Рассмотрим передаточные механизмы, с помощью которых можно преобразовать вращательное движение в поступательное или колебательное (и наоборот).

Такие механизмы характеризуются передаточной функцией – это первая производная от функции перемещения 1 ведомого звена по углу поворота или линейному перемещению ведущего звена.

Рычажные механизмы . Примером рычажного механизма является шарнирно-рычажный механизм (см. рис. 1.2).

На рис. 1.11 приведена кинематическая схема кривошипно-ползунного механизма, в состав которого входит кривошип 1, шатун 2 и ползун 3.

Этот механизм служит для преобразования вращательного движения кривошипа 1 в возвратно-поступательное движение ползуна 3 (и наоборот).

Рис. 1.11. Кривошипно-ползунный механизм

Передаточной функцией является зависимость скорости перемещения ползуна от угловой скорости кривошипа: v 3 =f( 1) (и наоборот).

Передача винт-гайка . На рис. 1.12 приведена передача винт-гайка, которая предназначена для преобразования вращательного движения одного звена в поступательное движение другого.

Передаточной функцией является зависимость скорости осевого перемещения гайки от угловой скорости винта: v 2 =f( 1).

Рис. 1.12. Передача винт-гайка: 1 – винт, 2 – гайка

Кулачковый механизм . На рис. 1.13 приведен кулачковый механизм (в состав которого входят кулачок 1 и толкатель 2) и его кинематическая схема.

Рис. 1.13. Кулачковый механизм: 1 – кулачок, 2 – толкатель

Передаточной функцией является зависимость скорости осевого перемещения толкателя от угловой скорости кулачка: v 2 =f( 1).

В машиностроении широко распространены кулачковые механизмы, преобразующие вращательное движение в возвратно-поступательное или возвратно-качательное: например, для выполнения различных операций в системах управления рабочим циклом технологических машин, станков, двигателей и т.д. 1 .

Примеры по темам модуля 1

Пример 1 .

Схема машины дана на рис. 1.1. Частота вращения вала двигателя = 3000 об/мин. Угловая скорость вращения входного вала исполнительного механизма =2с -1 . Подобрать червячную передачу, учитывая, что число витков (заходов) червяка равно одному либо двум. Определитьи .

Решение.

1.Определим угловую скорость вращения вала двигателя (см. формулу (1.4)):

2. Найдем передаточное отношение передачи вращения (см. формулу (1.1)):

.

3. Подберем червячную передачу.

Вариант 1. Если число витков червяка
, то число зубьев червячного колеса из формулы (1.11)

.

Вариант 2. Если число витков червяка =2, то число зубьев червячного колеса

Пример 2.

Зубчатая передача должна уменьшить частоту вращения вала 4 (см. рис. 1.4) в 3 раза. Определить число зубьев колеса , если число зубьев шестерни = 25.

Решение.

Число зубьев колеса из формулы (1.6)

.

Пример 3.

Рис. 1.14. К примеру 3

Определить передаточное отношение механизма, приве­денного на рис. 1.14, при заданных числах зубьев колес: =22, =77, =25, =50. Найти угловую скорость и частоту вращения ведущего вала 1, если вал 3 вращается с частотой =300 об/мин.

Решение.

1.Определим передаточное отношение зубчатой передачи, установленной на валах 1 и 2

2. Определим передаточное отношение зубчатой передачи, установленной на валах 2 и 3

3. Передаточное отношение механизма

4. Найдем частоту вращения вала 1:

5. Рассчитаем угловую скорость вращения вала 1:

Ответ: передаточное отношение механизма равно 7, частота вращения вала 1 составляет 2100 об/мин, угловая скорость вращения – 219,8 с -1 .

Короткий путь http://bibt.ru <<Предыдущая страница Оглавление книги Следующая страница>>

Механизмы для преобразования вращательного движения в прямолинейное или возвратно-поступательное.

Для преобразования вращательного движения в прямолинейное или возвратно-поступательное в станках применяют кривошипные, кулисные, кулачковые, гидравлические и пневматические механизмы.

Кривошипные механизмы состоят из кривошипного диска с цапфой и шарнирно соединенного с ним шатуна. Ход ползуна, приводимого шатуном, изменяют путем перестановки цапфы кривошипа на диске в радиальном направлении.

Рис. 125.

Кулисный механизм состоит из кривошипного диска 1, кулисы 2 (рис. 125), качающейся вокруг оси 3. Другой конец кулисы связан с ползушкой 4. При вращении кривошипного диска палец 5, входящий в кулисный камень 6, заставляет кулису качаться вокруг оси 3.

Кулисный камень скользит при этом в прорези кулисы. При изменении радиуса R кривошипа путем перестановки его пальца в радиальной прорези диска изменяется ход ползушки 4.

Кулачковые механизмы разделяются на цилиндрические и дисковые. Первые состоят из цилиндра с копирным пазом или выступом, по которому при вращении цилиндра скользит палец с роликом, связанный с ползуном. Вторые представляют собой профилированные кулачки, в периферическую поверхность которых упираются пальцы с роликами. Эти пальцы связаны с ползунами, которым придают возвратно-поступательное движение при вращении кулачков.

