Описание
Библиотека начинающего
конструктора
Игнатьев Н П
Основные типы
деталей механизмов (демоверсия)
Справочно – методическое пособие
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1 Основные типы механизмов и входящие в них детали…………4
2 Рычажные механизмы……………………………………………….6
2.1 Механизмы шарнирного четырехзвенника……………………..6
2.2 Кривошипно – шатунные механизмы……………………………8
2.3 Кулисные механизмы…………………………………………….14
3 Кулачковые механизмы…………………………………………..19
4 Механизмы прерывистого действия…………………………….26
5 Комбинированные механизмы……………………………………47
6 Коленчатые и эксцентриковые валы…………………………….50
7 Шатуны……………………………………………………………….70
8 Ползуны………………………………………………………………85
9 Рычаги и коромысла………………………………………………101
10 Кулачки……………………………………………………………117
11 Детали механизмов прерывистого действия………………..127
12 Шарнирные соединения звеньев механизмов ………………152
Литература…………………………………………………………….164
ВВЕДЕНИЕ
Основанием для написания данной работы послужил анализ статистики посещения сайта «методыпроектирования.рф» за последние 5 лет, который свидетельствует о том, что посетители сайта проявляют больший интерес к конструированию деталей входящих в состав механизмов: коленчатых и эксцентриковых валов, шатунов, ползунов, рычагов и коромысел, кулачков и их подвижных (шарнирных) и неподвижных соединений. Объясняется это двумя основными причинами. Первой причиной является широкое использование механизмов в составе различных машинах и технологического оборудования, в том числе в кузнечно – прессовом оборудовании, в ткацких и печатных машинах, в оборудовании для швейного и обувного производства, в различном нестандартном оборудовании и автоматизированной технологической оснастке, а также в строительных и дорожных машинах. Вторая причина состоит в том, что вопрос конструирования механизмов в рамках дисциплины «Теория механизмов машин», преподаваемой во всех отечественных технических университетах, ограничивается изучением их кинематического, силового расчетов и определения потребного момента для привода механизма, а также профилировнием рабочих поверхностей кулачков, а конструкция и расчеты деталей входящих в механизмы выносятся за «скобки» учебного процесса. Не рассматривается этот вопрос и в рамках дисциплины «Детали машин», предметом изучения которой являются расчеты механических передач. Поэтому молодой специалист после окончания технического университета, придя на предприятие, сталкивается с большими сложностями при проектировании реальных механизмов и особенно входящих в них деталей, к которым предъявляются конкретные требования и ограничения, и уж тем более, если в них встраиваются дополнительные устройства, например, для регулирования величины хода (угла поворота), или исходного положения выходного звена – ползуна или коромысла
Пособие написано на основании информации взятой из соответствующих разделов работы автора «Проектирование механизмов» и предназначено, как для студентов машиностроительных специальностей, так и для инженеров, занимающихся проектированием, новых, оригинальных механизмов, входящих в состав технологического оборудования.
1. Основные типы механизмов и входящие в них детали
Механизм – это устройство, являющееся одним из основных элементов любой машины, предназначенное для преобразования движения создаваемого двигателем (электродвигателем, гидромотором и т. п.) в движение исполнительного органа (ползуна, рычага, коромысла) и содержащее необходимые для этого звенья, образующие кинематические пары. Как правило, в любой современной машине и технологическом оборудовании есть исполнительный механизм, который выполняет действие (операцию) определяемую назначением машины и вспомогательные механизмы, позволяющие обеспечить работу машины в заданном режиме. Вспомогательные механизмы, работающие в составе технологического оборудования, могут использоваться для выполнения следующих функций:
− включение, выключение и реверсирование исполнительного механизма,
− предохранение исполнительного механизма от перегрузок,
− подача заготовки в рабочую зону оборудования и съем готовой детали,
− зажим, или фиксация положения заготовки в процессе ее обработки,
− фиксированное или бесступенчатое перемещение конструктивных элементов машины,
− блокирование движения механизмов машины при определенных условиях,
− регулировка параметров механизмов машины,
− компенсация погрешностей в работе исполнительного механизма,
− выравнивание нагрузок действующих на параллельно работающие звенья исполнительного механизма.
Механизмы по системе классификации предложенной Артоболевским С. И. делятся на рычажные, зубчатые, фрикционные, кулачковые и механизмы с прерывистым движением. Такая классификация механизмов основана на различии в их кинематике и соответственно методике расчета основных параметров. Механические передачи, имеют существенное отличие от всех остальных видов механизмов как в кинематике, так в конструктивном исполнении, а применяются они чаще всего в качестве привода механизмов машины и поэтому в данной работе рассматриваться не будут. То же самое относится и к фрикционным механизмам, которые также имеют специфическую конструкцию и в основном используются в качестве муфт сцепления или предохранительных муфт, реже в качестве вариаторов скорости. В данной работе будут рассмотрены конструктивные особенности основных деталей механизмов наиболее часто входящих в состав машин и оборудования. К ним относятся следующие виды механизмов:
– рычажные механизмы,
– кулачковые механизмы,
– механизмы прерывистого действия.
Для получения сложной траектории выходного звена, ползуна или коромысла применяются так называемые комбинированные механизмы, которые представляют собою совокупность выше перечисленных механизмов. К ним относятся зубчато – рычажные и кулачково – зубчато – рычажные механизмы.
Основными деталями перечисленных механизмов являются:
− коленчатые и эксцентриковые валы,
− шатуны,
− ползуны,
− рычаги и коромысла,
− кулачки различного типа,
− детали механизмов прерывистого действия (мальтийские кресты и кривошипы, храповые колеса и собачки, звездочки и обоймы обгонной муфты, улиты и т. д)
В условиях реального проектирования механизма помимо разработки конструкции входящих в него деталей достаточно часто возникают проблемы с их шарнирным соединением, конструкция которого в значительной степени зависит от назначения механизма и величины действующих на его детали усилий. Поэтому вопросу конструктивного исполнения шарнирных соединений посвящен отдельный раздел данной работы.
2. Рычажные механизмы.
К рычажным механизмам относятся механизмы, состоящие из звеньев совершающих вращательное, поступательное или плоско – параллельное движение. Эти механизмы отличаются простотой, высоким КПД и большой нагрузочной способностью, однако они не могут обеспечить любой закон движения ведомого звена, что в некоторой степени ограничивает их применение в технике.
В машинах и оборудовании широко используются следующие виды рычажных механизмов:
− механизмы шарнирного четырехзвенника,
− кривошипно – шатунные механизмы,
− кулисные механизмы.
Рассмотрим примеры их конструктивного исполнения.
2.1 Механизмы шарнирного четырехзвенника
Механизмы шарнирного четырехзвенника в свою очередь делятся на три типа:
− двухкривошипные, в которых ведущее и ведомое звено может совершать полный оборот (см. Рис. 1а),
− кривошипно – коромысловые, в которых ведущее звено кривошип вращается, а ведомое коромысло совершает качательное движение (см. Рис. 1б),
− двухкоромысловые, в которых
Рис. 1. Кинематические схемы механизмов шарнирного четырехзвенника.
В данном разделе полной версии книги приведены примеры
конструктивного исполнения основных типов рычажных
механизмов с описанием их работы
2.2 Кривошипно-шатунные механизмы
Кривошипно-шатунные механизмы из всех видов рычажных механизмов получили наибольшее распространение в технике благодаря простоте кинематики, позволяющей сравнительно легко преобразовывать вращательное движение в поступательное, что позволяет использовать их в исполнительных механизмах технологического оборудования, например в механических прессах. а также преобразовывать поступательное движение во вращательное, что позволяет их использовать как исполнительный механизм двигателя внутреннего сгорания. Кривошипно – шатунный механизм состоит из установленного в опорных подшипниках станины с возможностью вращения кривошипа 1 (коленчатого или эксцентрикового вала), шарнирно соединенного с ним шатуна 2 и шарнирно соединенного с шатуном ползуна 3, осуществляющего при вращении кривошипа возвратно – потупательное движение в направляющих 4 станины (см. Рис. 5). При повороте кривошипа на угол α = 360 град. ползун совершает возвратно – поступательное перемещение на величину S.
