Механизмы и их элементы

В качестве иллюстраций различных механизмов, работающих в машиностроении, приводятся механизмы летательных аппаратов (ЛА). Основы их расчета и конструирования совпадают с методами, используемыми при проектировании других изделий. Однако у передач ЛА имеется ряд особенностей: высокая надежность, малая масса и габариты, высокие КПД и точность, стойкость к различным воздействиям при эксплуатации. Конструкции современных ЛА отличаются от изделий общего машиностроения решениями, которые реализуются при выборе кинематических и конструктивно-силовых схем, материалов и форм элементов. В них используются новые алюминиевые, титановые, магниевые, бериллиевые сплавы и широко внедряются композиционные и неметаллические материалы. В качестве передаточных механизмов применяются зубчатые и червячные, винт—гайка, рычажные и др. Достижения, имеющиеся при создании механизмов ЛА, могут эффективно использоваться и на других технических объектах. Рассмотрим несколько примеров конструкций механизмов ЛА.

В силовых двигательных установках большой мощности (несколько десятков тысяч киловатт) частота вращения от двигателя к винту снижается на один и более порядков. Конструкция главного редуктора, снижающего угловую скорость вращения несущего винта вертолета, приведена на рис. 1.2. Корпус редуктора состоит из нижней — 3, средней — 4, верхней — 8 частей, зубчатых колес первой (5 и 6) и второй (7 и 11) ступеней, вала несущего винта 10, ведомого зубчатого колеса 13, В реактивных двигателях передаточные механизмы используются для снижения частоты вращения газовых турбин при отборе мощностей к различным агрегатам.

На самолетах множество электрои гидроприводов используются в системах управления и механизации крыла (управления закрылками, предкрылками, интерцепеторами). Механизм подъема управляемого стабилизатора приведен на рис. 1.3, где 3 — механизм управления стабилизатором, 4 и 10 — узлы карданного подвеса, 5 — редуктор, 8 — ходовой винт, 13 — рычажный механизм, 15 — стабилизатор.

На ракетах-носителях (Р-Н) и космических аппаратах (КА) также имеется большое количество механизмов, обеспечивающих их нормальную эксплуатацию. Например, в системах жизнеобеспечения космонавтов имеются приводы насосов, вентиляторов; в полете на КА используются стыковочные устройства и приводы солнечных батарей. Для исследования других планет применяются планетоходы, продолжает развиваться космическая индустрия на международной космической станции (МКС). Создание каждого нового ЛА требует решения сложнейших научных и технических проблем. Так, за требованием увеличения ресурса КА естественно следует продолжение исследований влияния износа механизмов на их долговечность. Разрабатываются методики определения ресурса и проводятся экспериментальные работы, включающие ускоренные испытания. На рис. 1.4 показан элемент стыковочного устройства КА — механизм привода активного замка, где 1 — блок концевых контактов СУ, 2 — электродвигатель, 3 — редуктор, 4 — плавающая шестерня планетарной передачи, 5 — барабан, 6 — трос, 7 — крюк, 8 — эксцентриковый вал.

Приводы большой мощности используются в наземных установках, обеспечивающих эксплуатацию ЛА, например элементы стендов для установки и обслуживания ракет «Энергия», «Спейс Шаттл».

Редуктор, применяемый в общем машиностроении, приведен в разд. 5.2.

Рис. 1.2.

Рис. 1.3.

Рис. 1.4.

Элементы механизмов Сборочные единицы и детали можно разделить на элементы общего назначения (болты, гайки, зубчатые колеса, валы и др.) и элементы специального назначения, которые используются в специальных типах машин (шнек, поршень, цилиндр и др.)* Рассмотрим классификацию элементов общего назначения.

Первая группа элементов — соединения — является наиболее общей. Соединения (соединительные детали) предназначены для фиксации взаимного положения деталей и объединения их в сборочные единицы и узлы. К ним относятся сварные, заклепочные, резьбовые, соединения вал—ступица и др.

Вторая группа элементов — передачи. Они осуществляют передачу энергии от двигателя к исполнительному органу. К этой группе относятся:

• ? элементы, передающие вращательное движение. Они делятся на передачи зацеплением — цилиндрические, конические, планетарные, волновые, червячные и цепные; передачи трением — ременные, фрикционные, а также валы и соединяющие их муфты. Их основные детали — зубчатые и червячные колеса, червяки, шкивы, звездочки, ремни, цепи;
• ? элементы, преобразующие движение. Это передачи рычажные, кулачковые, винт—гайка. Их детали — рычаги, тяги, кулачки, копиры, ходовые винты, гайки.

Третья группа элементов включает несущие и базирующие элементы:

• ? валы и оси, которые поддерживают вращающиеся детали (кроме того, валы передают вращающий момент);
• ? подшипники — опоры вращающихся валов и осей, базирующиеся в корпусных деталях;
• ? направляющие, поддерживающие поступательно движущиеся детали;
• ? корпусные и несущие детали — основные части редуктора, воспринимающие нагрузки (на них монтируются и базируются остальные детали и узлы).

Отдельные группы составляют:

• ? устройства для защиты узлов от загрязнений (уплотнения, кожухи, крышки);
• ? системы для смазывания (форсунки, штуцеры, жиклёры, трубопроводы);
• ? упругие элементы (пружины, рессоры, амортизаторы).

В особую группу входят элементы специального назначения, например для ЛА характерны винты, шасси, элероны, шпангоуты, лонжероны и др.

На рис. 1.5 приведена кинематическая схема двухступенчатого соосного цилиндрического зубчатого редуктора. Редукторы — механизмы, используемые для понижения угловых скоростей и увеличения крутящих моментов, выполненные в виде отдельного агрегата. В соотвествии с классификацией редуктор имеет следующие элементы: корпус У, зубРис. 1.5 чатое колесо 2, быстроходный вал 3,

подшипник 4 и муфту 5.

Возможна классификация элементов технических объектов по производственно-технологическим признакам:

• ? металлические детали, изготовляемые механической обработкой, литьем, сваркой, штамповкой, ковкой и др.;
• ? неметаллические детали, получаемые прессованием, формованием, склейкой.

Способ изготовления определяет облик детали и ее прочностные характеристики.

В особую группу входят элементы системы управления, включающие электрические и электронные устройства, которые рассматривать не будем.

По характеру нагружения детали можно разделить на воспринимающие статическую или динамическую нагрузку или ударное воздействие.