В металлорежущих станках для осуществления прямолинейных движений преимущественно используют следующие механизмы : зубчатое колесо-рейка, червяк-рейка, ходовой винт-гайка, кулачковые механизмы, гидравлические устройства, а также электромагнитные устройства типа соленоидов.
Механизм зубчатое колесо-рейка применяют в приводе главного движения и движения подачи, а также в приводе различных вспомогательных перемещений.
Механизм червяк-рейка . Применяют два типа этих механизмов: с расположением червяка под углом к рейке, что позволяет (для большей плавности хода передачи) увеличить диаметр колеса, ведущего червяк, и с параллельным расположением в одной плоскости осей червяка и рейки, когда рейка служит как бы длинной гайкой с неполным углом охвата винта-червяка. Условия работы этой передачи благоприятнее условий работы передачи зубчатое колесо-рейка.
Механизм ходовой винт-гайка бывает в виде пар скольжения и качения. Применяют его для осуществления прямолинейного движения. Винтовые пары скольжения из-за больших потерь при скольжении в резьбе и связанного с ним изнашивания заменяют винтовыми парами качения. Они имеют малые потери на трение, высокий КПД, кроме того, в них могут быть полностью устранены зазоры в резьбе в результате создания предварительного натяга.
Замена трения скольжения трением качения в винтовой паре возможна либо при использовании вместо гайки роликов, свободно вращающихся на своих осях, либо при применении тел качения (шариков, а иногда роликов). На рис. 2.21 показана шариковая пара, у которой в резьбу между винтом 1 и гайкой 4 помещены шарики 2. Шарики катятся по канавкам ходового винта и гайки. При вращении винта шарики, перекатываясь по канавке, попадают в отверстие гайки и, проходя по желобу 3, через второе отверстие снова возвращаются в винтовую канавку. Таким образом шарики постоянно циркулируют в процессе работы передачи. Как правило, в шариковых парах применяют устройства для выборки зазоров и создания предварительного натяга.
Гидростатическая передача винт-гайка (рис. 2.22) работает в условиях трения со смазочным материалом. Изнашивание винта и гайки при этом практически отсутствует. Передача фактически беззазорная, обеспечивает повышенную точность; КПД передачи равен 0,99. Но по сравнению с передачей винт-гайка трения качения рассматриваемая передача, содержащая винт 7 и гайку 6, имеет меньшую жесткость и несущую способность вследствие масляного слоя. Смазочное масло, нагнетаемое насосом 1, через фильтр 3, дроссели 4 и 5 постоянного давления, поддерживаемого переливным гидроклапаном 2, отверстий α и г, попадает в карманы б и в и сливается через зазоры в резьбе и отверстие д. Разность давлений в карманах б ив обеспечивает восприятие осевой нагрузки слоями масла.
Кулачковые механизмы , преобразующие вращательное движение в прямолинейное поступательное, применяют главным образом на автоматах. Различают кулачковые механизмы с плоскими и цилиндрическими кулачками (рис. 2.23). При вращении кулачка 1 (рис. 2.23, α) через ролик 2, рычажную передачу, зубчатый сектор и рейку движение передается суппорту, который совершает возвратно-поступательное движение в соответствии с профилем кулачка. На рис. 2.23, б показан принцип работы цилиндрических кулачков.
Устройства для малых перемещений. В тех случаях, когда жесткость обычных механизмов типа реечной или винтовой пары не обеспечивает точных перемещений (т. е. когда медленное движение подвижной части станка переходит в скачкообразное с периодическими остановками), применяют специальные устройства, работающие без зазоров и обеспечивающие высокую жесткость привода. К таким устройствам относятся термодинамический, магнитострикционный приводы и привод с упругим звеном.
Термодинамический привод (рис, 2.24, а) представляет собой полый стержень, один конец которого крепят к неподвижной части станка (станине), а другой соединяют с подвижной частью станка. При нагревании стержня спиралью, навитой на него, или при пропускании электрического тока малого напряжения и большой силы непосредственно через него стержень удлиняется на величину ∆l t , перемещая подвижную часть станка. Для возврата подвижной части в начальное положение необходимо стержень охладить.
Магнитострикционный привод (рис. 2.24, б) работает следующим образом. Стержень, изготовленный из магнитострикционного материала, помещают в магнитное поле, напряженность которого можно менять, изменяя тем самым длину стержня на величину ∆t м. Различают положительную (с увеличением напряженности магнитного поля размеры стержня увеличиваются) и отрицательную (с увеличением напряженности магнитного поля размеры стержня уменьшаются) магнитострикции. В качестве магнитострикционного материала применяют железо, никель, кобальт и их сплавы, т. е. материалы, которые изменяют свою длину под действием электрического или магнитного поля, а при снятии поля восстанавливают первоначальные размеры.
Привод с упругим звеном (рис. 2.24, в) позволяет получать малые перемещения за счет упругого звена типа рессоры или плоской пружины. Если рессора предварительно нагружается при подаче жидкости из гидросистемы, то по мере свободного истечения масла из цилиндра через выпускное отверстие малого сечения рессора выпрямляется и свободным концом перемещает шлифовальную бабку.