Рис. 5 Кинематическая схема кривошипно – шатунного механизма
К конструкции ряда машин и оборудования предъявляются требования, для выполнения которых необходимо создать большой ход ползуна и большое усилие в конце хода. В этом случае применяются кривошипно – коленные механизмы, в состав которых входит и кривошипно – шатунная группа (см. Рис. 8).
Рис. 8 Кинематическая схема кривошипного – коленного механизма
В данном разделе полной версии книги приведены примеры
конструктивного исполнения кривошипно – шатунных и
кривошипно – коленных механизмов
с описанием их работы
2.3 Кулисные механизмы
Кулисные механизмы – это механизмы, содержащие два специфических звена: кулису и кулисный камень, при этом последний, получая движение от ведущего кривошипа, совершает вращательное движение и поступательно перемещается относительно кулисы, которой, при этом, сообщает качательное (см. Рис. 20а), вращательное (см. Рис. 20б), или поступательное (см. Рис. 20в) движение. Наличие в механизмах показанных на Рис. 11а, б кулисы и кулисного камня приводит к различной скорости перемещения кулисы, при прямом и обратном ходе, что в отдельных случаях является преимуществом механизма, а в отдельных случаях недостатком и в целом определяет область его использования.
Рис. 11 Кинематические схемы кулисных механизмов
На Рис. 11а показан кулисный механизм с качательным движением кулисы состоящий из ведущего кривошипа 1, шарнирно соединенного с кулисным камнем 2, имеющий возможность поступательного перемещения относительно кулисы 3, нижний конец которой шарнирно установленной на неподвижной стойке, а ее верхний конец также шарнирно соединен с шатуном 4, при этом последний шарнирно соединен с ползуном 5. При вращении ведущего кривошипа 1 посредствам кулисного камня 2 кулиса 3 получает качательное движение относительно точки О1, которое посредствам шатуна 4 преобразуется в поступательное движение ползуна 5 при этом кулиса 3 совершает прямой ход при повороте кривошипа 1 на угол а, а обратный ход при повороте кривошипа на угол в , что приводит к различию скоростей прямого и обратного хода по причине неравенства этих углов. По такой схеме построен привод суппорта поперечно – строгального станка (см. Рис. 12)
На Рис. 11б показан кулисный механизм с вращательным движением кулисы состоящий из ведущего кривошипа 1, кулисного камня 2 и кулисы 3, шарнирно установленной на неподвижной стойке, при этом кулиса 3 посредствам шатуна 4 также шарнирно соединенных с ползуном 5. При такой схеме кулисного механизма различие скорости прямого и обратного хода ползуна 5 также определяется разницей углов а и в. По такой схеме построен привод каретки долбежного станка (см. Рис. 13)
На Рис. 11в показан кулисный механизм с поступательным движением кулисы состоящий из ведущего кривошипа 1, кулисного камня 2, совершающего поступательное перемещение относительно кулисы 3, которая жестко соединена с ползуном 4 и совершает вместе с ним поступательное перемещение в направляющих станины. При такой схеме кулисного механизма прямой и обратный ход ползуна совершается при одинаковом угле поворота ведущего кривошипа 180 град, а изменение скорости происходит по закону синуса, но такой механизм за счет отсутствия шатуна позволяет создать компактную схему механизма в целом (смотри конструкцию пресса на Рис. 14)
В данном разделе полной версии книги приведены примеры
конструктивного исполнения основных типов кулисных
механизмов с описанием их работы
Большое количество примеров конструктивного исполнения рычажных механизмов и рекомендации по выполнению их расчетов приведены в работе [1]
3. Кулачковые механизмы.
3.1 Типы кулачковых механизмов
Кулачковые механизмы находят достаточно широкое применение в различных отраслях промышленности. В автомобилестроении, в двигателях внутреннего сгорания применяются кулачковые механизмы с тарельчатым толкателем и силовым замыканием пружиной. В технологическом оборудовании (в пружинонавивочных и шайбонавивочных станках, универсально гибочных и холодноштамповочных автоматах) применяются кулачковые механизмы с плоскими дисковыми кулачками, качающимся роликовым толкателем и силовым или кинематическим (при высоких скоростях и больших знакопеременных нагрузках) замыканием. В пищевой, легкой промышленности и производстве медикаментов, где используются роторные автоматы и линии применяются кулачковые механизмы с пространственными кулачками, с поступательно перемещающимися роликовыми толкателями и кинематическим замыканием.
Кулачковые механизмы в отличие от всех других содержат кулачок, задающий закон движения, и толкатель, передающий это движение ведомому звену – рычагу, ползуну, коромыслу или кулисе. Именно возможность осуществить движение ведомого звена практически по любому закону является основным преимуществом кулачкового механизма, что позволяет его использовать, в отличие от других механизмов, для решения сложных кинематических задач даже при работе в условиях больших нагрузок и высоких скоростей. До появления системы электронного программного управления кулачковые механизмы были практически единственным устройством, с помощью которого программировалось сложное движение исполнительного органа. Но и сейчас есть области техники, где кулачковые механизмы незаменимы, это например кулачковые автоматы различного назначения, работающие в условиях высоких скоростей и больших нагрузок (холодновысадочные автоматы, листоштамповочные автоматы, роторные линии), а также двигатели внутреннего сгорания (система газораспределения) и т.д.
Рис. 15. Виды движения толкателя кулачкового механизма.
Кулачковые механизмы различаются по виду движения толкателя, по типу кулачка, по конструкции толкателя, по способу замыкания кулачка и толкателя. По виду движения толкателя кулачковые механизмы делятся на механизмы с поступательным движением толкателя (см. Рис. 15а), с качательным движением толкателя (см. Рис. 15б) и механизмы со сложным движением толкателя (см. Рис. 15в).
Рис 16 Типы кулачков.
По типу кулачка кулачковые механизмы делятся на механизмы с плоскими дисковыми кулачками (см. Рис. 16а,б), с поступательно движущимися кулачками (см Рис. 16в), с пространственными кулачками (см Рис. 16г).
Рис. 17 Способы замыкания кулачка
и толкателя.
По способу замыкания кулачка и толкателя кулачковые механизмы делятся на механизмы с силовым замыканием (см. Рис. 17а) и механизмы с кинематическим замыканием (см. Рис. 17б). В первом случае силовое замыкание кулачка и тарельчатого толкателя, обеспечивающее их постоянный гарантированный контакт, осуществляется за счет прижима последнего пружиной к кулачку, а во втором случае замыкание роликового толкателя и кулачка, обеспечивающего их постоянный контакт, осуществляется за счет того, что кулачок выполняется сдвоенным и имеет прямой и обратный профиль, а толкатель представляет собою трехплечий рычаг, два ведущих плеча которого оснащены шарнирно установленными роликами, каждый из которых контактирует с соответствующим профилем кулачка. Кроме того с кинематическим замыканием выполняются практически все пространственные кулачковые механизмы (см. Рис. 16г) и достаточно часто кулачковые механизмы с поступательно движущимся толкателем (см. Рис. 16в), при этом в обоих случаях кулачки выполняются с пазом по которому в процессе движения кулачка катится ролик толкателя. Необходимо отметить, что при видимых преимуществах использования кинематического замыкания, применяемого обычно в кулачковых механизмах высокоскоростного технологического оборудовании, влечет за собою значительное ужесточение требований по точности предъявляемых к кулачку, толкателю и расточкам в станине под кулачковый вал и ось качания толкателя. Рассмотрим примеры и конструктивные особенности кулачковых механизмов.
