Тимофеев Г.А. - Теория механизмов и машин. Курс лекций, страница 6

2,3„а, б, в). Составляющие кулисного механизма: кривошип (1); камень (2); кулиса (3). Кулисный механизм на рис. 2.3, в получен из шарнирного чегырехзвенника путем замены в нем вращательных пар С и В на поступателыцяе. Кулисные механизмы нашли широкое применение в строгальных станках благодаря присущему им свойству асимметрии рабочего и холостого хода: у них длительный рабочий ход и быстрый, обеспечивакяций возврат резца в исходное положение, холостой ход.

Большое применение шарнирно-рычажные механизмы на~вли в робототехнике. В изображенном на рис. 2А устройстве механизма манипулятора 1, 2, 3, 4 — звенья; А, В, С, 1) — кинематические пары. Особенностью этих механизмов является то, что они обладают большим числом степеней свободы, а значит, имеют много приводов. Согласованная работа приводов входных звеньев обеспечивает перемещение схвата по рациональной траектории и в заданное место окружающего пространства.

Широкое применение в технике получили кулачковые механизмы. При помощи кулачковых механизмов конструктивно наиболее просто можно получить практически любое движение ведомого звена по заданному закону. В настоящее время существует большое число разновидностей кулачковых механизмов, некоторые из них представлены на рис. 2.5. Устройство кулачкового механизма: кулачок (1); плоский толкатель (2); коромысло (2); острый толкатель (2), "ролик (3). Необходимый закон движения выходного звена кулачкового механизма достигается за счет придания входному звену (кулачку) соответствующей Формы. Кулачок может совершать врашательное (рис.

2.5, а, б), поступательное Ленцов г Зт Основные виды меввнизиов (рис. 2.5, в, г) или сложное движение. Выходное звено, если оно совершает поступательное движение (рис. 2.5, а, в), называют толкателем, а если качательное (рнс.

2.5, г) — коромыслом. ДЛя снижения потерь на трение в высшей кинематической паре В применяют дополнительное звено-ролик (рис. 2.5, г). Кулачковые механизмы применяются как в рабочих машинах, так и в разного рода командоаппаратах. Очень часто в металлорежущих станках, прессах, различных приборах и измерительных устройствах применяются винтовые механизмы, простейший из которых представлен на рис. 2.6.

Он состоит из винта (1); гайки (2) и кннемати- ческих парА, В, С. Винтовые механизмы обычно применяются там, где необходимо преобразовать вращательное движение во взанмозависимое поступательное или наоборот. Взаимозави- Рис. 2.5 вс. Рис. 2.7 симость движений устанавливается правильным подбором геометрических параметров винтовой пары В. Клиновые механизмы (рис. 2.7) применяются в различного вида зажимных устройствах и приспособлениях, в ко' торьгх требуется создать большое усилие на выходе при ограниченных силах, действующих на входе. Отличительной особенностью этих механизмов являются простота и надежность конструкции: 1, 2 — звенья; А, В, С вЂ” кинематические пары (см. рис.

2.7). Механизмы, в которых передача движения между со'прикасающимися телами осуществляется за счет сил : трения, называются фрикционнььни. Простейпше трехзвсн.ные фрикционные механизмы представлены на рис. 2.8: фрикционный механизм с параллельными осями (а); фрикцнонный механизм с пересекающимися осями (б); реечный фрикционный механизм (в). Основные составляющие механизмов: входной ролик 1; выходной ролик (колесо) 2; рейка 2' (см. рис.

2.8). Вследствие того„что звенья 1 и 2 прижаты друг к другу, по линии касания между ними возникает сила трения, ко- -.';: торая увлекает за собой ведомое звено 2. Широкое применение фрикционные передачи получили и приборах, лентопротяжных механизмах, вариаторах (механизмах с плавной регулировкой числа оборотов), Для передачи вращательного движения по заданному закону между валами с параллельными, пересекающимися и,перекрещивающимися осями применяются различного вида зубчатаые механизмы.

При помощи зубчатых колес можно осу1пествлять передачу движения как между валами с неподвижнылш осями, так и с осями, перемешрющимися в пространстве. зз Основные виды иехвннивов З2 Рис. 2.9 Рис. 2.8 Зубчатые механизмы грименяют для изменения частоты и направления вращения выходного звена, суммирования или разделения движений. На рис. 2.9 показаны основные представители зубчатых передач с неподвижными осями: цилиндрическая (а), коническая (б); торцовая (о); реечная (г), состоящие из шестерни 1, зубчатого колеса 2 и рейки 2". Меньшее из двух зацепляющихся зубчатых колес называют гавстеряей', а болыпее — зябчатым колесом.

Рейка является частным случаем зубчатого колеса, у которого радиус кривизны равен бесконечности. Ясли в зубчатой передаче имеются зубчатые колеса с подвижными осями, то их называют планетарными (рис. 2„10). Планетарная зубчатая передача состоит из: 0 — стойки, представляющей зубчатос колесо 3 с внутренним зацеплением; солнечного зубчатого колеса 1; сателлита 2; водила Н; низших кинематических пар А, О, Е; высших кинематических пар В, С.

