Основные виды 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 механизмом называется 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.

Клиновые механизмы (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].