1.3 Виды механизмов

Исходя из кинематических, конструктивных и функциональных свойств, механизмы подразделяют на рычажные, кулачковые, фрикционные, зубчатые и др.

Рычажные механизмы. Рычажными называют механизмы с геометрическим замыканием (запиранием) звеньев во вращательных и поступательных кинема­тических парах.

Благодаря этому они могут переда­вать большие усилия и мощности, чем другие механизмы в аналогичных услови­ях. Звенья механизмов сравнительно про­сты в изготовлении.

Механизмы применяют в основном для преобразования вращательного дви­жения входного звена в качательное и возвратно-поступательное движение вы­ходного звена.

Рычажные механизмы делятся на плоские и пространственные. Среди этого типа механизмов наибольшее распространение получили кривошипно-шатунные (рис.4,а,б) и кулисные (рис.4,в) механизмы. На рис.4 пока­заны схемы аксиального (рис.4,а) и дезаксиального (рис.4,б) кривошипно-шатунного механизма, используемого для преобразования вращательного движения кривошипа 1 в возвратно-поступательное движение ползуна 3. Ползун и кривошип соединяются с помощью звена 2, совершающего сложное плоское движе­ние и соединенного с другими подвижны­ми звеньями с помощью низших кинема­тических пар вращения. Дезаксаж (сме­щение) е вводится в основном для уменьшения давления ползуна на непод­вижное звено 4.

На рис.4, в изображен кривошипно-кулисный механизм. Он состоит из криво­шипа 1, кулисы 3, представляющей собой подвижное направляющее звено, и звена 2, называемого кулисным камнем. Если l>r, то вращательное движение криво­шипа 1 преобразуется в возвратно-вра­щательное движение кулисы 3. Когда l<r, то при равномерном вращении кри­вошипа 1 кулиса 3 вращается с пе­ременной угловой скоростью.

На рис.4,г представлен простран­ственный сферический механизм с низшими кинематическими парами, который служит для передачи движения между пересекающимися осями под углом α. Этот механизм известен под названием карданной передачи.

Кулачковые механизмы. Механизмы образуются путем силового замыкания звеньев: кулачка и толкателя (коро­мысла).

Кулачок обычно представляет собой диск (реже цилиндр), профиль которого очерчен определенной кривой, которая строго задает движение толкателю (коро­мыслу). В зависимости от вида движения сопряженное с кулачком звено называет­ся либо толкателем (рис.5,а,б), либо коромыслом (рис.5,в,г). Кулачок и ко­ромысло соединяют со стойками с по­мощью вращательных пар, толкатель — поступательной парой. Для уменьшения потерь на трение толкатель и коромысло снабжают цилиндрическими роликами.

Конструктивно силовое замыкание звень­ев осуществляют за счет сил упругости (например, от предварительно деформи­рованной пружины), реже — сил тяжести.

Механизмы используют для преобра­зования вращательного (рис.5,а,в) или возвратно-поступательного движения (рис.5,б) входного звена (ведущего звена) 1 в возвратно-поступательное (рис.5,а,б) или возвратно-вращатель­ное (рис.5,в) движение выходного (ведомого) звена 2 даже с остановками заданной продолжительности.

В механизмах применяют также сложные плоские и пространственные ме­ханизмы в комбинациях с рычажными и зубчатыми механизмами.

Рис.5. Кулачковые механизмы: а – вращающийся кулачок и толкатель, движущийся возвратно-поступательно; б – возвратно-поступательно движущиеся кулачок и толкатель,; в – вращающийся кулачок и качающийся толкатель; г – пространственный кулачковый механизм

Фрикционные механизмы. В этих механизмах движение от ведущего звена к ведомому передается за счет сил тре­ния, возникающих в результате контакта этих звеньев.

