Кривошипо-кулісний механізм

В кривошипо-кулісному механізмі швидкість руху повзуна, або переміщення від крайнього лівого положення до крайнього правого положення рівне швидкості повзуна від правого до лівого положення. Інколи необхідно отримати інший закон руху повзуна. Наприклад, механізм подачі тканини в швейній машинці висуває вимогу до зубців механізму рухатися з різною швидкістю. Переміщуючи тканину, робоча швидкість зубців повинна бути нижчою, ніж швидкість під час переходу для нового захвату тканини. В цьому випадку в якості перетворювача обертового руху приводу в зворотно-поступальний рух зубців корисно використати кривошипо-шатунний механізм (мал.4.4)

Мал.4.4. Кривошипно-кулісний механізм.

Враховуючи коливний характер роботи цей механізм має й іншу назву - механізм з кулісою, яка коливається. Навколо нерухомої осі обертається кривошип (1), на кінці якого знаходиться палець (2). На палець насаджено повзун (3), який ковзає по повздовжніх прямолінійних пазах, прорізаних в тілі ричага (4) - кулісі.

Мал.4.5. Механізми з вищими парами.

Під час обертання кривошипа, повзун ковзає в пазу куліси і повертає її навколо нерухомої осі. Під час переміщення пальця з положення А в положення В куліса переміщується з крайнього лівого положення в крайнє праве положення, а при подальшому переміщенні пальця з положення В в положення А вона здійснює зворотній хід. Так як кут повороту кривошипа, на кінці якого знаходиться палець при цьому буде не рівний, відповідно, і швидкість руху куліси в одному напрямку буде меншою (робочий хід) ніж в зворотному (холостий хід).

Просторові механізми

Як зазначалося раніше, просторові механізми здійснюють рух ланки в площинах, які перетинаються. Такі механізми використовують рідше через складність їх використання. Розглянемо такі механізми на мал.4.5:

а, б - модель та схема чотриланкового механізму АВСD (ланка 1 - кривошип, 2 - шатун, 3 - коромисло, 4 - стійка);

в, г - модель і схема кривошипо-повзункового механізму АВС (ланка 1 - кривошип, 2 - штанга, 3 - повзун, 4 - стійка);

д, е - модель і схема механізму універсального шарніру (шарніру Гука, або карданної передачі), цей механізм служить для передачі обертового руху між валами, осі яких перетинаються (вхідна 1 та вихідна ланка 3 виконані у вигляді вилок, ланка 2 - у вигляді хрестовини, ланка 4 - стійка);

ж - структурна схема основного структурного ричажного механізму, одного із видів промислового робота. Це механізм незамкнутої кінематичної ланки ABCDEF (ланки 1-5 - рухомі, 6 - стійка, F - прихват).

Механізми з вищими парами

Серед механізмів з вищими парами найширше використання отримали: зубчаті, кулачкові, фрикційні, мальтійські та храпові механізми. Окрім названих використовуються й інші механізми.

Зубчато-рейковий механізм

Зубчато-рейковий механізм складається з циліндричного колеса і зубчатої рейки. На зубчатій рейці нарізані зуби. Механізм працює за рахунок сил зачеплення між зубами колеса та рейки. Будова зубів не допускає проковзування між ланками механізму, що дозволяє надійно здійснювати передачу зусилля. Одна з ланок механізму рухома, а інша закріплена. Цей механізм використовують для різних потреб. Прикладом використання такого механізму може служити механічний домкрат, коли на нерухомій осі обертається зубчате колесо і, знаходячись в зачепленні з рейкою, рухає її в повздовжньому напрямку. В такому випадку ведучим елементом, є колесо, а веденим - рейка. Можливий випадок і зворотного характеру - коли вздовж нерухомої рейки рухається зубчате колесо.

Основною кінематичною характеристикою механізму можна назвати рівність кутової швидкості колеса і лінійної швидкості рейки.

Гвинтовий механізм

Гвинтовий механізм складається з гвинта і гайки.

Він широко використовується для перетворення обертового руху в поступальний. Застосовують кілька варіантів механізму:

* ведучим елементом виступає гвинт, якому надається обертовий рух. Гайка закріплена нерухомо. Тому гвинт, обертаючись, одночасно здійснює поступальний рух. Прикладом такого механізму є слюсарні лещата;

* ведучим елементом виступає гвинт, якому надається обертовий рух. Він закріплений таким чином, що позбавлений можливості здійснювати поступальний рух. Гайка закріплена від можливості обертатися і може рухатися лише поступально. Прикладом такого механізму є пристрій для дослідження різьбового з’єднання, гвинтова подача на токарному верстаті;

* ведучим елементом виступає гайка. Їй надається обертовий рух, і вона закріплена від повздовжнього руху. Гвинт, у такому випадку, рухається поступально. Прикладом такого механізму є гвинтовий домкрат;

* ведучим елементом виступає гайка. Їй надається поступальний рух. Веденим рухом в такому випадку, буде обертальний рух гвинта. Прикладом такого механізму є, швидкісна викрутка. Можливе перетворення і в зворотному напрямку - поступального руху гвинта в обертовий рух гайки.

