Виды механизмов и их структурные схемы

Министерство образования и науки рф национальный исследовательский томский политехнический университет Юргинский технологический институт Кафедра «ММФ»

Реферат

ВИДЫ МЕХАНИЗМОВ И ИХ СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ Содержание Введение

1. Шарнирный четырехзвенный механизм

2. Кривошипно-ползунный механизм

3. Кулисный механизм

4. Пространственные механизмы с низшими парами

5. Кулачковые механизмы

6. Зубчатые механизмы (передачи)

7. Фрикционные механизмы

8. Механизмы с гибкими звеньями

9. Крестовидные (мальтийские) механизмы

10. Шаговый храповый механизм

11. Гидравлические и пневматические механизмы Список литературы Введение Все механизмы, составленные из твердых тел, делятся на две группы: механизмы с низшими парами, которые называются стержневыми или рычажными, и механизмы с высшими парами. Те и другие могут быть плоскими и пространственными. Из механизмов с низшими парами наиболее распространены рычажные, клиновые, с высшими парами — кулачковые, зубчатые, фрикционные, мальтийские и храповые.

1. Шарнирный четырехзвенный механизм Различают три разновидности этого механизма (рис. 1): двухкривошипный, в котором начальное звено 1 и выходное звено 3 совершают полный оборот (в этом случае звенья 1 и 3 называются кривошипами); кривошипно-коромысловый, когда звено 1 совершает полный оборот (является кривошипом), а звено 3 совершает возвратные движения (является коромыслом); двухкоромысловые, когда звенья 1 и 3 совершают ограниченные движения (являются коромыслами). Этот механизм служит для преобразования одного вида вращательного движения в другое и применяется в ковочных машинах, качающихся конвейерах, прокатных станах, муфтах сцепления, приборах.

Рис. 1. Шарнирный четырехзвенный механизм

2. Кривошипно-ползунный механизм Этот механизм (рис. 2) служит для преобразования вращательного движения кривошипа в возвратно-поступательное движение ползуна, если начальным звеном является кривошип, и, наоборот, возвратно-поступательного движения во вращательное, если начальным звеном является ползун.

Рис. 2. Кривошипно-ползунный механизм Применяется такой механизм в паровых машинах, двигателях внутреннего сгорания (ДВС), поршневых насосах, поршневых компрессорах, приборах.

3. Кулисный механизм Кулисный механизм (рис. 3, 2.4) служит для преобразования одного вида вращательного движения (звено 1) в другое (звено 3 на рис. 3) или непрерывного вращательного движения (звено 1) в возвратно-поступательное движение (звено 5 на рис. 4).

Приведенные на рис. 3 и 2.4 механизмы являются механизмами с качающейся кулисой. Такие четырехзвенные шестизвенные кулисные механизмы применяются в строгальных и долбежных станках, поршневых насосах, компрессорах гидроприводах, приборах.

Рис. 3. Кривошипно-кулисный механизм

1-кривошип; 2- ползун (кулисный камень); 3-кулиса; 4-стойка Рис. 4. Кулиснo-ползунный механизм Существуют и другие разновидности кулисных механизмов (рис, 2.5, 2.6, 2.7). В гидроприводах широко применяется конструкция коромыслово-кулисного механизма, в котором кулису с кулисным камнем заменяют цилиндр 3 с поршнем 2 (рис. 7).

Рис. 5. Механизм с вращающейся кулисой

1- кривошип; 2-ползун; 3- кулиса; 4- шатун; 5- ползун; 6-стойка Рис. 6. Кривошипно-кулисный механизм третьего класса Рис. 7. Коромысловo-кулисный механизм

4. Пространственные механизмы с низшими парами

K таким механизмам относится механизм универсального шарнира (шарнира Гука, или карданной передачи), изображенный на рисунках 2.8 и 2.9.

Этот механизм предназначен для передачи вращательного движения между вaлaми, оси которых пересекаются. Входное 1 и выходное З звенья выполнены в виде вилок, звено 2 — в виде крестовины (рис. 9). Универсальный шарнир применяется в автомобилях, станках, приборах.

