/
Текст
С. Н. КОЖЕВНИКОВ, я. и. ЕСИПЕНКО,
Я. м. РАСКИН
МЕХАНИЗМЫ
ИЗДАНИЕ ТРЕТЬЕ
ДОПОЛНЕННОЕ И ПЕРЕРАБОТАННОЕ
Под редакцией чл.-корр. АН УССР
С. Н. КОЖЕВНИКОВА
ИЗДАТЕЛЬСТВО
«МАШИНОСТРОЕНИЕ»
Scan AAW
УДК 621.01
Настоящее третье издание книги, как и второе (см. «Эле-
менты механизмов», Оборонгиз 1956 г.), посвящено главным
образом механизмам.
Книга содержит описание 2030 механизмов и их элемен-
тов, применяющихся в современных машинах различных от-
раслей промышленности, а также описание элементов и аппа-
ратуры автоматических устройств.
В основу расположения огромного материала положена
преимущественно функциональная классификация механизмов.
Для многих механизмов приведены в окончательном виде рас-
четные формулы, облегчающие проектирование.
Книга может служить справочным руководством для ин-
женерно-технических работников заводов, технологических и
проектных институтов, а также может быть полезной для сту-
дентов при проектировании механизмов и машин.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр,
Предисловие к третьему изданию...................................... 6
Введение .............................................................7
Раздел 1
Сведения из кинематики и динамики механизмов
Основные определения..............................................9
Кинематика плоских стержневых механизмов.........................13
Разметка положений звеньев и построение траекторий точек ... 13
Кинематические диаграммы...................................... 20
Графическое определение скоростей и ускорений...................22
Построение передаточных характеристик ...... .34
Кинематика пространственных механизмов...........................36
Некоторые сведения из динамики машин.............................47
Силы, действующие в машине......................................47
Силовой расчет плоских стержневых механизмов....................49
Трение в кинематических парах...................................54
Приведение масс и сил...........................................58
К. п. д. некоторых частных механизмов...........................60
Уравнение движения механизма....................................62
Неравномерность хода машины и расчет маховика...................64
Уравновешивание механизмов и машин..............................67
Раздел 2
Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
Звенья...........................................................73
Кинематические пары..............................................75
Плоские стержневые механизмы.....................................89
Пространственные стержневые механизмы...........................148
Винты и винтовые механизмы......................................158
Раздел 3
Зубчатые колеса
Геометрические элементы.......................................174
Кривые, используемые при профилировании зубчатых колес . . .176
Пространственные зубчатые передачи............................197
Механизмы, составленные из зубчатых колес.....................202
Простые передачи ..............................................204
Эпициклические передачи......................................225
Планетарные редукторы........................................231
Эпициклические реверсивные механизмы и механизмы управления 238
4
ОГЛАВЛЕНИЕ
Планетарные коробки скоростей...............................257
Суммирующие и уравнительные эпициклические механизмы и меха-
низмы подачи........................................ . . 267
Механизмы грузоподъемных машин..............................276
Эпициклические механизмы для сообщения движения звеньям
с подвижными осями......................................... 282
Комбинированные механизмы...................................288
Раздел 4
Кулачковые механизмы
Общие сведения о кулачковых механизмах........................302
Выбор размеров кулачкового механизма..........................307
Построение профиля кулачка....................................313
Схемы кулачковых механизмов...................................319
Раздел 5
Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
Фрикционные передачи..........................................365
Ременные передачи и вариаторы скорости........................373
Тормоза..................................................... 418
Раздел 6
Муфты
Постоянные муфты..............................................435
Управляемые муфты.............................................453
Самоуправляющиеся муфты.......................................469
Раздел 7
Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
Храповые механизмы............................................504
Анкерные механизмы...................• . ...................522
Мальтийские механизмы.........................................525
Стержневые механизмы с остановками........................536
Кулачковые механизмы с остановками . 558
Зубчатые механизмы с остановками.......................... . . 564
Раздел 8
Механизмы с регулируемым ходом, компенсирующие, уравнительные
и предохранительные механизмы и устройства
Механизмы с регулируемым ходом................................584
Компенсирующие и уравнительные механизмы и приспособления . . 602
Предохранительные механизмы и устройства......................629
Раздел 9
Направляющие механизмы, механизмы
для преобразования вращательного движения в поступательное
или колебательное, реверсивные механизмы,
механизмы автоматического включения и выключения
Направляющие механизмы........................................650
Механизмы для преобразования вращательного движения в поступа-
тельное ......................................................660
ОГЛАВЛЕНИЕ
5
Механизмы для преобразования вращательного движения в колеба-
тельное ........................................................687
Реверсивные механизмы...........................................694
Механизмы автоматического включения и выключения..............707
Раздел 10
Механизмы для выполнения математических операций
и механизмы приборов
Многоугольники и кривые.........................................716
Приборы для вычерчивания кривых.................................720
Суммирующие механизмы......................................... 729
Множительные механизмы..........................................737
Механизмы тригонометрических функций............................741
Планиметры, интеграторы, гармонические анализаторы..............745
Механизмы приборов..............................................754
Раздел И
Механизмы и машины вибрационного действия
Вибраторы.......................................................826
Механизмы и машины вибрационного действия.......................834
Средства для устранения опасных колебаний механизмов и машин . . 869
Раздел 12
Резинометаллические соединения
Раздел 13
Механизмы питания автоматов
Механизмы питания автоматов прутковым и полосовым материалом. 914
Механизмы дискового и роторного питания.......................916
Механизмы ориентации заготовок..................................917
Отсекатели......................................................923
Механизмы бункерного питания....................................926
Механизмы магазинного питания...................................935
Транспортирующие и вспомогательные устройства..................936
Устройства для контроля и сортировки изделий .................. 941
Питатели....................................................944
Дозаторы....................................................947
Дозаторы для жидких тел ....................................951
Раздел 14
Гидравлические и пневматические передачи
и аппаратура управления
Механизмы управления............................................978
Механизмы ручного управления................................987
Распределительные валы и командоаппараты, аппаратура путевого
управления..................................................991
Реле давления, времени, скорости и другие..................1002
Дистанционное управление...................................1013
Следящие устройства и регуляторы...............................1027
Литература.................................................. .1056
ПРЕДИСЛОВИЕ К ТРЕТЬЕМУ ИЗДАНИЮ
Советский инженер-конструктор, технолог, исследователь должны в совер-
шенстве владеть методами расчета и конструирования новых приборов, быст-
роходных высокопроизводительных машин, машин-автоматов, автоматических
линий, удовлетворяющих современным высоким требованиям прочности звень-
ев и точности воспроизведения перемещений рабочего органа.
При создании сложных машин, и особенно машин-автоматов или автомати-
ческих линий, необходимо прежде всего разработать рациональный технологи-
ческий процесс, в соответствии с которым конструктору и технологу надлежит
проектировать отдельные исполнительные механизмы, механизмы управления,
специальные устройства для контроля точности и отбраковки изделий и др. Ши-
рокое использование автоматического управления процессами требует от конст-
руктора целесообразного выбора специальных механизмов для регулирования
скорости, температуры, влажности, давления, количества, соотношения и других
физических величин, определяющих процесс.
В настоящем третьем издании книги приведены характеристики 2030 меха-
низмов и их элементов, которые помогут конструкторам и изобретателям при
решении сложных задач, поставленных перед ними.
По сравнению с предыдущим изданием в книге сделаны значительные сок-
ращения за счет несущественных или устаревших механизмов и устройств.
В то же время значительно расширены вводные главы и введены два совер-
шенно новых раздела, посвященных механизмам и машинам вибрационного дей-
ствия и резинометаллическим соединениям.
Авторы сочли это полезным так как за последние годы вибротехника нашла
широкое применение в различных технологических процессах и для транспорти-
рования деталей и сыпучих материалов, а резинометаллические соединения, как
это представляется автором, должны получить признание в тех областях, где
они еще не используются или используются недостаточно. Этому должен спо-
собствовать раздел 11, в котором подобраны различные конструкции аморти-
заторов, муфт, упругих шарниров и пр.; требуемые характеристики резиноме-
таллических композиций могут быть воспроизведены различным сочетанием со-
единяемых металлических и резиновых элементов.
Для облегчения пользования книгой все описанные механизмы разделены
по функциональным признакам и почти каждый раздел снабжен вводной стать-
ей. Такое разделение может быть и не совсем удовлетворяет требованиям стро-
гой классификации механизмов, однако, как подтвердила практика, конструк-
тора больше всего интересуют функции механизма и его возможности, т. е.
характеристики.
При подготовке книги к третьему изданию авторами были учтены все заме-
чания, которые были получены со времени выхода в свет второго издания кни-
ги (1956 г.).
Замечания и пожелания просьба направлять в издательство (Москва, И-51,
Петровка, 24) или в Киевский институт Гражданской авиации.
Авторы выражают благодарность редактору издательства Г. Л. Виллеру,
много сделавшему для улучшения книги.
ВВЕДЕНИЕ
Современная машина выполняет множество различных и сложных функций,
связанных с преобразованием энергии, исполнением технологических операций,
транспортировкой изделий и материалов, регулированием, управлением и конт-
ролем, выполнением сложных математических операций, управлением движущи-
мися системами.
Всякая развитая машина состоит из двигательного, передаточного и испол-
нительного механизмов.
В качестве источника движения могут быть использованы электрические,
гидравлические и в отдельных случаях пневматические двигатели. Выбор типа
двигателя определяется эксплуатационными условиями и характером движения
исполнительного органа.
От ведущего звена движение передается исполнительному механизму с по-
мощью передаточных механизмов, где широко применяются плоские и простран-
ственные стержневые механизмы, зубчатые колеса и бесступенчатые передачи,
кулачковые механизмы, механизмы с остановкой, гидравлические, пневматиче
ские и гидропневматические устройства.
В современных машинах важную роль играет исполнительный механизм,
который, получив движение от двигателя и передаточного механизма, воздейст-
вует на обрабатываемый материал при помощи инструмента с целью изменения
его формы, свойств, состояния или положения. Для выполнения вспомогатель-
ных операций применяют огромное количество целевых механизмов, к которым
относятся: механизмы для транспортирования материала — питатели, магазины,
бункеры; механизмы поворота, зажима и фиксации, реверсивные, предохрани-
тельные и компенсирующие механизмы; системы управления, обеспечивающие
с помощью командоаппаратов, механизмов путевого управления, систем конце-
вых выключателей и реле, автоматическое исполнение запроектированной цик-
лограммы.
При этом запуск, остановка и. автоматическое регулирование механических,
электрических, гидравлических и пневматических устройств, а также восстанов-
ление соотношения между агентами осуществляется при помощи различных си-
стем программного управления и регуляторов — позиционных, пропорциональ-
ных, астатических, изодромных, оптимальных.
За последние 10—15 лет в промышленности успешно используют механизмы
и машины вибрационного и виброударного действия, область применения
которых непрерывно растет. В горной промышленности целые технологические
комплексы, начиная от отбойки угля и кончая его погрузкой, немыслимы без
применения машин вибрационного действия. Виброметод в строительстве полу-
чил всеобщее признание, так как оказался весьма эффективным при погружении
свай, шпунтов и труб в грунты, при резании и скалывании грунтов, при уплог
нении бетонной массы, при проходке отверстия в мерзлых грунтах.
В настоящее время мы встречаемся с вибрационными молотами и отбой-
ными молотками, уплотнителями грунтов и трамбовками; питателями, дозато-
рами, конвейерами, грохотами и сепараторами; устройствами для разгрузки и
очистки и многими другими.
8 Введение
Широкое распространение получили механизмы и машины для выполнения
самых различных математических операций — планиметры и пантографы, гар-
монические анализаторы, механизмы для вычерчивания кривых, механизмы для
суммирования и умножения, для интегрирования дифференциальных уравнений
и, наконец, большая группа механизмов и устройств для измерения механиче-
ских величин — перемещений, скоростей, ударных ускорений, сил, моментов, дав-
лений и т. п.» служащих неотъемлемой частью экспериментальной динамики
машин.
Сжатое описание большего числа современных механизмов и их элементов,
приводимых в этой книге, должно помочь конструкторам и изобретателям, ис-
следователям и студентам механического профиля уяснить себе принципы, ко-
торые с успехом могут быть применены при создании мяшин, и особенно ма-
шин-автоматов для любой отрасли промышленности.
Раздел 1
СВЕДЕНИЯ ИЗ КИНЕМАТИКИ И ДИНАМИКИ
МЕХАНИЗМОВ
ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Кинематической парой называется подвижное соединение двух тел, взаимно
ограничивающее их относительное движение.
Совокупность деталей, неподвижно соединенных между собой, называется
звеном механизма.
На рис. 1. 1. изображен шатун, состоящий из тела шатуна, крышки, шпи-
лек, гаек и вкладыша. Bice детали соединены между собой неподвижно и пред-
ставляют одно звено механизма.
Рис. 1.1
Каждое отдельно взятое звено плоского механизма может иметь три неза-
висимых движения: два поступательных движения вдоль осей х и у произволь-
но выбранной системы координат и вращение вокруг оси 2, перпендикулярной
к плоскости движения каждой из точек звена. Звено, движущееся в простран-
стве, может иметь шесть независимых перемещений.
Каждое из независимых движений тела называется степенью свободы.
При образовании кинематической пары звенья теряют свободу перемещения
и число степеней свободы звеньев уменьшается..
Ограничения в относительном движении, вводимые при образовании из
звеньев кинематической пары, называются условиями связи.
По числу оставшихся степеней свободы кинематические пары делятся по
родам. Если осталась не уничтоженной одна степень свободы, то пара относит-
ся к первому роду, при двух оставшихся степенях свободы — ко второму ро-
ду и т. д.
На рис. 1.2, а и б приведены плоские пары первого рода, на
рис. 1.2, в, г, д, е — пространственные пары второго, третьего, четвертого и пя-
того родов соответственно.
10
Раздел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
Рис. 1.2
Совокупность подвижно соединенных тел образует кинематическую цепь —
открытую (рис. 1.3, а) или закрытую (см. рис. 1,3, б). Механизм может быть
получен из замкнутой кинематической цепи обращением одного из звеньев в
стойку (неподвижно закрепленное звено, рис. 1.4).
Рис. 1.3
Рис. 1.4
Механизм, звенья которого образуют кинематические пары, обладает неко-
торым числом степеней свободы, которое для плоских механизмов может быть
вычислено по формуле Чебышева:
Г = 3(п-1)-2Р1-р2, (1)
где п — 1 — число подвижных звеньев механизма;
pi —число кинематических пар первого рода;
р2 —число кинематических пар второго рода,
а для пространственных механизмов — по формуле Малышева:
F = 6 (и— 1) — 5pi — 4р2 — Зр3 — 2pt — Рь, (2)
где pi, р2, рз, р4 и р5 — кинематические пары первого — пятого родов.
Основные определения
11
Найденное по формуле (1) число степеней свободы механизма не всегда
будет соответствовать действительному. В некоторых случаях может оказаться,
что формально учтенные в формуле (1) или (2) условия связи оказываются
пассивными, т. е. 'тождественными с другими, поэтому фактическое число сте-
пеней свободы W будет больше вычисленного по формуле.
При определении числа кинематических пар следует иметь в виду, что в
случае сложного шарнира (рис. 1.5) число кинематических пар будет на едини-
цу меньше числа сходящихся звеньев.
Для получения определенности движения звеньев механизма необходимо
задавать независимые движения звеньям механизма, число которых равно числу
степеней свободы. При W = 2 необходимо задавать движение двум звеньям.
Рис. 1.6
Наоборот, если необходимо задать два независимых движения, то механизм
должен обладать двумя степенями свободы. В технике используются преимуще-
ственно механизмы с одной степенью свободы.
Звено механизма, которому задается независимое движение, называется
начальным.
В большинстве случаев начальное звено движется относительно неподвиж-
ного, т. е. задается движение одного из звеньев механизма, связанного со стой-
кой. Однако применяются механизмы, в которых начальное звено вращается
относительно подвижного звена. Например, для механизма вентилятора
(рис. 1.6.) задается движение поводку 2 относительно коромысла /, на котором
закреплен электрический двигатель.
Механизмом называется замкнутая кинематическая цепь, в которой при за-
данном в соответствии с числам степеней свободы движении одного или нес-
кольких звеньев относительно соседних все остальные звенья имеют вполне оп-
ределенные движения.
Целью и назначением механизма является воспроизведение заданного дви-
жения для выполнения определенной операции. Так, например, распределитель-
ный механизм двигателя сообщает клапану определенные движения; редуктор
изменяет число оборотов; кривошипно-шатунный механизм двигателя позволяет
преобразовать поступательное движение поршня во вращательное движение ко-
ленчатого вала и т. д.
Определение W не дает возможности установить для данного механизма
метод исследования. Это затруднение разрешается с помощью классификации
12
Раздел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
Ассура. В соответствии с предложением Аосура число степеней свободы меха-
низма не изменится, если к нему присоединить или от него отсоединить стати-
чески определимые группы звеньев (117 = 0).
Для плоских механизмов с низшими кинематическими парами эти группы
по Аосуру должны удовлетворять условию
W = Зп — 2р± = О,
где п — число звеньев в группе и pi — число кинематических пар первого рода.
Число звеньев в группе должно быть четным.
Наиболее часто встречающимися статически определимыми группами
(рис. 1.7) являются двухпо1водк.овая группа или диада (гам. рис. 1.7, а), трехпо-
водковая группа (см. рис. 1.7, б) и четырехповодковая группа (см. рис. 1.7, в).
в)
Рис. 1.7
Шарниры в этих группах могут быть заменены поступательными парами, нк>
не Bice, потому что в последнем случае появляются пассивные условия св^зи.
Для механизмов, состоящих из двухповодковых групп предусмотрен опре-
деленный метод исследования, не пригодный для механизмов, содержащих трех-
или четырехповодковые группы.
При конструировании новых или исследовании действующих механизмов
необходимо знать траектории, скорости и ускорения точек, а также положения,
угловые скорости и ускорения звеньев механизма. Определение указанных пара-
метров называется кинематическим исследованием механизма, которое выпол-
няется для составления характеристики работы механизма, а в некоторых слу-
чаях— для дальнейших расчетов.
При проектировании механизма требуется определить траектории движе-
ния точек отдельных его звеньев, чтобы убедиться в том, что механизм действи-
тельно выполняет те движения, для которых он предназначен. Кроме этого,
необходимо выяснить, не препятствуют ли этим движениям расположенные по-
соседству с механизмом какие-либо другие части. Построение траекторий от-
дельных точек необходимо также для отыскания хода ведомого звена или очер-
тания картера, в который должен быть заключен механизм.
Размеры деталей звеньев механизма из условий требований прочности можно
определить, если известны силы, действующие на звенья. Силы, воспринимаемые
звеньями, определяются по заданным внешним силам (например, по давлению
газа на поршень, сопротивлению резанию) и силам инерции звеньев, зависящим
от массы звена и ускорения центра тяжести его. Таким образом, для опреде-
ления размеров механизма из условий прочности необходимо предварительно
Кинематика плоских стержневых механизмов
13
произвести кинематический анализ механизма. Вследствие того, что, не зная
массы, нельзя определить силы инерции, задаются размерами деталей звеньев
механизма, подсчитывают силы инерции, действующие на звенья, и проверяют
прочность деталей под действием рабочих усилий и сил инерции.
Время, путь, скорость и ускорение точки или тела взаимно связаны друг
с другом. Определить их можно двумя способами: аналитически или графиче-
ски. Часто пользуются графоаналитическим способом, представляющим сочета-
ние обоих способов.
Преимущество аналитического способа заключается в заранее заданной сте-
пени точности получаемых путем вычислений результатов. Однако сложность
аналитических уравнений движения и трудность их решения заставляют часто
отказываться от аналитического способа и ограничиваться применением его лишь
в простейших случаях.
При решении практических задач наиболее часто пользуются графическим
способом, отличающимся наглядностью и простотой и обеспечивающим вполне
достаточную для практики точность.
При проектировании новых машин возникает необходимость производить
синтез механизмов, т. е. по заданным движениям подбирать механизм и его
размеры. Задача эта сложна вследствие большого количества возможных ва-
риантов механизмов и, кроме того, вследствие возникающих трудностей в опре-
делении рациональных параметров звеньев уже выбранного механизма. В соот-
ветствующих разделах будут вкратце описаны методы синтеза наиболее рас-
пространенных механизмов.
КИНЕМАТИКА ПЛОСКИХ СТЕРЖНЕВЫХ МЕХАНИЗМОВ
Разметка положений звеньев и построение
траекторий точек
При разметке положений звеньев и построении траекторий точек механизма
обычно известно движение одной какой-либо его точки или звена. Зная движе-
ние этой точки, определяют движение всех остальных. Для этого строят меха-
низм в различных положениях и находят взаимное расположение и перемеще-
ния его звеньев, абсолютные или относительные.
Построение положений звеньев механизма и разметку положений точек на
траектории плоских стержневых механизмов можно производить различными
способами. К числу наиболее распространенных относятся методы засечек, кру-
говых линеек и ложных положений. В выборе метода построения большую поль-
зу оказывает разделение механизма на статически определимые группы, если
начальное звено движется относительно стойки. t
На рис. 1.8 показан четырехшарнирный механизм, состоящий из начального
звена Ор4ь закон движения которого задан, и двухповодковой группы А^Оз.
Задаваясь рядом положений точки Л1 на окружности а, засечками радиуса AiBi
на окружности (3 находим соответствующие положения точки Траекторию
промежуточной точки Ci шатуна находят построением на всех положениях ша-
туна соответствующей геометрической фигуры и соединением последова-
тельных положений точки Сь
На рис. 1.9 показано построение положений звеньев различных модифика-
ций двухповодковых групп, в которых некоторые шарниры заменены поступа-
тельными парами.
Индексы «О» определяют заданное положение группы, а «1» — искомое поло-
жение. Вх на рис. 1.9, а найдено засечками из точек и с раствором цир
куля, равным длине соответствующих поводков. Положение точек Ai и С! зада-
но. Новое положение звеньев группы на рис. 1.9, б найдено построением каса-
тельной к дуге радиуса Ai, проходящей через Положение Вх точки В для
группы на рис. 1.9, в найдено засечкой радиуса АВ на новом заданном положе-
14
Раздел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
Кинематика плоских стержневых механизмов
15
нии средней линии направляющей s. Положение звеньев группы по рис. 1.9, г
при заданных положениях Ai и Si находим построением сначала произвольной
прямой //, составляющей заданный угол 0 с а затем параллельной ей пря-
мой проходящей через Положение В1 группы по рис. 1.9, д определяется
пересечением прямых, находящихся на расстояниях hx и h2 от направляющих
и si.
В случае больших расстояний между шарнирами построение траекторий
и разметку положений точек на них методом засечек производить неудобно.
В этом случае целесообразно для разметки траекторий воспользоваться методом
круговых линеек или шаблонов.
Пусть требуется разметить траекторию точки С четырехшарнирного меха-
низма (рис. 1. 10). Для этого сместим траекторию точки В вдоль нулевого по-
ложения шатуна до совпадения точек Во и Со. Затем шаблон, очерченный дугой
радиуса ВС, установим так, чтобы радиальная прямая Р совпадала с нулевым
положением шатуна и круговая линейка последовательно проходила через точки
Д, В2, В3. Точки пересечения дуги шаблона с траекторией точки С определяют
соответствующие заданным положениям точки В положения точки С. Для оты-
скания траектории промежуточной точки шатуна, например D, необходимо на
отрезках BiCi построить фигуру BiCiDi, подобную перемещающейся BCD.
Соединяя найденные точки Di, найдем траекторию точки D.
На рис. 1.11, б показана разметка траектории точки D методом круговых
линеек для сложного механизма, состоящего и,з диад MDEnBC. На рис. 1.11 а
направление переноса траектории точки В в точку С показано стрелкой f2, а на-
правление переноса этих двух траекторий в точку D — стрелкой f4. Направление
стрелок определяет установку круговой линейки.
В случае построения положений звеньев механизма, включающих трехповод-
ковую группу, необходимо применять метод ложных положений звеньев. На
рис. 1.12 изображена схема кулисного механизма, состоящего из двухповодковой
группы 5—6 и трехповодковой группы с центральным звеном 1 и поводками 2,
3 и 4. Для определения положения золотникового штока предполагаем поводок
и кулису разъединенными в точке F. После этого при двойном эксцентрике 7,
16
Раздел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
поставленном в требуемое положение, задаем произвольные положения одной из
тяг 2 или 3 и отыскиваем траекторию ср точки F. Точка пересечения построенной
траектории ср точки F с дугой радиуса GF определяет положение точки F ку-
Ри-с. 1.11
лисы. После этого обычным способом определяем положения всех остальных
звеньев кулисы, в том числе и золотникового штока.
Для механизмов, включающих четырехповодковые группы, построение поло-
жений звеньев производится аналогично. На рис. 1.13 показана схема механизма
продвижения ткани швейной машины с четырехповодковой группой, составлен-
ной из соединенных между собой центральных звеньев 6 и 7 и поводков 2, 5,
4, 5. При заданном положении двойного эксцентрика /, полагая что точки А
и В неподвижны, разъединяем в точке Е звенья 6 и 7 и, задавая произвольные
Кинематика плоских стержневых механизмов
17
положения точек С и D, строим траектории ее и е7 точки Е. Пересечение этих
траекторий определяет действительное положение точки Е. Такое построение
следует делать для каждого из положений эксцентрика.
Применение механизмов с двумя начальными звеньями позволяет воспроиз-
вести траектории точек весьма сложного характера, если задавать движение
начальным звеньям по определенному закону.
Рис. 1.14
На рис. 1.14 приведена кинематическая схема механизма игловодителя обув-
ной швейной машины. Движение начальным звеньям / и 2 сообщается при по-
мощи кулачков 5 и 3, укрепленных на одном валу, при этом профиль кулачка 5
определяет отклонение игловодителя 4, а кулачка 3 перемещение его в под-
18
Раздел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
вижных направляющих. В результате комбинирования этих двух движений вос-
производится траектория, показанная справа на рисунке. Построение траектории
произведено описанным выше методом засечек при найденных по профилям ку-
лачков положениях начальных звеньев
1 и 2.
В том случае, когда задается отно-
сительное перемещение звеньев, пост-
роение плана механизма необходимо
производить несколько иначе, потому
что разделить механизм на группы Ас-
сура не представляется возможным.
Пусть для механизма по рис. 1.6 задан
угол ф21 поворота поводка 2 относи-
тельно коромысла 1. Считая паводок 2
и коромысло BD разъединенными в
точке В, задаем угол <p2i и радиусом
СВ j делаем засечку на окружности ра-
диуса DB. Найденная точка В^ опреде-
ляет положение звеньев механизма.
Для определения положений звень-
ев механизма по рис. 1.15 при заданном
угле ф21, полагаем звенья 2 и 3 разъе-
диненными в точке В.
Повернув звено 2 относительно зве-
на 1 так, чтобы между ними был угол
ф21, описываем радиусом СВ^ дугу ок-
ружности. После этого задаем ряд по-
следовательных положений одного из звеньев 4 или 5 и находим траекторию (3
точки В четырехзвенного механизма 3, 4, 5. Пересечение кривой (3 с дугой радиу-
са СВ 1 определяет положение В\ точки В на неподвижной плоскости, а следо-
вательно, и положение всех звеньев механизма.
Если в механизме по рис.
звена /, то, полагая звенья 2
1.16 задано перемещение поводка 2 относительно
и 3 разъединенными, поворачиваем звено 2 отно-
Кинематика плоских стержневых механизмов
19
сительно звена 1 до заданного угла <р2ь строим траектории (3 и |3' точек В и В j и
находим точку Вх пересечения их. Найденная точка определяет искомые положе-
ния звеньев механизма.
В некоторых случаях для расчетов необходимо определять-только ход ведо-
мого звена. Величина хода определяется крайними положениями ведомого зве-
на. В случае кривошипно-шатунного механизма (рис. 1.17) или четырехшарнир-
ного механизма (рис. 1.18) крайние положения ведомого звена соответствуют
Рис. 1.17
Рис. 1.18
совпадению направлений кривошипа и шатуна. Точки Со и Со возврата находят-
ся от точки А на расстоянии I + г и I — г. Путь С0Со равен ходу Н (см
рис. 1.17).
Несколько труднее определяется ход ведомого звена в случае сложного ме-
ханизма. На рис. 1.19 показано определение хода поршня бокового цилиндра
Рис. 1.19
V-образного двигателя внутреннего сгорания. Вследствие того, что положение
кривошипа, при котором поршень занимает крайние положения, неизвестно, из
произвольно выбранных положений 1, 2, 3 и т. д. точки Е делаются засечкг
длиной DE на траектории точки D. Проведя через середины дуг 2', 3' и т. д
кривую, до пересечения с траекторией точки D, находим точку Do, в которую по-
падет точка D при верхнем крайнем положении поршня. Делая засечку на оси
цилиндра дугой радиуса D£, находим мертвую точку £п. Аналогично определяет-
ся Do — следовательно, и Во , а таким образом и ход Н.
20
Раздел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
Кинематические диаграммы
Для получения наглядного представления об изменениях в положении ско^
рости или ускорения звена строят кинематические диаграммы. После построе-
ния траекторий точек звеньев механизма легко построить кривую перемещения
точки S в функции времени t или угла поворота ф ведущего звена.
S']
Рис. 1.20
Пусть построена диаграмма [$, <р] в некотором масштабе kq> Для углов по-
ворота ф начального звена и ks для перемещений (фиг. 1.20). Так как
а
ds ds
v —-------— cd •—,
di dy
ds ks du ks
= = — tg a
d<p--------kv dx----kv
где a — угол наклона касательной к кривой в выбранной точке, то достаточно
для построения кривой ds/dy в точках /, 2, 3... провести касательные, а затем
выбрать произвольно полюс р», отстоящий от оси на расстоянии hv и через него
провести линии, параллельные касательным, как показано на рис. 1.20 внизу.
Отсекаемые на оси ординат отрезки будут пропорциональны ds/dy. Так как
tga =
Уу
Ьу
Кинематика плоских стержневых механизмов
21
то
Масштаб скорости
Полученные на оси ординат отрезки следует отложить в качестве ординаты,
соответствующей выбранному углу поворота. Соединив найденные точки, полу-
чаем кривую скорости. Аналогично может быть построена по кривой скоростей
fd2s I
кривая ускорений ~ .
Масштаб диаграммы ускорений
(0 kv
k„ = -----.
Приближенно интегральную кривую можно построить способом, обратным
дифференцированию (рис. 1.21). С этой целью для каждого из участков инте-
грируемой кривой отыскиваем среднюю ординату yt, г-н и переносим’ на ось ор-
динат. Полученную точку соединяем с полюсом ’pv, взятым на произвольном
расстоянии от начала координат. Если теперь через начало Oi новой системы
координат провести прямую, параллельную лучу pv\ до пересечения с верти-
калью, соответствующей концу первого интервала, через- полученную точку
провести линию, параллельную второму лучу pv2 до пересечения с вертикалью
22
Раздел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
для конца второго интервала и т. д., то ряд полученных точек будет точками ин-
тегральной кривой:
ф
S = kk^ J ydx - kk^ [f/01 + J/12 + y23 +... ] Дх.
0
Здесь г/oi, У\2 и т. д. — средние ординаты для отдельных участков. Из подобия
заштрихованных треугольников
Z+1 Vi, H-l
Дх hv
поэтому
S = kvk^hv [ Д?01 + Дг12 + Дг23 +...] = .
Кроме того,
s = ksz,
т. е.
k„ = k k^>h
S у ф ^у ,
Графическое определение скоростей и ускорений
При проектировании механизма необходимо знать не только величину, но
и направление скоростей и ускорений, т. е. их векторы.
В практике решения кинематических задач чаще всего применяется графо-
аналитический метод определения скоростей и ускорений путем построения пла-
нов скоростей и ускорений.
Пусть дано тело М, движение которого надо определить (рис. 1.22). Выбе-
рем в системе тела М три произвольные точки А, В и С. Для любого момента
времени t можно, зная мгновенный центр вращения Р и скорость одной какой
либо точки, например, точки А, определить скорости точек В и С. Для этого
возьмем в плоскости чертежа произвольную точку проведем из нее лучи pva,
pvb и pvc, перпендикулярные РА, РВ и PC, и отложим на луче pva отрезок, про-
порциональный скорости точки А. Проведя через точку а прямые ab и ас, пер-
пендикулярные АВ и АС, и соединив прямой точки Ъ и с, получим фигуру pvabc,
в которой отрезки pva, pvb и pvc представляют собой векторы скоростей точек
А, В и С. Фигура pvabc подобна фигуре РАВС и называется планом скоростей.
Фигура abc, сторонами которой являются скорости относительного движения то-
Кинематика плоских стержневых механизмов
23
чек А, В и С, подобная фигуре АВС и повернутая относительно последней на
90°, называется картиной относительных скоростей. Свойством подобия картины
относительных скоростей и перемещающейся фигуры обычно пользуются при
отыскании скоростей промежуточных точек звеньев.
Обычно при исследовании сложных механизмов, составленных из статически
определимых групп, скорости определяются последовательно для точек каждой
из выделенных групп, начиная с первой группы, присоединенной к начальному
звену. Для каждого из видов статически определимых групп (двухповодковые,
трехповодковые и т. д.) следует применять особый метод построения планов
скоростей. Для двухповодковых групп скорости определяются из условия, что
плоскопараллельное движение звена можно рассматривать как сумму поступа-
тельного движения его вместе с одной из его точек и вращательного движения
вокруг оси, проходящей через эту точку. Например, если заданы или предвари-
тельно вычислены скорости точек А и С двухповодковой группы (рис. 1,23, а) „
то скорость точки В определяется согласно векторным уравнениям:
^B=~VA + VBA
И _____
VB = vc + vsc,
где а а. и v с — скорости переносного поступательного движения для звеньев АВ
и ВС\ Vba и vBc — скорости точки В при вращении звеньев АВ и ВС вокруг
осей, проходящих через А и С, перпендикулярные соответственно отрезкам АВ и
ВС. Построение векторных сумм из произвольно выбранного полюса pv показа-
но на рис. 1.23, а.
Угловые скорости группы звеньев 1 и 2 определяются по формулам
ab • k0
(Oj = --- = --------
1АВ 1АВ
И _
VBC * &
(О2 =---- =---------.
^св 1св
В случае замены одного из шарниров поступательной парой (см. рис. 1.23, б)
точка С должна быть взята из направляющей_у, по которой перемещается пол-
зушка, а скорость относительного движения vBc направлена параллельно на-
правляющей. Уравнения для определения скоростей остаются теми же, что и для
двухповодковой группы с тремя шарнирами. Индексы у букв планов положений
диад указывают, к какому из звеньев относится точка. На планах скоростей и
ускорений эти индексы опущены.
Приведем необходимые формулы для определения скоростей различных мо-
дификаций двухповодковых групп по рис. 1.23.
Для всех случаев
vb = VA + vba и vb = vc + VBC
и, кроме того,
^ВА
=------ и со2 = (см. рис. 1.23,6); (ог = со2 = (см. рис. 1.23,г),
1АВ
^ВА
(ог =---- и со2 = (Di (см. рис. 1.23,в); сох = сор и = (см. рис. 1.23,6),
1АВ
24
Раздел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
Кинематика плоских стержневых механизмов
25
В качестве примера рассмотрим определение скоростей точек звеньев меха-
низма по рис. 1.24. Механизм состоит из диады 2—3, в точке А присоединенной
к кривошипу и в точке Oj — к неподвижному звену, и диады 4—5, ползун ко-
торой скользит по направляющей АВ.
От произвольно взятого полюса pv откладываем скорость Va в масштабе
kv (отрезок pva) и проводим через pv направление vBoi перпендикулярно О [В.
Далее через а проводим направление vBa перпендикулярно АВ до пересечения
с направлением vB. В точке b пересечения построенных линий лежит конец век-
тора vB. Затем находим скорость точки D направляющей, пользуясь подобием
перемещающейся фигуры звена и картины относительных скоростей, т. е. из
ad AD
пропорции “7 = 77- Скорость точки Е, направленная перпендикулярно EF
ао АВ
определяется по уравнению: = + Поэтому, проведя через d линию, па-
раллельную направляющей, и через —линию, перпендикулярную EF, в точке
их пересечения получаем конец е вектора скорости точки Е.
Рис. 1.24
В том случае, если в механизм входит трехповодковая группа, для опреде-
ления скоростей точек ее 'звеньев следует применять метод ложных положений
картины относительных скоростей или особые точки Ассура.
Метод ложных положений картины относительных скоростей заключается
в следующем. Допустим, что в результате кинематического исследования опре-
делены скорости центров А, В и С шарниров (рис. 1.25), которыми трехповод-
ковая группа присоединяется к механизму, и отложены от pv (см. рис. 1,25, а)
в виде отрезков pvb и _pvc. Для точек_D, £_и Г_можно написать векторные
уравнения: Vd^va + vda^ vf = vb-}-vfb и ve = vc + vec, из которых следует, что
концы векторов vE, vd, vf должны лежать на перпендикулярах б, ф и € к AD,
BF и ЕС, проведенных соответственно через точки а, b и с. Кроме того, известно,
что векторы скоростей относительного движения точек D, Е и F образуют тре-
угольник, подобный KDEF, с соответственно перпендикулярными сторонами.
Задавшись произвольно одной из относительных скоростей, например, vda (от-
резок adi на плане), строим ложное положение картины относительных скорос-
тей, две вершины d^ и е{ которой лежат непрямых б и 8. На этих прямых дол-
жны располагаться концы векторов vd и vF. Подобно изменяемый треугольник
def следует вершинами d и е перемещать по линиям 6 и е до тех пор, пока вер-
шина f не попадет на линию ср; при этом точка f будет перемещаться по пря-
мой фь Все три ^прямые б, (pi и 8 пересекаются в одной точке О. После опреде-
ления вектора pvf скорости точки F легко определить скорости и остальных
точек.
26
Раздел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
Точка L Ассура лежит на пересечении направлений
надлежит звену DEF, а ее скорость можно определить из
VL = VE + VLE = VC 4" v ЕС 4" VLE •
двух поводков и при-
ураВ|Нения:
_ Здесь векторы vec и Vle имеют одно и то же направление, поэтому
vec + Vle = vLc. Второе уравнение для определения точки L можно получить,
рассматривая ее движение относительно точки В:
Ч = ^в + ^ьв-
После определения скорости точки Ассура легко определить скорость точ-
ки D, а при помощи картины относительных скоростей — скорости остальных то-
чек звена DEF.
Подобно скоростям точек звеньев механизма можно найти и их ускорения
методом построения плана ускорений (рис. 1.23). При этом следует исходить из
известного положения кинематики, что при плоскопараллельном движении звена
ускорение в абсолютном движении складывается из ускорения переносного дви-
жения и полного ускорения в относительном движении. Так, для точки диады
(см. рис. 1.23, а) ускорение можно выразить следующими векторными уравне-
ниями: _ _ _ _
аВ = аА + аВА + аВА<
аВ= °C + авс + авс-
Здесь а а и ас—ускорения переносного движения для звеньев АВ и ВС,
V2BA k2ab2 V2BC k2cb2
=------= —----- и o,qC=-----— —-------— нормальные ускорения точки
lAB lAB lCB lCB
Кинематика плоских стержневых механизмов
27
В при вращении звеньев АВ и СВ соответственно вокруг осей А и С; аВд и
авС — тангенциальные ускорения в относительном движении. __
Построением геометрических сумм по этим уравнениям получаем вектор ад.
Для примера найдем ускорения точек звена EDK механизма убирающегося
шасси, схема которого приведена на рис. 1,26. Скорость vB и ускорение ав точ-
ки В, приводимой в движение поршнем подъемника В, известны. Найдем уско-
рение точки D звена EDK (см. рис, 1.26,6).
Рис. 1.26
Ускорение точки D можно определить по следующим уравнениям:
aD = аВ + aDB + И aD — aDE + aDE •
Из произвольного полюса_ра откладываем в выбранном масштабе ka ускоре-
ние точки В в виде отрезка pab'. Через точку Ь' проводим линию, параллель-
ную £>В, и на ней откладываем отрезок nDB, пропорциональный нормальному
ускорению точки D при ее движении относительно В:
DB ka ka lDB ka lDB
а через_конец пвв (точка n на плане) проводим направление перпендику-
лярно пвв.
После этого из полюса ра откладываем параллельно DE отрезок
_ _ k2v'Pvd2
k IР D & 1рГ)
а а Ь» а ^.и
пропорциональный нормальному ускорению точки_О при ее вращении вокруг
оси В, и через конец nDB проводим направление а*ВЕ перпендикулярно n^D%
В этих уравнениях отрезки bd и pvd, пропорциональные vDB и v D определяются
из плана скоростей рис. 1.26,а. _ _
Пересечение направлений тангенциальных ускорений авв и авЕ опреде-
ляет конец вектора ускорения точки D : ud = ka-pad'.
Полные относительные ускорения точек звена пропорциональны расстоя-
ниям между ними:
аАВ : авс : аСА = 1АВ : 1ВС : 1сА -
28
Раздел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
В соответствии с этим векторы полных относительных ускорений образуют
на плане ускорений фигуру d'h'b', подобную перемещающейся и называемую
картиной относительных ускорений.
Картиной относительных ускорений пользуются при определении ускорения
любой третьей точки звена, если ускорения двух его точек известны. В случае
необходимости определить ускорение точки Н на векторе b'd' полного ускорения
относительного движения точек D и В находим точку h' из пропорции
b'h' ВН-
—— = —• и, соединив ее с полюсом ра, находим ускорение точки Н\
b d BD
аИ = kph .
ti ста
Если одна из вращательных пар двухповодковой группы заменена поступа-
тельной парой, то ускорение точки В (см. рис. 1.23,6) может быть определено
по уравнениям
аВ = аА~^~ аВА + аВА И ав = ас + аВС + аВС-
Смысл первого уравнения прежний, что касается второго уравнения, то в
нем ас — ускорение точки С направляющей, совпадающей в данный момент вре-
мени с точкой В; agC —кориолисово ускорение, появляющееся при вращатель-
ном переносном движении, равное 2(од^вс и по направлению совпадающее с век-
тором vBc, повернутым на 90° в направлении сод.
Приведем векторные уравнения и формулы, необходимые для определения
ускорений точек звеньев различных модификаций диад на рис. 1.23:
ав =ал+ аВА + аВА- п VZA ав~ ас + авс п __ V^c _ + авс (к рис. 1.23, а)
ВА 1АВ 1АВ авс — 1 — 1св 1св
°*ВА е1 = ; lAB авс ' е2 — / LCB
аВ = аА + а*ВА + аВА* ав = ас~^~ аВС + аВС>
VBA kvab2 ь
aBA = ~T2 = l ’ aBC=2(a<ivBC>
/lL) Л 25
а*ВА
= ; £2 = v
lAB
aB== aA aBA + aBA ’ aB = aC + aBC + aBC’
VBA kfa2 b
авА = ~Т^~ТйГ'’ aBC==2(i)ivBC^
аВА
£i = “/—; £2 = £i.
lAB
(к рис. 1.23,6)
(к рис. 1.23,в)
Кинематика плоских стержневых механизмов
29
аВ = аА + аВА + аВА> аВ~ас+ аВС + аВС>
аВА ~ VBA ; аВС = ^q VBC'
е1 = е2 — £q.
(к рис. 1.23,г)
ав = аА + аВА + аВА •• аВ=ас + аВс + аВС>
аВА ~ VBA ' аВС — VCB>
(к рис. 1.23,д)
е1 — ер5 е2 — zq- '
При включении в механизм трехповодковой группы необходимо применять
метод ложных положений картины относительных ускорений или использовать
особые точки Ассура.
Метод ложных положений картины относительных ускорений сводится к сле-
дующему. Если заданы ускорения точек А, В и С (см. рис. 1.25), то ускорения
точек D, Е и F могут быть выражены следующими векторными уравнениями:
aD = аА + aDA + aDA> а£~ ас~\~ ^ЕС + aF = аВ + aFB + aFB‘
Нормальные ускорения а авс\ авв могут быть вычислены после по-
строения плана скоростей и отложены от концов а', Ь', с' векторов ускорений
точек А, В и С в виде отрезков uda, nFB, пес.
Через конец каждого из построенных отрезков необходимо провести направ-
ление тангенциальных ускорений аВА, авс, авв соответственно перпендикуляр-
ным отрезкам hda, Пес и nFB. Полные ускорения в относительном движении то-
чек D, Е и F образуют на плане ускорений фигуру d'e'f', подобную &DEF, вер-
шины которой соответственно располагаются на прямых д', е', ф'. Для удовле-
творения этого условия задаемся положением одной точки (например, dx ), на-
ходим вторую точку (например е{ ) по уравнению
аЕ = aD “Ь ^вв + а*ЕО (а)
и на полученном отрезке d{ ех строим треугольник d j ех f{, подобный &DEF.
Если теперь перемещать треугольник d{ el f| вершинами d^ и е1 по пря-
мым д' и е' так, чтобы сохранялось подобие и удовлетворялось уравнение (а),
то третья вершина треугольника будет перемещаться по прямой фр парал-
лельной ф! на плане скоростей-(см. рис. 1.25, а). Конец f' вектора ускорения
точки F лежит в пересечении линий cpj и ф'. Ускорение остальных точек теперь
определяется по обычным уравнениям.
Ускорение точки L Ассура может быть определено по векторным уравнениям
так же, как и для точек звеньев двухповодковой группы:
aL ~ ав + aFB + O-LF + aFB + aL ~ aC + aBC + aLE + aEC 4" aLE •
В этих уравнениях
VFB VLF
aFB — ’ aLF —
lBF lFL
n
aEC= —
lCE
n LE
; «L£ = ^—
‘EL
30
Раздел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
Направления авв и а*цг' а также agc и a*LE совпадают, поэтому два при-
веденных выше уравнения позволяют путем геометрического сложения векторов
определить ускорение точки L. После вычисления ускорения точки L легко оп-
ределить ускорение точки D, а затем по картине относительных ускорений —
ускорения остальных точек трехповодковой группы.
Рис. 1.27
В случае задания относительного движения звеньев не представляется воз-
можным разделить механизм на статически определимые группы, следовательно,
нельзя распространить на них и приведенные выше методы определения скоро-
стей и ускорений.
Покажем на конкретных примерах методы кинематического анализа такого
типа механизмов. В механизме по рис. 1.27 задана угловая скорость co2i = const
поводка 2 относительно коромысла 1.
При кинематическом анализе можно полагать, что движение поводка 2 пред-
ставляет собой результат сложения двух движений, а именно: вращения вместе
с коромыслом 1 вокруг оси С и относительного вращения звеньев 2 и 1 вокруг
Кинематика плоских стержневых механизмов
31
оси А. Такое представление о движении звена 2 дает возможность выразить ско-
рость и ускорение точки В уравнениями:
VB = UB1 + иВ21>
ав = aBi + аВ1 + аВ21 + аВ21 •
Здесь — скорость точки В при вращении звеньев 1 и 2
как одного целого с угловой скоростью cof,
иВ21 = Ю21 'АВ — скорость точки В, определяемая заданной относи-
тельной скоростью со21;
2 ---Г2
. „ VR о рг.Оу
а1в и ав = —£1- = k* —— тангенциальное и нормальное ускорения в пере-
ев ^Св
носном вращательном движении;
и2
__ иВ21_ __
аВ21 — 1 —
1АВ
аВ21 ==2(d1(d2i^b=:
--------- и
^ав ____
------------— нормальное и кориолисово ускорения, появляю-
тся
щиеся в результате относительного вращения
звеньев 2 и 1.
На рис. 1.27, а и б показано построение планов скоростей и ускорений. Из
произвольной точки pv проводим Pi и р3 — известные направления у_в и Увь
перпендикулярные соответственно DB и СВ. Выбрав на направлении иВ\ произ-
, „ -—г иВ21 ^л1ав
вольную точку 01л, откладываем от нее известный вектор 01л ол= —— =—-—,
а затем через точку Ьл проводим линию Р, параллельную Pi. Пересечение по-
следней с направлением скорости Ув определяет ее изображающую точку b на
плане скоростей. Скорость у а определяется построением картины относитель-
ных скоростей на векторе pvbi для фигуры СВА.
Построение плана ускорений производим из произвольно выбранного полю-
са ра, из которого сначала откладываем в масштабе ka нормальное ускорение
„ VB1 // / .
аВ] = —----, а через ее конец Ьг проводим Р j JL СВ — направление авх. Вычис-
1св
лив нормальное = Пв 21 и кориолисово “^21= kakB2i ускорения, появля-
ющиеся при относительном вращении звеньев, откладываем их параллельно ВА из
произвольно выбранной точки Ь2 на направлении р j тангенциального ускорения
аВ1 • Через полученную точку Ьл проводим Р' параллельно Р^ .
Для ускорения ав точки В можно выписать второе уравнение:
ав ~ ав "Ь а*в >
рассматривая ее движение относительно точки D;
п klPvb2
ав~ Idb
= ka Ра b”
определяется после построения плана скоростей.
32
Раздел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
Отложив из полюса ра отрезок pab"\\DB, проводим через Ь" линию ^±DB—
направление а^ . Пересечение линий и Р3 определяет конец Ь' вектора ус-
корения точки В. Ускорение точки А находим построением на векторе раЬ1 кар-
тины раЬ j а' относительных ускорений, подобной фигуре СВА.
В качестве другого примера рассмотрим построение плана скоростей и уско-
рений более сложного механизма по рис. 1.28, а, в котором задана угловая ско-
рость С021 поводка 2 относительно шатуна 1. Скорость точки В определяем из
условия, что движение звена 2 можно представить как результат сложения вра-
щения звена 2 вместе со звеном 1 вокруг мгновенного центра и вращения зве-
на 2 относительно звена 1.
Из произвольно выбранного полюса pv /(см. рис. 1.28,6) проводим линии
а, б, у и % направлений скоростей точек С, В, G, К. Задавшись произвольным
значением скорости точки С (точка сл на плане скоростей), строим картину ско-
ростей Cnd^bл , подобную фигуре CDB и повернутую относительно последней
на 90°. При наличии угловой скорости co2i скорость точки В звена 2 отличается
от найденной скорости ръЬл на величину скорости при относительном вращении
звеньев 2 и 1. Отложив от точки b л известный отрезок Ьл Ьл = —~— и про-
ведя через его конец Ьл линию [3, параллельную найдем геометрическое ме-
сто, на котором должен лежать конец Ь вектора скорости точки В. Второе гео-
метрическое место, на котором также должен лежать конец вектора скорости
точки В, найдем построением ложного положения картины &л£лЬбл для звена
KGB на направлениях х и у Соединив точку &бл с полюсом, получим второе
геометрическое место точек |Зб, определяющее направление скорости точки В, пе-
ресечение которого с линией [3 определит конец вектора скорости точки В. Ско-
рости остальных точек определяются изложенным выше методом.
При определении ускорения точки В необходимо сначала от произвольно
выбранного полюса ра (см. фиг. 1.28, в) отложить векторы Рас", pad", Pag",
pak" нормальных ускорений точек С, В, G и К, которые легко вычислить после
построения плана скоростей, а затем через их концы с", d", g" и k" провести
линии а', б', у', х'— направления соответствующих тангенциальных ускорений
На направлениях х' и у' легко построить ложное положение картины относитель-
ных ускорений для звена 6, определяющих геометрическое место EV, на котором
располагается конец вектора ускорения точки В. Для этого, произвольно выбрав
положение точки gn и прибавив к ускорению точки G вектор нормального уско-
~rt » aKG VKG ts" t
рения gJlRJ1 = ——- — - , проводим через его конецлл направление a^G до
&а ^a^GK
пересечения в Ьл с направлением х'. Далее на отрезке g^n строим тре-
угольник k л gJl &бл, подобный треугольнику KGB. Через точку Ь 6л проводим
линию i|36* параллельно Рб на плане скоростей. Линию (3 g можно также
найти построением двух ложных положений картины относительных ускорений,
соединив между собой две точки bQjl ложных картин относительных ускорений.
Для отыскания второго геометрического места р', на котором лежит конец
вектора ускорения точки В, сначала строим аналогично предыдущему ложное
положение картины относительных ускорений для фигуры CDB, задавшись по-
* См. С. Н. Кожевников. Вспомогательные теоремы для построения
ложных планов скоростей и ускорений. Труды Днепропетровского Металлурги-
ческого института, вып. 17, Металлургиздат, 1949.
Кинематика плоских стержневых механизмов
33
2 С. Н, Кожевников и др.
34
Раздел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
ложением точки Сл . Через точку 61л проводим линию 0 j, параллельную Pi
на плане скоростей. Далее вычисляем нормальное и кориолисово ускорения, по-
являющиеся при относительном вращении звеньев 2 и 1, и откладываем их сум-
му от произвольно выбранной на линии Р j точки Ьл . Через найденную точку
Ьл проводим линию P'liPj , пересечение которой с линией Р6 определяет конец
Ь' вектора ускорения точки В. Построение векторов ускорений остальных точек
производится изложенным выше методом для механизмов, составленных из ста-
тически определимых групп.
Построение передаточных характеристик
В практике проектирования исполнительных механизмов удобно использовать
не абсолютные значения скоростей, а соотношения скоростей, известные под
названием передаточных функций механизмов.
Например, для кривошипно-шатунного механизма легко найти передаточную
v в
функцию i*3i = — (см. рис. 1.29, а) в результате построения повернутых планов
r g
скоростей в масштабе кривошипа в функции параметров % — ~j~ и х = .
На рис. 1.29,6 приведены передаточные функции кривошипно-шатунного
механизма для % = 0,5 и нескольких значений параметра х.
Кинематика плоских стержневых механизмов
35
Вид передаточных функций существенно зависит от соотношения парамет-
ров лих вследствие того, что в механизме может либо существовать, либо от-
сутствовать кривошип, так как механизм может быть либо кривошипно-шатун-
ный, либо коромысло-шатунный. Тип механизма устанавливается из условия:
При г + е < I или при 1 + х < -у- механизм кривошипно-шатунный, может об-
ращаться в пределах 360°.
При г + е = I или при 1 + х = —— механизм предельный.
1
При г + е > I или при 1 + х > — механизм коромысло-шатунный.
Л
Ряд механизмов характеризуется коэффициентом К увеличения средней ско-
рости обратного хода. Для смещенного кривошипно-шатунного механизма (см.
180е —(фа —фа) ’
где
хХ
'"♦-ГТГ
и
,
sin ф2 = --
Графики К в функции X и х приведены на рис. 1.30.
Пользуясь графиками Аи и К, можно подобрать по заданным условиям пара-
метры X и х, а по ним размеры звеньев.
При проектировании исполнительных гидравлических и пневматических ме-
ханизмов встречаются случаи, когда х велико и ведомое звено с неподвижной
осью вращения может перемещаться в пределах ограниченного угла меньше 180°
В этом случае получаем коромысло-шатунный механизм и кинематический ана-
2*
36
Раздел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
лиз сводится к построению кривых 113 в функции параметров % и х (а иногда и
На рис. 1.31 показаны графики Zi3 = " • и ф в функции перемещения Sb
vb
ведущего ползуна для % = 0,55 и к = 1.
Рабочий угол фо выбран из условия
Хх
cos^>TTv
Кривые йз(5в) и <p(Sb) несимметричны относительно оси ординат.
Если необходимо, чтобы va при vb = const мало отличалась от постоянной, то,
по-видимому, крайние положения кривошипа должны быть несимметричными. За-
давшись процентом превышения va над Vb, можно найти ход Н поршня.
Аналогичные характеристики могут быть использованы при проектировании
других механизмов — с качающейся или вращающейся кулисами, для четырех-
шарнирных и т. д.
КИНЕМАТИКА ПРОСТРАНСТВЕННЫХ МЕХАНИЗМОВ
В современном машиностроении пространственные механизмы находят все
более широкое применение.
