Лекции по "Прикладная механика"

 

Рис.1.34. Зубчатый механизм с  внутренним зацеплением

Наряду с прямозубыми, широкое распространение получили зубчатые колеса с косыми и шевронными зубьями.

Зубчатая передача с реечным  зацеплением имеет в составе  зубчатую рейку 1 и зубчатое колесо 2  (рис.1.35).

Рис.1.35. Зубчатый механизм с  реечным зацеплением

 

 

 

 

2) При пересекающихся  валах применяют конические колеса (рис.1.36) с прямыми зубьями, а  также с косыми, криволинейными  и круглыми.

            Рис.1.36. Коническая зубчатая передач

3) При скрещивающихся  валах используется червячная  передача (рис.1.37), у которой входным  звеном является червяк 1, а также  могут применяться винтовые конические (гипоидные) колеса и винтовые  цилиндрические (геликоидальные) колеса. Это передачи со скрещивающимися  осями. Отличаются полностью бесшумной  работой и большим передаточным  отношением в одной паре, которое  в среднем составляет 16 - 25. Серьезным  недостатком червячных передач,  ограничивающим их применение  при значительных мощностях, является  низкий КПД,  обусловленный большими  потерями на трение в зацеплении.  Как следствие низкого КПД  - при работе передачи под нагрузкой,  выделяется большое количество  тепла, которое надо отводить  во избежание перегрева. Средние  значения КПД первичной передачи  составляют 0,7 -0,8.

Рис.1.37. Червячная передача

 

По  форме зуба передачи классифицируются:

- зубчатые передачи с  эвольвентным профилем зубьев;

- передачи с циклоидным профилем зуба

- косозубые передачи с  зацеплением Новикова М.Л., имеющем  в нормальном сечении круговой  профиль зуба.

Зубчатые передачи осуществляются не только в виде отдельной пары зубчатых колес в одноступенчатой  передаче, но и в более сложных  комбинациях, образуя сложные передачи. Различают два вида таких передач: многоступенчатые зубчатые передачи с  неподвижными осями и зубчатые передачи с колесами, имеющими подвижные оси.

Многоступенчатые зубчатые передачи с неподвижными осями подразделяются на рядовые и ступенчатые зубчатые передачи.

1. Рядовое соединение зубчатых колес представляет собой последовательное соединение нескольких зубчатых колес (рис.1.38).

Рис.1.38. Рядовое соединение зубчатых колес

 

Рис.1.39. Двухступенчатая  зубчатая передача

В ступенчатых зубчатых передачах  последовательно соединяются несколько  пар колес (рис.1.39), так что на осях может быть помещено более одного колеса.

2. Специальные многоступенчатые  передачи имеют некоторые зубчатые  колеса с подвижными осями  (рис.1.40). Здесь на подвижной оси  О2 находится колесо 2, которое  при вращении водила Н  вокруг  центральной оси О1 обегает  неподвижное (опорное) колесо 3 и  вращается вокруг собственной  оси.

Рис.1.40. Планетарный зубчатый механизм

Колеса 1 и 3 называются центральными колесами (солнечным и корончатым), колесо 2 сателлит или планетарное  колесо. Рассматриваемая зубчатая передача называется  планетарной  и имеет  одну степень  подвижности, т.к. имеется  неподвижное колесо 3. Достаточно задать закон движения одному звену, чтобы  все остальные звенья двигались  определенно и целесообразно.

Рис.1.41. Дифференциальный механизм

Иными словами работу передачи следует описать так: центральное  колесо 1 сообщает движение сателлиту 2, который обкатывается по колесу 3 и увлекает за собой по часовой  стрелке водило.

 

Планетарные передачи компактны  и используются для значительного  уменьшения числа оборотов на выходе, при этом передаточные отношения  могут быть более тысячи,

 Планетарные передачи, в которых все колеса подвижны, обладают двумя степенями подвижности  и называются дифференциальными  передачами (рис.1.41). Такая передача  должна иметь заданными законы движения двух звеньев.

К зубчатым передачам относятся  и устройства прерывистого движения: храповые механизмы, мальтийские механизмы  и другие.

Храповые  механизмы.

