Некоторые сведения о механизмах

Законы и методы теоретической механики находят свое практиче­ское приложение прежде всего в теории механизмов, так как механизмы являются кинематической основой всех машин, механических приборов и промышленных роботов.

Основные определения теории механизмов и машин изложены в § 9.2 настоящей книги, из которого видно, что кинематические пары и цепи могут быть плоскими и пространственными. Звенья плоских меха­низмов совершают плоскопараллельное движение.

Основные плоские механизмы с низшими парами.Как известно из § 9.2, звенья низших пар соприкасаются по поверхностям (поступа­тельные, вращательные и винтовые пары).

Основным типом плоского механизма является шарнирный четырехзвенник, принципиальная схема которого изображена на рис. 17.10, а. В этом механизме четыре вращательные кинематические пары и четыре звена: 1 — кривошип, 2 — шатун, 3 — коромысло, 4 — стойка. Такой механизм называется кривошипно-коромыело­вым и является однокривошшшым; крайние положения звеньев показа­ны на рисунке.

Кривошипно-коромысловый механизм встречается в металлорежу­щих станках, прессах, ковочных, полиграфических, сельскохозяйствен­ных и других машинах, а также во многих приборах.

Если стойка шарнирного четырехзвенника самое короткое звено или если звенья 1 и 3 равной длины, то механизм становится двухкри-вошипным, так как звено 3 так же, как и кривошип 1,получит воз­можность совершать полный оборот.

На рис. 17.10, б показана схема двухкривошипного механизма, кото­рый называется шарнирным параллелограммом; у такого механизма оба кривошипа вращаются в одном направлении с одинаковой угловой скоростью, а шатун 2 движется поступательно. Шарнирный па­раллелограмм применяется, например, в локомотивах в качестве спарни­ка, передающего вращение ведомым колесам, или в механизме чертежно­го приспособления, изображенного на рис. 10.2. На рис. 17.10, б тонкими линиями показан шарнирный антипараллелограмм, криво­шипы которого вращаются в противоположных направлениях.

На рис. 17.11 показаны схемы применения шарнирного четырехзвен­ника в тестосмесительпой машине (а)и машине для ворошения сена (б).

Если в шарнирном четырехзвеннике преобразовать одну вращатель­ную пару в поступательную, то получится широко распространенный кривошипно-ползунный механизм (см. рис. 9.1). Такой меха­низм является центральным, так как ось ползуна пересекает ось криво­шипа. Если ось ползуна смещена от оси кривошипа на величину эксцен­триситета е (рис. 17.12), то кривошипно-ползунный механизм называется

нецентральным. На этом рисунке показаны тонкими ли­ниями крайние положения звеньев механизма и видно, что угол поворота кривошипа при прямом (обычно рабочем) ходе больше, чем при обратном (обычно холостом) ходе. Следо­вательно, в нецентральном ме-

ханизме холостой ход со­вершается с большей ско­ростью, чем рабочий.

За счет эксцентрисите­та угол давления шатуна на ползун (а следовательно, и давление ползуна на на­правляющие) во время ра­бочего хода будет меньше, чем при холостом. Это бла­гоприятно сказывается на КПД и долговечности ма­шины, так как обычно на­грузка на механизм при рабочем ходе значительно больше, чем при холостом.

На рис. 9.4 показана схема четырехзвенного кривошипно-кулисного механизма с поступательно движущей­ся кулисой. Этот механизм преобразует вращательное движение криво­шипа ОМ в возвратно-поступательное движение кулисы с помощью кам­ня кулисы М,шарнирно соединенного с пальцем кривошипа.

На рис. 17.13 изображена схема шестизвенного кривошипно-кулис­ного механизма, применяемого, например, в поперечно-строгальных станках. Такой механизм преобразует непрерывное вращательное движе­ние кривошипа ОА в возвратно-поступательное движение ползуна М с помощью качающейся кулисы О'В и поступательно движущейся кулисы MB.Из рисунка видно, что угол поворота кривошипа при рабочем ходе ползуна заметно больше, чем при холостом, следовательно, скорость ра­бочего хода будет меньше скорости холостого хода.