Рассмотренные приводы применяют в прецизионных станках, где необходимо обеспечить высокую равномерность малых подач и точность малых периодических перемещений .
К атегория:
Ремонт промышленного оборудования
Механизмы передачи вращательного движения
Общее понятие о передачах между валами
Между валами двигателя и рабочей машины, а также между органами самой машины устанавливают механизмы для включения и выключения, изменения скорости и направления движения, носящие общее название - передачи. Передачи вращательного движения широко применяются в механизмах и машинах. Они служат для изменения частоты и направления вращения, обеспечивают непрерывное и равномерное движение.
Вращательное движение в машинах и механизмах передается посредством гибких передач - ременных, цепных и через жесткие передачи - фрикционные, зубчатые. В ременных и фрикционных передачах используются силы трения, а в зубчатых и цепных - непосредственное механическое зацепление элементов передачи. Каждая из передач имеет ведущее звено, сообщающее движение, и ведомые звенья, через которые движение передается от данного механизма к другому, связанному с ним.
Важнейшей характеристикой передач вращательного движения является передаточное отношение, или передаточное число.
Отношение угловой скорости, частоты вращения (числа оборотов в минуту) и диаметров одного из валов к соответствующим величинам другого вала, участвующего в совместном вращении с первым валом, называется передаточным отношением, которое принято обозначать буквой и. Отношение частоты вращения ведущего вала к частоте вращения ведомого называют передаточным числом, которое показывает, во сколько раз ускоряется или замедляется движение.
Ременные передачи
Этот вид гибкой передачи наиболее распространен. По сравнению с другими видами механических передач, они позволяют наиболее просто и бесшумно передать крутящий момент от двигателя или промежуточного вала к рабочему органу станка в достаточно широком диапазоне скоростей и мощностей. Ремень охватывает два шкива, насаженных на валы. Нагрузка передается силами трения, возникающими между шкивом и ремнем вследствие натяжения последнего. Эти передачи бывают с плоским ремнем, с клиновым ремнем и круглым ремнем.
Различают ременные передачи: открытую, перекрестную и полуперекрестную.
В открытой передаче валы параллельны друг другу и шкивы вращаются в одном направлении. В перекрестной передаче валы расположены параллельно, но при этом ведущий шкив вращается, например, по часовой стрелке, а ведомый - против часовой стрелки, т. е. в обратном направлении полуперекрестную передачу применяют между валами, оси которых расположены в разных плоскостях под углом друг к другу.
В приводах машин применяются плоские ремни - кожаные, хлопчатобумажные цельнотканые, хлопчатобумажные шитые, тканые прорезиненные и клиновидные. Используются также шерстяные тканые ремни. В станках применяются главным образом ремни кожаные, прорезиненные и клиновидные. Для уменьшения скольжения ремня вследствие недостаточного трения из-за небольшого угла обхвата применяют натяжные ролики. Натяжной ролик представляет собой промежуточный шкив на шарнирно укрепленном рычаге. Под действием груза на длинном плече рычага ролик нажимает на ремень, натягивая его и увеличивая угол обхвата ремнем большого шкива.
Рис. 1. Передачи с плоским ремнем:
а - открытая: б - перекрестная, в - полуперекрестная, с - с натяжным роликом
Диаметр натяжного ролика не должен быть меньше диаметра малого шкива. Натяжной ролик следует устанавливать у ведомой ветви не слишком близко к шкивам.
Передача клиновыми (текстропными) ремнями широко распространены в промышленности, они просты и надежны в эксплуатации. Основное преимущество клиновых ремней - лучшее сцепление их по шкивом и относительно малое скольжение. Причем габариты передачи получаются значительно меньше по сравнению с плоскими ремнями.
Для передачи больших крутящих усилий применяют многоручьевые клиноременные приводы со шкивами обода, которые оснащены рядом канавок.
Клиновидные ремни нельзя удлинять или укорачивать, их применяют определенной длины.
ГОСТ предусматривает для клиноременных приводов общего назначения семь сечений клиновых ремней, имеющих обозначения О, А, Б, В, Г, Д и Е (О - самое малое сечение).
Номинальная длина клиновых ремней (длина по их внутреннему периметру) от 500 до 1400 мм. Угол натяжения ремня равен 40°.
Клиновидные ремни подбирают по сечению в зависимости от передаваемой мощности и предусматриваемой скорости вращения.
Передачи с широким клиновидным ремнем получают все большее распространение. Эти передачи дают возможность бесступенчато регулировать скорость вращения рабочего органа на ходу под нагрузкой, что позволяет установить оптимальный режим работы Наличие такой передачи в станке позволяет механизировать и автоматизировать процесс обработки.
