6.ПРЕОБРАЗУЮЩИЕ МЕХАНИЗМЫ (Все лекции)

31

ПРЕОБРАЗУЮЩИЕ МЕХАНИЗМЫ

1. Классификация

Схемы, назначение, структура, кинематические и динамические свойства преобразующих или передающих механизмов средств автоматизации и механизации чрезвычайно разнообразны. В средствах автоматизации преобразующие механизмы обычно различают в зависимости от характера движения ведомого звена привода (вращательное или поступательное) и перемещения захватного органа (вращательное или поступательное). Преобразующие механизмы изготовляются (рис. 1) для преобразования: поступательного движения в поступательное; поступательного движения во вращательное; вращательного движения во вращательное и вращательного в поступательное.

В зависимости от характера перемещения захватного органа в период установившегося движения различают преобразующие непрерывного и для прерывного движения. Так как в приводе с поступательным движением (гидравлическом и пневматическом) заложен принцип прерывного движения, то преобразующие механизмы с такими приводами обеспечивают только прерывное движение. В приводах с вращательным движением характер перемещения ведомого звена непрерывный. В этом случае можно осуществить прерывное и непрерывное движение захватного органа. Преобразующий механизм для преобразования непрерывного вращения привода в непрерывное движение захватного органа не требует введения никаких дополнительных механизмов. При преобразовании непрерывного вращения привода в прерывное движение захватного органа необходимо применять механизм периодического движения.

Преобразующие механизмы характеризуются передаточным отношением, которое определяет отношение скорости ведомого звена привода ω_n или v_n к скорости захватного органа ω_з или v_з. Если привод и захватный орган имеют одинаковый характер движения, то передаточное отношение безразмерно и его называют передаточным числом i. Если характер движения привода и захватного органа различен, то передаточное отношение имеет размерность длины.

Величина передаточного числа i и передаточного отношения j‚ может быть записана в следующем виде:

для вращательного движения

для поступательного движения

для вращательно-поступательного движения

для поступательно-вращательного движения

где ω_n и v_n - угловая или линейная скорости ведомого звена привода;

ω_з или v_з - угловая или линейная скорости захватного органа.

Преобразующие механизмы могут иметь постоянные и переменные передаточные отношения. Постоянными передаточными отношениями обладают механизмы, состоящие из зубчатых, червячных, цепных, винтовых и реечных передач. Передачи с переменным передаточным отношением имеют, как правило, одно или несколько рычажных, кривошипно-коленных и других соединений.

Механизмы периодического движения

Назначение механизмов периодического движения в схемах преобразующих механизмов заключается в обеспечении прерывного движения захватного органа только в одном направлении. Механизм периодического движения применяется в схемах с поступательным и вращательным движением привода.

Работа механизмов периодического движения при разных по знаку движениях ведущего звена осуществляется за счет одностороннего заклинивания (обгонные муфты) или одностороннего зацепления (храповые механизмы), а также прерывания кинематической связи между звеньями преобразующего механизма помощью специальных устройств. При движении ведущего звена только в одну сторону прерывистость движения обеспечивается за счет кинематических особенностей механизма (мальтийский крест, получервячное соединение и др.).

Рис. 2. Принципиальные схемы обгонных муфт:

а — роликового и б — клиновой типа

На рис. 2 показаны принципиальные схемы обгонных муфт, применяемых в средствах автоматизации кузнечно производства.

В роликовой обгонной муфте (рис. 61, а) при вращении внешней обоймы 1 по направлению стрелки А ролики 2 силой трения затягиваются в узкую часть выемки между обоймами 1 и З, заклиниваются в ней и приводят в движение внутреннюю обойму З. для обеспечения надежного заклинивания ролик 2 поджимается пружиной 4 через штифт 5. При вращении обоймы 1 в направлении, противоположном А, происходит расклинивание ролика; при этом связь обоймы З с обоймой 1 нарушается, т. е. обойма З не вращается, чем и обеспечивается прерывность движения ведомой части муфты.

В конструкции клиновой обгонной муфты (рис. 2, б) наружная 6 и внутренняя 9 обоймы имеют цилиндрическую поверхность.

Между обоймами установлены эксцентриковые ролики (кулачки) 7, связанные спиральной пружиной 8, находящейся в торцовых пазах роликов. Габаритные размеры этих муфт значительно меньше роликовых благодаря увеличению количества заклинивающих кулачков. Спиральные пружины 8 объединяют ролики в одну группу, выполняя роль сепаратора.

