Вращательно поступательное движение механизм

Рассмотрим передаточные механизмы, с помощью которых можно преобразовать вращательное движение в поступательное или колебательное (и наоборот).

Такие механизмы характеризуются передаточной функцией – это первая производная от функции перемещения 1 ведомого звена по углу поворота или линейному перемещению ведущего звена.

Рычажные механизмы. Примером рычажного механизма является шарнирно-рычажный механизм (см. рис. 1.2).

На рис. 1.11 приведена кинематическая схема кривошипно-ползунного механизма, в состав которого входит кривошип 1, шатун 2 и ползун 3.

Этот механизм служит для преобразования вращательного движения кривошипа 1 в возвратно-поступательное движение ползуна 3 (и наоборот).

Вращательно поступательное движение механизм

Рис. 1.11. Кривошипно-ползунный механизм

Передаточной функцией является зависимость скорости перемещения ползуна от угловой скорости кривошипа: v3=f(1) (и наоборот).

Передача винт-гайка. На рис. 1.12 приведена передача винт-гайка, которая предназначена для преобразования вращательного движения одного звена в поступательное движение другого.

Передаточной функцией является зависимость скорости осевого перемещения гайки от угловой скорости винта: v2=f(1).

Вращательно поступательное движение механизмВращательно поступательное движение механизм

Рис. 1.12. Передача винт-гайка: 1 – винт, 2 – гайка

Кулачковый механизм. На рис. 1.13 приведен кулачковый механизм (в состав которого входят кулачок 1 и толкатель 2) и его кинематическая схема.

Вращательно поступательное движение механизмВращательно поступательное движение механизм

Рис. 1.13. Кулачковый механизм: 1 – кулачок, 2 – толкатель

Передаточной функцией является зависимость скорости осевого перемещения толкателя от угловой скорости кулачка: v2=f(1).

В машиностроении широко распространены кулачковые механизмы, преобразующие вращательное движение в возвратно-поступательное или возвратно-качательное: например, для выполнения различных операций в системах управления рабочим циклом технологических машин, станков, двигателей и т.д. 1 .

Примеры по темам модуля 1

Схема машины дана на рис. 1.1. Частота вращения вала двигателя Вращательно поступательное движение механизм=3000 об/мин. Угловая скорость вращения входного вала исполнительного механизма Вращательно поступательное движение механизм=2с -1 . Подобрать червячную передачу, учитывая, что число витков (заходов) Вращательно поступательное движение механизмчервяка равно одному либо двум. ОпределитьВращательно поступательное движение механизми Вращательно поступательное движение механизм.

1.Определим угловую скорость вращения вала двигателя (см. формулу (1.4)):

Вращательно поступательное движение механизм

2. Найдем передаточное отношение передачи вращения (см. формулу (1.1)):

Вращательно поступательное движение механизм.

3. Подберем червячную передачу.

Вариант 1. Если число витков червяка Вращательно поступательное движение механизм, то число зубьев червячного колеса из формулы (1.11)

Вращательно поступательное движение механизм.

Вариант 2. Если число витков червяка Вращательно поступательное движение механизм=2, то число зубьев червячного колеса

Вращательно поступательное движение механизм

Зубчатая передача должна уменьшить частоту вращения вала 4 (см. рис. 1.4) в 3 раза. Определить число зубьев колеса Вращательно поступательное движение механизм, если число зубьев шестерни Вращательно поступательное движение механизм= 25.

Число зубьев колеса из формулы (1.6)

Вращательно поступательное движение механизм.

Вращательно поступательное движение механизм

Рис. 1.14. К примеру 3

Определить передаточное отношение механизма, приве­денного на рис. 1.14, при заданных числах зубьев колес: Вращательно поступательное движение механизм=22, Вращательно поступательное движение механизм=77, Вращательно поступательное движение механизм=25, Вращательно поступательное движение механизм=50. Найти угловую скорость и частоту вращения ведущего вала 1, если вал 3 вращается с частотой Вращательно поступательное движение механизм=300 об/мин.

1.Определим передаточное отношение зубчатой передачи, установленной на валах 1 и 2

Вращательно поступательное движение механизм

2. Определим передаточное отношение зубчатой передачи, установленной на валах 2 и 3

Вращательно поступательное движение механизм

3. Передаточное отношение механизма

Вращательно поступательное движение механизм

4. Найдем частоту вращения вала 1:

Вращательно поступательное движение механизмоб/мин.

5. Рассчитаем угловую скорость вращения вала 1:

Вращательно поступательное движение механизм

Ответ: передаточное отношение механизма равно 7, частота вращения вала 1 составляет 2100 об/мин, угловая скорость вращения – 219,8 с -1 .

Кривошипно-шатунные механизмы

В кривошипно-шатунном механизме вместо кривошипного вала часто применяют коленчатый вал. От этого сущность действия механизма не меняется. Коленчатый вал может быть как с одним коленом, так и с несколькими (б, в).