Рис. 2.10 Зн нв к~же ч нчавнн 34 Левцня 2 Овеянные внды нехвннвнвв Планетарные зубчатые передачи позволяют передавать большие мощности и передаточные числа при меньшем числе зубчатых колес, чем передачи с иеподвижными осями. Они также широко применяются при создании суммирующих и дифференциальных механизмов. Передача движений между перекрещивающимися осями осуществляется с помощью червячной передачи (рис. 2.11), состоящей из червяка 1 и червячного колеса 2. Червячная передача получается из передачи винт — гайка путем продольной разреаки гайки и ее двукратного сворачивания во взаимно перпендикулярных плоскостях. Червячная передача обладает свойством самоторможеиия и позволяет в одной ступени реализовывать большие передаточные отношения.

К зубчатым механизмам прерывистого движения относят также механизм «мальтийского креста», или мальтийсхпй механизм. На рис. 2.12 показан мехаиизм четырех- лопастного «мальтийского креста». Механизм «мальтийского креста» преобразует иепрерывиое вращение ведущего звена — кривошипа 1 с цевкой 3 в прерывистое вращение креста 2; цевка 3 без удара входит в радиальный паз креста 2 и поворачивает его иа угол 2", г где г — число пазов.

Механизм имеет массивную неподвижную стойку 4. Рие. 2Л1 Рис. 2Л2 Рис. 2ЛЗ Для осуществления движения только в одном цапраэлеиии применяют храповые механизмы. На рис. 2.13 показан , храповый механизм, состоящий из коромысла 1, храпового колеса 3, стойки 4, собачек 2, 5 и пружины 6. При качаниях коромысла 1 качающаяся собачка 2 сообщает вращение храповому колесу 3 только при движении коромысла против часовой стрелки. Для удержания колеса 3 от самопроизвольного поворота по часовой стрелке при движении коромысла против хода часов служит стопориая собачка 5 с пружиной 6. Мальтийские и храповые механизмы широко применяются в станках и приборах.

Если необходимо передать на относительно большое расстояние механическую энергию из одной точки пространства в другую, то применяют механизмы с гибкими звецьями. В качестве гибких звеньев, передающих движение от одного звена механизма к другому, используются ремни, канаты, цепи„нити, ленты, шарики и т.п. На рис.

2.14 приведена структурная схема простейшего мехапизма с гибким звеном, состоящего из малого шкифа 1, гибкого элемента 2 и большого шкифа 3. 36 67 С ктуриые фара!уяы иекаиизиок Рис. 2.14 или в краткой записи И'= бп — ~ (6 — !)р — !7; (2.2) (2.3) !7 = И' — бп+~(6 — !)р =1 Передачи с гибкими звеньями широко применяются в машиностроении, приборостроении и других отраслях промьппленности.

Выше были расслзотрены наиболес типичные простейшие механизмы. Большое количество меха!еизмов приводится в специальной литературе, патентах и справочниках, например таких, как [7, 9, 14]. С!руктурные Формулы мехвлизмов Существуют общие закономерности в структуре (строении) самых различных механизмов, связывающие число степеней свободы И" механизма с числом звеньев и числом и видом его кинематических пар. Эти закономерности носят название структурных формул механизмов. Для пространственных механизмов в настоящее время наиболее распространена формула Малышева, вывод которой производится следующим образом. Пусть в механизме, имеющем т звеньев (включая стойку), рр р,, р.„р4, р, — число одно-, двух-, трех-, четырех- и пятйподвижных пар.

Число подвижных звеньев обозначим и = е — 1. Если бы все подвижные звенья были свободнь!ми телами, общее число степеней свободы было бы равно бп. Однако каждая одноподвижная пара Ъ' класса накладывает на относительное движение звеньев, образуюших пару, 5 связей, казкдая двухподвижная пара 1Ъ' класса — 4 связи и т.д. Следовательно, об!цее число степеней свободы, рав- ное шести, будет уменыпено на величину ~) (6 — !)77 = 5р + 4р, + Зр + 2р, + р, (2.1) ю=! где ! = Π— подвижность кинематической пары; р! — число пар, подвижность которых равна !.

В общее число наложен' ных связей может войти некоторое число и избыточных (повторных), которые дублируют другис связи, не уменьшая подвижности механизма, а только обра!цая его в статически неопределимую систему 1121. Поэтому число сте' пеней свободы пространственного механизма, равное числу степеней свободы его подвижной кинематической цепи относительно стойки, определяется по следующей формуле ' Малышева: Ь'= бп — (5р, + 4р, + Зрз + 2р, + р, — с7), при с7 = О механизм — статически определимая система, при !7 > 0 — статически неопределимая система. В общем случае решение уравнения (2.2) — трудная задача, поскольку неизвестны И' и д; имеющиеся способы решений сложны и не рассматриваются в данной лекции. В частном случае, если И', равное числу обобзценных координат механизма, найдено геометрическим способом, из этой формулы можно найти число избыточных связей' ' 'и решить вопрос о статической определимости механизма; или же, зная, что механизм статически определимый, найти (или гпзоверить) И".

Важно заметить, что в структурные формулы не входят размеры звеньев, поэтому при структурном анализе меха- Решетов, Л. Н Конструирование рациональных механизмов / Л. Н. Решетов. — М.„1972. 39 Зв лекння 2 ктурнма ананнз и синтез яекеннзяее низмов можно предполагать их любыми (в некоторых пределах). Если избыточных связей нет (д = О), сборка механизма происходит без деформирования звеньев, последние как бы самоустанавливаются; поэтому такие механизмы называ>от самоустанавливающимися 1121.