На рис. 2, б показана передача с широким клиновидным ремнем, которая состоит из двух обособленных раздвижных ведущего и ведомого шкивов. Ведущий шкив при помощи ступицы закреплен консольно на валу электродвигателя. На ступице закреплен неподвижно конус. Подвижной конус закреплен на стакане, соединенном при помощи шлицев со ступицей, и прижат пружиной. Ведомый шкив также состоит из подвижного стакана и неподвижного, конусов со ступицей, соединенной с валом привода. Управление передачей осуществляется специальным устройством (на рисунке не показано) путем перемещения стакана подвижного ведомого конуса. При приближении конусов ремень удаляется от оси вращения шкива, одновременно приближаясь к оси вала. Ведущий шкив, преодолевая сопротивление пружины, изменяет передаточное отношение и частоту вращения ведомого шкива,
Рис. 2. Передачи с клиновидным ремнем:
а - нормального сечения, б - шариком
Цепные передачи
Для передачи вращательного движения между удаленными друг от друга валами применяется помимо ременной цепная передача Как показано на рис. 3, а, она представляет собой замкнутую металлическую шарнирую цепь, охватывающую два зубчатых колеса (звездочки). Цепь в отличие от ремня не проскальзывает, кроме того, ее можно применять в передачах также при малом расстоянии между валами и в передачах со значительным передаточным числом.
Рис. 3. Цепные передачи:
а - общий вид, б - однорядная роликовая цепь, в - замок, г - пластинчатая цепь; а-межосевое расстояние, Р - шаг цепи
Цепные передачи передают мощность от долей лошадиных сил (велосипедные цепи) до тысячи лошадиных сил (многорядные цепи повышенной прочности).
Цепи работают с большими скоростями, доходящими до 30 м/с, и передаточным числом и - 15. Коэффициент полезного действия цепных передач составляет в отдельных случаях 0,98.
Цепная передача состоит из двух звездочек - ведущей и ведомой, сидящих на валах, и бесконечной цепи, надетой на эти звездочки.
Из различных видов цепей наибольшее распространение имеют Цепи однорядные и многорядные роликовые и пластинчатые.
Роликовые цепи допускают наибольшую скорость до м/с, пластинчатые - до 30 м/с.
Роликовая цепь состоит из шарнирно соединенных пластинок, между которыми помещаются ролики, свободно вращающиеся на втулке. Втулка, запрессованная в отверстия внутренних пластинок, может поворачиваться на валике. Расстояние между осями двух соседних валиков или, иначе, шаг цепи должен равняться шагу звездочки. Под шагом звездочки понимают длину дуги, описанной по верху ее зубьев и ограниченной вертикальными осями симметрии двух смежных зубьев.
Валики плотно запрессовываются в отверстиях наружных пластинок. На одном из звеньев цепи делают замок из двух валиков, соединительной пластинки, изогнутой пластинки и шплинтов для крепления пластинок. Чтобы снять или установить цепь, ее размыкают, для чего сначала разбирают замок.
Пластинчатая цепь состоит из нескольких рядов пластин с зубцами, соединенных между собой втулками и шарнирно укрепленных на общих валиках.
В цепных передачах сохраняется постоянным передаточное число: кроме того, они очень прочны, что позволяет передавать большие усилия. В связи с этим цепные передачи применяют, например, в таких грузоподъемных механизмах, как тали и лебедки. Цепи большой длины используются в эскалаторах метро, конвейерах.
Фрикционные передачи
Во фрикционных передачах вращательное движение передается от ведущего к ведомому валу посредством плотно прижатых друг к другу гладких колес (дисков) цилиндрической или конической формы. Фрикционная передача применяется в лебедках, винтовых прессах, станках и ряде других машин.
Рис. 4. Фрикционные передачи:
а - с цилиндрическими колесами, б - с коническими колесами
Рис. 5. Одинарный торцовый вариатор
Чтобы фрикционная передача работала без скольжения и таким образом обеспечивала необходимую величину силы трения (сцепления) Т, поверхность ведомого колеса покрывают кожей, резиной, прессованной бумагой, древесиной или другим материалом, который может создать надлежащее сцепление со стальным или чугунным ведущим колесом.
Во фрикционных передачах применяют цилиндрические колеса для передачи движения между валами, расположенными параллельно, а конические - между пересекающимися валами.
В оборудовании находят применение фрикционные передачи с регулируемым передаточным числом. Одна из простейших таких передач показана на рис. 5.
Для изменения передаточного числа они оснащены устройствами, перемещающими одно из колес (дисков) вдоль вала и в соответствующем месте его закрепляющими. Уменьшение таким устройством диаметра D ведомого колеса до рабочего диаметра D, обеспечивающее увеличение частоты вращения ведомого колеса. В результате уменьшается передаточное число По мере удаления ведущего колеса от оси ведомого передаточное число, наоборот, увеличивается. Такое плавное регулирование скорости называется беоступенчатым, а устройство, осуществляющее регулирование - ваумаюром скоростей.
Зубчатые передачи
Зубчатые передачи имеются почти во всех сборочных единицах промышленного оборудования. С их помощью изменяют по величине и направлению скорости движущихся частей станков, передают от одного вала к другому усилия и крутящие моменты, а также преобразуют их.
В зубчатой передаче движение передается с помощью пары зубчатых колес. В практике меньшее зубчатое колесо принято называть шестерней, а большее - колесом. Термин «зубчатое колесо» относится как к шестерне, так и к колесу.
В зависимости от взаимного расположения геометрических осей валов зубчатые передачи бывают: цилиндрические, конические и винтовые. Зубчатые колеса для промышленного оборудования изготовляют с прямыми, косыми и угловыми (шевронными) зубьями.