Рассмотрим несколько примеров конструктивного исполнения кулачковых механизмов. На Рис. 18 показана конструкция кулачкового привода вспомогательных механизмов
В данном разделе полной версии книги приведены примеры
конструктивного исполнения различных типов кулачковых
механизмов с описанием их работы
4 Механизмы прерывистого действия
В машиностроении, и прежде всего, в технологическом оборудовании автоматического и полуавтоматического действия, как правило, используются механизмы прерывистого действия, в частности: для привода поворотных столов, шаговых транспортеров, периодической подачи в рабочую зону оборудования материала бесконечной длины (ленты, проволоки), а также для сообщения движения с остановками выходным звеньям исполнительных и вспомогательных механизмов. Для этого помимо рассмотренных ранее кулачковых механизмов используются:
– мальтийские механизмы,
– механизмы свободного хода,
– различные виды подач,
– улито – цевочные механизмы,
– рычажные механизмы с периодической остановкой выходного звена,
– специальные механизмы.
Рассмотрим примеры конструктивного исполнения перечисленных типов механизмов прерывистого действия
4.1 Мальтийские механизмы.
Наибольшее распространение из всех перечисленных механизмов прерывистого действия получили мальтийские механизмы, которые используются в поворотных устройствах токарных автоматов и агрегатных станков, в поворотно – фиксирующих устройствах полиграфических машин и упаковочного оборудования, а также в оборудовании для пищевой и легкой промышленности.
В технологическом оборудовании чаще всего применяются плоские радиальные мальтийские механизмы с безударным зацеплением (см. Рис. 21), то есть такие механизмы, у которых направление паза мальтийского креста проходит через ось его вращения. Основной причиной их широкого использования является простота изготовления и удобство эксплуатации. Плоский радиальный мальтийский механизм, выполняется как с наружным (см. Рис. 21а, в), так и с внутренним зацеплением (см. Рис. 21б, г) и содержит вращающийся с постоянной угловой скоростью wкр кривошип 1 с цевкой 2 в виде цилиндрического пальца или ролика, установленный на ведущем валу 3, и вращающийся с переменной угловой скоростью wмк мальтийский крест 5, установленный на ведомом валу 6. При этом, мальтийский крест представляет собою качающуюся кулису с несколькими открытыми пазами 4 равномерно расположенными по окружности, кроме того он снабжен радиусными выборками 8 в которые при фиксации его положения во время остановки входит ответный радиусный выступ 7 кривошипа 1. Кинематика мальтийского механизма с наружным зацеплением такова, что при повороте кривошипа 1 на угол φ мальтийский крест 5 поворачивается на угол ψ, в противоположном направлении, а угол выстоя мальтийского креста соответствует углу поворота кривошипа равному ψв = 2? – φ (см. Рис. 21а). Основные параметры данного типа мальтийского механизма выбирают таким образом, чтобы в момент входа цевки в паз мальтийского креста и в момент ее выхода из него вектор скорости центра цевки совпадал по направлению с осью радиального паза. В эти моменты скорость мальтийского креста равна нулю (см. Рис. 21а) и поэтому при входе цевки в паз креста исключается жесткий удар, а в момент выхода цевки из паза облегчается фиксация креста в требуемом положении. Однако в этих типах мальтийских механизмов, особенно при малом числе пазов возникают значительные угловые ускорения (ε_(z=3)^max = 31,6 w_кр^2, ε_(z=12)^max = 0,35 w_кр^2), которые порождают дополнительные динамические нагрузки, приводящие к увеличению нагрузки на цевки и боковую поверхность пазов мальтийского креста. Мальтийский механизм с внутренним зацеплением цевки кривошипа с пазами мальтийского креста отличается от механизма с внешним зацеплением тем, что мальтийский крест вращается в ту же сторону, что и кривошип и развивает при этом меньшие по величине угловые скорости и ускорения (ε_(z=3)^max = 1,7 w_кр^2, ε_(z=12)^max = 0,25 w_кр^2). При этом изменение величины угловой скорости и ускорения мальтийского креста в зависимости от угла поворота кривошипа имеет определенное отличие от изменения этих кинематических параметров механизма с наружным зацеплением.
Рис. 21. Кинематические и конструктивные схемы мальтийских механизмов
Учитывая вышеизложенное очевидно, что радиальные мальтийские механизмы с внешним зацеплением целесообразно применять в том случае, когда орган машины, совершающий прерывистое движение, например поворотный стол, выполняет за один оборот большое количество остановок (n = 6 – 12) и при этом, желательно иметь увеличенное расстояние между ведущим валом, на котором установлен кривошип и ведомым валом, на котором установлен мальтийский крест, а их вращение должно происходить в противоположных направлениях.
Если орган машины, совершающий прерывистое движение, в процессе работы делает 3 – 4 остановки за оборот, а расстояние между ведущим валом привода, на котором установлен кривошип и ведомым валом, на котором установлен мальтийский крест, необходимо свести к минимуму при одинаковом направлении вращения этих валов, то гораздо эффективнее применение радиального мальтийского механизма с внутренним зацеплением.
В данном разделе полной версии книги приведены примеры
конструктивного исполнения различных типов
мальтийских механизмов с описанием их работы
4.2 Механизмы свободного хода.
Отличительной особенностью механизмов свободного хода является то, что придвижении (обычно повороте) ведущего звена в одном направлении ведомое звено вращается в том же направлении, а при движении ведущего звена в противоположную сторону движение ведомому звену не передается и происходит его выстой. К механизмам свободного хода относятся храповые механизмы и ролико – клиновые механизмы.
4.2.1 Храповые механизмы
На Рис. 25 показана кинематическая схема храпового механизма. Он состоит из ведущего коромысла 1, установленного на одной оси с храповым колесом 2 и несущего шарнирно установленную нам нем собачку 3, которая контактирует с храповым колесом, для чего обычно прижимается к нему посредством пружины (на схеме не показана). Работает механизм следующим образом. При повороте коромысла 1 против часовой стрелки на угол ф его собачка 3, своей рабочей поверхностью, упираясь в ответную рабочую поверхность соответствующего зуба храпового колеса 2, поворачивает его на угол ф = ψ . При обратном повороте коромысла собачка 3, прижатая пружиной к храповому колесу 2, скользит по его наружной образующей поверхности не передовая движение, поэтому храповое колесо в это время стоит на месте. Для обеспечения точной фиксации храпового колеса при возврате собачки 3 механизм может оснащаться дополнительной собачкой 4, или тормозом
Рис. 25. Кинематическая схема
храпового механизма.
4.2.2 Ролико – клиновые механизмы
Еще одним представителем ролико – клинового механизма является обгонная муфта, конструкция которой показана на Рис. 29. Она содержит звездочку 1, обойму 2, комплект заклинивающих роликов 3 и прижимные устройства, выполные в виде подпружиненных толкателей 4 (см. Рис. 29а). Ролики 3 расположены в клиновых пазах образованных внутренней цилиндрической поверхностью обоймы 2 и клиновыми скосами звездочки 1, при этом угол их наклона выполняется в пределах самоторможения а = 6 – 8 град. Осевое положение роликов 3 ограничено установленными с обеих сторон шайбами 5, положение которых на ступице звездочки 1 фиксируется стопорными кольцами 6, а в образовавшееся при этом пространство, при сборке муфты, закладывается консистентная смазка, обеспечивающая ее надежную работу. Для получения постоянных по величине углов заклинивания роликов рабочая контактная поверхность звездочки делается не плоской, а цилиндрической, эксцентричной, или профилируется по логарифмической спирали.
Рис 29 Конструкция роликовой обгонной муфты
В данном разделе полной версии книги приведены примеры
конструктивного исполнения различных типов
храповых и ролико – клиновых механизмов
свободного хода с описанием их работы
4.3 Подачи.
