tmmivan

244

z1 + z3 = c k

здесь с – любое число.

4. Условие воспроизводства придаточного отношения предполагает оценку близости значения, полученного передаточного отношения конкретного сочетания чисел зубьев механизма по отношению к заявленному в техническом задании.

Поскольку заявляемое передаточное отношение всегда получается из сочетания значений целых чисел, то исключается вероятность достижения абсолютного результата.

На практике просчитывается (подбирается) несколько вариантов решения значений чисел зубьев эпициклического механизма, и из них выбирается тот, который обеспечивает большую точность воспроизводства заданного передаточного отношения.

Для схемы планетарного зубчатого механизма с ведущим центральным колесом, передаточное отношение:

U1H = 1−U13H

245

11. Цикловые механизмы.

Цикловыми механизмами называются такие, в которых определенная последовательность движений или процессов периодически повторяется. Период (время) повторяемости движений или процессов принято называть циклом.

Различают разные виды циклов. Периодические повторение положения и направления движения точек звеньев механизма или системы механизмов называют кинематическим циклом.

Периодическое повторение изменения мощности, действующих в механизме сил и моментов характеризует энергетический цикл.

Периодическое повторение совокупностей операций механизмами технологической машины называется рабочим циклом.

Состояние механизма в пределах цикла определяется временем цикла и углом поворота главного вала основного механизма. При этом условно считают, что этот вал вращается равномерно.

В пределах цикла состояние механизмов характеризуется тактами и фазам.

Такт есть часть цикла, при котором состояние ни одного из исполнительных механизмов не изменяется, т.е. состояние движений звеньев либо сохраняется, либо отсутствует.

Фаза есть часть цикла, при которой сохраняются неизменным характер процессов, происходящих в машине (рис. 11.1.а).

Графическое изображение согласованности перемещений рабочих органов в зависимости от времени или угла поворота главного вала машины называют графиком цикличности или циклограммой (рис. 11.2.).

246

В основе разработки циклограмм машин лежат синхронные во времени графики перемещений исполнительных органов их механизмов.

Рис. 11.1.

Рис. 11.2. Линейная (а) и круговая (б) циклограммы двухтактного ДВС

Большинство машин автоматического и полуавтоматического действия является цикловыми: металлообрабатывающие центры, тех-

247

нологические конвейеры, транспортные машины. В них, в зависимости от используемого рабочего тела могут применяться механические, гидравлические, пневматические, электрические, электронные и другие преобразователи. Общим свойством их является возможность обеспечения в пределах рабочего цикла остановки, замедления или ускорения выходного звена заданной продолжительности при непрерывном движении входного звена. Остановка может быть полной или почти полной (квазиостановка), а её продолжительность как заданной, так и неопределенной.

В механических системах цикловых машин применяются зубчатые, храповые, мальтийские, кулачковые, рычажные механизмы и механизмы с муфтой свободного хода.

Рис. 11.3.

В зубчатом механизме прерывистого движения (рис. 11.3.) ведущее звено 1 в виде зубчатого сектора с z1 зубьями и запорного сектора 4 входит в зацепление с зубчатым колесом – 2, число зубьев которого z2 = z1, с звездообразным фиксатором 3. После поворота зубчатого сектора 1 на угол φ1g звено 2 останавливается и фиксируется

248

выступом 4 и вырезом на фиксаторе 3. Остановка соответствует повороту ведущего колеса на угол φ1N.

Храповые механизмы (рис. 11.4.) содержат рычажный механизм из звеньев 1, 2 и 3 и храповое колесо 4 в зубья которого упираются рабочая 5 и стопорная 6 собачки. Количество захватываемых

Рис. 11.4.

рабочей собачкой 5 зубьев колеса 4 – определяется – длиной кривошипа 1. Стопорная собачка 6 исключает поворот колеса 4 под действием сил полезного сопротивления.

Зубчатые механизмы прерывистого движения и храповые механизмы применяются лишь в тихоходных механизмах ввиду ударного характера нагружения выходного звена и повышенной шумности работы.

250

Кулачковые механизмы, по конструктивным признакам могут отличаться как формой контактирующих звеньев, так и расположением осей входного и выходного звеньев в пространстве, при этом контакт в кинематической паре может обеспечиваться действием сил тяжести, силовым замыканием упругими силами пружины, сжатой жидкости или газа или же геометрическим замыканием: (рис. 11.6.г) посредством паза (десмодромный механизм).

