Файл: Кожевников С.Н. Теория механизмов и машин учеб. пособие для студентов вузов.pdf

делительное звено 3 и роль камня — разделительная перегородка 2. При вращении эксцентрика по стрелке жидкость засасывается в ка­ меру а и выталкивается из камеры б. Разделение камер всасы­ вания и нагнетания осуществляется наружной цилиндрической поверхностью звена 2, которая катится со скольжением внутри цилиндрической поверхности корпуса насоса.

На рис. 9, г изображен механизм тестомешалки, который также представляет собой конструктивное видоизменение кулисного меха­ низма.

Стержневые механизмы могут иметь и более четырех звеньев. Если механизмы плоские и все звенья соединены между собой шар­ нирами или поступательными парами, то всегда по мере усложнения механизма число звеньев его должно оставаться четным.

На рис. 10 показана кинематическая схема механизма чушколомателя. Подлежащие разделению чушки прижимаются ползуном 6, регулируемым при помощи кулачка 7, к неподвижному упору и к упору на ползуне 5. При опускании ползуна 5 при помощи рас­ порного механизма со звеньями 2, 3, 4, приводимыми в движение коленчатым валом /, чушки разламываются. Благодаря тому, что в начале разрушения чушек линии центров шарниров звеньев 3 п 4 составляют малый угол, действующее вдоль шатуна 2 усилие имеет ограниченное значение.

В кулисном механизме (рис. 11, а) движение задается кривошипу/, на конце которого шарнирно укреплен камень 2, скользящий в пазу кулисы 3. Второй камень 4, скользящий в нижнем пазу кулисы, вращается относительно неподвижной оси. Ползун 5, перемещение

10

которого является целью применения механизма, шарнирно связан

скулисой. Кулисный механизм, схема которого изображена на рис. 11, б, отличается от предыдущего тем, что камень 4 заменен поводком 4.

Вмеханизме (рис. 11, в) возвратно-поступательное движение ползуна 5 воспроизводится воздействием на него шатуна кривошип- но-ползунного механизма через камень 4. Вращающаяся кулиса 3 механизма, показанного на рис. 11, г, скользит относительно камня 2

снеподвижной осью вращения. При равномерном вращении криво­ шипа кулиса 3 вращается неравномерно.

При построении машин используются различные плоские меха­ низмы, отличающиеся размерами, видом и конструкцией подвиж­ ного соединения, числом звеньев и др.

Пространственные стержневые механизмы во многих случаях позволяют при меньшем по сравнению с плоскими механизмами чис­ ле звеньев осуществлять требуемый вид движения или передачу движения между осями, как угодно расположенными в про­ странстве. Рассмотрим схемы некоторых пространственных меха­ низмов.

На рис. 12 изображен механизм косой шайбы, которая вра­ щается на косом колене 3 коленчатого вала. Благодаря пальцу 1, скользящему в неподвижном пазу, шайба 2 совершает вращение вокруг оси, совпадающей с осью пальца /, и оси, перпендикуляр­ ной к плоскости чертежа.

Четырехзвенный пространственный механизм (рис. 13) пред­ назначен для воспроизведения заданной траектории точки В звена 3 на цилиндрической поверхности; звено 3 может совершать враща­ тельное и поступательное движение относительно неподвижной направляющей, поэтому точка В будет всегда находиться на цилинд­ рической поверхности. Связь звеньев 3 и 2 осуществляется сфери­ ческим шарниром А. Звено 2 может совершать только вращательное движение относительно косого колена коленчатого вала /.

11

В пространственном механизме (рис. 14) вращение между двумя валами і и 5 с пересекающимися осями передается с помощью про­ межуточного звена 3, скользящего с вращением по неподвижной ци­ линдрической направляющей. Ра­ диусы вращения г2 и г4 центров шаров 2 и 4 должны быть одина­ ковы так же, как и удаление пло­ скостей их вращения от оси на­ правляющей.

образующий с шатуном 3 сферический шарнир. Шатун 3 с коромыс­ лом 4 на валу 5 также образуют сферический шарнир. Оси враще­ ния кривошипа и коромысла скрещиваются под некоторым углом.

Четырехзвенный пространственный механизм с пересекающимися в одной точке осями всех шарниров называют сферическим (рис. 16). Если из центра О описать сферу, то расстояние между осями шарни­ ров для каждого из звеньев можно измерить длиной дуги (или соот­ ветствующим центральным углом), которую можно считать также размером звена. Углы между плоскостями расположения осей во время движения механизма изменяются. Нетрудно видеть, что сферический механизм обращается в плоский, если радиус сферы равен бесконечности. На рис. 17 изображен комбинированный ме­ ханизм, в котором звенья 1, 2 и 3 образуют сферический механизм, а звенья 3, 4 и 5 — плоскую часть механизма.

Движение между валами с пересекающимися осями может пере­ даваться различного вида универсальными шарнирами, одной из разновидностей которых является шарнир Гука (рис. 18). Пере­ дача вращения от вала / к валу 3 через вилку 2 возможна вследст­ вие того, что оси всех шарниров пересекаются в одной точке. Осо­ бенностью механизма является то, что при вращении вала / с по­ стоянной угловой скоростью вал 3 будет вращаться неравномерно; угол между осями валов / и 3 может изменяться без нарушения работоспособности механизма, однако при этом неравномерность вращения ведомого вала изменяется.

Более универсальным является механизм, изображенный на рис. 19, известный под названием углового шарнира, допускающий как параллельное смещение осей (рис. 19, а), так и поворот послед­ них (рис. 19, б). Между валами 1 и 4 расположены вилка 2 и гре­ бень 3, соединенные с валами шарнирно.

13

Рис. 19. Угловой шарнир

Разновидностей пространственных стержневых механизмов го­ раздо больше, чем плоских.