С точки зрения кинематики к пространственным следует отнести механиз-
мы, отдельные точки звеньев которых описывают пространственные кривые или
Кинематика пространственных механизмов
37
же перемещаются в непараллельных плоскостях. Однако с точки зрения статики
пространственным механизмом нужно считать и плоский механизм, если силы,
действующие на его звенья, располагаются не в одной плоскости, или если на
них действуют моменты, направленные неперпендикулярно плоскости движения
точек звеньев механизма. В последнем случае появляется перекос осей шарни-
ров и, следовательно, на звенья, кроме реакций, действуют еще реактивные мо-
менты, векторы которых располагаются в плоскости движения механизма.
Пространственный механизм следует рассматривать как пространственную
кинематическую цепь с одним неподвижным звеном, звенья которой могут обра-
зовать кинематические пары, допускающие возможное относительное перемеще-
ние с числом степеней свободы от одной до пяти, т. е. кинематические пары по
рис. 2.50, 2.53, 2.62 или 2.61, 2.65 или 2.30, 2.41 и т. д. Конструктивное устройство
кинематических пар может, конечно, отличаться от показанного на упомянутых
фигурах.
Ввиду того, что свободное твердое тело (звено) в пространстве может совер-
шать шесть независимых перемещений — три поступательных движения вдоль
координатных осей и три вращения вокруг них — и что в результате образова-
ния каждой из кинематических пар уничтожается от одного до пяти независимых
относительных движений звеньев, нетрудно получить формулу, позволяющую
установить количество W степеней свободы или независимых движений, кото-
рое нужно сообщить звеньям механизма, чтобы перемещения их были опреде-
ленными:
W = 6 (п — 1) — 5pi — 4р2 — Зр3 — 2р4 — р5. (а)
Здесь Р5...Р1 — число кинематических пар, уничтожающих относительные
движения звеньев числом от одного до пяти; п — 1 — число подвижных звеньев.
Пользуясь приведенной формулой, можно проверить правильность построе-
ния механизма.
Не исключено, что при проектировании не будут учтены все связи и тогда
система может оказаться или с лишними степенями свободы, когда определен-
ность движения звеньев исключена, или система будет статически определимой
(или неопределимой) и движение звеньев будет невозможно или же будет
происходить за счет деформации звеньев. В последнем случае может произой-
ти разрушение наиболее слабого звена или будет иметь место интенсивный износ
трущихся поверхностей.
Формула (а) справедлива только для общего случая механизма, в котором
выпадения связей не происходит, т. е. для случая, когда все ограничения дви-
жений, налагаемые кинематическими парами, действительные.
Так, если звенья механизма образуют только цилиндрические шарниры,
каждый из которых вносит пять ограничений, то по формуле i(a) можно опре-
делить число звеньев механизма при одном ведущем звене (W = 1):
W = 1 = 6 (п — 1) — 5рг = 6 (п — 1) — 5п.
Отсюда п = 7, т. е. в общем случае простейший стержневой пространствен-
ный механизм с цилиндрическими шарнирами будет семизвенным.
Однако возможны случаи, когда ограничения, налагаемые в результате об-
разования кинематических пар, оказываются пассивными, т. е. не стесняют дви-
жения звеньев.
Представим, что в пространственном механизме по рис. 2.267 звено с и стойка
d в шарнире 4 разъединены. Тогда четырехзвенная цепь будет иметь три степени
свободы. Особенностью этого механизма является то, что оси 1, 2 и 3 пересека-
ются в точке М} следовательно, звенья а, b и с вращаются вокруг этой точки как
вокруг неподвижного центра. Если ось шарнира 4 направить произвольно, то ки-
нематическая цепь обратится в дважды статически неопределимую систему в
результате внесения пяти независимых связей. Каждая из связей может быть
охарактеризована соответствующим уравнением. Так, ось неподвижного цилин-
дрического шарнира может быть вполне определена неподвижной точкой и про-
38
Раздел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
ходящей через нее прямой, т. е. будет характеризоваться пятью уравнениями.
-Корни первых трех уравнений определяют координаты точки, через которую
проходит ось, а два последние — определяют плоскости, проходящие через за-
данную точку, линия пересечения которых совпадает с заданным направлением
оси шарнира. Если все уравнения независимые, то связи действительные. Теперь
нетрудно убедиться в том, что если в указанной кинематической цепи ось шар-
нира 4 провести через точку М пересечения осей /, 2 и 3, то три уравнения связи
окажутся тождественными, а сами связи — пассивными, т. е. не ограничивающими
движения. Таким образом, в случае пересечения всех осей цилиндрических шар-
ниров четырехзвенной кинематической цепи в одной точке происходит выпадение
Рис. 1.32
трех условий связи и система из дважды статически неопределимой обращается
в механизм с одной степенью свободы.
Для определения реакций в кинематических парах рассматриваемого меха-
низма в дополнение к уравнениям равновесия необходимо записать два неза-
висимых уравнения, пользуясь теорией упругости, потому что с точки зрения
статики система остается дважды статически неопределимой.
Механизмы такого типа получили название сферических вследствие того,
что любая из точек звеньев механизма описывает траекторию на сфере. При
увеличении радиуса сферы до бесконечности сферический механизм обращается
в плоский.
Некоторые конструктивные разновидности сферических механизмов приве-
дены на рис. 2.276—2.280 и др.
В пространственных механизмах число пассивных связей, выражающихся
тождественными уравнениями, может быть от одного до четырех.
На рис. 1.32, а показана открытая кинематическая цепь с пятью цилиндри-
ческими шарнирами, из которых оси первых трех пересекаются в точке А, а оси
остальных двух — в точке В. Точка В пересечения осей шарниров при любом
положении звеньев остается на сфере радиуса 1ав с центром в точке А. Присое-
диняя звено 6 к неподвижному звену 1 цилиндрическим шарниром с произволь-
ным расположением оси, вносим пять независимых условий связи и система бу-
дет иметь W = 0, т. е. будет неподвижна. Однако, если задаться условием, что-
бы ось последнего шарнира проходила через точку В (см. рис. 1.32,6), то неза-
висимых условий связи вносим не пять, а только четыре — в виде двух коорди-
нат точки (третья выражается тождественным уравнением сферы, на которой
располагается точка) и двух уравнений плоскостей, пересечение которых опре-
деляет направление оси последнего шарнира. В результате происходит выпаде-
ние одного условия связи и система приобретает подвижность с W=l.
На рис. 2.279 показана так называемая угольниковая передача, в которой
выпадение одного условия связи происходит вследствие расположения осей ци-
Кинематика пространственных механизмов
39
линдрических шарниров параллельно плоскости осей цилиндрических пар уголь-
ника.
В пятизвенном винтовом механизме с параллельными не совпадающими ося-
ми винтов происходит выпадение двух условий связи и система вместо стати-
ческой неопределимости в общем случае приобретает подвижность с одной сте-
пенью свободы.
Наконец, если в пространственной трехзвенной системе звенья связаны по-
ступательными парами, то происходит выпадение четырех условий связи в том
случае, когда пространственный механизм обращен в плоский.
Рис. 1.33
При проектировании машин, в которые включены пространственные меха-
низмы, кроме проверки правильности структуры механизма, приходится прове-
рять величину хода и определять скорости и ускорения отдельных точек и пр.,
а также выполнять кинетостатические расчеты для нахождения реакций в ки-
нематических парах, величина которых определяет прочные размеры звеньев.
Указанные виды расчетов пространственных механизмов в общем весьма
сложны и практически доступны только для некоторых простейших механизмов.
Основания для кинематических расчетов пространственных механизмов, в
результате которых могут быть определены скорости и ускорения точек отдель-
ных звеньев, а также угловые скорости и ускорения их, заложены в известных
теоремах теоретической механики.
Предполагая,- что положение звеньев пространственного механизма может
быть построено тем или иным путем, свяжем с каждым из звеньев механизма
систему координат. Естественно, что в механизме с m-звеньями одна система
координат с началом в От, связанная со стойкой, будет неподвижна, а т—1
систем координат — определенным образом перемещаются в пространстве вме-
сте со звеньями механизма.
Точку Ak (рис. 1.33) произвольно выбранного звена k механизма можно
координировать радиусами-векторами рША в неподвижной системе координат,
pi а— в системе координат, связанной со звеном /, и т. д., причем связь между
этими радиусами-векторами осуществляется при помощи равенств:
РтА = Г1 + Р1Л > Р1Л = r2 + Р2А ’ Р2Д = г3 + Р.ЗЛ и Т* Д’
40
Раздел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
Здесь Г1, /*2, гз и т. д.— радиусы-векторы, определяющие начало последующей
системы координат относительно предыдущей.
В связи с этим радиус-вектор ртА, определяющий положение точки в не-
подвижной системе координат, может быть представлен суммой
PznA = Г1 + г2 + г3 + • • • rk + Р*А-
Скорость va точки А, можно выразить равенством
/ТгД /йР1д\ _ _
+Нг +1“1тР1д1- (б)
\ at /m \ at } i
В свою очередь скорость выделенной точки А относительно системы коор-
динат с началом в точке (\ определяется равенством
(dPiA \ (drz\ . (Л?2а\ . - — _
I ,, ' ) = I ,, I + I ,, / +[С021 Р2д1‘
\ dt /1 \ dt / 1 \ dt / 2
Аналогичные равенства получим в том случае, если будем рассматривать
движение в какой-либо другой координатной системе.
Теперь можно получить выражение для скорости точки А для случая, ког-
да подвижность имеет место во всех кинематических парах. Производя после-
/ dPiA \
довательно замену производных векторов I——] в выражении (б), найдем
= йг)т + [“Im р1л1+ Й91+ Е“21 Р2а1 + (Ш+
+ 1^32 Рзд] + ’ ’ ’ + (В>
Индекс внизу у круглых скобок указывает, к какой из систем координат
отнесена производная вектора.
Если подвижность обеспечена только для первой кинематической пары т9
1, то все члены выражения (в), кроме первых двух, исчезают; в случае обеспе-
чения подвижности только во второй кинематической паре 1, 2 в выражении
(в) остается вторая пара слагаемых и т. д.
Обозначим _
+ Р1Л^ = VAitn]
/fa \ _ _ -
/ i + 1 Р2Л^ = ^Л21 И Т’ А*
Тогда выражение (в) можно заменить более простым:
^А = "А1т+’"Л21+'"А32+ • • • (г)
Таким образом, при определении скоростей точек звеньев движение послед-
них следует рассматривать как результат сложения движений всех звеньев как
одного целого вместе с кривошипом 1 относительно стойки (скорость vAim),
движения всех звеньев относительно кривошипа вместе со звеном 2 (скорость
^А21) и т. д.
В зависимости от характера условий связи, накладываемых кинематичес-
кими парами, каждое слагаемое в уравнении (г) может иметь определенное чи-
сло известных параметров.
Кинематика пространственных механизмов
41
Вектор в пространстве определяется тремя параметрами, например, тремя
проекциями на оси координат, поэтому искомая скорость будет определена в
случае, если составлено три алгебраических или одно векторное уравнение с
тремя неизвестными параметрами.
Практически для каждой из кинематических пар легко установить число
неизвестных параметров вектора результирующей относительной скорости. Дей-
ствительно, если два звена соединяются шаровым шарниром (см. рис. 2.51, 2,53
и др.) или шаровым шарниром с двумя степенями свободы (см. рис. 2.47), то
вектор скорости относительного движения всегда будет располагаться в плоско-
сти, касающейся сферы, радиус которой равен расстоянию между центром шар-
нира и рассматриваемой точкой.
Вследствие того, что аналитически плоскость определяется одним уравне-
нием, вектор искомой относительной скорости имеет два неизвестных параметра.
В случае соединения звеньев цилиндрической парой ,(см. рис. 2.41, а) вектор
относительной скорости лежит в плоскости, касающейся цилиндра радиуса, рав-
ного расстоянию от оси цилиндрической пары до рассматриваемой точки.
При практических расчетах в некоторых случаях одного уравнения (г) ока-
зывается недостаточно вследствие того, что число неизвестных параметров боль-
ше того, которое позволяет определить уравнение.
/ ч dr
Если обратиться к уравнению (в), то нетрудно заметить, что члены —
представляют собой не что иное,_как скорость поступательного перемещения си-
стемы координат, а члены вида [сог, г-i Ргл]— скорость точки при вращении си-
стемы координат относительно начала, легко определяемые при известной уг-
ловой скорости (Вг, г-1.
В связи с этим для исследования ряда механизмов необходимо добавить
уравнение, связывающее между собой угловые скорости ,звеньев:
=“1т +®21 + “32 + • • • + (д)
Здесь — угловая скорость рассматриваемого звена относительно неподвиж-
НОГО£
(Oim — угловая скорость звена 1 относительно звена m и т. д.
Производя дифференцирование уравнения (в), можно уравнение для опре-
деления ускорения точки Л звена k представить в виде
сЛ = а01т+аЛ1т + аЛ1т + аЛ1т + а021 + аЛ21 + аА21 + аЛ21 + а032 + •••
(е)
Здесь а01т, 0021, 0оз2 и т. д. — ускорения при поступательном движении сис-
темы координат с началом Оь О2, О3 и т. д. относительно звеньев ш, /, 2
и т- *’ _ _ -
аА\т’ аА2\ • • -аА1,1—\ и aAlm> аА21
и т. д. — нормальные и тангенциальные ускорения при вращении системы коор-
динат относительно начала, при этом
„ vAi,i— 1
аДМ-1 =-------2---•
Рм
Нормальное ускорение направлено вдоль ргА от точки А к началу коорди-
нат Oi.
Тангенциальные ускорения лежат в плоскости, перпендикулярной радиусу
42
Раздел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
Кориолисовы ускорения ад^ определяются из выражения
= 2“i,i-1 VAOt sin aki,
в котором co;, г_1 — угловая скорость последующего звена относительно преды-
дущего, например, coim, cd2i, (O32 и т. д.; vAoi —скорость точки А при движе-
нии относительно начала координат Ог, появляющаяся в результате сложения
движения всех последующих звеньев друг относительно друга, например:
__ S=K S-K
_ / ф1л \ у drs V1 — -
ило*~ \ dt dt +^s.s-\ PsJ;
S=2 S=2
S=K S=K
(dP2A} VdrS ,Vr - ,
a^o2=^ dt = dt
S=3 S=3
ctfei — угол между осью вращения i, i—1 и вектором скорости движения
точки А относительно начала координат.
Направление вектора кориолисова ускорения определяется направлением
скорости конца вектора v при вращении его вокруг вектора со как оси.
В дополнение к уравнению (е) в некоторых случаях необходимо использо-
вать еще и уравнение, связывающее между собой угловые ускорения звеньев.
Дифференцированием уравнения (д), имея в виду, что каждый из векто-
ров а отнесен к соответствующей системе координат, получим
£Кт = (£1/п )/п + (е21 )1 + е21 + (е32 h + е32 + • • • (ж)
Здесь (eim)m, (821)1, (832)2-...— относительные угловые ускорения, имею-
щие ту же линию действия, что и соответствующие угловые скорости, совпада-
ющие по направлению с осью относительного вращения;
е2Р е32» е43 и т- д-—добавочные угловые ускорения, появляющиеся вследствие
поворота оси вращения рассматриваемой пары звеньев относительно оси, при-
нятой за неподвижную.
Величина добавочных ускорений определяется из выражений:
k
е21 = “1m ®21 slnalnv
k
е32 “' W21 w32 sin a21 •
Здесь «im, a2i.... — углы между векторами соответствующих угловых ско-
ростей.
Покажем на примерах простейших пространственных механизмов практи-
ческие приемы определения скоростей и ускорений точек звеньев.
Пример 1. Для передачи движения между валами со скрещивающимися ося-
ми в сельскохозяйственных машинах, машинах легкой промышленности, метиз-
ных автоматах и др. часто используется пространственный четырехзвенный ме-
ханизм, показанный на рис. 2.254.
Построение положений звеньев и векторных сумм для скоростей и ускоре-
ний будем производить в плоскостях проекций Н и V.
Рассмотрим случай, когда скрещивание осей происходит под прямым углом
(рис. 1.34, а).
Расстояние между В и С равно длине шатуна Ь. Для определения положе-
ния коромысла с, соответствующего заданному положению кривошипа а, разъе-
диняем коромысло с и шатун b в шарнире С и совмещаем ось шатуна b с плос-
Кинематика пространственных механизмов
43
44
Раздел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
костью Н вращения кривошипа. Совмещенный с плоскостью Н шатун b враща-
ем сначала вокруг В до совпадения точки С с линией г—z, затем — вокруг оси
BhBv до совпадения точки С шатуна с траекторией конца коромысла. На рис.
1,34, б даны плоскости Н и V, совмещенные с плоскостью чертежа, и показано
построение одного положения коромысла.
Пространственная векторная сумма может быть спроектирована на плоско-
сти проекций, поэтому определение vc скорости точки С будем производить в тех
же плоскостях Н и V проекций.
Скорость точки С определяется векторным уравнением:
VC ~ VB + VCB’
причем vB = ZabOi перпендикулярна 1Ав и лежит в плоскости Н\
vcB лежит в плоскости, перпендикулярной ВС;
vc перпендикулярна lcd и лежит в плоскости V.
Для удобства полюс pv выбираем на оси z (см. рис. 1.34,8) и откладываем
___ vB
вектор pvbh= т-; kv — масштаб плана скоростей. Через точку Ък необходимо
Ку
провести плоскость 7?, перпендикулярную шатуну, и найти точку ее пересечения
с линией, проведенной через pv перпендикулярно DC. Следы Rh и Rv плоскости
/?, перпендикулярные соответствующим проекциям шатуна, пересекаются на оси г.
Проводим через bh след Rh до пересечения с осью г, а через найденную точку—
след Rv до пересечения с направлением скорости точки С, проведенной через pv.
Построенная точка cv определяет $онец вектора скорости коромысла. От-
резки bvcv и bhCh представляют собой проекции вектора скорости относительно-
го движения. Поворачивая одну из проекций, например, bhCh до положения, па-
раллельного оси, найдем натуральную величину вектора (показан на рис. 134,8
пунктиром).
В случае, если оси кривошипа и коромысла скрещиваются не под прямым
углом, одну из плоскостей проекций необходимо совместить с плоскостью вра-
щения коромысла. Траектория центра шарнира на кривошипе в таком случае
изображается на плоскостях проекций в виде эллипсов-.
При построении плана скоростей необходимо сначала определить проекции
скорости центра шарнира кривошипа, пользуясь правилами начертательной гео-
метрии, а затем производить построение плана скоростей так же, как и раньше.
Ускорение точки С определяется равенством
ас = ас + ас
и
причем
аС~ аВ~^~ аСВ + аСВ ’
п kv рЛ
а^ =---------
^DC
лп —
аСВ —
Kvocv VB
----- и ав= -----.
1ВС 1АВ
Нормальные ускорения направлены соответственно вдоль линий CD, ВС
и ВА, а тангенциальное ускорение a^g лежит в плоскости, перпендикулярной
шатуну ВС\ а% и Uq лежат в плоскости ВС.
Из полюса ра откладываем отрезки pabh = ——— параллельно ABh и
ka^AB
Кинематика пространственных механизмов
45
Расп==~Г~ параллельно DCV. При построении проекций вектора нормального
ускорения а£в нужно делать следующее.
Через точки bh и bv проводим линии, параллельные соответствующим
проекциям шатуна, и_откладываем на них известным способом проекции нор-
мального ускорения авв на выбранные плоскости проекций. Через точку Cv
проводим вертикаль параллельно Rv до пересечения с плоскостью Н, а через
найденную точку q — след Rh перпендикулярно BhCh до пересечения с направ-
лением тангенциального ускорения точки С. Последнее должно быть проведено
в)
Ру
(vDlJh
, (V021^h
Z
Рис. 1.35
через точку Су. Найденные проекции векторов ускорений позволяют получить
величину искомых ускорений.
Пример 2. Определим скорости точек механизма петлителя с косым кри-
вошипом по рис. 2.257.
Прежде всего для заданного положения кривошипа 1 (рис. 1.35, а) строим
положения остальных звеньев. Точка В косой шейки кривошипа 1 описывает
46
Раздел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
окружность, проектирующуюся на плоскость Н в прямую, а на плоскость V —
в виде круга. Задавшись положением кривошипа, т. е. положением точки Bv,
находим положение точки Bh и, следовательно, проекцию косого кривошипа в
плоскости Н. Ось стержня звена 2 всегда параллельна плоскости Н, поэтому
прямой угол между осями косого кривошипа и осью стержня 2 проектируется
на плоскость Н не искаженным. Следовательно, проводя через O3h линию пер-
пендикулярно ВнО^, найдем точку Ch, положение оси стержня 2 и проекцию
Dh. Вторая проекция Cv точки С определится как точка пересечения линий
BvOiv и перпендикуляра к z— z, проведенного через Ch- Точку Dv звена 3 те-
перь найти легко. При построении плана скоростей используем три векторных
уравнения: _____
w34 =: W14 + ®21 + W32’
VD = yD34 + У034
И _ _ _ _ —
VD = yD14 + У021 + VD2\ +у032 "ЬЧО32 .
Здесь у021, vоз2, ^оз4 — векторы скоростей относительного скольжения звень-
ев 2 и 1, 3 и 2 и, наконец, 3 и 4, совпадающие по направлению с соответствую-
щими осями цилиндрических пар; &di4, ^d2i, ^вз4— векторы скоростей
точки D при вращении звена 3 вокруг соответствующих осей; каждая из ука-
занных скоростей может быть вычислена при известных угловых скоростях:
14 VD21 ~ ®2l ^CD »
VD32 — ш32 (o’’ VD34 —' ш34 ^Q3hD-
Здесь Id — расстояние между точкой D и осью стержня 2, в данном случае рав-
ное нулю.
Решение приведенных выше векторных уравнений возможно после нахож-
дения угловых скоростей, из которых задана ©н, а для остальных известно на-
правление, совпадающее с соответствующими осями относительного вращения
звеньев.
Уравнение для угловых скоростей решается непосредственно, если через ко-
нец известного вектора ©н провести плоскость, определяемую направлениями
угловых скоростей co2i и о32, и найти точку ее пересечения с направлением со34,
проведенным через полюс . В данном случае вектор со34 перпендикулярен
плоскости Н, поэтому его проекция на указанную плоскость обращается в точку.
Уравнения для проекций угловых скоростей будут:
w14 + (ш21)/г + = 0,
(Ю21)г/ + (Ш32)т7 = W34 •
Построение плана угловых скоростей по этим уравнениям, показано на
рис. 1.35,6.
Выбрав произвольный полюс на оси z — z, откладываем
(^£>14 )» w14^010C>d
Pvdli = k = k
перпендикулярно OivDv.
Затем (см. рис. 1.35, в) находим проекции линии действия и проекции векто-
ра скорости Уп21 величина которой предварительно вычисляется. Для этого че-
рез точку Dh приводим линию параллельно z— z до пересечения с проекцией оси
Некоторые сведения из динамики машин
47
шарнира 1—2 на плоскость Н и найденную точку qn, проектируем на плоскость V.
Соединив полученную точку qv с Dv и восстановив в Dv перпендикуляр к Dvqv,
получим проекцию линии действия вектора 0d2i на плоскости V. В плоскости Н3
проекция линии вектора 0d2i перпендикулярна
Проведя через концы проекций (02>14)л и (udu)v найденные направления,
откладываем сначала соответствующие проекции 0d2i, затем от полюса откла-
дываем (0D34) h = PD34.
Векторный—Многоугольник в плоскости V замкнем, если проведем через ко*
нец вектора (0в34)л линию действия (0озг)л параллельно O3hDh и через конец
вектора (0Р21)л— направление (0021) л параллельно проекции оси косого криво-
шипа на плоскость Н. _
Проекции (0021)л и (0озг)л определяют проекции (0021)1? и (0032)1?, из кото-
рых первая параллельна оси косого кривошипа на плоскости V, а вторая
вертикальна. _ _ _
Соединив концы проекций (02)34)1? и (0032)1?, найдем вектор скорости 0034
скольжения стержня 3 в неподвижной направляющей 4.
Таким образом найдены проекции скорости точки D на плоскости, касаю-
щейся цилиндра радиуса O3tJ)h с осью О3к, а именно: (0di4)/i = 02?i4 и 0О34»
расположенные взаимно перпендикулярно.
Приведенные простейшие примеры показывают, что анализ пространствен-
ных механизмов весьма сложен и требует хорошей подготовки.
В связи с этим на практике часто предпочитают пользоваться моделями
или опытными образцами машин.
НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ДИНАМИКИ МАШИН
Силы, действующие в машине
Задачей динамики механизмов является определение сил, действующих на
элементы кинематических пар, необходимых для подбора подшипников, для рас-
чета деталей и узлов на прочность, для выбора рациональной схемы смазки,
наконец, для определения мощности двигателя по моменту на начальном звене.
К ведущим звеньям машины могут быть приложены силы и моменты сил
движущих (Р, Мр), совершающих, как правило, положительную работу; силы
или/моменты сил технологических сопротивлений (Q, Mq), прикладываемые к
ведомым звеньям, и силы механических сопротивлений (У7, МД главным обра-
зом, в (виде сил трения, совершающих отрицательную работу: силы тяжести
(G, MG), работа которых за цикл равна нулю и, наконец, силы инерции
(Ри, Ми), возникающие при неравномерном движении звеньев
Если звено движется поступательно (ползун, поршень, долбяк), то сила
инерции равна произведению массы и ускорения центра тяжести звена: Ри =
= —та. Если звено вращается равномерно вокруг оси, совпадающей с центром
тяжести (уравновешенный кривошип), то сила инерции Ри = 0 и момент сил
инерции Ми = 0. Если звено вращается неравномерно вокруг оси, не совпадаю-
щей с центром тяжести S (неуравновешенное коромысло), то налицо и сила
Ри и момент Ми сил инерции, которые могут быть заменены одной силой инер-
ции Ри, приложенной в точке У< (рис. 1,36 а) —центре качения физического
маятника. Его положение определяется по формуле
I Js
SK~ mlos '
Здесь Js — момент инерции звена относительно оси, проходящей через центр
тяжести.
Если звено совершает сложное движение (шатун), то элементарные силы
инерции частиц звена приводятся к силе инерции Ри = *—mas, приложенной в
48
Раздел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
центре тяжести звена и к моменту Л4И = —s. Ускорение аа центра тяжести
звена и его угловое ускорение е определяются из кинематического расчета,
предшествующего силовому.
б)
В случае сложного движения можно силу и момент сил инерции также
свести к одной силе инерции, приложив ее в полюсе инерции Т. Рассматривая
Рис. 1.37
силу инерции в виде суммы сил инерции переносного и относительного движе-
ний Ри = Риа + Phsa, находим Т как точку пересечения направления ускорения
точки Л; принятой за полюс, проведенного через центр тяжести S и направления
относительного ускорения, проведенного через центр качания К физического
маятника (см. рис. 1.36,6).
При определении сил инерции целесообразно применение метода замеще-
ния масс. Распределенную массу звена можно заменить системой дискретных
масс, если при нахождении их величины и мест расположения соблюдены уело-
Некоторые сведения из динамики машин
49
вия: а) сумма дискретных масс равна массе звена; б) ускорение центра тяжести
системы масс равно ускорению центра тяжести звена; в) момент инерции массы
звена равен сумме моментов инерции сосредоточенных масс.
Удобно распределенную массу приближенно заменять двумя массами (рис.
1.37, а), сосредоточенными в концевых шарнирах (статическая замена), и тогда
b а
гпл — m-----и = m------------
А а+Ь в а+Ь
или двумя массами, одна из которых сосредоточена в центре качания К (дина-
мическая замена) и тогда
а
Щд = m------- и тк = m --------.
А a + k± к a+kt
На рис. 1.37, б показано применение метода. Зная ускорение концевых шар-
ниров и центра качания, определяем на плане механизма линию действия силы
инерции Ри при статической замене массы и то же при динамической^ Для этого
достаточно через точки А п В провести линии, параллельные ал и ав в первом
случае и через точки А и К линии, параллельные аА и ак во втором (смотри
план ускорений), и в точках Tf и Т их пересечения приложить силу Ри = —mas.
При этом погрешность в моменте сил инерции от статической замены составит
ДЛ1И = Pn&h.
Силовой расчет плоских стержневых механизмов
Если к звеньям механизма наряду с внешними силами приложить еще и си-
лы инерции, то на основании принципа Д’Аламбера механизм и отдельные груп-
пы звеньев его составляющих можно рассматривать в состоянии равновесия и
пользоваться уравнениями статики.
В задачу силового расчета входит определение реакций в кинематических
парах механизма и уравновешивающего усилия (момента). При определении
реакций в каждом шарнире или ползуне имеем по два неизвестных силовых па-
раметра—величина и направление реакции в первом случае, величина и точка
приложения во втором.
Таким образом, для плоского механизма, содержащего пары первого рода,
число неизвестных составляет 2pi, а число уравнений статики, которое можно
написать для n-звеньев равно Зп. Задача решается, если 2pi = Зп или если
3
р1 = Тп-
Так как этому же условию удовлетворяют группы Ассура, то, следователь-
но, силовой расчет механизмов можно свести к силовому расчету групп Ассура.
При этом последовательность перехода от одной группы к другой при выполне-
нии расчета должна совпадать с последовательностью выделения групп Ассура
при структурном анализе.
Кинетостатический расчет двухпо'водковых групп показан на рис. 4.38.
а) Группа с тремя вращательными парами (см. рис. 1.38, а). После выде-
ления из механизма группы 1, 2 вместе с заданными силами Pi и Р2 и замены
действия отброшенных частей х и у механизма реакциями РХ1 и Руе разложен-
ными на нормальные и тангенциальные составляющие, рассматриваем равнове-
сие звеньев порознь и группы в целом. Ниже приводится схема расчета.
T\t Р 1^1
Из условия равновесия 1-го звена: ЕМцв) = 0 находим Рх .
АВ
j Р g/ig
Из условия равновесия 2-го звена =0 находим Ру2 == —____________ ".
ВС
50
Раздел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
Рис. 1.38
Некоторые сведения из динамики машин
51
Из условия равновесия группы Р^ + + Р2 + Р^ + Р“* + P"t = 0 нахо-
дим PXi и РУ2. _ _ _ 2 2 J
Из условия равновесия 1-го звена: РХ1 + Р{ + Р21 = 0 находим P2i.
б) Группа с одной внешней поступательной парой (см. рис. 1.38,6).
Из условия равновесия 1-го звена: ЕЛГцв) = 0 находим Рх .
__ Из ^условия равновесия группы PXi + Pi + Р2 + РУ2 + PXl =0 находим
Рх и Р v .
Х1 У 2
Р h
Из условия равновесия 2-го звена: 5Л42(В) = 0 находим hy* = ~.
_ _ _ 2 Zs
Из условия равновесия 2-го звена: Р2 + Ру2 + Р\2 = 0 находим Pi2.
в) Группа с одной внутренней поступательной парой (см. рис. 1.38, в)
Разложим реакцию в шарнире С на направление АС шарниров и ему пер-
пендикулярное.
___________________________________________________________ Р2^*г I Р h
Из условия равновесия группы: 2Л4ГР(А) = 0 находим Р* = - 2 2~— —.
Из условия равновесия 2-го звена: Ру + Р2 + Р12 + РУ2 =0 находим
Ру 2 И Pi2.
P2hn
Из условия равновесия 2-го звена: 5Л42(о = 0 находим hi2 = - .
Р12
Если сила Р12 выйдет за пределы опорной поверхности ползуна, то в паре
фактически действуют две реакции Р12 и Р12 нормально к направляющей
(и в сумме равные Pi2), которые могут вызвать заклинивание ползуна.
г) Группа с одной внутренней вращательной парой _(см. рис. 1.38, а).
Из условия равновесия группы: Р х + Р{ + Р2 + Ру =0 находим
Рг и Pv .
У 2
Р1К
Из условия равновесия 1-го звена: ЕЛГцв) = 0 находим h х = .
1
P2h2
Из условия равновесия 2-го звена: 5Л12(в) = 0 находим hx = —р— .
Из условия равновесия 1-го звена: Р х + Р{ + Р2 = 0 находим Р2ь
д) Группа с одной внешней вращательной _парой (см. рис. 1,38, 6).
Из условия равновесия 1-го звена: Р Xi + Pi + P2i = О находим РХ1 и Р2ь
Из условия равновесия 2-го звена: Р12 + Р2 + Ру^ = 0 находим Р у*.
Из
Из
условия
условия
равновесия 2-го звена: 5Л42(С) = 0 находим hi2
равновесия группы: 2МГР(С) = 0 находим hXi =
_ P2h2 .
Л12
Р1ЛХ Р2h2
PY
Если центры шарниров не смещены относительно осей направляющих по-
ступательных пар, то возможны упрощения, которые покажем на примере сило-
вого расчета механизма качающегося транспортера (см. рис. 1.38, е), нагру-
женного силой Р5 технологического сопротивления и силами инерции звеньев.
Выделим мысленно группу 4, 5 с одной внешней поступательной парой
и приложим реакцию Рб5 направляющей. Из условия равновесия группы по-
лучаем:
Р 5^5 Р И4^И4
2 Л4гр (с) = 0, отсюда находим Р65 = --------------;
"65
52
Раздел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
Р~ь + + Л45 = 0, находим Р45;
Л4 + Ли + Ли = 0, находим Р24 = —Р42.
Выделяем группу 2—3 с тремя вращательными парами и прикладываем к ней
силу силы инерции и реакции Р12 и Лз‘, пользуясь методикой, изложенной
/ ^и2^и2^ ^и2 / ^иЗ
выше, находим Р 12 = -------------- . Из 2Л43(С) = 0 находим Р 63 = —---,
_ _ _ _ 1вс_ _ _ __
Из Pj2 4" Л12 4-Лг 4-Р^з +^63 4“ Р\2 = 0 находим Pi2 и Рез- На звено 3
в точке С со стороны звена 2 действует сила Р23 = —Рбз- Наконец, сила Р2С,
действующая на звено 2 в точке С:
Р2С ~ Р 32 + ^42-
Теперь переходим к кривошипу 1. Сила P2i = —Р\2 известна, а реакция
Pei = —Р2ь Момент, который нужно приложить к кривошипу для уравновеши-
вания всех сил, действующих на звенья при равномерном вращении кривошипа:
Мур — — Л1^21^/*
Выполнив расчет для ряда положений (например, для 12-ти), строим график
Мур, необходимый для выбора двигателя и годографы каждой реакции в кине-
матических парах, которые используются для прочностных расчетов и выбора
мест для подвода смазки.
Если требуется определить только Мур и знания реакций в кинематических
парах не требуется, то удобно воспользоваться рычагом Н. Е. Жуковского. Из
уравнения мгновенных мощностей P\VX cos щ + P2y2cos а2 4- ... 4- + М2со2 +
4- .... = 0 можно найти искомый уравновешивающий момент, если к повернуто-
му плану скоростей приложить все силы и приравнять нулю сумму моментов
сил относительно полюса плана скоростей, рассматриваемого как жесткий ры-
чаг. Если, кроме сил, к звеньям приложены моменты сил, то необходимо вели-
чину момента, прикладываемого к рычагу, пересчитать по формуле: Л42 =
ab
= М2~-.— , а направление — в соответствии с направлением приложенной к
1АВ
рычагу пары сил, заменяющей момент. На рис. 11.38, е построен рычаг Жуковско-
го для того же механизма грохота. Из суммы моментов 2Л4р0 = pbpve +
+Лп^и4 4-Л4 и3 +Риг^и2 + Ми2 — РуР pvb = 0 находим уравновешивающую
силу Рур и уравновешивающий момент Л4УР = Рур
, Ьс
1ав. Здесь Л4и2 = Л4и2 — и
1ВС
/ ссь
^иЗ = М из\ •
LDC
Для групп Ассура высших порядков силовой расчет удобно выполнять с
помощью особых точек Ассура. Покажем схему расчета для групп 3 и 4-го
порядков, содержащих только вращательные пары.
Трехповодковая группа (рис. 1.39, а). Строим особую точку Асдура пере-
сечением направлений двух поводков и далее: __
из условия равновесия звеньев 2, 4, 5 находим Р J2 , Р*64, Pg5;
из условия равновесия всей группы SML(rp) = 0 находим Р"5 ;
из того же условия SP/ = 0 находим Р q4 и Р"2;
из условия равновесия звеньев 2, 4, 5 находим Рв, Pc, Pd.
Некоторые сведения из динамики машин
53
Четырехповодковая группа (см. рис. 1.39,5). Строим две точки Ассура
и Ь2, как показано на фигуре и далее. _ _ _ _
Из условия равновесия поводков 7, 3, 5, 6 находим Pqj, ^73» ^75*1^76*
Расчленяем в шарнире М группу на две части I и II и прикладываем по
направлению ЦЬ2 и ему перпендикулярному составляющие реакции Р J2 и
Р42=~ Р24- _
Из условия 5Л4 гр> = 0 находим Р|2.
Из условия SMLz гр) = 0 находим Ру6.
Из условия 2Рг- (п гр) = 0 находим Р ?5 и Р 24.
Из УСЛОВИЯ SPi (irp) = 0 НаХОДИМ Р73 И Рдр
Рис. 1.39
Из условия равновесия каждого поводка находим Ре, Pf, Pn, Рр. Переход
к следующей группе Ассура и статика кривошипа не отличаются от изложен-
ного выше для двухповодковых групп.
Рассмотрим силовой расчет механизмов с заданным относительным_движе-
нием звеньев. Пусть для механизма по рис. 1.40, а заданы силы Рь Р2, Р3 и
требуется найти реакции в шарнирах и неизвестный вращающий момент Mi2 =
= —Л421. Приводим схему решения. _
Из условия равновесия 3-го звена 5Л4В(з) = 0 находим Р43 .
Из условия равновесия группы 1—2 ЕЛ4в(гр) = 0 находим P/4I.
Из условия равновесия механизма Р41 + Pi + Р2 + Рз + Р 43 + Р43 +
4- Р 41 =0 находим Р^\ и Р43 , т. е. Р41 и Р43.
Из условия равновесия (1-го звена SAfo(i) = 0 находим Л421.
Кинетостатика 1шестизвенника по рис. 1.40,5 также проста.
Из условия равновесия звеньев /, 4, 5 находим Pq\> Р^, Pgs.
Из условия равновесия механизма 5Л4В = 0 находим Р 31.
54
Раздел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
Из того же условия 5Л = 0 находим
д идущем у.
^64 и ^65 • Далее аналогично пре-
Рис. 1.40.
Трение в кинематических парах
Предельное значение силы сопротивления смещению принято называть си-
лой трения покоя, а ее отношение к нормальной силе — коэффициентом трения.
Сила трения при трогании с места несколько больше силы трения при движении.
В поступательной паре результирующая сила трения F зависит не только
от материалов трущихся поверхностей, учитываемых коэффициентом трения и,
но и от точки приложения и направления силы и размеров ползуна. При дейст-
вии на ползун силы Q сопротивления сдвигающая сила Р, составляющая с осью
ползуна угол а (рис. 1.41, а), определяется по формуле:
Р =------------2----------
/ 2х — ра\
cos а — р sin а I 1 + —--I
и будет тем меньше, чем больше длина I ползуна и чем меньше а и х. Если
. . 1 . I ( 1 . , |И\
tg а ------------- или х — --------— 1 4- — ,
/ 2х— ра\ 2 \ptga I /
ин —]—)
то ползун заклинится и его движение станет невозможным.
Если сдвигающая сила параллельна оси ползуна (см. рис. 1.41, в) то
а а
движение возможно, когда р и невозможно при < р. Отсюда можно
выбрать размеры а и Z направляющей втулки, например, тарельчатого толка-
теля (см. рис. 1.41, б) так, чтобы его движение было возможным, или размеры
втулки траверсы радиально-сверлильного станка (см. рис. 1.41, а) так, чтобы
она не могла скользить вниз под действием силы тяжести. Поскольку условием са-
моторможения будет
а
— < р или Р < р,
Некоторые сведения из динамики машин
55
то достаточно построить угол P^tg|3=-^J и угол трения р (tg р = р). Если
центр тяжести S траверсы окажется в заштрихованной зоне самоторможения,
то самопроизвольное сползание траверсы будет исключено.
Теория наклонной плоскости имеет большое прикладное значение. Сила Р,
сдвигающая груз Q вверх по наклонной плоскости (см. рис. 1.41, г), может
быть приложена под углом р к направлению плоскости и тогда из силового
треугольника
р= osin(« + p)
4cos(p —Р)’
Если же Р параллельная наклонной плоскости (р = 0), то
Р= Qsin(a+p)
cosp ’
наконец, если Р параллельна основанию наклонной плоскости (Р = —а), то
P = Qtg(a+p).
Приведенные формулы могут быть использованы для расчета винта, если
приближенно считать, что усилие распределено по средней линии винтовой
поверхности, а винтовая линия получена в результате навертывания треуголь-
ника на цилиндр.
Во вращательной паре с зазором (рис. 1.42, а) при установившемся дви-
жении точка контакта А втулки и цапфы смещается относительно линии дей-
ствия внешней силь! Р на величину h = цг, называемую радиусом круга трения.
Момент трения MF в цапфе с зазором:
MF = Ph = Рф.
В приработавшейся цапфе длиной I при равномерно распределенном удель-
ном давлении q (см. рис. 1,42,6).
MF = 2 J rdF = Рф
о
56
Раздел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
и при косинусоидальном изменении q (см. рис. 1.42, в) на поверхности сопри-
косновения:
4
MF =-----Ргр.
тс
В реальной вращательной паре полная реакция с учетом сил трения должна
быть направлена касательно к кругу трения, если цапфа несамотормозящаяся, и
должна проходить внутри круга трения, если цапфа должна быть самотормозя-
щейся, что часто используют в практике. С помощью кругов трения можно
определить «мертвые» положения. Для кривошипно-шатунного механизма
Рис. 1.42
(см. рис. 1.43, а) при движущей силе, приложенной к ползуну, и, пренебрегая
трением ® цапфах В и С, имеем две диаметрально противоположные мертвые
зоны, определяемые углом
'Po=P' /лвО + Ч : Х = ~’
который достигает максимального значения при % = 0, т. е. для синусного ме-
ханизма (Z = оо).
Если трением в цапфе В пренебречь нельзя, как это имеет место, например,
в эксцентриковом механизме с уширенной цапфой В (см. рис. 1.43,6), то оп-
ределение угла (ро зоны мертвых положений производится по формуле
lAB U +
На рис. 1.43, в показано определение зоны мертвых положений кривошипа
четырехзвенника при движущем моменте, приложенном к коромыслу. Сила Р,
направленная вдоль шатуна в предельных положениях, ограничивающих зону
самоторможения, должна касаться круга трения Ла, если трением в цапфе В
можно пренебречь, и касаться двух кругов трения с радиусами Ла и Лв, если
необходимо учесть трение в цапфах А и В.
В высших кинематических парах возможно не только скольжение элемен-
тов пары, но и качение (верчение). Сопротивление, оказываемое телом при
чистом качении, называется трением качения или трением второго рода и
обусловлено, главным образом, деформацией и несовершенством упругости ма-
териалов перекатывающихся тел (гистерезис), а также возможным появлением
впереди катящегося тела упругой волны материала. В результате имеем не-
Некоторые сведения из динамики машин
57
симметричную кривую удельных давлений (рис. 1.44, а) с равнодействующей,
смещенной на величину 6. Величина смещения б в см определяет коэффициент
трения качения.
5
Для равномерно движущегося катка весом Q сдвигающая сила Р = —Q
У
Она будет тем меньше, чем диаметр катка.
b
Если Р< F или ц > — имеем качение,
У
о
при Р > F или р < — имеем скольжение.
Рис. 1.43
При перемещении груза на платформе с общим весом Q посредством кат-
ков (см. рис. 1.44, б) сила тяги Р вычисляется по формуле:
Q
Р=^(Ь+5').
а
Скольжение платформы по каткам отсутствует, если Р < F, или если диаметр
катка выбрать исходя из неравенства
а >------.
И
При перемещении груза на тележке (см. рис. 1.44, в), если весом колес пре-
небречь, то тяговая сила
58
Раздел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
Рис. 1.44
Отношение r/R радиусов цапфы и колеса принимают в пределах
г_____1_ ^__1_
R “ 4 ” 6 ’
Приведение масс и сил
При исследовании механизма удобно его заменить эквивалентной моделью.
Замена будет допустимой, если кинетические энергии Е механизма и модели
будут одинаковыми и если работа А всех сил, приложенных к звеньям механиз-
ма, будет равна работе силы, приложенной к модели.
k k
V ( vsi 4 \ V
р = Zj I mi — + JSi— I ; AMex = ^(PiVstCosai + MiUi).
^мех \ /
1 1
Указанные условия эквивалентности позволяют найти приведенную массу (мо-
мент инерции) и приведенную силу (момент сил)
k k
Vi Ю i
Pt — cos а,- 4- M; —
^np ' t>np J
Некоторые сведения из динамики машин
59
или
Pf —[cos а, +ГЛ1,- —
шпр ^пр.
Здесь /72Пр и /пр — приведенные масса и момент инерции массы;
РПр и Л4Пр — приведенные сила и момент сил;
уПр и сдпр — линейная и угловая скорости звена приведения.
Как видно из полученных формул, приведенные масса и момент инерции
всегда положительны, представляют периодические функции положения меха-
низма (угла ф) и не зависят от скорости.
Покажем применение формул на примерах.
г)
Рис. 1.45
Для зубчатой передачи с неподвижными осями (рис. 1.45 а) содержащей
только звенья, вращающиеся с постоянными скоростями,
= const.
Для планетарной передачи (см. фиг. 1.45, б) при р-сателлитах
/<°2 V / у2 V ( шн\2
7пР1 =А + -Ц—у =const--
Для синусного механизма (см фиг. 1.45, в), если массой ползуна 2 пре-
небречь
/ »3 У / "1 l0A sincp у
</пр1 = Ji + тз1 — I = J1 + m3 I------------------ = Jl+ m3 l0A sin2 'P^const.
Результат дан в виде графика.
60
Раздел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
К. п. д. некоторых частных механизмов
Коэффициент полезного действия ц для частных механизмов равен отно-
шению работы, производимой силами сопротивления на ведомом звене незави-
симо от ее характера, к работе, производимой силами, приложенными к веду-
щему звену.
Наклонная плоскость. К. п. д. наклонной плоскости зависит от того, дви-
жется ли тело вверх или вниз по наклонной плоскости (рис. 1.46, а). Для наи-
Рис. 1.46
более важного частного случая, когда сила Р направлена параллельно основанию
наклонной плоскости, имеем:
Qh tg а
Чвверх = —=tg(a + p).
То же при опускании груза вниз по плоскости
Ps tg(a —р)
^ВНИЗ - .
Qh tg a
Для определения оптимального угла и плоскости при подъеме груза вверх не-
обходимо
—?ерх'=ftg a ctg (“+Р)1=°>
da da.
откуда
тс _ р
авверх 4 2 *
При опускании груза необходимо, чтобы '
^ВНИЗ d т, , х п
[tg (a — р) ctg a] = О,
da da
откуда 1
__ тс p
аВНИЗ 4 “Т" 2 ’
На рис. внизу показана зависимость т) (а) для подъема и опускания груза
Некоторые сведения из динамики машин
61
Эпициклические зубчатые передачи. Для зубчатой пары с неподвижными
осями на практике пользуются значениями к. п. д., полученными опытным
путем.
Для эпициклических зубчатых передач вычисление к. п. д. оправдывает се-
бя, если передача силовая и нагрузка приложена длительное время.
Используем метод инверсии, т. е. сообщим всей передаче (см. рис. 1.46,6)
вращение с угловой скоростью, равной угловой скорости водила, но в противо-
положном направлении, тогда водило представится остановившимся, а передача
обратится в простую соосную. При этом предполагается, что работы сил трения
в заданном механизме и в обращенном пренебрежимо мало отличаются друг от
друга.
При наличии потерь на трение в передаче связь между моментами на валах
центральных колес имеет вид
М3 = /13 yji3,
где тцз — к. п. д. обращенной передачи с неподвижными осями к = ± 1.
Если для передачи с ведущим колесом Z\ в обращенной передаче колесо z^
останется ведущим, то к = + 1, в противоположном случае к — — 1. Критерием
выбора к служат следующие соотношения:
— 0)4 i J 4— 1
к = + il, если --------= —:— > 0, или когда 1ц > ;1 и q4 < 0;
(£>1 . *14
(£>4-(1)4 /14- 1
к.'= — 1, если --------= —;----- < 0, или когда 0 < /и < 1.
0)1 j14
Из условия равновесия эпициклической передачи имеем:
Mi 4~ М3 + М4 = 0.
Тогда для планетарной передачи с ведущим колесом Z\
М4 = -М1 — М3 = -М, [1 -(1 -/14) ^3];
М4 о)4 1 (1.—*14)^3
М1<°1 Z14
Для планетарной передачи при ведущем водиле 4
M^i /и
Пи = —-------=---------------
М4о>4 1-(1- /14)^3
Рабочие формулы сведены в таблицу:
Передача *14 >1} /14 < 0 0 < /14 < 1
21—ВЩ 1 — (1 — /14) ~П1з •3Q14 = Z14 1 (1 /и)7) 13* ^14 — *14
звено 4—вщ -14 *14
^41 — 1 1—(1 —hJ’lis
62
Раздел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
Из полученных формул видно, что при ведущем колесе Z\ к. п. д. планетар-
ной передачи может быть равно нулю или меньше нуля (самоторможение).
В самом деле, щ4 0, если 1—(1—откуда найдем условие само-
1
торможения 1 — —< in < 1 — т]1з.
413
На рис. 1.46,6 представлены графики Ли и r|4i в функции передаточного
отношения Гн планетарной передачи, откуда видно, что при ведущем колесе Z\ и
при малых /14 передача будет самотормозящейся. При отрицательных г’ц к. п. х
планетарной передачи всегда меньше ж. п. д. простой обращенной; при положи-
тельных in к. п. д. планетарной передачи может быть больше к. п. д. обращенной.
Л13
При ведущем водиле т]41 > Щз для всех положительных значений i’i4 > —----.
1 + Л13
Для дифференциала (силового) при ведущих центральных колесах
21 и z3
М4 cd4 1 Нз
Л I з 4 — — ” .
Л4, to, 4-Af3 ш
1 ОО - Jlq G 1 Ч
(o4 13 (D4 13
Для дифференциала при ведущих колесе z3 и водиле 4
1
Л 34 1 — — =
’ М3Ш3+Л14<04 , ,^£/1 i 7>ft )
'13-Г7>1з+ m (1—Z13W
Ц?! (D^
Как видим, при ведомом водиле в дифференциале возможно самотормо*
жение.
Уравнение движения механизма
Заменим механизм приведенной к начальному звену массой и будем искать
ее закон движения — тем самым найдем закон движения начального звена, а
затем положения, скорости и ускорения любой точки исследуемого механизма.
Наиболее простой формой уравнения движения будет уравнение движения
в форме «живых» сил.
Г 2
J(D2 «70(О0 р
Е-Е. = ^= А(?) = J (Mp+MQ)d^
о
Здесь Jo и со0— приведенный момент инерции и угловая скорость начального
звена, соответствующие началу отсчета угла ср;
А(ф)—избыточная работа приведенных к начальному звену момен-
тов Мр сил движущих и моментов MQ сил сопротивления.
Угловая скорость звена приведения
1/ 2А (<р) , 4) “о
со = !/ —— + —-—.
Так как при установившемся движении начальная угловая скорость соо не-
известна, то точное решение уравнения движения невозможно и приходится огра-
ничиваться приближенным решением, полагая со0 = о>ср =
пи
—. При разгоне
uU
соо = 0, поэтому можно найти точное решение в результате интегрирования.
Некоторые сведения из динамики машин
63
Можно составить уравнение движения с помощью уравнения Лагранжа.
Для системы с одной степенью свободы, состоящей из твердых тел, уравнение
движения можно написать в виде
d [дЕ \ дЕ
~ = М.
dt \до) / ду
После дифференцирования
получим
da) cd2 dJ
J~T + — -r = М.
dt 2 dy
На основании принципа Д' Аламбера М = —Л1И и тогда
/ со2 dJ \ / \
Ма = ~ j ~ V dt / Мносн + ^идоб>
т. е. движение начального звена можно представить состоящим из основного
движения с постоянной угловой скоростью, обусловленного изменением /
со2 dJ
Л1иосн=----ТТ (“—const, E = °)
0CH 2
и добавочного движения с / — const, в результате которого порождается момент
сил инерции
Покажем применение метода для уточненного силового расчета четырех-
звенника (рис. 1.47, а).
Рис. 1.47
Рассматривая основное движение (о — const, 8 = 0), строим планы скоро-
стей и ускорений и вычисляем для каждого положения начального звена Мио
(например, с помощью рычага Жуковского, прикладывая к повернутому плану
Л4 + Л4
скоростей только силы инерции, считая со — const)\ а затем и 8 = ------
Имея в виду то, что при добавочном движении нормальных ускорений нет,
строим план добавочных тангенциальных ускорений, подобный плану скоростей.
64
Раздел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
а затем суммируем геометрически ускорения а0 и а^ основного и добавочного
движений. Теперь можно внести изменения в силовой расчет, сделанный в пред-
положении о = const.
Закон движения начального звена можно определить с помощью энерго-мас-
совой диаграммы \[Е, J], Пусть при известной начальной кинетической энергии
Eq для установившегося движения построена диаграмма [Е, J],
Е = Ео + А(ф) (см. рис. 1.47,6). Чтобы для любого положения начального
звена найти со, достаточно найти углы гр; наклона лучей, проведенных через из-
вестные из построения последовательные точки 0,1,2... на кривой [Ё, J], соот-
ветствующие углам поворота фо, фь Ф2- • •
1 / 2kA
=1/ — tg ф/.
V kj
Здесь ка и Kj — масштабы кривой по осям Е и J. Построив фтш и фтах, лег-
ко определить экстремальные значения угловой скорости начального звена.
Неравномерность хода машины и расчет маховика
Несоответствие между приведенными изначальному звену моментами сил
движущих и сил сопротивления и периодическое изменение приведенного момен-
та инерции J механизма вызывают при установившемся движении машины пе-
риодические изменения угловой скорости, приближенно оцениваемой коэффи-
циентом неравномерности 6:
* wmax — ^min
о =------------,
wcp
wmax 4“ wmin
где соСр « ---------- — средняя угловая скорость.
Пренебрегая изменением J, можно считать, что экстремальные значения ки-
нетической энергии соответствуют comax и (Omin тогда по закону кинетической
энергии
Поскольку со ср и Атах заданы, то для уменьшения б надо увеличить приве-
денный момент инерции J механизма за счет установки добавочной массы в виде
мдховика, аккумулирующего энергию, когда налицо положительная избыточная
работа (МР > Mq), и отдающего ее, когда избыточная работа внешних сил от-
рицательна (МР < MQ).
Если заданы кривые приведенных моментов сил движущих и сил сопротив-
ления в функции ф, то, определив площадь, соответствующую максимальной
избыточной работе А max = ^тахКмКф , найдем при заданном б момент инер-
ции маховика (фиг. 1.48, а)
^max^JW^cp
J махов = о — J о •
Чр
Здесь Jo — среднее значение ^приведенного момента инерции звеньев меха-
низма.
Для некоторых машин (в частности для машин ударного действия), приво-
димых от электродвигателя [/Ир = М(со)], представляется возможным найти
/махов из совместного рассмотрения работы двигателя с маховиком.
Некоторые сведения из динамики машин
65
Пусть Mq = М(/) задан в виде нагрузочного графика (см. фиг. 1.48,6).