Видоизменением кривошипно-шатунного механизма может быть также эксцентриковый механизм (г). У эксцентрикового механизма нет ни кривошипа, ни колен. Вместо них на вал насажен диск. Насажен же он не по центру, а смещено, то есть эксцентрично, отсюда и название этого механизма — эксцентриковый.

В некоторых кривошипно-шатунных механизмах приходится менять и длину хода ползуна. У кривошипного вала это делается обычно так. Вместо цельного выгнутого кривошипа на конец вала насаживается диск (планшайба). Шип (поводок, на что надевается шатун) вставляется в прорез, сделанный по радиусу планшайбы. Перемещая шип по прорезу, то есть удаляя его от центра или приближая к нему, мы меняем размер хода ползуна.

Ход ползуна в кривошипно-шатунных механизмах совершается неравномерно. В местах "мертвого хода" он самый медленный.

Кривошипно-шатунные — механизмы применяются в двигателях, прессах, насосах, во многих сельскохозяйственных и других машинах.

Кулисные механизмы

Вместо кулисы можно применить стержень, заключенный в направляющую втулку. Для прилегания к диску эксцентрика стержень снабжается нажимной пружиной. Если стержень работает вертикально, его прилегание иногда осуществляется собственным весом.

Для лучшего движения по диску на конце стержня устанавливается ролик.

Кулачковые механизмы

Но бывают дисковые кулачки другой конструкции. Тогда ролик скользит не по контуру диска, а по криволинейному пазу, вынутому сбоку диска (б). В этом случае нажимной пружины не требуется. Движение ролика со стержнем в сторону осуществляется самим пазом.

Кроме рассмотренных нами плоских кулачков (а), можно встретить кулачки барабанного типа (в). Такие кулачки представляют собой цилиндр с криволинейным пазом по окружности. В пазу установлен ролик со стержнем. Кулачок, вращаясь, водит криволинейным пазом ролик и этим сообщает стержню нужное движение. Цилиндрические кулачки бывают не только с пазом, но и односторонние — с торцовым профилем. В этом случае нажим ролика к профилю кулачка производится пружиной.

В кулачковых механизмах вместо стержня очень часто применяются качающиеся рычаги (в). Такие рычаги позволяют менять длину хода и его направление.

Длину хода стержня или рычага кулачкового механизма можно легко рассчитать. Она будет равна разнице между малым радиусом кулачка и большим. Например, если большой радиус равен 30 мм, а малый 15, то ход будет 30-15 = 15 мм. В механизме с цилиндрическим кулачком длина хода равняется величине смещения паза вдоль оси цилиндра.

Благодаря тому, что кулачковые механизмы дают возможность получить разнообразнейшие движения, их часто применяют во многих машинах. Равномерное возвратно-поступательное движение в машинах достигается одним из характерных кулачков, который носит название сердцевидного. При помощи такого кулачка происходит равномерная намотка челночной катушки у швейной машины.

Шарнирно-рычажные механизмы

Вращательно поступательное движение механизм

На рисунке показан шарнирно-рычажный механизм, связанный с другими механизмами. Рычажный механизм получает качательное движение от кривошипно-шатунного и передает его ползуну. Длину хода при шарнирно-рычажном механизме можно увеличить за счет изменения длины плеча рычага. Чем длиннее плечо, тем больше будет его размах, а следовательно, и подача связанной с ним части, и наоборот, чем меньше плечо, тем короче ход.

Эти передачи служат для преобразования вращения в прямолинейное перемещение исполнительного органа станка. Применяют реечные передачи, винтовые пары (скольжения и качения), кулисные, кулачковые и др.

Реечная передача служит для преобразования вращательного движения реечного колеса (рис. 10.2, а) в поступательное перемещение рейки и наоборот. Реечная передача может быть выполнена с прямозубым и косозубым зацеплением колеса с рейкой. За один

оборот прямозубого колеса с числом зубьев z рейка, шаг которой Р = кт, переместится на Н — Pz- nmz, а за п, мин-1, зубчатого колеса — на L = nrnzn.

Вращательно поступательное движение механизм

Рис. 10.2. Способы преобразования вращательного движения в прямолинейное поступательное:

а — реечной передачей; 6 — червячно-реечной передачей; в — гидростатической передачей червяк — рейка; г, д — винтовой парой скольжения; е — шарико-винтовой передачей; 7 — червяк; 2 — гидрораспределитель; 3 — рейка; 4,5 — насосы; 6 — суппорт; 7 — контргайки; 8, 10 — гайки; 9 — корпус; 7 7 — ходовой винт; 72 — тела качения (шарики); 13 — канал возврата; М — электродвигатель

Реечные передачи используют в металлорежущих станках, например в токарных, для осуществления движения продольной подачи суппорта с резцом относительно обрабатываемой заготовки. В более крупных станках, таких как продольно-строгальные, необходимо передавать большие усилия. Там применяют червячно-реечную передачу (рис. 10.2, б).