Рис 2.8 шарнир Гука Рис. 9. Структурная схема шарнира Гука На рисунке 2.10 изображена структурная схема рычажного механизма промышленного робота. Это механизм c незамкнутой кинематической цепью, состоящей из одноподвижных кинематических пар.

Рис. 10. Структурная схема рычажного механизма промышленного робота

5. Кулачковые механизмы Кулачковый механизм-это механизм, в состав которого входит кулачок (рис. 1 1, 2.12). Кулачок 1 имеет рабочую поверхность переменной кривизны и образует с взаимодействующим с ним звеном 2 двухподвижную пару (ВП) Рис. 1 1. Структурные схемы кулачковых механизмов с вращающимся кулачком Рис. 12. Структурные схемы кулачковых механизмов с поступательно движущимся кулачком Кулачковый механизм предназначен для преобразования вращательного движения кулачка в поступательное движение.* толкателя (рис. 11, а) или качательное движение коромысла (рис. 11, б) поступательного движения кулачка — в качательное движение коромысла (рис. 12, а) или в поступательное движение толкателя (рис. 12, б) Основное достоинство кулачковых механизмов состоит в том, что задавая соответствующий профиль кулачку, можно легко получить любой наперед заданный закон движения взаимодействующего c ним звена (толкателя, или коромысла) Кулачковые механизмы бывают плоскими (рис. 11) и пространственными (рис. 13).

Рис2.13 Структурная схема пространственного кулачкового механизма с коническим вращающимся кулачком

1-кулачок; 2-толкатель; 3-стойка Кулачковые механизмы широко применяются в машинах, станках-автоматах, приборах. В двигателях внутреннего и кулачковые механизмы, применяются для привода клапанов и размыкания контактов магнето.

6. Зубчатые механизмы (передачи) Зубчатым механизмом (или зубчатой передачей) называется передаточный механизм, в котором подвижные звеньями являются зубчатые колеса, образующие со сто или водилом вращательные или поступательные пары[1].

Зубчатые механизмы передают вращение от одного вала к другому посредством сопряжения зубчатых колес и меняют величину угловой скорости, а также вращающего момента на ведомом валу.

Зубчатые механизмы, понижающие угловую скорость называются редукторами, а повышающие угловую скорость мультипликаторами.

Зубчатые механизмы бывают плоскими и пространственными. B плоских механизмах оси вращения параллельны. В таких механизмах применяются цилиндрические зубчатые колеса.

Если оси вращения звеньев пересекаются или скрещиваются, то в первом случае зубчатые колеса образуют коническую зубчатую передачу, во втором — гиперболоидную зубчатую передачу (гипоидную, винтовую, червячную).

Простейший (элементарный) зубчатый механизм стоит из одной пары зубчатых колес и стойки (рисунки 2.14, 2.16, 2.17) B механизме, показанном на рисунке 2.17, одно из звеньев (звено 2) выполнено в виде зубчатой рейки, к относительно стойки может совершать только поступательное движение.

рис. 14. Цилиндрическая передача с внешним зацеплением Рис. 15. Коническая передача Рис. 16. Цилиндрическая передача с внутренним зацеплением Рис. 17 Реечная передача К более сложным зубчатым механизмам (Рис 2.18) относятся многоступенчатый редуктор (каждая пара зубчатых колёс называется ступенью), рядовая зубчатая передача (рис 2.19),

Рисунок 2.18 трёхступенчатый цилиндрический редуктор Сателлитные зубчатые механизмы (дифференциальные и планетарные).

Сателлитными зубчатыми механизмами называются такие, в которых ось хотя бы одного зубчатого колеса является подвижной. Колёса с подвижными осями называются сателлитами.

Рисунок 2.19 Рядовая передача На рис 2.20 а изображен планетарный сателлитный механизм. В этом механизме колесо 2 (сателлит) вращается со своей осью по окружности вокруг неподвижной оси центральных колёс 1,3 и вращает (ведет за собой) связанное с ним звено Н, называемое водилом. Колесо 3 (с внутренним зацеплением) жестко соединено со стойкой, то есть является неподвижным.

