Основные виды механизмов и их структурные схемы

Теория механизмов и машин Васильев Донат Александрович кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Электронная почта: d.a.vasiljev@gmail.com ауд. 3306, тел. 407-621 Основные виды механизмов и их структурные схемы Машина есть устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации в целях замены или облегчения физического и умственного труда человека. Механизмом называется система тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения других тел. Деталь – изделие, изготовленное из однородного материала без применения сборочных операций. Виды механизмов и их структурные схемы. Структурный синтез механизмов: обобщенные координаты, начальные звенья, число степеней свободы, механизмы с избыточными связями, структурный синтез плоских механизмов, структурная классификация плоских механизмов. Шарнирный четырехзвенный механизм. 1-кривошип. 2-шатун. 3-коромысло. 0-стойка. Плоский механизм Шарнирный четырехзвенник применяют и для случая, когда одна из его точек должна двигаться по заданной траектории движения. Пространственный механизм Плоским называется механизм все подвижные точки которого движутся в параллельных плоскостях. Механизм является пространственным, если подвижные точки его звеньев описывают неплоские траектории или траектории, лежащие в пересекающихся плоскостях. Кулисный механизм. 1-кривошип. 2-кулисный камень. 3-кулиса. Кулисный механизм служит для преобразования одного вида вращательного движения (звено 1) в другое (звено 3). Или непрерывного вращательного движения (звено 1) в возвратно-поступательное движение (звено 5). Механизм универсального шарнира (шарнир Гука или карданной передачи) Механизм универсального шарнира (шарнир Гука или карданной передачи) служит для передачи вращательного движения между валами, оси которых пересекаются Зубчатая передача i=r1/ r2 внутреннее зацепление внешнее зацепление Зубчатая передача Реечное зацепление Зубчатая передача коническая передача Зубчатая передача винтовая передача червячная передача гипоидная передача Кулачковый механизм Замыкание высшей пары может быть силовое или геометрическое. Фрикционные механизмы Передача вращательного движения осуществляется посредством трения между звеньями, образующими высшую пару. Мальтийский механизм Механизм преобразует непрерывное вращение входного звена кривошипа в прерывистое (с остановками) вращение выходного звена (креста). Храповой механизм Храповой механизм служит для преобразования возвратно-вращательного движения коромысла (рычага) с собачкой в непрерывное вращательное движение (в одном направлении) храпового (зубчатого) колеса . Волновая зубчатая передача 1 - входной вал: 2 - кулачок (генератор волн); 3 - тонкостенное упругое колесо с наружными зубьями; 4 - зубчатое колесо с внутренними зубьями; 5 - выходной вал; 6 – корпус редуктора. Обобщенными координатами механизма называют независимые между собой координаты (угловые или линейные) однозначно определяющие положения всех звеньев механизма относительно стойки. Начальное звено – звено, которому предписывается обобщенная координата. Степень свободы W механизма – число степеней свободы звеньев механизма относительно звена, принятого за неподвижное (стойку). Степень свободы механизма равна числу обобщенных координат. Структурные формулы механизмов Для пространственного механизма (формула Малышева - Сомова) W  6n  5 p5  4 p4  3 p3  2 p2  p1 где n – число подвижных звеньев; p5 - число кинематических пар 5 класса; P4 - число кинематических пар 4 класса и т.д Для плоского механизма (формула Чебышева) W  3n  2 p5  p4 В механизмах могут быть звенья, не влияющие на характер движения механизма. Следовательно, удаление из механизмов таких звеньев не повлечет на изменение общего характера движения механизма в целом. Повторяющиеся связи будем называть избыточными или пассивными связями. Степень свободы механизма без пассивного звена W= 3n - 2p5 - p4 = 3 х 3 -2 х 4 - 0 = 1 Степень свободы механизма с пассивным звеном W= 3n - 2p5 - p4 = 3 х 4 -2 х 6 – 0 = 0 Основной принцип образования механизмов впервые сформулирован в 1914 году русским ученым Л.