из геометрических, кинематических или

38

В каждом из этих случаев мы уничтожаем одно, два или три не­

точка может быть задана либо тремя координатами, либо как точка

Ограничения, наложенные в трех рассмотренных случаях, имеют геометрический смысл, поэтому условия связи можно назвать гео­ метрическими. Вследствие того, что геометрические связи не зави­ сят от времени, их можно определить так же, как стационарные связи.

При двух телах систему координат можно связать с одним телом, тогда следует рассматривать возможные движения второго тела относительно первого. При выяснении возможного числа ограниче­ ний в относительном движении, т. е. возможного числа внесенных

39