Для подачи в рабочую зону технологического оборудования исходной заготовки из материала бесконечной длины (ленты, полосы, проволоки) используются механизмы называемые подачами. Их цикл работы предусматривает паузы, во время которых осуществляется технологическая операция. Существуют следующие основные виды подач: валковые, клещевые, крючковые, ролико – клиновые и их разновидности. Из перечисленных видов подач, наибольшее распространение получили валковые подачи. Это объясняется тем, что диапазон типов подаваемых заготовок, их размеров и шагов подачи, а также обеспечиваемая при этом точность перемещения заготовки, при достаточной простоте конструкции входящих в подачу механизмов, удовлетворяет требованиям широкого спектра технологических процессов. Однако при большом шаге подачи (более 300 мм) точность, обеспечиваемая валковой подачей снижается, особенно при подаче проволоки в связи с ограничением усилия прижима валков. Для получения высокой скорости и точности подачи даже при величине перемещения заготовки более 300 мм используются клещевая подача. Более высокоя точность и скорость работы клещевлой подачи, обеспечивается за счет увеличения площади контакта зажимного элемента с подаваемой заготовкой (лентой, проволокой). Но конструктивно механизмы клещевой подачи несколько сложнее, чем у валковой. Оба типа подач могут иметь привод от подвижных частей пресса – автомата, например от коленчатого или распределительного вала, или индивидуальный привод, например от пневмоцилиндра(ов), работающих в цикле с исполнительным механизмом оборудования. Крючковые подачи имеют более узкий спектр применения и используются в случаях подачи в зону технологического оборудования деталей, например контактов для армирования (опрессовки) провода, или радиоэлементов, находящихся в составе перфорированной ленты, отверстия в которой расположенные с постоянным шагом и являются опорным элементов для ее захвата и перемещения крючком. Ролико – клиновые и клино – ножевые подачи находят применение только при невысоких скоростях подачи из – за ограничения по усилию прижима подаваемого материала.
В данном разделе полной версии книги приведены примеры
конструктивного исполнения валковой и клещевой
подач с описанием их работы
4.4 Улито – цевочные механизмы.
Улито – цевочные механизмы являются разновидностью пространственных кулачковых механизмов прерывистого действия – цилиндрических (см. Рис. 35а) и глобоидных (см. Рис. 35б, в).
Рис. 35. Типы улито – цевочных механизмов.
В общем случае, улито – цевочный механизм состоит из вращающегося с постоянной скоростью ведущего вала 1 на котором жестко установлен пространственный кулачок 2 (улита) с разомкнутым профилем, с рабочей поверхностью которого (выступом или пазом) контактируют цевки 3 (цевки выполняются в виде ролика или цилиндрического пальца), установленные с постоянным шагом на планшайбе 5, которая закреплена на ведомом валу 4, вращающимся с переменной угловой скоростью и делающим периодические остановки, продолжительность которых обусловлена профилем рабочей поверхности улиты 2 (см. Рис. 35а). Количество цевок на планшайбе (см. Рис. 35а), или барабане (см. Рис. 35б,в) определяет число ее позиций (количество периодических остановок). Планшайба с цевками представляет собою z коромысел расположенных равномерно по окружности с шагом ψ = 2?/z. Рабочий профиль улиты представляет собою паз, захватывающий цевку и перемещающий его с позиции на позицию в процессе вращения ведущего вала на шаг, или сопряженные винтовые поверхности (см. Рис. 35б) одновременно взаимодействующие с двумя соседними цевками. В глобоидной улите (см. Рис. 35в) ее конические боковые поверхности взаимодействуют с соседними цевками, что позволяет регулировать зазор между рабочей поверхностью улиты и цилиндрической поверхностью цевки (см. Рис. 37). У цилиндрических улит оси цевок расположены параллельно оси вращения планшайбы, у глобоидных – перпендикулярно. Фиксация планшайбы в механизмах с цилиндрической улитой осуществляется по двум цевкам, для чего улита снабжается соответствующим фиксирующим ободом, ширина которого равна расстоянию t между боковыми цилиндрическими поверхностями цевок (см. Рис. 35а). У механизмов с цилиндрическими улитами компактная конструкция может быть получена при количестве цевок z ≥ 10, а у глобоидных при z ≥ 6. Глобоидные вогнутые улиты могут обеспечить число остановок z ≤ 5, однако при этом количество цевок должно быть больше числа остановок карусели, поскольку в этом случае за один оборот улиты необходимо пропустить больше одного ролика, что приводит к существенному увеличению размеров улиты. Выпуклые глобоидные улиты не находят применения в механизмах прерывистого действия, поскольку не позволяют создать компактную конструкцию. Улито – цевочные механизмы используются, как с индивидуальным, так и с централизованным приводом. Индивидуальный привод в основном применяется в поворотных столах, а централизованный в механизмах технологического оборудования с автоматическим циклом работы.
В данном разделе полной версии книги приведены примеры
конструктивного исполнения различных
улито – цевочных механизмов
с описанием их работы
6 Коленчатые и эксцентриковые валы
Практически во всех рычажных механизмах, а также в большом числе механизмов прерывистого действия ведущим звеном является кривошипный (коленчатый или эксцентриковый) вал, при этом в зависимости от назначения агрегата в который он входит, его конструкция, несмотря на наличие основных элементов, которыми являются опорные и мотылевые шейки, может иметь существенные особенности. Знание приемов выполнения конструктивных элементов кривошипного вала, позволяющих решить конкретную задачу на проектирование, учитывающую технические требования и ограничения, предъявляемые к проектируемому техническому объекту и создать надежную и удобную в эксплуатации конструкцию механизма. Поэтому в данной статье рассмотрены примеры конструкций кривошипных валов, позволяющие наиболее эффективно обеспечить выполнение специфических требований к проектируемому механизму.
Рис. 42. Основные типы эксцентриковых и коленчатых валов.
На Рис. 42 показаны основные конструктивные исполнения эксцентриковых и коленчатых валов. Характерной особенностью эксцентрикового вала является то, что его эксцентриковая шейка, как правило, имеет небольшое по отношению к диаметру, смещение в направлении параллельном оси вала, а диаметр и длина эксцентриковой шейки может существенно отличаться от аналогичных размеров опорных шеек вала. Конструкция эксцентрикового вала, показанного на Рис 42а, отличается консольным расположением эксцентриковой шейки относительно его опорных шеек, в результате чего ближняя опорная шейка, воспринимающая большую часть нагрузки, имеет больший диаметр, чем удаленная от эксцентриковой шейки опорная шейка вала. На Рис 42б показана наиболее часто встречающаяся конструкция эксцентрикового вала, у которого эксцентриковая шейка, расположена симметрично относительно опорных шеек и поскольку воспринимает максимальную нагрузку, имеет больший диаметр, чем опорные шейки. На Рис 42в показана конструкция двухэксцентрикового вала, эксцентриковая шейка которого также расположена симметрично между опорными шейками. Такая конструкция эксцентрикового вала имеет место при широком ползуне кривошипно-шатунного или рычажного механизма, приводимом в движение двумя шатунами. На Рис 42г показан коленчатый вал, конструкция которого принципиально отличается от конструкции эксцентрикового вала тем, что смещение его эксцентриковой (мотылевой) шейки, сопряженной с опорными шейками посредством щек, намного больше, чем у эксцентрикового вала, при этом, диаметр и длина мотылевой шейки незначительно отличается от аналогичных размеров опорных шеек вала.
В данном разделе полной версии книги приведено 11 примеров
конструктивного исполнения коленчатых и эксцентриковых валов
В машинах и особенно в технологическом оборудовании для выполнения своих функций коленчатые и эксцентриковые валы могут оснащаться дополнительными конст-руктивными элементами, например, устройствами для регулирования величины эксцен-триситета мотылевой шейки.
Рис. 58. Конструкция малогабаритного сборного кривошипа с устройством для
регулировки эксцентриситета кривошипного пальца.
На Рис 58 показана конструкция малогабаритного сборного кривошипа с устройством для регулировки эксцентриситета кривошипного пальца. Он содержит ведомый фланец 2 с кривошипным пальцем 9, зубчатым венцом 6 и конусной поверхностью 8, контак-тирующей с ответной конусной поверхностью 7 крышки 3, которая с помощью болтов 4 прижимает ведомый фланец 2 к ведущему фланцу 1, устанавливаемому на приводной вал кривошипно-шатунного механизма машины. Между ведущим фланцем 1 и крышкой 3 установлена шестерня 5, выполненная за одно целое с валиком, цапфы которого входят в соответствующие расточки фланца 1 и крышки 3, при этом зубья шестерни 5 находятся в постоянном контакте с зубчатым венцом 6 ведомого фланца 2. Фиксация взаимного положения ведущего фланца 1 и ведомого фланца 2 осуществляется затяжкой болтов 4, при которой конусные поверхности фланцев 7 и 8 плотно прижимаются друг к другу.