Вначале для заданного числа оборотов п вычисляется номинальная мощность
двигателя
МцП М- /п y+^Y Y^Y 1
Ж Т “ ТГ ЯЛ /1 Г>|- . 1 Р,Х Р-Х Х-Х X,J
= кв/п> где Л1н = (1,25 4- 1,15)---------------------------
У75 ] *ц
и выбирается
каталога
по каталогу двигатель (например асинхронный). Затем по данным
„ Мгпах \
, пн, пс, Ля — —I строим рабочий участок характеристики дви-
гателя, мало отличающейся от прямой и имеющей уравнение
Мр = /И = м' — /ко;
“ дв
1
М' = Л4Н ----------- и b = Л4Н------------.
C!Ti С!)с—GT-i
Здесь сон и (Ос — номинальная и синхронная угловые скорости двигателя.
Теперь воспользуемся уравнением движения электромашинного агрегата при
/ = const
dco
3 С. Н. Кожевников и др.
66
Разд.ел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
М' — Ь(й — Мп = J —
Q dt
и, обозначив М'— Mq = М°, получим
d(&
М° — bu = J
(а)
При интегрировании полученного уравнения следует иметь в виду, что
в фазу рабочего хода (р. х) и в фазу холостого хода (х. х) работа электрома-
шинного агрегата протекает по-разному. Если нагрузочный график задан, то из-
менение момента двигателя в дозволенных пределах может быть обеспечено
соответствующим выбором момента инерции /р.х системы, с увеличением кото-
рого перепад момента двигателя уменьшается. В течение фазы холостого хода
происходит разгон ротора двигателя до сотах, причем время разгона увеличива-
ется с увеличением момента инерции системы.
Для того чтобы удовлетворить требованиям для двух указанных фаз, необ-
ходимо уравнение (а) .решить для каждой из них отдельно, определив значения
/р.х и /х-х, при которых будут соблюдаться tp.x и X.
В таком случае после интегрирования и преобразований найдем
_______________________________^р.х____________________________^х.х_
р-х“ ,___________________________________________________и Jx.x- мтах-мхх •
In-------------— In--------------
^max ^p.x ^min ^x.x
Можно принимать Mmax и Mmin двигателя в пределах:
Mmax = (0,9-0,95) Мнл;
^min = 1 ’ 15A4x>x •
Если в результате окажется, что /Р.х < /х-х, то момент инерции маховика
^махов ^р.х ^рот ^0'
Если Jp.x > /х-х, то угловая скорость за время /х-х холостого хода не восстанав-
ливается и необходимо мощность двигателя увеличить, а расчет повторить.
Для определения /махов графическим способом необходимо по импульсу
результирующего момента
(Мр — MQ)dt = Jd^
определить необходимый момент инерции J:
_ _ _____________
J --
wmax — ^min ^max — wmiu
Определив МШах и Mmin двигателя, как было указано, переносят точки соответ-
ствующие Мтах и Mmin характеристики двигателя на нагрузочный график (см-
рис. 1.48,6). Полученные точки А и В соединяют экспонентой (допустимо пря-
мой) и получают необходимую площадь F, представляющую импульс момента*
Если нагрузочный график задан в виде Mq = М(<р), то
dco da)
Мр — Мп = J — = /со —;
р Q dt dy
(Мр —Mq) dy — Juda;
Некоторые сведения из динамики машин
67
j_ ’Н___________________
9 9 9 о •
“maximin <ax-<in
2
Площадь F находится аналогично изложенному ранее.
Покажем определение основных размеров маховика.
Для маховика, выполненного в виде сплошного диска (см. рис. 1.48, в)
__1 & /~32gJ махов
V пуф
Для маховика, выполненного в виде 'колеса с тяжелым ободом (см ри^
1.48,г)
/ 4^7махОв
|/ лг/фЕ,
Здесь у — удельный вес материала маховика,
b h
ф = — и | — отношение ширины и высоты сечения обода, которыми
надо задаться из конструктивных соображений.
Заметим, что маховик выгодно устанавливать на быстроходном валу при
этом окружная скорость для маховиков из чугуна не должна превышать
30 м!сек. Установка маховиков на длинных, гибких валах может привести не к
снижению неравномерности хода, а к ее увеличению.
Уравновешивание механизмов и машин
Движение с переменными скоростями вызывает появление сил инерции, по-
рождающих дополнительные давления в кинематических парах, передающиеся на
станину и фундамент, соседние машины, здания и сооружения. Для устранения
вредного влияния сил инерции их необходимо уравновесить, что особенно важно
для быстроходных машин.
При равномерном вращении тела вокруг оси у (рис. 1.49, а) к_каждой эле-
ментарной массе m приложена центробежная сила инерции Р = тгю2 , которая
относительно осей х и z (плоскость xoz совпадает с центром масс S) создает
моменты _____ _ _ _
Л1Х = ~Pl cos у = /иго)2/ cos ср и М2 = Pl sin у = тг<л21 sin у,
откуда полный момент
М = У М2 + М2 = mr/w2.
Вектор—момент • М и_вектор — сила Р инерции взаимно перпендикулярны. Ре-
зультирующие 2Р и 2М вычисляются по формулам:
2 ~Р = “2 5 mi~ri = “2 [^з] и 2 = О)2 2 т{~г{ lt = <02 Jri
Здесь mrs — статический момент массы;
Jri — центробежный момент 'инерции массы звена относительно оси вра-
щения и плоскости, к ней перпендикулярной, проходящей через
центр масс S.
3*
68
Раздел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
Тело будет уравновешено, если 2Р = 0 ± 0, т. е., если mrs = 0 и Jri = 0.
При 'Соблюдении первого условия (г& = 0) центр масс совпадает с осью
вращения и тело уравновешено статически, при соблюдении второго условия
(Jri = 0) ось вращения совпадает с одной из главных центральных осей инер-
ции и тело' уравновешено динамически. При соблюдении обоих условий тело
уравновешено полностью.
Покажем как уравновесить вращающиеся массы.
Рис. 1.49
Пусть дано несколько неуравновешенных вращающихся масс, центры тяже-
сти которых лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси вращения (ом. рис.
1.49,6). Тогда из равенства нулю геометрической суммы всех сил инерции
имеем:
sa-*\+р;+'Рз+.Рур=о,
<?, _ - - -
но, так как Pi = — ri0)2> то + ^2 + G3r3 + Gyp^yp = о, и после построе-
ния векторного многоугольника статических моментов весов G{Ti находим вели-
чину и расположение противовеса.
Если центры масс лежат в параллельных плоскостях, перпендикулярных оси
кряшен и я (см. рис. 1.49, в), то для полного уравновешивания необходимо, чтобы
2МИ = ои2ри = 0.
Некоторые сведения из динамики машин
69
После переноса (всех сил инерции в плоскость I уравновеш1ИВ1ания и приложения со-
ответствующих векторов-моментов складываем геометрически сначала моменты
сил, затем силы: _ _ _ _
Г1 а\ + ^2 г2 а2 + G3 Г3 а3 + @1! гПа = О-
Для удобства отыскания направления г ц противовеса расположенного
в плоскости II уравновешивания необходимо при построении векторного много-
угольника моментов проводить векторы-моменты по направлению сил Р (если
имеются массы слева от плоскости I уравновешивания, то М проводятся проти-
воположно силам Р). Из векторного многоугольника находим 6цГпа,, а, зная
а и задавшись г Ih находим Gjj .
Теперь необходимо сложить силы инерции:
"^1+^2 +~Р3 +^// + Р/ур=0
или _ _ __ __ _
r 1 + ^2 Г2 + ^3 Г3 @11 ГП + Г1 = 0 •
После построения многоугольника сил находим Gj противовеса, который поме-
щаем в плоскости I.
Таким образом, полное уравновешивание требует установки двух противо-
весов.
При уравновешивании сил инерции стержневого механизма необходимо знать
положение его центра тяжести и, если положить массу каждого звена сосредото-
ченной в центрах тяжести звеньев, то можно легко найти положение центра
тяжести механизма.
Для четырехзвенника (рис. 1.50, а) имеем:
+ /п2 + тз — т>
тл + m2r2 + tn3r3 =
in^S± + -j-
m in
или _____
rS — 4“ ^2 + ^3-
Здесь hi — главные векторы звеньев.
Четырехзвенный механизм будет статически уравновешен, если его центр тя-
жести будет неподвижен, а это имеет место, если
Ai h2 h3
4 4 4
т. е. если фигура, образованная главными векторами, будет подобна плану ме-
ханизма.
Кривошипно-шатунный механизм при соблюдении указанного условия оказы-
вается неуравновешенным. Механизм будет уравновешен, когда h\ = h2 = 0, т. е
когда г в = 0 и центр тяжести механизма совпадает с осью вращения кривошипа.
На рис. 1.50 приведены схемы статического уравновешивания простейших
стержневых механизмов. Для четырехзвенника по рис. 1.50,6 после разноса масс
имеем
•Si — ^2 S2 1з — S3
mA = ---1-- и mB = m2 ~Г + —j---*
41 l2 l2 l3
70
Раздел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
Некоторые сведения из динамики машин
71
Тогда массы противовесов
^1
mI^mA------- и = --•
rI rIII
Для четырехзвенника по рис. 1.50, в массы противовесов
7 ^2 7 . .
mI ~ тА----И т[[~тв--------> Где тА ~ тА + тв + тП •
Г1 Г11
Установка противовеса на шатуне практически применима только для тихоходных
машин.
Для кривошипно-шатунного механизма (см. рис. 1.50, г) после разноса масс
имеем
bi . b2 а2
тА “ т\ ~~Г ' т2 ~Г И тВ — т3 + т2-----•
/1 Z2 ^2
Масса tn л легко уравновешивается противовесом
^1
т1 = тА — .
Г1
Массу tn в можно уравновесить либо установкой противовеса на шатуне, как
указывалось (при этом tnt = = —^ (/ил + тв-\- тп)у либо, если меха-
rl Г1
етизм быстроходный, то приходится ограничиваться частичным уравновешиванием
сил инерции массы тв.
Сила инерции массы тв, движущейся поступательно, определяется по
формуле
РцВ = твг<я\ cos ср 4- 4Л2 c°s2<p + 16А4 cos4cp + • • •] = ^i+^2+• •
здесь Pi = cos ср — сила инерции 1-го порядка;
Р2 = 4Д2^вГсо1cos —сила инерции 2-го порядка и т. д.
Сила инерции того или иного порядка может быть уравновешена с помощью
вращающихся противовесов. Если со станиной механизма связать два диска с
грузами /пу (см. рис. 1.50, д), вращающихся в разные стороны с одинаковыми
угловыми скоростями соу, то они нагрузят станину горизонтальной силой
•Ру = 2“ym/y coscpy.
Чтобы уравновесить силу инерции Pi 1-го порядка необходимо выполнить ус-
ловие:
Pt = Д^га^ cos<р = —2<оу/пу ry cos?y,
откуда следует:
mBrA j
юу(1)=“: 'fyd)=180°+‘р; ^ту гу)(в = •
Для уравновешивания силы инерции Р2 2-го порядка необходимо, чтобы
Р2 = 4А2твГ(й1 cos 2ср = — 2a)2/ny ry cos сру,
72
Раздел 1. Сведения из кинематики и динамики механизмов
откуда следует:
<°y(2) = 2а»,; <ру(2) = 180° + 2<р; (т у гу )2 = ——,
Аналогично ведется расчет вращающихся противовесов для уравновешивания сил
инерции 4, 6-го и др. порядков.
Ниже приводятся значения коэффициентов А с достаточной для инженерных
расчетов точностью:
Л 1 л X , X3 „ X3 Л fx5
Лх-1; 4 + 16 ; AiX- ; Л « .
г
Здесь X = -у-.
Схемд уравновешивания сил инерции 1 и 2-го порядков показана на
рис. 1.50, е.
В заключение заметим, что уравновешивание спаренных кривошипно-шатун-
ных механизмов, как например, .в рядных двигателях в большой цере достигается
за счет конструктивного оформления кривошипов. Так, например, в шестицилин-
дровом двигателе с взаимным углом заклинивания кривошипов под 120° оказы-
ваются уравновешенными силы инерции всех порядков, кроме 6-го и кратного
шести.
Раздел 2
ЗВЕНЬЯ, КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ПАРЫ
И СТЕРЖНЕВЫЕ МЕХАНИЗМЫ
ЗВЕНЬЯ
Звенья в механизме и машине служат для передачи движения и силы от од-
ного звена (ведущего) к другому (ведомому). В качестве звеньев механизма мо-
гут быть использованы твердые, упругие и гибкие тела. Звенья механизма при
условии отсутствия значительных деформаций ют действующих сил должны быть
достаточно жесткими. Однако во многих случаях, когда машина подвержена удар-
ным нагрузкам, и в ряде других случаев звенья механизма должны быть упруги-
ми с целью «амортизации и предохранения их от разрушения. Упругие звенья с
ограниченной жесткостью применяются также в случае необходимости предохра-
нить машину от вибрации и колебаний. Например, упругий вал дает возможность
сообщить весьма большие числа оборотов ротору турбины без опасности разру-
шения его при колебаниях.
В качестве гибких звеньев применяются нити, канаты, ремни, тросы и др.
К гибким звеньям относят также всякого рода цепи. Строго говоря, цепи следо-
вало бы рассматривать как многозвенные кинематические цепи, однако решение
кинематических задач упрощается, если их отнести к гибким звеньям. К гибким
звеньям следует отнести также шариковые передачи, в которых движение от од-
ного звена к другому передается замкнутым потоком шариков, перемещающихся
по трубкам.
В последнее время получили широкое применение гидравлические переда-
чи, в которых движение ведомым звеньям механизма сообщается посредством
находящейся под давлением жидкости — минерального масла или воды.
В пневматических механизмах движением отдельных механизмов управляет
синхронизатор, открывающий доступ воздуху в соответствующие цилиндры.
В этих механизмах, обычно составленных из твердых, иногда и упругих тел,
нагнетаемый компрессором воздух играет роль рабочего тела так же, как и
расширяющиеся в цилиндре двигателя газообразные продукты сгорания.
Рис. 2.1. Кривошипы и их условные обозначения на схемах: а — кривошип-
ная рукоятка с противовесом; б — кривошипный вал с контркривошипом; в
спаренные эксцентрики; г — одноколейный вал с противовесом; д—трехколен-
ный вал; е — четырехколенный вал.
Рис. 2.2 Шатуны и их условное обозначение на схемах: а — двухшарнирный;
б и в — трехшарнирные.
Рис. 2.3. Валы: а — шлицевые; б — гибкий вал, вращающийся при числе обо-
ротов выше резонансного; в — гибкий вал; г — гибкий вал из шарнирных звеньев,
Рис. 2.4. Шариковая передача.
Рис. 2.5. Цилиндрическая пружина с направляющим корпусом.
Рис. 2.6. Пружина трения из клиновидных разрезных (неразрезных) колец,
74 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
Рис. 2.3
Рис. 2.4
Кинематические пары
75
Рис. 2.5
Рис. 2.7. Упругие промежуточные звенья для поглощения толчков: а — с дву-
сторонней пружиной; б— с гидравлически регулируемым амортизатором. Для
этой цели применяются также подкладки из пробки, резины или воздушные амор-
тизаторы.
Рис. 2.8. Пружинные упругие звенья для смягчения толчков при неравномер-
ном движении: а—с продольной пружиной; б — с поперечной.
КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ПАРЫ
Выше было указано, что кинематические пары вносят при подвижном соеди-
нении звеньев от одного до пяти условий связи, лишая звенья в относительном
движении соответствующего числа их степеней свободы. В зависимости от чис-
ла оставшихся степеней свободы кинематические пары разделяют на пять родов.
К первому роду относят пару, в результате образования которой уничтожаются
пять степеней свободы, и к пятому роду, если уничтожается одна степень сво-
боды. В плоском механизме могут быть только кинематические пары первого и
второго родов.
К парам первого рода относятся подвижные соединения, допускающие одно
поступательное (рис. 2.9) или одно вращательное движение.
К парам второго рода относятся подвижные соединения, допускающие два
вращения (см. рис. 2.46) или одно вращение и одно поступательное движение
(см. рис. 2.41).
76
Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
К парам третьего рода (см. рис. 2.50) относятся подвижные соединения, до-
пускающие три вращения (см. рис. 2.50, а), два вращения и одно поступательное
движение (см. рис. 2.50, б) и, наконец, два поступательных движения и одно
вращение (см. рис. 2.50, в).
К парам четвертого рода должны быть отнесены такие, в которых допуска-
ются два вращательных и два поступательных движения или три вращательных и
одно поступательное движение, (см. рис. 2.63, а).
К парам пятого рода относятся такие подвижные соединения в которых до-
пускаются три вращательных и два поступательных движения при взаимном ка-
сании в точке (см. рис. 2.64).
Каждое из указанных здесь движений должно быть независимым. Например,
винт в гайке совершает поступательное и вращательное движения, но эти дви-
жения связаны друг с другом и задать произвольно можно только одно движение.
Кинематические пары делятся на низшие и высшие. В низших кинематических
парах соприкосновение элементов кинематических лар происходит по поверхно-
стям, а в высших — по линии или в точке. Поступательная (см. рис. 2.30, в), вра-
щательная (ом. рис. 2.30,6) пары, (шаровой шарнир (см. рис. 2.51) и др.— низ-
шие кинематические пары. На рис. 2.63 показаны высшие кинематические пары.
Низшие кинематические пары обратимы, т. е. характер траектории относи-
тельного движения точек звеньев не зависит от того, с каким из звеньев считаем
связанной систему координат. Например, все точки ползуна относительно направ-
ляющей движутся по прямым так же, как -и точки направляющей при ее движе-
нии относительно ползушки. Высшие пары свойством обратимости" не обладают.
Постоянный контакт элементов кинематической пары должен быть обеспечен гео-
метрическим замыканием, осуществляемым конструктивной (формой элементов,
входящих в пару, или силовым замыканием путем использования сил веса, упру-
гости пружин и пр.
Характер элементов кинематических пар существенно влияет на точность ра-
боты машины, ее долговечность, связанную с износом, и стоимость изготовле-
ния. Поэтому (следует обращать внимание' на конструктивную реализацию кинема-
тических пар.
Во многих случаях необходимое простое относительное движение звеньев
может быть воспроизведено сочетанием звеньев, образующих фактически несколь-
ко кинематических пар. Например, обычный цилиндрический шарнир (см.
рис. 2.30,6) может быть заменен шариковым (см. рис. 2.54) или роликовым под-
шипником. Поступательная пара по фиг. 2.9, 6 может быть заменена сложной
кинематической парой по фиг. 2.16.
Рис. 2.9
Рис. 2.9. Поступательные пары первого рода: а — ползун перемещается по
двум цилиндрическим направляющим; 6 — призматическая направляющая; в —
сдвоенная направляющая; г — то же в другом конструктивном исполнении.
Рис. 2.10. Направляющая, в которой призма перемещается с помощью рейки
с шестерней: а — направляющая имеет цилиндрическую поверхность; 6 — кони-
ческую.
Рис. 2.11. Призматические направляющие: а — Т-образная; 6 — V-образная;
в — /7-образная.
В средней части рекомендуется делать зазор глубиной f = 0,5 + 2 мм.
Кинематические пары,
77
Рис. 2.11
Рис. 2.12. Призматическая направляющая с накладными боковыми планками.
Регулирование производится за счет зазоров между винтами и отверстиями.
В средней части рекомендуется делать зазор глубиной f = 0,5 2 мм.,
Рис. 2.12
Рис. 2.13. Призматические направляющие: а — для взаимно перпендикуляр-
ного перемещения сеток в призмах. Осевое перемещение кольца производится
78 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
посредством подпружиненных ползунов 1 и направляющих пальцев 2; б — V-об-
разные направляющие лабораторного типа.
1
Рис. 2.14
Рис. 2.14. Призматические направляющие: а — регулируемые комбинирован-
ные с Т-образным профилем и профилем типа ласточкина хвоста: б — открытые
роликовые. Каретка 1 с пятью роликами 2 катится по направляющей 5; в —замк-
нутые роликовые. Каретка 1 направляется шестью или восемью роликами 2, из
которых по крайней мере три должны допускать регулировку эксцентриситета е
оси ролика.
Рис. 2.15
Кинематические пары
79
Рис. 2.15. Шариковые направляющие: а — шариковые направляющие с одно-
сторонней связью, имеющие три шарика. Отличаются простотой изготовления»
легким ходом и высокой точностью направления; б — замкнутые шариковые нап-
равляющие каретки 1 поддерживаются четырьмя шариками и парой призм; в —
замкнутые шариковые направляющие, встречающиеся в микроскопах. Ползун /
имеет четыре призматические канавки, а неподвижная направляющая 2 — одну
призматическую и одну плоскую. Давление на направляющие создается при по-
мощи винта 3.
Рис. 2.16
Рис. 2.17
Рис. 2.16. Роликовые направляющие, применяемые в приборах управления
огнем и измерительных приборах. Ползун 1 при помощи десяти роликов вкатится
Рис. 2.18
Рис. 2.19
Рис. 2.18. Подшипник для вертикальной оси; ось направляется упорным ша-
рикоподшипником 1 большого диаметра, а центрируется тремя упорами 2, один
из которых снабжен пружиной.
Рис. 2.19. Регулируемый эксцентриковый подшипник.
80 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
Рис. 2.20. Нерегулируемый конический подшипник, в котором осевое давле-
ние воспринимается в плоскости t — t.
Рис. 2.21. Коническая цапфа с разгрузкой от осевых сил посредством колпач-
ка 5 на неподвижной оси, шарика 2 и упорного винта 1 на вращающейся части
Центр 3 вставлен в ось 4 для ее правильной обработки.
Рис. 2.22
Рис. 2.23
Рис. 2.24
Рис. 2.22. Подшипник с регулированием положения оси поддерживаемой де-
тали. Регулирование осуществляется поворотом направляющей части центра 1,
эксцентрично расположенной относительно оси отверстия станины 2. Применяет-
ся для зубчатых передач механизмов приборов и др.
Рис. 2.23. Подшипник с пятью радиальными шариками и шестым в качестве
подпятника; цапфа—цилиндрическая, зазор регулируется подбором шариков.
Рис. 2.24. Нестандартный подшипник, применяемый из-за ограниченности га-
баритов (например, в затворах аэрофото'аппаратов). Дорожка для шариков сде-
лана непосредственно на валике.
Рис. 2.25. Подшипник качения для поступательно-возвратного движения.
Между направляемым стержнем 1 и направляющей трубой 3 введена обойма 4 с
окнами, в которые заложены отрезки цилиндрических пружин 2. При перемеще-
нии стержня относительно трубы пружины вращаются вокруг своих осей, одно-
временно перекатываясь по направляющим поверхностям деталей 1 и 3.
Рис. 2.26. Упорный подшипник крана на колонке, воспринимающий большие
осевые усилия. Для центрирования нагрузки последняя передается на подшип-
ник через сферическую пяту 2 и подпятник 1.
Рис. 2.27. Комбинированный радиально-упорный роликовый подшипник для
тяжелых вертикальных валов. Радиальный подшипник — на цилиндрических ро-
ликах, упорный — на конических.
Кинематические пары
81
Рис. 2.28. Упорный подшипник для кранов, монтируемых на колонке. Сфе-
рический подпятник применен для центрирования нагрузки.
82
Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
Рис. 2.29. Опоры для больших нагрузок: а — роликовая; б — сегментная.
Рис. 2.32
Рис. 2.31
Рис. 2.30. Винтовая пара (а), как общий случай кинематической пары пер-
вого рода и ее частные случаи — вращательная пара (б) и поступательная (в).
Рис. 2.31. Гайка-муфта на шариках (для уменьшения трения) для длинных
винтов. Муфта состоит из двух половин и снабжена каналами для обратного
отвода шариков.
Рис. 2.32. Двухвинтовой гидравлический двигатель. Винтовая нарезка чаше
Кинематические пары
83
всего делается трапециевидного профиля. Угол подъема винтовой линии должен
быть больше 30°, т. е. больше двойного угла трения.
2.33
Рис.
Рис. 2.33. Червяк с рейкой, представляющий собой одну из модификаций
гайки.
Рис. 2.34. Бесконечный винт 1 с правой и левой резьбой. В той части, где
осуществляется переход ползушки 2 гайки с правой резьбы на левую, устанавли-
вается автоматическая стрелка 3. На фигуре показаны три последовательных
положения в момент перехода ползушки 2 гайки с правой резьбы на левую.
Рис. 2.34
Рис. 2.35. Кинематические пары первого рода, отличные от рассмотренных
выше. Относительное движение звеньев сложное и происходит с одной степенью
свободы.
Рис. 2.36. Зубья цилиндрических колес внешнего зацепления. При касании
по образующей боковой поверхности входят в пару второго рода.
Рис. 2.37. Внутреннее зубчатое зацепление. Оси вращений О\ и Ог.
84
Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
Рис. 2.38
Рис. 2.39
Рис. 2.38. Зацепление колеса с (рейкой.
Рис. 2.39. Винтовые зубчатые колеса. Касание боковых поверхностей зубьев
(развертывающийся геликоид) происходит в точке. Кинематическая пара, мно-
гократно повторяясь вследствие зацепления нескольких пар зубьев, не вносит до-
полнительных связей.
Рис. 2.40. Внутреннее червячное зацепление.
Рис. 2.41. Кинематические пары второго рода, допускающие одно враща-
тельное и одно поступательное относительные движения звеньев.
Рис. 2.42. Гиперболические катки (валики) касаются по образующей ав
гиперболоида. В относительном движении имеют четыре степени свободы, два
вращения и два поступательных движения. При вращении гиперболоидов вокруг
неподвижных осей передача движения возможна при касании их по образующей.
Два условия связи при этом становятся тождественными и, следовательно, одно
из ограничений становится фиктивным. Если образующая ab гиперболоидов
Рис. 2.41
Кинематические пары
85
параллельна оси, гиперболоид обращается в цилиндр, а при пересечении обра-
зующей гиперболоида с его осью гиперболоид обращается в конус.
Рис. 2.43
Рис. 2.43. Гиперболоидальные
в относительном движении в виде
зубчатые колеса 1 и
гиперболоидов.
2,
имеющие аксоиды
Рис. 2.44 Рис. 2.45
Рис. 2.44. Конические зубчатые колеса, s — общая вершина начальных ко-
нусов.
Рис. 2.45. Кинематические пары второго рода, допускающие вращение во-
круг двух взаимно перпендикулярных осей.
В6
Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
Рис. 2.46. Кинематическая пара второго рода. Палец, скользящий в пазу,
лишает возможности звено 1 при движении относительно 2 вращаться вокруг
одной оси.
Рис. 2.47. Головка шатуна, образующего с кривошипом кинематическую
пару по рис. 2.46.
Рис. 2.48. Радиально-упорные роликовые подшипники для небольших осевых
давлений, действующих'в обе стороны, выполненные, как пара по рис. 2.41, а
и 2.41,6.
Рис. 2.49. Цилиндрическая направляющая (рис. а), налагающая такие же
связи, как и пара по рис. 2.41. Геометрически замкнутая (рис. б) цилиндрическая
пара и пара с силовым замыканием |(рис. в).
Рис. 2.50. Кинематические пары третьего рода, допускающие а — три враща-
тельных движения; б — два вращательных и одно поступательное движение; в
два поступательных и одно вращательное движения.
Кинематические пары
87
Рио. 2.51
Рис. 2.51. Рычаг 1 управления соединяется со
стойкой 2 шаровым шарниром.
Рис. 2.52. Шаровой подшипник червяка, позво-
ляющий поджимать червяк в сторону червячного ко-
леса для компенсации износа зубьев и ошибок при
Рис. 2.52
Рис. 2.53
расточке корпуса. Левая опора 2 червяка перемеща-
ется по вертикали посредством винта 1.
Рис. 2.53. Головка шатуна, соединяемого с кри-
вошипом посредством шарового шарнира.
Рис. 2.54. Самоустанавли'вающиеся шариковые
и роликовые подшипники со сферическим опорным»
кольцом.
Рис. 2.54
Рис. 2.55
Рис. 2.56
Рис. 2.55. Совместная установка радиального и упорного самоустанавливаю-
щихся подшипников. Центр О сферы подкладного кольца 1 должен находиться
на оси вала в точке, через которую преходит средняя линия радиального под-
шипника.
Рис. 2.56. Система трех опор. При перекосах тела 1 рамка 2 не подвергает-
ся напряжениям. Конструкция опор изображена на эскизе слева.
88
Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
Рис. 2.59
Рис. 2.57. Шаровой подшипник для быстро вращающихся валов, допускаю-
щий вращение вала в цилиндрическом отверстии внутри шара и отклонение оси
вала.
Рис. 2.58. Подшипники под сферические цапфы вращающейся призмы.
Рис. 2.59. Шаровой подшипник трубы
дальномера, качающегося вокруг центра
шарового шарнира О, удерживающего тру-
бу от осевого перемещения.
Рис. 2.60. Шаровой шарнир. Деталь 2
устанавливается в прямоугольном отвер-
стии детали 1 и во время сборки повора-
чивается на 90°. К детали 2 крепится зве-
но механизма.
Рис. 2.62
Плоские стержневые механизмы
89
Рис. 2.61. Цилиндр на плоскости имеет четыре возможных независимых дви-
жения относительно плоскости.
Рис. 2.62. Кинематическая пара по рис. 2.61 четвертого рода, использованная
в механизме привода челнока швейной машины.
Рис. 2.63
Рис. 2.64
Рис. 2.63. Кинематические пары четвертого рода:
а — две точки одного звена на поверхности второго звена;
б — шар в желобе.
Рис. 2.64. Для того чтобы шарик при работе катился без скольжения, нужно,
чтобы прямые, проведенные через точки касания шарика и обойм, пересекались
с осью вала в одной точке.
Рис. 2.65. Кинематические пары пятого рода.
Рис.' 2.66
Рис. 2.66. Сферический подпятник 3 гибкой ноги 2, несущей мост 1 рудного
крана. Подпятник допускает поворот моста относительно гибкой ноги и наклон
ноги в вертикальной плоскости, что необходимо для температурной компенсации
изменения размеров моста.
ПЛОСКИЕ СТЕРЖНЕВЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Стержневые механизмы, звенья которых образуют вращательные или посту-
пательные пары, применяются в рабочих машинах и двигателях, грузоподъемных
и др. машинах. При проектировании машины к механизму могут быть предъяв-
лены различные требования, например: при вращательном движении ведущего
звена ведомое звено должно совершать возвратно-поступательное движение при
определенной величине хода. В качестве дополнительных условий может быть
$0 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
предъявлено требование, чтобы средние скорости при движении ведомого звена
вперед и назад были различны. К механизму могут быть предъявлены также
требования, чтобы ,некоторые из точек его звеньев описывали точно или при-
ближенно заданные траектории или в определенные промежутки времени занима-
ли заданные положения в плоскости. Могут быть заданы и более сложные усло-
вия. Удовлетворить поставленным при проектировании машины требованиям пол-
ностью или частично можно выбором типа механизма и расчетом соответствую-
щих размеров его звеньев.
Кинематическое и динамическое исследования механизма, которые необходи-
мо проводить при проектировании машины, во многих случаях облегчаются, если
сложный механизм удается упростить и свести его схему к более простой, для
исследования которой потребуется меньшая затрата времени. Во многих случаях
полезно использовать метод постановки механизма на новое звено (метод ин-
версии механизма), заменить расширенную цапфу обычным шарниром, заменить
ведущее звено другим и, наконец, заменить поступатель-
q ную пару вращательной.
g ^^-*4 При постановке механизма на новое звено необходи-
\ мо из данного механизма получить сначала кинемати-
ческую цепь путем освобождения закрепленного звена, а
о— и \ j) затем поставить механизм на новое звено, т. е. закрепить
заданное звено. В процессе расчета постановка на новое
звено является условной. Что касается реальных меха-
Рис. 2.67 низмов, используемых в различных машинах, то некото-
рые группы их можно считать получившимися в резуль-
тате закрепления различных звеньев одной и той же кинематической цепи. На
рис. 2.67 показана четырехзвенная шарнирная кинематическая цепь, а на рис.
2.68 — механизмы, полученные постановкой этой кинематической цепи на раз-
Рис. 2.68: а — кривошипно-коромысловый механизм, полученный постановкой
кинематической цепи по рис. 2.67 на звено d. Звено а будет кривошипом, т. е.
может совершать полный оборот, если удовлетворяются условия
а + b < с + d\ а + с < d + b-, а + d < с + Ь.
Плоские стержневые механизмы
91
При этом
а < b\ а < с\ а < d\
б — криво ши пн о-кор о мыс левый механизм, полученный постановкой цепи по
рис. 2.67 на звено Ь\ а — кривошип; с — коромысло, d — шатун;
в — двухкривошипный четырехзвенный механизм, полученный постановкой
цепи по рис. 2.67 на звено а\ d и Ъ—кривошипы; с — шатун;
г — двухкоромысловый четырехзвенный механизм, полученный постановкой
цепи по рис. 2.67 на звено с; d и b — коромысла; а — шатун. Движение от дви-
гателя может быть сообщено в случае, если двигатель закреплен на коромыс-
ле d или b и приводит шатун а. Условия существования кривошипа те же, что
и для механизма по рис. 2.68, а. *
Рис. 2.69
Рис. 2.69. Определение хода и коэффициента k увеличения средней скорости
обратного хода коромысла шарнирного четырехзвенника. Полному ходу коро-
мысла слева направо и справа налево соответствуют углы аир поворота криво-
шипа:
а = тс + 0 и р — тс — 6;
d* + (b + а)2 — с2
Т 2d (b + а)
Отсюда определяется 0.
Коэффициент увеличения средней скорости обратного хо^а
vx о аа)Л тс + 0
k = — == —— • ------- = =------- ;
tx а (ОдР тс —0
, 70 О
k —------.
тс — 0
Хорда Н, соответствующая угловому ходу а коромысла:
Я = 1^2 (&2 + а2) — 2 (62 — a2) cos 6 .
Рис. 2. 70. Определение коэффициента увеличения средней скорости ведомого
коромысла двухкривошипного механизма. За один оборот ведущего кривошипа
b ведомый d также сделает один оборот. За время поворота ведомого кривоши-
па d из положения Вх в В2 ведущий кривошип b повернется на угол л + (02—
92
Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
91). Отношение средних скоростей ведомого звена d при переходе из положения
В2 в Bi и из Bi в В2 равно
к ~Ь (62 — 61).
гс — (02 — 01)
(d + а)2 + &2 — с* (d — а)2 + 62 — с2
cos 61 = —-----------------: cos А™ =---------------------.
2b (d + a) 2b (d — a)
Рис. 2.71 Рис. 2.72
Рис. 2.71. Механизм неравномерного движения (шарнирный четырехзвенник)
с приспособлением для перехода через мертвую точку. Одно из условий существо-
вания кривошипа в виде неравенства обращается для этого механизма в равен-
ство а + b = с + d, вследствие чего ведомое звено при переходе через линию
центров будет иметь мертвое положение.
Рис. 2.72. Четырехшарнирный параллелограмм (а) и антипараллелограмм (б),
точка s (пересечения двух кривошипов) которого движется по эллипсу.
Рис. 2.73 Рис. 2.74
Рис. 2.73. Определение. неподвижной центроиды шатуна а четырехшарнир-
ного а'нтипараллело1гр1амма при неподвижном малом звене с. Пусть известны ра-
диусы кривошипов b и d и длина шатуна а.
Мгновенный центр вращения Рас шатуна а лежит в точке пересечения кри-
вошипов b и d.
Треугольники DCB и BAD, РасСВ и PacAD попарно равны, поэтому
РасВ = PacD, т. е. pi 4- р2 = b = const, следовательно, точка Рас описывает эл-
липс с фокусами в А и D.
Плоские стержневые механизмы
93
Уравнение эллипса
4г/2 4х2
b2 — а2 + h2
Если стойкой сделать звено а, то полюс Рас опишет такой же эллипс с фо-
кусами в С и В. Таким образом, подвижная и неподвижная центроиды звена а
четырехшарнмрного параллелограмма представляют собой эллипсы.
Рис. 2.74. Предельный четырехшарнирный механизм, у которого а — ——
b = с. При вращении звена b звено d имеет два мертвых положения. В левом
мертвом положении может произойти вырождение четырехзвенного механизма
в двухзвенный. При вращении звеньев b и d в одном направлении за один обо-
рот ’Звена b звено d сделает два оборота.
Рис. 2.75
Рис. 2.75—2.77. Четырехшарнирный антипараллелограмм с кривошипами,
вращающимися в противоположных направлениях. Движение звеньев а и с можно
получить, если представить движение катящихся друг по другу эллиптических
катков, связанных со звеньями а и с. Если механизм по рис. 2.73 поставить на
большое звено b или d, то подвижная и неподвижная центроиды шатуна а ме-
ханизма (см. рис. 2.73) обращаются в центроиды относительного движения (эл-
липтические катки). Для вывода механизма из двух мертвых положений могут
быть использованы пальцы на концах малых отрезков большой полуоси эллипса
(см. рис. 2.76). На рис. 2.77 показан закон изменения угловой скорости <ос зве-
на с для механизма, поставленного на звено d.
Рис. 2.78
Рис. 2.78. Приспособления для вывода из мертвого положения четырехшар-
нирного антипараллелограм1ма: а — приспособление состоит из пальца 7, распо-
ложеиного посередине шатуна, и неподвижных вилок 2, центры О и Oi которых
94
Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
совпадают с полюсом мгновенного вращения шатуна в мертвых положениях ме-
ханизма; б — приспособление состоит из эллиптических зубчатых секторов.
Рис. 2.79
Рис. 2.79. Спаренные четырехшарнирные параллелограммы с приспособлени-
ем цля вывода из мертвого положения, как на рис. 2./8, а.
Рис. 2.80. Шарнирный четырехзвенник. Характер траектории точек звеньев
четырехзвенника зависит от соотношения длин звеньев АВ, AD, ВС и расстояния
между шарнирами С и D. Для любой точки кривошипа DA и коромысла СВ тра-
екторией является окружность, В зависимости от выбора положения точки на
шатуне получается та или иная кривая. Отдельные участки некоторых шатунных
кривых мало отличаются от прямых или дуг окружностей. Эти точки могут
быть использованы для построения спрямляющих механизмов ,(прямила) или ме-
ханизмов с остановками.
Рис. 2.81—2.89. Увеличенная цапфа. Если размеры элементов вращательных
кинематических пар А и В меньше расстояния между центрами А и В шарниров
Плоские стержневые механизмы
95
на звене, то цапфа неувеличенная (ом. рис. 2.81). Радиус цилиндрических по-
верхностей (элементы кинематической пары) можно увеличить по сравнению с
радиусом АВ для рис. 2.81 (см. рис. 2.82), при этом на одном из звеньев можно
взять только часть цилиндрической поверхности (см. рис. 2.83). При неизменном
Рис. 2.84
Рис. 2.85
АВ движение точки В остается тем же, что и для рис. 2.81. Радиус цилиндриче-
ской поверхности можно взять больше АВ, что на относительное движение не
будет влиять (см. рис. 2.86). Звено АВ в этом случае называют эксцентриком.
При вращении звена в пределах некоторого угла можно ограничиться лишь
частью эксцентрика (см. рис. 2.87, 2.88). Если радиус АВ увеличить до бесконеч-
ности, то вращательная пара обращается в поступательную (см. рис. 2.85, 2.89).
При кинематическом исследовании все случаи увеличенной цапфы (см. рис. 2.82—
2.84 и 2.86—2.88) в кинематических парах следует заменять цапфой, показан-
ной на рис. 2.81.
Рис. 2.90
Рис. 2.90. Четырехзвенная кинематическая цепь по рис. 2.67 с увеличенной
цапфой.
96
Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
Рис. 2.91. Механизмы, полученные из кинематической цепи по рис. 2.90:
а — кривошипно-шатунный механизм с криволинейной направляющей; б — кулис-
ный механизм с вращающейся криволинейной кулисой; в — кулисный механизм с
криволинейной качающейся кулисой; г — баланоирно-шатунный механизм с кри-
волинейной направляющей.
При кинематическом последовании приведенные на рис. 2.91 механизмы сле-
дует заменять четырехшарнирным механизмом, показанным пунктиром на каж-
дой из схем.
Рис. 2.96
Рис. 2.94
Рис. 2.95
Плоские стержневые механизмы
97
Рис. 2.92. Четырехзвенная кине-
матическая цепь с одной поступа-
тельной парой. Получена из кинема-
тической цепи по рис. 2.90 при CD =
= сю.
Рис. 2.93—2.96. Механизмы, по-
лученные из кинематической цепи по
рис. 2.92 путем постановки цепи на
различные звенья. Рис. 2.93 — зак-
реплено звено d, получен кривошип-
но-шатунный механизм, рис. 2.94 —
закреплено звено а, получен кулис-
ный механизм с вращающейся кули-
сой; рис. 2.95 — закреплено звено Ъ,
получен кулисный механизм с кача-
ющейся кулисой, аналогичный ме-
ханизму по рис. 2.150, в котором
размеры звеньев с и d иные; рис.
2.96 — закреплено звено с, получен
балансирно-шатунный механизм, в
котором звено b не может делать
полного оборота. В качестве началь-
ного звена здесь может быть приня-
то звено а при установке двигателя
на звеньях d и Ь.
Рис. 2.97: а и б — кинематичес-
кие четырехзвенные цепи с увеличен-
ной цапфой D, в — кинематическая
четырехзвенная цепь с увеличенны-
ми размерами цапфы В; г — кинема-
тическая цепь с увеличенными цап-
фами В и С.
Рис. 2.98. Замена механизма с
увеличенной цапфой шарнирным ме-
ханизмом. На схеме а показан ку-
лисный механизм парораспределения
паровоза, в котором элементы шар-
нира на звене а сделаны большого
радиуса, а именно: внешний ради-
ус R кулисы принят больше расстоя-
ния-между центрами А и В. Камень
b можно заменить эксцентриком Ьь
4 С. Н. Кожевников и др.
98
Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
как это показано на схеме б, сохраняя при этом радиусы АВ и ОС. Наконец
эксцентриковый механизм можно заменить шарнирным механизмом по схеме в,
в котором размеры ОС, ОВ и ВА такие же, как и в исходном механизме по схе-
ме а. Относительные и абсолютные движения в исходном механизме и получен-
ном заменяющем механизме одинаковы.
Рис. 2.100
Рис. 2.102.
Рис. 2.99. Механизм, полученный из кинематической цепи по рис. 2.97, г с не-
подвижным звеном AD.
Рис. 2.100. Четырхзвенный механизм с тремя цапфами увеличенных разме-
ров. Звенья механизма выполнены в виде эксцентриков. Механизм может быть
заменен четырехшарнирным механизмом, показанным пунктиром.
Рис. 2.101. Четырехзвенный механизм, полученный из механизма по
рис. 2.100 увеличением размера CD до бесконечности. Механизм может быть за-
менен кривошипно-шатунным механизмом АВС.
Рис. 2.102. Кривошипно-шатунный
механизм с цапфой увеличенных разме-
ров. Применяется в механизмах поршне-
вых насосов и штамповальных прессов.
Рис. 2.103
Рис. 2.104
Рис. 2.105
Плоские стержневые механизмы
99
Рис. 2.103—2.104. Кривошипно-шатунный механизм с увеличенной цапфой С.
Рис. 2.105. Эксцентриковый механизм. Может быть заменен кривошипно-ша-
тунным с неуптиренной цапфой.
Рис. 2.106
Рис. 2.108. Кривошипный механизм с цепной передачей. В промежутках меж-
ду точками касания средней линии цепи а начальных окружностей звездочек
поршень движется с постоянной скоростью. При движении пальца шатуна по
окружности звездочек поршень движется как в обычном кривошипно-шатунном
механизме.
Рис. 2.109. Кинематические соотношения в кривошипно-шатунном механиз-
ме. е — смещение. В центральном механизме е = 0.
И = у(Z + r)2 —е2 — У ZZ — г)2 — е2 .
При движении точки В из Во' в Во по стрелке средняя скорость поршня
Ни
Vp~ к+ Q’
при обратном движении поршня
Ни
Рис. 2.106. Кривошипно-шатунный механизм с очень коротким шатуном 1 по
сравнению с кривошипом 2 и увеличенным телом крейцкопфа.
Рис. 2.107. Кривошипный механизм <с секторами а вместо ползушек крейц-
копфа.
Коэффициент увеличения средней скорости обратного хода
, тг + 0 vx /2 + г2 о,5Я2
Гс-О Vp Р-г*
Положение поршня относительно точки А координируется отрезком х:
, , г sin ср + е
х = г cos ср I cos ф; sin ф =----- = A sin ср -|- хА:
4*
100 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
cos ф 1 — — X2 sin2 ср — Х2х sin ср — — х2Х2.
Подстановка cos ф в формулу для х дает приближенное выражение его:
Г 1 1 1 1
х г cos ср 4- — — X sin2 ср — Хх sin ср — — Хх2 .
Скорость поршня
dx
v = —
dt
Ускорение поршня
d^x
а =-----= — гео2 [cos ср + X cos 2ср — Х^ sin ср].
dt2
Г 1 1
= — гео sin ср + — X sin 2ср + Хх cos ср .
Формулы для нормального кривошипного механизма получаются из приве-
денных выше, если положить е = х = 0.
Точные формулы для нормального кривошипно-шатунного механизма
sin (<р +Ф)
v = —г<о------------;
COS ф
Гсоз(ср + Ф) COS2?'
а = — г<о2 ----------— + X —— ;
L COS ф COSd ср
б/ф COS ср
ф = arc sin (X sin ср); со2 = — — соХ ‘г
dt cos ф
с/2ф
£9 — ------
dt2
sin ср
= _W(1-X2)-Y7.
cosd ф
Рис. 2.110. Траектория точек кривошипно-шатунного механизма. В зависи-
мости от выбора точки на шатуне можно получить траекторию требуемого вида'
Рис. 2.111
Плоские стержневые механизмы
101
Выбирая соответствующим образом точки «а шатуне, можно построить меха-
низмы приближенных прямил (ем. рис. 9.12) или механизмы с остановками ве-
домого звена при непрерывном вращении кривошипа.
Рис. 2.111. Уравнение шатунной кривой кривошипно-шатунного механизма.
Для общего случая кривошипно-шатунного механизма, когда е Ф О и М лежит
на шатуне вне линии центров шарниров
^_{x-eY
*----- sin (8 + 7) .
п
п2 COS Со+ 7)
+ m ±
Знаки перед радикалами при вычислениях везде необходимо брать одина-
ковыми. Уравнение шатунной кривой является уравнением 4-й степени.
Уравнение шатунной кривой для нормального механизма можно получить,
положив е = 0. Если точка лежит на линии центров шарниров, то б = у = 0.
Рис. 2.112
Рис. 2.112. Механизм станка для фасонной обработки. В рассматриваемом
механизме режущий инструмент 4 (двигатель с шлифовальным камнем) за-
крепляется на шатуне кривошипно-шатунного механизма. Настройка станка —
подбор шатунной кривой для очерчивания поверхности детали — осуществляется
изменением смещения траектории центра пальца ползуна 3 при повороте направ-
ляющей 1 относительно стойки, изменением длины шатуна (которая устанавли-
вается фиксатором 2) и изменением положения режущего инструмента относи-
тельно шатуна.
102 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
Рис. 2.Ы5
Рис. 2.114
Рис. 2.116
Рис. 2.113. Модификация кривошипно-шатунного механизма.
Рис. 2.114. Механизм компрессора. Относительное перемещение ползунов 1
и 2 в четыре раза больше радиуса кривошипа.
Рис. 2.115. Передача движения от двух поршней к общему кривошипу.
V-образное расположение цилиндров.
Рис. 2.116. Передача движения от поршней к коленчатому валу в авиацион-
ном двигателе со встречными поршнями.
Рис. 2.117. Механизм уравновешенного двигателя. На рис. показана схема
ромбовидного привода уравновешенного двухпоршневого двигателя. Симметрии-
Плоские стержневые механизмы
103
ные кривошипы 9 соединены зубчатыми колесами 7, шатуны 8 и /0 —траверса-
ми 5 и 6, к которым прикреплены штоки 2 и 4 поршней 1 и 3. Направляющие 11
и 12 бокового давления не испытывают.
Рис. 2.118 Рис. 2.119
Рис. 2.118. Механизм звездообразного двигателя. Движение коленчатому ва*
лу сообщается через главный шатун 1, который связан с боковыми поршнями
посредством прицепных шатунов 2.
Рис. 2. 119. Схема механизма глубокой вытяжки. Некруглые колеса 1 и 2 че-
рез шатун 3 приводят ползун 4, скорость рабочего хода которого во время вы-
тяжки остается почти постоянной. Скорость обратного хода ползуна значитель-
но больше.
Рис. 2.120
Рис. 2.120. Захват для подъема стопки вагонных бандажей. Управление ме-
ханизмом захвата для подъема нагретых бандажей должно быть дистанционным.
При опускании стопки бандажей, после того как стопка коснется пола цеха, тра-
104 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
вероа 2 с изогнутыми рычагами 4 будет продолжать двигаться вниз до тех пор,
пока рычаги 4 не охватят конус 5. При подъеме крюка 1 конус 5 увлекает тру-
бу 11 и при помощи стержневых шарнирных параллелограммов 10 и 8 сближает
планки 9, освобождая стопку бандажей. Механизм готов для захвата новой
стопки бандажей. При опускании крюка рычаги 6 упираются в верхний бандаж и
под действием собственного веса захвата планки 9 разводятся. В результате
дальнейшего движения крюка вниз рычаги 4 охватывают малый конус 7. После
этого начинается подъем крюка. После зажима захвата стопки бандажей концы
рычагов 4 вследствие наличия конусности соскальзывают с конусов 7 и 5 и в
дальнейшем стержнем 3 поднимается всё захватное приспособление вместе с
бандажами.
Б~Б
Рис. 2.121
Рис. 1.122
Плоские стержневые механизмы
105
Рис. 2.121. Ось захватных щек 1—2 клещей, соединенных с тягой 5 серьга-
ми 4, установлена на тележке 3. В момент захвата трубы щеки 1—2 сближаются
от руки рычажным механизмом с рукояткой 6 (на рис. справа). В дальнейшем
клещи затягиваются от усилий, создаваемых при протяжке трубы. Перемещение
тележки 3 осуществляется замкнутой цепью 7, приводимой в движение звездоч-
кой через накидной крюк 8. В исходное положение тележка возвращается с гру-
зом, который прикреплен к канату, соединяющему его с тележкой.
Рис. 2.122. Механизм станка для изготовления кабелей, состоящий из ряда
шарнирных пар ал л ело граммов.
Диск 3 и кольцо 2, вес которого поддерживается роликами /, соединены
шарнирно посредством кривошипов 4 так, что при вращении диска оси 5 совер-
шают поступательное движение по окружности радиуса R. На осях 5 закрепле-
ны бобины с проволокой для кабеля.
Рис. 2.123
Рис. 2.125
Рис. 2.123. Передача вращения шарнирными параллелограммами от двигате-
ля к ведущим колесам электровоза. В этом механизме ОА = О[В{ = О2В2.
Рис. 2.124—2.126. Шарнирные компенсирующие механизмы для передачи
движения от двигателя к ведущим колесам тепловоза.
Рис. 2.128
Рис. 2.127
106 Раздел 2. Звенья, кинематические пары, и стержневые механизмы
Рис. 2.127. Камнедробилка с приводом от шарнирной распорки и кривошип-
ного механизма. Справа показана кинематическая схема камнедробилки.
Рис. 2.128. Механизм прижима с приводом от коленчатого вала.
Рис. 2,129
Рис. 2.130
Рис. 2.129. Механизм пресса с приводом от коленчатого вала.
Рис. 2.130. Многократно повторенный механизм шарнирного параллелограм-
ма, используемый для создания больших усилий в длинной прижимной планке
при малой мощности привода.
Рис. 2.131
Рис. 2.132
Рис. 2.131. Сдвоенный механизм прижимной планки (применяется при боль-
шой длине прижимной планки).
Рис. 2.132. Гидромеханическая система пресса. На средний шарнир распор-
ного механизма действует поршень 1 гидравлического цилиндра. Поршни 2 слу-
жат для подъема плиты 3 пресса.
Плоские стержневые механизмы
107
Рис. 2.133. Механизм поворота тележки по кривой малого радиуса. В качест-
ве механизма поворота использован антипараллелограмм по рис. 2.72,6. R и г —
внешний и внутренний радиусы кольца, в пределах которого может перемещаться
корпус тележки.
Рис. 2.134. Механизм для передачи кругового движения при изменении
эксцентриситета между параллельными валами. При небольшом изменении экс-
центриситета угловая скорость ведомого вала будет изменяться незначительно.
Механизм четырехзвенный с двумя кривошипами.
Рис. 2.136’
Рис. 2.135.
Рис. 2.135. Колесо с выступающими лапами-захватами. Главный шатун,
поворачиваясь относительно неподвижного эксцентрика 1, приводит в движение
лапы, связанные с главным шатуном при помощи поводков. Точки присоединения
поводков должны быть определены так, чтобы каждая лапа выступала из коле-
са в нижнем положении.
Рис. 2.136. Кривошипный направляющий механизм для лопаток гребного ко-
леса 1. Поворотом эксцентрика 2 изменяют направление лопаток, что в свою
очередь изменяет направление равнодействующей гидравлических сил, действую-
щих на лопатки.
108 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
Рис. 2.137
Рис. 2.137. Механизм насоса, лопасти 1 которого приводятся в движение от
одного вращающегося диска 2. В насосе четырехкратно повторен двухкриво-
шипный механизм. Ось вращения диска 2 расположена в О, а в О\—шарнир-*
ное соединение лопастей.
Рис. 2.138. Рычажный механизм, передающий удар на струну при нажиме
клавишей в музыкальных инструментах. При ударе по клавише 9 поворачивает-
ся планка 8 с укрепленным на ней рычагом 4, который упирается в выемку у ос-
нования молоточка 2. Молоточек приходит в движение, приближаясь к струне.
Когда молоточек несколько не дойдет до струны, рычаг 4 упрется правым (ко-
ротким) плечом в упор 7. После этого молоточек продолжает двигаться по инер-
Рис. 2.139
ции до тех пор, пока не ударит по струне 1. Ударив
по струне, молоточек начинает двигаться в обратную
сторону с подушкой 5 упрется в колодку 6 аперио-
дического тормоза. Крайние положения подушки 5
молоточка и колодки 6 тормоза показаны пункти-
ром. По прекращении нажима на клавишу планка 8
Рис. 2.140
опустится, рычаг 4 западает в
выемку у основания молоточка и
механизм готов для последующе-
го удара. 3 — упор.
Рис. 2.141
Рис. 2.139. Эксцентриковый насос, в корпусе 2 которого разделение полостей
производится при помощи лопаток 3, приводимых в движение эксцентриком 1,
Плоские стержневые механизмы
109
Движение лопаток такое же, как и у поршней кривошипно-шатунного механиз-
ма. Лопатки 3 подпружинены.
Рис. 2.140. Пресс с четырехзвенной шарнирной распоркой. Вместо шарнирной
системы и кривошипа для удаления и сближения точек А можно применять
винт с правой и левой резьбой; 1 — кривошип.
Рис. 2.141. Шарнирный многократный параллелограмм. Путь точки А во
столько раз больше пути точки В, во сколько раз число параллелограммов меж-
ду С и Л больше числа параллелограммов между С и В.
Рис. 2.142
Рис. 2.143
Рис. 2.144
Рис. 2.142. Транслятор из двух параллелограммов. Линейка 1 перемещается
параллельно самой себе по двум взаимно перпендикулярным осям. Схема при-
меняется в чертежных приборах.