Храповые механизмы относятся  к механизмам прерывистого действия, которые обеспечивают движения ведомого звена в одном направлении  с периодическими остановками. Конструктивно  храповые механизмы делятся на нереверсивные  с внутренним зацеплением и с  храповым колесом, а также реверсивные  в виде зубчатой рейки.

Нереверсивный храповый механизм с внутренним зацеплением (рис. 12). Ведущим  звеном может быть как храповое колесо внутреннего зацепления /, соединенное  с зубчатым колесом внешнего зацепления, так и втулка 4 с закрепленной на ней собачкой 3, подпружиненной к  зубьям храпового колеса 1 пружиной 2.

                Рис. 1.42. Нереверсивный храповый механизм с внутренним зацеплением:

1 — храповое колесо; 2 — пружина; 3 — собачка; 4 — втулка

В нереверсивных механизмах (рис. 1.43) храповое колесо выполняют  в виде рейки 1 в направляющих, и  тогда собачка 2 сообщает рейке с  храповым зубом прерывистое прямолинейное  движение. В этом случае предусматривает  устройство, которое возвращает рейку  в начальное положение.

 

 

 Рис. 1.43. Нереверсивный  храповый            Рис. 1.44. Реверсивный храповый механизм: 1 — рейка; 2 — собачка                        механизм:1- храповик; 2 — ведущий

                                                                                          рычаг; 3 — собачка  

В машино- и приборостроении  применяют храповые механизмы, в  которых механизм (ведомое звено) двигается в одном направлении  с периодическими остановками (металлообрабатывающие  станки, задняя ведущая втулка у  велосипеда и др.).

Мальтийский механизм (крест).

Мальтийские кресты широко применяются в машинных автоматах. Они относятся к механизмам прерывистого действия и предназначены для  преобразования равномерного вращения ведущего звена в периодические  с остановками ведомого звена, работают плавно без ударов (в отличие от храповых механизмов).

Наиболее распространенные мальтийские механизмы с внешним  зацеплением (рис. 1.45). Такой механизм состоит из ведущего кривошипа 7, ролика 2 на его конце, мальтийского креста 3. При вращении кривошипа 1 ролик 2 входит в паз 4 мальтийского креста 3 и возвращает его на заданный угол. После выхода ролика 2 из паза 4 угловое положение  мальтийского креста фиксируется цилинд­рической  поверхностью диска. Мальтийские механизмы проектируются с числом пазов мальтийского креста, равным 3 + 12. Расчеты храповых механизмов на прочность проводятся в зависимости от вращающего момента на вале храпового колеса.

Рис. 1.45. Мальтийский механизм: 1 — ведущий кривошип; 2 — ролик;  3 - мальтийский крест; 4 - паз мальтийского креста

Механизмы с гибкими звеньями.

Ременные  передачи

Кроме механизмов с твердыми звеньями, рассмотренными нами выше, в  качестве промежуточных звеньев  применяются гибкие звенья (ремни, канаты, цепи, ленты и т.д.). Механизмы с  гибкими звеньями применяются при  значительных межосевых расстояниях. Применяются также для передачи вращения между параллельными удаленными валами. Область распространения  этих передач в настоящее время  значительно сократилась, однако они  еще находят широкое применение в качестве первичного привода от двигателя, а также привода к  механизмам, обладающим большим моментом вращающихся масс. При трогании с  места и в случае внезапных  перегрузок ремни пробуксовывают, спасая механизмы от поломок.

Преимущественное распространение  перед плоскими получили клиновые ремни, обладающие большей тяговой способностью.

 

                        Рис.1.46.  Открытая ременная передача

Ременные передачи по конструктивному оформлению подразделяются на

- Передачи с параллельными осями валов

- Передачи с непараллельными  осями валов.

На рис.1.46 показан простейший пример открытой ременной передачи, у  которой вращение шкивов 1 и 2 происходит в одном и том же направлении.

Передача ремнем осуществляется за счет трения возникающего между  шкивом и ремнем. Ремень может быть плоский, клиновой или зубчатый.

В перекрестной ременной передаче (рис.1.47) вращение шкивов 1  и  2 происходит в разных направлениях.

 

            Рис.1.47. Перекрестная ременная передача

    Рис.1.48.  Полуперекрестная  ременная передача

Примерами передачи с непараллельными  осями валов может служить  полуперекрестная ременная передача (рис.1.48), применяемая при передаче вращения между скрещивающимися валами.