Для изменения эксцентриситета кривошипного пальца кривошипа сначала ослабляют затяжку болтов 4, а затем вращением шестерни 5, взаимодействующей с зубчатым венцом 6 ведомого фланца 2, поворачивают на требуемый угол ведомый фланец 2, в результате чего изменяется расстояние от оси ведущего фланца 1, установленного на приводном валу, до оси кривошипного пальца 9, т. е меняется эксцентриситет кривошипного пальца относительно оси кривошипа. Затем выполняется затяжка болтов 4, фиксирующих при этом положение кривошипного пальца 9.
В данном разделе книги приведено 10 примеров конструктивного исполнения коленчатых и эксцентриковых валов оснащенных
дополнительными устройствами
Для сообщения вращения кривошипному валу, являющемуся ведущим звеном большинства рычажных механизмов, на нем устанавливаются и жестко крепятся приводные шкивы (маховики) или зубчатые колеса, а также зубчатые колеса и звездочки для передачи движения различным вспомогательным механизмам технологического оборудования. Для крепления этих деталей на валах используются шпоночные и шлицевые и оригинальные соединения.
Шпоночные соединения. Подавляющее большинство соединений зубчатых колес, шкивов, рычагов дисков, втулок и прочих деталей, устанавливаемых на валы, выполняется именно с применением шпоночных соединений. Объясняется это простотой и технологичностью изготовления шпонок и шпоночных пазов на валу и в соединяемой детали, а также их сборки. Для крепления деталей на кривошипном валу используются следующие виды шпоночных соединений, ненапряженные:
– призматические шпоночные соединения,
– сегментные шпоночные соединения,
– цилиндрические шпоночные соединения,
напряженные:
– клиновые шпоночные соединения,
– тангенциальные шпоночные соединения.
На Рис. 68 показано крепление зубчатого колеса на кривошипном валу посредством призматической шпонки и крепление маховика посредством комплекта клиновых шпонок. Подавляющее большинство соединений зубчатых колес, шкивов, рычагов, дисков, втулок и прочих деталей, устанавливаемых на валы, выполняется именно с применением призматических шпонок .
Рис. 68. Крепление маховика и зубчатого колеса на кривошипном валу
В данном разделе полной версии книги приводятся рекомендации по проектированию коленчатых и эксцентриковых валов
7. Шатуны
Шатун это деталь рычажного механизма, которая соединяет ведущее звено – коленчатый (эксцентриковый) вал с выходным звеном механизма – ползуном (см. Рис 70а), рычагом (см. Рис 70б), коромыслом (см. Рис 70в) или является промежуточным звеном между двумя коромыслами, или двумя эксцентриковыми валами (см. Рис 1г), и при этом во всех случаях он совершает плоско – параллельное движение.
Рис 70 Варианты расположения шатуна в составе рычажного механизма
Учитывая специфику своего назначения шатун представляет собою тягу, которая может иметь достаточно массивную форму, на обоих концах которой выполнены элементы шарнирного соединения (втулки, оси, полуоси, сферическая поверхность). При этом, шатуны также как и коленчатые валы могут быть цельными или сборными и иметь ряд конструктивных особенностей связанных, прежде всего, со спецификой области техники, в которой работает конкретный рычажный механизм.
Рис 71 Варианты конструкции шатунов
На Рис 71 показаны шатуны кривошипно – шатунных механизмов, шарнирно соединенные с коленчатым валом и ползуном, но их конструктивное исполнение имеет ра-зительное отличие. На Рис 71а показан шатун тяжело нагруженного исполнительного ме-ханизма холодно – высадочного автомата, работающего в динамическом режиме, чем и объясняется его массивная конструкция и специфическая форма. На рис 71б показан шатун двигателя внутреннего сгорания который работает при высоких скоростях и должен иметь минимально возможную массу, поэтому он имеет ажурную конструкцию.
В данном разделе полной версии книги содержится 13 примеров конструктивного исполнения шатунов
В шатуны, работающие в составе исполнительного механизма
технологического оборудования, могут встраиваться дополнительные
конструктивные элементы, которые, чаще всего, предназначены
для регулировки параметров исполнительного механизма
Например в конструкции исполнительных кривошипно – шатунных механизмов универсального технологического оборудования, которое предназначено для выполнения различных операций, должна быть предусмотрена регулировка исходного положения ползуна в достаточно широком диапазоне. Такая регулировка наиболее простым способом обеспечивается за счет изменения длины шатуна. Например, в шатуне универсальных механических прессов головка, шарнирно соединяемая с ползуном, выполняется в виде ходового винта с шаровым концом, который образует с ответной деталью ползуна шарнирное соединение , при этом регулировка длины шатуна осуществляется вкручиванием и выкручиванием этого винта на требуемую величину с последующей фиксацией (см. Рис 85). Предлагаемая конструкция шатуна состоит из корпуса 1 в котором выполнена кривошипная головка, ходовой винт 2 с шаровым концом, вкрученный в корпус и стопорной гайки 3, с клеммным замком, в отверстии котором установлен винт 4 и болта 5 для фиксации осевого положения гайки, Для регулировки длины шатуна ослабляют клеммный замок гайки 3, откручивая при этом винт 4, затем вращая ходовой винт 2 в нужную сторону изменяют длину шатуна а затем снова винтом 4 зажимают клеммный замок гайки 3. Такая конструкция фиксирующей гайки позволяет полностью разгрузить ее от воздействия технологического усилия воспринимаемого шатуном.
Рис 85 Конструкция гайки для фиксации ходового винта в корпусе шатуна
В данном разделе полной версии книги приведено 8 примеров
конструктивного исполнения встроенных в шатун
дополнительных устройств
8. Ползуны.
Ползун это звено рычажного механизма, которое, получая движение от ведущего звена механизма (коленчатого вала) через шатун, соединенный с ползуном посредствам шарнирного соединения, совершает поступательное движение, Для выполнения своего функционального назначения ползун любого рычажного механизма имеет направляющие поверхности, посредствам которых он контактирует с ответными поверхностями корпусной детали (станины, рамы) и отверстие, выполненное в проушине перпендикулярно его направляющим, в котором установлена ось шарнирного соединения с шатуном.
Рис 91 Варианты шарнирного соединения шатуна с ползуном
При этом ось шарнирного соединения обычно жестко закреплена от поворота и осевого смещения в проушине ползуна, и установлена в отверстии шатуна на подшипниках скольжения (см. Рис. 91а), или подшипниках качения (см. ис. 91в)). В ряде случаев шарнирное соединение шатуна с ползуном может быть выполнено в виде оригинального ша-рового соединения (см. Рис. 91б), или с использованием шарнирного подшипника. Кроме того, ось шарнирного соединения шатуна с ползуном обязательно стопорится в осевом направлении, для чего могут быть использованы стопорные кольца, торцевые шайбы и стопорные врезные шайбы (см. Рис. 91а), а также другие конструктивные примы.
На Рис 91в показана конструкция шарнирного соединения ползуна с шатуном посредствами игольчатых подшипников. Это соединение ползуна 1 с шатуном 2 состоит из оси 3 с конической цапфой 4, установленной в правую проушину ползуна, отверстие ко-торой имеет коническую форму, конусной втулки 5, одетой на ось 3, и своей наружной конусной поверхностью контактирующей с ответной поверхностью отверстия левой про-ушины ползуна 1, а также гайки 6. При этом, шатун 2 контактирует с осью 3 посредствам двух игольчатых подшипников 7. Фиксация оси 3 в проушине шатуна 1, как от поворота, так и от осевого смещения осуществляется путем затяжки гайки 6, которая фиксирует ее за счет конических поверхностей на оси 3, втулке 5 и в отверстиях проушины шатуна 1. Основные способы фиксации оси шарнирного соединения шатуна с ползуном рассмотре-ны в разделе 12.
