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
.
Шарнирный четырехзвенный механизм
.
Кривошипно-ползунный механизм
.
Кулисный механизм
.
Пространственные механизмы с низшими парами
.
Кулачковые механизмы
.
Зубчатые механизмы (передачи)
.
Фрикционные механизмы
.
Механизмы с гибкими звеньями
.
Крестовидные (мальтийские) механизмы
.
Шаговый храповый механизм
.
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
. 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.
. 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
-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
- кривошип; 2-ползун; 3- кулиса; 4- шатун; 5-
ползун; 6-стойка
Рис. 6. Кривошипно-кулисный механизм третьего
класса
Рис. 7. Коромысловo-кулисный механизм
. Пространственные механизмы с низшими парами
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
. 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
-кулачок; 2-толкатель; 3-стойка
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.
. 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
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
-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
-конический барабан; 2-ролик; 3-стойка; 4-
пружины
На рис. 25 показана схема бесступенчатой
конической фрикционной передачи.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.
. 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
. 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)
-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.
. 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
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