Для обеспечения необходимой  силы трения между ремнем и шкивами, ремень должен быть натянут. Простейшее натяжное приспособление показано на рис.1.49,  где ролик 3 установлен на рычаге 4, который вращается вокруг оси В. На противоположном плече  рычага закреплен груз 5, перемещением которого вдоль рычага достигается  регулировка силы натяжения.

 

 

Рис.1.49. Открытая ременная передача с натяжным роликом 

Цепные  передачи

Применяются при передаче вращения между, параллельными удаленными друг от друга валами. В настоящее  время получили распространение  два типа приводных цепей:

а) цепи втулочно-роликовые (типа Галя),

б) цепи зубчатые из штампованных звеньев (типа Рейнольдса).

Зубчатые цепи, благодаря  относительно меньшему шагу, работают более плавно и бесшумно.

Недостатком цепных передач  является сравнительно быстрый износ  шарниров, способствующий вытяжке цепи и нарушению ее зацепления со звездочкой, а также шумная работа на высоких  скоростях вследствие особенностей кинематики цепной передачи.

Клиновые  и винтовые механизмы.

Эти механизмы трехзвенные. Они состоят из стойки и двух подвижных  звеньев, образующих три кинематические пары.

1) Трехзвенный клиновый  механизм простейшего вида, показанный  на рис.1.50, состоит из клиньев  1 и 2 и стойки 3. Он служит для  преобразования одного прямолинейного  движения в другое. Например, в  механизме клинчатого пресса, клин 1, движущийся под действием силы F1, перемещает вверх клин 2, преодолевая  усилие F2. Эти механизмы применяются  для различного вида прессов,  поглощающих аппаратов железнодорожных  автосцепок, зажимов, механизмов  подачи деталей и т.д.

Рис.1.50. Простой клиновый механизм

 

 

 

2) Трехзвенный винтовой  механизм (рис.1.51) состоит из винта  1, гайки 2 и стойки 3. Он предназначен  для преобразования вращательного  движения винта в поступательное  движение гайки по направляющим  стойки. Винтовой механизм, иначе  называемый передачей винт - гайка,  применяют для осуществления  перемещений, связанных с теми  или иными технологическими процессами (винты прессов, ходовые винты  станков, домкраты, струбцины, съемники  и т. д.).

Рис.1.51. Трехзвенный винтовой механизм

Механизмы с гидравлическими и пневматическими  устройствами.

Простейший механизм с  гидравлическим устройством является гидравлический пресс (рис.1.52). Его можно  рассматривать как четырехзвенный механизм, в котором ведущим звеном может быть один из поршней, например 1, ведомым — поршень 2. Жидкость 3 является звеном, передающим движение от ведущего к ведомому поршню с выигрышем в силе. Здесь емкость 4 – стойка.

                        Рис.1.52.  Гидравлический пресс

 

 

 

Аналогичное устройство имеют  многие механизмы, в которых используется сжатый воздух, например, различные  станочные приспособления, инструменты.

Основные  кинематические и силовые отношения  в передачах.

Основные характеристики передач. К ним относятся мощность на ведущем Р1 и ведомом Р2 валах  в кВт и угловая скорость ведущего  и ведомого  валов в рад/с. Эти  две характеристики минимально необходимы и достаточны для проведения проектного расчета любой передачи.

Ведущее звено – звено, которое приносит энергию в передачу (ведущий вал, ведущее колесо).

Ведомое звено – вал  или колесо, воспринимающее усилие от ведущего звена (катки, шкивы, зубчатые колеса и т. п.),

Ступень передачи – два  колеса сопряжено работающих между  собой с непосредственным сопряжением  или с промежуточным звеном.

В машиностроении принято  обозначать угловые и окружные скорости, частоту вращения, диаметры вращающихся  деталей ведущих валов индексами  нечетных цифр, ведомых — четными. Например, для колес трехступенчатой  передачи (рис.1.53) обозначения частот вращения следующие: п1 — ведущего вала I; п3 — ведущей шестерни вала II; п5 — ведущей шестерни вала III; п2 —  промежуточного ведомого вала II; п4 —  ведомого колеса вала III; п6 — ведомого колеса вала IV.