Какие бывают свойства механизмов

Кинематические соединения.

Кинематические пары, приведенные в табл. 2.1, просты и компактны. Они реализуют практически все, необходимые при создании механизмов простейшие относительные перемещения звеньев. Однако при создании машин и механизмов они применяются редко. Это обусловлено тем, что в точках соприкосновения звеньев, образующих пару, обычно возникают большие силы Трения. Это приводит к значительному износу элементов пары, а значит, к ее разрушению. Поэтому простейшую двухзвенную ки­нематическую цепь кинематической пары часто заменяют более длинны­ми кинематическими цепями, Которые в совокупности реализуют то же самое относительное движение звеньев, что и заменяемая кинематическая пара.

Кинематическая цепь, предназначенная для замены кинематической пары, называется кинематическим соединением.

Приведем примеры кинематических цепей, для наиболее распро­страненных на практике вращательной, поступательной, винтовой, сфе­рической и плоскость-плоскость кинематических пар.

Из табл. 2.1 видно, что простейшим аналогом вращательной кине­матической пары является подшипник с телами качения. Аналогично, ро­ликовые направляющие заменяют поступательную пару и т.д.

Кинематические соединения удобнее и надежнее в эксплуатации, вы­держивают значительно большие силы (моменты) и позволяют механиз­мам работать при высоких относительных скоростях звеньев.

Основные виды механизмов.

Механизм Можно рассматривать как частный случай кинематической цепи, у которой, как минимум, одно звено обращено в стойку, а движение остальных звеньев определено заданным движением входных звеньев.

Отличительными особенностями кинематической цепи, представ­ляющей механизм, являются подвижность и определенность движения ее звеньев относительно стойки.

Механизм может иметь несколько входных и одно выходное звено, в этом случае он называется суммирующим механизмом, и, наоборот, одно входное и несколько выходных, тогда он называется дифференцирующим механизмом.

По назначению Механизмы разделяются на направляющие и передаточные.

Передаточным механизмомназывается устройство, предназначенное для воспроизведения заданной функциональной зависимости между пере­мещениями входного и выходного звеньев.

Направляющим механизмом называют механизм, у которого траек­тория определенной точки звена, образующего кинематические пары только с подвижными звеньями, совпадает с заданной кривой.

Рассмотрим основные виды механизмов, нашедших широкое приме­нение в технике.

Механизмы, звенья которых образуют только низшие кинема­тические пары, называют шарнирно-рычажными. Эти механизмы нашли широкое применение благодаря тому, что они долговечны, надежны и просты в эксплуатации. Основным представителем таких Механизмов яв­ляется шарнирный четырехзвенник (рис.2.1).

Названия механизмов обычно определяются по названиям их вход­ного и выходного звеньев или харак­терного звена, входящего в их сос­тав.

Рис. 2.1 Шарнирный четырехзвенник:
1 – кривошип; 2 – шатун; 1 – коромысло.
 

В зависимости от законов дви­жения входного и выходного звеньев этот механизм может называться кривошипно-коромысловым, двой­ным кривошипным, двойным коромысловым, коромыслово-кривошипным.

Шарнирный четырехзвенник применяется в станкостроении, прибо­ростроении, а также в сельскохозяйственных, пищевых, снегоуборочных и других машинах.

Если заменить в шарнирном четырехзвеннике вращательную пару, например D, на поступательную, то получим широко известный кривошипно-ползунный механизм (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Различные виды кривошипно-ползунных механизмов:

1 – кривошип 2 – шатун; 3 – ползун

Кривошипно-ползунный (ползунно-кривошипный) механизм нашел широкое применение в компрессорах, насосах, двигателях внутреннего сгорания и других машинах.

Заменив в шарнирном четырехзвеннике вращательную пару С на по­ступательную, получим кулисный механизм (рис. 2.3).

На pиc.2.3, в кулисный механизм получен из шарнирного четырехзвенника путем замены в нем вращательных пар С и О на поступательные.

Кулисные механизмы нашли широкое применение в строгальных станках благодаря присущему им свойству асимметрии рабочего и хо­лостого хода. Обычно у них длительный рабочий ход и быстрый, обеспечивающий возврат резца в исходное положение холостой ход.

Рис. 2.3. Различные виды кулисных механизмов:

1 – кривошип; 2 – камень; 3 – кулиса.

Большое применение шарнирно-рычажные механизмы нашли в робототехнике (рис. 2.4).

Особенностью этих механизмов является то, что они обладают большим числом степеней свободы, а значит, имеют много приводов. Со­гласованная работа приводов входных звеньев обеспечивает перемещение схвата по ра­циональной траектории и в заданное место окружающего пространства.

Рис. 2.4. Механизм манипулятора:
1,2…4 – звенья; А,В…D – кинематические пары.