Рис. 2.143. Транслятор. Параллельная направляющая, осуществленная зубча-
тыми колесами. Линейки 2 и 5 движутся параллельно самим себе. Зубчатые ко-
леса 5, 1 и 4 должны иметь одинаковое число зубьев. Число зубьев промежу-
точных колес безразлично. Колесо 3 закреплено неподвижно.
Рис. 2.144. Передача качательного движения с обходом детали /, препятст-
вующей передаче движения по кратчайшему пути. Диск 2 вращается вокруг оси,
не имея неподвижной опоры.
Рис. 2.145
Рис. 2.146
Рис. 2.145. Передача качательного движения между двумя параллельными
I и II осями. Механизм допускает ограниченный угол поворота. Для увеличе-
ния угла поворота необходимо переставлять спарники.
110 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
Рис. 2.147. Направляющий механизм с параллельными кривошипами для
привода во вращение пальцев А.
Рис. 2.148. Механизм насоса. Одна из возможных конструктивных схем ме-
ханизма, в котором кривошип заменен эксцентриком.
Рис. 2.149. Механизм паровой машины с качающимся цилиндром. Движе-
ние поршню 2 передается от кривошипа 1.
На рис. 3— ползушка; 4 — стойка. Схема механизма широко используется
в пневматических исполнительных механизмах эпизодического действия.
Рис. 2.146. Передача вращения между двумя параллельными I и II валами.
Механизм не имеет мертвого положения.
Рис. 2.150. Кулисы: а — качающаяся. Прямому и обратному, ходу ведомого
звена соответствуют неравные углы поворота кривошипа (а и |3); а > |3; б —
вращающаяся. В то время как кривошип I описывает угол а, кулиса II делает
пол-оборота. '
Рис. 2.151. Дуговая кулиса.
Плоские стержневые механизмы
111
Рис. 2.154
Рис. 2.152. Синусный механизм. Перемещение кулисы ст среднего положения
S = г sin ср, скорость кулисы v = г со cos ср, ускорение кулисы —г со2 sin ср. Си-
нусный механизм можно представить как кривошипно-шатунный механизм с бес-
конечно длинным шатуном.
Рис. 2.153. Кулисно-эксцентриковый механизм.
Рис. 2.154. Косая кулиса. Кулиса перемещается по несимметричному закону.
Рис.
кулиса качающаяся, при г
2.155. Кинематические соотношения в кулисном механизме. При г<г —
е — вращающаяся. Для качающейся кулисы
J , г sin ср sin ср
tg Ф =-----------—-------------.
е +г cos ср X 4- cos ср
Угловая скорость кулисы
1 + X cos ср
СОо = со ---------------,
1 + X2 -|-2Х cos ср
Угловое ускорение кулисы
X (1 — X2) sin ср
= со2 —-----------------.
(1 + X2 + 2Х cos ср)2
В пределах угла 2ср0 кулиса вращается со средней угловой скоростью
2фосо
соп =-------------------------------------.
2ср0
е3 __
112 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
При обратном ходе
2фосо
С0г = --------•
2 (тс — сро)
Коэффициент увеличения средней скорости обратного хода
со*. ср0 г 1
k = — =----------- ; — cos сро = — = —.
к—- ср0 е д
Приведенные здесь уравнения можно применять также и для вращающейся
кулисы (см. рис. 2.150,6).
Рис. 2.156. Траектории точек механизма с качающимся цилиндром. Исполь-
зуется практически так же, как и в случае четырехзвенного шарнирного (ем.
рис. 2.80) или кривошипно-шатунного механизма (см. рис. 2.110).
Рис. 2.157. Предельный кулисный механизм. На эскизе кулиса имеет нерав-
номерно вращательное движение; за один оборот кривошипа кулиса делает так-
же один оборот. Если ось кулисы расположить на окружности, описываемой
кривошипом (эскиз, б), то кулиса будет вращаться равномерно со скоростью, в
два раза меньшей, чем скорость кривошипа (см. формулу для ооз при % = 1,
рис. 2.155). Механизм по эскизу б имеет неопределенное положение при совпа-
дении центра пальца с центром вращения кулисы. Механизм может выродиться
в двухзвенный.
Рис. 2.158
Рис. 2.158. Механизм из нескольких соединенных вместе открытых кулис
дает прерывное вращательное движение и называется мальтийским крестом.
Рис. 2.159. Для устранения неопределенности движения кулисы по
рис. 2.157,6 вводится вторая ползушка и кулиса выполняется в виде диска с
двумя перпендикулярными пазами (схема а), по которым скользят цапфы или
ролики, находящиеся на концах двуплечего кривошипа ас. Эту схему можно рас-
сматривать как кинематическое обращение кругов Кардана (см. рис. 10.24).
Плоские стержневые механизмы
ИЗ
Шайба и рычаг вращаются околю неподвижных осей. Шайба при любом числе
пазов вращается с числом оборотов, равным половине числа оборотов криво-
шипа. При введении новых кинематических пар условий связи не накладываем,
так как вводимые связи пассивны. С недавнего времени такие шайбы стали
применять для передачи больших сил. Соединяя два подобных механизма, мож-
но получить компактную бесшумную передачу с передаточным числом 1 :4.
На схеме б показана шайба с диаметральной прорезью, в которой скользит
цапфа двуплечего кривошипа ас. Две дополнительные прорези b и b не являют-
ся необходимыми, если переход через мертвую точку обеспечивается каким-либо
другим способом.
На схеме в показана шайба с тремя прорезями, приводимая в движение
трехплечим кривошипом. Из трех плеч кривошипа всегда работают только два
вследствие неизбежной неточности изготовления. Для любого плеча нерабочим
является положение, в котором ось плеча примерно перпендикулярна к оси
прорези.
Рис. 2.160. Механизм увеличения хода. В обычном центральном кривошип-
но-шатунном механизме ход Н = 2г, где г радиус кривошипа. В данном ме-
ханизме (б) ход Н = 4г, где г — радиус кривошипа. На цапфу А кривошипа (а)
посажены два жестко связанных между собой эксцентрика 1 и 2 с экюцентриси-
114 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
тетом, равным г = АВ = АС. Деталь 3 неподвижна. На рис. б приведена кине-
матическая 'схема механизма, которая может быть получена из рис. а постанов- ,
кой на шайбу.
Рис. 2.161
Рис. 2.161. Кулисно-эксцентриковый механизм: 3— приводнсй вал; 1 — экс-
центрик; 2—жамень; 4 — кулиса. Механизм представляет собой конструктивный
вариант синусного механизма.
Рис. 2.162. Кулисный механизм тестомесильной машины. Точка А совершает
движение по траектории в некоторой своей части, близкой к дуге окружности.
Рис. 2.163. Механизм тестомесильной машины. К одному из двух сцепляю-
щихся зубчатых колес Z\ прикреплен кривошип, к другому z2 — шатун 1. На
пальце кривошипа установлен камень 2, скользящий в пазу кулисы 3. Шатун 1
соединен с кулисой 3 звеном 4, точка А которого описывает сложную кривую.
Рис. 2.164
Рис. 2.164—2.165. Кулисные механизмы поперечнострогальных станков с
кулисой, совершающей сложное движение. Механизмы составлены из кривоши-
па в виде кулисного зубчатого колеса и трехповодковой группы с кулисой в ка-
честве центрального звена. Поводками являются: нижний поводок (для
рис. 2.165, камень 2), кулисный камень и ползун 1.
Плоские стержневые механизмы
115
Рис. 2.166. Вращающаяся кулиса. Камень 1 кулисы шарнирно закреплен в
стойке. Привод кулисы — в точке В. Если в этом механизме шарнир А соеди-
нить не е шатуном, а с вращающимся диском, то можно получить неравномерное
вращательное движение ведомой оси.
Рис. 2.167. Двойной кулисный механизм. В зависимости от положения точ-
ки С кулиса 11 будет вращающейся или качающейся. Кулиса будет вращающей-
ся, если АВ <r + I.
Рис. 2.157
Рис. 2.168
Рис. 2.168. Двойной кулисный механизм. Зубчатое колесо 3 с прорезью /,
в которую входит палец 2, вращает на эксцентрике кольцо 7, которое посредст-
вом пальца 4, входящего в прорезь 6, вращает кривошип 5. Радиус вращения
пальца кривошипа можно изменять, передвигая палец в прорези. Кривошип мож-
но заменить зубчатым колесом. В то время как колесо 3 описывает дугу а — 3
кольцо 7 делает полоборота.
Рис. 2.170
Рис. 2.169
116 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
Рис. 2.169. Двойной кулисный механизм. Схема аналогична схеме рис. 2.168,
Кольцо на эксцентрике механизма (см. рис. 2.168) здесь заметно кривошипом 1.
Рис. 2.170. Двойная кулиса. Палец кривошипу 2 вращает кулису 17 которая
пальцем 4 соединена со второй кулисой 3.
Рис. 2.171. Приспособление для строгания по дуге круга. Столу, ползушки
1 и 3 которого скользят по 'направляющим OD и ОС, сообщается движение при
помощи шатуна, присоединенного в точке Е. Лезвие резца 2 относительно изде-
лия описывает улитку Паскаля на выбранном участке, мало отличающуюся от
дуги круга.
Рис. 2,172. Кулисный механизм тканепродвигателя швейной машины.
Рис. 2.174
Рис. 2.173. Механизм мотора Бушерер. В основу образования механизма
положен предельный кулисный механизм ((см. рис. 2Д57), вследствие чего лиш-
ние связи являются пассивными.
Рис. 2.174. Грейферный кран. Груз перемещается по горизонтали на большое
расстояние; длина грузового каната в положениях abc и abxC\ одинакова; cd
равно C\d\.
Рис. 2.175. Передвижной кран для погрузки на судно. Схема аналогич-
на рис. 2.174.
Плоские стержневые механизмы
117
Рис. 2.178
118 Раздел 2. Звенья, кинематические пары, и стержневые механизмы
Рис. 2.176. Кривошипно-коромысловый механизм OiABO3 с присоединенной
диадой CDO2. Шатунная точка С лежит вне осп шатуна и описывает траекторию
ус. Длительность выстоя звена DO2 мала.
Рис. 2.177. Механизм прибора для регистрации связанных с вращением кри-
вошипа величин в заданных пределах. Точка С, связанная с пишущим штифтом,
описывает шатунную кривую ус с двумя остриями (точками возврата). Вне об-
ласти, заключенной между точками Ci и С2 (при обратном ходе), штифт отходит
от барабана. Устройство позволяет снизить шум в приборах и пишущих машинах.
Рис. 2.178. Механизм чушколомателя. Ползун 5 производит давление на
ломаемые чушки /при помощи распорного механизма, приводимого в движение
от коленчатого вала 1. Предварительная установка чушки производится при по-
мощи эксцентрика 7, действующего на переставной ползун 6. В механизме чуш-
коломателя использована трехповодковая группа, состоящая из звеньев 2, 3t
4 и 5.
Справа показана кинематическая схема механизма чушколомателя.
Рис. 2.179. Механизм для выбивания застрявших чушек из мульд (корыто-
образных изложниц). Посредством кулачка 1, связанного с ведущей звездочкой
2 машины, отклоняется рычаг 3 и жестко связанное с ним коромысло 4, несу-
щее груз 5, который наносит удар по мульде.
Рис. 2.180
Рис. 2.180. Механизм шлакового стопора. Приводится в действие пневма-
тическим цилиндром 1 и служит для закрывания шлаковой летки доменной печи.
Плоские стержневые механизмы
119
Рис. 2.281. Схема механизма шлакового стопора для открывания и закрыва-
ния шлаковых леток доменной печи. От пневмоцилиндра посредством каната /
приводится в движение звено 2 шарнирного параллелограмма, связанное с проб-
кой 3, снабженной упорным буртом. Звенья 4 и 5 соединены поводками 6, 7 и
8, 9 с опорной рамой, прикрепленной к кожуху доменной печи. В рабочем поло-
жении стопор с пробкой прижимается к фурме, благодаря контргрузу 10. Штан-
га охлаждается водой.
Рис. 2.181
Рис. 2.182. Механизм затвора карманов бункеров вагон-весов. От пневмо-
цилиндра 1 реечной пары 2—3 и колеса 3 приводится во вращение вал 6 с закли-
ненным на нем кривошипом 5, который посредством тяг 4 поворачивает два от-
кидных днища 7 карманов бункеров. Для смягчения ударов при закрытии кар-
манов днища снабжены пружиной 8. В конце закрытия затвора концы тяг 4
переходят за мертвое положение кривошипного механизма, вследствие чего вес
материала и силы трения создают момент, исключающий самопроизвольное рас-
крытие днищ.
$20 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
Рис. 2.183. Схемы установочных механизмов нижнего валка прокатного
стана небольшой мощности: с поперечным клином для линейных станов (а), с
продольным клином для непрерывных станов (б). Необходима защита механиз-
мов от воды и окалины.
Рис. 2.184
Рис. 2.184. Механизм регулирования петли полосы в непрерывных прокат-
ных станах. В случае одновременной прокатки полосы в двух клетях возникает
необходимость регулировать натяжение во избежание разрыва полосы или ее
захлестывания. Нажатие ролика 1 на полосу производится шарнирным механиз-
мом, приводимым в действие пневматическим механизмом.
Плоские стержневые механизмы
121
Рис. 2.186
122 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
Рис. 2.185. Схемы механизмов подъемно-опускающихся столов у рабочих
клетей прокатных станов: параллельно-подъемный стол для подачи полос дли-
ной не более 5—10 м (а)\ подъемно-качающийся стол легкого типа с пружинным
(б) и грузовым (в) уравновешиванием.
Рис. 2.186. Подъемно-качающийся стол стана трио. При вращении валков в
неизменном направлении (а) и прокатке полосы между нижним и средним или
между средним и верхним валками качающиеся столы для задачи и приемки по-
Рис. 2.188
Плоские стержневые механизмы
123
лосы должны устанавливаться на разных уровнях. В механизме для согласова-
ния работы переднего и заднего столов использован антипараллелограмм. Угол
поворота столов (б) регулируется изменением длины коромысла 2 при помощи
винта 3. Длина кривошипа 1 остается постоянной.
Рис. 2.187. Схема одностороннего пружинного уравновешивания универсаль-
ных шпинделей при незначительных перемещениях.
Рис. 2.188. Схема смешанного уравновешивания при большом подъеме
шпинделя 4. Нижний шпиндель уравновешивается пружинами, а верхний —
контргрузом. Уровень нижнего шпинделя регулируется гайками 2, положение
верхнего — червячно-винтовым механизмом 8, для чего ролик 9 при опущенном
шпинделе заводят в хвостовик 10 рычага контргруза, а затем, смещая ролик 9,
изменяют положение шпинделя при установке в клеть новых валков. Пружины 7
частично воспринимают вес шпинделя 4 и компенсируют возможные смещения
осей шарниров 6 опорных траверс 5.
Рис. 2.189
Рис. 2.189. Толкатель термических печей. Поддон с деталями устанавливает-
ся на рольганг 1. Продвижение поддона вперед осуществляется при помощи со-
бачек 2, укрепленных на общей подвижной тележке 5, приводимой в движение
шарнирным механизмом. Центр тяжести собачек смещен влево от оси вращения,
поэтому они стремятся занять положение, показанное на фигуре.
Рис. 2.190
Рис. 2.190. Механизм привода печи с роликовым подом. Кривошипно-коро-
мысловый механизм 2 передает движение от редуктора 1 к штанге 5, связанной
$24 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
с параллельными коромыслами 5. Движение роликам передается через храпо-
вые колеса собачками 4.
Рис. 2.191. Схема механизма сбрасывателя со сталкивающими рычагами для
передачи металла с подводящего рольганга на холодильник. От коленчатого ва-
ла проходящего через всю длину холодильника, приводятся в движение щит-
ки 6, которые за счет подпружиненной тяги 2 поднимают полосу над роликами
3 рольганга, а толкатели 4 сбрасывают ее на ходу в желоб настила 5 холодиль-
ника. 7 — опора (электродвигатель) ролика рольганга.
Рис. 2.192. Схема легкого рычажного сталкивателя заготовок среднесорт-
ного стана с приводом от четырехзвенника. 1 — ролик рольганга; 2 — заготовка.
Рис. 2.193
Рис. 2.193. Схема сталкивателя обрезков у ножниц горячей резки. При вра-
щении реечной шестерни 1 перемещается тележка 3 и с ней лапа 5, сталкиваю-
щая короткие куски с суппорта нижнего ножа 6. При обратном ходе в резуль-
тате набегания ролика 4 на копир 2, лапа поднимается, как это показано на
рисунке.
Плоские стержневые механизмы
125
Рис. 2.194. Схема укладчика разрезанных слябов в стопы для удобства
транспортировки. Сталкиватель 1 передвигает с рольганга 2 очередной сляб на
подъемно-опускающийся стол 3. После каждой подачи вращением опорных гаек
4 стол 3 опускается на величину, равную толщине сляба. Когда стопа готова,
стол поднимается и стопа продвигается сталкивателем за балки стеллажа 6, а
затем убирается краном с граблеобразным захватом 5.
Рис. 2.195, Механизм реечного холодильника для охлаждения прокатанных
полос 5. Направляющие рейки 2 позволяют ей получить только возвратно-посту-
пательное движение. Направляющие рейки 4 имеют достаточный зазор по вы-
соте и позволяют ей при перемещении по горизонтали подниматься вверх или
опускаться вниз. Рейке 2 возвратно-поступательное движение сообщается шар-
нирным механизмом с кривошипом 1. Транспортирующая рейка 4 с захватами
Й приводится в движение с паузами при помощи выступов 3 и 6. При движении
рейки 2 влево захваты 8 поворачиваются по часовой стрелке и рейка 4 припод-
126 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
Плоские стержневые механизмы
127
нймается, принимая на себя охлажденные полосы. После того как зазор между
выступами 3 и 7 реек 2 и 4 выбран, они перемещаются вместе. При обратном
ходе захваты 8 поворачиваются против часовой стрелки и рейка 4 опускается,
оставляя охлаждаемые полосы на неподвижных направляющих. Затем, после
того как зазор между выступами 6 и 7 будет выбран, обе рейки перемещаются
с одинаковой скоростью. Число ходов механизма ограничивается наличием уда-
ров, появляющихся после устранения зазоров. Внизу слева показана конструк-
ция захвата реечного холодильника.
Рис. 2.196. Рычажный механизм опрокидывателя стола формовочной
машины.
Рис. 2.197. Механизм захвата для укладки рулонов ленты в шахтные печи.
При повороте диска 3 относительно диска 2 стержни 1 с захватами поворачи-
ваются вокруг своей оси.
Рис. 2.198. Укладыватель остывшего металла на холодильнике. Лотки 1 с
собранным в пачку металлом закреплены на оси сателлита планетарной пере-
дачи, состоящей из трех шестерен одинакового диаметра. При повороте водила
2 на 180° (колесо 3 застопорено) лоток 1 с металлом, совершая плоскопарал-
лельное движение, передает металл на рольганг.
Рис. 2.199
Рис. 2.199. Кулисный механизм подъема полой оси барабана моталки.
128 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
Рис. 2.200. Механизм для смены стержней стана пилигримовой прокатки
труб (на рис. а показан в двух положениях). Конструкция (а) состоит из при-
водного устройства /, ведомые колеса которого посредством эксцентрично рас-
положенных пальцев приводят в движение шатун 2, шарнирно соединенный со
спаренным коромыслом 7, около которого расположены тяги 8, поворачиваемые
угловыми рычагами 3. На стойке 9 укреплены два кронштейна 4 с ввернуты-
ми в них упорными болтами 5 и 6. Под действием силы тяжести стержня 12 кле-
щи И замыкаются (б). При подходе коромысла к крайнему правому положению
рычаг <3, встречаясь с упорным болтом 5, воздействует на тягу 8 и ролик 14,
Плоские стержневые механизмы
129
разжимает при помощи углового рычага 13 клещи 11. Необходимо, чтобы мо-
мент груза 10 относительно центра А был меньше момента от веса транспорти-
руемого стержня 12. При подходе коромысла 7 к левому крайнему положению
клещи 11, открытые под действием силы тяжести груза 12, замыкаются под дей-
ствием упорного болта 6, охватывая стержень.
Рис. 2.201
Рис. 2.201. Схема роликового стана холодной прокатки тонкостенных труб.
Цапфы трех роликов 1 постоянного профиля опираются на профилированные
наклонные направляющие планки 2, смонтированные внутри полого корпуса 5,
установленного на катках 4. При ходе каретки направо ролики, сближаясь, об-
жимают конец трубы, при обратном ходе труба поворачивается вокруг своей
оси на 45—60°, подается вперед на 5—10 мм и цикл повторяется. Механизм по-
ворота трубы на схеме не показан.
5) Ф- Ф~Ф-фф-ф-
5 С. Н. Кожевников и др.
130 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
Рис. 2.202. Схема механизма передвижного упора, устанавливаемого за нож-
ницами и пилами для быстрой фиксированной остановки движущихся по роль-
гангу прокатанных полос различной длины. Вращением винта 1 каретка 2 упо-
ра перемещается вдоль рольганга. Упор 6 может быть опущен или поднят с по-
мощью двигателя, червячного редуктора и эксцентрикового вала 3 (рис. а и б).
Чтобы предотвратить поломку упора при ошибочном его включении, когда под
ним находится полоса (рис. в), в шарнирном механизме предусмотрена кулиса 4,
камень которой может свободно перемещаться, при этом ролик 5 опирается о
полосу.
Рис. 2.203
Рис. 2.203, Механизм тканеукладчика.
Рис. 2.204. Схема кривошипных ножниц с верхним резом. Штука 1 неболь-
шой толщины (304-60 мм) подается рольгангом слева. В процессе резания при-
емный стол 2 с рольгангом опускается под действием веса отрезаемой полосы.
Возвращение в исходное положение производится действием контргруза 3.
Плоские стержневые механизмы
131
Рис. 2.205. Схема ножниц с плавающим эксцентриковым валом и меха-
ническим прижимом для разрезания блумов и слябов. Суппорт 6 нижнего ножа
движется в вертикальных направляющих суппорта 1 верхнего ножа, который в
свою очередь перемещается в направляющих станины ножниц. На суппорте /
смонтирован двухэксцентриковый вал 2, шейка А которого соединяется тягой 5
с суппортом 6, а шейка В — с рычагом механизма прижима 4. На рис. а пока-
зано исходное положение перед резанием, на рис. б — опускание прижима 4t
на рис. в — резание. При запуске двигателей эксцентриковый вал 2 вращается
вокруг центра шейки А и, так как АВ = СВ и ED = DO, то верхний нож 1 и
прижим 4 опускаются с одинаковой скоростью. 7 — буфер.
После прижатия полосы к роликам рольганга верхний нож останавливает-
ся и при дальнейшем вращении вала 2 вокруг неподвижной точки С движением
нижнего ножа штука разрезается. Далее нижний нож вместе с прижимом и с
зажатым между ними отрезанным металлом опускаются, нижний, а затем верх-
ний ножи и прижим займут исходное положение. Максимальное усилие резания
1000 Т, привод от двух двигателей по 410 л. с., сечения разрезаемых блумов
350X350 и слябов 200X900 мм.
5*
132 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
Рис. 2.206. Схема механизма отодвигания рольганга за ножницами. Чтобы
обеспечить сбрасывание обрезков металла на транспортер, первая за ножница-
ми секция отводящего рольганга может поворотом двуплечего рычага / отодви-
гаться, при этом ролик 2, расположенный перед следующей стационарной сек-
цией, опускается (а). Проще схема двух отодвигающихся секций рольганга (б).
Поворотом разноплечего рычага 1 левая секция 2 смещается на расстояние
вдвое больше правой 3.
Рис. 2.207
Рис. 2.207. Ножницы для резки заготовок. Ползуны с ножами, перемещаю-
щиеся в направляющих, получают движение от шарнирно связанных между со-
бой рычагов 6 и 7. При вращении коленчатого вала 2 вследствие наличия сопро-
тивлений сначала перемещается верхний ползун 1 до упора в разрезаемую заго-
товку. Нижний ползун при этом остается неподвижным. При дальнейшем вра-
щении коленчатого вала начинает перемещаться нижний ползун 9 и происходит
резание. Система имеет две степени свободы, поэтому происходит изменение
структуры механизма. При неподвижном нижнем ползуне работает механизм 2,
3, 5, 4, 7, 8, 6 и 10\ при неподвижном верхнем ползуне работает механизм 2, 3,
4t 5, 7 и 9.
Справа показана кинематическая схема механизма ножниц.
Плоские стержневые механизмы
133
Рис. 2.208
Рис. 2.209
Рис. 2.208. Схемы механизмов реза летучих ножниц.
Рис. а — ползун 1 перемещается синхронно с движущейся полосой А. При
ее движении слева направо ножи Н и Н' сближаются и полоса разрезается.
После разрезания полосы рычаги с ножами возвращаются в исходное положе-
ние (посредством пневмоцилиндра).
Рис. б — схема, аналогичная схеме по рис. а. Рычаг 2 заменен пол-
зуном 2. Теперь боковой зазор остается неизменным, а поворот ножей исклю-
чается.
Рис. в — развитие предыдущей схемы, однако здесь не исключается поворот
ножей относительно полосы.
Рис. г — девятизвенник с двумя кривошипами /, изменением скорости кото-
рых достигается изменение длин разрезаемых кусков.
Рис. 2.209. Схемы механизмов летучих ножниц с поступательным движе-
нием ножей.
134 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
Рис. 2.210
Рис. 2.210. Три схемы
звеньями 1 и Р. Ножи Н
1—2—3—4.
эксцентриковых летучих ножниц с двумя ведущими
и РР укреплены на шатунах четырехзвенников
Рис. 2. 211. Схемы механизмов реза летучих ножниц, выполненные в виде
сдвоенного кривошипного механизма. Выбором размеров звеньев можно изме-
нять траекторию движения верхнего ножа.
Привод может быть кривошипный (а) и кулачковый (б).
Рис. 2.212. Схема двухбарабанных летучих ножниц, отличающихся хоро-
шей уравновешенностью и простотой. Движущаяся по рольгангу полоса 1 про-
ходит между ножами Н и Н', вращающимися вместе с барабанами 2 и 3 и в
момент их встречи разрезается. Применяются преимущественно на непрерывных
мелкосортных и штрипсовых станах.
Рис. 2.213
Плоские стержневые механизмы
135
Рис. 2.213. Схема маятниковых летучих ножниц. От двухэксцентрикового ва-
ла 1 ножи Н и И' сближаются и разрезают полосу 2, при этом оба ножа пово-
рачиваются вокруг неподвижной оси эксцентрикового вала в сторону движе-
ния полосы и возвращаются в исходное положение пружиной 3. Применяются
при скорости полосы не более 1,5 м{сек.
Траектория
Рис. 2.214. Схема рычажнокачающихся паровых (или пневматических) ле-
тучих ножниц. В направляющих на коромысле 2 (а), несущем суппорт нижне-
го ножа, перемещается суппорт 3
верхнего ножа, шарнирно соеди-
ненный шатуном 4 со штоком 5
парового (пневматического) ци-
линдра 6 и с тягой 1. Перед на-
чалом резания (положение /) в
просвет между ножами цроходит
заготовка, отклоняет флажок,
включающий распределитель пара
(воздуха), поступающего после
получения сигнала в верхнюю по-
лость цилиндра 6. В результате
этого суппорт 3 перемещается
вниз, отклоняя коромысла 1 и 2
влево. Теперь ножи сблизятся и
разрежут на ходу Полосу (поло-
жение //). При дальнейшем дви-
жении поршня вниз верхний суп-
порт отклонится влево полосой
(положение /77), а ножи возвра-
щаются в исходное положение в
результате подачи пара (возду-
ха) в нижнюю полость цилинд-
ра 6.
На схеме б показаны траекто-
рии ножей для положений 1—III.
Сечение разрезаемой поло-
сы— до 100X1000 мм при скорос-
ти полосы — до 4 м!сек.
Рис. 2.215
Рис. 2.215. Схема механизма однобарабэнных летучих ножниц для мелко-
сортных станов. Шарнирно связанные с барабаном 4 рычаги 2 несут ножи 1.
Ролики 5, установленные в неподвижных направляющих, в момент реза непре-
136 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
рывно движущейся полосы воздействуют на рычаги, в результате чего ножи
сближаются и выполняют порез. Расстояние между роликами 3 регулируется. На
рисунке в пределах механизма ножниц полоса не показана.
Рис. 2.216. Современная конструкция однобарабанных летучих ножниц для
пореза круглых и уголковых профилей. Заклиненный на вращающемся валу 1
барабан 2 несет рычаги 3 с ножами 6, раздвигаемыми пружиной 8. Справа и
слева от барабана по неподвижным осям 5 могут перемещаться ролики 4, кото-
рые, опускаясь посредством электромагнита, сближают в момент реза клинья 7
с ножами 6. Через определенное число оборотов барабана, соответствующее за-
данной длине полосы, счетчик оборотов на валу редуктора привода ножниц по-
дает сигнал на включение электромагнита.
Рис. 2.217. Схемы механизмов пропуска реза летучих ножниц. Увеличение
длины отрезаемого куска прокатанной полосы достигается уменьшением сред-
ней скорости кривошипа механизма реза при неизменной скорости полосы, а
кратность длин достигается пропуском реза. Восстановление равенства скоро-
стей ножей и полосы в момент реза осуществляется с помощью уравнительных
механизмов с неравномерно движущимися ведомыми звеньями при значительных
инерционных нагрузках. В двухбарабанных ножницах (а) неравные угловые
скорости ножей подбирают так, чтобы при равенстве окружных скоростей но-
Плоские стержневые механизмы
137
жи встречались через два, три и т. д. оборота ведущего звена. В эксцентриковых
ножницах коромысла 3 и 3' присоединяются к раме 8 механизма 4, 5, 6, 7 про-
пуска реза (б). В верхнем положении рамы происходит порез, в нижнем — про-
пуск. Если диапазон длин разрезаемых кусков велик, то механизм пропуска
реза (в) делают сложнее. Пропуски резания можно осуществить так же в случае,
если опоры ведущих звеньев 1 и 1' (г) будут вращаться внутри эксцентричных
втулок, вращающихся в ту же сторону, что и кривошипы 1 и 1' или в проти-
воположном направлении. Комбинацией значений угловых скоростей кривоши-
пов и втулок можно получить один, два, три и более пропусков резания.
Рис. 2.218. Схема механизма пропуска реза двухбарабанных ножниц
ЦНИИТМАШ. Ведущие звенья 1 и 1' посредством поводков 2 и 2' сообщают
движение барабанам 3 и 3' с заклиненными на них ножами Н и Н'. Вращением
добавочных кривошипов 4 и 4' осуществляется пропуск реза.
Рис. 2. 219. Схема механизма пропуска резов. От упора 2, закрепленного на
барабане посредством рычага 3 приводится в движение кулак 4, поднимающий
раму 5 и вместе с ней верхний барабан с ножом.
Рис. 2.219
ПГ
Рис. 2.220
138 Раздел 2. Звенья, кинематические пары, и стержневые механизмы
Рис. 2.220. Схема двухбарабанных летучих ножниц для мелкого сорта с
пропуском реза. Полоса 1 задается от подающих роликов в барабаны 5, осна-
щенные ножами, получающими вращение от главного двигателя через редуктор,
шейку 5, зубчатые колеса 6 и серьгу 4.
Механизм пропуска реза приводится в
действие от отдельного двигателя по-
средством эксцентриковых валов 7 и зуб-
чатых колес 2. Требуемое соотношение
угловых скоростей со б барабанов и соэ
эксцентриковых валов обеспечивается
электрической связью двигателей. Нож-
ницы работают без пропуска реза при
(Об о>б
— = 1. Если — = 2, то будет один
ш3 соэ
пропуск реза и отрезаемая длина удва-
ивается.
Рис. 2.221. Упрощенная схема ле-
тучих ножниц с двухкривошипным ме-
ханизмом выравнивания скоростей но-
жей и полосы в момент реза. Эксцентри-
ситет е между осью вращения двухкри-
вошипного вала и осью вращения кулис
3, 4 регулируется. Если требуется увели-
чить длину разрезаемых кусков, то чис-
ло оборотов п ведущей кулисы 4, приво-
димой от двигателя 6 и коробки скоро-
стей 5, уменьшают и подбирают е так,
чтобы мгновенная угловая скорость ба-
рабанов в момент реза увеличилась, а
линейная скорость ножей приближенно
равнялась бы скорости полосы.
На рисунке: А—подающие ролики,
2 — ножницы.
Рис. 2.221
Рис. 2.222
Плоские стержневые механизмы
139
140 Раздел 2. Звенья, кинематические пары, и стержневые механизмы
Рис. 2.222. Схема кривошипных летучих ножниц с радиальным выравнива-
нием скоростей. Ножевые суппорты 2 свободно посажены на шейки покоящихся
в эксцентричных втулках 1 коленчатых валов 5, связанных универсальными
шпинделями 4 с двумя двигателями. Направляющая штанга 7, проходящая че-
рез втулки суппортов 2, обеспечивает поступательное движение ножей. Эксцен-
триковые втулки 1 приводятся во вращение через зубчатую передачу 6 того же
редуктора, что и коленчатые валы 3. Наибольшая длина кусков будет отрезать-
ся, если эксцентриситеты втулок 1 и коленчатых валов 3 совпадают по направ-
лению и тогда радиус R траектории ножей Яшах = г + е.
Наименьшая длина кусков получится, если втулки 1 повернуть на 180°,
когда 7?min = г — е. Положение втулок 1 регулируется вращением винта 5 по-
средством червячной передачи. Поворотом двухкривошипного вала 8 механизма
пропуска реза можно периодически раздвигать корпуса втулок 1. Если со8 мень-
ше (оз в 2, 3, 4 раза, то ножи встречаются при каждом 2, 3 или 4-ом оборотах.
со8 1
При *—==^~Г наибольшая длина разрезаемых кусков достигает 11 м.
<в3 4
Рис. 2.223. Схема кривошипно-рычажных летучих ножниц1 для холодного
разрезания листовых полос с механизмами пропуска реза и выравнивания ско-
ростей. Два навстречу вращающихся коленчатых вала несут суппорты 1 (с но-
жами), шарнирно соединенные с серьгами 2 (/г>^1), подсоединенными к раме 3.
При порезке кусков длиной 3—6 м ножницы работают с пропусками реза
при каждом втором обороте, для чего рама 3 опускается с помощью рычагов 4,
приводимых в движение от кривошипного механизма, вращающегося со ско-
ростью, вдвое меньшей скорости ножниц.
При опущенной раме ножи не встречаются. Ножницы снабжены механизмом
выравнивания скоростей (ом. рис. 2.221).
6
Рис. 2.225
Плоские стержневые механизмы
141
Рис. 2. 224. Схема манипулятора обжимного стана с односторонним распо-
ложением привода. Со штангами 5, перемещающимися посредством реечных при-
водов 2, связаны с помощью клиньев 6 линейки 12 манипулятора, сболченные
с предохранительными сменными плитами 13. Манипулирование слитком возле
валков осуществляется подпружиненны-
ми линейками 9 шарнирно соединенными
с основными. Линейки фиксируются фик-
саторами И. Штанги 3 опираются на те-
лежки 5, защищенные щитками 5, 1 и
7—аварийные упоры, планки 4 обеспе-
чивают для штанг 3 тепловую защиту,
10 — пружины линеек 9.
Рис. 2.225. Схемы кантователей
блюминга и слябинга крюкового типа.
В направляющих пазах одной из лине-
ек 1 манипулятора поворотом вала 2 с
помощью звеньев 3 и 4 могут переме-
щаться крюки 6 (а), нижняя часть кото-
рых размещается между роликами
рольганга. При подъеме крюков заго-
товка 5 кантуется на 90° относительно
ее ребра. В кантователе параллелограм-
много типа (б) от кривошипа 1 с по-
мощью параллелограмма 2 поднимается
плита 3, по которой перекатываются
ролики 4 тележки. Рычаги 6, укреплен-
ные на линейке 5 манипулятора, сообща-
ют поступательное движение крюкам,
выполняющим кантование.
Рис. 2.226. Схема роликового мани-
пулятора для сортовых станов. Ролики
2 приводятся в движение с помощью
гидроцилиндра 4 и в нерабочем поло-
жении опускаются ниже уровня рольганга,
полоса 3 захватывается и манипулятор
Рис. 2.226
При подъеме и сближении роликов 2
(вместе с кантователем) посредством
реечной передачи 1 передвигается в поперечном направлении.
Рис. 2.227
Рис. 2.227. Схема роликового кантователя, устанавливаемого на подъемно-
качающемся столе крупносортного стана. Кантующий механизм состоит из роли-
142 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
ков 3 и 4, поворачиваемых гидроцилиндрами 6 и 8, которые 'смонтированы на
раме 9, перемещаемой по вертикали гидроцилиндром 7 подъема корпуса канто-
вателя.
Рычаг ролика 3 образует с рамой 9 шарнир 2 и управляется цилиндром 8.
Рычаг ролика 4, управляемый цилиндром 6, укреплен на рычаге ролика 3 и об-
разует шарнир 5.
Кантователь перемещается рейкой 1,
На рис. изображены следующие положения кантователя: а — нерабочее; б
перед захватом; в — захват с одновременным горизонтальным перемещением
кантователя; г — кантовка; д — раскрытие роликов. Недостаток схемы в том,
что вследствие углового сближения роликов надежное соприкосновение их с по-
лосой имеет место только при фиксированной толщине полосы.
Рис. 2.228
Рис. 2.228. Крюковый кантователь с раздельным выполнением операций кан-
товки и манипулирования, используемый на устаревших станах, крючья 5 кан-
тователя вместе с приводом 2—3 и кулисно-рычажной системой смонтированы
на правой линейке 4 манипулятора. Линейки 1 приводятся в движение от отдель-
ных зубчато-реечных приводов.
Рис. 2.229
1 Рис. 2.229. Кантователь блюминга, содержащий защиту рычажной системы
от аварии, которая могла бы произойти при опускании крюка на слиток для
повторной кантовки. С этой целью в схеме предусмотрено звено 1, которое поз-
воляет опускающемуся крюку 2 перемещаться в пазах линейки.
Рис. 2.230. Механизм для кантования слитков. На рис. а показана конструк-
ция механизма, на рис. б — кинематическая схема. Коленчатый вал 1 приводится
в движение электродвигателем и через шатун 2 сообщает колебательное движе-
ние рамке 3 реечного дифференциала. При этом зубчатое колесо 4, обкатываясь
относительно неподвижного зубчатого колеса 5, перемещает рейку 6, вследствие
Плоские стержневые механизмы
143
чего крюки 7 кантователя поднимаются или опускаются. Зубчатое колесо 8
служит для передачи движения дифференциалу, который кинематически связан
с зубчатыми колесами 4 и 5 и линейкой манипулятора.
144 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
Рис. 2.231. Механизм для кантования болванки, заготовки <и различных сор-
тов профильного материала (а). При повороте вала 1 на некоторый угол (б) вер-
тикальная и горизонтальная стороны
угольника 2 принимают соответственно
горизонтальное и вертикальное положе-
ния. При повороте угольник 2 опирает-
ся роликами 3 на вертикальную стенку
направляющей.
Рис. 2.232.. Кантователь, имеющий
предохранительный орган в виде проре-
зи в штанге 1 крюка 2 кантователя.
Рис. 2.233. Крюковый кантователь,
в котором для гашения толчков, вызван-
ных работой кантователя, использована
канатная передача или канат взамен
жесткого звена. Канатная передача 1
может быть применена при монтаже ча-
сти привода на линейке (б), и канат при
монтаже привода на фундаменте (а).
Плоские стержневые механизмы
145
Рис. 2.234. Схема кантователя листов 1 при их осмотре. Поворотом спарен-
ного кривошипа 3 (или зубчатых секторов) лист слева поднимается, затем за-
хватывается сближающимися рычагами 2 и перекладывается вправо.
Рис. 2.235. Схема гидрофицированного манипулятора, в которой неподвиж-
ный плунжер 2 цилиндра 3 рабочего хода служит цилиндром плунжера 1 об-
ратного хода, а подвеска линеек 4 выполнена на спаренных лямбдообразных ме-
ханизмах (а). Необходимость в применении быстро изнашиваемых реечной пе-
редаче, направляющих, катков, ползунов и т. д. отпадает. При ходе манипуля-
тора L = 4В0 .мм и заданном уклонении линеек А = ±1,5 мм (б) размеры звень-
ев находятся так:
L а
а=~^’ r = W z = -^-(3 —Р),
2Д
где р и Л определяются через параметр р =
Для рассматриваемого случая
2-1,5
р = " = 0,00625 и по таблице Г. Г. Баранова *
Рис. 2.236. Схема кантователя «ИЧМ», лишенная обычных крючьев, в кото-
надежность кантовки раскатов прямоугольного сечения различной высоты
минимальном перемещении линеек манипулятора обеспечивается стержне-
системой с двумя степенями свободы с уголковым исполнительным звеном,
рой
при
ВОЙ
совершающим возвратно-вращательное движение с углом 90°. Кантовка слитка
осуществляется за счет поворота кантующего уголка, приводимого в движение
от гидроцилиндров 1 и 2, регулируемых дросселями 3 и 5 и золотником 4. Со-
отношение скоростей плунжеров 1 и 2 должно удовлетворять равенству
tga У
ц-. /
— =± 1-k 14
L \
tg?
, ^вс ,,
где k = -j— — коэффициент высоты слитка.
4Дв
Знак «+» принимать при k < 1, знак «—» лри k > 1. Углы а и ф показаны на рис.
* Г. Г. Баранов. Курс теории механизмов и машин, 1958.
146 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
Плоские стержневые механизмы
147
Рис. 2.237. Схема механизма опрокидывания слитков на приемный рольганг
блюминга (без использования слитковоза). После загрузки слитка (а) клеще-
вым краном в люльку-опрокидыватель 1, опирающуюся на амортизаторы 3, с по-
мощью четырех плунжерных цилиндров 7 и реечной передачи поворачивается
вал 6. Опрокинутый слиток (б) отводится рольгангом к стану, а люлька реверси-
рованием гидр оци л ин дров возвращается в исходное положение. В горизонталь-
ном положении люлька не препятствует проходу через нее слитка со стороны
слитковоза к стану, поскольку днище 4 люльки может отклоняться слитком, по-
ворачиваясь вокруг оси 2 в положение 5.
Рис. 2.238. Кантователь обжимных станов. Крючья 1 во время кантовки
раската 2 поднимаются в верхнее положение и устанавливаются до кснца про-
пуска за пределами рабочих поверхностей линеек 3 манипулятора, несущих на-
правляющие 4 со скосом 5, по которым скользит скошенная поверхность 6
крючьев. Опускание крючьев вниз совмещается с паузой для реверсирования
валков и перестановки верхнего валка под очередной пропуск.
148 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
Рис. 2.239. Кантователь для кантовки проката граненого профиля (чешский
патент). От пневматического (гидравлического или механического) привода 1
сообщается движение сдвоенному (строенному) с помощью вала 3 четырехзвен-
нику 2 — 4 — 5 — 6, коромысло 5 которого имеет удлиненное плечо-палец, а ша-
тун 4 — челюсть, имеющую выемку для удержания заготовки. Челюсть выпол-
няет кантовку, а палец 5 сдвигает прокат на место, которое он занимал до кан-
товки.
Рис. 2.240. Кантователь с наклонным желобом. При смещении тяги 1 влево
рычаг 2 переносит заготовку с уровня верхнего ручья на наклонный желоб. По-
ложение заготовки на уровне нижнего ручья зависит от месторасположения те-
лежки 3, перемещаемой тягой 4, и кулачка 5, скос которого может занимать вер-
тикальное (а) и наклонное (б) положения.
ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ СТЕРЖНЕВЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Рис. 2.241. Качающаяся шайба на косом кривошипе. Точка 1 шайбы 2 дви-
жется по направляющей. При вращении коленчатого вала 3 с постоянной угло-
вой скоростью со шайба 2 качается вокруг оси, перпендикулярной плоскости чер-
тежа, о переменной угловой скоростью.
П рост ранет венные стержневые механизмы
149
Рис. 2. 242. Качающаяся шайба с косым кривошипом. Стержень 2 соединен
с ведущим конусом /, являющимся кривошипом.
Рис. 2.243. Качающаяся шайба с косым кривошипом.
Рис. 2.244. Механизм челнока швейной машины. При вращении коленча-
того вала 3 звено 2 с направляющими плоскостями качается вокруг вертикаль-
ной оси и сообщает колебательное движение коромыслу 1.
Рис. 2.245. Передача движения в двигателе со встречными поршнями от
поршней к валу через наклонную шайбу 1. Движение поршней происходит по
синусоидальному закону.
Рис. 2.246
Рис. 2.246. Передача из цилиндрических зубчатых колес с большим углом
наклона зуба шестерни. Позволяет осуществлять большие передаточные числа;
применяется в центрифугах, сепараторах и т. п. Ведущий и ведомый валы могут
быть расположены перпендикулярно друг другу и под углом относительно друг
Друга.
Рис. 2.248
Рис. 2.249
150 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
Рис. 2.247. Соосная червячная передача из трех червячных пар. Позволяет
получать большие передаточные отношения. Если червяки и колеса одинаковы,
Рис. 2.248. Механизм картофелекопалки.
Рис. 2.249. Привод для мешалки. Верхний конец мешалки 1 проходит сквозь
косое отверстие в кривошипе. Мешалка укрепляется на качающемся валу 2.
Рис. 2.250
Рис. 2.251
Рис. 2.250. Механизм тестосмесительной (машины с траекторией точки а ша-
туна соответствующей контуру дежи 2. Перемешивание по всему объему до-
стигается вращением дежи 2 посредством червячной передачи. Червячное коле-
со 3 закреплено на валу тележки 4.
Рис. 2.251. Схема тестосмесительной машины «Стандарт». Пространствен-
ный механизм месильного органа 1 с шаровым шарниром 2, встроенным в чер-
вячное колесо 3, обеспечивает перемешивание массы по всему объему дежи в
процессе ее вращения относительно оси, установленной на тележке 4.
Рис. 2.252
Рис. 2.253
Пространственные стержневые механизмы
151
Рис. 2.252. Механизм петлителя швейной машины. Со звеном 1 связан пет-
литель, ведомая точка В которого описывает замкнутую траекторию на цилин-
дрической поверхности радиуса R.
Рис. 2.253. Передача движения между валами, расположенными под углом,
посредством кривошипа 1 и углового рычага 2.
Рис. 2.254
Рис. 2.255
Рис. 2.254. Четырехзвенный пространственный механизм, служащий для пе-
редачи вращательного движения между валами со скрещивающимися осями,
Допускает неточность монтажа. Плоскости вращения кривошипов 1 и 3 могут
быть расположены под любым углом. 2 — шатун.
Рис. 2.255. Конструктивное выполнение механизма по рис. 2.254. Шатун с
кривошипом и коромыслом соединяются при помощи шаровых шарниров. Сво-
152 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
бодное вращение вокруг оси, проходящей через центры шаров, при больших
скоростях машины должно быть устранено введением кинематической пары чет-
вертого класса (рис. 2.47).
Рис. 2.256. Механизм игловодителя стегальной машины. Для сообщения
движения игле использован (механизм по рис. 2.255.
Рис. 2.257. Механизм петлителей двухигольной швейной машины двухни-
точного цепного стежка. Косой кривошип через промежуточное звено 1 сообщает
движение петлителям 2 и 5, соединенным со стойкой при помощи цилиндриче-
ской пары. Любая точка петлителей описывает траекторию на цилиндрической
поверхности.
Рис. 2.258. Трехзвенный пространственный механизм с двумя цилиндриче-
скими парами /, 2' и одним шаровым шарниром 3. Кривошип /, кроме вращения,
получает еще вынужденное перемещение вдоль оси.
Рис. 2.259
Рис. 2.260
Рис. 2.259. Четырехзвенный пространственный механизм с дзумя цилиндри-
ческими 2—3 и одним шаровым 1 шарнирами с одной цилиндрической парой 4.
Рис. 2.260. Шасси самолета «Игль». Четырехзвенный пространственный ме-
ханизм с одной поступательной /, одной цилиндрической 2 парами и двумя ша-
ровыми шарнирами 3—4. Перемещением звена 1 шасси самолета убирается в
плоскость крыла.
Пространственные стержневые механизмы
153
Рис. 2.261. Шасси самолета «Циклон». Четырехзвенный пространственный
механизм с одной поступательной 7, одной цилиндрической 2 парами и двумя
шаровыми шарнирами 3—4. Поступательная пара, выполненная в виде цилин-
дра с поршнем, позволяет изменять расстояние между центрами шаровых шар-
ниров.
Рис. 2.262. Механизм швейной .машины. Коленчатый .вал сообщает движение
коромыслу 1 посредством четырехзвенного механизма по рис. 2.254 и звену 2—
посредством пространственного кулисного механизма, т. е. задается и перемеще-
ние точки А, и мгновенное положение оси вращения звена 2. В результате сло-
жения двух движений точку А можно заставить перемещаться по пространст-
венной траектории по форме, близкой к заданной. (Вследствие этого механизм
называют пространственным дифференциальным). В механизме имеются две
лишние степени свободы, не отражающиеся на законе движения точки А. Они
определяют возможность независимого вращения шатунов 3 и 4 вокруг осей,
проходящих через центры шаровых шарниров В и С звена.
Рис. 2.262
Рис. 2.263 Рис. 2.264 Рис. 2.265
Рис. 2.263—2.264. Косой кривошип. Для предупреждения попорота шату-
на 3 необходима направляющая 2. В точке 1 следует поставить шаровой шар-
нир. По структуре совпадает с механизмом по рис. 2.259. Применим для пере-
дачи возвратно-поступательного движения в направлении, параллельном оси
вращения вала I.
Рис. 2.265. Пространственный кривошипный механизм, преобразующий вра-
щательное движение кривошипа 1 в колебательное движение коромысла 2.
154 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
Рис. 2.267
Рис. 2.266. Пространственный кривошипный механизм, преобразующий вра-
щательное движение вокруг оси 00 во вращательное движение вокруг оси O^Oi.
1—3 кривошипы, 2 — шатун.
Рис. 2.267. Сферический четырехзвенный шарнирный механизм. Оси всех
цилиндрических шарниров /, 2, 3 и 4 пересекаются в одной точке М, поэтому
скольжение звеньев вдоль осей исключено. Каждая из точек звеньев а, Ь, и с
описывает траекторию на сфере. При увеличении радиуса сферы до бесконечно-
сти сферический механизм обращается в плоский шарнирный четырехзвенник.
Рис. 2.268
Рис. 2.269
Рис. 2.268. Преобразование вращательного движения вала 1 в поступатель-
но-возвратное ползушки 2 при помощи сферического механизма с присоединен-
ной плоской диадой. Оси АО, ОВ и ось вала 1 должны пересекаться в одной
точке. Этот механизм применен в самолете для открывания посадочных щитков
крыла.
Рис. 2.269. Коленчатый вал с косыми кривошипами. Вал приводится во
вращение попеременным вращением рукояток 1 и 2. Механизм представляет
собой последовательное соединение сферических механизмов.
Рис. 2.271
Рис. 2.270
Пространственные стержневые механизмы
155
Рис. 2.270. Модификация сферического механизма. Звено с механизма по
рис. 2.267 заменено шаром 1 — 2 — вал, 3 — кривошип.
Рис. 2.271. Механизм по рис. 2.270 в ортогональных проекциях.
Рис. 2.274
Рис. 2.272. Сферический механизм с трехпо;водковой группой f, е, с, d.
Цифрами /, 2, 3... обозначены оси шарниров.
Рис. 2.273. Пространственный механизм сита. От кривошипа 1 сообщается
пространственное движение ситу 2. Точка В описывает кривую, расположенную
на сфере с центром в точке О3. Оси шарниров С, D, О2, О4, если цепи заменить
жесткими звеньями, должны пересекаться в точке О3.
Рис. 2.274. Механизм двигателя с косой шайбой 2. Поршни 1 перемеща-
ются по синусоидальному закону.
156 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
Рис. 2.275
Рис. 2.276
Рис. 2.275. Передача движения от поршней 1 к коленчатому валу 2 пос-
редством косых кривошипов и качающихся шайб 3 в двигателе со встречными
поршнями.
Рис. 2.276. Двигатель с косым кривошипом 1 и кулисными направляющими 2.
Рис. 2.277. Качающаяся шайба с автоматически регулирующимся наклоном
и величиной амплитуды качания в зависимости от величины нагрузки. Шарико-
вый подшипник 5 шайбы соединен с валом 3 двумя шпильками 4, скользящими
в прорезях 2 вала под действием пружины 1.
Рис. 2.278. Пространственный механизм петлителя стегальной машины. Ло-
вящая вилка 1 на шатуне захватывает после прокола иглой нитку и переносит
ее навстречу игле, которая проходит сквозь образовавшуюся петлю.
П ространст венные стержневые механизмы
157
Рис. 2.279
Рис. 2.279. Угольниковая 'передача. Механизм с пассивными связями. Ва-
лы 1, 2t ic (Взаимно перпендикулярными осями вращаются с постоянным переда-
точным отношением.
Рис. 2.280
Рис. 2.280. Механизм петлителя швейной машины с двухниточным цепным
стежком. Продольное перемещение (качание) петлителя 1 осуществляется че-
тырехшарнирным пространственным механизмом 2—3—4, а поперечное откло-
нение— плоским кулисным механизмом, который на рис. не показан.
158 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
Рис. 2.28,1
Рис. 2.281. Механизм холодильника для др окатанного металла. Остываю-
щие полосы металла находятся на рейках 1 с зубчатой поверхностью. Рейки
через одну прикреплены к балкам 2—2 и 3—3. Балки попарно соединены тра-
версами 5 и 4, установленными на стойках 6, 7, 9, 10. Т-образные рычаги 11,
шарнирно присоединенные к стойкам, могут поворачиваться относительно гори-
зонтально расположенных осей 12, при этом одна система реек поднимается с
одновременным перемещением вперед, другая — опускается и одновременно пе-
ремещается в обратном направлении. В горизонтальном направлении каждая
система реек получает движение от вертикального вала 13 посредством тяг 8.
Вал 13 и Т-образные рычаги 11 получают движение от одного общего вала че-
рез два кривошипа, расположенных под углом 90°, и шатуны 14, 15 и 16.
ВИНТЫ И ВИНТОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Винтовые механизмы необходимо отнести к пространственным, потому что
каждая из точек звеньев описывает пространственную траекторию. Винтовые ме-
ханизмы отличаются тем, что на каждое из их звеньев наложены общие ограни-
чения, а именно: устранена возможность поступательного движения вдоль двух
осей координат и вращения вокруг этих же осей, т. е. каждое из звеньев может
совершать поступательное и вращательное движение вокруг одной и той же оси.
В соответствии с этим согласно классификации академика И. И. Артоболевского
число звеньев и кинематических пар должно удовлетворять условию
W = 2п —р,
Винты и винтовые механизмы
159
где W — число степеней свободы;
п — число подвижных звеньев;
р — число винтовых кинематических пар.
Простейший винтовой механизм имеет два подвижных звена: п = 2, р = 3
при W = 1. Усложнение механизма можно производить присоединением нулевой
группы (n = 1, р = 2) к винтовому механизму.
Относительное движение звеньев винтовой пары представляет собой вра-
щение (ф) звеньев вокруг оси пары и поступательное движение (S) вдоль оси
пары, которые связаны между собой равенством
где s — шаг (винтовой пары.
Линейная скорость v и угловая скорость со связаны равенством.
со
V = S----.
2к
Относительные перемещения и относительные скорости звеньев винтового
механизма, например, по фиг. 2.295 связаны (выражением
S3?23 = Sl?13 + S2?21 И ?23 = ?13 ?21 >
где sh s2, s3 — шаги винтовых линий;
ср13, ?21, ?2з — относительные углы поворота.