Скорость движения ползуна М при любом положении механизма легко определяется с помощью теоремы о сложении скоростей, согласно которой абсолютная скорость точки равна векторной сумме относитель­ной и переносной скоростей. Прямоугольники скоростей точек А и В по­казаны на рисунке.

На рис. 17.14 представлена схема кулисного кривошипно-коромыс-лового механизма с качающимся ползуном. Такой механизм применяется, например, в снегоуборочных машинах.

Некоторые механизмы с высшими парами.Как нам известно, звенья высших пар соприкасаются по линиям и точкам. Высшие кинема­тические пары имеются, например, в механизмах прерывистого движения и кулачковых механизмах.

На рис. 17.15, а изображен мальтийский механизм, преоб­разующий непрерывное вращение ведущего звена — кривошипа 1 с паль­цем или роликом В на конце в прерывистое вращение ведомого звена — мальтийского креста 2, имеющего радиальные пазы (название механизма возникло от сходства ведомого звена с эмблемой духовно-рыцарского Мальтийского ордена).

Вращение мальтийского креста происходит при повороте кривошипа на угол _р; остальная часть оборота кривошипа на угол _х соответствует остановке ведомого звена 2. Неподвижное положение мальтийского кре­ста фиксируется его сегментными вырезами А,по которым скользит диск 3,жестко связанный с кривошипом 1.

Число пазов мальтийского креста бывает в пределах от 3 до 12. При бесконечно большом числе пазов и радиусе мальтийский крест превра-гится в рейку, которая будет совершать поступательное движение.

На указанном рисунке изображен мальтийский механизм внешнего зацепления, когда ведущее и ведомое звенья вращаются в противополож­ных направлениях. Для передачи вращения в одном направлении приме­няют механизмы с внутренним зацеплением.

Мальтийские механизмы применяют в металлообрабатывающих станках, пишущих машинах, кинопроекционных аппаратах и приборах

точной механики.

На рис. 17.15, б показан один из видов храпового механизма. Такой механизм преобразует возвратно-качательное движение ведущего звена — рычага 1 с рабочей собачкой 2 в прерывистое одностороннее вращательное движение ведомого звена 3, называемое храповым колесом. При вращении рычага и рабочей собачки в исходное положе­ние храповое колесо остается неподвижным. Дня предотвращения его поворота в обратном направлении предусмотрена стопорная собачка 4.

При бесконечно большом числе зубьев храпового колеса оно превратит­ся в рейку, которая будет совершать прерывистое поступательное движение.

Храповые механизмы применяют, например, в грузоподъемных ма­шинах, механизмах подачи автоматических линий, механизмах завода пружин, пишущих машинах и др.

В технике весьма широкое применение имеют кулачковые механизмы, с помощью которых можно осуществить почти любой заранее заданный закон движения ведомого звена.

Простейший кулачковый механизм —трехзвенный (рис. 17.16) со­стоит из кулачка 1, толкателя 2 и стойки. Механизм преобразует враща­тельное движение кулачка в возвратно-поступательное или качательное движение толкателя. На рисунке показаны плоские кулачковые механиз­мы с толкателями различной конструкции: игольчатым (а), тарельчатым (б), роликовым (в) и сферическим (г).

Существуют механизмы с поступательно движущимися кулачками; такие кулачки называют копирами.

Кулачковые механизмы применяют, например, в двигателях внут­реннего сгорания, металлорежущих станках, приборостроении и т. д.

На рис. 17.17 показана сложная разветвленная кинематическая цепь од­ноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания. Цепь состоит из криво-шипно-ползунного механизма 1—2—3 и двух кулачковых механизмов 4—5 клапанного газораспределения. Коленчатый вал (кривошип 1) и распредели­тельный вал с кулачками 4 связаны между собой зубчатыми колесами.

Все рассмотренные ранее механизмы являются плоскими. На рис. 17.18 изображена схема пространственного кулачкового меха­низма с цилиндрическим кулачком (барабаном). Такой механизм приме­няется, например, в металлорежущих автоматах и полуавтоматах.