По профилю зубьев зубчатые передачи различают: эвольвентные, с зацеплением Новикова и циклоидальные. В машиностроении широко применяют эвольвентное зацепление. Принципиально новое зацепление М. А. Новикова возможно лишь в косых зубьях и благодаря высокой несущей способности является перспективным. Циклоидальное зацепление используется в приборах и часах.
Цилиндрические зубчатые колеса с прямым зубом служат в передачах с параллельно расположенными осями валов и монтируются на последних неподвижно или подвижно.
Косозубые колеса монтируют на валах только неподвижно. Работа косозубых колес сопровождается осевым давлением, а потому они пригодны для передачи лишь сравнительно небольших мощностей. Осевое давление можно устранить, соединив два косозубых колеса с одинаковыми, но направленными в разные стороны зубьями. Так получают шевронное колесо, которое монтируют, обращая вершину угла зубьев в сторону вращения колеса. На специальных станках шевронные колеса изготовляют целыми из одной заготовки.
Шевронные колеса отличаются большой прочностью, их применяют для передачи больших мощностей в условиях, когда зубчатое зацепление испытывает во время работы толчки и удары. Эти колеса также устанавливают на валах неподвижно.
Рис. 6. Зубчатые зацепления:
а - цилиндрическое с прямым зубом, б - то же, с косым зубом, е - с шевронными зубьями, г - коническое, д-колесо-рейка, е - червячное, ж -с круговым зубом
Конические зубчатые передачи различают по форме зубьев: прямозубые, косозубые и круговые.
На рис. 6, г показаны конические прямозубые, а на рис. 6, ж круговые зубчатые колеса. Их назначение - передача вращения между валами, оси которых пересекаются.
Конические зубчатые колеса с круговым зубом применяются в передачах, где требуется особая плавность и бесшумность движения.
На рис. 6, д изображены зубчатое колесо и рейка. В этой передаче вращательное движение колеса преобразуется в прямолинейное движение рейки.
Зубчатая передача с зацеплением Новикова. Эвольвентное зацепление является линейчатым, так как контакт зубьев практически происходит по узкой площадке, расположенной вдоль зуба, почему контактная прочность этого зацепления сравнительно невысока.
В зацеплении Новикова линия контакта зубьев обращается в точку и зубья касаются только в момент прохождения профилей через эту точку, а непрерывность передачи движения обеспечивается винтовой формой зубьев. Поэтому данное зацепление может быть только косозубым е углом наклона f = 10-30°. При взаимном перекатывании зубьев контактная площадка перемещается вдоль зуба о большой скоростью, что создает благоприятные условия для образования устойчивого масляного слоя между зубьями, благодаря чему трение в передаче уменьшается почти в два раза, соответственно повышается несущая способность зубьев.
Существенным недостатком рассмотренного зацепления является повышенная чувствительность к изменению межосевого расстояния и значительным колебаниям нагрузок.
Основные характеристики зубчатых колес. В каждом зубчатом колесе различают три окружности (делительную окружность, окружность выступов, окружность впадин) и, следовательно, три соответствующих им диаметра.
Делительная, или начальная, окружность делит зуб по высоте на две неравные части: верхнюю, называемую головкой зуба, и нижнюю, называемую ножкой зуба. Высоту головки зуба принято обозначать ha, высоту ножки- hf, а диаметр окружности - d.
Окружность выступов - это окружность, ограничивающая сверху профили зубьев колеса. Обозначают ее da.
Окружность впадин проходит по основанию впадин зубьев: диаметр этой окружности обозначают df.
Рис. 7. Схема движения контактной площадки и основные элементы зубчатого колеса:
а - эвольвентное зацепление, б - зацепление Новикова, в - основные злементы зубчатого колеса
Необходимо отметить, что в таблице не приведены характеристики широко применяемых корригированных зубчатых колес, у которых относительные размеры зуба и другие показатели иные, чем вытекающие из приведенных формул, а также колеса, в основе размеров элементов которых лежит двойной модуль.
Тихоходные зубчатые колеся изготовляют из чугуна или углеродистой стали, быстроходные - из легированной стали. После нарезания зубьев на зуборезных стенках зубчатые колеса подвергают термической обработке, чтобы увеличить их прочность и повысить стойкость против износа У колес из углеродистой стали поверхность зубьев улучшают химико-термическим способом - цементацией и потом закаливанием. Зубья быстроходных колес после термической обработки шлифуют или притирают. Применяется также поверхностная закалка токами высокой частоты.
Чтобы зацепление было плавным и бесшумным, одно из двух колес в зубчатых парах в отдельных случаях, когда это позволяет нагрузка, выполняют из текстолита, древеснослоистого пластика ДСП -Г или капрона.
Для облегчения зацепления зубчатых колес при включении посредством перемещения по валу, торцы зубьев со стороны включения закругляют.