Кроме того,
S3CO23 == S2W21
И
Ш23 = W13 + Ш21 •
Отсюда
(013 S3 S2 ?13
г12 — — —
Ш23 S1 S2 ?23
Перемещение ведомого звена
£ _ ?23S3 __ ?13g21S3 _ S1 -52 * S3?2
23 2тс s3 — s2 2k
Puc. 2.282. Цилиндрические резьбы:
a — крепежная метрическая общего назначения;
б — дюймовая с утлом 55° (в новых конструкциях не применяется);
в — крепежно-уплотнительная, трубная;
г — крепежная для вентилей пневмоустройств.
Рис. 2.283. Цилиндрические резьбы:
а — упорная, для соединения ответственных деталей, а также для грузовых
винтов при одностороннем действии больших нагрузок;
б — трапецеидальная, для ходовых винтов и др. механизмов с целью преоб-
разования вращательного движения в поступательное;
в — окулярная, для оптических приборов;
г— для перемещения объективов в оптической аппаратуре;
160 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
Рис. 2.282 Рис. 2.283 рис 2.284
Винты и винтовые механизмы
161
Рис. 2.284. Цилиндрические резьбы:
а — для силового скрепления труб при бурении и эксплуатации геологораз-
ведочных скважин;
б — круглая, для цоколей электроламп и др. электротехнических деталей;
в — для предохранительных, защитных стекол и аппаратуры;
г — для крепления шлангов ib противогазах.
Рис. 2.285
Рис. 2.286
Рис. 2.285. Многозаходные винты; выполняются с самыми разнообразными
профилями резьб и с разным числом заходов. На фигуре показан трехзаходный
винт (правый) с резьбой прямолинейного профиля.
Рис. 2. 286. Цилиндрический винт с переменным шагом резьбы. Перемещение
штанги 1‘ зависит от угла поворота винта 2 и шага резьбы s.
Рис. 2.287
Рис. 2.287. Коническая резьба; применяется, например, для прижатия раз-
резной части муфты к валу.
Рис. 2.288. Гайка, составленная из двух частей. Между частями 1 и 2 гайки
установлена спиральная пружина 5, которая увеличивает трение между витками
резьбы винта и гайки, компенсирует износ витков резьбы в осевом направлении
(упраздняет люфт), более равномерно распределяет нагрузку между витками
Рис. 2.289. Плоская резьба нарезана по спирали на торце конического ко-
леса 2 в кулачковом патроне токарных станков; 1 — приводное зубчатое колесо..
Рис. 2.290
6 С. Н. Кожевников и др.
162 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
Рис. 2.290. Тандеры для регулирования длины тяг, тросов и т. п. Концы
тяг имеют: 1 — левую, 2—правую резьбы.
/Z
TZZzhzZZZZZZJ.
Рис. 2.291
Рис. 2. 291. Механизм в задней бабке токарного станка; при вращении махо-
вичка 1 с винтом 2 сообщается движение центру 3 вдоль оси бабки.
переключения. Вращением' винта 1 о существ-
гайки 2 и вращающейся детали 3.
Рис. 2. 292. Винтовой механизм
ляется одновременное перемещение
Винты, и винтовые механизмы
163
Рис. 2.293. Универсальный грузовой винт. Гайки 1 и 2, установленные на
винт 3 с правой и левой резьбой, образуют механизм для подъема или подтя-
гивания груза. К приливам 4 привязывается канат при подтягивании груза.
Рис. 2. 294. Пресс с приводом от спаренных угловых рычагов 2 и винта 1 с
правой и левой резьбой.
Рис. 2. 295. Трехзвенный винтовой механизм. Передаточное отношение тако-
го механизма определяется по формуле
^13 53 — S2
^23 S1 — ^2
Шаг левой резьбы принимается со знаком минус, / и 2 — винты; 3 — гайка.
Рис. 2.296. Сочетание винтового и кривошипно-шатунного механизмов. Мо-
жет применяться для преобразования кругового вращения кривошипа 1 с посто-
янной угловой скоростью во вращение реверсивное. Закон преобразованного дви-
жения определяется углом подъема винтовой линии несамотормозящего винта 3
и соотношением длины шатуна 2 и длины кривошипа 1.
Рис. 2.297. Глобоидальная резьба. Ведомое звено 1 несет четыре вращаю-
щихся диска 3, которые попеременно соприкасаются с винтом 2.
Рис. 2 297
Рис. 2.298. Винтовые механизмы для преобразования вращательного движе-
ния в поступательное: а — посредством винта 1 и рейки 2; б — винта 1 и гайки 2
с ползуном 5, который передает движение рамке 4.
6*
164 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
Рис. 2.299. Взаимное обкатывание двух тел с винтовыми резьбами разных
диаметров. Одно из тел 1 является винтом, другое 2 — гайкой, т. е. имеет внут-
реннюю резьбу. Отношение чисел оборотов винта и гайки обратно пропорцио-
нально отношению средних диаметров. Звено 5, заполняющее остающееся про-
странство в гайке 2, неподвижно. Отношение диаметров резьб может быть равно
.целому числу (3:1, 2:1 и т. д.).
Рис. 2.300
Рис. 2.300. Схемы механизмов для передачи вращательного движения от
винта к гайке. Винт 1 с гайкой 3 установлен в корпусе 2 на шариковых под-
шипниках (а). Диаметр резьбы гайки больше диаметра резьбы винта. Переда-
точное отношение определяется формулой
% Jk
I — — ,
п2 г2
где «1 — число оборотов винта;
п2 — число оборотов гайки;
г2 —средний радиус резьбы гайки;
Г1 — средний радиус резьбы винта.
На эскизе б показано соединение винта с тремя гайками различных диамет*
ров. Каждая из гаек может быть включена или выключена из зацепления с вин-
том поворотом эксцентричных наружных колец подшипников на некоторый угол.
На эскизе в показана гайка с переменным диаметром резьбы. Изменение
передаточного отношения достигается поворотом гайки с подшипником.
На эскизе г гайка соединена с зубчатым колесом внутреннего зацепления,
которое сопряжено с зубчатым колесом 4. Зубчатое зацепление выключается по-
воротом колеса 4 относительно шарового шарнира 5.
Винты и винтовые механизмы
165
Рис. 2.301
Рис. 2.301. Шарнирно-винтовой механизм рулевой машины. При вращении
винта 1 с левой и правой нарезкой траверса 6 посредством ползунов 2 и 3 с гай-
ками и тяг 4 и 5 поворачивает вал 7.
Рис. 2.302
Рис. 2. 302. Преобразование вращательного движения в поступательное.
Рис. 2.303
Рис. 2.303. Роликовая гайка ходового винта с высоким к. п. д (ц = 0,8^0,9)*.
Резьба гайки 1, винта 5 и роликов 2 имеет одинаковый шаг при разных сред-
* Работоспособность гайки, рекламируемой фирмой La Technique Integrate
(Франция), вызывает сомнение, так как качение роликов по внутренним виткам
резьбы гайки сопряжено с неизбежным их перемещением вдоль оси последней,
что исключено.
166 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
них диаметрах. На торцах роликов 2 закреплены зубчатые колеса 4, находящиеся
в зацеплении с зубчатыми венцами 5, установленными с обеих сторон гайки.
Специальный профиль резьбы с криволинейными гранями позволяет роликам в
некоторой степени самоустанавливаться. Осевой зазор в рассматриваемой конст-
рукции гайки сводится до минимума. Применяется в механизме подачи стола
фрезерного станка.
Рис. 2.304
Рис. 2. 304. Шариковый несамотормозящий механизм с двухсекционной гай-
кой. Замкнутая цепочка шариков 5 между винтом 3 и каждой секцией гайки /
имеет самостоятельные обводные каналы. Кожух крепится на гайке. 6 — саль-
ник; 2 — отражатель.
Рис. 2.305
Винты и винтовые механизмы
167
Рис. 2.305. Безлюфтовая шариковинтовая передача с предварительным на-
тягом. Две полугайки 1 навернуты на винт 3 и соединены посредством флан-
цев 5 с прокладками, стянутых винтами 4. Каждая полугайка имеет свой труб-
чатый обводной канал 2 для шариков. Если к винту 3 приложена сила слева
направо, то работает правая полугайка, при реверсировании нагрузки — наобо-
рот. При изготовлении фланцев и прокладки требуется весьма высокая точность.
Рис. 2.306
Рис. 2. 306. Самотормозящий шариковинтовой механизм. Гайка 3 с внутрен-
ней и внешней нарезками различных направлений получает движение от винта
5, приводимого электродвигателем. Внутренняя пара 5—3 — шариковая, внешняя
пара —гайка 5, корпус 2 — оснащена самотормозящей нарезкой. Винт 5 только
вращается, гайка 3 вращается и движется вдоль оси вместе со штоком. Пере-
даточная функция
Из Si—S2
ZoR ж
«5 Si + S2
На рис. 4 — подшипники; 1 — обводной канал для шариков. S] и s2 — шаги
винтов внутренней и внешней нарезок.
Рис. 2.307
Рис. 2.307. Компактный шариковинтовой механизм с обводным каналом в
штоке. Шток 2, заканчивающийся ухом 1, в гайке 7 уплотняется сальником 3.
Шарики 5 направляются наружными отражателями, закрепленными с обеих
сторон рабочей части канавки винта (на рис. не показаны), в обводной канал.
Внутренние отражатели 4 после запрессовки стопорятся винтами 6.
168 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
5
Рис. 2.308
Рис. 2.308. Схематический разрез шариковинтового механизма. На гайке 2,
кинематически связанной с винтом 1 посредством заполняющих винтовую ка-
навку шариков 5, заклинена шестерня 4. Гайка смонтирована в корпусе 7 и
опирается на подшипники 6. Осевая сила Р, приложенная к винту 1, преобра-
зуется в окружную силу Q, снимаемую с шестерни 4. При осевом движении вин-
та шарики попадают из винтовой канавки в обводной канал и снова направля-
ются в рабочую канавку. Гайка 2 и шестерня 4 соединены между собой шпон-
кой 5.
В случае преобразования поступательного движения во вращательное
Q\= Ptg(a —ро), если наоборот, то Q = Ptg(a + р0). а —угол подъема нарезки,
Ро — угол трения.
Рис. 2.309
Рис. 2.309. Шариковая шпонка, представляющая собой механизм, состоящий
из цепочки шариков 3, перемещающихся в канале, предусмотренном в сопря-
гаемых деталях: в муфте 2 с крышками 1 и фланцем 4, стянутых болтами, и в
валике 5.
Винты и винтовые механизмы
169
Рабочая часть цепочки z шариков располагается на длине аа. Усилие Р1} пе-
редаваемое каждым шариком и определяемое моментом:
М
rHzk COS р
где k — число шпонок на валу 5 (по
рис. k = 4).
Угол р определяется зазорами в
сочленении, радиусами кривизны
профилей канавок и контактной
жесткостью.
Рис. 2.310. Шариковое много-
шпоночное соединение. Если число
ветвей — k, то усилие, передавае-
мое на каждый из шариков при рав-
номерном распределении давлений
между ними, определяется по фор-
муле
М
Р = —;-------•
razk COS Р
Рис. 2.311. Скользящая муфта с
шариковыми шпонками. В муфте 2
с крышками 1, стянутыми болтами,
имеются канавки двух типов: ка-
навки с глубиной порядка 0,5 с?шар.
для соединения посредством шари-
ков вала 4 с муфтой (а) и канавки
глубиной, равной dmap. для воз-
вратной цепи. В процессе осевого
перемещения муфты шарики на вы-
ходе из канавки на валу подхваты-
Рис. 2.311
Рис. 2.310
ваются имеющимся в крышке зубом А, выводятся из канавки на валу и, прой-
дя сначала окружную часть возвратного канала в крышке, стенками которого
служат поверхности муфты и крышки, затем вдоль оси в обратном направлении
по каналу в муфте и, наконец, через окружную часть другой крышки, попадают
во вторую рабочую ветвь. На рис. б показана развертка беговой дорожки ша-
риков.
170 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
Рис. 2.312
Рис. 2.312. Схема автоматических пружинных весов для цемента с шарико-
винтовым редуктором. Бункер 9 с цементом, связанный посредством серьги с
рейкой 8, перемещается в направляющих роликах 7 и поворачивает под дейст-
вием собственного веса шевронную шестерню 6. Благодаря шариковой шпонке 3
и шариковинтовому редуктору винт 4 смещается вдоль оси, сжимая тарирован-
ную пружину 2 весов. 1 — основание, 5 — подшипники. На рис. б показан разрез
зубчатого колеса 6 с шариковинтовым редуктором.
Рис. 2.313
Рис. 2.313. Передача винт — гайка посредством магнитного поля.
Гайка рассматриваемого механизма (а) состоит из обмотки магнита 3, за-
ключенной в цилиндрическом корпусе 2 с крышками 1 и 4, которые замыкают
магнитное поле магнита. Винтовая впадина между витками резьбы винта 6 за-
полнена немагнитным материалом 5, поэтому винт имеет гладкую внешнюю по-
верхность. Между витками резьбы винта могут быть также установлены элект-
ромагниты или постоянные магниты 7 (б). Внешний диаметр винта 8 немного
меньше внутреннего диаметра резьбы гайки 9 и связан с ней только магнитным
Винты и винтовые механизмы
171
полем и, как обычно, вращение винта преобразуется в поступательное движение
гайки.
При перегрузке винт смещается относительно гайки без вращательного дви-
жения.
Рис. 2.314. Волновая винтовая передача с генератором, расположенным
снаружи гайки. Волновая винтовая передача применяется для преобразования
вращательного движения в очень медленное поступательное движение или нао-
борот— поступательного во вращательное. Возможно и редуцирование враща-
тельного движения.
Винт 4 и гибкая гайка 2 с резьбовыми канавками, расположенная в средней
части трубы 3, имеют разные средние диаметры резьбы при одном и том же ша-
ге. Контакт между винтами резьбы на некотором участке в пределах угла а (б)
осуществляется деформацией гайки 2 генератором 1 эллиптической формы. При
неподвижной гайке 2 и вращении генератора 1 винт 4 получает поступательное
движение. Скорость и направление перемещения винта 4 зависят от направле-
ния вращения генератора и параметров винта и гайки. Разность чисел заходов
резьбы винта и гайки должна быть равна или кратна числу волн деформации,
возбуждаемых генератором в гибкой гайке.
Рис. 2.315
172 Раздел 2. Звенья, кинематические пары и стержневые механизмы
Рис. 2. 315. Волновая винтовая передача. В рассматриваемой передаче быст-
рое вращательное движение преобразуется в медленное поступательное.
Генератор 1 в поперечном сечении имеет форму эллипса. Тонкостенный винт
2, который имеет первоначальную цилиндрическую форму, деформируется (в
пределах упругости) генератором 1 и также приобретает форму эллипса. Жест-
кая неподвижная гайка 3 имеет цилиндрическую форму.
Шаг, профиль и направление резьбы винта 2 соответствуют шагу, профилю
и направлению резьбы гайки 3. Вращая генератор 1, гибкий винт 2, вследствие
разности длин резьбы по периметру винта и по периметру гайки, перекатываясь
без скольжения по среднему диаметру резьбы будет поворачиваться на неболь-
шой угол. Отношение угла поворота генератора к углу поворота гибкого винта 2
составляет передаточное отношение механизма, которое зависит от разности раз-
меров осей эллипса генератора и от среднего диаметра резьбы.
Препятствуя вращательному движению винта 2, вынудим его совершать
только поступательное движение, причем осевое перемещение винта равно про-
изведению разности тангенсов углов наклона и шага резьбы. Величина рассмат-
риваемого перемещения может быть порядка от 0,1 до 0,0025 мм. На рис. б по-
казан механизм с правой и левой резьбой на концах гибкого винта 2. На рис. в
показана конструкция механизма с жестким цилиндрическим винтом 2, гибкой -
гайкой 3 и генератором наружного типа с отверстием эллиптической формы.
Рис. 2.316
Рис. 2. 316. Волновая винтовая передача для различных преобразований дви-
жения. Генератор 2 с двухрядным расположением шариков установлен на внеш-
ней поверхности гибкой гайки 3 и приводится во вращение посредством зубчато-
го колеса 5 с большой длиной зубьев. Винт 4 и труба 1 заканчиваются элемента-
ми шарнира, посредством которых в зависимости от заданных условий, дополни-
тельно можно передавать на винт и трубу вращательное, поступательное или
колебательное движения.
Раздел 3
ЗУБЧАТЫЕ КОЛЕСА
Зубчатые колеса служат для передачи вращательного движения между ва-
лами. При параллельных валах вращение передается цилиндрическими зубчаты-
ми колесами; при валах с осями, пересекающимися под углом, — коническими
зубчатыми колесами. Если оси валов скрещиваются, то передача движения осу-
ществляется посредством гиперболоидальных колес и червячных передач. Меха-
низмы последнего вида чаще строятся для передачи вращательного движения
между валами, скрещивающимися под прямым углом.
Цилиндрические зубчатые колеса строятся для постоянного и переменного
отношений угловых скоростей. В первом случае колеса получаются круглыми,
потому что при постоянном передаточном отношении центроиды в относительном
движении представляют собой окружности, во втором случае — некруглые зуб-
чатые колеса, вид центроид которых зависит от закона изменения передаточно-
го отношения. Круглые зубчатые колеса различаются по расположению цент-
роид относительного движения, а именно: различают внешнее и внутреннее
зацепления, а также зацепление колеса с рейкой. Кроме того, зубчатые колеса
различают по форме зуба; колеса с прямым зубом, если образующая боковой
поверхности параллельна оси колеса; колеса с винтовым или косым зубом, если
образующая составляет некоторый угол с осью колеса; колеса с шевронным зу-
бом и пр.
В качестве профилей сопряженных зубьев можно взять взаимно огибающие
кривые. Их следует подобрать таким образом, чтобы общая нормаль к профилям
в точке касания их делила линию центров на отрезки, обратно пропорциональные
заданным угловым скоростям. На практике для очерчивания профилей зубьев
круглых цилиндрических зубчатых колес получили применение развертка круга
(эвольвентное зацепление) и циклические кривые (эпициклоида, гипоциклоида,
циклоида).
Различают передачи внешнего и внутреннего зацепления. К передачам внеш-
него зацепления относятся: цилиндрические эвольвентные зубчатые передачи с
линейным касанием — прямозубые, косозубые, шевронные; цилиндрические зуб-
чатые винтокруговые передачи с точечным касанием (системы М. Л. Новикова);
конические зубчатые колеса с линейным касанием — прямозубые и косозубые
с точечным касанием — с круговыми зубьями; гиперболические зубчатые передачи
с точечным касанием — винтовые и гипоидные колеса, и передачи с линейным
касанием — червячные передачи с цилиндрическим и глобоидальным червяком.
Основное преимущество эвольвентных колес перед неэвольвентными заклю-
чается в возможности осуществления кинематически правильного зацепления при
изменении межцентрового расстояния, в простоте профилирования и контроля
точности изготовления зубцов.
174
Раздел 3. Зубчатые колеса
ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
На рис. 3.1 показано зацепление пары сопряженных зубчатых колес эволь-
вентного зацепления и их геометрические элементы. Окружности, катящиеся друг
по другу без скольжения и касающиеся в полюсе Р зацепления, называются на-
чальными. Они появляются только у колес в собранной передаче. Радиусы на-
чальных окружностей
_^£2 _ msz2 _ z2-25,4
2 2гс 2 2р
hzi mszi zx-25,4
— =------= --------- ММ’
2к 2 2р
Здесь ts — шаг зацепления или дуга начальной окружности, заключенная между
двумя соседними одноименными (правыми или левыми) профилями;
ms = — — модуль зацепления;
тс
Zi и 22 — числа зубьев шестерни и колеса.
Значения модуля стандартизованы.
z 25,4
р = -----------— =----- -питч — диаметральный шаг, принятый в странах с
сЦв дюймах) m
дюймовой системой мер.
Для некорригированных прямозубых колес* принимается:
высота головки зуба h\ — h2 =
высота ножки зуба h'[ = h"2 = 1,25 m;
полная высота зуба h\ = h2 = 2,25 m.
Окружность, разверткой которой образуется эвольвентный профиль зуба,
называется основной окружностью. Угол а между линией зацепления и перпен-
дикуляром к линии центров, проведенным через полюс Р зацепления, называется
углом зацепления
Г01 + Г02
cos а =----;---.
А
Го1 и г02— радиусы 'основных 'окружностей.
Толщина зуба S' и ширина впадины S" (расчетные) принимаются равными
t
S' = S"=V
Радиус окружности выступов (головок)
z + 2
Re = ^s—
Радиус окружности впадин (ножек)
Межцентровое расстояние
m ,
A = ri + r2 — (zi + z2).
* При дальнейшем изложении всюду для прямозубых колес шаг и угол
зацепления «5 в торцовой плоскости обозначены символами \t и а.
Геометрические элементы
175
ЦЬ2 — линия зацепления, т. е. геометрическое место точек зацепления (то-
чек касания профилей). Рабочая часть линии зацепления Г{Ь2 заключена между
точками пересечения линии зацепления ГХЬ2 с окружностями головок.
Рабочая часть профиля заключена между окружностью головок данного
колеей и точкой профиля, входящей в зацепление с точкой профиля на окруж-
ности головок парного колеса. Для построения начальной точки рабочей части
профиля необходимо из центра данного колеса (например Zi) описать окруж-
ность через точку L j пересечения окружности головок вторго колеса с линией
зацепления до пересечения с профилем, начало рабочей части которого опреде-
ляется.
176
Раздел 3. Зубчатые колеса
Степень перекрытия 8,
находящихся в зацеплении
указывающая на среднее количество одновременно
зубьев, равна:
^2 рабочая часть линии зацепления
/0 основной шаг
Рис. 3.2. Удельное скольжение зубьев. Пусть
dsi и ds2 — элементарные дуги на профилях, в пре-
делах которых переместилась точка k зацепления
за время dt. При чистом качении dsY=ds2. При
скольжении одной точки профиля по другому про-
филю одна из дуг равна нулю. При качении со
скольжением ds\ Ф ds2‘, при этом дуга качения
равна меньшей из дуг (flfsi), а дуга скольжения
ds\2 = ds \—ds2 = —ds2\.
Удельное скольжение
rfs2i v\ — ?2
У 1 9 w 1 L2k
— = 1_ ——
v\ (o^k
Для зубчатых колес относительное скольжение
t>l2 = Pk ((Oi + (02) ,
где Pk — расстояние между полюсом Р зацепления и точкой k зацепле-
ния;
€01 ± со2 = 0)12 — относительная угловая скорость вращения колес.
При внешнем зацеплении (0i2 равна сумме абсолютных значений coi и со2, при
внутреннем — разности. При одинаковой высоте головок зубьев для внутреннего
зацепления наибольшее удельное скольжение меньше, чем при внешнем.
КРИВЫЕ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ПРОФИЛИРОВАНИИ
ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Рис. 3.3. Эвольвента является разверткой окружности. Ее можно также рас-
сматривать как траекторию точки отрезка прямой NN, катящейся по окружности
без скольжения. Если к концу нити, намотанной
на цилиндр, прикрепить карандаш и разматывать
нить, поддерживая ее в натянутом состоянии,
то карандаш вычертит эвольвенту. Эвольвента
имеет две ветви.
Свойства эвольвенты: 1) нормаль NN в лю-
бой точке эвольвенты касается эвольвентной ок-
ружности радиуса г0; 2) длина радиуса р кри-
визны эвольвенты равна длине развернутой ду-
ги окружности; 3) две эвольвенты, а и в, полу-
ченные разверткой одной окружности с разны-
ми началами эвольвент, — эквидистантны. Рас-
стояние по нормали между ними равно длине
развернутой дуги окружности, заключенной ме-
жду их основаниями.
Уравнение эвольвенты в параметрической
ft = tg а — а и р =
форме
Гр
cos а ’
Кривые, используемые при профилировании зубчатых колес
177
где р— текущий радиус — вектор эвольвенты;
а — параметр — угол давления, заключенный между радиусом и перпенди-
куляром, восстановленным из центра окружности к нормали;
'О' — эвольвентная функция, для которой составлены специальные таблицы.
Рис. 3. 4—3. 5. Эвольвента как огибающая семейства эвольвент. Если по не-
подвижной окружности 2 катить окружность /, с которой связана эвольвента
то огибающей семейства эвольвент будет эвольвента Э2, полученная раз-
верткой окружности радиуса го2, определяемого по формуле:
r02 = — rot= r2 COSa-
В частном случае, когда г\ = оо, эвольвента обращается в прямую, а зуб
становится трапецеидальным (рис. 3.5).
Указанное здесь свойство эвольвенты используется при изготовлении зуб-
чатых колес по методу обкатки. В этом случае инструмент изготовляется в
виде червячной фрезы, имеющей в сечении профиль рейки. Полученные таким
образом кривые являются взаимно огибающими, т. е. профиль рейки можно
получить в результате обкатки колеса
относительно рейки и, наоборот, про-
филь колеса получается в результате
обкатки рейки.
Рис. 3.7
Рис. 3.6
178
Раздел 3. Зубчатые колеса
Рис. 3. 6—3. 7. Удлиненная и укороченная (см. 3. 6) эвольвенты получаются
как траектории точек А и В, лежащих вне прямой, катящейся без скольжения
по окружности. Уравнение эвольвенты, описываемой точкой С (см. рис. 3.7)
хс = rQ sin (а + ft) — г 0 (а + ft) cos (а + ft);
t/c = r0 cos (а + 8) 4- r0 (а + 8) sin (а + 8).
Уравнение удлиненной эвольвенты, описываемой точкой А:
хА = хс — AC sin (a + ft);
УА = Ус-~АС ccs (a + &)•
По удлиненной эвольвенте автоматически очерчивается часть зуба у осно-
вания при нарезании его рейкой.
Уравнение укороченной эвольвенты, описываемой точкой В:
хв = хс + СВ sin (a + ft);
Ув = Ус + св cos (a + 8)-
Рис. 3.8. Построение циклоиды.
Первый способ (левая часть рисунка). Окружность разбивают на п
равных частей. Отрезки, равные дугам окружности, откладывают на прямой,
по которой катится окружность. Через деления окружности проводят горизон-
тали, через деления прямой — вертикали. Из точек 5Ь.. пересечения вер-
тикалей и горизонталей, проведенных через одноименные деления, радиусами
al, 62, сЗ, б/4... делают засечки на соответствующих горизонталях. Точки пере-
сечения а, (3, у... и будут точками циклоиды.
Второй способ. Из точек деления 1", 2", 3" и т. д. (правая часть
рисунка) радиусами Al, А2, АЗ... проводят дуги, огибающей которых и будет
циклоида.
Уравнение циклоиды
х = г (<р — sin ср); у = г (1 — cos ср),
где г — радиус и <р — угол поворота окружности в результате качения.
Нормаль в любой точке циклоиды всегда проходит через точку касания
производящей окружности с основной прямой.
Радиус кривизны р в два раза длиннее нормали:
ср
р = 4r sin —.
Кривые, используемые при профилировании зубчатых колес
179
Ортоциклоида применяется для очерчивания зуба циклоидальной рейки
и участков зуба на рабочей части эвольвентной рейки при обкатывании по ней
эвольвентного колеса.
Рис. 3.9. Эпициклоида представляет собой траекторию точки образующей
окружности, катящейся без скольжения по неподвижной основной окружности.
Уравнение
г / г \
x4 = (ro + r)sin“'p—fSin <р + ~'р ;
г0 \ 'о /
г / г \
Уа = (го + r)cos— <р —rcos т + —<? •
го \ Го /
Нормаль ЛМ^в точке А всегда проходит через точку В касания соответст-
вующего положения образующей и основной окружностей. Радиус кривизны
4г (г + Го) sin
Го + 2г
Построение Делим полуокружность радиуса г на п (шесть) равных
частей и на окружности радиуса г0 откладываем 2п таких же частей. Проводим
радиусы Oil; 012... и из центра Ох через точки Р; 21... описываем дуги до пе-
ресечения с продолжением радиусов ОД; 012 и т. д., при этом получим точки
1", 2", 3", и т. д. Дальнейшее построение такое же, как и по рис. 3.8. Получен-
ные точки при построении являются искомыми точками эпициклоиды.
Рис. 3. 10. Построение удлиненной эпициклоиды как огибающей кривой.
Точка 5 образующего круга I при качении по кругу II описывает удлиненную
эпициклоиду. Радиусами 15; 2S... из точек Iх, 2х... описывают дуги окруж-
ностей, огибающая которых является удлиненной эпициклоидой.
180
Раздел 3. Зубчатые колеса
г
У А (Го — И cos ------- ? + Г COS
г о
Рис. 3.12
Рис. 3.11
Рис. 3.11—3.14. Гипоциклоида — траектория точки образующей окружнос-
ти, катящейся внутри основной окружности. Уравнение (система координат
как на рис. 3. 9):
„ г I г \
ХА = (r0 — r) sin ~ ? — Г sin ~ ¥ ’’
го \ го /
Для г < 0,5 г0 точка по гипоциклоиде перемещается в сторону качения
образующей окружности (см. рис. 3.12), а при r>O,5ro (см. рис. 3.13)—в
обратную сторону.
Частные случаи: при г<= г0 гипоциклоида вырождается в точку; при
г-^0 гипоциклоида стремится обратиться в точку; при r =~rQ гипоциклоида
имеет п ветвей (для рис. 3.12
п\= 3); при г = 0,5 г0 гипоциклои-
да обращается в диаметральную
прямую (ом. рис. 3.14). Образу-
ющую и основную окружности в
этом случае называют кругами
Кардана.
Рис. 3.15. Удлиненная гипо-
циклоида.
Рис. 3.16. Построение эвольвентного зацепления. Пусть дано межцентровое
tn
расстояние А = — (z{ + z2) и угол зацепления а = 20 или 15°.
Кривые, используемые при профилировании зубчатых колес
181
Радиусы основных окружностей, разверткой которых получаются эволь-
вентные профили, определяются из равенств:
и r0i = ricosa
^2 = ^2 cos a.
Линией зацепления, т. е. геометрическим местом точек касания профилей
будет <общая касательная L\L2 к основным •окружностям. Это следует из того,
что нормаль в точке зацепления профилей общая, а каждая из эвольвент
имеет нормаль, касающуюся основной окружности. Следовательно, общая нор-
маль является общей касательной к основным окружностям.
Построение профиля. Через Р следует провести эвольвенты, построе-
ние которых производится, как показано на рис. 3.3, и ограничить эвольвенту
окружностью головок.
Толщина зуба по основной окружности определяется из уравнения
Si . Q
mQ m
& = tg a — a.
Толщина зуба по окружности головок
A=A + z(ft_M= .§<> _г8е;
me т т0
здесь
re r0 г cos a
те = т — ; = tgae — ае; cos — =-------------------•.
Г *е ге
Здесь mQ и те — модули по основной окружности и окружности головок;
ге, Фе и ае — радиус окружности головок и соответствующие эвольвентная функ-
ция и угол давления;
—толщина зуба по начальной окружности.
Формулы применяются последовательно к колесам Z\ и z2.
Если окружность головок большого колеса пересекает линию зацепления
вне отрезка PL\, то ножка малого колеса во избежание защемления зуба долж-
на быть подрезана. Подрезать не нужно, если число зубьев малого колеса опре-
деляется из неравенства
4/2
Z1 ,
(2 — z2i) sin2 a
, h2
где — — — относительная высота головки зуба большого колеса;
2 т
zi
z21 = — < 1; z21— положительное для внутреннего и отрицательное для
z2
внешнего зацепления.
, Для нулевых колес f% = 1 и a = 20°, тогда
34,2
zl — zmin > n .
2-/21
Для колес с нестандартной высотой головки зуба минимальная возможная
сумма чисел зубьев Zi + z2 определяется из выражения
I ✓ 1 \ 27Г£1П1П
Z1 + z2 > (Z1 + z2)min — , >
tga
где 8min — принятое минимальное значение степени перекрытия.
182
Раздел 3. Зубчатые колеса
Рис. 3.17. Для контроля зубчатых колес эвольвентного профиля следует
вычислять блочный шаблон, губки которого касаются правого и левого профи-
лей, взятых через два — три зуба:
Bo = S0 + (n-l)/0,
где п — число зубьев, охватываемых губками шаблона.
t0 — t cos а = кт cos а.
Для So формула была приведена выше.
Размеры для Во устанавливаются с допусками для проходной и непроход-
ной сторон.
Рис. 3.18. Корригирование зубчатых колес. Качественные показатели пере-
дачи можно улучшить, если для профилей зубьев подбирать наиболее подходя-
щие участки эвольвенты. Практически это реализуется при нарезании зубьев
методом обкатки со смещением на величину х режущего инструмента 1. Коэф-
х
фициент смещения 5 = — отрицателен, если инструмент придвинут к центру
О относительно нулевого положения и положителен, если отодвинут. Оптималь-
ные качественные показатели передачи зависят от выбора gi и малого и боль-
шого колес. Выбор gi и 5г можно производить с помощью специальных графи-
ков, получивших название «блокирующих контуров» *.
Корригирование для устранения подрезания. На рис. 3.18 показано подре-
занное рейкой колесо. Для устранения подрезания рейку следует отодвинуть на
величину х ют центра О колеса, при этом толщина зуба 5 по делительной ок-
ружности колеса увеличивается, а ширина впадины уменьшается
S = (у- + 2Z, tg а0
t
х — т0& т0 — модуль рейки; а0 — профильный угол рейки. При 5 = О, S = —,
г0— z
Вообще же должно быть 5 = -------,
2о
где Zo — число зубьев колеса, зацепляющегося с рейкой, для которого х = 0 при
ГЛоК
* См. Болотовская Т. П., Болотовский И. А. и Смирнов В. Э
Расчет коррекции зубчатых колес с помощью блокирующих контуров. Уфа, 1958.
Кривые, используемые при профилировании зубчатых колес
183
В этом случае при нормальной установке рейки подрезания нет, потому что
линия головок рейки проходит через точку касания линии зацепления с эволь-
вентой; z0 = 17,1, при а0 = 20° и zQ = 30 при а0 = 15°; z — число зубьев нарезае-
мого рейкой колеса.
Если колеса zx и z2, нарезанные рейкой с одним и тем же нормальным ша-
гом и углом а0, но при 51 и 5з введены в зацепление, то угол зацепления опре-
деляется по формуле:
<. S^ + ^tga,,
9- — । + V,
Z1 + Z2
9- = tga —a; &0 = tga0 —a0.
Коэффициенты смещения gi и g2 — операторы, при помощи которых произво-
дится расчет корригированных колес. Если = 0, то нарезаемые колеса
нормальные:
a0 = a; S' = S" = - т°^ - ; Л'= m0; Л" = 1,25т0.
При 51 = —5г получим смещенно-нулевое зацепление:
a = (Хд ; 51 S2 ; h-y
S[ = m0 ("У + 25i tg «О );
, /те \
S2 = m0 I у — 2?2 tg a0 I;
h\ = mo (t — 52); h2 = m0 (t — Si);
h\ 4- h\ = h'2-[- h'2 — h— 2,25m0 .
Такое зацепление применяется, если необходимо сделать колеса равнопроч-
ными на износ, уменьшить габаритные размеры передачи и в других случаях.
При 51 получим смещенное зацепление.
Рис. 3.19. Зубья асимметричного профиля для уменьшения давления на
подшипники. Угол зацепления для левых профилей меньше, чем для правых.
Вращение под нагрузкой только в одну сторону, так как при перемене направ-
ления вращения к. п. д. значительно понижается. Такие передачи применяются в
ручных подъемных механизмах. При подъеме груза передача работает с высоким
к. п. д., а при опускании — с низким, что уменьшает потребное усилие на ру-
коятку.
Рис. 3.20. Колеса внутреннего зацепления с прямым и косым зубом.
184
Раздел 3. Зубчатые колеса
Рис. 3.21
Рис. 3.22
Рис. 3.21. Внутреннее эвольвентное зацепление.
Рис. 3.22. Двойные зубчатые колеса со смещенными зубьями. Конструкция
позволяет без заметного нарушения правильности зацепления изменять расстоя-
ния между осями (что необходимо, например, в листовых прокатных станах),
уменьшая зазор относительным поворотом двух половинок. Кроме того, смеще-
ние зубьев дает возможность увеличить степень перекрытия.
Рис. 3.24
Рис. 3.23. Ступенчатое колесо с четырьмя ступенями. Степень перекрытия
с
больше, чем у цилиндрических колес с прямым зубом, на величину—, где с —
ts
смещение по дуге начальной окружности соответствующих точек профиля край-
них венцов.
Рис. 3.24. Устранение зазора между зубьями колес. Одно зубчатое колесо '
делается из двух половин 1 и 2, смещенных друг относительно друга в плоско-
сти вращения. Установка половин колеса производится винтом 4. В установ-
ленном положении половинки колес скрепляются болтами 3. Подобным же об-
разом можно устранить зазор в червячных передачах, однако при этом износ ко-
леса увеличивается.
Кривые, используемые при профилировании зубчатых колес
185
Рис. 3.25
Рис. 3.25. Устранение бокового зазора в зубчатых и червячных передачах.
Боковой зазор в зубчатой передаче 1—2 прибора может быть выбран посредст-
вом нейлонового колеса 3 (а), установленного между металлическими колеса-
ми 2 с несколько большей шириной зуба, или при установке вала одного ко-
леса на неподвижных подшипниках, а подшипники второго — на рычаге, кото-
рый посредством пружины прижимает
колеса друг к другу.
В червячной передаче один из под-
шипников 1 плавающий, второй 2 (б)
скользящего трения прикреплен плос-
кими пружинами 3 консольно или на
двух опорах к корпусу. Предваритель-
но изогнутые пружины 3 прижимают
червяк к колесу.
Рис. 3.26
Рис. 3.27
Рис. 3.26. Зубчатое колесо, составленное из ступицы 1 и венцов 3 и 5, сое-
диненных между собой пальцем 9 и упругими кольцами 2, 4, 7 из эластичного
материала, которые привулканизованы к кольцам 8 и 6 обойм. Может быть ис-
пользовано для выравнивания нагрузки до длине зуба и компенсации зазора.
Рис. 3.27—3.28. Цилиндрические зубчатые колеса с косым зубом. Для улуч-
шения работы цилиндрических зубчатых колес зубья выполняются косыми. На
рис. 3.28, а показана рейка с косым зубом.
Если такую рейку обкатывать по начальному цилиндру колеса (см. рис.
3.28, б), то получится линейчатая поверхность зуба в виде развертывающегося
геликоида. Пересечение поверхности зуба с плоскостью, перпендикулярной оси,
дает эвольвенту. Пересечение поверхности зуба с концентрическими цилиндра-
ми дает винтовую линию. Колеса характеризуются углом подъема винтовой ли*
нии по начальному цилиндру.
186
Раздел 3. Зубчатые колеса
Рис. 3.28
Торцовый и нормальный модуль связаны равенством mscos ро = ^п. Нор-
мальный модуль тп стандартизован. Степень перекрытия больше, чем е0 для ци-
линдрических колес с тем же числом зубьев.
. . b ctg ₽о
е = ео+ ---------•
В процессе работы колеса с косым зубом стремятся сместиться вдоль оси.
Рис. 3.29
Рис. 3.30
Кривые, используемые при профилировании зубчатых колес
187
Рис. 3. 29—3. 30. Шевронные колеса с зубом, изготовляемым методом обкат-
ки. Острие резца b (см. рис. 3.29) движется по удлиненной гипоциклоиде.
а 3
Отношение радиусов образующей и основной окружностей — = ь-^-, расстояние
гипоциклоида
краями.
острия 10Г1. Удлиненная
квадрату с закругленными
от центра образующей окружности
приближается при этих соотношениях
Рис. 3.31. Образование цикло-
идального зацепления. При цикло-
идальном зубчатом зацеплении про-
филь зуба получается в виде траек-
тории точки образующего круга при
качении его по начальным окружно-
стям. При
круга 7?i по
до
к
качении образующего
начальной окружности
Рис. 3.31
Рис.
3.32
Г1 получается гипоциклоида профиля .ножки зуба колеса /, а три качении этого
же круга по начальной окружности гг получается эпициклоида профиля головки
зуба колеса II. Подобным же образом — качением образующего круга Т?2 — полу-
чаются профили ножки зуба колеса // и головки колеса /.
Линией зацепления циклоидального профиля являются сопряженные дуги
ЕРг и PiF образующих окружностей. Усилие, действующее вдоль нормали, про-
ходящей через Pi, меняет свое направление. Зубчатые колеса циклоидального
зацепления весьма чувствительны к изменению расстояния между осями; для по-
строения системы сменных зубчатых колес применимы мало; подвержены мень-
шему износу по сравнению с эвольвентными профилями вследствие того, что во
всех случаях выпуклая часть профиля работает по вогнутой. Циклоидальные
профили не подвержены подрезанию.
Рис. 3. 32. Цилиндрические зубчатые передачи с точечным касанием системы
М. Л. Новикова. Во время работы передачи точка контакта перемещается по ли-
нии зацепления, параллельной осям колес. Высота зуба может быть весьма малой
и даже равной нулю. Профили в торцовом сечении очерчиваются дугами окруж-
ностей и имеют кривизну разных знаков. Минимальное число зубьев не ограни-
чено подрезанием, поэтому легко осуществить передачу с очень большим переда-
точным отношением.
Нагрузочная способность передачи М. Л. Новикова примерно вдвое больше,
соответствующей эвольвентной.
Рекомендуется * *:
as = 20° — 30°;
Pi = 1,35ms;,
р2 = (1,03 4- 1,10) pi;
* См. Г. Г. Баранов. Теория механизмов и машин, изд. II, 1958.
188
Раздел 3. Зубчатые колеса
S1==(l,3^ 1,5) S2.
Угол наклона зуба р =<5° — 40°.
Si и S2— толщина зубьев по начальной окружности в торцовом сечении.
S2 можно выбирать произвольно, причем Si + S2 < ts.
Колеса могут быть не только косозубыми, но и шевронными и могут приме-
няться для передач с как угодно расположенными осями.
Рис. 3.33
Рис. 3. 33. Зацепление с точкой. Приняв 7?i =г{ и = г 2, получим для каж-
дого из колес гипоциклоиду, (выродившуюся в точку, т. е. на ножке каждого из
колес профиль будет в виде точки. Линией зацепления является сумма дуг на-
чальных окружностей, лежащих между точками пересечения -с окружностями го-
ловок. Ножка каждого из колес очерчивается по удлиненной эпициклоиде, описы-
ваемой точкой на окружности головок сопряженного колеса.
Рис. 3. 34. Построение цевочного зацепления. Приняв в рис. 3. 31 7?i = 0 и
/?2 = г2, получим эпициклоиду и гипоциклоиду для колеса z2, выродившиеся в точ-
ки, а для первого колеса — профиль ножки, выродившийся в точку. Зуб на коле-
се z2 выполняется в виде цилиндра, а на первом колесе — очерчивается кривой
(пунктирная кривая), эквидистантной эпициклоиде а, получившейся в результате
качения окружности 2 по окружности 1.
Рис. 3.35
Рис. 3.36
Кривые, используемые при профилировании зубчатых колес
189
Рис. 3. 35. Цевочная передача. Отношение угловых скоростей равно обратно-
му отношению чисел зубьев.
Рис. 3. 36. Цевочная передача для больших передаточных чисел. Ведомое ко-
лесо 1—цевочное. Профилируется аналогично цевочному зацеплению. Ведущим
является колесо 2 с двумя зубьями.
Рис. 3.37 Рис. 3.38 Рис. 3.39
Рис. 3. 37. Цевочная передача для больших передаточных чисел. Ведущее
колесо — цевочное. При образовании циклоид альното профиля образующие ок-
ружности приняты равными = п; Rz = 0 (см. рис. 3.31), поэтому профиль
зуба на первом колесе целиком обращается в точку и заменен цевкой, а на вто-
ром колесе имеется только головка. Очертание действительного профиля эквиди-
стантно эпициклоиде, получившейся при качении начальной окружности 1 по ок-
ружности 2.
Рис. 3. 38. Двузубая передача циклоидального профиля. Образована качением
образующих окружностей 7?i = 7?г = ~£~ri ~ ~~^~Г2 (см- Рис- 3-31). Головка и нож-
ка зуба очерчены полной ветвью эпициклоиды и гипоциклоиды. Передача получи-
ла распространение в насосах при параллельной связи обычными зубчатыми ко-
лесами. Самостоятельно работать не может из-за самоторможения ’В некоторых
положениях, поэтому .валы соединены между собой обычными зубчатыми колеса-
ми с передаточным отношением, равным единице.
Рис. 3. 39. Внецентроидное цевочное зацепление. При качении начальной ок-
ружности / по окружности II центр каждой из цевок колеса 1 описывает укоро-
ченную гипоциклоиду. Действительный профиль колеса 2 следует взять эквиди-
стантным укороченной гипоциклоиде. Р — полюс зацепления.
Рис. 3.40. Внецентроидное цевочное зацепление для параллельных валов,
находящихся на небольшом расстоянии. Зубья расположены на торцовых плоско-
стях обоих колес. У одного колеса зубья представляют собой цевки, у другого
призмы с чечевицеобразным основанием.
Рис. 3. 41. Профилирование зубьев ротора насоса по фиг. 3. 42. При обкаты-
вании окружности 2 по окружности 3 точка описывает удлиненную эпициклоиду,
частями ветвей которой должен быть очерчен палец 1. Очертание АВ пальца со-
ответствует удлиненной эпициклоиде для второй точки зуба распределительного
ротора.
190
Раздел 3. Зубчатые колеса
Рис. 3.42. Насос с ротором, снабженным пальцами 3, вращающимися вок-
руг неподвижной втулки 2 и распределительным ротором 1. Профилирование
пальцев 3 показано на рис. 3.41.
Рис. 3.43
Рис. 3.44
Рис. 3. 43. Профиль ротора насоса очерчен по удлиненным эпициклоидам,
описываемым точками 5 при взаимном обкатывании центроид в относительном
движении. Роторы, выполненные в виде винтов, должны иметь подрезанную бо-
ковую поверхность. Глубина подрезки зависит от высоты зуба и угла подъема
резьбы.
Рис. 3.44. Внутреннее зацепление с передаточным отношением 1 : 2 и прямо-
линейным очертанием профиля зуба колеса с внутренним венцом.
Рис. 3 46
Рис. 3.47
Кривые, используемые при профилировании зубчатых колес
191
Рис. 3. 45. Зубчатое колесо внутреннего зацепления с закругленными зубьями.
Число зубьев колеса с внутренним венцом на единицу больше, чем с внешним.
Рис. 3.46. Трехплечий рычаг с роликами, катящимися в четырехлучевой кри-
волинейной ирорези. Отношение числа оборотов рычага и диска 1 равно 4:3.
Профилируется как цевочное зацепление.
Рис. 3. 47. Двуплечий рычаг с роликами, катящимися по трехлучевой криво-
линейной прорези. Отношение числа оборотов рычага и диска 1 при неподвижно
закрепленной оси О равно 3: 2. Профилируется как цевочное зацепление.
Рис. 3.48. Модель однозубого зубчатого колеса в зацеплении с рейкой.
Рис. 3. 49. Зубчатый редуктор с однозубым ведущим зубчатым колесом.
Рис. 3.50. Эллиптические зубчатые колеса. Центры вращений помещены в фо-
кусы. Передача воспроизводит переменное отношение угловых скоростей такое
192
Раздел 3. Зубчатые колеса
же, как и в шарнирном антипараллелограмме (см. рис. 2.76). Расстояние между
осями равно большому диаметру эллипса. Передаточное отношение
1 —е2
/ = -----------------,
1 — 2е cos ср + е2
V а? — Ь*
где е =------------ —эксцентриситет эллипса: а и b — большая и малая полу-
а
оси.
Рис. 3.51. Овальные зубчатые колеса. Эллипсы в механизме по рис. 3.50 ка-
тятся друг по другу без скольжения. Условия катания не изменятся, если углы
Ф1 и <р2, соответствующие изменению радиусов эллипсов от гг до гх и от г2 до
г2, уменьшить в m раз. Задаваясь углами ф1 и соответствующими им углами фг,
определим для каждой из пар углов «оапряженные с ними радиусы г\ и г2; затем
(fl <р2
отложим их для углов — и — . Если ш = 2, то углу поворота эллиптических
m tn
колес (по рис. 3.50), равному 2л, в производных колесах будет соответствовать
угол поворота л. Производные кривые будут иметь форму двулистника (ом.
рис. 3.51). Одному 'обороту ведущего звена соответствуют два периода изме-
нения передаточного отношения.
Рис. 3.53
Рис. 3.52. Производные зубчатые колеса, полученные на эллиптических ана-
логично рис. 3.51 при m = 3.
Рис. 3.53. Зубчатая передача с переменным передаточным отношением, име-
ющая среднее передаточное отношение 2 : 3, полученная как производная от эл-
липтических колес. Перекатывающиеся дуги соответствуют некоторым частям
эллипсов.
Кривые, используемые при профилировании зубчатых колес
193
Рис. 3.54
Рис. 3.56
Рис. 3.54. Зубчатая передача из овального И эксцентричного круглого колес.
Рис. 3.55. Логарифмическая спираль. Две одинаковые логарифмические спи-
рали кик' (r=^aem<x), вращающиеся в противоположные стороны вокруг своих
полюсов О и О', как центров, могут служить сопряженными кривыми, катящими
ся друг по другу без скольжения до момента касания спирали к в точке О' или
к' в О. Р — полюс.
Рис. 3.56. Зубчатые колеса, очерченные дугами логарифмических спиралей.
В положении, указанном на схеме, в механизме имеет место удар.
Рис. 3.57. Зубчатые колеса с переменным передаточным отношением началь-
ные цилиндры которых очерчены дугами логарифмических спиралей. Период из-
менения передаточного отношения равен одному обороту.
Рис. 3.58
Рис. 3.58 Улиткообразный зубчатый механизм. На ведущем валу 1 и ведо-
мом 2 закреплены улиткообразные зубчатые колеса 3 и 4. Угол поворота звеньев
может превышать 360°. На валах 1 и 2 имеется резьба, посредством которой
достигается осевое смещение колес и постоянный контакт зубчатых спиралей
7 С. Н Кожевников и др.
194
Раздел 3. Зубчатые колеса
Рис. 3.59. Зубчатая пе-
редача, аналогичная рис.
3.57, с двумя периодами из-
менения передаточного - от-
ношения.
Рис. 3.60. Зубчатые ко-
леса, начальные цилиндры
которых очерчены логариф-
мическими спиралями с-раз-
личными параметрами на
Рис. 3.60
отдельных участках.
Рис. 3.61
Рис. 3.62
Рис. 3.61. Колеса, очерченные дугами логарифмических спиралей, образую-
щих криволинейный квадрат. Колеса можно выполнить в виде многоугольника.
Точки Л и Л', а также В и В' совпадают в полюсе Р.
Рис. 3.62. Начальные цилиндры по рис. 3.61, очерченные дугами логарифми-
ческих спиралей, приближенно можно заменить квадратами.
Рис. 3.63
Рис. 3.63. Механизм рулевого привода судна. Центроида зубчатого сектора 2
отличается от дуги круга. При увеличении угла поворота зубчатого сектора пере-
даточное отношение уменьшается и увеличивающееся сопротивление на привод-
ном валу 1 сказывается незначительно. Звено 3 закреплено на валу 1 неподвиж-
но, зубчатый сектор 2 — свободно.
Рис. 3.64. Передача из трех эллиптических колес с высокой степенью нерав-
номерности. \
Рис. 3.65. Приспособление для фрезерования шестиугольника. На оси М вра-
щается зубчатое колесо 3, а на оси N — зубчатое колесо 1, зацепляющееся с про-
межуточным зубчатым колесом 2 (7?i : R2 = 3 : 1; R3 = fa). Если на оси N укре-
пить шестиугольник S и привести систему во вращение, то сопряженной с шести-
угольником кривой будет эллипс Е. Если на оси М закрепить поводок и разме-
стить на нем фрезы F таким образом, чтобы их режущие кромки перемещались
по эллипсу Е, то при вращении системы можно фрезеровать шестиугольник.
Кривые, используемые при профилировании зубчатых колес
195
Рис. 3.66. Нарезание некруглых зубчатых колес по способу копирования. При
нарезании используется круглая рейка, центроида которой обкатывается по
центроиде нарезаемого некруглого колеса. Обкатка достигается тем, что копир 6,
соответствующий по форме центроиде нарезаемого колеса, связан стальной лен-
7*
196
Раздел 3. Зубчатые колеса
той с линейкой 5, скользящей вдоль полого вала 5. Осевые перемещения оправ-
кё 2 и фрезе 1 сообщаются через ось О4 пантографа 4, уменьшенными в tn раз
(см. рис. 10.87). Обрабатываемое колесо 9 вращается с такой же угловой, скоро-
стью'как и копир 6, а ось 01, укрепленная на рычаге, отклоняется от центроиды
фрезы на расстояние, пропорциональное отклонению оси О2 от линейки. Коэффи-
циент пропорциональности m такой же, как и для пантографа. Замыкание копира
и линейки производится грузом 8. Подача осуществляется маховичком 7.
Рис. 3.67. Приспособление для нарезания некрутлых зубчатых колес по спо-
собу копирования. Принцип нарезания аналогичен рис. 3.66. Копир 4 увеличен-
ный в m раз по сравнению с колесом, катится без скольжения по линейке 5. Чи-
стое качение обеспечивается стальными лентами, охватывающими копир и закре-
пленными в точке А копира и на стойках 1. При обкатывании ось 3 копира
скользит в пазу гайки 2 и сообщает пропорциональные перемещения оси заго-
товки. С — С траектория оси копира; С' — С'—траектория оси заготовки.
Вращение заготовке от копира передается цепной передачей f с передаточным от-
ношением, равным единице.
Рис. 3.70
Рис. 3.68
Рис. 3.68. Нарезание некруглых зубчатых колес по способу копирования. При
массовом изготовлении зубчатых колес используется образцовое зубчатое коле-
со /, установленное на одном и том же шпинделе с нарезаемыми колесами 4.
Образцовое колесо, обкатываясь по неподвижной рейке 2 при продольном пере-
мещении суппорта, сообщает поперечное перемещение салазкам со шпинделем
и вращение заготовкам. На схеме 3 — инструментальная? рейка.
П рост ранете енные зубчатые передачи
197
Рис. 3.69—3.70. Нарезание некруглых зубчатых колес долбяком. Принципи-
альная схема показана на рис. 3.69. В пазу поводка 3, ювязанного с червячным
колесом 5, скользит ось копира 2, очерченного по центроиде некруглого колеса.
Последний обкатывается без скольжения при помощи стальных лент по диску 4
с диаметром, равным диаметру начальной окружности долбяка. На оси копира
закреплена заготовка нарезаемого колеса. При малых размерах некруглых колес
следует применять приюлособление с пантографом, показанным на рис. 3.70. О\—
ось вращения червячного колеса 5, приводимого во вращение червяком 1 (см.
рис. 3.69).
ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ
Рис. 3.71. Гиперболоид как след перемещения отрезка 1 прямой (см. рис. а),
вращающегося вокруг неподвижной оси х— х, скрещивающейся с перемещаю-
щимся отрезком под некоторым углом. Образующие гиперболоида — прямые ли-
нии. Два гиперболоида (б) могут соприкасаться по образующим.
Рис. 3.71
Гиперболоидальные зубчатые колеса. Направления зубьев гиперболоидаль-
ных колес (в) совпадают с направлением образующих гиперболоида. Так как об-
разующая гиперболоида — прямая, то и образующая профиля зуба также пря-
мая, поэтому для образования зубчатых колес можно вырезать участки в раз-
личных частях гиперболоида. На практике обычно части гиперболоида, вырезан-
ные из горловины, заменяют цилиндрами, получая при этом винтовые колеса
(см. рис. 2.39); при вырезании из других частей гиперболоида — обычными кону-
сами.