Форма и расположение направляющих ползуна зависит от величины о направления действующих на него нагрузок, их характера (статические, динамические), скорости его перемещения, требований по точности и степени влияния на нее зазора в направляющих и их износа, а также экономически обоснованной точности изготовления деталей кривошипно – шатунного механизма, в состав которого входит ползун.
В ползуны исполнительных механизмов технологического оборудования достаточно часто встраиваются дополнительные устройства позволяющие адаптировать его конструкцию к требованиям технологического процесса. Это, прежде всего, предохранительные устройства, устройства для выполнения регулировки положения ползуна относительно базовой поверхности станины, а также устройства позволяющие помимо основной технологической операции выполнять дополнительные действия (вспомогательные операции).
Рис 104 Конструкция устройства для предохранения деталей кривошипно-шатунного механизма от перегрузок встроенного в место
соединения шатуна с ползуном
На Рис 104 показана конструкция устройства для предохранения деталей кривошипно-шатунного механизма от перегрузок, которое встроено в месте соединения шатуна с ползуном. Выбор такого места установки предохранительного устройства обусловлен тем, что максимальное по величине усилие возникающее в кривошипно – шатунном механизме не создает максимального по величине крутящего момента, поскольку при этом плечо действия силы незначительно (большинство кривошипно-шатунных механизмов прессов воспринимают максимальное технологическое усилие на угле не более 15 град? от нижней мертвой точки). Предохранительное устройство пресса показанное на Рис 14 содержит установленный в расточке ползуна 1 подпятник 3, который своей сферической частью контактирует с ответной поверхностью винта 2 соединенного с шатуном пресса (шатун на Рис 14 не показан) и поджатого сверху к подпятнику 3 крышкой 6, а своей нижней поверхностью подпятник 3 опирается на предохранительную (срезную) шайбу 5, установленную в ползушке 4, расположенной в поперечном пазу ползуна 1. При возникновении усилия превышающего максимально допустимое на 25 – 30%, шайба срезается и образовавшийся зазор между нижней опорной поверхностью подпятника и опорной поверхностью ползуна разгружает все детали кривошипно-шатунного механизма от воздействия возросшего технологического усилия. Для удержания подпятника 3 в верхнем исходном положении, что необходимо при введении ползушки 4 с новой срезной шайбой 5 в зазор между подпятником 3 и опорной поверхностью ползуна 1 в конструкцию устройства введен фиксатор 7.
В данном разделе полной версии книги приведено 6 примеров конструктивного исполнения дополнительных устройств
встроенных в ползун
В данном разделе полной версии книги приводятся рекомендации по проектированию ползунов
9 Рычаги и коромысла.
В кривошипно-шатунных механизмах в качестве выходного звена, или в качестве промежуточного звена применяются рычаги, коромысла или кулисы, которые в отличие от ползуна движущегося поступательно, совершают качательное движение относительно оси соединяющей их со станиной. Однако при выполнении одинакового вида движения рычаги, коромысла и кулисы могут иметь совершенно различную конструкцию, которая зависит, прежде всего, от назначения и области применения, а точнее области техники в которой используется рычажный или кривошипно-шатунный механизм, в состав которого входят эти звенья.
Рычаг – это звено рычажного механизма, которое будучи шарнирно установлено на неподвижно закрепленной оси совершает относительно нее качательное движение, получая при этом привод чаще всего от шатуна или тяги, с которыми он также шарнирно соединен.
Коромысло – это одноплечий рычаг, установленный на неподвижной оси и получающий привод от шатуна или тяги.
Рычаги
Рычаги не менее часто, чем коленчатые валы, шатуны и ползуны используются в рычажных механизмах, поскольку позволяют не только обеспечивать выполнение механизмом его функционального назначения, будучи его выходным звеном, но помимо этого, будучи его промежуточным звеном, позволяют изменять величину и направление передаваемого движения, а в ряде случаев и переносить его в параллельную или перпендикулярную плоскость.
Рис. 110. Конструкция рычагов наиболее часто
применяемых в машиностроении
На Рис. 110 показана конструкция различных типов рычагов, которые наиболее часто применяются в машиностроении. На Рис. 110а показана конструкция двуплечего рычага, отверстия для соединения которого с ведущим и ведомым звеном находятся с одной стороны от оси его качания. На Рис. 110б показана конструкция двуплечего рычага, отверстия для соединения которого с ведущим и ведомым звеном находятся с различных сторон от оси его качания. На Рис. 110в показана конструкция двуплечего рычага, отверстия для соединения которого с ведущим и ведомым звеном расположены под углом друг к другу и находятся с различных сторон от оси его качания. На Рис. 110г показана конструкция трехплечего рычага, отверстия для соединения которого с ведущим и ведомым звеном расположены под углом друг к другу и находятся с различных сторон от оси его качания. На Рис. 110д показана конструкция двуплечего рычага, отверстия для соединения которого с ведущим и ведомым звеном расположены перпендикулярно к вертикальной оси его качания а ведущее и ведомое плечи выполнены в виде единого элемента. На Рис. 110е показана конструкция двуплечего рычага тяжело нагруженного рычажного механизма, у которого ведомые плечи, расположенные с противоположной стороны оси качания рычага по отношению к оси отверстия в ведомом плече, передают движение двум ведомым тягам. На Рис. 110ж показан двуплечий рычаг, в котором, расположенные под углом друг к другу ведущее и ведомое плечи выполнены с отверстиями, оси которых расположены перпендикулярно оси качания рычага. На Рис. 110и показана конструкция двуплечего рычага, имеющего сборную конструкцию и состоящего из ведущего и ведомого плеч выполненных в виде отдельных деталей жестко закрепленных на валу посредством клеммных соединений затягиваемых болтами, при этом наличие вала, обеспечивающего осевое смещение плеч рычага, позволяет рычагу передавать движение в параллельных плоскостях. На Рис. 110к показана конструкция двуплечего рычага, имеющего аналогичное назначение с предыдущим примером (смещение передаваемого движения в параллельную плоскость), но выполненного в литом варианте и имеющего удлиненную центральную ступицу в отверстии которой располагаются подшипники качения на которых рычаг устанавливается на валу, закрепленном на станине.
В данном разделе полной версии книги приведены примеры
конструктивного исполнения различных рычагов
На Рис. 114 показаны варианты стандартизированных конструкций рычагов применяемых в приспособлениях для механической обработки:
− на Рис. 114а показана конструкция углового рычага, форма и размеры которого определяются ГОСТ 12471,
− на Рис. 114б показана конструкция углового рычага с двумя отверстиями, форма и размеры которого определяются ГОСТ 12472,
− на Рис. 114в показана конструкция углового двухкулачкового рычага, форма и раз-меры которого определяются ГОСТ 12473,
− на Рис. 114г показана конструкция углового рычага с кулачком и пазом, форма и раз-меры которого определяются ГОСТ 12474,
− на Рис. 114д показана конструкция углового двухпазового рычага, форма и размеры которого определяются ГОСТ 12475,
− на Рис. 114е показана конструкция вильчатого рычага, форма и размеры которого определяются ГОСТ 12475.
Рис. 114. Конструкция рычагов применяемых в приспособлениях для механической обработки.
Для выполнения специфических требований, предъявляемых к рычажным механизмам, в состав которых входят рычаги и зависящих главным образом от области техники, в которой они используются, причем, независимо от того, являются они выходным или промежуточным звеном, в них могут встраиваться различные дополнительные устройства позволяющие:
− предохранять механизм от перегрузок,
− регулировать длину плеч рычага,
− регулировать угловое положение рычага.
