4.5 Синтез механизмов с учетом угла давления

Углом давления θ называется угол между направлением силы и направлением перемещения, вызванного этой силой. Углом передачи μ называется угол, дополняющий угол давления до 90˚. На рис. 4.5 указаны углы давления и угол передачи в точке В шарнирного четырехзвенника. Разложим силу на нормальную и касательную составляющие. Чем больше угол давления, тем меньше составляющая Rⁿ и больше составляющая R^τ. Полезно используется только составляющая R^τ, а составляющая Rⁿ создает трение в кинематических парах. Следовательно, чем меньше угол давления, тем выше к.п.д. Наилучший случай, когда угол давления равен нулю. Однако по характеру работы механизма этот угол не может оставаться постоянным. В шарнирных механизмах угол давления допускается до 45˚, в механизмах с поступательными парами – до 30˚. В ответственных механизмах, таких как кривошипно-ползунный механизм двигателя внутреннего сгорания, угол давления принимается еще меньше – до 15˚. На рис. 4.5б представлен пример неудачно спроектированного механизма обжима борта в станке для сборки автомобильных шин на предприятии «Беларусьшина». Аналогичным образом неправильно спроектирован механизм закрывания дверей троллейбуса

4.6 Направляющие механизмы. Механизмы с выстоями.

Направляющие рычажные механизмы предназначены для осуществления движения исполнительной точки по заданной траектории. В отличие от них передаточные механизмы служат для преобразования параметров движения или усилий. Известно большое количество рычажных механизмов, служащих для построения графиков простейших функций. Сведения о них можно найти в справочниках (В.А.Юдин «Механизмы приборов»). С помощью таких механизмов можно построить очень сложные кривые, например, аэродинамический профиль.

В том случае, если нельзя найти готовой схемы, можно воспользоваться следующим методом синтеза механизма, приближенно воспроизводящего заданную кривую. Выберем произвольную точку О, кривошип и шатун (рис. 4.6). Свяжем с шатуном планшет с нанесенными на ней чертящими точками. Осуществляя движение точки М планшета по заданной траектории, построим траектории остальных чертящих точек. Выберем из них наиболее приближающуюся к окружности. Найдем ее центр и поместим в него шарнир С. Соединив чертящую точку В с точкой А и точкой С, получим шарнирный четырехзвенник, у которого точка М шатуна будет приближенно воспроизводить заданную кривую.

Среди многих механизмов, созданных П.Л.Чебышевым, широко известны прямолинейно направляющий (лямбдообразный) и круговой направляющий механизмы. На их основе можно создать механизмы с выстоями.

Механизмом с выстоем называется такой механизм, в котором при непрерывном движении ведущего звена ведомое звено часть времени неподвижно. На рис. 4.6б представлены две схемы механизмов с выстоями, основанные на механизмах Чебышева. Механизмы с выстоями применяются в различных машинах – автоматах. Мгновенный выстой называется остановкой. Механизмы с остановками применяются с целью улучшения динамики процесса.

4.7 Шаговые механизмы. Мальтийские механизмы

Шаговый механизм – это механизм, в котором выходное звено совершает движение в одном направлении с периодическими остановками при однонаправленном движении входного звена. К таким механизмам относится храповый механизм, который применяется в качестве стопорного устройства в грузоподъемных машинах, а также в передачах периодического вращательного движения, анкерный механизм, используемый в механизмах часов, грейферный механизм, используемый в киноаппаратах. В шаговых механизмах вместо храпового устройства зачастую применяется механизм сводного хода (МСХ) (рис. 4.7).

Мальтийский механизм широко применяется в машинах – автоматах для получения прерывистого движения. Его название происходит от того, что напоминает эмблему Мальтийского ордена – мальтийский крест. Мальтийский механизм может быть выполнен с наружным и внутренним зацеплением, он может передавать движение между валами с параллельными и пересекающимися осями, между вращающимися и поступательно движущимися звеньями.

В основе мальтийского механизма лежит кулисный механизм с качающейся кулисой (рис. 4.8). Отличие состоит вы том, что паз кулисы выполнен открытым, так что кулисная пара может размыкаться. После этого ведомое звено останавливается. Таким образом, используется только период движения, соответствующий углу поворота кривошипа φ_д, это показано на графике скорости. Ведомое звено снабжено несколькими пазами, расположенными так, что осуществляется последовательное зацепление кривошипа с каждым из них. За один цикл движения кривошип поворачивается на угол φ_д, а крест на угол ψ = 2π / z, где z - число пазов. Отношение времени движения креста к времени цикла называется коэффициентом движения.

k_д = t_д / T_ц

Для равномерного движения кривошипа

k_д = φ_д / 2π.

Из построения следует

φ_д =π - ψ,

Тогда

φ_д = π (z – 2)/ 2 k_д = (z –2) / 2z.

Обычно используются кресты с числом пазов от 3 до 24, тогда k_д = 0.16 –0.5. Для того чтобы крест во время свободного движения кривошипа был неподвижен, применяется его блокировка посредством запирающего валика. В механизме с внутренним зацеплением (рис. 4.8) используется положительная часть графика скорости. Благодаря тому, что угол движения здесь больше, коэффициент движения также больше. Он находится в пределах 0.83 –0.54.