Общая образующая ЕЕ является мгновенной осью относительно вращения и
скольжения гиперболоидальных колес. Угол ср скрещивания осей I — I и II — II и
углы epi и ср2 наклона образующих с осями колес определяются из равенств:
sin ср . fig sin ср
g<fl (12 +cosep ’ g<f>2 l+(12coscp'
Кратчайшее расстояние между осями гиперболоидов делится осью ЕЕ мгно-
венного вращения и скольжения на части ri и г2
г± _ со2 со2 + сох cos ср ~ tg <р!
r2 (Di (Oi + ^COSCp tgcp2 *
198
Раздел 3. Зубчатые колеса
Для колес, вырезанных из горловины (или приближенных винтовых), переда-
точное отношение
Z2 /*2 COS ?2
z12 — — •
Zi /1 COS ?!
Торцовые шаги каждого колеса определяются из равенств
tn = hi cos?! = ts2 cos ?2.
Гиперболоидальное зацепление имеет частные случаи:
1) цилиндрические зубчатые колеса, если образующая параллельна оси и
2) конические зубчатые колеса, если образующая пересекает ось
Рис. 3.72
Рис. 3.72. Профилирование конических колес эвольвентного зацепления.
При качении большого круга (а) по основному конусу каждая точка круга
описывает сферическую эвольвенту GL, а радиус — коническую поверхность со
сферической эвольвентой в основании. При профилировании необходимо внутри
начальных конусов (б), имеющих общую образующую ОР, выбрать большой
круг AfiCW2P и провести основные конусы г02 и rOi, касающиеся большого, круга
Выбрав прямую на большом круге и перекатывая большой круг по конусу гоь
получим эвольвентную коническую поверхность, часть которой может быть ис-
Рис. 3.73
Рис. 3.74
Пространственные зубчатые передачи
199
пользована для очерчивания боковой поверхности зуба первого колеса. Анало-
гично получается сопряженная боковая поверхность зуба второго колеса. Отноше-
ние радиусов начального и основного конусов такое же, как отношение радиусов
начальной и основной окружностей цилиндрических зубчатых колес.
Рис. 3.73. Приближенное профилирование конических зубчатых колес 1 и 2.
Части сферы, на которой располагаются сферические кривые, очерчивающие про-
филь зуба, приближенно могут быть заменены поверхностями дополнительных
конусов MOiP и NO2P. Развернув 'дополнительные конусы и произведя профили-
рование, как для цилиндрических колес, развертки можно навернуть обратно на
конус.
Радиусы разверток
Л г?
Д1 = —4- и«г= —,
COS р! COS р2
где Г1 и г2 — сопряженные радиусы оснований начальных конусов;
2Pi и 202— углы при вершине начальных конусов.
, z± , z2
Число зубьев фиктивных цилиндрических колес: Zj = ----— и z2 =------—.
Минимальное число зубьев малого конического колеса эвольвентного профиля/
свободного от подрезания ножки зуба, определяется по формуле
4
Zjmin »~~~ : ~ • COS Bi.
(2 — *21) Sln2 a
Если угол пересечения осей Р, то '
Z12 + cos₽ 1 4-712 cos Р
ctg= ' "-„о------ и ctS ₽« = —:—^7^ ’
Sin Р z12 sin р
1 . ^2
~7~ = 4г = ~~ I ₽ = Pj + Рг.
*21 Ч
Рис. 3.74. Форма зубьев конических зубчатых колес: а—прямой зуб; б —
косой или тангенциальный зуб; в — угловые или шевронные зубья; г — спираль-
ный зуб; д — эвольвентный зуб; е — круговой зуб.
Рис. 3.75. Профиль плоского колеса. В плоском колесе эвольвентный конус
при вершине имеет угол 180°, поэтому профилем плоского колеса является сфери-
ческая эвольвента, а следовательно, боковая поверхность зуба отличается от пло-
скости (а). Если взять поверхность зуба в виде плоскости, то получим октои-
дальное зацепление (б), используемое при нарезании конических колес.
Режущий зуб плоского колеса, по которому обкатывается нарезаемое колесо,
выполняется в виде плоского, резца.
200
Раздел 3. Зубчатые колеса
Рис, 3.76. Червячное зацепление. Передаточное отношение
П1___z2
112 — — >
П2 Zj.
где z2 — число зубьев червячного колеса;
Zi — число заходов нарезки червяка.
Коэффициент полезного действия зависит от угла подъема винтовой линии
по начальному цилиндру; при ведущем червяке
tga
1| = tg(a+p)’
при ведущем колесе
tg(a—р)
7] =----------
tga
где a — угол подъема винтовой линии;
р—угол трения.
При ведущем колесе передача может работать только при a > р. Чаще при-
меняется в качестве редукционной пары. Опора для восприятия осевого усилия
червяка обязательна.
Рис. 3.77. Червячное колесо, входящее по очереди в зацепление с тремя чер-
вяками а, Ь, с с разным числом заходов. Так как угол наклона нарезки у всех
трех червяков разный, то соприкосновение между поверхностью зубьев колеса
и червяка происходит на небольшой длине зуба колеса. Поэтому колеса таких
передач имеют меньшую ширину зуба, чем червивые передачи обычного типа.
А-А
Рис. 3.78
Рис. 3.78. Цилиндрическая червячная передача с зубьями ,в виде роликов Л
установленных для увеличения к. п. д. за счет уменьшения трения.
Рис. 3.79. Глобоидальная червячная передача для передачи больших сил.
П ространственные зубчатые передачи
201
Передача получила название по форме червяка /, имеющего начальную поверх-
ность в виде глобоида. Глобоид — тело вращения, получаемое при вращении
круга вокруг оси, лежащей вне круга и в плоскости круга. Глобоидальные пере-
дачи обладают высоким к. п. д. В настоящее время получили широкое примене-
ние в интенсивно работающих передачах, в частности, в тяжело нагруженных
механизмах металлургических машин.
Рис. 3.81
Рис. 3.82
Рис. 3.80. Глобоидальная червячная передача с зубьями в виде роликов 1.
Рис. 3.81. Устранение осевого давления на червячное колесо. Червяк 1 вра-
щается непосредственно от ведущего вала /, червяк 2 — через зубчатые колеса
Zi, z2. Один из червяков имеет правый, другой левый ход. Передача будет рабо-
тать без дополнительных нагрузок при достаточно точном изготовлении.
Рис. 3.82. Устранение осевого давления на червяк. Червяки 1 и 2, сидящие
на одном валу, имеют разное направление витков.
Рис. 3.83. Червячная передача с цевками на колесе, расположенными на тор-
цовой плоскости (см. также рис. 3.89).
Рис. 3.84. Червячная передача с большим шагом червяка. Ведущим являет-
ся колесо, ведомым — червяк. Применяется для мультиплицирующих передач в
механизмах, рассчитанных на передачу небольшой мощности^ например, в тор-
мозах регуляторов, в центрифугах и т. п.
202
Раздел 3. Зубчатые колеса
Рис. 3.88
Рис. 3.86. Передача, заменяющая червячную.
Рис. 3.87. Реечно-червячное зацепление: а — рейка с косыми зубьями; б —
рейка с прямыми зубьями.
Рис. 3.88. Последовательное соединение червячных пар I и II для получения
большого передаточного числа.
Рис. 3.89. Червячная передача с роликовыми пальцами в рулевом механизме
автомобиля.
МЕХАНИЗМЫ, СОСТАВЛЕННЫЕ ИЗ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Зубчатые передачи строятся не только в виде пары зубчатых колес того
или иного вида зацепления, но и в более сложных комбинациях, образуя рядо-
вое зубчатое зацепление, возвратный ряд, эпициклические передачи, сложные раз-
ветвленные и замкнутые передачи и ряд других. По характеру использования
в машине или механизме зубчатые механизмы обычно подразделяются на следую-
щие группы.
Редукторы (мультипликаторы)—механизмы, предназначенные
для уменьшения (увеличения) числа оборотов ведомого вала по сравнению с чис-
лом оборотов ведущего вала. Некоторые механизмы в зависимости от потребно-
сти могут быть использованы .в качестве редуктора или мультипликатора. Ряд
механизмов — это относится главным образом к червячным механизмам и плане-
тарным передачам—вследствие самоторможения может быть использован только
в качестве редуктора.
Коробки скоростей — механизмы, позволяющие эпизодически изме-,.
нять число оборотов ведомого вала путем переключения различных цепей зубча-
тых колес, образующих рядовые зацепления, эпициклические передачи и др. На
Механизмы, составленные из зубчатых колес
203
практике получили весьма широкое распространение коробки скоростей различ-
ных типов, отличающиеся количеством возможных передаточных отношений и
конструктивными особенностями.
Механизмы настройки — всякого рода гитары, коробки подач, смен-
ные колеса, позволяющие изменять в зависимости от потребности отношение чи-
сел оборотов.
Реверсивные механизмы — механизмы, позволяющие изменять на-
правление движения на противоположное.
Суммирующие и компенсирующие уравнительные механизмы (диффе-
ренциалы) .
Грузоподъемные механизмы — тельферы, лебедки и др.
Механизмы управления.
Во многих случаях механизм, составленный из зубчатых колес, выполняет
несколько функций одновременно. Например, планетарный редуктор может быть
использован в качестве предохранительного механизма.
По структуре механизмы, составленные из зубчатых колес, разделяются на
простые передачи, в которых оси всех колес неподвижны, и эпициклические, в ко-
торых некоторые колеса (сателлиты) вращаются вокруг собственной оси и вокруг
центральной оси передачи.
В зависимости от назначения механизмы, составленные из зубчатых колес,
могут им’еть одну или более степеней свободы, в соответствии с чем должно
задаваться количество независимых движений.
При расчете или анализе механизмов, составленных из зубчатых колес, воз-
никают задачи двух видов, а именно: необходимость выразить передаточные от-
ношения через параметры передачи или необходимость определить параметры
передачи по заданным передаточным отношениям или числам оборотов. Задача
первого рода вполне определенная и имеет единственное решение. При решении
задачи второго рода возникают затруднения вследствие большого числа решений,
из которых следует выбрать наиболее благоприятные. Однако в некоторых слу-
чаях точное решение вообще отсутствует и практически приходится подбирать
наиболее близкое решение, при котором заданное передаточное отношение может
быть реализовано с наименьшей ошибкой.
Рис. 3.91
Передаточное отношение пары колес внешнего зацепления (рис. 3.90)
. __П1____г2. JL
*12 — — — — — —
**2 ^2 Г1 ^1
Знак минус принят, потому что колеса вращаются в противоположных напра-
влениях.
204
' Раздел 3. Зубчатые колеса
Для внутреннего зацепления (рис. 3.91)
сох г2 ?2
112 — — — —
П2 <о2 Гх ?!
Для пары конических зубчатых колес передаточное отношение (рис. 3.92)
/?1 ?2 sin
^12 — == " ~~ ,
п2 ?! sin pi
где 2(31 и 2р2 — углы при вершине начальных конусов.
Знак 'вращения ведомого колеса определяется по стрелкам.
Полное передаточное отношение рядового зацепления, т. е. отношение чисел
оборотов первого и последнего валов передачи, равно произведению простых пе-
редаточных отношений пар зубчатых колес, связывающих между собой два ка-
ких-либо промежуточных вала:
______ ... . г2?з?4 ?к__m
Чк “ 1\2 г23 *34 • • • Ч—1 ,к —__________________/ / • • • / V-1) >
21 г2 23 2к— 1
где m—'число внешних зацеплений.
Определение знака передаточного отношения имеет смысл только для пере-
дач, составленных из цилиндрических зубчатых колес. Для соосной (см. рис.
3.97, а и б) конической передачи знак передаточного отношения определяется
при помощи стрелок. Зубчатое колесо (паразитное), одновременно зацепляющее-
ся с двумя другими на величину передаточного отношения не влияет, но меняет
знак его на противоположный. Четное число паразитных зубчатых колес знака
передаточного отношения не меняет.
Простые передачи
Рис. 3.93. Передача цилиндрическими зубчатыми колесами: а — ведущие и
ведомые колеса вращаются в разные стороны; б — ведущее и ведомое колесо
вращаются в одну сторону. Промежуточное колесо—паразитное.
Рис. 3.93
Рис. 3.94
Рис. 3.95
Рис. 3.94. Передача цилиндрическими зубчатыми колесами. Оси ведущего /
и ведомого II колес совпадают. Направление вращения — противоположное.
Рис. 3.95. Рядовое зацепление
2\ 23 2 4 2\ 23 Sin04
41 — = : ~~.
?з Ч z3 ?4 sm₽5
Направление вращения ведомого вала определяется при помощи стрелок.
Рис. 3.96. Возвратный ряд. Оси колес ?i и ?3 совпадают.
Механизмы, составленные из зубчатых колес
205
Рис. 3.97. Возвратные ряды, состав ленные из конических колес. Для ряда а
113---------
21 ’
Для ряда б
Z2Z3
Z13 — ,
г122
Рис. 3.97
Рис. 3.98. Передача с внутренним зацеплением. Цепная звездочка 1 имеет
внутреннее зацепление. Ведущим звеном является шестерня 3. Колеса 2 и 4 —
промежуточные.
Рис. 3.99. Схемы передачи движения вертикальным валкам универсальных
станов. Передача движения от конических зубчатых колес к валкам, положение
осей которых может изменяться, осуществляется посредством шпинделей с уни-
версальными шарнирами. Передачи отличаются тем, что по схеме б каждый ва-
лок имеет свою пару конических колес, а по схеме а — одна пара конических
колес заменена цилиндрическими колесами.
Рис. 3.100. Редуктор, встроенный в корпус электродвигателя. • Колесо 1 —
ведущее, закреплено на полом валу статора двигателя; колесо 2— паразитное;
колесо 3 — с внутренним зацеплением — ведомое.
Рис. 3.101. Сдвоенный двухступенчатый редуктор для больших мощностей
с разветвлением силового потока. Применяется для: 1) уменьшения нагрузки на
зубья; 2) уменьшения радиального давления на подшипниках промежуточных
валов и 3) уничтожения радиального давления на подшипники соосных ведуще-
го 1 и ведомого II валов.
а — двухступенчатый; б — четырехступенчатый.
206
Раздел 3. Зубчатые колеса
Рис. 3.100
Рис. 3.101
Рис. 3.102. Зубчатый редуктор к шестеренной клети стана холодной прокатки
N = 2250 л. с.
Механизмы, составленные из зубчатых колес
207
208
Раздел 3. Зубчатые колеса
Рис. 3.103. Зубчатый механизм для 'безударного .вскрытия чугунной летки до-
менной печи. На кронштейне подвижной каретки 3 укреплен реверсивный элек-
тродвигатель /, от которого через пару колес 2 сверло 8 получает вращение и
движение подачи посредством связанной с кареткой 3 гайки /2, вращающейся
при движении сверла вперед от передачи 2—9—10 (муфта 6—7 включена) и при
движении сверла назад после реверсирования двигателя от цепи 4—5—10 (муфта
6—7 выключена). Управление муфтами осуществляется электромагнитами. Ско-
рость рабочей подачи сверла 0,6 м1мин, скорость обратной подачи в 10 раз больше.
Защитный кожух И вместе с машиной убирается в сторону от летки посред-
ством поворотной колонны с кронштейном, к которому прикреплен кожух.
Рис. 3.104. Зубчатый /механизм опрокидывания ковша шлаковоза. Винт 7,
приводимый в движение от электродвигателя 1 через муфту 2, редуктор 3 и зуб-
чатую пару 6, соединен с гайкой 14, перемещающей посредством цапфы 13 зуб-
чатый сегмент 12, сцепленный с неподвижной рейкой 9. На направляющем рель-
се 8 установлен бегунок 11, жестко соединенный с сегментом 12 опорного коль-
ца 10. Радиус бегунка равен радиусу начальной окружности сегмента. При вра-
щении винта 7 гайка 14 заставляет сегмент обкатываться по рейке, в результате
чего бегунок 11 перемещает опорное кольцо 10 с ковшом. Теперь одновременно
с опрокидыванием ковш смещается к краю платформы, чтобы шлак выгружался
в стороне от железнодорожных путей. В конечных положениях ковша командо-
аппарат 5, соединенный цепью 4 с винтом 7, выключит электродвигатель /.
На рис. б показан механизм опрокидывания ковша с двумя приводными
винтами, имеющими один правую, а другой левую нарезки.
Рис. 3.105. Двухступенчатый зубчатый редуктор с предохранительной
муфтой.
Рис. 3.106. Трехступенчатый зубчатый редуктор с тормозом 1, работающим
под действием поднимаемого груза.
Рис. 3.107. Храповой редуктор. На ведущем валу 4 установлены: жестко-
храповое колесо 3 и свободно — колесо 2 с таким же числом зубьев. К колесу 2
прикреплен зубчатый венец 1 с несколько большим наружным диаметром, чем
диаметр колеса 3, и шагом, кратным шагу колес 2 и 3. На валу 4 свободно уста-
новлено коромысло 5 с собачками 6 и 7, которое получает колебательное движе-
Механизмы, составленные из зубчатых колес
209
210
Раздел 3. Зубчатые колеса
ние от тяги 8. Ширина собачки 6 равна суммарной ширине колес 3 и //а ширина
собачки 7 — ширине колеса 2. Храповое колесо 2 поворачивается при каждом ра-
бочем ходе коромысла 5, а храповое колесо 3 поворачивается в тот период, когда
впадины на венцах колес 1 и 3 совпадают и собачка 6 западает 'во впадину ко-
леса 1. При наличии одной впадины на венце 1 (на рис. показано несколько) зуб-
чатое колесо 3 повернется один раз за период полного оборота колеса 2. Собач-
ка 9 препятствует вращению колеса 3 при холостом ходе коромысла 5.
Рис. 3.108. Двухступенчатый редуктор с храповыми колесами. На ведомом
валу 6 закреплено храповое колесо 7 и свободно вращается ведущий шкив 11,
закрепленный на втулке 9. На оси 5 свободно вращается промежуточное храпо-
вое колесо 1 и качается коромысло 2 с собачкой 12 и роликом 10, прижимающим-
ся к эксцентрику на втулке 9 шкива. Эксцентриситет втулки выбран так, что за
один оборот шкива колесо 1 поворачивается на один зуб. Эксцентрик 4 втулки
колеса 1 через ролик 3 сообщает качательное движение коромыслу 8 с собачкой,
Механизмы, составленные из зубчатых колес
211
поворачивая колесо 7 на один зуб за полный оборот колеса 1. Таким образом,
полное передаточное отношение для чисел зубьев колес этого механизма
г’1П7 =2i27= ЮО-75 = 7500.
Редуктор создает пульсирующее движение ведомого вала при со = const.
Однако это практически на работу привода не 'влияет вследствие большого пере-
даточного отношения.
/J-/J
Рис. 3.109
Рис. 3.109. Схема редукторов 24-цилиндровых Н-образных авиационных дви-
гателей для передачи движения на два соосных противоположно вращающихся
винта. В случае необходимости один из коленчатых валов можно остановить
Расположение осей валов может быть по схеме а или б.
Рис. 3.110
Рис. 3.110. Редуктор для передачи мощности ют двух авиационных двигате-
лей 1 и 4 на один винт с помощью конических зубчатых колес Zi, z2 и z3. Посред-
ством муфт 2 и 3 со шлицами можно включать каждый из двигателей поочеред-
но и одновременно или выключать во время работы. На рис. муфта 2 включена,
а муфта 3 выключена.
212
Раздел 3. Зубчатые колеса
Рис. 3.111
Рис. 3.111. Редуктор авиационного двигателя для передачи мощности на два
соосных винта. Коленчатый вал 1 через пару колес 2 и 3 передает движение на
винт, насаженный на внешнюю втулку, а вал 5 при помощи колес 4 и 6 приводит
в движение винт, связанный с центральной втулкой.
Рис. 3.112
Рис. 3.112. Редуктор со спироидной передачей. В конструкции червяк 1 и вал
2 колеса имеют по две опоры.
Механизмы, составленные из зубчатых колес
213
Рис. 3.113
Рис. 3.113. Редуктор со скрещивающимися осями валов при раздвоенной спи-
роидной зубчатой передаче.
Ведущий конический червяк 1 зацепляется с зубьями двух конических колес
2 и 5, закрепленных на выходном валу 4. В сопоставлении с одинарной спироид-
ной передачей зацепление может передавать почти удвоенную мощность.
Рис. 3.114
Рис. 3.114. Реверсивный двухскоростной мальтийский механизм состоит из
зубчатой передачи с передаточным отношением 2 : 1 и мальтийского креста. Ве-
дущим звеном механизма является зубчатое колесо 1 с прикрепленным к нему
кривошипом 7, ведомым — мальтийский крест 5 с тремя пазами, расположенны-
ми под углом 60°.
214
Раздел 3. Зубчатые колеса
Считая положение механизма, изображенное на рис. начальным и вращая
зубчатое колесо 1 против часовой стрелки, получим следующий цикл движений:
ролик 6 кривошипа 7 выходит из паза а креста 5, а ролики 4 и 3 зубчатого
колеса 2 последовательно входят в пазы в и с креста 5 и дважды поворачивают
его на 60°, при этом колесо 2 повернется на 240°, а колесо 1 на 120°. В после-
дующий период движения ролик 8 кривошипа 7 войдет в паз а и повернет крест 5
в начальное положение со скоростью, вдвое большей, чем при прямом ходе.
Рис. 3.115. Редуктор с предельным кулисным механизмом.
Оси ведущего вала 2 и ведомого 5 (а) смещены на величину е. На торце ве-
дущего вала 2 по диаметральной кривой симметрично, на расстоянии 2е закрепле-
ны пальцы 1 с установленными на них ползунами 4. На торце диска 3 ведомого
вала 5 (б) сделаны пазы, в которых скользят ползуны 4 со специальными направ-
ляющими 6 на них. Передаточное отношение редуктора равно двум.
Рис. 3.1.16
Механизмы, составленные из зубчатых колес
215
Рис. 3.116. Редуктор с тороидной передачей шахтных лебедок завода «Крас-
ная Гвардия».
Передача движения от ведущего вала 9 к барабану 2 лебедки осуществля-
ется по двум ступеням. Зубчатое колесо 8 первой ступени закреплено на веду-
щем валу 9 и передает движение колесу 5, неподвижно соединенному с червяком
4 тороидной передачи внутреннего зацепления. Венец 7 тороидной передачи закре-
плен на консольной части внутренней поверхности барабана 2 лебедки. Блок, со-
ставленный из колеса 5 и червяка 4, установлен на неподвижной оси 6 на шари-
ковых подшипниках. Опорами для барабана 2 лебедки служат шарикоподшип-
ники 3 и 1.
Рис. 3.117. Зубчатый механизм для плавного изменения радиуса кривошипа.
Диску 4 с пальцем 2 кривошипа вращение передается посредством колес 14
и 6. В полой части диска 4 и его вала 13 установлен механизм для изменения
величины радиуса кривошипа. Ползун 1 пальца 2 прикреплен к зубчатой рейке 3,
соединенной с рейкой на штоке 7 с помощью зубчатого колеса 5. Вращением вин-
та 11 в неподвижной гайке 12 посредством зубчатых колес 8, 9 и 10 осуществля-
ется перемещение рейки 3, следовательно, и изменение радиуса кривошипа.
•216
Раздел 3. Зубчатые колеса
“)
Рис. З.П8
Рис. 3.118. Классификация механизмов коробок (скоростей и подач:
а — простая однопарная передача сменными колесами;
б — элементарная двухваловая коробка с постоянными зубчатыми колесами;
в — механизм с обратными ступенчатыми конусами;
г — простая одноступенчатая передача с паразитным колесом;
д — механизм с обратными ступенчатыми конусами и паразитным колесом;
е — конус с накидным зубчатым колесом;
ж — двухступенчатая передача;
з — элементарная коробка с муфтами переключения на 12 скоростей;
и — коробка скоростей со ступенями возврата;
к — коробка скоростей со связанными колесами (даны жирной линией).
Рис. 3.119. Механизм «заскакивающей шпонки», применяемый в станочных
коробках подач. В зависимости от положения шпонки /, передвигаемой в прорези
вала /, соответствующее колесо передает движение колесу, заклиненному на ведо-
мом валу II. При 'больших усилиях и скоростях шпонка быстро изнашивается.
Рис. 3.120. Автомобильная коробка передач с тремя ступенями переднего хода
и одной — заднего. Порядок включения зубчатых колес: первая ступень 3—7(6)—
Механизмы, составленные из зубчатых колес
217
Рис. 3.119
Рис. 3.120.
< вторая 1(2) — 9—6—4, третья 3(4). Задний ход 2—5—8(9)— 6—4; 5 —паразит-
ное зубчатое колесо.
Рис. 3.121
Рис. 3.121. Реверсивная коробка ско-
ростей, 'имеющая восемь прямых и во-
семь обратных ступеней скорости. Зуб-
чатые колеса /м2 можно сцеплять с
колесом 3 или 6 с соответствующей
фиксацией колеса 4 посредством паль-
ца 5. При большом передаточном числе
включают последовательно все зубча-
тые колеса.
Рис. 3.122. Два зубчатых конуса с
накидным зубчатым колесом, соединен-
ные последовательно; шестнадцать сту-
пеней скоростей при двенадцати зубча-
тых колесах.
218
Раздел 3. Зубчатые колеса
Рис. 3.123
Рис. 3,123. Коробка скоростей с переключением ступеней поворотными
шпонками 3. Все четыре шпонки передвигаются от общего поводка 4 и пово-
рачиваются пружиной так, что выступ 1 заходит в пазы колес. Между зубчаты-
ми колесами установлены дистанционные кольца 2.
Рис. 3.124. Зубчатая передача с переключением скоростей винтовыми ме-
ханизмами. Если включить коническую муфту 3 (а), то движение от ведущего
вала 6 к ведомому 12 будет передаваться парой зубчатых колес 2 и 9. Если
Механизмы, составленные из зубчатых колес
219
включить муфту 10, то движение будет передаваться зубчатыми колесами 1
и 11.
Включение одной из муфт при одновременном выключении другой осущест-
вляется винтовыми механизмами, состоящими из винтов 5, 8 и гаек 4, 7, кине-
матически связанных зубчатыми сегментами и поворачивающихся на соответ-
ствующий угол рукояткой 18 (б).
Рис. 3.125. Переключение трехступенчатой коробки скоростей двухпоршне-
вым цилиндром. На ведущем валу 1 (а) заклинено зубчатое колесо 2, на ведо-
мом валу 7 свободно установлены зубчатые колеса 3, 5 и 6, которые соединяют-
ся с валом посредством сдвоенных фрикционных или зубчатых муфт 8 и 9, ус-
тановленных на скользящих шпонках. На промежуточном валу 10 смонтирован
блок из четырех зубчатых колес. Поршень 11 цилиндра 4 (б) закреплен непод-
вижно. При подаче жидкости в левую полость цилиндра 4 с валом 7 соединяет-
ся зубчатое колесо 5. При подаче давления в правую полость цилиндра с ва-
лом 7 соединяется зубчатое колесо 3. Действием давления в средней полости
цилиндра поршень 12 перемещается вправо, при этом муфта 8 соединяет с ва-
лом 7 зубчатое колесо 6. Соответствующие положения цилиндра и поршней по-
казаны на рис. б. f
220
Раздел 3. Зубчатые колеса
Рис. 3.126. Коробка скоростей с непараллельными осями ведущего и ведо-
мого валов. На валу 1, расположенном перпендикулярно шпинделю, заклинен
конус зубчатых колес — z7 , с каждым из которых вводятся в зацепление
конические колеса z2 и z4, скользящие по шпонкам валиков II и III, фиксируе-
мых аналогично каретке коробки скоростей с зубчатым конусом и накидным
зубчатым колесом. На концах валиков II и III заклинены конические колеса z\
и г3, передающие движение на шпиндель и в коробку подач соответственно.
Рис. 3.127
Рис. 3.127. Коробка
скоростей. Ступенчатый
с двойным качающимся
конус 21 — г4 с колесом
зубчатым конусом на восемь
z и конус 25 — г8 с колесом
Механизмы, составленные из зубчатых колес
221
г2 заклинены на валиках 1 и 5, вращающихся в подшипниках качающейся
рамки 2—4. Движение от ведущего колеса z может быть передано через любое
колесо конуса на ведомое колесо z" вала //.
Общее число зубчатых колес коробки
k = i + 4,
где i — число скоростей коробки.
В зацеплении постоянно находятся пять колес.
Рис. 3.129
Рис. 3.128. Восьмискоростная коробка меандр
меняемая в механизмах подачи токарных станков
одинаковых блоков зубчатых колес. Первая пара
заклинена на ведущем валу /, остальные посаже-
ны на втулке; ведомый вал // получает движение
через накидное зубчатое колесо z0. Отношение
Zi/z2 принято равным 2 и z' = Z\. Меандр исполь-
зуют для изменения диап.аво'на подач в сторону
повышения (удвоения) или понижения.
Рис. 3.129. Передача на несколько валов с
изменяемым положением осей. Положение ведо-
мых валов II фиксируется замком D.
Рис. 3.130. Селекторная коробка скоростей с
четырьмя скоростями и задним ходом. На пер-
вой скорости колесо 1 соединяют с валом 8, на
второй — колесо 2 с валом S, на третьей — коле-
со 3 с валом 6, на четвертой — колесо 4 с ведо-
мым валом II. Колесо 5 соединено с колесом на
валу I посредством паразитной шестерни и при
включении с валом 6 вращает вал // в противо-
положном направлении (задний ход).
со ступенями возврата, при-
и состоящая из нескольких
Рис. 3.130
222
Раздел 3. Зубчатые колеса
Рис. 3.131.
Рис. 3.131. Коробка скоростей. От ведущего зубчатого колеса 2 (а) приво-
дится в движение ведомый конический блок Л в котором постоянная разность
чисел зубьев ступеней составляет 1 или 2, или 3 и т. д. Допустимое под нагруз
кой переключение скоростей осуществляется смещением зубчатого колеса 2
вдоль оси вала 3, при этом у каждого конического колеса блока 1 предусмот-
рены круговые выточки без зубьев шириной в-r-b. Сцепление и расцепление
о
колеса 2 с блоком может происходить только по специальным образующим бло-
ка Л число которых равно единице, если разность смежных колес блока — число
Механизмы, составленные из зубчатых колес
223
нечетное и равно двум, если четное. Начало и скорость перемещения коле-
са 2 выбираются так, чтобы в момент совмещения одной из образующих бло-
ка с плоскостью зацепления колесо 2- уже находилось между двумя смежными
колесами блока 1. Для этого необходимо (б) повернуть рычаги 6 с валом 7 вок-
руг оси хх смещением рукоятки 4 (по стрелке 5), в результате чего стержень 5,
преодолев усилие пружины, находящейся внутри него, повернет стрелку 9 на
угол, при котором цилиндр 10 захватит и переместит ее влево вместе с карет-
кой 11 и колесом 1 (см. положение /) на один шаг. После перехода стрелки 9 в
смежную кольцевую выточку кулачок 5 возвратит рукоятку 4 в исходное поло-
жение, соответствующее положению // стрелки 9. Гребни цилиндра 10, снаб-
женные левыми и правыми прорезами, допускают перемещение колеса 1 отно-
сительно вала 3 влево или вправо (положение ///). Связь между цилиндром 10
и коническим блоком 2 осуществляется зубчатыми колесами 12 и 13. Чтобы
сместить каретку 11с колесом 1 вправо, надо рукоятку 4 переключить по стрел-
ке А.
Коробка скоростей изготовляется для мощностей до 50 кет с диапазоном
регулирования, т. е. отношением максимального и минимального чисел оборотов
ведомого вала Д = •— 3,5. Число ступеней конического блока
д-1 .1
п = —7— 21 + 1.
k
Наибольшее число зубьев ступени
zn = k(n — 1)-|-Z1,
где k — перепад чисел зубьев соседних ступеней;
b 2m
2i 20; =6-?10; 6тах = - —.
m tg д
Рис. 3.132. Коробка скоростей с переключением под нагрузкой. Отличается
от коробки скоростей по рис. 3.131 механизмом переключения. Цилиндрическое
зубчатое колесо 2 на ведущем шлийевом валу 1 может перемещаться вдоль оси
вала посредством каретки 3, скользящей по направляющим 4 и имеющей па-
лец 5, скользящий в профилированном пазу жестко закрепленного на валу 7 ба-
рабана 6. При работе механизма на заданной скорости вал 7 и барабан 6 не-
подвижны, а палец 5 при этом расположен в части паза с углом подъема, рав-
ном нулю. Перемещение колеса 2 при переключении на другую скорость осуще-
ствляется поворотом барабана 6 на 180°, смещающего каретку 3, в пределах за-
цепления колеса 2 с блоком конических колес по так называемой образующей
перехода (см. рис. 3.131). Вращение барабану 6 сообщается зубчатым колесом
И, скользящим вдоль оси вала 7, причем направление вращения его зависит от
того, с каким из колес 10 или 16 соединено колесо 11 посредством кулачковых
муфт. На двух диаметрально противоположных участках колеса 11 зубья среза-
ны, что позволяет осуществить свободное перемещение колеса без зацепления
его с блокирующими колесами 13 и 14, а следовательно, и осуществить включе-
ние барабана 6 только в соответствующих условию положениях.
Колеса 10 и 16 соединены с колесом 8, закрепленным на выходном валу 22,
системой зубчатых передач и свободно вращаются на валу, но в противополож-
ных направлениях. Блок колес 14 и 15 приводится от колеса 16, а зубчатый
блок 13—12—колесом 10. Выключение механизма переключения осуществля-
ется автоматически перемещением вилок 9 в нейтральное положение посредст-
вом торцового кулачка на венце колеса 10 или 16. В крайних положениях ко-
леса 2 переключение осуществляется с возвратом его на ту же последнюю сту-
пень или на предшествующую. Барабан 6 в неподвижном положении фиксиру-
ется замком 17 и соответствующими ему впадинами на барабане. Подпружи-
ненные рычаги замка 17 на схеме не показаны. Рукоятка переключения 18 и вся
224
Раздел 3. Зубчатые колеса
Рис. 3.132
Механизмы, составленные из зубчатых колес
225
система рычагов, связанная с ней, имеет блокирующее устройство, позволяю-
щее включать механизм поворота барабана 6 в нужный момент. Ролик 20, ка-
тящийся по кулачку 21 барабана, блокирует тягу 19, связанную с рукояткой 18.
Эпициклические передачи
Образование эпициклической передачи можно представить как результат
последовательного присоединения статически определимых групп, состоящих из
одного звена (монады), к звеньям простейшего эпициклического механизма с
двумя степенями свободы при помощи шарнира и высшей пары и сочетания
различных эпициклических и простых механизмов, составленных из зубчатых
колес. Если дан механизм с двумя степенями свободы, состоящий из поводка и
вращающегося относительно него зубчатого колеса, го, присоединяя к нему мо-
наду 21, получим механизм по рис. 3.133 или 3.134. В случае присоединения мо-
над по рис. 3.136 требуется обязательное соблюдение соосности. Таким образом,
наличие подвижной оси приводит к механизму, возможное число степеней сво-
боды которого равно двум.
Звено, несущее подвижную ось сателлита, называют водилом или поводком.
Будем называть эпициклический механизм с одним водилом простым, а с
числом водил более одного сложным. Это дает возможность заключить, что
число степеней свободы сложного эпициклического механизма равно 2к—(к —
—1) = к+1, где к—число водил, совпадающее с числом соединяемых между
собой простых эпициклических механизмов. На рис. 3.147 показан эпицикличес-
кий механизм с тремя степенями свободы (к = 2), состоящий из двух простых.
Простые эпициклические механизмы могут быть образованы сочетанием ци-
линдрических зубчатых колес с внешним и внутренним зацеплением, конических
зубчатых колес, эллиптических колес, винтовых колес, червячных зацепленийг а
также из фрикционных передач.
Связь между угловыми скоростями или числами оборотов звеньев простой
эпициклической передачи может быть установлена путем обращения эпицикли-
ческой передачи в простую передачу с неподвижными осями колес. Для колес,
имеющих общую неподвижную ось вращения (солнечные или центральные ко-
леса, фиг. 3.136):
П1 — П& (Oj — сов
/1з = = (1)
пз пв шз
или
п1 = 113пз + пв^-^зУ>
l)m.
г1 г2
Здесь г’1з — передаточное отношение простой передачи, полученной из эпи-
циклической путем остановки поводка. В случае включения в эпициклическую
передачу только цилиндрических зубчатых колес знак i‘i3 определяется числом
пар m внешних зацеплений. При четном числе внешних зацеплений /хз положи-
тельно. В случае включения в эпициклическую передачу конических или других
колес знак й3 определяется направлением единичных векторов (см. фиг. 3.97).
Связь между угловыми скоростями сателлита и центрального колеса уста-
навливается в векторной форме: _ __ _
С02~ юв а2^2 — «в0^
^2^23 —_ — — _ _____
юз —“в w 3 - шв
Отсюда _ _____
= И3 *23 а2 +'“В <аВ — а2 *23>• (2)
8 С. Н. Кожевников и др.
226
Раздел 3. Зубчатые колеса
В случае параллельности осей сателлита и передачи
w2 = z23w3 + (1—г2з)мв. (3)
Уменьшение числа степеней свободы простого эпициклического механизма
достигается путем наложения ограничений.
Движение звеньев простого эпициклического механизма будет определенным,
если задать вращение каким-либо двум звеньям передачи. При этом возможны
шесть различных сочетаний. Механизм в таком случае называют дифференци-
алом. В частном случае одно из звеньев можно сделать неподвижным, в резуль-
тате чего получится при неподвижном водиле простая передача или планетарные
передачи в случае остановки центрального колеса.
Уменьшения числа степеней свободы можно достигнуть также путем введе-
ния кинематических связей в виде простых или планетарных передач, устанав-
ливающих соотношение между движениями звеньев эпициклического механизма.
Кинематическую связь в этом случае называют замыкающей цепью. В случае
сложной эпициклической передачи ее при расчете следует разделить на простые
и для каждой из них написать соответствующее уравнение, связывающее чис-
ла оборотов звеньев. Переход ют одного простого эпициклического механизма
к другому можно осуществить вследствие равенства угловых скоростей соеди-
ненных звеньев.
Для статических расчетов эпициклических передач можно воспользоваться
уравнениями, вытекающими из условий статического равновесия отдельных
звеньев или всего механизма (см. фиг. 3.136):
М1+М3 + Мв = 0; (4)
^з = -^31г’1зЛ11. (5)
Здесь Т11з — коэффициент полезного действия простой передачи, полученной
из эпициклического механизма при остановке поводка, но при той же самой от-
носительной угловой скорости зубчатых колес. Знак «+» или «—» определяется
в зависимости от того, ведущим или ведомым окажется колесо Zi в обращенной
COi — сов
передаче Если Zi в эпициклической передаче ведущее, то Afi при---------->0
c°i
ведущее и в простой передаче, поэтому в показателе степени необходимо взять
(Di— о)в
«+1». При------------ < 0 необходимо взять «—1». При zx ведомом в эпйцикли-
ческой передаче необходимо знак при «1» изменить на противоположный.
Уравнения (4) и (5) дают возможность определить два неизвестных момен-
та по заданному третьему моменту.
Силы, действующие на зубья передачи, могут быть определены по уравне-
ниям, вытекающим из равновесия сателлита:
л + Рз + -рв = °;
Механизмы, составленные из зубчатых колес
227
Pi — окружное усилие на центральном колесе zr, Р3— на центральном коле-
се z3; Рв—реакция, действующая на ось сателлита; г2 и г2— радиусы колес
сателлита 2.
Эпициклические передачи получили очень широкое и разнообразное рас-
пространение в силу того, что, варьируя связями, налагаемыми на звенья эпи-
циклического механизма, можно весьма просто получить различные отношения
между числами оборотов ведущих и ведомых звеньев, суммировать движения,
уравнивать перемещения и т. д.
Эпициклические механизмы применяются в качестве преобразователей —
чаще редукторов, чем мультипликаторов. |В этой области эпициклические меха-
низмы получили широкое распространение вследствие того, что дают возмож-
ность при малом числе колес получить большие передаточные отношения (на-
пример, для механизма по фиг. 3. 161) или механизм с высоким к. п. д. Кроме
того, эпициклические механизмы применяются в качестве суммирующих механиз.
мов (в механизмах настройки станков и др.), предохранительных механизмов
от перегрузки, уравнительных механизмов (дифференциалы автомобилей, трак-
торов и др.), реверсивных механизмов, бесступенчатых передач с широкими пре-
делами изменения передаточного отношения, механизмов управления, механиз-
мов, сообщающих эпизодическое движение валу, совершающему сложное дви-
жение, механизмов автоматических и полуавтоматических коробок скоростей,
механизмов грузоподъемных машин и в ряде других случаев.
Кроме того, эпициклические механизмы иногда включаются в качестве сос-
тавной части в стержневые механизмы для получения особого вида сложного
движения.
Пр и м е р 1. Определитыпередаточное отношение 1ц j планетарной передачи
(см. рис. 3. 151), z2 “98, г4 = 98, z3 = 101, z5 = 96.
По формуле (1)
пз — пв *4*2
*32 — —
П2 — ПВ г325
Колесо 2 неподвижно, п2 = 0;
Z32nB = пз
U z32) пв = П3*
п3 1
1П,1- пв -1
. __ . Z4Z2 _
--- *32 — * --- — А
2325
98-98
101-96
= 0,0095.
Здесь и далее индексы зубчатых колес соответствуют позициям на рисунке.
Пример 2. Определить передаточное отношение ijд/И ijjy для переда-
чи по рис. 3.'146, если в ней колесо 3 сделать неподвижным (<п3 = 0).
Число оборотов поводка определяем из планетарной передачи, состоящей из
ведущего колеса /, сателлита 6—7 и неподвижного колеса 3.
По формуле (1) при п3 = 0
Д1 — пв
П1
„ - 23Z6
*13 = ~ ’> пв = i ~ » *13 = —
nB 1 -*13 27Z1
Число оборотов вала IV по формуле (1)
nIV = ni hv,i~^ пв С1 hv,i^
lz5 .
’б?4 ’
1 ~ hv,i
1 ----------------------------------------*13 _
nIV — nfl lIV,l +
8*
228
Раздел 3. Зубчатые колеса
Число оборотов вала II можно определить из рассмотрения планетарной пе-
редачи с центральными колесами 2 и 3 или из рассмотрения дифференциальной
передачи с центральными колесами 1 и 2 и сателлитом 6—7.
Для первого варианта
nI I — nB (1 г2з) — 1 . j *23 —
1 — z13 z.2
Повидон
Рис. 3.133
Рис. 3.134
Рис. 3.135
Рис. 3.133. Простейшая эпициклическая передача с двумя степенями сво-
боды. При закреплении колеса zx передача обращается в планетарную, а при
закреплении поводка — в простую.
Рис. 3. 134. Простейшая эпициклическая передача с двумя степенями сво-
боды. Отличается от передачи по рис. 3.133 наличием внутреннего зацепления.
Рис. 3.135. Эпициклическая передача с двумя степенями свободы и двумя
последовательно соединенными сателлитами.
Рис. 3.136 Рис. 3.137
Рис. 3.138 Рис. 3.139
Рис. 3.136. Дифференциальная передача с двумя внешними зацеплениями.
Рис. 3.137. Сложная дифференциальная передача с двумя ведущими и дву-
мя ведомыми звеньями.
Рис. 3.138. Дифференциальная передача, полученная из механизма по
рис. 3.134 присоединением одного колеса с внешним венцом.
Рис. 3.139. Дифференциальная передача с двумя внутренними зацеплениями.
Механизмы, составленные из зубчатых колес
229
Рис. 3.140
Рис. 3.141
Рис. 3.142
Рис. 3.140. Дифференциальная передача с двумя зубчатыми колесами с вну-
тренним венцом в сателлите.
Рис. 3.141. Дифференциальная передача с блоком сателлитов.
Рис. 3.144
Рис. 3.142. Дифференциальная передача с двумя ведущими и двумя ведо-
мыми звеньями.
Рис. 3.143. Простейший эпициклический механизм с двумя степенями свобо-
ды из двух конических колес.
Рис. 3.144. Дифференциальная передача, составленная из конических колес.
В простой передаче при неподвижном поводке i < 0.
Рис. 3.147
Рис. 3.145. Дифференциальная передача, аналогичная передаче по
рис. 3.144, но с I > 0 для простой передачи, полученной при остановке понодка.
Рис. 3.146. Дифференциальная передача с двумя ведущими и тремя ве-
домыми звеньями.
Рис. 3.147. Дифференциальная передача с тремя ведущими звеньями: /, 2,
3\ звено 4 — ведомое.
230
Раздел 3. Зубчатые колеса
Рис. 3.148
Рис. 3.148. Планетарный редуктор с эллиптическими колесами. Планетарный
редуктор составлен из эллиптических колес с равным значением эксцентрисите-
та. Ведущим звеном является водило В. Зубчатые колеса 2 и 3 жестко закреп-
лены на оси, колесо 4 — ведомое, колесо 1— неподвижное. Передаточное отно-
шение определяется формулой
i
4В “ <°в
1 + е\2
1 — е)
sin2 —
2
1,
здесь е — эксцентриситет эллипса;
сов — угловая скорость водила В.
Рис. 3.150
Рис. 3.149
Рис. 3.149. Планетарная передача. При z2 = — точка а совершает прямоли-
нейное (по линии х—х) движение. Число оборотов колеса (сателлита)
Л Z1 \
п2 = П1 1----------- пг.
\ z2 /
Рис. 3.150. Планетарная передача с поступательно движущимся сателлитом.
При неподвижном колесе Zi колесо г3 совершает поступательное движение, если
21 = Z3 И 1*31---(—I)2, при этом
гз
(03 = СО4
= 0.
'3
Механизмы, составленные из зубчатых колес
231
Планетарные редукторы
Рис. 3.151. Планетарная передача с двумя внутренними зацеплениями. Ме-
ханизм допускает при двух парах колес очень большие передаточные отноше-
ния (до 1 : 6000). Передаточное отношение
J %
“ z5z3‘
Рис. 3.151
Рис. 3.153
При больших скоростях ведущей части эксцентричные массы кривошипа и
сидящих на нем колес должны быть уравновешены контргрузами 1.
Рис. 3.152. Редуктор авиационного двигателя, построенный по схеме
рис. 3.144 с передаточным отношением 0,5.
Рис. 3.153. Планетарный редуктор авиационного двигателя с передаточным
отношением
1 1
£ а ] — — \
1 ! . sin а3
1 “Г 1 "Г ~ ’
sin аг
2«! и 2а3— углы при вершине начальных конуоов колес 2\ и z3.
Рис. 3.154. Планетарный редуктор авиационного двигателя для вращения
двух винтов
1 1 Пл
=-------- =----------- и —
П1 1 ---- i13 1 | ?Зг2 **1
?2
*13*41 --- 1 .
1 --- *13
*41--------1 •
232
Раздел 3. Зубчатые колеса
Рис. 3.155
Рис. 3.155. Планетарный редуктор в механизме распределения авиацион-
ного двигателя. На валу А сидит эксцентрик В, выполняющий роль поводка.
Сателлит включает колеса г 2 с внешним и z2 с внутренним венцом:
Рис. 3.156.
Рис. 3.156. Планетарный редуктор. Механизм состоит из двух пар внутрен-
него зацепления (по схеме рис. 3.139). Сателлит 2 уравновешен противовесом 5.
Механизмы, составленные из зубчатых колес
233
При ведущем эксцентрике / передаточное отношение
1 гЗг2
Чп = 1 - —=—•
г2 г1
Рис. 3.157
Рис. 3.158
Рис. 3.157 Авиационный планетарный редуктор для передачи движения
двум винтам, вращающимся в противоположных направлениях;
— р 7 ; *13 — // » 41 — „
< Г13 z2z4
n4 = ni 41 + Пв(1 “41) =П1
П4 _ *13*41 ------------ 1
7?1 1 ---- /13
Винты будут вращаться в разные стороны с- одинаковым числом оборотов,
если £*1з. 41 2.
Рис. 3.158. Планетарная передача с противоположным направлением вра-
щения водила В и колеса 2\ при неподвижном z3:
Рис. 3.159
Рис' 3.159. Дифференциал с коническими колесами различных размеров.
234
Раздел 3. Зубчатые колеса
Рис. 3.160.
шение
Редуктор. Ведущее колесо Zi, ведомое z4. Передаточное отно-
z3z5
П4 Z2Z4
Z1
Рис. 3.161. Планетарный редуктор с замкнутой эпициклической передачей
с приводом от ременного шкива. Поводок выполнен в виде шкива /. Колеса
г6, z4 и z7 простой эпициклической передачи замыкаются передачей из кониче-
ских колес Zi, Z2, z3;
hi,i
1 ---*65
Z2 1 1 ; _22_
1 "Г *65
?3
Z5Z7 *
t&5=------- близко к единице.
z4z6
Редуктор этого типа дает возможность получить
1
1,1 •' ~ 200 000 *
Механизмы, составленные из зубчатых колес
235
Рис. 3.162. Планетарный редуктор с большим передаточным -отношением.
Червячные колеса вращаются в противоположных направлениях. При равном
числе оборотов червячных колес ведомый вал II не вращается. Если же числа
оборотов червячных колес разные, то ведомый вал вращается с числом оборотов
Рис. 3.162
Рис. 3.163 Рис. 3.164
ka и kb — число заходов червяков. При ka = kb — 1
пн — п1
21
*3 2 4
Z2
2z4z3
Рис. 3.163. Счетчик числа оборотов. На валу 1 установлены два червячных
колеса 2 и 3, которые одновременно зацепляются с червяком 4. Колесо 2 имеет
101 зуб и соединено с видом неподвижно, а колесо 3 имеет 100 зубьев и свобод-
но вращается относительно оси вала. На колесе 3 установлен циферблат с двумя
шкалами: внутренней и внешней. Стрелка 5 укреплена на валу и показывает на
внутренней шкале сотни оборотов на одно деление до 10 000. Стрелка 6 при-
креплена к неподвижной стойке 7 и показывает на внешней шкале единицы и
десятки оборотов до 100.
Рис. 3.164. Счетчик числа оборотов. Использование механизма по рис. 3.163
в качестве счетчика неудобно в том отношении, что отсчет производится по под-
вижной шкале. Воспользовавшись методом инверсии, колесо 3 можно остано-
вить, а поводок (стойку 7) вращать с числом оборотов колеса 3, но в противо-
положном направлении. Передачу движения к червяку 4 с подвижной осью вра-
щения .можно осуществить, как показано на рис. 3.164.
236
Раздел 3. Зубчатые колеса
Рис. 3.166
Рис. 3.165. Червячный дифференциал. Червяк 1 <получает вращение от зуб-
чатой передачи с ведомым колесом 2. Опоры червяка 1 смонтированы в рамке 5,
которая вместе с червяком может перемещаться посредством винта 4. Угловое
перемещение червячного колеса 5 равно алгебраической сумме перемещений от
вращения червяка и винта.
Рис. 3.166. Планетарный редуктор с плавно изменяемым передаточным от-
ношением. От шкива 4 движение сообщается центральному колесу 5 дифферен-
циала, а через шкивы 3 и 2 и конический барабан 1 — барабану 8, являющему-
ся в данной передаче поводком. Ведомое центральное колесо 7 вращается с чис-
лом оборотов
. q % Bi
п7 = —п4 + 2—-----— nt = nt
А2 А8
Вследствие изменения RJRq при смещении ремня вдоль оси барабана п7 из-
меняется. 6 — сателлиты.
2^--
\ -^2-^8
Рис. 3.167
Механизмы, составленные из зубчатых колес
237
Рис. 3.167. Планетарный редуктор с цевочным зацеплением. На эксцентрике
вала /, на роликовых подшипниках, установлен диск 2 с цевками 4. На ведомом
валу закреплена звездочка 3 с полукруглыми зубьями. Звездочка 5 неподвижна.
6 — противовес.
Рис. 3.168.
/7-/7
Рис. 3.168. Планетарный редуктор. На двух эксцентрикам ведущего вала 1
вращаются два одинаковых сателлита 2 и 3, находящихся в зацеплении с не-
подвижным зубчатым колесом 4 внутреннего зацепления. Вращение ведомому
238
Раздел 3. Зубчатые колеса
валу 6 передается через пальцы 5, которые установлены на диске вала и входят
в отверстия сателлитов. Передаточное число редуктора определяется по форму-
ле
?1
t = —------- ,
?2 —?!
где — число зубьев сателлита;
z2 — число зубьев колеса с внутренним зацеплением.
На рис. а дана схема редуктора; а на рис. б — конструкция.
Рис. 3.169
Рис. 3,169. Планетарный редуктор с цевочным зацеплением. На ведущем
валу 1 установлен сдвоенный эксцентрик 2 со смещением эксцентриситета по фа-
зе на 180°. Звездочка 3 установлена на одном, а звездочка 5 — на втором экс-
центриках. Зубья звездочек находятся в зацеплении с цевками 9, оси 4 которых
закреплены в корпусе редуктора. На диске 7 ведомого вала закреплены пальцы
6 с роликами 8. Ролики 8 входят в отверстия звездочек 3 и 5. Передаточное от-
ношение редуктора определяется по формуле.
где Z\ — число зубьев звездочки;
з2 — число цевок цевочного колеса (предпочтительно четное).
Эпициклические реверсивные механизмы
и механизмы управления
Рис. 3.170. Приводной шкив с планетарным реверсом. Центральное колесо 3
неподвижно. При включении муфты 6 шкив 1 соединяется непосредственно с
валом. Реверсирование вала II достигается включением тормоза 7, соединяюще-
Механизмы, составленные из зубчатых колес
239
Рис. 3.170
го колесо 2 с валом, который теперь вращается через планетарную передачу с
колесами 2, 5, 4 и 3 с числом оборотов
(Z3Z5 \
!——— •
24г2 /
Реверсирование возможно при > 1.
Рис. 3.171
Рис. 3.171. Реверсивный планетарный шкив. Прямой или обратный ход с
увеличенной скоростью сообщается шпинделю переводом ремня на шкивы 2
или 4. Необходимое при нарезании резьбы 'медленное вращение достигается пе-
реводом ремня на шкив 3 и остановкой при помощи торцовой кулачковой муф-
240
Раздел 3. Зубчатые колеса
ты 6 центрального колеса 5 (планетарной передачи. Ведомое колесо 1 вращается
с числом оборотов
/1 • ч А *э*5 \
«I =«з(1 •
Ч z8z10 /
*10)5 < 1 •
Движение шпинделю сообщается от зубчатых колес Zi и z7.
Рис. 3.172
Рис. 3.172. Реверсивный планетарный механизм рабочего движения стро-
гального станка. Конусом фрикциона 1 могут поочередно затормаживаться
центральные колеса Z\ и z3. Движение сообщается поводку 2, выполненному
виде червячного колеса. При торможении колеса Z\ ведомый вал II делает Иц
оборотов:
= пв
Л *1*2 1
1“—- =пв
г2г4 /
45 • 3(У
45 • 60
— 0,5ц в
При неподвижном z3 осуществляется обратный ход с числом оборотов
п"ц =
*3*2
*2*4
70 • 30\
20 • 60 ’
0,75ц в.
1 —
Механизмы, составленные из зубчатых колес
241
Рис. 3.173. Реверсивный планетарный механизм с колодочными тормозами,
аналогичный механизму рис. 3.172.