В гидравлических приводах перемещение поршня, передаваемое ползуну, осуществляется при нагнетании масла шестеренчатым или лопастным насосом поочередно в полости цилиндра, расположенные по обе стороны поршня.

Изменение длины хода ползуна производится перестановкой упоров, воздействующих на рычаг. Последний изменяет положение золотника, который перекрывает и открывает поочередно окна каналов ввода и выпуска масла из цилиндра.

Передачей называют техническое приспособление для передачи того или иного вида движения от одной части механизма к другой. Передача происходит от источника энергии к месту ее потребления или преобразования. Первые передаточные механизмы были разработаны в античном мире и использовались в системах орошения Древнего Египта, Междуречья и Китая. Средневековые механики значительно усовершенствовали устройства, передающие движение, и разработали множество новых видов, используя и в прялках и гончарном деле. Подлинный же расцвет начался в Новое время, с внедрением технологий производства и точной обработки стальных сплавов.

В различных станках, бытовых приборах, транспортных средствах и других механизмах используют разнообразные виды передач.

Обычно различают следующие виды передачи:

• вращательного движения;
• прямолинейного или возвратно-поступательного;
• движения по определенной траектории.

Самым широко применяемым типом механических передач являются вращательные.

Особенности зубчатого механизма

Такие механизмы предназначены для того, чтобы передавать вращение от одного зубчатого колеса к другому, используя зацепление зубцов. У них относительно малые потери на трение по сравнению с фрикционами, поскольку плотный прижим колесной пары друг к другу не нужен.

Пара шестерен преобразует скорость вращения вала обратно пропорционально соотношению числа зубцов. Это соотношение называют . Так, колесо с пятью зубьями будет вращаться в 4 раза быстрее, чем состоящее с ним в зацеплении 20-зубое колесо. Крутящий момент в такой паре уменьшится также в 4 раза. Это свойство используют для создания редукторов, понижающих скорость вращения с возрастанием крутящего момента (или наоборот).

Если необходимо получить большое передаточное число, то одной пары шестерен может быть недостаточно: редуктор получится очень больших размеров. Тогда применяют несколько последовательных пар шестерен, каждую с относительно небольшим передаточным числом. Характерным примером такого вида является автомобильная коробка передач или механические часы.

Зубчатый механизм способен также изменять направление вращения приводного вала. Если оси лежат в одной плоскости — применяют конические шестерни, если в разных- то передачу червячного или планетарного вида.

Для реализации движение с определенным периодом на одной из шестерен оставляют один (или несколько) зубец. Тогда вторичный вал будет перемещаться на заданный угол только каждый полный оборот ведущего вала.

Если развернуть одну из шестерен на плоскость – получится зубчатая рейка. Такая пара может преобразовывать вращательное движение в прямолинейное.

Параметры зубчатой передачи

Для того чтобы шестерни входили в зацепление и эффективно передавали движение, необходимо, чтобы зубья точно совпадали между собой по профилю. Регламентированы основные параметры, используемые при расчете:

• Диаметр начальной окружности.
• Шаг зацепления — расстояние между соседними зубцами, определенное вдоль линии начальной окружности.
• Модуль. – Отношение шага к константе π. Шестерни с равным модулем всегда входят в зацепление, независимо от количества зубцов. Стандартом предписывается допустимый ряд значение модулей. Через модуль выражаются все основные параметры шестерни.
• Высота зуба.

Важными параметрами также являются высота головки и основания зуба, диаметр окружности выступов, угол контура и другие.

Преимущества

Передачи зубчатого вида обладают рядом очевидных достоинств. Это:

• преобразование параметров движения (число оборотов и крутящий момент) в широких пределах;
• высокая отказоустойчивость и ресурс работы;
• компактность;
• малые потери и большой коэффициент полезного действия;
• небольшие нагрузки на оси;
• стабильность передаточного числа;
• несложное обслуживание и ремонт.

Недостатки

Зубчатым механизмам свойственны и определенные минусы:

• При изготовлении и сборке требуется высокая точность и специальная обработка поверхностей.
• Неизбежный шум и вибрация, особенно при высоких оборотах или больших усилиях
• Жесткость конструкции приводит к поломкам при стопорении ведомого вала.

При выборе вида передачи конструктор сопоставляет преимущества и недостатки для каждого конкретного случая.

Механические передачи

Механические передачи служит для того, чтобы передать вращение от ведущего вала к ведомому, от места генерации механической энергии (обычно — двигатель того или иного типа) к месту ее потребления или преобразования.

Как правило, двигатели вращают свой вал с ограниченным пределом изменения числа оборотов и крутящего момента. Потребителям же требуются более широкие диапазоны.

По методу передачи механической энергии среди передач различают следующие виды:

• зубчатые;
• винтовые;
• гибкие.
• фрикционные.

Зубчатые передающие механизмы, в свою очередь, подразделяются на такие виды, как:

• цилиндрические;
• конические;
• профиль Новикова.

