Глава 3. Механизмы возвратно-поступательного и колебательного движений

§1. Кривошипно-ползунный механизм

В современных приборах и машинах широкое распространение получили рычажные механизмы и в первую очередь кривошипно-ползунный механизм (рис. 2), состоящий из стойки /, криво­шипа 2, шатуна 3 и ползуна 4, движущегося в направляющих 5.

Рис.2

Кривошипно-ползунный механизм служит для преобразования вращательного движения кривошипа в возвратно-поступательное прямолинейное движение ползуна. Наоборот, когда ведущим звеном является ползун, возвратно-поступательное прямолиней­ное движение ползуна преобразовывается во вращательное дви­жение кривошипа и связанного с ним вала.

Кривошипно-ползунные механизмы широко применяют в порш­невых двигателях, компрессорах, прессах, насосах и т. д.

Если прямая, по которой движется центр шарнира, прохо­дит через ось вращения кривошипа Ох, то механизм носит название центрального. Если эта прямая не проходит через точку О, то полученный кривошипно-ползунный механизм называется дезаксиальным или нецентральным.

§2. Кулачковые механизмы

Кулачковые механизмы применяют в тех случаях, когда пере­мещение, скорость и ускорение ведомого звена должны изме­няться по заранее заданному закону, в частности, когда ведомое звено должно периодически останавливаться при непрерывном движении ведущего звена.

Чаще всего кулачковый механизм состоит из трех звеньев (рис. 3, а): кулачка 1, толкателя 2 и стойки 3. На рис. 3, б представлен четырехзвенный кулачковый механизм (четвертое звено — ролик 4).

Кулачковые механизмы под­разделяются на плоские и про­странственные. Плоскими назы­вают такие кулачковые механизмы, у которых кулачок и толкатель перемещаются в одной или парал­лельных плоскостях; простран­ственными — такие, у которых кулачок и толкатель перемещают­ся в непараллельных плоскостях.

На рис. 4 представлена схема пространственного цилиндриче­ского кулачкового механизма с профильным пазом на боковой по­верхности.

Для увеличения стойкости кулачки изготовляют из высокока­чественной стали с рабочей поверхностью высокой твердости. С целью уменьшения трения и износа на толкателе устанавливают ролик, который вращается на оси и катится без скольжения по рабочей поверхности кулачка (рис. 3, б).

Кроме износа звеньев недостатком кулачковых механизмов является необходимость обеспечивать постоянное соприкоснове­ние (замыкание) между звеньями. В процессе работы кулачкового механизма могут возникать большие силы, главным образом инерционные, направленные на отрыв рабочей поверхности тол­кателя от кулачка. Для восприятия этих сил применяется либо геометрическое (кинематическое), либо силовое замыкание кине­матической цепи.

Геометрическое (кинематическое) замыкание применено в пред­ставленном на рис. 4 и 5 механизме с пазовым кулачком. Толкатель движется поступательно. При вращении кулачка ролик толкателя соприкасается с боковыми сторонами паза, прорезан­ного на кулачке. Паз создает два рабочих профиля кулачка, которые перемещают ролик толкателя в обоих направлениях.

П ри силовом замыкании толкатель во всех положениях прижат к кулачку с силой, которая больше силы, стремя­щейся оторвать толкатель от кулачка.

Замыкающая сила в подав­ляющем большинстве случаев создается пружиной (см. рис. 3).

К числу недостатков кулачковых механизмов следует отнести сложность изготовления профиля кулачка, от которого требуется большая точность.

В тех случаях, когда толкатель должен перемещаться с перио­дическими остановками, участки профиля кулачка, соответствую­щие этим периодам, должны быть очерчены дугами окружности, проведенными из центра вращения кулачка.