В данном разделе ролной версии книги приведены примеры
конструктивного исполнения дополнительных устройств,
встраиваемых в рычаги
Коромысла
Коромысла, как уже говорилось, являются одной из разновидностей рычагов, и также широко используются в рычажных механизмах. Они применяются в тех случаях, когда, не меняя направление движения, нужно изменить его величину, или получить более сложный закон движения ведущего звена рычажного механизма. На Рис. 124 показано несколько вариантов использования коромысел в составе рычажных механизмов. На Рис. 124а показана кинематическая схема рычажного механизма, коромысло которого шарнирно соединяет ведущий шатун с ведомым шатуном, увеличивая при этом ход ползуна. На Рис. 124б, в, г показана кинематическая схема рычажного механизма содержащего промежуточное и ведомое коромысла, при этом наличие промежуточного коромысла позволяет получить тре-буемый закон движения ведомого коромысла. На Рис. 124б, в оба коромысла шарнирно соединены с ведомым шатуном рычажного механизма, а на Рис. 124г промежуточное коромысло соединено с ведущим и ведомым шатуном одновременно, а ведомое коромысло соединено с ведомым шатуном.
Рис. 124. Кинематические схемы рычажных механизмов, содержащих коромысла.
В данном разделе полной версии книги содержится 5 примеров конструктивного исполнения коромысел
10 Кулачки
Основным элементом кулачковых механизмов, типы которых были рассмотрены в разделе 3. Типы кулачковых механизмов» является кулачок. Конструкция кулачка в определяющей степени зависит от назначения кулачкового механизма в состав которого он входит и типа станка автомата или полуавтомата в который входит этот механизм. Основным фактором, обеспечивающим надежную работу кулачка является его крепления на валу, а в ряде случаев наличие возможности регулировки его углового положения. Кроме того конструкция кулачка может предусматривать возможность его быстрой смены, например в токарных станках автоматах, а также регулировки величины хода толкателя. Хотя последнее применяется не часто, поскольку обычно кулачковые механизмы применяются в технологическом оборудовании автоматического действия совместно с рычажными механизмами, в которые и встраиваются устройства для регулировки величины хода выходного звена, а также исходного и конечного положения).
На Рис. 130 показаны конструкции наиболее часто применяемых плоских дисковых кулачков работающих в условиях умеренных нагрузок и средних величин скоростей.
Рис. 130. Конструкции наиболее часто применяемых плоских дисковых кулачков работающих
в условиях умеренных нагрузок и средних величин скоростей.
На Рис. 130а показана быстросъемная конструкция кулачка 2, устанавливаемого на вал 1 посредством выполненного в нем прямоугольного открытого паза, боковые поверхности которого контактируют с ответными лысками вала 1, при этом кулачок фиксируется на валу посредством двух шпонок 3 и колец 4 со шпоночными пазами, которые стопорятся на валу в осевом направлении винтами 5.
На Рис. 130б показана конструкция кулачка, установленного на вал с возможностью угловой регулировки по циклу работы механизма, посредством муфты с «мышиным» зубом 5, при этом на левом торце ступицы кулачка 2, свободно установленного на приводном валу 1, выполнен «мышиный» зуб, находящийся в контакте с «мышиным» зубом полумуфты 3, закрепленной на валу 1 посредством шпонки 6 и поджатой в осевом направлении гайкой 4.
На Рис. 130в показана конструкция составного кулачка, установленного на вал с возможностью регулировки фазного и циклового углов, за счет наличия промежуточного диска, установленного на приводном валу. При этом сборный кулачок состоит из двух одинаковых частей 4 и 5, установленных на наружной поверхности диска 2 посредствам центрирующих поясков и закрепленных на нем посредством винтов 6, при этом, на промежуточный диск 2 с помощью шпонки 3 установлен на приводном валу 1. Для поворота любой части сборного кулачка относительно оси вала 1 в них выполнены закрытые радиусные пазы 7, в которые проходят винты 6.
На Рис. 130г показана конструкция кулачка, который оснащен устройством для его угловой регулировки и изменения величины подъема, определяющего ход толкателя кулачкового механизма. Этот составной кулачок содержит диск 1, установленный посредством шлицевого соединения на приводном валу 2, на торцевой поверхности которого на оси 4 шарнирно установлена накладка 3, положение которой на диске 1 фиксируется винтами 6, при этом в накладке 3 выполнены закрытые радиусные пазы 5, в которые проходят винты 6. Плавная регулировка положения накладки 3 осуществляется винтом 8, выступ 9 на конце которого входит в ответный паз в накладке 3, а его резьбовая поверхность входит в резьбовое отверстие оси 7, шарнирно установленной в диске 1. Положение винта 8 относительно оси 7 фиксируется гайкой 10.
В полной версии статьи содержится 14 примеров конструктивного
выполнения различных типов кулачков (см. Рис. в таб.)
с описанием их работы
В данном разделе полной версии книги приводятся рекомендации по проектированию кулачков
11 Детали механизмов прерывистого действия
Основными деталями механизмов прерывистого действия являются:
− для мальтийских механизмов – кривошип и мальтийский крест,
− для храповых механизмов – храповое колесо и собачка,
− для муфт свободного хода – звездочка и обойма,
− для валковой подачи – детали обгонной муфты и детали привода,
− для остальных типов подач – кривошипы шатуны, ползуны, рычаги, коромысла, кулачки (см. разделы 6 – 10),
− для улито – цевочных механизмов – улита, являющаяся пространственным торцевым кулачком (см. раздел 10),
− для рычажных механизмов прерывистого действия – рычаги и коромысла.
11.1 Детали мальтийского механизма
Кривошип мальтийского механизма обычно устанавливается на ведущем валу, или жестко соединяется с приводным зубчатым, или червячным колесом и получает вращение с постоянной скоростью, при этом, на нем эксцентрично установлена цевка, выполненная в виде пальца, или оси с роликом (в качестве ролика может использоваться подшипник качения, в том числе и игольчатый), которые взаимодействуют с радиальными пазами мальтийского креста, сообщая последнему неравномерное вращение с остановками. Для фиксации углового положения мальтийского креста в момент его остановки кривошип оснащается радиусным выступом расположенным оппозитно пальцу (с противоположной стороны относительно оси вала, на котором установлен кривошип), который входит в ответные открытые радиусные пазы мальтийского креста. Рассмотрим варианты конструктивного исполнения кривошипа.
В данном разделе полной версии книги содержится примеры
конструктивного исполнения деталей мальтийского механизма
11.2 Детали храпового механизма
Звездочка храпового механизма представляет собою зубчатое колесо, боковые поверхности зубьев которого наклонены под различными углами, и поэтому при вращении звездочки по, и против часовой стрелки по разному взаимодействуют с собачкой храпового механизма (см. Рис. 155).
Рис. 155 Конструкция храпового колеса
Ширина зубчатого венца храпового колеса устанавливается на основании прочностного расчета храпового колеса, а длина ступицы на основании прочностного расчета шпоночного соединения храпового колеса с валом на котором оно установлено. Шаг зубчатого колеса определяемый центральным углом α устанавливается кинематикой храпового механизма (потребным углом поворота храпового колеса в процессе работы), а точность шага зависит от требований по точности позиционирования выходного звена агрегата, например планшайбы поворотно – делительного стола, приводимого храповым механизмом. Угол впадины зубьев храпового колеса β обычно принимается равным 55 – 69 град, при этом угол острия собачки, взаимодействующего с впадиной колеса, обычно принимается равным углу впадины зуба храпового колеса, либо на 5 град. меньше. В отдельных случаях, например в храповых муфтах свободного хода, угол профиля впадины зуба храпового колеса может быть отличным от показанного на Рис. 155.
Храповое колесо может быть, как с наружными, так и с внутренними зубьями
В данном разделе полной версии книги содержится примеры
конструктивного исполнения деталей храпового механизма
11.3 Детали муфты свободного хода
Из всех типов муфт свободного хода наиболее широкое распространение в машино-строении получили роликовые обгонные муфты (с конструкцией остальных типов муфт свободного хода можно познакомиться в работе [3]), основными деталями которых явля-ются звездочка и обойма.