Червячные передачи. Червячные передачи позволяют получить малые передаточные числа, что делает их применение целесообразным в случаях, когда требуются небольшие частоты вращения ведомого вала. Имеет существенное значение и то, что червячные пере-
Дачи занимают меньше места, чем зубчатые. Червячная передача состоит из червяка, насаживаемого на ведущий вал или изготовляемого заодно с ним, и червячного колеса, закрепляемого на ведомом валу. Червяк представляет собой винт с трапецеидальной резьбой Червячное колесо имеет вогнутые по длине винтовые зубья.
По числу зубьев различают червяки однозаходные, двухзаходные и т. д. Однозаходный червяк за один оборот поворачивает колесо на один зуб, двухзаходный червяк - на два и г. д.
Недостатком червячных передач являются большие потери передаваемой мощности на трение. Для уменьшения потерь червяк изготовляют из стали и его поверхность после закалки шлифуют, а червячное колесо изготовляют из бронзы. При таком сочетании материалов трение уменьшается, следовательно, меньше становятся потери мощности; кроме того, уменьшается износ детали.
Из бронзы в целях экономии обычно делают не все червячное колесо, а только обод, надеваемый затем на стальную ступицу.
Липецкий колледж транспорта и дорожного хозяйства
Исследовательская работа студентов группы К2-14
Тема: «Исследование работы механизмов для преобразования движения
Липецк
2015/2016 учебный год
Содержание
1.Введение (исторические основы вопроса преобразования движения)
2. Актуальность исследования (прикладной характер гипотезы),
3. Цель исследования
3. Способы и методы исследовательской работы
6. Выводы и предложения
7. Презентация проекта
1. Введение
Механизмы для преобразования движения
Краткий обзор истории развития простых механизмов
Согласно существующей в механике классификации ДПЭ относится к семейству простейших механизмов, веками верой и правдой служившим человеку, таким как колесо, блок, рычаг, ворот.
Все они изначально приводятся в действие мускульной силой человека и практическая их ценность состоит в многократном умножении (усилении) исходного мускульного воздействия. Каждый из этих механизмов прошел длительное испытание практикой и временем и по сути они стали своеобразными "кирпичиками " (элементарными звеньями) из которых построено великое множество разнообразных сложнейших механизмов. Особое место среди этих механизмов занимает, безусловно, колесо; потому что именно с его помощью было осуществлено непрерывное преобразование механической энергии, использующее в качестве источника силу тяжести.
Речь идет конечно же о преобразователе, известном как водяное колесо , впоследствие ставшим гидротурбиной (что увеличило эффективность механизма, оставив прежним принцип действия).
Широчайшее применение данного типа преобразователя объясняется очень просто: его идеальной сопрягаемостью (в простейшем случае - посредством одной общей оси вращения) с важнейшими мельничным жерновом , а позже - электрогенератором .
Интересно также применение водяного колеса в "инверсном (обратном) включении" для подъема воды, используя "входную" мускульную силу человека.
Однако не все же нагрузки имели вращательный характер (например, для
мощных кузнечных мехов
лучше бы подходил преобразователь возвратно-поступательного типа), и тогда приходилось прибегать к промежуточным преобразователям (типа кривошипно-шатунного механизма) , которые вносят свои потери в процесс преобразования и увеличивают сложность и стоимость
системы. Многие примеры необходимости применения промежуточных преобразователей при переходе от вращательного движения к возвратно-поступательному мынаходим в древних рисунках и гравюрах.
На рисунке внизу, например, показано сопряжение вращающегося водяного колеса с поршневым насосом - механической нагрузкой, требующей возвратно-поступательного движения приводного механизма.
Таким образом становиться очевидной полезность и востребованность
для многих практических применений преобразователей энергии возвратно-поступательного типа, приводимых в движение той же силой тяжести.
Наиболее подходящим простым механизмом в этом случае является рычаг.
Рычаг, в полном смысле - усилитель силы. Поэтому он и нашел широчайшее применение при подъеме тяжестей, например, в строительстве (классический пример - строительство пирамид египтянами). Однако, в этом применении
"входным" воздействием служили те же мускульные усилия людей, а режим работы рычага был, конечно же, дискретным.
Есть еще один интересный практический пример применения рычага как преобразователя энергии: это древняя боевая метательная машина - требушет.
Требушет интересен новым принципиальным отличием от классического применения рычага: он приводится в действие уже силой тяжести (а не мускульной силой) падающей массы. Однако признать требушет преобразователем энергии, с возможностью подсоединения полезной нагрузки не представляется возможным. Во первых это механизм единичного (разового) действия, во вторых чтобы его зарядить (поднять груз) требуется все та же мускульная сила (хотя и усиленная с помощью блоков и воротов).
Тем не менее, творческая мысль ищет новые пути в попытках сопряжения рычага с полезной нагрузкой и использования при этом силы тяжести в качестве исходной движущей силы.
Механизмы, преобразующие движение: зубчато-реечный, винтовой, кривошипный, кулисный, кулачковый. Их детали, характеристики и особенности целевого использования в различных отраслях производства и легкой промышленности. Схемы их работы в различных машинах.
Для приведения в действие рабочих органов, а также для преобразования одного вида движения в другой применяют кривошипно-шатунные, кулачковые и другие механизмы.
