Классификация механизмов

Механизм – искусственно созданная кинематическая цепь, совершающая вполне определенные движения.

В простейшей интерпретации: механизм – это кинематическая цепь + двигатель. Из этого вытекает, что в любом механизме есть одно или несколько ведущих звеньев (см. § 1.1). Поэтому ясно, что сумма элементарных работ всех внешних сил, приложенных к ведущему звену, положительна, а для ведомого звена – равна нулю.

Так как механизм состоит из кинематических цепей, то также как и кинематические цепи, механизмы делятся на плоские и пространственные, простые и сложные.

Плоские механизмы – такие, все звенья которых движутся в одной или параллельных плоскостях.

Пространственные механизмы – такие, все звенья которых описывают пространственные кривые.

Простой – механизм, состоящий не более чем из четырех звеньев.

Сложный – механизм, состоящий из более чем четырех звеньев.

Также все механизмы классифицируют по конструктивной схожести.

Ø Рычажные (в других источниках – стержневые) – это механизмы, звенья которых при соединении образуют между собой только низшие кинематические пары. Они применяются для преобразования движения или передачи силы в машинах. Простые (типовые, частные) рычажные механизмы состоят из четырех звеньев и подразделяются на коромысловые, кривошипно-ползунные, кулисные (рисунок 1.6, а-в). Рычажные механизмы получили широкое применение благодаря их долговечности, надежности и простоте. Кривошипно-ползунные механизмы (рисунок 1.6, а) применяются в двигателях внутреннего сгорания, компрессорах, насосах и т.д. В этих механизмах вращательное движение преобразуется в возвратно-поступательное и наоборот. Коромысловые механизмы (рисунок 1.6, б) применяются в зерноуборочных комбайнах, в стогометателях, в пресс-подборщиках, качающихся конвейерах и т.д. Кулисные механизмы (рисунок 1.6, в) получили широкое применение в строгальных, зубодолбежных станках. Обычно у них длительный рабочий ход и быстрый, обеспечивающий возврат резца в исходное положение, холостой ход. Большей частью кулисные механизмы применяются в практике с дополнительной структурной группой. Пространственные рычажные механизмы получили более широкое применение в робототехнике, чем плоские. На их основе создаются различные роботы и манипуляторы. Особенностью этих механизмов является то, что они имеют незамкнутую кинематическую цепь, обладают большим числом степеней свободы, а значит, имеют много приводов. Согласованная работа приводов звеньев обеспечивает перемещение руки захвата по рациональной траектории в заданное место.

а)

б)

в)

а - коромысловый; б - кривошипно-ползунный; в – кулисный

Рисунок 1.6 - Типовые (частные) рычажные механизмы

Разновидностью кулисного механизма является мальтийский механизм. Он относится к механизму прерывистого движения.

Ø Зубчатые механизмы. Если в состав механизма входят зубчатые звенья, то такой механизм называется зубчатым. Зубчатые механизмы представляют собой трехзвенный механизмы с высшей кинематической парой и предназначен для сообщения непрерывного вращательного движения с заданным отношением угловых скоростей. Их также называют еще зубчатыми передачами. При помощи зубчатых колес можно осуществить передачу движения между валами как с неподвижными осями, так и с перемещающимися в пространстве.

Разновидностью зубчатых передач являются храповые и цевочные механизмы. Храповые механизмы предназначены для осуществления движения только в одном направлении. Они применяются в станках, грузоподъемных машинах, часовых механизмах, а также в передачах периодического движения. Цевочный механизм служит для передачи вращательного или поступательного движения, в котором одно из звеньев имеет зубья, выполненные в виде круглых цилиндров (цевок), а зубья второго звена имеют сопряженный профиль.

Более подробно зубчатые механизмы рассмотрены в гл. 4, § 2.

Ø Кулачковые механизмы. Механизмы, в состав которых входит звено, имеющее переменный профиль (кулачок), называют кулачковыми. Они применяются для сообщения ограниченного движения ведомому звену по заданному или выбранному закону. Ведомое звено (толкатель) и ведущее звено (кулачок) могут совершать поступательное, вращательное или сложное движения. Кулачковые механизмы используются как в рабочих машинах, так и в приборных устройствах для реализации необходимых законов движения ведущих звеньев. Например, они применяются в газораспределительных механизмах для открывания и закрывания впускных клапанов и т.д. Подробно кулачковые механизмы будут рассмотрены в главе 4, § 1.

Ø Фрикционные механизмы – такие механизмы, в которых передача движения между соприкасающимися телами осуществляется за счет сил трения. Фрикционные механизмы нашли широкое применение в приборах, станках, транспорте, вариаторах (механизмах с плавной регулировкой числа оборотов).

Ø Механизмы с гибкими звеньями. В таких механизмах в качестве гибких звеньев, передающих движение от одного тела к другому, используются различной формы поперечного сечения ремни, канаты, цепи и др. Они применяются, если необходимо передать на относительно большое расстояние механическую энергию из одной точки пространства в другую. Передачи с гибкими звеньями широко применяются в машиностроении, приборостроении и в других отраслях промышленности. Подробно эти механизмы рассматриваются в курсе деталей машин.

Ø Клиновые механизмы применяются в различного вида зажимных приспособлениях или в устройствах, в которых требуется создать большие усилия на выходной стороне при ограниченных силах, действующих на входной стороне. Клиновые механизмы состоят из поступательных кинематических пар V класса. Они могут быть плоскими и пространственными. Чаще применяются в комбинации с другими механизмами. Отличительной особенностью этих механизмов является простота и надежность конструкции.

Ø Резьбовые (винтовые) механизмы. Механизмы, имеющие в своем составе кинематическую пару «винт-гайка», называют резьбовыми. Резьбовые механизмы применяются для преобразования вращательного движения в поступательное. Они используются в металлорежущих станках, прессах, различных приборах, измерительных устройств, домкратах и др. механизмах.

Ø Гидравлические и пневматические механизмы подробно рассматриваются при изучении других предметов.

Широкое применение нашли комбинированные механизмы, например рычажно-зубчатые, кулачково-зубчатые и др.