Наиважнейшей особенностью кулачковых механизмов является возможность достижения любого, наперед заданного закона движения выходного звена. На стадии проектирования кулачкового механизма возможна коррекция силового, взаимодействия кулачка и толкателя изменением угла давления за счет формы профиля и эксцентриситета, а также коррекция динамических нагрузок оптимизацией закона движения толкателя.

При необходимости передавать большие нагрузки с высокой надежностью и с плавным законом изменения ускорения выходного звена, в качестве преобразователя движения используют рычажные (кривошипно-ползунные, кривошипно-коромысловые, кулисные, зубчато-рычажные) механизмы.

В спаренном кривошипно-ползунном механизме (рис. 11.7.) выходное звено 5 имеет длительную квазиостановку в крайнем правом положении. Это достигается тем, что шатун 4 соединен с кривошипом 1 через вспомогательный шатун 2, что обеспечивает на некотором участке общему шарниру шатунов движение по дуге постоянной кривизны с радиусом, равным длине шатуна 4.

251

Рис. 11.7.

Рычажные механизмы обладают значительными габаритами и массой, что делает их тихоходными.

В муфтах свободного хода (рис. 11.8.) ролики ила шарики 4 расположена в клинообразных полостях выходного 5 и входного 3 звена, которое в свою очередь приводятся в движение кривошипом 1 и шатуном 2.

Рис. 11.8.

Надежность заклинивания роликов или шариков между выходным к входным звеньями достигается установкой пружин.

Момент, передаваемый муфтой свободного хода ограничен контактными нагрузками между элементами высшей пары.

При проектировании цикловых механизмов необходимо учитывать следующее общие требования:

252

1.Соблюдение допустимого угла давления– α во избежание заклинивания механизма и снижения потерь на трение.

2.Оценка законов ускорений звеньев с позиция роста динамических нагрузок.

3.Конструктивное решение силового или геометрического замыкания звеньев.

Пример циклограммы, описывающей рабочий процесс четырехтактного ДВС.

Иллюстрацией цикловой машины может служить поршневой двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

Главным валом этой машины принято считать коленчатый вал, движение которого предполагается равномерным. Тогда график движения коленчатого вала представляет собой наклонную по отношению к оси абсцисс линию (рис. 11.9.а). При этом состояние вала может определяться углом его поворота или временем.

В движении исполнительного звена основного механизма машины (кривошипно-ползунного) – поршня можно выделить два такта движения – движение к верхней мертвой точка (ВМТ) и движение к нижней мертвой точке (НМТ). Графическое описание перемещения, поршня представлено тактограммой по (рис. 11.9.б)

Для осуществления рабочего цикла машины (ДВС) необходимо обеспечить последовательное выполнение процессов впуска свежей смеси в цилиндр, её сжатие и воспламенение и, наконец, выпуск отработанных газов из цилиндра. Для осуществления эти процессов необходимо совершение четырех тактов, т.е. двух оборотов кривошип-

253

ного вала. Эти процессы совпадают с тактами движения поршня и описываются тактограммой рабочего цикла (рис. 11.9.в).

Фазы рабочего цикла (рис. 11.9.г) ввиду быстроходности двигателей внутреннего сгорания и инерционности газов не совпадают с тактами рабочего цикла. Для большего наполнения цилиндра газовой смесью и полной очистки цилиндра от отработанных газов открытие клапанов системы газораспределения выполняется с некоторым опережением, а их закрытие с запаздыванием. Углы опережения открытия и закрытия клапанов устанавливаются при доводке ДВС экспериментально.

В пределах фазы рабочего цикла (например, впуска) клапан (впускной) механизма газораспределения должен переместиться в открытое положение, сделать в этой позиции выдержку, а затем закрыться. Этот процесс описывается диаграммой перемещения клапанов (рис. 11.9.д) и характеризуется в свою очередь фазами удаления (подъема) – φy, дальнего стояния (выстоя)- φд и возвращения (опускания) – φв толкателя кулачка.

Перечисленные фазы – фазы газораспределения рассчитываются из условия достижения наибольшего времени – сечения и допустимых для конкретной конструкции значений ускорений. Этой же цели служит выбор закона ускорений перемещения толкателя кулачкового механизма. Из диаграммы перемещения клапанов следует, что как впускной, так и выпускной клапаны осуществляют все фазы перемещений за один оборот кулачкового вала ДВС, который, следовательно, должен иметь частоту вращения вдвое меньшую. Также один раз в течение двух оборотов главного вала должно происходить воспла-