Кривошипно-шатунный механизм. Такой механизм преобразует вращательное движение в поступательное. В неподвижных подшипниках станины вращается вал с кривошипом, связанный шарниром с одним концом шатуна. Другой конец шатуна при помощи шарнира соединен с ползуном, скользящим в неподвижных прямолинейных направляющих. Если кривошип вращается непрерывно, то ползун совершает возвратно-поступательное движение. В течение одного оборота кривошипа ползун совершает два хода - сначала в одном, а затем в обратном направлении.
Кривошипно-шатунный механизм применяют в паровых машинах, двигателях внутреннего сгорания, поршневых насосах и т. д. Положение кривошипа в верхней точке поступательного хода называют мертвой точкой. Для перехода кривошипом этого положения, когда он является ведущим звеном механизма, предназначен маховик - колесо с тяжелым ободом, насаженное на кривошипный вал. Кинетическая энергия маховика обеспечивает непрерывное движение кривошипно-шатунного механизма.
Кулачковый механизм. Такой механизм преобразует вращательное движение в поступательное в различного рода автоматах, металлорежущих станках и других машинах. Кулачек, вращаясь вокруг оси, сообщает толкателю возвратно-поступательное движение.
Движение толкателя зависит от профиля кулачка. Если профиль кулачка представляет дугу окружности, описанной из центра, то толкатель на этом участке будет неподвижным. Такой кулачковый механизм называют плоским.
Преобразование вращательного движения в прямолинейное
Кулисные механизмы
Кулачковые механизмы
Шарнирно-рычажные механизмы
Кривошипно-шатунные механизмы
Кривошипно-шатунные механизмы служат для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот. Основными деталями кривошипно-шатунного механизма являются: кривошипный вал, шатун и ползун, связанные между собой шарнирно (а). Длину хода ползуна можно получить любую, зависит она от длины кривошипа (радиуса). Если длину кривошипа мы обозначим через букву А, а ход ползуна через Б, то можем написать простую формулу: 2А = Б, или А = Б/2. По этой формуле легко найти и длину хода ползуна и длину кривошипа. Например: ход ползуна Б = 50 мм, требуется найти длину кривошипа А. Подставляя в формулу числовую величину, получим: А = 50/2 = 25 мм, то есть длина кривошипа равна 25 мм.
а - принцип действия кривошипно-шатунного механизма,
б - одно-коленчатый вал, в - много-коленчатый вал,
г - механизм с эксцентриком
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
Возвратно-поступательное движение в кривошипных механизмах можно передавать и без шатуна. В ползунке, которая в данном случае называется кулисой, делается прорез поперек движения кулисы. В этот прорез вставляется палец кривошипа. При вращении вала кривошип, двигаясь влево и вправо, водит за собой и кулису.
а - принудительная кулиса, б - эксцентрик с пружинным роликом,
в - качательная кулиса
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
Кулачковые механизмы служат для преобразования вращательного движения (кулачка) в возвратно-поступательное или другой заданный вид движения. Механизм состоит из кулачка - криволинейного диска, насаженного на вал, и стержня, который одним концом опирается на криволинейную поверхность диска. Стержень вставлен в направляющую втулку. Для лучшего прилегания к кулачку, стержень снабжается нажимной пружиной. Чтобы стержень легко скользил по кулачку, на его конце устанавливается ролик.
а - плоский кулачек, б - кулачек с пазом, в - кулачек барабанного типа,
г - серцевидный кулачек, д - простейший кулачек
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
Часто в машинах требуется изменить направление движения какой-либо части. Допустим, движение происходит горизонтально, а его надо направить вертикально, вправо, влево или под каким-либо углом. Кроме того, иногда длину хода рабочего рычага нужно увеличить или уменьшить. Во всех этих случаях применяют шарнирно-рычажные механизмы.
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.
2. Актуальность исследования (прикладной характер гипотезы)
Работа с различными механизмами стала сегодня неотъемлемой частью нашей жизни. Мы используем механизмы преобразования движения, не задумываясь, а как они выполнены, почему облегчают нашу жизнедеятельность.
Актуальность темы нашей работы определяется тем, что в настоящее время роль таких механизмов в современной жизни не оценена в полном объеме, в процессе обучения по нашей профессии такие механизмы имеют важное значение.
В современном мире изучение механизмов преобразования движения является важной частью всего курса обучения по профессии «Машинист крана», так как зная основные принципы работы исполнения действующих органов, подъемных механизмов, работы двигателя внутреннего сгорания, преобразования движения в ходовой части автомобиля. Поэтому гипотезой нашего исследования будет следующая версия. При активном изучении работы подобных механизмов активнее происходит выполнение практических работ на различных видах производственных практик. (учебное вождение на автомобиле, учебная практика на автокране)
Многие интересуются и увлекаются изучением, конструированием и моделированием различными механизмами, в том числе и механизмами преобразования движения
Наверное, каждый человек хотя бы один раз в жизни задумывался над тем каким способом облегчить свою жизнь и создать необходимые удобства в обработке материалов, управление транспортом, строительстве
Всегда вызывало у людей множество вопросов проблемы работы подобных механизмов. Исследуя историю вопроса мы пришли к выводу, что подобные механизмы совершенствуются с развитием техники
3. Цель исследования
Цель работы
Цель работы - изучить, какую роль механизмы преобразования движения играют в современной технике
Основная цель работы - ответить на вопрос почему важно подробно изучать механизмыпреобразования движения в процессе овладения профессии «Машинист крана», также хотим доказать, что активное изучение подобных машин и механизмов помогает успешно проходить различные практические работы.