Механизмы с упругими звеньями. Во многих случаях возникает необходимость проектировать механизмы, в состав которых входят упругие звенья в форме пружин, рессор, упругих балок и др. Характер движения твердых звеньев механизма, т. е. тел, обладаю­ щих значительно меньшей податливостью (имеют малые деформа­ ции) по сравнению со специально вводимыми упругими звеньями, существенно зависит от того, в какую часть механизма они введены. Если упругие звенья введены между стойкой и подвижными зве­ ньями механизма, то их влияние на движение звеньев механизма может быть учтено в виде внешней нагрузки. К такого вида меха­ низмам может быть отнесен качающийся конвейер (рис. 20). Ло­ ток 2 конвейера, смонтированный на пластинчатых пружинах /, приводится в движение от кривошипа 4 через шатун 3. Ведущую систему звеньев можно сделать такой, чтобы лоток при движении вперед и назад имел различные законы движения. Периодическое движение лотку можно сообщить не только при помощи стержневой системы, но и в результате возбуждения движения механическим вибратором с неуравновешенными грузами или электромагнитом, питаемым переменным током.

На рис. 21 приведены схемы механизмов, в которых упругое звено включено между твердыми звеньями. Движение ведомого звена зависит в этом случае не только от движения ведущего звена, но и от деформации упругого звена, т. е. от режима работы механизма.

14

Закон движения ведомого звена механизма с упругими звеньями, включенными между группами жестких звеньев, не может быть установлен геометрическими методами, а только в результате ре­ шения уравнений динамики. В этом существенное различие механизмов с упругими звеньями от механизмов с жесткими звеньями.

Зубчатые механизмы. Для передачи вращательного движения между валами с параллельными или непараллельными осями при­ меняются различного вида зубчатые механизмы, которые можно построить для постоянного и переменного отношения угловых ско­ ростей валов. Кроме того, при помощи зубчатых колес можно осу­ ществить передачу движения между валами как с неподвижными осями, так и перемещающимися в пространстве.

Для передачи движения между параллельными валами приме­ няют круглые или некруглые цилиндрические зубчатые колеса.

15

Рис. 26. Гипоидная передача Рис. 27. Червячная передача

осями, то в общем случае могут быть использованы гиперболоидньге колеса (рис. 24). Если из гиперболоидов вращения выре­ заются цилиндры в горловине, то они могут быть приближенно заменены винтовыми колесами (рис. 25). При вырезании других сопряженных частей гиперболоида, не совпадающих с горловиной, получают зубчатую передачу вида, показанного на рис. 26.

Частным случаем гиперболоидных колес являются конические колеса. Такого вида зубчатое зацепление включено в механизм при­ вода стола (колеса 6 н 7) на рис. 22.

В передаточных механизмах широко применяют червячные передачи (рис. 27), позволяющие во много раз понизить число обо­

(в простейшем виде трапецеидальную), зацепляется с червячным ко­ лесом 2, на котором нарезаны зубья. Червяк как винт может быть одно-, двух- и т. д. заходный, в соответствии с чем при одном обо­ роте червяка 1 колесо 2 повернется на угол, соответствующий од­ ному, двум и т. д. зубьям. При малых углах а подъема винтовой на­ резки червяка возможна передача только от червяка к червячному колесу.

Для передачи вращательного движения между валами, из ко­ торых один имеет вращающуюся ось (это необходимо воспроизвести, например, в машинах для оплетки проводов и др.), применяют пла­ нетарные зубчатые механизмы. Простейший планетарный механизм включен в механизм привода стола (рис. 22). Здесь колесо / с внут­ ренним зубчатым венцом неподвижно, а колесо 2 с внешним венцом обкатывается внутри последнего. Ось вращения колеса 2, совер­ шающего планетное движение, укреплена на коническом колесе 7 (поводок), приводимом от вращающегося вместе с колесом 4 кони­ ческого колеса 6. Если в этом механизме радиусы колес 1 и 2 отно­ сятся как 2 : 1, то траектория точки поводка 8, совмещенная с на­ чальной окружностью колеса 2, будет совпадать с диаметром коле-

17

Рис. 28. Планетарный механизм Рис. 29. Конический дифференциал

са 1 (механизм Кардана). В таком случае стол может приводиться непосредственно от поводка 8.

Планетарные механизмы могут включать два и большее число зубчатых колес. В планетарной передаче (рис. 28), составленной из трех колес, колесо 3 с внутренним венцом неподвижно, колесу / с внешним зубчатым венцом движение задается. Сателлит 2 совер­ шает вращение вокруг двух осей — собственной и оси колеса / . Ведомым является водило 4.

На рис. 29 изображен так называемый дифференциал, в котором конические колеса 2 (сателлиты) могут вращаться вместе с коробкой 4 сателлитов и, кроме того, вокруг собственных осей. Конические колеса 1 и 3 могут вращаться с различными числами оборотов вместе с валами; на которых они посажены, но их полусумма всегда равна числу оборотов коробки 4.

Кулачковые механизмы. Для сообщения периодического или ограниченного эпизодического движения ведомому звену механизма по наперед заданному или выбранному закону используются так называемые кулачковые механизмы. Ведомое и ведущее звенья механизма могут совершать поступательное, вращательное или сложное движение. Возможны различные комбинации указанных движений ведомого и ведущего звеньев.

В качестве примера рассмотрим механизм перемещения клапана теплового двигателя (рис. 30). В свободном состоянии клапан 4 прижат к седлу пружинами. Его перемещение зависит от угла пово­ рота коромысла 3, движение которому сообщается от кулачка / на распределительном валу через ролик 2. Очертание плоского кулачка определяется выбранным законом перемещения клапана. Ролик 2

18