Широкое применение в технике получили кулачковые механизмы. При помощи кулачковых меха­низмов конструктивно Наиболее просто можно Получить практически лю­бое движение ведомого звена по заданному закону,

В настоящее время существует большое число разновидностей ку­лачковых механизмов, некоторые из которых представлены на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Кулачковые механизмы:
1 – кулачок; 2 – плоский толкатель; 2’ – коромысло; 2’’ – острый толкатель; 3 – ролик.

Необходимый закон движения выходного звена кулачкового меха­низма достигается за счет придания входному звену (кулачку) соответ­ствующей формы. Кулачок может совершать вращательное (рис. 2.5, а, б), поступательное (рис. 2.5, в, г) или сложное движение. Выходное звено, если оно совершает поступательное движение (рис.2.5, а, в), называют толкателем, а если качательное (рис. 2.5, г) – коромыслом. Для сниже­ния потерь на трение в высшей кинематической паре В применяют до­полнительное звено-ролик (рис. 2.5, г).

Кулачковые механизмы применяются как в рабочих машинах, так и в разного рода командоаппаратах.

Очень часто в металлорежущих станках, прессах, различных прибо­рах и измерительных устройствах применяются винтовые механизмы, простейший из которых представлен на рис. 2.6:

Рис. 2.6 Винтовой механизм:

1 – винт ; 2 – гайка; А, В, С – кинематические пары

Винтовые механизмы обычно применяются там, где необходимо пре­образовать вращательное движение в взаимозависимое поступательное или наоборот. Взаимозависимость движений устанавливается правиль­ным подбором геометрических параметров винтовой пары В.

Клиновыемеханизмы (рис.2.7) применяются в различного вида за­жимных устройствах и приспособлениях, в которых требуется создать большое усилие на выходе при ограниченных силах, действующих на вхо­де. Отличительной особенностью этих механизмов являются простота и надежность конструкции.

Механизмы, в которых передача движения между соприкасающимися телами осуществляется за счет сил трения, называются фрикционными. Простейшие трехзвенные фрикционные механизмы представлены на рис. 2.8

Рис. 2.7 Клиновый механизм:

1, 2 – звенья; Л, В, С – кинематические пиры.

Рис. 2.8 Фрикционные механизмы:

а – фрикционный механизм с параллельными осями; б – фрикционный механизм с пересекающимися» осями; в – реечный фрикционный меха­низм; 1 – входной ролик (колесо);

2 – выходной ролик (колесо); 2′- рейка

Вследствие того что звенья 1 и 2 прижиты друг к другу, по линии ка­сания между ними возникает сила трения, которая увлекает за собой ведо­мое звено 2.

Широкое применение фрикционные передачи получили в приборах, лентопротяжных механизмах, вариаторах (механизмах с плавной регули­ровкой числа оборотов).

Для передачи вращательного движения по заданному закону между валами с параллельными, пересекающимися и перекрещивающимися ося­ми применяются различного вида зубчатые механизмы. При помощи зубчатых колес можно осуществлять передачу движения как между валами с неподвижными осями, так и с перемещающимися в пространстве.

Зубчатые механизмы применяют для изменения частоты и направ­ления вращения выходного звена, суммирования или разделения движе­ний.

На рис. 2.9 показаны основные представители зубчатых передач с неподвижными осями.

Рис 2.9. Зубчатые передачи с неподвижными осями:

а – цилиндрическая; б – коническая; в – торцовая; г – реечная;

1 – шестерня; 2 – зубчатое колесо; 2 * рейка

Меньшее из двух зацепляющихся зубчатых колес называют шестер­ней, а большее – зубчатым колесом.

Рейка является частным случаем зубчатого колеса у которого радиус кривизны равен бесконечности.

Рис. 2.10. Планетарная зубчатая передача:
 
О – стойка, представляющая зубчатое колесо 3 с внутренним зацеплением; 1 – солнечное зубчатое колесо; 3 – сателлит; Н – водило; А, D, Е – низшие кинематические пары; В, С –высшие кинематические пары
 

Если в зубчатой передаче имеются зубчатые колесе с подвижными осями, то их называют планетарными (рис. 2.10):

Планетарные зубчатые передачи но сравнению с передачами с непо­движными осями позволяют передавать большие мощности и переда­точные числа при меньшем числе зубчатых колес. Они также широко применяются при создании суммирующих и дифференциальных механиз­мов.

Передача движений между перекрещивающимися осями осуществля­ется с помощью червячной передачи (рис. 2.11).

Червячная передача получается из передачи винт-гайка путем продольной разрезки гайки и ее двукратного сворачивания во взаимно перпендикулярных плос­костях. Червячная передача обладает свой­ством самоторможения и позволяет в одной ступени реализовывать большие переда­точные отношения.

Рис. 2.11. Червячная передача:

1 – червяк, 2 – червячное колесо.

К зубчатым механизмам прерывисто­го движения относятся также механизм мальтийского креста. На рис. З-Л’2. показан механизм четырех лопастного “мальтийского креста”.