В. Ассуром. К начальному звену и стойке, образующие кинематическую пару 5 класса (основной механизм, механизм 1 класса), последовательно присоединяются кинематические цепи (группы Ассура) с нулевой степенью свободы относительно тех звеньев, с которыми входят в кинематические пары свободные элементы ее звеньев, и не распадающиеся на более простые цепи, обладающие также нулевой степенью свободы. Класс группы определяется по предложению И.И. Артоболевского числом кинематических пар, входящих в замкнутый контур, образованными внутренними кинематическими парами. Порядок группы определяется числом элементов звеньев, которыми группа присоединяется основному механизму. Структурная группа второго класса, состоящая из двух звеньев и трех вращательных пар, называется двухповодковой группой и дополнительно классифицируется по видам, различающихся сочетанием вращательных и поступательных пар Прямозубое цилиндрическое эвольвентное зубчатое колесо представляет собой цилиндр, по образующей которого расположены выступы (зубья). Поверхность, отделяющая зубья от тела зубчатого колеса, называется поверхностью впадин зубьев. Поверхность, ограничивающая зубья со стороны, противоположной телу зубчатого колеса, - поверхность вершин (выступов) зубьев. Пространство между двумя соседними зубьями – впадина. Поверхность, ограничивающая зуб со стороны впадины, называется боковой поверхностью зуба. В 1764 г. Эйлер предложил эвольвентное зацепление. В эвольвентных зубчатых колесах профили зубьев очерчиваются по эвольвентам окружности с центром на оси колеса. da – диаметр окружности вершин; df - диаметр окружности впадин; db – диаметр основной окружности; d – диаметр делительной окружности; dw - диаметр начальной окружности; - угол профиля эвольвенты на делительной окружности.  По начальной окружности происходит перекатывание профилей сопряженных зубьев без проскальзывания. Угловой шаг 2  z Z – число зубьев. S и Sу – окружная толщина зуба по делительной и произвольной окружностям. е и еу – окружная толщина зуба по делительной и произвольной окружностям. p и py - окружные шаги по делительной и произвольной окружностям. ру = sу + еу р=s+е Длина дуги по окружности произвольного радиуса  d у  pу z py   my dу  pу z  - модуль зацепления. Зубья колес нарезаются на специальных станках режущим инструментом, размеры и форма которых зависят от величины модуля. Чтобы не иметь большое количество режущих инструментов, условились для некоторой окружности, называемой делительной, выбирать модуль из ряда рациональных чисел. ГОСТ 9563-60 . . . . 0.5 0.6 0.8 1 1.25 1.5 2 2.5 . . . . Диаметр делительной окружности d  m z Нулевые колеса – зубчатые колеса у которых делительные окружности совпадают с начальными Высота зуба h  ha  h f ha - высота делительной головки зуба. hf - высота делительной ножки зуба.  a h  a ha  h  m - коэффициент высоты зуба.  a  h f  (h  c )m c  - коэффициент радиального зазора. da  d  2ha  mz  2m  m( z  2) d f  d  2h f  mz  2(1  0.25)m  m( z  2.5) db  d  cos   20 Межосевое расстояние – расстояние между осями зубчатых колес d1 d 2 m  z1 m  z2 aw      0.5m( z1  z2 ) 2 2 2 2 Линией зацепления называется геометрическое место контакта сопряженных профилей зубьев. Дуга зацепления – путь (d - d), пройденный начальной окружности за время зацепления одной пары зубчатых колес. Длина дуги зацепления на начальной окружности равна длине активной линии зацепления, деленной на косинус угла зацепления. ab dd  cos  w Зубчатые колеса с эвольвентным профилем зуба обычно нарезают на специальных зуборезных станках двумя методами: •методом копирования; •методом обкатки. Если дуга зацепления равна шагу по начальной окружности, то при перекатывании начальных окружностей на эту дугу только пара сопряженных профилей зубьев находится одновременно в зацеплении. Если дуга зацепления будет меньше шага, то в зацеплении произойдет перерыв, и передача будет работать с ударом. Желательно, чтобы дуга зацепления всегда была больше шага. Тогда передача будет работать плавно, без перерывов. Отношение дуги зацепление к шагу по начальной окружности называется коэффициентом перекрытия dd ab   pw pw cos  w Метод копирования Режущие инструменты: пальцевая и дисковая модульная фреза. Недостатки: - огромная номенклатура режущего инструмента; -принципиальная неточность нарезания зубьев (использование универсального комплекта фрез); - низкая производительность.