В приводах подачи тяжелых станков используют гидростатические червячно-реечные передачи, в которых для уменьшения трения в паре червяк—рейка между профилями их зубьев подается под давлением тонкий слой масла. На рис. 10.2, в представлено устройство гидростатической червячно-реечной передачи многоцелевого станка. С помощью гидрораспределителя 2 в каналы червяка 7 от насосов 4 под давлением подается масло. Оно создает масляный слой между зубьями червяка и рейки 3 с зубьями, армированными пластмассой. В осевые зазоры соединения масло нагнетается насосами 5. Все насосы имеют один общий привод от электродвигателя М.

Винтовая передача применяется тогда, когда нужно получить движение с малыми скоростями. Вращение сообщается винту; гайка и связанные с нею стол или салазки перемещаются прямолинейно-поступательно.

В передачах винт—гайка скольжения в станках с ручным управлением используют треугольные, прямоугольные и трапецеидальные профили резьб. Треугольную резьбу применяют для точных перемещений в микрометрических винтах, в винтах делительных и измерительных машин. Прямоугольную и трапецеидальную резьбу используют для ходовых винтов, при этом гайки ходовых винтов выполняют цельными и разъемными.

Прецизионные металлорежущие станки оснащают безлюфтовой передачей винт—гайка скольжения (рис. 10.2, д). Это достигается применением сдвоенных гаек, расположенных в одном корпусе 9. Гайки 8 и 10 смещаются одна относительно другой в осевом направлении поворотом вокруг ходового винта 77 в противоположных направлениях, после чего их положение фиксируется контргайками 7. При вращении ходового винта в одном направлении суппорт 6 будет перемещаться от левой гайки 70; если же ходовой винт изменит направление вращения, то правая гайка 8 сразу передаст движение суппорту в противоположном направлении. В такой конструкции люфт не выбирается, так как гайки работают каждая на свое направление. На увеличенном виде Л показано, как соприкасаются профили левой и правой гаек с профилями резьбы ходового винта.

Недостатками передачи винт-гайка скольжения являются большие потери на трение, низкий КПД, невозможность применения при быстрых перемещениях. Скорость скольжения профиля резьбы винта относительно профиля гайки в 10—40 раз превышает скорость осевого перемещения узла, жестко скрепленного с гайкой.

В станках с ЧПУ в приводах подач передача винт—гайка качения (ВГК) представляет собой шариковую винтовую пару (ШВП) с полукруглым профилем резьбы. При использовании ШВП для точных перемещений недопустим осевой зазор. В этом случае ВГК выполняют по аналогии с передачей винт — гайка скольжения (см. рис. 10.2, д). В едином корпусе 9 (рис. 10.2, е ) размещают две гайки 8 и 10, смещенные одна относительно другой по винтовой линии. Это создает безлюфтовую передачу. Путем затягивания резьбовых соединений создаются предварительные осевые усилия. Теперь тела качения 12 вместо точечного контакта с дорожкой качения имеют контакт по небольшой поверхности, что повышает осевую жесткость ШВП.

В большинстве конструкций шарики в гайке перемещаются по замкнутой траектории. Каналом возврата служит специальная вставка 13, соединяющая два соседних витка гайки, которая заставляет циркулировать шарики только в пределах одного шага ходового винта 11.

Преимуществами ШВП являются: высокая жесткость и отсутствие зазора в соединении, что значительно снижает вибрации, уменьшает изнашивание и поломки режущего инструмента, повышает точность и чистоту обработки; возможность передачи больших усилий; низкие потери на трение, КПД этих механизмов составляет 0,9. 0,95; малые крутящие моменты на ходовом винте при холостом ходе; весьма малое трение покоя, что способствует обеспечению устойчивости движения; высокая точность (за счет предварительного натяга); высокая чувствительность к малым перемещениям; длительное сохранение точности, малое тепловыделение, снижающее температурные деформации винта и повышающее точность обработки.

К недостаткам относятся отсутствие самоторможения, сложность изготовления, высокая стоимость, необходимость надежной защиты от стружки.

Кривошипно-шатунные механизмы предназначены для преобразования вращательного движения в поступательное, обеспечивая перемещение по определенному закону. Скорость рабочего органа не остается постоянной во время его движения. В этом есть свое преимущество: при изменении направления скорости не возникает ударов и больших нагрузок, так как к моменту реверсирования движения скорость рабочего органа постепенно падает, приближаясь к нулю. Кроме того, возвратно-поступательное движение в кривошипно-шатунных механизмах осуществляется без применения дополнительных реверсивных механизмов.

Кривошипно-шатунные механизмы имеют широкое распространение в станках с прямолинейным движением резания, например в зубодолбежных.

На рис. 10.3 представлены различные схемы работы кривошипно-шатунного механизма. Центральный кривошипно-шатунный механизм (схемы а, в и г) в зависимости от соотношения X = г/1 может иметь различные применения. При / > г (схема а) длина хода ползуна равна 2г и чем меньше X, тем в лучших условиях будет работать механизм и тем выше его КПД. При I — г (схема в) кривошипно-шатунный механизм имеет наибольший ход, равный 4г. Однако при прохождении мертвых точек в середине хода рекомендуется иметь специальные устройства, так как использование сил инерции звеньев здесь не является надежным. Поэтому механизм с X = 1 на практике применяется редко. При I

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

двадцать − пять =