Работа муфты происходит следующим образом. При вращении наружный обоймы в направлении А (а< b) происходит немедленный поворот и заклинивание роликов между рабочими поверхностями обойм. Пружина 8, связывающая ролики 7, в нерабочем положении механизма удерживает их в поджатом состоянии к рабочим поверхностям обоймы и ступицы. Так как рабочие поверхности или пазы выполнены под некоторым углом, то упругие силы пружины стремятся повернуть ролики и удержать их в постоянном контакте с этими поверхностями. При вращении наружной обоймы в направлении, противоположном А, ролики 7 наклоняются и, скользя по наружной обойме 6, не передают движения на внутреннюю обойму.

Для использования в преобразующих механизмах обгонных муфт в качестве механизмов периодического движения ведущему звену муфты необходимо сообщать вращение разных знаков, что осложняет конструкцию преобразующего механизма.

Муфта рассчитывается:

М_Кр – максимальный крутящий момент, допускаемый по условиям контактной прочности в точках контакта ролика с сопрягаемыми деталями ,

N - максимальное значение нормальной силы в контакте ролика с кольцом,

μ=0,1 – коэф. трения между роликами и кольцом,

R_M – радиус контактной поверхности кольца муфты,

z – число роликов муфты.

значение N определяется по условиям контактной прочности: ,

σ_Н – контактные напряжения,

b и r_P – ширина и радиус ролика,

Е – модуль упругости материала кольца, ролика.

В настоящее время наибольшее распространение получили роликовые обгонные муфты. Эти муфты обеспечивают заклинивание при повороте ведущей ступицы на угол φ = 0,105 рад (6 - 10°). Одним из главных недостатков роликовых обгонных муфт является их быстрый выход из строя вследствие выработки площадок, по которым перекатываются ролики, а последнее приводит к изменению угла заклинивания, т. е. к нестабильной работе муфты. Для уменьшения изменения угла заклинивания рекомендуется рабочие поверхности на ведомой обойме выполнять в виде окружности или логарифмической спирали. Однако это ведет к удорожанию изготовления обгонных муфт. Вследствие этого муфты со сложным профилем рабочей поверхности не нашли широкого применения в средствах автоматизации кузнечно-штамповочного производства.

В клиновых обгонных муфтах удается избежать основных недостатков роликовых муфт, так как точки соприкосновения роликов с рабочими поверхностями не являются постоянными, а изменяются при каждом повороте. Это исключает местную выработку сопрягаемых деталей и, следовательно, не приводит к изменению угла заклинивания, величина которого в данном случае не превышает (φ = 0,0З5 рад (2 - 4°). Кроме того, из-за значительного увеличения количества и радиусов роликов в месте контакта (см. размер г на рис. 61, б) габаритные размеры клиновых муфт значительно меньше роликовых.

Расчет обгонных муфт дан в специальной литературе и сводится к определению контактных напряжений и угла заклинивания. Надежная работа таких муфт лимитируется допускаемым числом их переключений.

Для роликовых муфт допускаемое число переключений 60 - 100 в минуту в зависимости от габаритных размеров; для клиновых до 300 -400 включений в минуту.

Рис. 3. Схемы храповых механизмов

а - с вращательным и б – с поступательным движением храповика

На рис. 3 показаны основные схемы храповых механизмов, применяемых в средствах автоматизации кузнечного производства. Несмотря на двустороннее движение ведущей части (стрелки А), движение храпового колеса происходит лишь в одну сторону (стрелки Б). Следовательно, для обеспечения прерывистого движения храпового колеса ведущему звену механизма необходимо сообщить движение разных знаков.

Применение храпового механизма в современных средствах механизации весьма ограничено. Это объясняется многими причинами, главными из которых являются большой шум и интенсивный износ, наблюдаемые при работе с большими скоростями перемещения невозможность плавной регулировки угла перемещения храпового колеса, которая производится только на величину, кратную шагу зубьев храпового колеса; необходимость частой перешлифовки зубьев, обеспечивающей удовлетворительную точность работы механизма. Для осуществления более широкого диапазона регулирования иногда применяют храповые механизмы с несколькими собачками, смещенными на некоторый угол (меньше шага зубьев храпового колеса) относительно друг друга. Эти механизмы применяются лишь в средствах механизации, где требуется кратная регулировка угла перемещения.

Расчет храпового механизма сводится к определению угла φ_ρ поворота или перемещения h_р ползушки ведущей части храпового механизма, обеспечивающих необходимый угол поворота храпового колеса φ: для схемы на рис. 3, а

φ_ρ = φ + φ_х,

для схемы на рис. 3, б