4. Задачи исследовательской работы
Для достижения поставленной цели нам необходимо решить следующие задачи:
Задачи работы:
1.Изучить литературу по теме механизмов преобразования движения
2.Выяснить значение терминов кривошипно-шатунный механизм, кулачковый механизм, шарнирный механизм другие виды механизмов.
3. Найти примеры в технике, жизни бытовое применение, собрать материал для упорядочивания данных, изготовить модель механизмов
4.Провести наблюдение за работой подобных механизмов в практической работе
5.Сравнить полученные результаты
6.Сделать выводы о проделанной работе
5. Практические основы исследовательской работы (модели, проекты, наглядные примеры)
фото
6. Выводы и предложения
Исследование может быть полезно и интересно студентам профессиональных учреждений, которые изучают подобные механизмов,а также всем, кто интересуется техникой.
Своей работой мы хотели привлечь внимание студентов к проблеме изучения механизмов преобразования движения.
В процессе работы над исследованием мы приобрели опыт … Думаю, что полученные мной знания позволят мне избежать ошибок / помогут правильно …
Результаты исследования заставили меня задуматься …
Больше всего сложностей вызвало у меня …
Исследование в корне изменило мое мнение / представление о …
Наиболее распространенными механизмами преобразования вращательного движения в прямолинейное являются знакомые нам по рис. 1 кривошипно-шатунный и по рис. 7, д - реечный, а также винтовой, эксцентриковый, кулисный, храповой и другие механизмы.
Винтовые механизмы
широко применяются в самых разнообразных машинах для преобразования вращательного движения в поступательное и, наоборот, поступательного во вращательное. Особенно часто винтовые механизмы
применяются в станках для осуществления прямолинейного вспомогательного (подача) или установочного (подвод, отвод, зажатие) движения таких сборочных единиц, как столы, суппорты, каретки, шпиндельные бабки, головки и т. д.
Винты, применяемые в этих механизмах, называются ходовыми. Часто также винтовой механизм
служит для подъема грузов или вообще для передачи усилий. Примером такого применения винтового механизма
является использование его в домкратах, винтовых стяжках и т. д. В этом случае винты будут называться грузовыми. Грузовые винты обычно работают с незначительными скоростями, но с большими усилиями по сравнению с ходовыми винтами.
Основными деталями винтового механизма являются винт и гайка.
Обычно в винтовых механизмах (передачах винт-гайка) движение передается от винта к гайке, т. е. вращательное движение винта преобразуется в поступательное движение гайки, например механизм поперечного перемещения суппорта токарного станка. Встречаются конструкции, когда движение передается от гайки к винту, и винтовые передачи, в которых вращение винта преобразуется в поступательное того же винта, при закрепленной неподвижно гайке. Примером такого механизма может служить винтовая передача верхней части стола (рис. 9, а) фрезерного станка. При вращении рукояткой 6 винта 1 в гайке 2, закрепленной винтом 3 в салазках 4 стола,5, винт 1 начинает двигаться поступательно. Вместе с ним движется по направляющим салазок стол 5.
Схема эксцентрикового механизма показана на рис. 9, б. Эксцентрик представляет собой круглый диск, ось которого смещена относительно оси вращения вала, несущего диск. Когда вал 2 вращается эксцентрик 1 воздействует на ролик 3, перемещая его и связанный с ним стержень 4 вверх. Вниз ролик возвращается пружиной 5. Таким образом, вращательное движение вала 2 преобразуется эксцентриковым механизмом в поступательное движение стержня 4.
Кулачковые механизмы широко применяются в станках-автоматах и других машинах для осуществления автоматического цикла работы. Эти механизмы могут быть с дисковым цилиндрическим и торцовым кулачками. Показанный на рис. 9, в механизм представляет собой кулачок 1 с канавкой 2 сложной формы на торце, в кoторую помещен ролик 3, соединенный с ползуном 4 посредством стержня 5. В результате вращения кулачка 1 (на разных его участках) ползун 4 получает разную скорость прямолинейного возвратно-поступательного движения.
На рис. 9, г представлена схема кулисного механизма , широко применяемого, например, в поперечно-строгальных и долбежных станках. С ползуном 1, на котором закреплен суппорт с режущим инструментом, шарнирно связана при помощи серьги 2 качающаяся влево и вправо деталь 4, называемая кулисой. Внизу кулиса соединена посредством шарнирного соединения 6, причем своим нижним концом она поворачивается около этой оси во время качаний.
Качания кулисы происходят в результате поступательно-возвратных перемещений в ее пазу детали 5, называемой кулисным камнем и получающей движение от зубчатого колеса 3, с которым она соединена. Зубчатому колесу 3, называемому кулисной шестерней, вращение передается колесом, закрепленным на ведущем валу. Скорость вращательного движения кулисного колеса регулируется коробкой скоростей, связанной с электродвигателем.