По соотношению скорости вращения ведущего и ведомого валов различают редукторы (снижающие обороты) и мультипликаторы (увеличивающие обороты). Современная механическая коробка передач для автомобиля объединяет в себе оба вида, являясь одновременно и редуктором, и мультипликатором.

Функции механических передач

Главная функция механических передач — это предать кинетическую энергию от ее источника к потребителям, рабочим органам. Помимо главной, передаточные механизмы выполняют и дополнительные функции:

• Изменение числа оборотов и крутящего момента. При постоянном количестве движения изменения этих величин обратно пропорциональны. Для ступенчатого изменения применяют сменные зубчатые пары, для плавного подходят ременные или торсионные вариаторы.
• Изменение направления вращения. Включает как обычный реверс, так и изменение направления оси вращения с помощью конических, планетарных или карданных механизмов.
• Преобразование видов движения. Вращательного в прямолинейное, непрерывного в циклическое.
• Раздача крутящего момента между несколькими потребителями.

Механические передачи выполняют и другие вспомогательные функции.

Машиностроителями принято несколько классификаций в зависимости от классифицирующего фактора.

По принципу действия различают следующие виды механических передач:

• зацеплением;
• трением качения;
• гибкими звеньями.

По направлению изменения числа оборотов выделяют редукторы (снижение) и мультипликаторы (повышение). Каждый из них соответственно изменяет и крутящий момент (в обратную сторону).

По числу потребителей передаваемой энергии вращения вид может быть:

• однопотоковый;
• многопотоковый.

По числу этапов преобразования – одноступенчатые и многоступенчатые.

По признаку преобразования видов движения выделяют такие типы механических передач, как

• Вращательно-поступательные. Червячные, реечные и винтовые.
• Вращательно-качательные. Рычажные пары.
• Поступательно-вращательные. Кривошипно-шатунные широко применяются в двигателях внутреннего сгорания и паровых машинах.

Для обеспечения движения по сложным заданным траекториям используют системы рычагов, кулачков и клапанов.

Основные показатели для выбора механических передач

Выбор типа передачи — сложная конструкторская задача. Нужно подобрать вид и спроектировать механизм, наиболее полно удовлетворяющий техническим требованиям, сформулированным для данного узла.

При выборе конструктор сопоставляет следующие основные факторы:

• опыт предшествующих аналогичных конструкций;
• мощность и момент на валу;
• число оборотов на входе и на выходе;
• требуемый К.П.Д.;
• массогабаритные характеристики;
• доступность регулировок;
• плановый эксплуатационный ресурс;
• себестоимость производства;
• стоимость обслуживания.

При высоких передаваемых мощностях обычно выбирают многопоточный зубчатый вид. При необходимости регулировки числа оборотов в широком диапазоне разумно будет выбрать клиноременной вариатор. Конечное решение остается за конструктором.

Цилиндрические передачи

Механизмы такого вида выполняют с внутренним или с внешним зацеплением. Если зубья расположены под углом к продольной оси, шестерню называют косозубой. По мере увеличения угла наклона зубцов прочность пары повышается. Зацепление косозубого вида также отличается лучшей износостойкостью, плавностью хода и низким уровнем шума и вибраций.

Если необходимо изменить направление вращения, а оси валов лежат в одной плоскости, применяют конический тип передачи. Наиболее распространенный угол изменения – 90°.

Такой тип механизма более сложен в изготовлении и монтаже и, также как и косозубый, требует укрепления опорных конструкций.

Конический механизм может передать до 80% мощности по сравнению с цилиндрическим.

Реечная и ременная зубчатая передача

Стандарты

Основные параметры различных видов передач нормируются соответствующими ГОСТами:

• Зубчатые цилиндрические: 16531-83.
• Червячные 2144-76.
• Эвольвентные 19274-73.

Скачать ГОСТ 16531-83

В строительных машинах для преобразования вращательного движения в другие виды движений с целью передачи этого движения на рабочий орган применяются различные механизмы.

Реечный механизм, винтовой и кулисный

В строительных машинах для преобразования вращательного движения в другие виды движений с целью передачи этого движения на рабочий орган применяются различные механизмы .

Реечный механизм
Конструкция: ведущее зубчатое колесо и ведомая зубчатая рейка.

Применяется для преобразования вращательного движения в поступательное.
Конструкция: ведущий винт и ведомая гайка.

Применяется для преобразования вращательного движения в поступательное.
Конструкция: ведущий кулачок и ведомый шток с пружиной.

Конструкция: эксцентрик, шатун, ползун.

Применяется для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное.
Конструкция: ведущий коленчатый вал с кривым шипом, ведомый шатун, ползун.

Применяется для преобразования вращательного движения в качающееся движение кулис.
Конструкция: ведущий диск, ползун, ведомая кулиса.
Применяется в бетононасосах.

Мальтийский механизм применяется для преобразования непрерывного вращающегося движения в прерывистое вращающееся движение.
Конструкция: ведущий диск с рычагом, ведомая мальтисса.

Храпповой механизм применяется для преобразования вращательного движения в прерывистое вращательное движение, но с остановкой и торможением.
Конструкция: ведущий элемент - храпповик, ведомый - собачка (остановочный элемент).