В отличие от планетарных в дифференциальных механизмах все колёса вращаются (рис 2.20 б).

К зубчатым механизмам относятся и коробки скоростей, в которых в отличие от редукторов с постоянным передаточным отношением, производится ступенчатое изменение передаточного отношения (рис2.21). передаточное отношение показывает, во сколько раз с помощью зубчатого механизма снижается или повышается угловая скорость.

На ведущем валу О₁О₁ закреплены зубчатые колеса 1,2,3 на ведомом валу О₂О₂ — тройной блок зубчатых колёс 4,5,6.

Рис. 20. Сателлитный механизм. a-планeтарный; б-дифференциальный Рис. 21. Схема трехступенчатой коробки скоростей Перемещая ведомый вал в осевом направлении вместе с зубчатыми колесами 4, 5, б, можно осуществить зацепление 1−4, 3−6, или 2−5 (изображено на схеме). В зависимости от зацепления будет изменяться величина передаточного отношения Зубчатые механизмы применяются в станках, автомобилях тракторах, счетно-решающих устройствах и приборах. Трудно назвать какой-либо сложный механизм или машину, зубчатых механизмов. Например, в двигателе автомобиля зубчатые механизмы применяются для передачи движения от коленчатого вала ко всем другим валам, приводящим в движение клапаны, насосы, генераторы, компрессоры и так далее Кроме того, в автомобиле есть коробка скоростей и дифференциальный механизм для передачи движения от двигателя на два независимых ведущих колеса. В последнее время в устройствах приборов и системах управления широкое применение находят волновые зубчатые передачи с гибкими звеньями (рис. 22).

Рис. 22. Волновая передача Одно из зубчатых колес волновой передачи делается гибким и может деформироваться. Устройство, вызывающее деформацию гибкого колеса, называется генератором и может выполняться разными способами, например, в виде рычага с роликами. Волновые передачи позволяют осуществлять большие передаточные отношения, высокую кинематическую точность, а главное — передавать механическое движение через герметичную стенку.

В изображенном на схеме (рис. 22) механизме гибкое колесо 1 герметично закреплено на стенке, передача осуществляется от генератора волн 3 через гибкое колесо 1 к жесткому колесу 2. Такие передачи могут применяться для управления агрегатами в космосе, в электронной, атомной и химической промышленности.

7. Фрикционные механизмы Фрикционный механизм (или передача) — это устройство, в котором передачу движения, разгон или торможение осуществляют благодаря силам трения между прижимав друг к другу телами.

Простейший фрикционный механизм состоит извращающихся круглых цилиндров 1,2 и стойки 3 (рис. Звено 1 вращается вокруг неподвижного центра 01; звено вращается в подшипниках, которые могут перемещаться в неподвижных направляющих. Силовое замыкание двухподвижной кинематической пары (1−2) осуществляется пружинами 4. Передаточное отношение в таком механизме является величиной постоянной.

Рис. 23. Простейший фрикционный механизм

1 и 2-вращающиеся диски; 3- стойка;

Есть фрикционные механизмы, в которых передаточное отношение можно регулировать (рис. 24, 2.25).

Рис 2.24 бесступенчатая лобовая фрикционная передача

1-каток (ролик), 2- диск, 3 — стойка, пружины На рис. 24 изображён лобовой фрикционный механизм, в котором каток может перемещаться вдоль своей оси и устанавливаться на различных расстояниях от оси вращения диска 2, вращающегося с постоянной угловой скоростью. При изменении положения звена 1 будет изменяться и его угловая скорость. Изменения угловой скорости можно осуществлять плавно. Фрикционные механизмы, в которых передаточнoe отношение можно регулировать, называются бесступенчатыми передачами.

Рис. 25. Бесступенчатая коническая передача

1-конический барабан; 2-ролик; 3-стойка; 4- пружины На рис. 25 показана схема бесступенчатой конической фрикционной передачи.

B этой передаче ролик 2 образует поступательную с валом A (может скользить по валу А), но угловые скорости ролика и вала всегда одинаковы. Перемещение ролика 2 вдоль вала A, которое осуществляется специальными приспособлениями, приводит к изменению рабочего радиуса конического барабана и соответственно передаточного отношения.