Длина хода ползуна зависит от того, в каком виде установлен на кулисной шестерне кулисный камень. Чем дальше от центра шестерни расположен кулисный камень, тем больше окружность, которую он описывает при вращении шестерни, и, следовательно, тем больше угол качания кулисы и длиннее ход ползуна. И наоборот, чем ближе к центру колеса установлен кулисный камень, тем меньше все перечисленные движения.
Храповые механизмы позволяют в широком диапазоне изменять величину периодических перемещений рабочих органов машин. Типы и область применения храповых механизмов разнообразны.
Храповой механизм (рис. 10) состоит из четырех основных звеньев: стойки 1, храповика (зубчатого колеса) 4, рычага 2 и детали 3 с выступом, которая носит название собачки. Храповик со скошенными в одну сторону зубьями насажен на ведомый вал механизма. На одной оси с валом шарнирно закреплен рычаг 2, поворачивающийся (качающейся) под действием приводной штанги 6. На рычаге также шарнирно укреплена собачка, выступ которой имеет форму, соответствующую впадине между зубьями храповика.
Во время работы храпового механизма приходит в движение рычаг 2, Когда он движется вправо, собачка свободно скользит по закругленной части зуба храповика, затем она под действием своей силы тяжести или специальной пружины заскакивает во впадину и, упираясь в следующий зуб, толкает его вперед. В результате этого храповик, а с ним и ведомый вал поворачиваются. Обратный поворот храповика с ведомым валом при холостом ходе рычага с собачкой 3 предотвращается стопорной собачкой 5, шарнирно закрепленной на неподвижной оси и прижатой к храповику пружиной.
Описанный механизм преобразует качательное движение рычага в прерывисто-вращательное движение ведомого вала.
Тема: «Передача вращательного движения».
Большинство современных машин и приборов создается по схеме двигатель – передача – рабочий орган (исполнительный механизм) (рис. 1).
Передача
Двигатель
Рабочий орган машины
Рис. 1
Причины применения передач:
необходимость изменения величины скорости и направления движения.
Необходимость увеличить в несколько раз вращающий момент на ведущих колесах (при трогании с места, на подъемах).
Назначение передач:
выбор оптимальной скорости движения;
регулирование скорости движения (повышение, понижение);
изменение вращающихся моментов и сил движения;
передача мощности на расстояние.
Передача – это механизм, служащий для передачи механической энергии на расстояние с преобразованием скоростей и моментов.
Для передачи вращательного движения используют: фрикционные, решетные, зубчатые, червячные, цепные передачи.
По принципу действия передачи делят на 2 группы:
Передачи, основанные на использовании сил трения между элементами передачи (фрикционные, решетные).
Передачи зацеплением, работающие в результате возникновения давления между зубьями или кулачками на взаимодействующих деталях (зубчатые, червячные, цепные).
Классификация передач:
По характеру изменения скорости передачи бывают понижающие и повышающие.
По конструктивному оформлению передачи бывают открытые (без закрывающего корпуса) и закрытые (общий корпус с герметизацией и смазкой).
По числу ступеней – одноступенчатые и многоступенчатые.
Тема: «Передачи преобразующие движение».
Существует два вида преобразования движения:
преобразование вращательного движения в поступательное,
преобразование поступательного движения во вращательное.
Для преобразования вращательного движения в поступательное применяют реечную зубчатую передачу и передачу винт-гайка.
Для преобразования поступательного движения во вращательное применяют только реечную зубчатую передачу.
Передача и преобразование вращательного движения в поступательное и наоборот осуществляется цилиндрическим колесом 1 и рейкой 2 (рис. 1).
Рис. 1. Реечная зубчатая передача
Достоинства реечной зубчатой передачи: надежность, компактность, долговечность, небольшие нагрузки на валы и подшипники, постоянство передаточного отношения из-за отсутствия проскальзывания.
Недостатки : высокие требования к точности изготовления, шум при больших скоростях, жесткость. Применяют в широком диапазоне областей и условий работы – от часов и приборов до самых тяжелых машин.
Это винтовой механизм, служащий для преобразования вращательного движения в поступательное.
Эти передачи обеспечивают большой выигрыш в силе, возможность получения медленного движения, большую несущую способность при малых габаритах, возможность достижения высокой точности перемещений, простоту конструкции и изготовления – это их достоинства .
Эти передачи нашли широкое применение в различных механизмах: домкратах, винтовых прессах, механизмах перемещения столов, испытательных машинах, измерительных приборах.
Ведущим звеном, совершающим вращательное движение, может быть как винт 1 , так и гайка 2 .
К недостаткам этих механизмов относят: большие потери на трение и малых КПД, повышенная интенсивность и изнашивание резьбы из-за большого трения.
Передачи винт – гайка делятся на передачи скольжения и качения.
Передачи скольжения требуют наличия смазки между винтом и гайкой или гайка может быть выполнена из бронзы.
В передачах качения на винте и гайке выполняют винтовые канавки, которые служат дорожками качения для шариков (рис. 3).
Рис. 2 Передача винт – гайка Рис. 3 Шариковинтовая передача