Механизм “мальтийского креста” преобразует непрерывное вращения ведущего эвена – кривошипа 1 с цевкой 3 в прерывис­тое вращение “креста” 2, Цевка 3 без удара входит в радиальный паз “креста” 2 и пово­рачивает его на угол , где z -число пазов.

Рис. 2.12. Мальтийский механизм.:
1 – кривошип; 2 – крест;
3 – стойка;

Для осуществления движения только в одном направлении применяют храповые ме­ханизмы. На рис.2,13 показан храповый ме­ханизм, состоящий из коромысла 1, храпо­вого колеса 3 н собачек 3 и 4.

При качаниях коромысла 1 качающаяся собачка 3 сообщает вращение храповому ко­лесу 2 только при движении коромысла про­тив часовой стрелки. Для удержания колеса 2 от самопроизвольного поворота па часовой стрелке при движении коромысла против хода часов служит стопорная собачка 4.

Мальтийские и храповые механизмы широко применяются в станках и приборах,

Рис. 2.13. Храповой механизм:
 

Если необходимо передать на относительно большое расстояние механическую энергию из одной точки пространства а другую, то приме­няют механизмы с гибкими звеньями.

В качестве гибких звеньев, передающих движение от одного эвена механизма к другому, используются ремни, канаты, цепи, нити, ленты, шарики и т.п.,

На рис. 2.14 приведена структурная схема простейшего механизма с гибким звеном.

Передачи с гибкими звеньями широко при­меняются в машиностроении, приборостроении и в других отраслях промышленности.

Рис.2.14. Механизм с гибким звеном:
1 – малый шкиф; 2 – гибкий элемент;
3 – большой шкиф

Выше были рассмотрены наиболее типичные простейшие механизмы. механизмов приводятся и специальной Литературе, па-свидетельствах и справочниках, например таких, как [7, 9, 14].

Механизмы, входящие в состав машины, весьма разнообразны. Одни из них представляют собой сочетание только твердых тел, другие имеют в своем составе гидравлические, пневматические тела или электрические, магнитные и другие устройства. Соответственно такие механизмы называются гидравлическими, пневматическими, электрическими и т.д.

С точки зрения их функционального назначения механизмы обычно делятся на следующие виды:

Механизмы двигателей осуществляют преобразование различных видов энергии в механическую работу (например, механизмы двигателей внутреннего сгорания, паровых машин, электродвигателей, турбин и др.).

Механизмы преобразователей (генераторов) осуществляют преобразование механической работы в другие виды энергии (например, механизмы насосов, компрессоров, гидроприводов и др.).

Передаточный механизм (привод) имеет своей задачей передачу движения от двигателя к технологической машине или исполнительному механизму, преобразуя это движение в необходимое для работы данной технологической машины или исполнительного механизма.

Исполнительный механизм – это механизм, который непосредственно воздействует на обрабатываемую среду или объект. В его задачу входит изменение формы, состояния, положения и свойств обрабатываемой среды или объекта (например, механизмы металлообрабатывающих станков, прессов, конвейеров, прокатных станов, экскаваторов, грузоподъемных машин и др.).

Механизмами управления, контроля и регулирования называются различные механизмы и устройства для обеспечения и контроля размеров обрабатываемых объектов (например измерительные механизмы по контролю размеров, давления, уровней жидкости; регуляторы, реагирующие на отклонение угловой скорости главного вала машины и устанавливающие заданную скорость этого вала; механизм, регулирующий постоянство расстояния между валками прокатного стана, и т.д.).

К механизмам подачи транспортировки, питания и сортировки обрабатываемых сред и объектов относятся механизмы винтовых шнеков, скребковых и ковшевых элеваторов для транспортировки и подачи сыпучих материалов, механизмы загрузочных бункеров для штучных заготовок, механизмы сортировки готовой продукции по размерам, весу, конфигурации и т.д.

Механизмы автоматического счета, взвешивания и упаковки готовой продукции применяются во многих машинах, в основном выпускающих массовую штучную продукцию. Надо иметь в виду, что эти механизмы могут быть и исполнительными механизмами, если они входят в специальные машины, предназначенные для этих целей.

Данная классификация показывает лишь многообразие функционального применения механизмов, которая может быть еще значительно расширена. Однако для выполнения различных функций часто применяются механизмы, имеющие одинаковое строение, кинематику и динамику. Поэтому для изучения в теории механизмов и машин выделяются механизмы, имеющие общие методы их синтеза и анализа работы, независимо от их функционального предназначения. С этой точки зрения выделяются следующие виды механизмов:

В пределах данного небольшого курса в основном рассматриваются общие вопросы анализа и синтеза рычажных, зубчатых и кулачковых механизмов. Частично рассматриваются вопросы, связанные с выбором пневмо- и гидропривода.

Механизмы с гибкими связями (ременные и цепные передачи), а также частично фрикционные механизмы и волновые передачи рассматриваются в курсе «Детали машин и основы конструирования»

Определение числа степеней свободы кинематической цепи >
Курсовой проект по ТММ >