242
Раздел 3. Зубчатые колеса
Рис. 3.174. Механизм рабочего движения в станке для нарезания шеврон-
ных зубчатых колес. При свободно вращающемся колесе (б) движение от
ведущего вала / к ведомому валу // вследствие большого сопротивления в
замыкающей цепи от zl3 к z7 передается через планетарную передачу Z\—z^.—z3
с неподвижным z3:
Zlj —
В процессе деления z9, а следовательно, и 'z6 затормаживаются, вследствие
чего вводится в действие замыкающая цепь с коробкой скоростей b—а и второй
эпициклической передачей г4—z5—z6. При этом
/1 • \ • • ^4 Z?# Zji k
'г4 = «п(1-(4б); «4 = (43Пз’> '43 = ~ ~-----
^3 Z10° Z12 Z13
= п3 г*1з + Цц (1 — z13); H3 = 1 и г4б = 1,
поэтому *43
П”“П1 2(Z43 — 1) ’
На рис. а дана конструкция механизма.
Механизмы, составленные из зубчатых колес
243
Рис. 3.175. Механизм подачи электродной проволоки. Подача проволоки
осуществляется рифлеными роликами: рабочим 4, закл*иненным на валу /, и
прижимным 5, находящимся под действием пружины 6. Центральные колеса
дифференциала получают движение от двух электродвигателей: колесо 2 — от
асинхронного, а колесо 3 — от электродвигателя постоянного тока с автома-
тически регулируемым числом оборотов в зависимости от тока дуги. При подаче
проволоки с постоянной скоростью электродвигатель постоянного тока выклю-
чается. •
Рис. 3.176. Планетарный редуктор с
Редуктор состоит из двух ступеней
планетарных передач. Первая сту-
пень составлена из шестерни /, са-
теллита 2 и неподвижного колеса 3
с внутренним зацеплением. Сател-
лит 4 второй ступени, блокирован-
ный с сателлитом 2 и установлен-
ный на оси свободно вращающегося
водила 6, зацепляется с колесом 5,
закрепленным на ведомом валу 7.
Передаточное отношение редук-
тора определяется по формуле
~Ь гз
i = ------------
। 24г3
*5*2
и может быть в пределах от 150 до
25000.
большим передаточным отношением.
Рис.. 3.176,
244
Раздел 3. Зубчатые колеса
Рис. 3.177. Планетарный редуктор с равномерным распределением нагрузки
между сателлитами 4 имеет эластичные гибкие венцы 6 ч 5 с внутренним за-
цеплением. Движение передается от плавающего ведущего колеса 1 к ведомому
валу 8, который соединен с эластичным колесом 6 посредством тонкостенного
цилиндра 7. Неподвижный эластичный венец 5 соединен с корпусом редуктора
тонкостенным цилиндром 9. Сателлиты 4 смонтированы на осях 3 плавающего
водила 2.
Механизмы, составленные из зубчатых колес
245
Рис. 3.178. Планетарный редуктор с плавающим венцом 'внутреннего зацеп-
ления. При неравномерном распределении нагрузки между сателлитами 2, кото-
рая передается валом-шестерней 1, колесо 3, имеющее зазор с корпусом редук-
тора, придет в движение и займет положение, соответствующее равномерному
распределению нагрузки. С корпусом соединено колесо 3 посредством зубчатой
муфты 4, которая препятствует его вращению.
Рис. 3.179. Сцепная муфта мотовоза, имеющая две скорости, перемена кото-
рых осуществляется торможением барабана 1 или включением сцепления 2.
В первом случае колесо z3 неподвижно и передача планетарная, во втором — пе-
редача работает, как обычная муфта, при этом все элементы вращаются как
одно целое.
246
Раздел 3. Зубчатые колеса
Рис. 3.180
Рис. 3.181
Рис. 3.180. Избирательная передача для вращения от двух приводов. Оба
привода 1 к 4 (например, двигатели) могут иметь разную мощность. Посредст-
вом тормозов 3 и 2 можно плавно переключать механизм с одной скорости на
другую. Возможно также вращение от двух приводов одновременно. Зубчатое
колесо 5 установлено на ведомом валу.
Рис. 3.181. Передача от комбинированного двигатель-генератора, работаю-
щего как стартер и динамо освещения. При работе двигатель-генератора как
стартера вал // запускаемого двигателя вращается через зубчатое колесо 1 и
планетарное колесо с пониженным числом оборотов; колесо 5 с внутренним вен-
цом посредством собачки 2 замыкается на корпус. После запуска двигателя
внешнее колесо начинает вращаться, защелка под действием центробежной си-
лы контргруза освобождается и груз 4, прижимаясь под действием центробеж-
ной силы к буртику диска 3, блокирует планетарное колесо. Вал II начинает
вращаться с полным числом оборотов; двигатель-генератор работает, как
динамо.
Рис. 3.182. Механизм поворота. На водиле 1 вращаются два червяка, свя-
занные с червячными колесами на полуосях и гипоидными колесами z2 и
с тормозными барабанами. Вследствие того, что червяки самотормозящиеся,
при опущенных тормозах обе полуоси вращаются с одинаковым числом обо-
ротов. При включении правого тормоза 2 гипоидное колесо г2, обкатываясь по
колесу 23, при помощи червяка сообщит правой полуоси дополнительное дви-
жение в обратную сторону, поэтому полуоси вращаются с разным числом обо-
ротов.
Механизмы, составленные из зубчатых колес
247
Рис. 3.183
Аналогичное явление имеет
место при включении левого тор-
моза 3.
Рис. 3.183. Планетарная пере-
дача механизма управления авто-
мата имеет сложный сателлит, со-
стоящий из зубчатых колес 13 и
14, червяка 7 и винтового колеса
9. При сцеплении муфты 12 со
шкивом 10 вал 2 получает быст-
рое вращение. Собачка 6 препят-
ствует вращению колес 5 и 8,
вследствие чего поводок 1 враща-
ется при свободно скользящей со-
бачке 4 по зубьям храпового
колеса 3. При выключении муф-
ты 12 движение валу 2 передает-
ся через собачку 4, связанную с
храповым колесом 3 поводка 1.
Вал 2 через планетарную пере-
дачу получает медленное враще-
ние. Червячная передача 7—8 не
должна быть самотормюзящейся.
11 — винтовое колесо.
Рис. 3.184. Механизм регули-
рования скорости распредели-
тельного вала автомата. При
движении распределительного ва-
ла с увеличенной скоростью дви-
жение червячному валу 5 переда-
ется непосредственным соедине-
нием его с колесом 2 при помо-
щи кулачковой муфты 3. Мед-
Рис. 3.184
248
Раздел 3. Зубчатые колеса
ленное движение (рабочее) с возможностью регулирования скорости достига-
ется через лобовую фрикционную 1 и планетарную 4 передачи.
Рис. 3.185. Планетарная передача к управляющему валу автомата. Меха-
низм, аналогичный показанному на рис. 3.184, но с приспособлением для подъема
собачек для устранения шума при их скольжении. Подъем собачек производит-
ся поворотом диска 1 под действием пружины.
Рис. 3.186
Рис. 3.186. Механизм для наматывания бумаги на барабан. При наматы-
вании бумаги (б) диаметр барабана 1 увеличивается, следовательно, число
оборотов должно уменьшиться, если линейная скорость бумаги сохраняется.
В рассматриваемом механизме (я) барабан 1 соединен с паводком 2 диф-
ференциала. Солнечное колесо 3 дифференциала соединено с зубчатым коле-
сом 4 и вращается с возрастающей скоростью, а колесо 5 получает вращение
от вала 6 с постоянной скоростью.
Рис. 3.187. Механизм перемещения суппорта крупного токарного станка.
Ведомому валу 11 при -выключенном вспомогательном двигателе 1 и затормо-
женной посредством электромагнитного тормоза 2 кинематической цепи с зуб-
чатым колесом Zi движение сообщается от червячного вала 3 через планетар-
ную передачу:
Механизмы, составленные из зубчатых колес
249,
Рис. 3.187
При включенном двигателе 1 передача работает как суммирующая:
zi
'41 = ± — + «4 (L-— *31).
2з
Рис. 3.188
^—*5
Нонгпрдиск
Рис. 3.188. Механизм управления силовой головки многошпиндельного свер-
лильного станка. Вращение шпинделям сообщается от двигателя с па =*
= 3600 об)мин через планетарный редуктор: пш = па(1—i). Медленное движе-
250
Раздел 3. Зубчатые колеса
ние головки при заторможенном роторе двигателя Р происходит при навинчи-
вании гайки 1 на неподвижный винт с числом оборотов
= —L ---1— = 3,88-—;
1 — f79 Z2ZBZ4Z6 1 ?79 zb
i79 = — — = — 0,568.
При противоположных направлениях вращения колеса г6 и ротора двига-
теля Р с числом оборотов равным пр = <1600 об!мин гайка 1 вращается с чис-
лом оборотов (быстрый подвод головки)
= --Иб - _ = 3,88 — + 580
1 — i79 1 — r79 Z-Q
' При изменении направления вращения ротора двигателя на противополож-
ное (быстрый отвод головки)
Ze
= 3,88----— 580.
2в
Переключенйе двигателей производится распределительным валиком, перио-
дически поворачивающимся от распределительного диска с кулачками через
храповой механизм. Распределительный диск, соединенный с 2ц, вращается
всегда в ту же сторону, что и гайка 1 с числом оборотов
. ч 41,10 в . ^ю^12z .
ПП — П0 U —41, ю) 1 ; ’ 41,10"“ ’
1“4з,ю zi2zn
Длина хода головки регулируется положением кулачков на распредели-
тельном диске..
Рис. 3.189. Механизм подачи станка для фрезерования тюбингов. Поступа-
тельное движение рейке (б) сообщается червячным валом а, связанным через
колеса г8 и г9 с коническим колесом z7 эпициклической передачи.
Число оборотов червячного вала
г8
па = 4 8 ^7 == [*75^5 “Ь (1 4б) 4 8 == ’ ( ^4 "Ь 2и3).
г9
Рейке сообщается быстрое перемещение вперед и назад при вращении
червячного колеса z3. Двигатели включаются независимо. Червячные пары са-
мотормозящиеся, поэтому нет надобности устанавливать тормоза. На рис. а
показана конструкция механизма.
Механизмы, составленные из зубчатых колес
251
252
Раздел 3. Зубчатые колеса
Рис. 3.190
„ Рис. 3.190. Планетарная передача с возможным изменением принципиаль-
ной схемы. На шлицевых валах 1 и 8 установлены диски 2 и 7 с отверстиями
для крепления осей сателлитов 5 и венца 6 с внутренним зацеплением. Венец
солнечного колеса 3 с наружным зацеплением закреплен на стенке корпуса 4
редуктора. С целью взаимозаменяемости при перестановке элементов диаметры
всех отверстий для- крепления деталей передачи и их межцентровые расстоя-
ния А одинаковые. Прикрепляя к диску 2 солнечное колесо 3, а к корпусу 4 —•
венец 6, получим редуктор с другим передаточным отношением.
Рис. 3.191.
Рис. 3.191. Планетарный механизм с возможным включением и выключе-
нием ведомого звена — кулачка 2. Ведущим звеном является вал /, на котором
закреплено водило 3. Включение кулачка 2 осуществляется вращением махо-
вика 4, при этом зубчатые колеса z4 и z5 образуют блок и вращаются с одина-
ковой скоростью.
Зубчатое колесо Zi соединено с неподвижной стойкой, а кулачок 2 с коле-
сом Zs. При выключенном кулачке зубчатые колеса z8 и Zi неподвижны, а колеса
z5 и z4 вращаются с разной скоростью.
Механизмы, составленные из зубчатых колес
253
Передаточное отношение механизма
i = 'ц •
Рис. 3.192.
Рис. 3.192. Планетарный редуктор с большим передаточным отношением.
Два сателлита — один, состоящий из колес 10 и 5 на валике 7 и второй —
из колес 9 и 6 на втулке 8, имеют общую геометрическую ось вращения на во-
диле 13. Передача может быть разложена на планетарную с неподвижным
центральным колесом 1, прикрепленным к корпусу 4, и ведущим колесом 12
254
Раздел 3. Зубчатые колеса
на приводном валу 11 и дифференциальную с центральными колесами 12 на ве-
дущем и 3 на ведомом валах.
Первая из указанных передач определяет число оборотов водила диффе-
ренциальной передачи.
При малой разности чисел зубьев 2ю и z9 передача позволяет получить
i = 400—500.
Рис. 3.193
Рас. 3.193. Планетарные передачи с уравниванием нагрузки между сател-
литами.
Для 'Случая, когда передача имеет два сателлита (а), шарикоподшипники
каждого из них устанавливаются на эксцентриковые оси, соединенные между
собой зубчатыми секторами.
При неравномерном распределении нагрузки между сателлитами зубчатые
секторы поворачиваются, причем одновременно в разные стороны и на один
угол, пока не наступит равновесие.
Механизмы, составленные из зубчатых колес
255
Отклонение эксцентриковых осей сателлитов от номинального положения
очень мало и составляет примерно до 25 мк, что является допустимым.
При наличии трех сателлитов (б) в диске 1 делаются криволинейные пазы,
в которые входят ролики закрепленных на эксцентоиковых осях сателлитов
рычагов 2.
Рис. 3.194.
3.194. Мальтийский механизм с планетарной передачей. От ведущего
и серьги 2 (а), несущей цевку 3, сообщается эпизодическое движение
Рис.
водила / х __ ч ,, „ . . „ ,, _ ____
кресту 4. С осью А связано зубчатое колесо 5, обкатывающееся вместе с ко-
лесом 6 по неподвижному колесу 7.
z7 2п
Для п-пазового креста (б)
z7
отношение — =----------. Необходимо, чтобы
z5 п —2
R+r=B> sin —и радиус цевки был меньше радиуса кривизны ее траектории
для момента входа. В схеме по рис. а сравнительно с обычными мальтийскими
механизмами значительно ниже сотах и етах (для четырех пазовых крестов до
40 и 47% соответственно), а также значительно снижаются давление Ртах цевки
256
Раздел 3. Зубчатые колеса
на„ паз креста, средний момент и потребная мощность. Еще более благоприят-
ной оказывается схема с внутренним зацеплением (в).
Схему целесообразно применять при и < 6.
На рис. а показано конструктивное устройство механизма.
Рис. 3.195.
Рис. 3.195. Планетарно-эвольвентный редуктор с крестовой муфтой. В пла-
нетарно-эксцентриковых редукторах с внутренним эвольвентным зацеплением
при разности чисел зубьев колес, равной единице, применяются механизмы па-
раллельных кривошипов, создающих вместе с реакцией зацепления большое дав-
ление на центральный подшипник сателлита. Указанный недостаток снижается
применением крестовой муфты качения.
Сателлит 2, приводимый в движение от эксцентрика 1 (а) и фланец ведомо-
го вала 6 несут по два одинаковых, симметрично расположенных пальца с под-
шипниками 4, которые входят во взаимно перпендикулярные пазы на торцах
крестовины 5. К. п. д. такого редуктора при i = —39 достигает 80% при долго-
Механизмы, составленные из зубчатых колес
257
вечности центрального подшипника, превышающего долговечность подшипника
редуктора с механизмом параллельных кривошипов .в 25 раз.
На рис. б показаны детали механизма: 1 — сателлит, 2 — фланец ведомого
вала, 3 — палец, 4— подшипник, 5 — крестовина.
Планетарные коробки скоростей
Рис. 3.196. Планетарная четырехступенчатая коробка скоростей с электро-
магнитным управлением.
1-я скорость — включены тормоза Л и Т2; г2 и г4 неподвижны;
*1,11 = (1 ~ ?34) 0 — *12^ *12~~"~"» *34 — ~ •
2-я скорость — включены тормоза и Т3, z2 неподвижно; z4 соединено с
валом //;
*1,11 = 1 ~*12-
3-я скорость — включены тормоза Т2 и Л; z4 неподвижно; Z\ и z2 бло-
кированы;
*1,11 == 1 — *34-
4-я скорость—включены тормоза Т3 и 7\;
все передачи блокированы;
*1,Н = !•
Рис. 3.197
Рис. 3.197. Планетарная коробка скоростей с тремя скоростями прямого и
одной обратного хода. Первая скорость: механизм блокирован муфтой 1. Вторая
скорость: тормоз Т2 включен, корпус 3 неподвижен, вал 2 работает как про-
межуточный вал; в рабочем зацеплении находятся колеса z3, г4 и zb z5. Третья
скорость: тормоз Т3 включен, корпус 3 вращается зубчатыми колесами z3 и г4
и колесом внутреннего зацепления z2. Обратная скорость: включен тормоз Tj,
корпус 3 вращается в обратном направлении, в рабочем зацеплении находятся
зубчатые колеса z3, z4 и Zi, Z5.
9 С. Н. Кожевников и др.
258
Раздел 3. Зубчатые колеса
Рис. 3.198. Планетарная коробка скоростей с демультипликатором.
При включенной паре z1—za демультипликатора:
1-я скорость достигается затяжкой тормоза (колесо z4 неподвижно):
2-я скорость достигается
движен)
затяжкой тормоза Т2 (корпус коробки непо-
. Z ^2^8
г1,п =— 777г
3-я скорость достигается затяжкой тормоза Т3. Все зубчатые колеса в ко-
робке блокируются:
Скорость обратного хода получается затяжкой тормоза То х (останавливает-
ся колесо z3):
i
*i,ii = "
При включенной паре z5 — 2б каждое из четырех передаточных отношений
2627
z5ze
78*12 0 ---- *1з) , . 2 23
» *13 — г г
*12 --- *13 212
надо увеличить в
раз.
Механизмы, составленные из зубчатых колес
259
Рис. 3.199. Четырехскоростная планетарная коробка скоростей. Коробка
скоростей из двух планетарных передач, образованных колесами Z\—z2—z3 и
г4—z5—z6, управляемых кольцевыми электромагнитами /, 3 и 4, 6.
Магниты 3 и 4 жестко соединены с корпусом; магнит 1 вращается вместе
с центральным колесом г3; магнит 6 вращается с ведомым валом II и соединен
с водилом, несущим оси сателлитов z5. Между электрома! нитами 1 и 3, 4 и 6
помещены якорь 2, связанный с колесом Zi, и якорь 5, связанный с центральным
колесом z6. Водило 7 соединено с колесом z4.
1-я скорость — включены электромагниты 3 и 4\
п1=п6 = 0;
'(1,11)1 — 11 + - I(1 + - )•
\ Z3 / \ Z4 /
; 2-я скорость — включены электромагниты 3 и 6;
^i = 0; n4 = nn;
i • 21
'(I,II).-1+
Z3
9
260
Раздел i5. Зубчатые колеса
3-я скорость — включены электромагниты 1 и 4\
П6 = 0; П4=П1»
1 । 2е
Z4
4-я скорость — включены электромагниты 1 и 6\
п1 — ПП *(1,П)Ш =
Р,ис. 3.200
Рис. 3.200. Коробка скоростей. Передаточное отношение в коробке изменяют
включением тормозов Т2, Т3 и муфты 2, в результате чего останавливаются
центральные колеса z4, z5 или блокируется передача. Маховик 1 и вал I свя-
заны между собой. На ведомом валу закреплено колесо z6.
1-я скорость—включен тормоз Т2, колесо z5 неподвижно;
Л 2528 \
«П(1) = «6 = "1 р-— •
2-я скорость — включена муфта 2, передача напрямую;
ЛП(2)“П1-
Обратный ход. Включен тормоз Т3, колесо z4 неподвижно;
I
тТ — Ц т I 1
п(0) 1 \
Z4Z8
г10г6
Тормоз Ti — основной тормоз автомобиля.
Механизмы, составленные из зубчатых колес
261
Рис. 3.201. Автоматическая прогрессивная коробка передач. Коробка пере-
дач состоит из четырехшарнирного механизма 1—2—3, приводящего в движение
солнечное колесо 4 планетарной передачи, инерционной массы (роль которой
играет паводок), авто логов противоположного действия и реверсора, составлен-
ного из конических колес 6, 9 и 8, который передает движение ведомому ва-
лу II в одном направлении независимо от направления вращения втулок авто-
логов 7. При колебательных движениях колеса 4 водило также совершает
колебательные движения, оказывая через зубья колеса сателлита давление на
зубья колеса 5. При достаточной величине массы и соответствующем числе обо-
ротов вала I давление на зубьях колеса- b окажется достаточным, чтобы через
автологи 7 и реверсор 6—9—8 сообщить движение ведомому валу II. Амплитуда
колебаний водила зависит от величины сопротивления на ведомом валу.
Рис. 3.202
262
Раздел 15. Зубчатые 'колеса
Рис. 3.202. Автоматическая прогрессивная коробка передач. Колесо 1 на
ведущем валу / вращает сателлиты 3 с инерционными грузами, сообщающие в
процессе вращения колебательное движение водилу 2. Движение водила в одну
сторону через автолог 4 (подобно рис. 3.201) передается ведомому валу //. При
вращении -водила в обратном направлении через автолаг 5 движение передает-
ся рейке 6 и поршню катаракта, замедляющего движение водила, вместе с чем
увеличивается скорость сателлита. Фаза действия и величина воздействующего
импульса зависят от положения механизма автолога.
Рис. 3.203
Рис. 3.204
Рис. 3.203. Дифференциальный редуктор. Ведущим может быть вал с за-
крепленным на нем зубчатым колесом 2 и свободно посаженным колесом 1 или
вал с закрепленными зубчатыми колесами 7 и 5. В последнем случае изменится
направление вращения ведомого вала.
Передаточное отношение при г3 = г5
Рис. 3.204. Усовершенствованная конструкция автомобильного дифферен-
циала.
Механизмы, составленные из зубчатых колес
263
В обычном дифференциале проскальзывающее колесо определяет крутящий
момент, который может передаваться колесом, установленным на другой почуоси.
В рассматриваемой конструкции дифференциала между солнечными коле-
сами 1 и 5 установлены шайбы 2 и 4 с распорными пружинами 5, посредством
которых создается внутреннее сопротивление, препятствующее вращению колес.
С увеличением крутящего момента, приложенного к одной из полуосей, уве-
личивается осевое усилие на зуб в полюсе зацепления и соответственно сила
трения между солнечным колесом и диском 6 тормоза.
Таким образом, создается плавный переход момента с одного колеса на дру-
гое при передвижении по дороге с различными условиями сцепления колес.
Полуоси на рисунке не показаны.
к\\Ч
Рис. 3.205
Рис. 3.205. Схема механизма кантовальной тележки разливочной машины.
Два симметричных механизма, приводимые в движение двигателями 3 и 12,
имеют одинаковые параметры зубчатых колес, и отличаются только числом
заходов червяков червячных передач. Червяк червячной передачи 5 имеет одно-
заходную резьбу, червяк червячной передачи 10 — трехзаходную. От двигате-
ля 3 через зубчатую пару 4, самотормозящую червячную передачу 5, зубчатую
передачу 2, дифференциал 1 и зубчатую передачу 6, движение передается ба-
рабану 7 для подъема груженого ковша. Двигатель 12 при этом выключен и
заторможен. Порожний ковш с большой скоростью опускается при работе дви-
гателя 12 и передач 11, 10, 13 и 9, сообщающих вращение барабану 8. Двига-
тель 3 при этом выключен.
264
Раздел 15. Зубчатые колеса
Рис. 3.206. Схема привода нажимных винтов блюминга. От двух двигате-
лей 1 через три шевронные зубчатые колеса и две червячные передачи с по-
мощью квадратных хвостовиков 2 приводятся в движение нажимные винты.
Две муфты 3 на червячных валах обеспечивают при настройке независимое
вращение винтов. Стрелки 7 указателя раствора валков приводятся в движение
от одного из червячных колес посредством конической передачи 5 и зубчатых
передач с цилиндрическими колесами.
Для корректировки нуля указателя раствора в связи с износом или сменой
валков и подшипников водилу 6 планетарной передачи сообщается движение от
дополнительного двигателя 4 малой мощности.
Механизмы, составленные из зубчатых колес
265
Рис. 3.207. Регулируемый дифференциал для безрельсовых тележек, рабо-
тающих на скользких и грязных дорогах.
Центральные зубчатые колеса 4 соединены с корпусом дифференциала фрик-
ционными многодисковыми муфтами. Диски 2 имеют внутренние соединения
шлицами 1 со ступицами центральных колес 4.
Шероховатые диски 3 с выступами на внешнем диаметре и чередующиеся
с дисками 2 соединяются с корпусом 5 дифференциала посредством скоб 6.
Шероховатость дисков 3 достигается за счет специальных покрытий. Каждая
из дисковых муфт прижимается к торцовой стенке корпуса дифференциала осе-
вым усилием, возникающим от момента, передаваемого конической централь-
ной шестерней, поэтому момент трения муфт устанавливается в соответствии с
моментом, передаваемым от обода колеса, чем и ограничивается возможность
буксования колес на скользкой дороге.
266
Раздел 3. Зубчатые колеса
Механизмы, составленные из зубчатых колес
267
Рис. 3.208. Движение выходного вала 2 дифференциала (схема а) является
результатом сложения движений, передаваемых от ведущего вала / конической
парой z2—Zio поводку 3 и через реверсор 4 и далее через червячную передачу
—z7 центральному колесу z8 дифференциала. В зависимости от положения
муфт реверсора 4 могут быть осуществлены две скорости прямого хода и одна
скорость обратного хода. При выключенных муфтах реверсора и самотормозя-
щейся червячной передаче дифференциал обращается в планетарную передачу
с ведущим поводком 3.
На схеме б дана конструкция редуктора.
Передаточное отношение механизма определяется по формулам:
при выключенном реверсе
• _
’1б 2г2г12
при включенном реверсе
г10 гЗг5г7
Суммирующие и уравнительные эпициклические
механизмы и механизмы подачи
Рис. 3.209. Дифференциальный механизм с коническими зубчатыми коле-
сами. Конические колеса 2, 5 соединены с валами 7, 6 и находятся в зацеплении
с зубчатыми колесами 3, 7, оси которых укреплены в коробке, имеющей зубча-
тое колесо 4, соединенное с колесом ведущего вала I. Механизм применяется
для суммирования вращений или для компенсации разности чисел оборотов.
Поводок // всегда имеет полусумму чисел оборотов валов 1 и 6. Механизм
Рис. 3.210
применяется в автомобилях, тракторах, станках и пр. в качестве уравнитель-
ного или суммирующего механизма. Если дифференциал применен в экипаже
(см, рис. 3.215), то, когда ведущие колеса при движении экипажа по прямой
вращаются с одинаковым числом оборотов, механизм дифференциала, т. е.
зубчатые колеса 2, 5 и 3, 7 вместе с коробкой работают как одно жесткое тело.
268
Раздел [3. Зубчатые Колеса
Если же колеса начинают катиться по криволинейному пути, то зубчатые ко-
леса 5, 7 начинают вращаться, обеспечивая необходимое различие чисел оборо-
тов ведущих колес экипажа.
Рис. 3.210. Дифференциальный механизм с цилиндрическими зубчатыми ко-
лесами. Каждое из ведомых колес 3 соединено с зубчатыми колесами 1, ось
вращения которых укреплена в коробке 2 дифференциала. Колеса 1, кроме того,
находятся в зацеплении друг с другом (вид сверху). Механизм применяется
для той же цели, что и дифференциал из конических колес. Передаточное от-
ношение между центральными колесами при неподвижном водиле (коробки
2 дифференциала) равно единице.
Рис. 3.211
Рис. 3.211. Привод уравновешивающе-нажимного механизма клети средне-
листового станка. Рамка 11 дифференциала жестко соединена с зубчатым ко-
лесом 13, от которого движение передается колесу 3 с червяками 5 и 1 червяч-
ных передач нажимных винтов. Центральное колесо 12 получает движение от
двигателя 2, а центральное колесо 9 — от двигателя 6 через зубчатую передачу
(7, 8). Валу 4 можно сообщить четыре скорости.
1-я скорость — двигатель 6 неподвижен;
' «2 Zig
п . — ------
2-я скорость — двигатель 2 неподвижен;
// ^6 г13^8
"4 = ---—
3-я скорость—двигатели 2 и 6 вращаются в одном направлении;
Ц4" = П4 —П4.
4-я скорость — двигатели 2 и 6 вращаются в разных направлениях;
П4" = п'4 + п\.
Механизмы, составленные из зубчатых колес
269
Рис. 3.212. Привод уравновешивающе-нажимного механизма клети средне-
листового стана. Рамка дифференциала соединена кинематически с двигате-
лем 3 небольшой мощности. Центральные колеса дифференциала соединены с
двигателями 1 и 2 одинаковой мощности. Для параллельного перемещения
валка включаются двигатели 1 и 2 с направлением вращения в разные стороны.
Включением двигателя 3 можно осуществить выравнивание или перекос валка.
Рис. 3.213. Дифференциальный механизм. Применяется при различных на-
правлениях вращения ведомых валов в механизмах с параллельными криво-
шипами. Корпус дифференциала приводится во вращение ведущим валом через
зубчатое колесо 6. Внутри корпуса дифференциала имеется диск 5 с четырьмя
лучами, входящими в соответствующие пазы в корпусе. Зубчатое колесо 2 сцеп-
лено с колесом внутреннего зацепления 1 ведомого вала. Зубчатое колесо 4
внутреннего зацепления сцеплено с колесом 3 второго ведомого вала
Рис. 3.214
Рис. 3.214. Несимметричный дифференциал. Результирующее вращение на
водиле 1 не пропорционально сумме чисел оборотов центральных колес zx и z6.
Вычисление следует производить непосредственно по формуле (1) (см. стр. 225).
Может применяться в качестве уравнительного механизма. Зубчатые колеса
и z3 а также z4 и z$ жестко соединены между собой.
270
Раздел 3. Зубчатые колеса
Механизмы, составленные из зубчатых колес
271
Рис. 3.215. Привод колес шестиколесного экипажа от общего вала. Так как
при движении по кривым наружные колеса описывают больший путь, чем внут-
ренние, привод должен иметь дифференциал.
Рис. 3.216. Автомобильный дифференциал из конических колес, допускаю-
щих развал осей.
Рис. 3.217. Дифференциал грузового автомобиля ЯАЗ-5.
Рис. 3.218. Дифференциал трактора, позволяющий управлять скоростью
движения гусениц при поворотах. Если затормозить правый тормозной диск, то
коническое колесо z2 будет обкатываться по неподвижному Z\ и колесам г3 и ?3
будет сообщено дополнительное вращение в противоположных направлениях.
В результате этого правый вал 3 будет вращаться медленнее, а левый 4 быст-
рее. При торможении диска 1 левый вал будет вращаться быстрее, а правый
медленнее.
Рис. 3.219. Дифференциальный механизм. На ведомых валах 3 и 4 нахо-
дятся фланцы с клиновидными канавками /, прижимаемые друг к другу пру-
жинами. Между фланцами в канавках имеются шарики, расположенные в от-
верстиях диска зубчатого колеса 2, получающего движение от шестерни веду-
щего вала (на рисунке не показан). При торможении одного из валов 3 или 4
272
Раздел \3. Зубчатые Колеса
шарики начинают перекатываться в канавках фланцев, сообщая при этом дру-
гому валу увеличенное число оборотов.
Рис. 3.220. Роликовый дифференциальный механизм. На ведомых валах 1
и 5 укреплены чашки 2 и 3 с криво-
линейными пазами (правый эскиз).
Между чашками находится обойма
4 с прорезями, в которые заложены
ролики 6. При движении по прямой
ролики 6 неподвижны относительно
чашек 2 и 3. Несмотря на то что
плечи приложения крутящих усилий
к валам 4 и 5 различны, передавае-
мые моменты равны вследствие раз-
личной кривизны пазов в чашках 2
и 3. При увеличении момента на од-
ном из ведомых колес (при движе-
нии по кривым) ролики 6 начинают
вращаться в обойме и катиться по
кривым чашек 2 и 3, сообщая при
этом колесам разное число оборотов
(см. также рис. 3.222).
Рис. 3.221
Рис. 3.221. Дифференциальный механизм с шариками 3. На оси насажены
диски 1 и 5, имеющие дуговые канавки 2. Между половинками корпуса диффе-
ренциала находится пластина 4 с восемью отверстиями, расположенными на
двух окружностях, по четыре на каждой. В эти отверстия вставляются сво-
бодно шарики. Диски 1 и 5 устанавливаются так, что шарики помещаются
между ними без зазора. Если одно из колес Притормаживается, то шарики, до
сих пор неподвижно сидевшие в отверстиях пластины 4, начинают вращаться
и ускорять вращение другого колеса, при этом шарики попеременно переходят
из канавок диска 5 в канавки диска 1 и наоборот.
Рис. 3.222. Шаровой автомобильный дифференциал. Дифференциал состоит
из двух корпусов 1 и 4, по которым в профилированных желобках перекатывают-
ся шарики 2, заключенные в пазах водила 3. Шарики допускают компенсацион-
ное относительное вращение ведомых валов, как в механизме по рис. 3.219. Если
какое-либо из колес испытывает большее сопротивление, то фасонные поверх-
ности корпусов разжимаются шариками, увеличивая момент трения между той
парой поверхностей, которая передает момент на вал. испытывающий большее
сопротивление.
Механизмы, составленные из зубчатых колес
273
Рис. 3.222
Рис. 3.223
Рис. 3.223. Дифференциал банкаброша. Применяется для сообщения катуш-
кам сложного движения при неизменном числе оборотов веретена. Дифферен-
циал суммирует постоянное число оборотов главного вала I и число оборотов
зубчатого колеса //, приводимого в движение от конических барабанчиков ва-
риатора скорости:
Z\Z9 37 18
П3 = (31 + пп (1 — г31); г31 = ——-(— I)2 = —— • —- = 1,23.
274
Раздел в. Зубчатые колеса
Рис. 3.224
Рис. 3.224. Дифференциал банкаброша. Зубчатое колесо z2 с зубьями, рас-
положенными с двух сторон, и посаженное на сферическую поверхность поводка,
вращается вместе со втулкой II и покачивается вокруг оси О3 под воздействием
торцового кулака MN, приводимого в движение от конических барабанчиков
вариатора скорости. Вследствие изменения углов при вершинах начальных ко-
нусов изменяется передаточное число планетарной передачи.
Рис. 3.225
Рис. 3.225. Банкаброшный дифференциал
z3z2 56 • 60
rei =«зг'1з +«п(1-г'1з); чз = '77' = 4^5~-1'2’49-
Рис. 3.226. Саморегулирующаяся планетарная передача. При нормальной
работе фрикционная муфта 2 включена, ведомый II и ведущий I валы вращают-
ся с одинаковым числом оборотов
П1 = ПП-
Механизмы, составленные из зубчатых колес
275
Рис. 3.226
При перегрузке ведомого вала II кулачковая муфта 3, преодолевая усилие
пружины 1, расцепляет фрикционную муфту 2. Планетарная система начинает
вращать ведомый вал II с пониженным числом оборотов:
nj n1z[
И т т - ,
1 - 4з | _|_ Z3 21 + Z3
Центральное колесо z3 удерживается от вращения собачкой 4. Упор а пре-
пятствует значительному перемещению правого диска муфты 2.
Рис. 3.227
Рис. 3.227. Привод к вязальной машине. Тормоз Т является предохранитель-
ным. Если сопротивление со стороны ведомого вала 3 увеличится, то тормозной
шкив будет буксовать и передача движения ют шкива 2 к валу 3 прекратится.
276
Раздел \3. Зубчатые колеса
Момент тормоза должен быть определен из уравнений (4) и (5) (см. стр. 226)
и равен
пл пл (1 Из
Л4 <т> — — Л41 I 1
\ 413
Л41 — момент на ведущем зубчатом колесе Zj, определенный для возможной
перегрузки. 1 — холостой шкив.
Механизмы грузоподъемных машин
Рис. 3.228. Домкрат с дифференциальным механизмом. В рассматриваемой
конструкции зубчатое колесо 6 соединено со штангой 1 винтовой парой, а блок
зубчатых колес 2—3 соединен со штангой скользящей шпонкой 8. При враще-
нии рукоятки зубчатое колесо 6, сцепленное с зубчатым колесом 4, сообщает
Рис. 3.228
штанге продольное перемещение, зубчатое колесо 7, сцепленное с зубчатым
колесом 3, вращает в это время штангу /, заставляя ее перемещаться по оси в
обратном направлении. Результирующее движение равно разности этих движе-
ний. Передаточное число
( ^7 \
\ “ Яз J
Например, пусть R = 30 см, S = 2 см, z6 = z± = 40, Zq = 24 и г3 = 26.
Тогда
'40 24
( 40 “ 26 J
1 :195.
Для быстрого опускания груза рычагом 5 поворачивают эксцентричную
втулку и сцепляют колесо 7 с колесом 2, тогда механизм начинает работать
как обычный винтовой домкрат при неподвижном колесе 4.
Механизмы, составленные из зубчатых колес
277
Рис. 3.229. Дифференциальная лебедка. При вращении ведущего вала I с
эксцентриком барабаны 1 и 6 вращаются с разностью скоростей, пропорцио-
нальной
?2
z3
?5
Рис. 3.230. Шатун АВ шарнирного параллелограмма совершает поступа-
тельное движение, поэтому угловая скорость шатуна шг = 0. Согласно формуле
для эпициклических механизмов
—
п3 — пх
— Z23
при п2 = 0
«з = П1(1 — (32).
Рис. 3.230
Рис. 3.231. Лебедка, выполненная по схеме рис. 3.230. Кривошипы 3 четы-
рехшарнирного параллелограмма, шатуном которого является колесо 5 с внут-
ренним зацеплением, через зубчатые колеса 1—2 связаны с ведомым валом //;
число оборотов колеса 4
П4 =Ь —П2 -- 1 —---- .
Z1 \ Ч /
Колесо 4 вращается противоположно кривошипам 3.
278
Раздел 3. Зубчатые колеса
Рис. 3.232. Лебедка с коническим торцовым зубчатым колесом z2, сидящим
на косом кривошипе. Передаточное отношение
со2
С01
^/~ 1 — 2/21 cos а + *21 ’
Z21 — _
z2
При малом угле а скрещивания осей cos а « 1
А
СО!
— 1 *21 —
Рис. 3.232
Рис. 3.234
Механизмы, составленные из зубчатых колес
279
Рис. 3.233. Редуктор в полиспасте, состоящий из замкнутой эпициклической
передачи, в которой устанавливается связь между барабаном (поводок) и цент-
ральным колесом 3 при помощи простой передачи из колес 1—2—2'.
При ведущем Z\ передаточное отношение
«14 = ----- = 1 + ------ 1 + ~Г
П* г122 \ г3 /
Рис. 3.234. Электротельфер. Связь между барабанами 1 и 2 устанавливается
при помощи каната (схема а), навивающегося с одинаковой скоростью на оба
барабана. Из этого условия может быть определено передаточное отношение
г'б2 между колесом 6 и барабаном 2 (схема б)
— **2*63 + Л4 (1 — *6з)’» = **1*68 “Ь **4 О — *6в); **2 == -П1-
После исключения п4 получаем
**6 *63 О— *6s) + (1 *6з) *68 . z3 . Z8Z5
^62= ; *бз — — > *68 — —
**2 *63 *68 2б ^7^6
Рис. 3.235. Кривошипно-планетарный механизм полиспаста. Колеса 4 и 5
образуют внутреннее зацепление. С колесом 4 связан блок 1. Для устранения
вращения колеса 5 его выступы 2 скользят в вырезах 3 планки.
280
Раздел 3. Зубчатые колеса
Механизмы, составленные из зубчатых колес
281
Рис.
тормоза
3.236. Электролебедка для перемещения скреппера. При включении
А работает барабан I с числом оборотов
Яз
nI = i---Т-; *35 = -
1 z35
?3
включении тормоза С работает барабан
При
может быть вычислено по следующей формуле:
II с числом оборотов, которое
пП — 1 ; Z3'5' —
1 “"z3'5'
25
Z3
Рис. 3.237. Механизм тельфера с замкнутой планетарной передачей. Допол-
нительной передачей z3— связь между числом оборотов z3 и барабаном,
играющим роль водила, устанавливается следующими формулами:
п1 — п2 Чз “Ь пв (1 Чз)-
Отсюда получим
П1___• • । /1 • ч
„ — Чз гзв "1“ О — Чз'-
"в
Рис. 3.238
п3
Рис. 3.238. Электротельфер с замкнутой эпициклической передачей, состоя-
щей из одного внутреннего и одного внешнего зацепления. Расчет аналогичен
механизму по рис. 3.237.
282
Раздел 3. Зубчатые колеса
Эпициклические механизмы для сообщения
движения звеньям с подвижными осями
Рис. 3.239. Механизм поворота вращающихся с водилом 5 лопаток 4 при
помощи огибающей цепи 3. Диаметр зубчатого колеса 1 равен половине диа-
метра колеса 2.
Рис. 3.239
Рис. 3.240
Рис. 3.240. Механизм для сообщения вращательного движения валам с па-
раллельными подвижными осями. Водило 1 и вал I могут вращаться независи-
мо. При неподвижном Z\ и одинаковых числах зубьев на колёсах^! и z2 каждое
из колес z2 и лопатки 2, прикрепленные к их осям, совершают поступательное
движение.
Рис. 3.241. Применение механизма по рис. 3.150 для параллельно-кругового
вращения лопаток 1. Наклон лопаток можно изменять поворотом центрального
зубчатого колеса Zi посредством самотормозящейся червячной передачи 2.
Механизмы, составленные из зубчатых колес
283
Рис. 3.242. Применение механизма по схеме рис. 3.150 для параллельно-кру-
гового движения гребных лопаток 1. Механизм состоит из зубчатых колес с не-
подвижно закрепленным центральным колесом Zi.
Рис. 3.243. Механизм месильной машины, в которой мешалки 1 совершают
сложное вращение. Перемещением блока зубчатых колес Zi—z3 осуществляется
изменение скорости мешалок. В одном из положений невращающееся колесо Z\
Рис. 3.244
Рис. 3.245
Рис. 3.244. Картофелекопатель с планетарными эллиптическими колесами,
имеющими малую разность полуосей. Эллиптические колеса введены для сооб-
щения лопаткам наклона, изменяющегося относительно вертикали в неболь-
ших пределах.
Рис. 3.245. Направляющий механизм для параллельно-кругового движения
лопаток с неподвижно закрепленным центральным зубчатым колесом и двумя
промежуточными колесами.
284
Раздел 3. Зубчатые колеса
Рис. 3.246
Рис. 3.246. Направляющий механизм для лопаток гребного колеса. Лопа-
сти 1 установлены на диске 2. Лопасти, вращаясь с диском как одно целое, вмес-
те с тем поворачиваются вокруг своих осей при неподвижном зубчатом колесе 3.
Поворачивая центральное зубчатое колесо 5 червячной передачи 4 и системы ко-
лес, можно изменять направление лопастей. Диаметр колеса 6 должен быть в два
раза меньше диаметра центрального колеса 3.
Рис. 3.247. Механизм машины для намотки клубков. Вал 2, на котором вра-
щается клубок, получает движение от клиноременной передачи 3 и передач: чер-
вячной— 5 и плоскоременной — 4. 1—контргруз.
Рис. 3.248. Привод для мешалки с дополнительным вращением мешалки от-
носительно собственной оси. На державке мешалки укреплено зубчатое колесо
2, обкатывающееся по колесу 1, неподвижно укрепленному на станине провода.
3 — пространственный шарнир.
Рис. 3.248
Механизмы, составленные из зубчатых колес
285
Рис. 3.249. Кривошипный механизм с планетарным зубчатым колесом. Ко-
лесо z2 (неподвижно относительно шатуна. Движение ползушки 1 (схема а) нерав-
номерное. Сообщая всей системе вращение с угловой скоростью — со3, равной
угловой скорости кривошипа 2, получим механизм по схеме б с равномерно вра-
щающейся угловой скоростью со 4 кулисой: со4 =—со3. Колесо z2 вращается с
угловой скоростью со2 = (02 — (Оз, которая определяется по формуле
, , 1 + X2 + 2Х cos а
2 4 1 + X cos а
а = 180° — (? + Ф);
1 R
sin ф = — sin <р; X =------- (см. рис. б);
X в
' ' . ' . ?2
(£»1 — w2z12’ <01 — <01 ’
21
(£>1 = (o2i12 -j- шз (1 — *12) •
(02 определяется как угловая скорость шатуна кривошипно-шатунного
ханизма. Угловая скорость (Oj ведомого колеса складывается из постоянной
рости co3(il—if 12)= соз ---и периодически изменяющейся скорости
2Х
^2 “F 21
За и3 оборотов кривошипа колесо Z\ сделает П\ = п3 -------- оборотов.
Z1
ме-
ско-
COgt 12-
286
Раздел 3. Зубчатые колеса
Рис. 3.250
Рис. 3.250. Планетарный кулисный механизм. Звено 3 механизма приводится
в движение сателлитом 2, вращающимся вокруг мгновенной оси Р с угловой
скоростью С02 = СОо(1 —J*21) = О>0 ---Угол ф2=фо(1 —*21).
га
Механизм можно рассматривать как кулисный с переменным радиусом р
кривошипа, вращающегося с изменяющейся угловой скоростью. Радиус г отно-
сительно радиуса R координируется углом
Ф ~ 180° — То *21’
р2 _ _|_ г2 — 2J?r cos ф = 7?2 + г2 + 2Rr cos Z2i?o.
Рис, 3.251. Шарнирный параллелограмм в соединении с планетарной переда-
чей. Колесо 23 прикреплено к шатуну неподвижно. Если кривошипны 1 — веду-
щие,. а колесо z2 — ведомое, то передаточное число i 12 = 5.
1 — *2з
Рис. 3.252
Рис. 3.252. Шарнирный параллелограмм с колесом внутреннего зацепления
на шатуне. Передаточное число
Механизмы, составленные из зубчатых колес
287
Рис. 3.253
Рис. 3.253. Шарнирный параллелограмм с передачей внутреннего зацепления.
Если ведут кривошипы, то передаточное число
41 —
zi
Z1 — Z2
Рис. 254. Кривошип Кардана с планетарными зубчатыми
Z2 1
колесами — = —
z2 2
Колеса zx могут быть любого размера, но должны иметь одинаковое число зубьев,
При одинаковых колесах Zi начальная окружность колеса z2 катится внутри на-
чальной окружности колеса z3. Центр пальца 1 на сателлите z2 при z2 = 0,5 z2
перемещается по горизонтальной прямой, совпадающей с диаметральной линией
колеса z3.
Рис. 3.254
Рис. 3.255
Рис. 3.255. Передача с эксцентричным круглым ведущим колесом. Колесо Z\
изготовлено за одно целое с шатуном 2 и установлено на эксцентрике I. Сте-
пень неравномерности зависит от величины эксцентриситета. Колесо Z\ относи-
тельно шатуна 2 движется с угловой скоростью со3 — со2;
(й3 — со2 — (со^ — <d2) j31; г31 — —
Z3
С03 _ + <n2 (1 — r31).
288
Раздел 3. Зубчатые колеса
Рассматривая колесо как сателлит на поводке 4, можем написать:
w3 — ^б^Зб 4“ W4 О — *3б); *35 — — »
гз
Wl*31 , 1 --- *31 1 --- *35
(D5 =------;---- 4- (J02 ---;------ — (JO4 ----;----- .
*35 *35 *35
o>2 и (04 определяются из анализа четырехшарнирного механизма.
Рис. 3.256
Рис. 3.256. Механизм с круглыми зубчатыми колесами для неравномерного
движения. Скорость ведомого вала // равна нулю, если ось вращения колеса 4
проходит через начальную окружность колеса 2. Если центр колеса 4 располо-
жен вне или внутри начальной окружности колеса 2, то колесо 3 вращается в
одну или другую сторону.
А — вид спереди; Б —вид сбоку в фазе наименьшей скорости вращения ко-
леса //. Г — фаза наибольшей скорости. В — промежуточное положение меха-
низма.
Угловые скорости коромысла СД и шатуна ВС определяются как для четы-
рехшарнирного механизма:
w3 — швс — W1 Z21 + ®АВ U ““ Z21)» *21 — у >
Z2
z3
ю4 = (о2; <о4 = <о3 г43 + <осс (1 — i43); t43 = — — ;
Z4
1
<03 = [«1 t21 + (1 —Z21) W£)c(l ;
*43
Комбинированные механизмы
Рис. 3.257. Реверсивная передача с зубчатым сектором, приводимым в дви-
жение от кривошипа. Обратный ход колеса II совершается с большей скоростью,
чем прямой.
Рис. 3.258. Качающаяся кулиса с зубчатым сектором.
Механизмы, составленные из зубчатых колес
289
Рис. 3.259. Реверсивная передача с качающейся кулисой в виде зубчатой
рейки /; I — ведущий вал. За -один оборот вала / колесо 2 сделает приблизи-
Г1
тельно — оборотов в одну и другую стороны.
Рис. 3.260. Механизм для увеличения длины хода. Криво-шип 1 передает дви-
жение ползуну 2, который соединен с зубчатым сектором 3. Ход точки а больше
хода ползуна.
Ю G. Н. Кожевников и др.
Рис. 3.260
290
Раздел 3. Зубчатые колеса
Рис. 3.261. Механизм для протирания стекол автомобиля. К вращающемуся
от электродвигателя 5 диску 1 прикреплена шарнирно-зубчатая рейка 3, которая
находится в зацеплении с колесом 2. Ролик 4 обеспечивает постоянное зацепле-
ние рейки с зубчатым колесом.
Рис. 3. 262. Кривошипно-шатунный планетарный механизм. Со стойкой 1 свя-
зано неподвижное колесо 2, вокруг которого вращается сателлит 4 с осью на по-
водке 5. Шатун 5 связывает сателлит 4 с ползуном 6. В зависимости от отноше-
ния числа зубьев колес 2 и 4 можно получить различного характера траекторию
точки А (удлиненная или укороченная эпициклоида), следовательно, и закон пе-
ремещения ползуна.
Рис. 3.262
fi)
Рис. 3.263
Рис. 3.263. «Римская передача». Характер движения ведомого звена II (схе-
ма б) зависит от размеров плеч шатуна 1 и от передаточного отношения зубча-
тых колес. Если отношение чисел зубьев Zi/z2, где одно из чисел простое число, то
период кривой перемещения ведомого звена II соответствует времени t за z2 обо-
zi
ротов ведущего колеса Если-—= а, где а — целое число, то период кривой
Z2
перемещения равен времени t за а оборотов ведущего зубчатого колеса
Механизмы, 'составленные из зубчатых колес
291
Рис. 3.265. Механизм с неравномерным вращением ведомого вала. На ободе
шкива 1 неподвижно установлен палец 2 с закрепленным на нем зубчатым коле-
сом Движение ют колеса zx к колесу г5 передается посредством колес г2, z3 и
г4, оси которых установлены на шатуне 3. Колеса г3 и z4 жестко соединены меж-
ду собой.
Рис. 3.264. Колебательный привод для шлифовальных и полировальных
станков. На ведущем валу I укреплено зубчатое колесо 2 и эксцентрик, соеди-
ненный со стержнем 3. Колесо 2 сцеплено с колесом /, на валу которого также
укреплен эксцентрик, соединенный со стержнем 5. Стержни 3 и 5 соединены шар-
ниром в точке А. В точке Б стержня 5 укрепляется -обрабатывающий инструмент
(на рис. диск 4). Числа зубьев колес 2 и 1 — простые числа. Обрабатывающий
инструмент совершает полный цикл движений за время, пока колесо 2 соверша-
ет число оборотов, равное числу зубьев колеса 1.
Рис. 3.265
Рис. 3.266. Механизм Ропера. Колесо г2 с внешним венцом посажено на ве-
дущем эксцентрике. Рамка 3, в пазах которой скользят пальцы, укрепленные на
колесе z2, перемещается относительно ступицы эксцентрика и удерживается от
вращения неподвижным пальцем 4, т. е. совершает поступательное движение.
Вследствие этого скорость на начальной окружности колеса z^ равна скорости
10*
292
Раздел 3. Зубчатые колеса
центра О эксцентрика. При малой разности чисел зубьев возможно получение
больших передаточных отношений:
Рис. 3.267
Рис. 3.267. Зубчатый кулисно-реечный механизм. Механизм позволяет сумми-
ровать постоянную скорость, передаваемую парой зубчатых колес г3 и z6 цент-
ральному колесу z5 эпициклической передачи, и скорость, изменяющуюся по си-
нусоидальному закону, передаваемую поводку 4 от синусного механиз-
ма /, 2, 9 с кривошипом 2 посредством рейки 9 и зубчатого колеса 10. Результи-
рующее движение сообщается через колеса z7 центральному колесу z8. Механизм
может быть использован в копировальных станках для обработки кулачков с
профилем, обеспечивающим синусоидальный закон движения ведомого звена
при соответствующем расчете зубчатых колес и радиусе кривошипа синусного
механизма. Слева показана кинематическая схема механизма.
7
Рис. 3.268
Рис 3.268. Зубчатый эксцентриково-реечный механизм. Механизм дает воз-
можность суммировать движение с постоянной скоростью и движение, воспро-
изводимое кулисным механизмом с вращающейся кулисой. Зубчатое колесо 4 при
неподвижной рейке 2 относительно маховика 1 приобретает угловую скорость аи.
Механизмы, составленные из зубчатых колес
293
Вследствие того, что рейка 2 помещается в пазу 3 маховика и при вращении
маховика получает относительное перемещение в результате связи с неподвиж-
ным эксцентриком 6 при помощи шатуна 5, к указанной постоянной скорости
прибавляется угловая скорость, определяемая относительной скоростью полз ушки
кулисного механизма.
Рис. 3.269. Зубчатый эксцентриково-секторный механизм, работающий анало-
гично механизму рис. 3.268. В механизме производится суммирование постоянной
скорости зубчатого колеса 1 с переменной скоростью шатуна 5 двухкривошипного
четырехзвенного механизма 2—3—4—5 относительно колеса 1.
Рис. 3.270
Рис. 3.269
Рис. 3.270. Механизм для сообщения поступательного движения каретке.
При вращении ведущего вала 2, соединенного с червяком скользящей шпонкой,
коробке 1 сообщается движение от вращающегося червячного колеса 5, связан-
ного со стойкой 3 шатуном 4. Скорость движения коробки переменная.
Рис. 3.271
Рис. 3.271. Направляющий механизм для фрезерования по дуге круга. Две
червячные передачи 1 и 3 приводят во вращение кривошипы 2 с изменяемой ве-
личиной плеча. К цапфам кривошипов прикреплен стол 4, на котором устанавли-
вается изделие 5. В то время как стол 4 описывает верхнюю полуокружность,
фреза 6 выбирает в изделии канавку по дуге круга (нижнюю полуокружность).
Когда стол проходит нижнюю полуокружность, фреза выбирает в изделии ка-
навку на верхней полуокружности.
294
Раздел 3. Зубчатые колеса
Рис. 3.272
Рис. 3.272. Механизм для протягивания специальной канавки с переменным
шагом. При вращении винта 1 каретки 4 перемещается влево. В результате ка-
чения спирального колеса 3 по сопряженной рейке 2 изделию, закрепленному на
каретке, сообщается дополнительное вращение с переменной скоростью при по-
стоянной скорости каретки. Спиральное колесо представляет собой винтовое ко-
лесо с зубьями, смещенными относительно плоскости чертежа.
Рис. 3.273
Рис. 3.273. Кри'вошипно-шатунный механизм с постоянной скоростью ползуш-
ки в юдном направлении. Кривошип 2 приводится в движение через пару эллип-
тических колес 1 и 3. Кривая скоростей ползуна 4 при его движении справа на-
лево приближается к линейной.
Рис. 3.274. Механизм, сообщающий ползушке 3 приближенно равномерное
движение. 1 — ведущее зубчатое колесо, 2 — овальное колесо.
На диаграмме справа приведена кривая скорости о ползушки 3 в функции
угла поворота ведущего вала и кривая пути $.