Простейшая фрикционная передача (механизм) показана на рис.6,а. Она состоит из двух цилиндрических катков 1, 2 и стойки 3. Один каток прижимается к другому силой упругости пружины. К фрикционным механизмам относятся и вариаторы (рис.6,б), которые обеспечивают плавное изменение угловой скорости ведомого звена 2 при равномер­ном вращении ведущего звена 1 и его перемещении вдоль оси. Вариаторы назы­ваются бесступенчатыми передачами.

Фрикционный механизм может быть выполнен и с гибкими звеньями. Его приме­няют для передачи вращения между вала­ми при больших межосевых расстояниях.

Под гибкими звеньями понимают рем­ни, канаты, цепи, нити. На рис.6, в приведена простейшая передача гибкой связью.

Рис.6. Фрикционные механизмы: а – фрикционная передача; б – лобовой вариатор; г – механизм с гибким звеном

Зубчатые механизмы. Зубчатыми на­зывают механизмы (передачи), образованные с помощью зубчатых колес 1 и 2 — цилиндрических или конических дисков, снабженных выступами — зубь­ями (рис.7,а).

Рис.7. Зубчатые механизмы: а — обычный; б — планетарный

Передача нагрузки и движения между колесами осуществляется за счет воздей­ствия зубьев друг на друга (силового за­мыкания — зацепления зубьев). В отли­чие от фрикционной передачи здесь ис­ключено проскальзывание звеньев.

Механизмы широко применяют в ма­шинах для передачи вращения между не­подвижными и подвижными осями. В по­следнем случае механизмы называют пла­нетарными. На рис.7,б показан про­стейший планетарный механизм. Ось колеса 3, соединенная водилом 2 с осью колеса 1, совершает враща­тельное движение. Колесо 1 в этом случае называется центральным, а колесо 3 — сателлитом.

Волновые передачи (рис.8) по су­ществу можно было бы назвать планетар­ными механизмами с гибким сателлитом.

Рис. 8. Схема волновой передачи

В волновых передачах поток мощно­сти распределяется по зонам зацепления с большим числом зубьев по сравнению с другими зубчатыми механизмами. Ролики генератора волн 2 деформируют гибкое колесо 1 при сборке и вводят его зубья в зацепление с зубьями жесткого колеса 3 по большой оси эллипса и выводят из зацепления по малой оси. Движение пе­редается за счет «бегущей волны» дефор­мации гибкого колеса. Число зубьев гибкого колеса меньше, чем у жест­кого.

Крестовидный (мальтийский) меха­низм (рис.9) состоит из трех звеньев. Звено 1 несет на себе цевку, центр А которой удален от оси вращения О на расстояние r, а замок В представлен сек­тором, очерченным окружностью радиуса r₀. Звено 2, называемое крестом, имеет несколько прорезей (на рис.9 — четы­ре) и такое же число замков D, очерчен­ных радиусом r₀. Неподвижное звено 3 имеет подшипники с центрами в точках О и С. Звено 1 вращается равномерно, а звено 2 то вращается, то останавлива­ется. Когда замки В и D соприкасаются по окружности, звено 2 неподвижно. При дальнейшем вращении звена 1 цевка вхо­дит в прорезь креста 2 и крест вращается в направлении, противоположном враще­нию звена 1. Крест остается неподвиж­ным до тех пор, пока цевка не войдет в следующую прорезь. Такой механизм применяется в киноаппаратуре, подаю­щей киноленту.

Рис.9. Мальтийский механизм

Гидравлическими и пневматическими механизмами называются такие, в каж­дом из которых преобразование движения происходит посредством твердых и жид­ких или твердых и воздушных тел.

На рис.10 приведена схема гидравлического механизма, предназна­ченного для привода в движение поршня1 с помощью распределителя 2. Жидкость в цилиндр 5 поступает из распределителя в результате поочередного включения электромагнитов 3 и 4. Гидравлическая схема включает в себя также насос 6, бак 7 и клапан 8. В пневматическом механиз­ме насос заменяют источником сжатого воздуха.