Рис. 166 Конструкция звездочки обгонной муфты
Звездочка обгонной муфты представляет собою диск с наружным диаметром D и толщиной h, в котором выполнены выборки образующие лучи звездочки, при этом ступица звездочки имеет большую длину, чем толщина периферийной части звездочки, что вызвано, прежде всего, тем, что своим центральным отверстием d звездочка устанавливается на вал (см. Рис. 166). Для повышения нагрузочной способности и износостойкости опорные площадки звездочки, с которыми в процессе работы муфты контактируют заклинивающие ролики, оснащаются твердосплавными вставками . Для обеспечения равномерного нагружения вставок и роликов размер В в звездочках обрабатывается с высокой точностью (шлифуется с использованием делительной головки). Количество вставок и соответственно контактирующих с ними роликов, также как и наружный диаметр звездочки D определяются передаваемым крутящим моментом, а также требованиями к точности срабатывания муфты, которая определяется одновременностью и быстротой заклинивания роликов. Толщина периферийной части звездочки h устанавливается на основании расчета роликов и опорных вставок на контактную прочность, а длина ступицы H на основании прочностного расчета шпоночного (шлицевого) соединения звездочки с валом, на который она устанавливается.
В данном разделе полной версии книги содержится примеры
конструктивного исполнения деталей муфты свободного хода
В данном разделе полной версии книги приводятся рекомендации по проектированию деталей механизмов прерывистого действия
12. Шарнирные соединения.
Одним из основных элементов любого рычажного механизма является шарнирное соединение его звеньев. При этом все шарнирные соединения можно разделить на два вида:
− шарнирное соединение, образованное двумя подвижными звеньями рычажного ме-ханизма (коленчатый вал – станина (см. Рис. 53), коленчатый вал – шатун (см. Рис. 188), шатун – ползун (см. Рис. 6, 7), шатун – рычаг (см. Рис. 72)),
− шарнирное соединение, образованное звеном рычажного механизма и стойкой (ко-ромысло – станина (см. Рис. 187), рычаг – станина (см. Рис 171, 173)).
На конструкцию всех видов шарнирных соединений оказывает существенное влияние тип рычажного механизма и его функциональное назначение, которые определяют условия работы его звеньев и в том числе шарнирных соединений. На условия работы шарнирного соединения оказывают определяющее влияние характер и величина скорости движения звеньев и действующие на них нагрузки, которые в конечном итоге, и определяют конструкцию шарнирного соединения. Исходя из величины действующих на шарнирное соединение нагрузок их можно разделить на два типа, конструкция которых отличается существенным образом, это:
– шарнирные соединения несиловых механизмов,
– шарнирные соединения силовых механизмов.
Нужно отметить, что шарнирные соединения второго типа являются наиболее ответственными и поэтому к их конструкции предъявляются более высокие требования, в том числе к материалу и термообработке входящих в них деталей, а также к их смазке.
Шарнирное соединения при необходимой прочности, позволяющей воспринимать действующие на него нагрузки, должно обладать достаточной износостойкостью, обеспечивающей его работоспособность в течении срока службы механизма, или установленного гарантированного срока, что может быть обеспечено за счет создания в соединении величины зазора, обеспечивающей нормальную работу соединения и гарантированной подачей в смазки, образующий необходимый масляный слой между трущимися деталями соединения – осью и втулкой.
Шарнирные соединения несиловых рычажных механизмов.
К несиловым рычажным механизмам относятся вспомогательные механизмы машин и технологического оборудования, которые работают периодически, перемещаясь с небольшими скоростями и в процессе работы не испытывают динамических нагрузок, поэтому, как правило, подверженность износу их шарнирных соединений в процессе эксплуатации незначительна и не определяет стабильную долговечную работу механизма в целом. Основным требованием, предъявляемым к таким шарнирным соединениям рычагов, является необходимая для передачи возникающих в них усилий прочность, а также простота конструкции и удобство сборки.
Рис. 171. Малонагруженный рычажный механизм.
На Рис. 171 показана конструкция малонагруженного рычажного механизма, обеспечивающего привод подвижной полуоправки сборочного полуавтомата. Он состоит из ведущего двуплечего рычага 1, посредствам подшипников скольжения 24 шарнирно установленного на неподвижной оси 4, закрепленной на станине 3, ведомое плечо которого посредством оси 2 шарнирно соединено с проушиной тяги 5, снабженной пружинным устройством 24, обеспечивающим возврат механизма в исходное положение. На ведомом плече рычага 1 посредством оси 11 шарнирно установлен ролик 6 контактирующий с клином 7 соединенным со штоком 8 приводного пневмоцилиндра 9, который закреплен на кронштейне 10 установленном на станине 3. Кроме того, ведомое плечо рычага 1 посредством той же оси 11 шарнирно соединено с вилкой тяги 12, которая посредством вилки установленной на ее противоположном конце и оси 13 шарнирно соединена с ползушкой 14, расположенной с возможностью регулировки ее положения в пазу промежуточного рычага 15, выполняемой посредством винта 22. Рычаг 15 посредством клеммного соединения жестко закреплен на валике 16, который посредствам подшипников скольжения 21, шарнирно установлена в расточке корпуса 17, закрепленном на станине 3. На другом конце оси 16 также посредством клеммного соединения закреплен рычаг 18 связанный посредством ботов с рычагом 19, на котором расположена подвижная полуоправка 20.
Конструкцию осей 2, 11 и 13 шарнирных соединений тяг 5 и 12 рекомендуется выполнять по ГОСТ 9650 – 80 (типы осей приведены на Рис. 172), при этом, они фиксируются только в осевом направлении, для чего используются различного рода шайбы и пружинные кольца. Изготавливаются оси шарнирных соединений обычно из углеродистой конструкционной стали по ГОСТ 1050 (Сталь 35, Сталь 45) или из легированной конструкционной стали по ГОСТ 4543 (Сталь 20Х, Сталь 40Х), которые подвергаются улучшению до твердости 240 – 280 НВ, или поверхностной закалке до твердости 35 – 40 HRС, использование других типов материала и термообработки обычно связано с увеличенными нагрузками в шарнирном соединении.
Шарнирные соединения силовых рычажных механизмов.
К силовым рычажным механизмам относятся исполнительные механизмы тяжело на-груженного технологического оборудования и машин, которые в ряде случаев работают со значительными скоростями и поэтому на их шарнирные соединения дополнительно действуют возникающие при этом динамические нагрузки. При этом, в ряде случаев, например в прессовом оборудовании, усилие прямого хода намного больше, чем при обратном ходе, что естественно накладывает на конструкцию шарнирных соединений его исполнительного рычажного механизма дополнительные условия.
В данном разделе полной версии книги содержится примеры
конструктивного исполнения шарнирных соединений
деталей рычажных механизмов
Рекомендации по расчету различных типов шарнирных соединений деталей рычажных механизмов приведены в работе [1]
ЛИТЕРАТУРА
1. Игнатьев Н. П. Проектирование механизмов. Справочно – методическое пособие Азов 2015 г
2. Игнатьев Н. П. Обеспечение точности при проектировании приводов и механиз-мов. Справочно – методическое пособие Азов 2012г.
3. Игнатьев Н. П. «Муфты свободного хода» статья размещенная на сайте «методы-проектирования .рф»
4. Игнатьев Н. П. «Устройства для подачи заготовок бесконечной длины» статья размещенная на сайте «методыпроектирования.рф»
5. Игнатьев Н. П. «Механизмы прерывистого действия» статья размещенная на сайте «методыпроектирования.рф»
6. Кузнечно – штамповочное оборудование. Под ред. А. Н. Банкетова. М. Машино-строение 1982г
7. Механизмы. Справочное пособие. Под ред. Кожевникова С.Н. М. : Машинострое-ние 1976г.
8. Шашкин А. С. Зубчато – рычажные механизмы. М.: Машиностроение 1971г.
В полной версии книги содержится 165 страниц текста и 185 рисунков
Для приобретения книги сбросьте ее в корзину
Стоимость полной версии книги 500 руб