Фрикционные передачи применяются в колодочных и дисковых тормозах, в механизмах для плавного бесступенчатого изменения скорости, в качестве предохранительных устройств (фрикционные муфты) для избежания поломок при перегрузках, так как фрикционные передачи обладают той особенностью, что при перегрузке, то есть при увеличении передаваемого момента, происходит проскальзывание соприкасающихся звеньев.

8. Механизмы с гибкими звеньями К гибким звеньям (или связям) относятся ремни, канаты цепи, нити, которые охватывают два звена или более и устанавливают определенную связь между перемещениями этих звеньев. В зависимости от типа гибкого звена механизмы с гибкими звеньями называются ременной, канатной или цепной передачами. Такие механизмы (рис. 26) служат для передачи вращения от одного звена к другому при значительных расстояниях между осями их вращения.

Рис. 26. Механизм с гибкими связями

9. Крестовидные (мальтийские) механизмы Крестовидные механизмы (рис. 27) преобразуют непрерывное вращение входного звена-кривошипа 1 в одностороннее прерывистое (с остановками) вращение выходного звена — мальтийского креста 2.

Рис. 27. Схема крестовидного (мальтийского) механизма (в запертом положении)

1-кривошип с рамкой (цевкой) A и сектором В; 2-крест с четырьмя секторами C и профилями; 3-стойка.

Звено 1 несет на себе ролик (цевку) A и замок В в виде сектора, очерченного окружностью радиуса ro. Звено 2 (мальтийский крест) имеет несколько прорезей (на or) показан механизм c четырьмя прорезями на кресте) и тaкое же число замков C, очерченных окружностями радиуса ro. Неподвижное звено имеет подшипники с центрами в точках O1 и О2

Звено 1 вращается равномерно. Крест 2 то вращается, то останавливается (в те моменты, котла замки R и C соприкаcaются по окружности). При дaльнейшем вращении звена 1 цевка A входит в прорезь креста г, в этот момент замок R ос освобождает крест, и начинается его вращение в направлении, противоположном направлении вращения звена 1. B момент выхода цевки из прорези замки В и C' входят в соприкоснове ие и снова запирают крест. Крест остается неподвижным до пор, кока цевка не войдёт в следующую прорезь. Число остановок равно числу пазов на звене 2. В мальтийских механизмах число пазов обычно бывает от 4 до 20.

Название «мальтийского креста» механизм получил от сходства его с эмблемой духовно — рыцарского мальтийского ордена при числе пазов равным четырём. Крестовидные механизмы называются также шаговыми.

Применяются крестовидные механизмы чаще всего в металлообрабатывающих станках-автоматах, автоматических линиях для транспортировки изделий, киноаппаратах для перемещения киноленты в одну сторону с остановками.

10. Шаговый храповый механизм Шаговый храповый механизм (рис. 28) служит для преобразования возвратно-вращательного движения коромысла 1 с собачкой 2 в прерывистое движение в одном направлении храпового колеса 3. Собачка 5 c пpужинoй б не даёт храповому колесу вращаться в обратную сторону.

Есть конструкции храповых механизмов, в которых входное звено имеет возвратно-поступательное движение.

Храповые механизмы, так же, как и мальтийские, широко применяются в станках-автоматах, автоматических линиях, приборах.

11. Гидравлические и пневматические механизмы Это механизмы, в которых преобразование движения происходит с помощью твердых тел и жидкости или газа. В качестве примера такого механизма можно назвать гидропривод (или пневмопривод) для приведения в движение поршня в гидроцилиндре (или пневмоцилиндре). B курсе ТММ рассматриваются в основном механизмы с твердыми и гибкими нерастяжимыми звеньями, движения которых исследуют пользуясь законами теоретической механики.

Рисунок 2.28 — Шаговый храповый механизм Список литературы

1) Волокитин Г. Г., Кузьменко Н. И., Филипов В. Ф. Теория механизмов и механика машин: учебное пособие. Часть 1. — Томск 2000

шарнирный кулачковый передача гидравлический