Перші три види механізмів використовуються для перетворення обертового руху в поступальний. Четвертий спосіб використовують для перетворення поступального руху в обертовий. Для його здійснення висувається обов’язкова вимога, лише при якій буде працювати механізм: кут підйому гвинтової лінії повинен бути досить великим.

Кінематичний розрахунок гвинтового механізму досить простий: за один оберт однієї ланки лінійне переміщення іншої ланки рівне ходу різьби, тобто, добуток кроку на число заходів. Окремим випадком гвинтового механізму є черв’ячна передача.

Кулачковий механізм

Мал.4.6. Схеми кулачкових Мал.4.7. Діаграма переміщень механізмів а – плоского, штовхача (а), б – просторового; схема побудови профіля 1 – кулачок, 2 – штовхач, кулачка за діаграмою 3 – пружина, 4 – вал.

Кулачковий механізм (мал.4.6.)дозволяє здійснювати будь-які закони руху веденої ланки при рівномірному обертанні ведучої ланки. Найпростішим дисковим (плоским) кулачковим механізмом є кулачок (диск) (1) з штовхачем (повзуном) (2). Штовхач притиснутий до кулачка пружиною (3). Під час обертання вала (4) кулачок тисне на штовхач і примушує його здійснювати зворотно-поступальний рух. Змінюючи профіль кулачка, можна змінювати і закон руху веденої ланки. Якраз ця характеристика механізму і призвела його до широкого використання в машинобудуванні. Такий механізм використовується і в швейних машинах.

Звичайно, закон руху штовхача задається технологічним процесом і виражається залежністю між ходом штовхача і кутом повороту кулачка (або повороту). Ця залежність, задана графічною формою, називається діаграмою переміщення штовхача (мал.4.7.).

Припустимо задана діаграма (мал.4.7,б). Для того щоб побудувати профіль кулачка, необхідно побудувати на осі абсцис кута повороту кулачка, а на осі ординат - відповідні їм розміри кінця штовхача від осі обертання кулачка. Проведемо коло (мал.4.7) і розділимо його на рівні частини, які відповідають кутам повороту кулачка, зображеним на діаграмі. Дамо номери променям (радіусам), які проходять через точки поділу, і відкладемо на них відповідні відстані, взяті з діаграми. З’єднавши кінці отриманих відрізків, отримаємо профіль кулачка. Як правило, для зменшення тертя штовхача об кулачок, на кінці штовхача встановлюють ролик. У цьому випадку побудований профіль кулачка (а) відповідає руху осі ролика, а кінцевий профіль (б) буде подібним, всі точки якого розташовані ближче до центру кулачка.

Крім плоского кулачкового механізму існують просторові кулачкові механізми. У такому випадку кулачок набуває форми циліндра з розташованим на його поверхні замкнутим пазом (канавкою). В паз входить ролик, який розташований на осі, закріпленої у повзуні. В разі обертання кулачка, повзун здійснює зворотно-поступальний рух.

Фрикційний механізм

Мал.4.9. Мальтійський механізм.

Мал.4.8. Фрикційний механізм.

У фрикційному механізміпередача обертового руху здійснюється за допомогою тертя між ланками, які утворюють вищу пару. Простий елементарний механізм складається з двох круглих циліндрів, що обертаються і стійки. Силове замикання вищої пари здійснюється за допомогою сил, створюваних пружинами. Фрикційні механізми використовують в безступеневих передачах. Зберігаючи постійну кутову швидкість диску, переміщуючи колесо котка уздовж своєї осі, можна плавно змінити його кутову швидкість і навіть напрям руху.

Мальтійський механізм

Мальтійський механізм (мал.4.9) перетворює безперервний обертовий рух вхідної ланки - кривошипу 1 в переривчасте (із зупинками) обертання вихідної ланки - хреста 2. Механізм має стійку 3 і вищу пару, утворену цівкою В кривошипа і пазом хреста.

Храповий механізм

Мал.4.10. Храповий механізм.

Храповий механізмз ведучою собачкою (5) і стійкою (4) (мал.4.10) служить для перетворення зворотно-поступального руху коромисла (1) з собачкою (2) в переривчастий рух (в одному напрямку) храпового колеса (3). Собачка з пружиною (6) не дає колесу обертатися у протилежну сторону. Вища пара тут утворюється собачкою і храповим колесом. Механізм може мати вхідну ланку яка виконує звортно-поступальний рух.

Мальтійський і храповий механізми широко використовуються у верстатах та приладах.