Механизмы, доставленные из зубчатых колес
295
Рис. 3.275. Схема лентопротяжного механизма обувной машины, служащего
для подачи металлической ленты в молотковый патрон, в котором от ленты от-
резается штифт, вбиваемый молотком в патрон. На ведущем валу I механизма
закрепляются кулачки 1 и 3. Первый из них приводит в движение коромысло 2
с зубчатым сектором 5, а второй — коромысло 4 с зубчатым колесом 6. За пе-
риод полного оборота кулачкового вала колесо 6 получает вращательное движе-
ние относительно своей оси, которое суммируется с колебательным движением
относительно неподвижной оси О\.
Рис. 3.276
Рис. 3.276. Кантователь слябинга. Рейка 7 приводится в движение от коле-
са 6 на рычаге 5, которому движение передается от двигателей 1 через редук-
тор 2 и криво шип но-шатунный механизм 3—4, и от рейки 8, связанной с при-
водным колесом 9. При кантовании полосы центр колеса 6 должен опережать
рейку 8Г в таком 'случае зуб 10 кантователя поднимается и кантуёт заготовку.
Справа показана кинематическая схема механизма реек кантователя.
296
Раздел 3. Зубчатые колеса
Механизмы, составленные из зубчатых колес
297
Рис. 3.277. Кантователь с дифференциальной реечной передачей. Кантова-
тель обжимных станов работает согласованно с манипулятором (на схеме не по-
казан), задачей которого является перемещение слитка в направлении, перпенди-
кулярном оси прокатки. В приведенном механизме движение манипулятору сооб-
щается от двигателя 1 через колеса 6. В этом случае вся система получает по-
ступательное движение. В случае необходимости кантования слитка включается
двигатель 2, приводящий в движение через редуктор 3 и кривошипно-коромыс-
ловый механизм 4—5—9 реечное зубчатое колесо 8 и рейку 7, поднимающую
или опускающую крюк 12 на валу 13 манипулятора. Таким образом, при не-
подвижной обойме 9 крюк также неподвижен. 10 и 11 — промежуточные зубча-
тые колеса. Числа зубьев колес 6, 6', 11 и 10 одинаковые.
Рис. 3.278. Волновая зубчатая передача, применяемая для преобразования
чисел оборотов. Ведущим звеном является генератор колебаний — кулачок 1 эл-
липтической формы. Ведомым звеном может быть гибкое тонкое кольцо 2 с на-
ружными зубьями при неподвижном жестком кольце 3 с внутренними зубьями
или наоборот. Разность чисел зубьев г3 и z2 должна соответствовать числу волн
деформации (по схеме а г3— z2 = 2).
С целью сокращений потерь на трение между кулачком 1 и гибким кольцом 2
могут быть установлены шарики или ролики 4.
На схеме б генератор 1 заменен шарами-сателлит а ми 2' установленными в во-
диле 1'. Ведущим звеном является фрикционное колесо 3'.
Передаточное отношение волновой передачи определяется по формуле
*13 = =
z3 — г2 и
для случая, когда неподвижным является гибкое колесо 2, и
. __ ^2 __ ^2
*12 — -----‘ ,
— Z2 U
когда неподвижным является жесткое колесо 3, где и = 2 — число волн дефор-
мации.
Рис. 3.279
Рис. 3.279. Конструктивная схема (а) двухволновой передачи с гибким ко-
лесом, изготовленным за одно целое с валом. По схеме б гибкое колесо 2 с ва-
лом соединяется шлицами.
298
Раздел 3. Зубчатые колеса
Рис. 3.280
Рис. 3.280. Трехволн-овая зубчатая передача. Гибкое колесо 2 (схема а) с
внутренним зацеплением. По схеме б гибкое колесо 2 с наружным зацеплением.
Передаточное отношение определяется по тем же формулам, что и для двухвол-
новых передач. Здесь и = z3 — z2 = 3.
На рисунках в и г показаны конструктивные схемы трехволновых передач.
Механизмы, составленные из зубчатых колес
299
Рис. 3.281
Рис. 3.281. Двухступенчатая волновая передача. Блок гибких колес (а) изго-
товлен с наружным зацеплением и деформируется одним генератором 1. Пере-
даточное отношение
.________*12*45______П1
*15 — . . , , —
*12 — *45 + 1 П5
Блок гибких колес (б) имеет наружное и внутреннее зацепления
. *12*45 П1
*15 — — . . — — •
*12 + *45 +1 П5
Рис. 3.282. Двухступенчатый двухволновый редуктор с планетарной пере-
дачей, встроенной в генератор.
Три сателлита 2 находятся в зацеплении с зубчатым колесом 11, закреплен-
ным на ведущем в.алу 1, и центральным колесом 5 с внутренним зацеплени-
ем (а). Оси 3 сателлитов закреплены на ступице ведомого жесткого колеса 8 с
внутренним зацеплением, которое входит в кинематическую цепь волновой пе-
редачи. Колесо 5 соединено с фланцами 4 посредством шпилек и вместе с ними
имеет эллиптическую наружную поверхность, которая служит опорой для роли-
ков 10 генератора.
Тонкое гибкое кольцо 6 охватывает ролики 10, приобретая при этом форму
эллипса и служит опорой для зубчатых пластин 9, соединенных между собой
шарнирно и образующих гибкое зубчатое колесо волновой передачи. Оси шарни-
ров пластин допускают при их относительном повороте весьма малое изменение
расстояния между крайними соседними зубьями. Малый относительный поворот
пластин соответствует изменению кривизны гибкого кольца 6, у которого разме-
ры малой и большой полуосей эллипса отличаются немного больше, чем на вы-
соту зуба.
Пластины 9 гибкого колеса, расположенные слева, зацепляются с ведомым
жестким колесом 8, а пластины, расположенные справа—с неподвижным коле-
сом 7. Между плоскостями стыка колес 8 и 7 расположены шарики, образующие
радиально-упорный подшипник трения качения. На схеме волновой передачи (б)
гибкое кольцо 6 и ролики 10 не показаны.
Рис. 3.283. Двухступенчатый двухволновый редуктор в комбинации с плане-
тарной передачей.
На ведущем валу 1 редуктора закреплено центральное солнечное колесо 10t
которое находится в зацеплении с колесом 11 блока сателлитов планетарной пе-
редачи. Блок сателлитов 12 и 11, вращающийся на оси 9 водила, находится в за-
цеплении с двумя солнечными колесами внутреннего зацепления, одно из них —
колесо 8 — прикреплено неподвижно к корпусу, а второе — к двухволновому ге-
нератору 13. На овальной наружной поверхности генератора 13 установлены:
ролики 2 и тонкое гибкое кольцо 4, на котором расположены зубчатые сегмен-
300
Раздел 3. Зубчатые колеса
Механизмы, составленные из зубчатых колес
301
Рис. 3.283
ты 3 волновой .передачи. В выточки зубчатых сегментов вставлены пружинные
кольца 6, прижимающие сегменты к гибкому кольцу 4. Сегменты и зубья жест-
ких колес 5 и 7 зацеплены в зоне больших осей эллипса и полностью расцепле-
ны в зоне малых осей.
Расстояния по дуге начальной окружности между боковыми поверхностями
сегментов и крайними зубьями должны быть выполнены точно, так как шаг зубь-
ев сегментов равен шагу зубьев жестких колес 5 и 7. Сегменты должны быть
взаимозаменяемы.
Угол наклона боковых поверхностей сегментов подобран так, чтобы в ме-
стах выхода и входа в зацепление имело место полное их прилегание по всей
плоскости.
Для увеличения передаточного отношения волновой передачи числа зубьев
колес 5 и 7 имеют небольшую разность, соответственно и кольцевые участки сег-
ментов 3, зацепляющиеся с колесами 5 и 7, имеют разное суммарное число
зубьев.
Передаточное отношение редуктора определяется по формуле:
г — /1/57,
где r‘i — передаточное отношение планетарной передачи,
г5г37
Z57 —
г5г37 -г7г35
— передаточное отношение волновой передачи (между колесами 5 и 7).
Ведомым звеном редуктора является колесо 7 при неподвижных колесах 5.
Если принять е5 = 122, г1 = 126, суммарное число зубьев сегментов 3, зацеп-
ляющихся с колесом 5, г35 = 120, и то же с колесом 7 г37 = 124, то
_________122. • 124_______
167 - 122 124 — 126 • 120 = 1891 ‘
Раздел 4
КУЛАЧКОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КУЛАЧКОВЫХ МЕХАНИЗМАХ
При конструировании машин приходится подбирать тип механизма или се-
рии механизмов, включаемых в состав мишин, исходя из тех процессов, которые
должны быть воспроизведены в машине во время ее работы, т. е. механизмы
приходится подбирать .так, чтобы ведомое звено совершало движение по задан-
ному закону.
Очень часто закон изменения скорости или ускорения ведомого звена не
имеет существенного значения, а важно лишь воспроизвести его ход определен-
ной величины. Это имеет место, например, в рабочих механизмах тепловых дви-
гателей, в которых поршень должен иметь ход заданной величины, в поперечно-
строгальных станках, печатных машинах и др. В этих случаях выбор типа меха-
низма и определение его размеров не вызывают затруднений, причем можно при-
менять механизмы с низшими парами — такие, как кривошипно-шатунный, ку-
лисный, четырехшарнирный и др.
Но в тех случаях, когда перемещение, а следовательно, и скорость и уско-
рение ведомого звена должны изменяться по заранее заданному закону, и осо-
бенно в тех случаях, когда ведомое звено должно временно останавливаться при
непрерывном движении ведущего звена, наиболее просто вопрос решается при
применении кулачковых механизмов.
Общие сведения о кулачковых механизмах
303
На рис. 4.1 в качестве стримера кулачкового механизма показан механизм
привода поршней топливного насоса звездообразного девятицилиндрового дви-
гателя. Поршни 2 приводятся в движение кулачком 4, который установлен на
коленчатом валу двигателя. Кулачек действует на толкатели 3, расположенные в
кольце 1, вращающемся в направлении, обратном направлению вращения кулач-
ка, со екоростью, равной Vs его скорости. При этих условиях поворот кулачка
на 720° соответствует повороту кольца с толкателями в противоположном на-
правлении на 90°. Следовательно, кулачок за два оборота поочередно переместит
все девять поршней, вернувшись в исходное положение при повороте кольца на
90° Порядок впрыскивания топлива: 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, (цифры указывают
порядковые номера цилиндров).
Движение ведомому звену сообщается в том случае, если элемент кинемати-
ческой пары толкателя касается части профиля, имеющей переменный радиус-
вектор. Если часть профиля очерчена дугой окружности с центром, совпадающим
с осью вращения, то при касании элементов кинематической пары в пределах
указанной дуги профиля ведомое звено неподвижно.
Выбирая тот или иной вакон изменения радиуса-вектора профиля кулачка,
можно-получить самые разнообразные комбинации движений ведомого звена.
При анализе кулачковых механизмов требуется по заданному профилю ку-
лачка и размерим механизма определить закон движения ведомого звена. В про-
цессе синтеза кулачкового механизма необходимо выбрать размеры и установить
очертание профиля кулачка. Различные типы, кулачковых механизмов приведены
ниже.
При исследовании кулачковых механизмов и построении профиля кулачка
для упрощения расчетов в большинстве случаев применяется метод инверсии,
т. е. всему механизму сообщается угловая скорость, равная угловой скорости
кулачка, но в противоположном направлении. При этом кулачок остается не-
подвижным, а толкатель вращается вокруг оси кулачка.
Рис. 4.2
В качестве примера на рис. 4.2 показан способ определения закона движе-
ния толкателя 2, который считается вращающимся вместе с направляющей по
часовой стрелке, а кулачок 1 в действительности вращающийся против часовой
стрелки,— неподвижным. Положения центра В ролика на траектории движения
304
Раздел 4. Кулачковые механизмы
его 'относительно кулачка (эквидистанты) отмечены кружками, которые не обо-
значены цифрами.
При проектир'ОВ1аН|Ии кулачковых механизмов могут быть заданы следующие
условия:
1) фазовые углы — углы поворота кулачка — и закон движения ведомого
звена;
2) фазовые углы и h — полные перемещения в пределах каждой фазы. За-
кон движения ведомого звена внутри каждой фазы может быть выбран произ-
вольно.
Для второй комбинации условий законы движения обычно принимаются в
одной из следующих форм:
а) Параболический закон движения (рис. 4.3 и 4.4). Ускорение на отдель-
ных участках остается постоянным, скорость изменяется линейно, а перемеще-
ние s — по параболе.
, Рис. 4.3
Для несимметричного закона (см. рис. 4.4) в течение первой части ср j фазы (pj*
2Л(1 + fe,) ?2
2
ds
dy
Ml
2A(l + fei)
0< Ч><
0< <р<
d2s
dy2
2й(1 + М
s =
0< ?<
ь -IL-
?!
=?i •
Здесь s — обобщенное перемещение;
h — обобщенный ход ведомого звена (линейное или угловое перемещение);
<Pi—фазовый угол.
При симметричном законе движения |(см. рис. 4.3) k\ = 1.
При параболическом законе движения в кривой ускорения имеют место раз-
рывы, что влечет за собой нежесткие удары (мгновенное приложение силы) в
процессе работы механизма.
Общие сведения о кулачковых механизмах
305
б) Синусоидальный закон движения (рис. 4.5):
1 2л: \
— "7— sin-------ср
2л <Р! )
d2s 2hit 2л:
----= ——- sin-----ср.
в) Косинусоидальный закон движения (рис. 4.6).
В случае симметричности кривой ускорений
h / ти \
s = 1 — cos-----ср :
2 \ /
ds Ал: я
—— = — --------sin--ср;
dcp 2 ср! ?1
d2s hn2 к
d?2 2<pj <?1 Y
306
Раздел |4. [Кулачковые механизмы '
Можно построить нбоиммет.ричную относительно середины фазы кривую ус-
корений, которая будет отличаться от показанной на рис. 4.6.
№s
Максимальные ускорения а = со* 2 ведомого звена для приведенных выше
Дер3
отношении (ход и величина фазы одинаковы)
законов находятся в
д2
— = 1 : 1,57 : 1,23.
Синусоидальный закон следует предпочесть всем остальным вследствие от-
сутствия разрывов в кривой ускорений и получающихся при этом динамических
г) Закон движения — трапецеидальный (рис. 4.7). Кривая ускорений со-
ставлена из участков прямых, кривая скоростей—из отрезков прямых и сопря-
женных с ними простых парабол, кривая перемещений — из сопряженных участ-
ков простых (2 и 5) и кубических • (/, 3, 4 и 6) парабол.
д) Закон движения — линейный (рис. 4.8). Нередко необходимо воспроизве-
сти по участкам постоянную скорость ведомого звена. Тогда участки кривой,
очерчивающей профиль, не сопряжены и механизм испытывает удары. Во избе-
жание ударов следует вписывать переходные кривые, приняв изменение ускоре-
ния для участков перехода по одному из приведенных выше законов. Приняв
синусоидальный закон, получаем путь в переходную фазу:
ср' /ср
5 — о ^шах ,
2со \ ср'
1
— sin----------ср
гс ср'
жения.
— угловая скорость вращения кулачка.
Точки а, Ь, е и d на диаграмме — точки сопряжения участков закона дви-
Выбирать ср' следует из условия, чтобы ат
ные пределы.
d*s
ах == (О2
dep2
не выходило за задан-
Выбор размеров кулачкового механизма
307
ВЫБОР РАЗМЕРОВ КУЛАЧКОВОГО МЕХАНИЗМА
Профиль кулачка не должен иметь особых точек или, иначе говоря, интер-
ферирующих участков, пересекающихся в особой точке 1 (рис. 4.9). Для плоских
кулачковых механизмов с внешней цилиндрической поверхностью на ведомом
звене в качестве элемента
Кинематической пары (на-
пример, поверхность роли-
ка или гриба) особые точ-
ки будут отсутствовать, ес-
ли при всех положениях
механизма радиус кривиз-
ны 7?Кр траектории движе-
ния центра ролика (центра
кривизны дуги гриба) отно-
сительно кулачка больше
радиуса ролика (дуги гри-
ба). Этому условию можно
удовлетворить подбором ра-
диуса ролика. При кривиз-
не поверхности на ведомом
Рис. 4.9 Рис. 4.10
звене, равной нулю (плоский толкатель), необходимо определять минимальный
радиус-вектор профиля.
В случае качающегося коромысла минимальный радиус кулачка 7?min
(рис. 4.10) должен быть определен из неравенства:
(а)
В ф.ормуле (а)\ Lo Ог —межцентровое расстояние;
ip — угол поворота коромысла;
8 —' угловое ускорение коромысла;
а = <х>1 — 2cd2; b = (ог — «2;
сиг — угловая скорость коромысла.
Все величины должны соответствовать данному значению
Ф = Н?)-
При определении /?min целесообразно применять графические способы, при-
нимая угловую скорость кулачка coi = 1.
308
Раздел 4. Кулачковые механизмы
По заданному закону движения коромысла строим диаграммы-
б/2ф о б/ф
е = —- <of = f (<р); <о2 = —— <о1 = f (<р); ф = ^(<р).
аф2 «ср
«1
Затем строим квадрат (рис. 4.11), сторона которого с = — , а на про-
должениях сторон квадрата откладываем перпендикулярные им отрезки:
0)9 £
d = —-—; 2d и f =----- ,
*<о2
где = ——масштабы угловой скорости кулачка 1 и коромысла 2
(4.10), при угловой скорости col = 1 и &£ =-—масштаб углового ускорения
коромысла.
Соединяя точку Q — проекцию конца отрезка 2d — с полюсом Р прямой
QP и проектируя на эту прямую точку S, соответствующую концу отрезка d, по-
лучаем точку Т.
Проектируя на вертикальную прямую TG отрезок f, получаем точку Н и со-
ответственно прямую PHL, расположенную под углом Q.
Из подобия треугольников: QFP, TSP, LNP, HGP получаем
tgS = -^- . (б).
ab
£
Подставляя полученное значение—^ в формулу (а), имеем
Яга!п> — ЬохОЛПКФ + ^ткТ (В)
Минимальное значение (ф + Q)min определяется наложением графика
Q = Нф) ни график Ф = /(ф). Для этой цели необходимо выполнить указанные
графические построения для всего периода движения коромысла (рис. 4.12).
Выбор размеров кулачкового механизма
309>
310
Раздел 4. Кулачковые механизмы
Для принятого закона движения коромысла ip = /(ф) минимальное значение
(гр + Q)min соответствует повороту кулачка на угол срл (рис. 4.13) между точ-
ками 11 и 12, а минимальный радиус
^min ^OiO2 S^n ^)min
получается положительным.
-2
Выбор размеров кулачкового механизма
311
Однако не исключается условие, при котором минимальный радиус кулачка
получится отрицательным. Это условие показано на рис. 4.14. Здесь
(<ф — Q)min соответствует началу подъема коромысла и имеет положительный
знак. Последнее относится и к кулачковым механизмам с плоским толкателем,,
когда для всех его положений должно быть
d2s
dy2
>0.
На рис. 4.15 показан график при smax = 60 мм и —-—= 46,2.
^тах
В случае кулачкового механизма с ведомым звеном, снабженным роликом,,
налагаются дополнительные условия, а именно: чтобы угол давления б1 не вы-
ходил за заданное значение бтах ни при одном из положений кулачка. Угол
давления образуют: направление скорости центра ролика и направление норма-
ли в точке профиля для данного положения кулачка.
Это условие может быть удовлетворено при заданном законе движения ве-
домого звена соответствующим выбором эквидистанты (траектории центра'
ролика относительно кулачка).
Выбрав произвольно точку О2 — центр вращения коромысла — по заданному
закону движения строятся его положения и вдоль каждого из них в масштабе
ds
механизма откладываются соответствующие значения xki =
(Di
(рис. 4.16). Если-> 0, то отрезок х в масштабе механизма следует отклады-
(03
вать от центра ролика в направлении к центру вращения коромысла, а если
(Di
— < 0, то в противоположном направлении. Через конец каждого из отрезкой
(о3
проводится прямая под углом 90°—O’max к соответствующему направлению ко-
ромысла и строятся их огибающие для каждой из фаз cpi и (р3 отдельно. Если
312
Раздел 4. Кулачковые механизмы
взять центр 01 вращения кулачка внутри угла 10^11, то поставленное условие
удовлетворяется. Обычно достаточно провести две прямые под углом
ds1 ds3
90° — 'O'max, соответствующие наибольшим значениям и , заменяющие
огибающие, и центр вращения взять аналопично предыдущему. В случае посту-
пательно движущегося толкателя отрезки х параллельны. Вместо огибающих
ds \
-j-, $ ] проведенные под углами
90° — 'Отах к горизонтали. Размер е соответствует смещению оси толкателя.
Во — нижнее положение центра ролика.
’Следует взять касательные к кривой у
Построение профиля кулачка
313
ПОСТРОЕНИЕ ПРОФИЛЯ КУЛАЧКА
Механизм со смещенным поступательно движущимся толкателем
(рис. 4.18). В — центр ролика, е — смещение, h — ход толкателя.
Построение. Выбираем точку Во— нижнее положение центра ролика.
Согласно описанию к рис. 4.16—4.17 определяем положение центра Oi вращения
кулачка и описываем из этого центра окружности радиусов е и 7?min. Касатель-
ная к окружности е пересекается с окружностью #mIn в точке Во. От точки
Во вдоль касательной откладываем перемещения £в, соответствующие равным
интервалам изменения угла <р поворота кулачка. Делим окружность 7?min на ча-
сти, соответствующие фазам, а каждую фазовую дугу — на выбранное число ин-
тервалов (на рисунке восемь интервалов). Через точки деления окружности
-Kmtn проводим касательные к окружности е, затем от окружности 7?min вдоль
касательных откладываем соответствующие значения $. Соединяя найденные точ-
ки, получаем эквидистанту. Радиусом ролика из произвольных точек эквиди-
станты описываем дуги, огибающей которых будет профиль кулачка.
314
Раздел 4. Кулачковые механизмы
Механизм с коромыслом (рис. 4.19). Радиусами 7?пип и ' ^ого2
описываем окружности и делим окружность радиуса ^огО2 на чаюти> пропор-
циональные фазовым углам. Из точек Г, 2', 3' и т. д. деления фазо-
вых дуг окружности радиуса ZqiC>2 Длин°й ^ов коромысла описываем дуги и
на каждой из них делаем засечку дугой с центром в Ои проведенной через
соответствующие положения центра ролика на его траектории. Полученные
точки пересечения дуг лежат на эквидистанте. Профиль кулачка находим ана-
логично предыдущему.
Построение профиля кулачка
315
Механизм с плоским толкателем (рис. 4.20). Радиусом 7?min
описываем окружность, делим ее на части, пропорциональные фазовым углам, и
через каждую из точек деления фазовой дуги проводим лучи, соединяя их с
центром Op От окружности Ятш вдоль лучей откладываем соответствующие
значения s и через найденные точки проводим перпендикуляры к лучам. Огиба-
ющая перпендикуляров является профилем кулачка (на рис. 4.20 огибающая не
показана). На рис. 4.20 построены профили двух кулачков, вращающихся отно-
сительно одной оси 01 в соответствии с графиком (см. рис. 4.15). Один из них
(больший) имеет положительный радиус i?min, второй (меныпий) — отрицатель-
ный 7?min. Путь и закон движения плоского толкателя будут одинаковыми не-
зависимо от того, с каким из построенных кулачков он будет соприкасаться.
316
Раздел 4. Кулачковые механизмы
Рис. 4.21
Механизм с плоским коромыслом (рис. 4.21). Из центра Oi
радиусами 7?min (отрицательный) и ^ого2 описываем окружности и делим их
на части, пропорциональные фазовым углам. От касательной Lq^, проведенной
к окружности минимального радиуса 7?min, откладываем максимальный угол
качания коромысла и делим его на части в соответствии с заданным законом
движения. Из точек деления фазовых углов /, 2, 3 и т. д., расположенных на
окружности радиуса Lo Oz , проводим касательные к окружности радиуса 7?min
(показана штриховой линией только для положения 6, 5 и 8) и строим углы ф,
соответствующие данным точкам. Огибающая найденных положений коромысла
будет искомым профилем кулачка.
Положение точки В касания коромысла с профилем кулачка, перемещаю-
щейся по линии коромысла, можно определить для каждого из его положений,
йо формуле
lo2b=(cos ф - *min sin •
Построение профиля кулачка
317
Траектория точки В проходит через точки В3' — В7. Рассмотренная ме-
тодика построения профиля кулачка сохраняется и для случая, когда минималь-
ный радиус кулачка Rmm положительный.
Рис. 4.22
Построение профиля кулачка барабанного типа с качающимся коромыслом
приведено на рис. 4.22. На развертке основания среднего цилиндра диаметра
Di + D2
d = --------|(схема б) (Di— диаметр барабана, D2 — диаметр впадины канав-
ки) откладываем фазовые дуги l\ = гсрг, /2 = гф2; h = гфз и т. д. (схема а) и
строим положения коромысла (точки Во, /, 2 и т. д.), соответствующие равным
интервалам изменения угла поворота кулачка в пределах каждой фазы (точки
О', Г, 2', 3' и т. д.). Через точки деления (О', 1', 2' и т. д.) радиусом коромысла
/Во2 описываем дуги окружностей и проектируем на них соответствующие поло-
жения центра ролика; на первую дугу положение 1 ролика, на вторую дугу — по-
ложение 2 ролика и т. д. Соединяя последовательно найденные точки, получаем
траекторию центра ролика при движении его относиительно среднего цилиндра
кулачка.
318
Раздел 4. Кулачковые механизмы
На рис. 4.23 показано построение конического кулачка с поступательно
2пгА
движущимся толкателем. Развертка конуса с центральным углом [3 = —-------- ==
lOtA
« 2л sin а. Фазовые углы д/ на развертке с действительными фазовыми углами
связаны равенствами ср/ = <pi sin о; ф2' = фг sin а и т. д. Радиус 7?тт на раз-
вертке определяется как для плоского кулачка. rmin на среднем конусе равен
fmin = ^minsin а. Построение профиля производится аналогично рис. 4.18 при
е = 0.
Рис. 4.24. Кулачковый механизм, состоящий из круглого эксцентрика, заменя-
ющим механизмом которого является: для случая а нормальный (без смещения,
е = 0) кривошипно-шатунный механизм с постоянной длиной кривошипа г и
Схемы, кулачковых механизмов
319
шатуна /; для случая б — кривошипно-шатунный механизм со смещенным на-
правлением движения центра пальца ползуна-толкателя.
Перемещения sb от верхнего крайнего положения могут быть определены
аналитически по формуле:
для случая а
SB = (r + О — г cos а — 11/ 1 — sin2 а;
для случая б
т -----Г , r2 ™ sin а е2
«в ~ и (г+ /2) — е2 — г cos а — / + — sin2 а + ----------------+ — .
Скорость и ускорение для обоих случаев:
= со jг (sin а + cos а tg р);
г sin а + е
— sin а tg р
г cos2 а
I COS3 Р
СХЕМЫ КУЛАЧКОВЫХ МЕХАНИЗМОВ
Рис. 4.25. Кулачковый механизм, в котором эксцентрик 1 (схема а) заклю-
чен в рамке 2 между двумя параллельными прямыми.
Заменяющий механизм (схема б)—прямолинейно движущаяся кулиса.
Формулы перемещений, скоростей и ускорений ведомого звена 2 определи*
ются из выражений:
s = г sin а;
v = согг cos а;
9
а = — со “J г sin а.
320
Раздел 4. Кулачковые механизмы
Рис. 4.26. Двойной круговой сегмент в треугольнике. Длина I сегмента 1 рав-
на высоте треугольника. При перемещении сегмента 1 так, что его крайние точ-
ки с и d скользят по сторонам треугольника 2, центр а сегмента описывает
траекторию по дуге окружности.
Рис. 4.27. Кулачок, представляющий собой правильный криволинейный пяти-
гранник, вращающийся в шестиугольной рамке. Вершины пятиугольника 1 сколь-
зят по стенкам рамки 2. Схема используется в механизме для сверления шести-
гранных отверстий.
Рис. 4.28. Треугольный кулачок /, очерченный дугами радиуса R. Рамке 2
сообщается движение с остановками. Вершины треугольника а скруглены радиу-
сом г. Ход рамки равен R —г.
Рис. 4.31
Рис. 4.29. Равносторонний криволинейный треугольный кулачок 1 сопряжен
с квадратной рамкой 2. При вращении центра а треугольника вокруг центра Ъ
квадрата или наоборот вершины треугольника скользят по стенкам паза. Кула-
чок 1 установлен на эксцентриковом валу 3 свободно.
Схема используется для сверления квадратных отверстий со скругленными
вершинами с помощью трехперого сверла.
Рис. 4.30. Раздвижной кулачок, состоящий из двух частей 1 и 2, применяе-
мый для изменения фаз движения ведомого звена путем поворота детали 1 от-
носительно детали 2 с последующей фиксацией.
Рис. 4.31. Двойной кулачок, в котором геометрическое замыкание осуще7
ствляется с помощью особого замыкающего кулачка 3. Ведущим служит куда-
Схемы кулачковых механизмов
321
чок 1. Профиль замыкающего кулачка определяется из условия постоянства
«диаметра» кулачков, т. е. любое диаметральное сечение кулачков 1 и 2 обеспечи-
вает постоянное расстояние между линиями контакта кулачков с роликами 2 и
4, которое равно А—d, где — диаметр роликов.
Рис. 4.32. Кулачковый механизм с переменным профилем кулачка. Ход тол-
кателя 5 определяется размерами выступающей части пластин 5, которые уста-
новлены между дисками 4 на болтах 1.
Пластины 3 с круговым „пазом 6 устанавливаются в заданном положении
(б) и фиксируются затяжкой болтов 2.
Рис. 4.33
Рис. 4.34
Рис. 4.33. Кулачок с суммируемым профилем. Деталь 3 поворачивается от-
носительно оси О и фиксируется гайкой 2. Диск 1 определяет 7?min. Ось О может
перемещаться по пазу диска 1.
322
Раздел 4. Кулачковые механизмы
Рис. 4.34. Крепление быстросменных дисковых кулачков на валу. Кулачок
2 надевается на лыску вала 1 так, чтобы пазы кулачка совпали со шпоночными
канавками на валу. Втулка 3 перемещается вдоль оси вала и закрепляет кулачок
двумя выступающими -концами скользящих шпонок 6, которые прикреплены к
втулке винтами 5. Рабочее положение втулки фиксируется на валу штифтом 4.
На рисунке показан также комплект деталей кулачка, снятых с вала.
Рис. 4.35
Рис. 4.36
Рис. 4.37
Рис. 4. 35. Крепление сменного кулачка 1 на валу посредством шайбы 2 и
гайки 3. Кулачок от проворачивания удерживается силами трения между запле-
чиком вала и шайбой 2.
Рис. 4. 36. Крепление сменного кулачка 1 посредством муфт 2 с мелким тор-
цовым зубом.
Рис. 4.37. Крепление кулачка 1 барабанного типа к валу посредством
штифта.
Рис. 4. 38. Кулачковый механизм с регулировкой времени выстоя, подъема и
опускания толкателя.
В уширенной части толкателя 2 имеется криволинейный Т-образный паз,
Рис. 4.38
в котором могут перемещаться и фикси-
роваться оси роликов / и 5. Одновремен-
ный контакт кулачка 4 с двумя роли-
ками позволяет перестановкой их осей
регулировать время нижнего и верхнего
выстоя, а также в незначительной сте-
пени время подъема и опускания толка-
теля.
Время выстоя толкателя регулирует-
ся изменением расстояния А между ося-
ми роликов, а время подъема и опуска-
ния толкателя — перестановкой роликов
по пазу без изменения расстояния А
между ними.
Рис. 4.39. Кулачковый механизм с
автоматическим регулированием хода
толкателя.
Толкатель 7 после каждого оборота
кулачка, составленного из двух дисков
1 и 2, постепенно изменяет величину
хода h от максимального значения до
нуля.
Такое движение достигается профилем дисков 1 и 2 и одновременным вра-
щением их с некоторым относительным смещением вследствие разности чисел
зубьев зубчатых колес 5 и 6. Колесо 6 имеет 104 зуба и жестко соединено' с
диском 1 посредством вала 3, а колесо 5 с 105 зубьями соединено с диском 2.
Оба колеса находятся в зацеплении с ведущей шестерней 4.
Механизм применяется в автомате для изготовления бумажных трубок.
Схемы кулачковых механизмов
323
Рис. 4. 40. Кул ачко во-эксцентриковый механизм. Долбяк 8 станка получает
возвратно-поступательное движение от шатуна 2, приводимого в движение па-
зовым кулачком 7, прикрепленным к зубчатому колесу 1 и ползуном 5, шарнир-
но соединенным с шатунами 2 и 4.
Шатун 4 приводится эксцентриком б, который соединен с зубчатым коле-
сом 5, находящимся в зацеплении с колесом 1. Комбинированное движение ша-
туна 2 от кулачка 7 и эксцентрика 6 увеличивают ход долбяка.
Рис. 4.41. Параболический кулачок. За один оборот кулачка толкатель со-
вершает два двойных хода h. Обратный ход — под действием силы Q.
11
324
Раздел. 4. Кулачковые механизмы
Рио. 4.42
Схемы кулачковых механизмов
325
Рис. 4. 42. Кулачковый механизм с большим ходом толкателя при малом
угле давления. Шайба кулачка 10 (рис. а) закреплена на валу 1. В направляю-
щем пазу шайбы установлен ползун 8 со сквоЗ|Ной прорезью для вала 1.
Профилированные концы ползуна образуют выступы, расположенные в раз-
личных плоскостях, поэтому один из них может быть в контакте только с ро-
ликом 12, <а второй — только с роликом 3. Ползун 8 удерживается в положении,
показанном на чертеже пружиной 9.
Ось ролика 12 установлена на неподвижной станине 11, а ролик 3 с де-
талью 6 прикреплен к толкателю 4, который перемещается в направляющих
станины 2.
Ход толкателя 5 определяется высотой выступающей части ползуна, сопри-
касающейся с роликом 5, и величиной перемещения ползуна 8 по направляющим
шайбы, которое происходит вследствие контакта неподвижного ролика 12 с вы-
ступающей частью ползуна, расположенной в другой плоскости.
Для обычной конструкции кулачка при данном ходе h толкателя выступаю-
щая часть профиля показана штрихпунктирной линией 7, а верхнее положение
ролика—окружностью 5.
На рис. б и в показаны варианты кулачковых механизмов с увеличенным
ходом толкателя без увеличения угла давления.
Плавающий кулачок 4 скользит по ведущему валу 1 и опирается на непо-
движный ролик 3. Перемещение толкателя 2 состоит из суммы перемещений:
кулачка относительно неподвижного ролика и толкателя относительно кулачка.
Рис. 4.43
Рис. 4.43. Кулачковый механизм с автоматическим изменением высоты
подъема толкателя. Каждому обороту кулачка соответствует один ход толкате-
ля 7 с роликом 5, причем длина хода толкателя после каждого оборота кулачка
изменяется, а после четырех оборотов цикл движений толкателя 7 повторяется.
Поставленное условие выполняется кулачком, который состоит из диска 10
и ползуна 4, установленного в диаметральном пазу диска. На валу 1, неподвиж-
но закреплены: диск 10 кулачка и зубчатое колесо 2, а зубчатоё колесо 11, не-
подвижно закрепленное на ступице кулачка 9, установлено на валу 1 свободно.
326
Раздел 4. Кулачковые механизмы
Ролик 8, прикрепленный к ползуну 4, проходит сквозь паз диска 10 и нахо*
дится в постоянном контакте с кулачком 9. Вращение от зубчатого колеса 2 к
колесу 11 передается промежуточными зубчатыми колесами 3 и 6, которые сво-
бодно вращаются на осях, прикрепленных к станине 12.
Передаточное отношение от вала 1 к зубчатому колесу 11 равно четырем.
Профиль кулачка 9 в пределах четырех равных участков очерчен дугами окруж-
ностей разных радиусов с плавным переходом на границах этих участков. Та-
ким образом, за один оборот вала 1 кулачок 9 получает четверть оборота и уста-
навливает ползун 4 с роликом 8 на определенном расстоянии от центра вала,
которое соответствует данному радиусу кривизны профиля кулачка 9. Высота вы-
ступающей части ползуна 4} определяет ход толкателя 7.
Рис. 4.44
Рис. 4.44. Кулачковый механизм с эксцентрическим зубчатым колесом. В рас-
сматриваемом механизме, который применяется в зажимном приспособлении прес-
са, кулачок 6 соосно расположен с валом 1 и получает один оборот за семь обо-
ротов последнего.
Механизм устроен следующим образом. На валу 1 закреплена втулка 2 с
эксцентриком. На эксцентрике установлен рычаг 5, нижний конец которого сое-
динен с пальцем 9 посредством паза. Палец 9 закреплен неподвижно на приливе
станины. В верхней части рычага 3 прикреплено зубчатое колесо 8 с внутренним
зацеплением, которое имеет 32 зуба. На концентрической поверхности втулки 2
подвижно установлено зубчатое колесо 7 с 28 зубьями, которое неподвижно сое-
динено со сдвоенным кулачком 6.
Схемы кулачковых механизмов
327
Профили кулачков находятся в постоянном контакте с толкателями 4 и 5 и
сообщают им движение по различным законам.
За один оборот вала 1 зубчатое колесо 7, а с ним и кулачок 6 поворачивают-
ся в противоположную сторону на угол, соответствующий разности зубьев, т. е.
на 32 — 28 = 4, и соответственно после семи оборотов вала 1 сделает один
оборот.
Рис. 4.45
Рис. 4.45. Схема кулачкового механизма горизонтально-ковочной машины.
На валу 5, приводимом в движение от двигателя, установлены два геометриче-
ски замкнутых кулачка 3 и 2. Движение ползуну 6 в правую сторону передается
от кулачка 3 через ролик 4, в левую — от кулачка 2 через ролик 1.
Рис. 4.46. Механизм для подачи и поворота трубы стана холодной прокатки
труб. Фазовые углы геометрически замкнутого кулачка 1 механизма подачи тру-
бы, соответствующие перемещению рамки 2 направо и налево, равны 50°. От
рамки 2 через систему рычагов движение передается муфтам обгона 3 и 4. Муф-
та обгона 3 посредством системы зубчатых колес (на чертеже не показаны) пе-
редает движение переднему и заднему патронам трубы. Муфта обгона 4 пере-
дает движение механизму подачи трубы с передним патроном.
328
Раздел 4. Кулачковые механизмы
Схемы кулачковых механизмов
329
Рис. 4.47. Механизм с кулачком треугольного профиля. Механизм приме-
няется в тех случаях, когда перемещение .ведомого звена-толкателя значительное
и период * выстоя — продолжительный. Кулачок 2 с треугольным пазом движется
возвратно-поступательно в направляющих. Толкатель 1 перемещается в верти-
кальной плоскости с выстоем в нижнем положении.
, В местах перехода паза из горизонтального положения в наклонное установ-
лены стрелки 6 и 4, которые перемещаются в направляющих 3 и 7 и прижи-
маются к внутренней стенке паза пружинами. Возможные перемещения роли-
ка 5 в пазу показаны круговыми стрелками.
Рис. 4.48. Кулачковый механизм для перемещения шпинделя по квадратному
контуру. Ведущим звеном механизма является кулачок 5, перемещающийся
внутри рамки 4 с квадратным отверстием и приливом с подшипниками для
шпинделя 5. Рамка 4 связана с кронштейном 6 звеньями /, 2, 7, образующими
параллелограммы, которые позволяют рамке перемещаться поступательно в
плоскости, параллельной плоскости чертежа. Профиль кулачка 3 обеспечивает
движение рамки с шпинделем 5 по траектории А, имеющей форму квадрата.
Отверстия шарниров в звеньях параллелограмма и цапфы на осях, их сое-
диняющих, изготовлены коническими с возможной регулировкой зазора посред-
ством гаек 8.
Механизм применяется в деревообрабатывающей промышленности.
Рис. 4.49. Кулачковый механизм молотка гвоздезабивной обувной машины:
а — схема кулачкового механизма. Кулачок 2 вращается относительно оси О по
часовой стрелке. Толкатель 1 жестко связан со штангой 3 молотка. Сила удара
330
Раздел 4. Кулачковые механизмы
осуществляется закрученной пружиной 4. Фетровая подушка 5 служит для смаз-
ки трущейся поверхности кулачка; б — конструктивная схема механизма молот-
ка; в — разметка траектории точки толкателя.
Рис. 4.50 Рис. 4.51
Рис. 4.50. Цилиндрический кулачок 1 с переменной высотой. Величину рабо-
чего хода изменяют от h = 0 до h — s передвижением ведомого звена с роликом 2
вдоль оси кулачка.
Рис. 4.51. Цилиндрический кулачок 1 с переменным рабочим профилем. Для
изменения характера движения и фазового угла ведомое звено с роликом 2 пере-
двигают вдоль оси кулачка.
Рис. 4.52. Кулачковый механизм. Кулачок 1 с внутренним профилем, вра-
щаясь по часовой стрелке, передает движение коромыслу 2.
Рис. 4.53. Перекатывающийся рычаг с подвижной осью вращения. При пере-
катывании рычага 1 по неподвижному основанию 2 соотношение плеч изменяет-
ся. Перекатывающийся рычаг, заменяющий кулачок, профилируется так, чтобы
устранить скольжение между рычагом 1 и основанием 2. Для этого необходимо,
чтобы мгновенный центр относительного вращения всегда совпадал с точкой
касания а.
Схемы кулачковых [механизмов
331
Рис. 4.54
Рис. 4.54. Перекатывающийся рычаг с неподвижной осью вращения. Криво-
линейный рычаг 1 перекатывается по прямолинейному рычагу 2. При чистом
катании рычагов точка а соприкосновения рычагов должна совпадать с мгновен-
ным центром относительного вращения рычагов, лежащим в точке пересечения
линии 01, 02, соединяющей неподвижные оси вращения с общей нормалью к со-
пряженным профилям в точке а касания. Этому условию показанный механизм
не удовлетворяет.
Рис. 4.55
Рис. 4.55. Перекатывающийся рычаг, обкатывающийся по неподвижному ос-
нованию 2 без трения. Точка а рычага 1 движется прямолинейно, если радиус г
перекатывающегося рычага равен половине R радиуса кривизны основания.
332
Раздел 4. Кулачковые механизмы
Рис. 4.58
Рис. 4.56. Кантователь для поворота тавровой балки на 90°. Тавровая бал-
ка 1 укладывается на два или три башмака — (кулачка) 4 кантователя с цилинд-
рической подошвой и прикрепляется к ним струбцинами 2. В среднем положе-
нии, когда балку укладывают или снимают, кантователь удерживается фиксато-
ром 3. Центр тяжести тавровой балки должен находиться несколько ниже центра
дуги круга, по которой очерчена подошва башмака.
Рис. 4.57. Кулачковый механизм с двусторонним замыканием плоского коро-
мысла. Кулачок 1 находится в постоянном контакте с коромыслом 3, а кула-
чок 4 с коромыслом 2, коромысла 2 и 3
жестко закреплены на валу.
Рис. 4.58. Выталкиватель, встроен-
ный в ползун многашпиндельного прес-
са. В отверстии ползуна 1 установлена
штанга 2, которая кинематически связа-
на с кулачком 3. Ось вращения кулачка
установлена на ползуне. При перемеще-
нии ползуна кулачок 3 встречается с не-
подвижным роликом 4, поворачивается
и штангой 2 выталкивает изделие. Крон-
штейн 5 с роликом 4 может перемещать-
ся параллельно оси ползуна и фиксиро-
ваться в заданном положении.
Рис. 4.59. Механизм качания гребе-
нок ткацкой машины. На валу 6 закреп-
лен эксцентрик 5, к которому прижаты
ролики 4 и 7 шатуна 3. Механизм дает
плавное качание коромыслу 2 и соответственно валу 1 гребенок при повышен-
ном числе оборотов (220 250 об [мин).
Рис. 4.60. Асинхронный механический прерыватель для шовной сварки. На
диске 2, получающем вращение от асинхронного двигателя через редуктор, уста-
новлены ролики 1. Кулачок-упор 5, прикрепленный к коромыслу 4, отклоняется
роликами /, и контакты 5 размыкаются. Пружина замыкает контакты 5 в тот
период, когда кулачок 3 не отжимается роликом.
Схемы кулачковых механизмов
333
Рис. 4.61. Эксцентриковый механизм подъемно-качающегося стола. Подъем
и опускание стола /, установленного в направляющих, осуществляются двумя па-
рами эксцентричных катков 2 и 5, которые приводятся в движение зубчатыми
колесами 3 и 4. Эксцентриситет зубчатых колес равен эксцентриситету катков.
334
Раздел 4. Кулачковые механизмы
Рис. 4.62
Рис. 4.63
Рис. 4.62. Кулачковый механизм, использованный в механизме картофеле-
копалки. Кольцо 2, несущее оси 3 качающихся рычагов, вращается относительно
неподвижного кулачка 1. На концах коротких рычагов закреплены ролики 5, ко-
торые соприкасаются с кулачком, а лопаты укреплены на концах длинных рыча-
гов 4 и поочередно копают.
х Рис. 4.63. Кулачковый механизм с двойным роликовым коромыслом. При
профилировании кулачка 1 размер А между центрами роликов 2 должен оста-
ваться постоянным.
Рис. 4.64. Пример кулачкового механизма, использованного в двухплунжер-
ном топливном насосе, приводимом от одного кулачка 1 и двух толкателей 2.
Рис. 4.65. Кулачковый механизм. Шатун 1 является толкателем кулачкового
механизма и ведущим звеном при кинематическом анализе четырехзвенного
механизма.
Рис. 4.66. Плоский кулачок с роликовым толкателем 1 и качающимся ры-
чагом 2.
Схемы кулачковых механизмов
335
Рис. 4.67. Кулачковый механизм, применяемый в приспособлении для гофри
рования железных полос. От кулачка 9 движение передается посредством роли
ков 1 и 6 Г-образному рычагу 3 с осью качания 7 на ползушке 2, перемещаю
щейся в направляющих типа ласточ-
кина хвоста станины. Ползушка 2
имеет поперечный паз, в котором дви-
жется пуансон 4, связанный паль-
цем 5 с рычагом 3. В момент начала
подъема ползушки 2 ролики 6 и 1
соприкасаются с профилем кулачка,
очерченным минимальным радиусом,
при этом пружина 8 удерживает пу-
ансон 4 в крайнем правом положе-
нии. Затем осуществляются подъем
ползушки 2 и чередующийся за ним
поворот рычага 3 влево. После не-
большого верхнего выстоя ползушка
с изделием опускается вниз. Поворо-
том рычага 3 вправо и продолжи-
тельным нижним выстоем заканчи-
вается цикл работы механизма.
Рис. 4.67
Рис. 4.68. Кулачковый механизм с мгновенным перемещением коромысла
вниз.
Коромысло 1 (схема а) поворачивается относительно оси 5 посредством ку-
лачка 6 и передает движение исполнительному звену механизма тягой 4. Пру-
жина 8 обеспечивает постоянный контакт между роликом 2, установленным на
оси 5, и кулачком 6.
В соответствии со схемой а перемещение коромысла 1 вниз до упора 9 мож-
но разделить на две фазы: в начале медленное и последующее быстрое.
336
Раздел 4. Кулачковые механизмы
Рис. 4.69
В кулачковом механизме по схеме б не-
вращающаяся ось ролика 2 заканчивается
квадратной головкой 10, а на вал 7, кроме
кулачка 6, устанавливается вспомогательный
кулачок 5, жестко соединенный с кулачком 6.
Ролик 2 находится в контакте с кулачком 6,
а головка 10 оси ролика — с вспомогательным
кулачком 5. При таком сочетании элементов
весь период опускания коромысла происходит
мгновенно.
Рис. 4.69. Кулачковый механизм с прямо-
линейным движением центра ролика коромыс-
ла. Рассматриваемый механизм применяегся
в автоматах для выпиливания прорезей в языч-
ковых иглах вязальных машин.
В случае, когда ось 4 качания коромыс-
ла 3 неподвижна, ролик 2 перемещается по
дуге окружности и при обратном ходе коро-
мысла стремится выйти из контакта с кулач-
ком /, особенно при большом числе оборотов
последнего.
Это явление не наблюдается, если ось 4
коромысла 3 сделать подвижной, установив ее
в пазу стойки 5, и соединить коромысло 3 со
стойкой 5 при помощи звена 5, приняв расстоя-
ние h равным R. Траектория центра Ох пальца
ролика 2 в этом случае близка к прямой А — А.
Рис. 4.70. Механизм с регулируемой длиной хода ползуна. Коромысло 4, сое-
диненное с ползуном посредством шатуна 3, получает качательное движение от
вращающегося кулачка 6. Постоянный контакт ролика 5 с кулачком 6 осуществ-
ляется силой упругости пружины, приложенной к шатуну 3 (пружина и ползун
на рисунке не показаны).
Схемы кулачковых механизмов
337
Коромысло 4 соединено со звеном 1 вращательной парой с осью 7, а пру-
жина 8 удерживает звенья в неподвижном положении относительно этой оси.
Посредством винта 2, который установлен в приливе станины, регулируется
крайнее левое положение звена 1.
В начале перемещения из крайнего правого положения Ai в положение А2
(схема б) коромысло 4 и звено 1 поворачиваются как одно целое относительно
оси 9, затем звено 1, встречаясь с
винтом 2, останавливается (схе-
ма а) и коромысло 4 продолжает
поворачиваться относительно
оси 7.
Изменением положения вин-
та 2 регулируется суммарная
длина пути точки А и соответст-
венно длина хода ползуна.
Рис. 4.71. Кулачковый меха-
низм с увеличенной длиной пути
коромысла посредством зубчатой
рейки. К толкателю 2 шарнирно
присоединено коромысло 1. Ниж-
нее плечо коромысла выполнено
в виде зубчатого сектора, который
зацепляется с рейкой 5, прикреп-
ленной к станине.
Кулачок 5, вращаясь относи-
тельно кронштейна, сообщает че-
рез ролик 7 возвратно-поступа-
тельное движение толкателю 2.
Рис. 4.71
Постоянный контакт между
роликом 7 и кулачком 6 обеспечивается пружиной 5. Длина пути I точки коро-
мысла равна шути толкателя h и горизонтальной проекции дуги, описанной этой
точкой при повороте коромысла на угол 20.
Рис. 4.72
Рис. 4.72. Кулачковый механизм с изменяемым временем опускания коромыс-
ла. Кулачок 4, имеющий возможность поворачиваться относительно ступицы 1 с
двумя ограничителями 3 и 8, снабжен выступом 5.
338
Раздел 4. Кулачковые механизмы
Контакт между кулачком и роликом 6, установленным на коромысле 7, осу-
ществляется растянутой пружиной (пружина на схеме не показана).
В результате этого в начале фазы опускания коромысла кулачок обгоняет
ступицу фланца /, пока выступ 5 не упрется в болт 2. Угол поворота кулачка
относительно ступицы определяется положением болта 2.
Опускание коромысла 7 с момента соприкосновения прилива 5 с болтом 2
происходит точно так же, если бы кулачок 4 был неподвижно соединен с валом.
В начале подъема коромысла кулачок, встречая сопротивление вращению,
занимает исходное положение, показанное на рисунке.
Рис. 4.73. Кулачок, вращающийся непрерывно только при определенной ско-
рости. При вращении кулачка 1 по стрелке с заданной скоростью центр ролика 3
в процессе сближения коромысла 2 и кулачка перемещается по траектории, пока-
занной штриховыми линиями и определяемой из уравнения маятника.
При скорости кулачка меньше или больше заданной ролик 3 упирается во
внутренний или внешний выступ паза. Механизм должен иметь амортизацию для
смягчения ударов. Может использоваться для контроля скорости.
Рис. 4.74. Кулачковый механизм с чередующимися переменными законами дви-
жения коромысла.
Схемы кулачковых механизмов
339
Кулачок 3 с разным профилем на отдельных участках установлен свободно
на ступице вращающегося рычага 5 с собачкой 2, захватывающей пальцы 4 на
кулачке и сообщающей последнему движение в пределах угла 90°.
При зацеплении пальца 4 с собачкой 2 последняя скользит своей тыльной по-
верхностью по дуге неподвижной опоры 1. Вывод -собачки 2 из зацепления с паль-
цем осуществляется пружиной (на схеме пружина не показана). На участке
пути рычага 5, равном 270°, кулачок не вращается. Упор 6 ограничивает отклоне-
ние собачки.
Рис. 4.75
Рис. 4.75. Храповой механизм с приводом от кулачка 5. При неподвижном
храповом колесе 2 на валу 1 кулачок 5 через палец 4 и коромысло 6 корыто-
образной фор-мы изгибает пружину 3, так как это показано на рисунке штрих-
пунктиром. Рабочий ход храпового колеса 2 осуществляется за счет сил упру-
гости пружины, работающей в течение этой фазы на продольное сжатие.
Рис. 4.76
Рис. 4.76. Кулачково-эксцентриковые механизмы. На рис. а дана схема ме-
ханизма, передающего движение долбяку долбежного станка. Шатун 3 шар-
340
Раздел 4. Кулачковые механизмы
нирно соединен с пазовым кулачком 2 и пальцем 1 кривошипа, вращение кото-
рых осуществляется находящимися в зацеплении зубчатыми колесами. На схе-
ме б кулачок и кривошип заменены эксцентриками 4, что упрощает изготовление
механизма.
Рис. 4.77. Копировальное приспособление для фрезерования кулачков задан-
ного профиля. Копировальная шайба 1 равномерно вращается вокруг оси О] и
посредством ролика 2 поворачивает ры-
чаг 3 и далее через зубчато-реечную пе-
редачу перемещает ось 4 вращающейся
фрезы 5. Вокруг оси О2 вращается за-
готовка 6, отфрезерованный профиль
которой будет зависеть от профиля ку-
лачка.
Рис. 4.78. Кулачковый механизм воз-
вратно-поступательного движения с под-
вижной осью коромысла толкателя.
Движение толкателю 1 передается
кулачком 7 в течение выстоя ролика 3
на концентрических дугах окружности
профиля кулачка 4 радиусов гь г2 и г3.
Кулачки связаны зубчатой передачей
Рис. 4.78
Рио. 4.77
6—5 с передаточным отношением 1 : 4. Фазовые углы подобраны таким образом,
что при расположении ролика 3 на окружностях радиусов гх и г2 (а) толкатель
совершает по одному дополнительному движению, а при обкатывании дуги ра-
диуса г3 (б), опирающейся на угол 135° — толкатель 1 совершает два дополни-
тельных движения. 2 — направляющая толкателя.
Рис. 4.79. Кулачково-эксцентриковый механизм упаковочной машины. На пол-
зуне Л оснащенном гребнями, последовательно укладываются и сжимаются транс-
портируемые изделия 2. Ползун 1 совершает движение подъема и опускания с по-
мощью эксцентрикового и рычажного механизмов 8, 10, 12, 11 и примерно гори-
зонтальное движение по направляющей 13 посредством кулачково-рычажного ме-
ханизма 3, 4, 5, 6, 7. Эксцентрик 8 и пазовый кулачок 6 заклинены на ведущем
валу 9. Траектория движения ползуна дана на схеме I. На схеме II приведена
траектория, которая осуществима от сдвоенного кулачкового механизма.
Рис. 4.80. Схема регулируемого кулачкового механизма с приводом от двух
кулачков 5 и 6. Реечное зубчатое колесо 2 одновременно находится в зацеплении
с зубчатыми рейками 1 и 3. Рейка 3 — ведомое звено. Радиус К коромысла 7
регулируется. Толкатель 4 перемещается в направляющих. На рис. а и б показа-
ны варианты графиков перемещения ведомого звена: 1 — подвод; 2 — рабочий
ход; 3 — отвод.
Схемы кулачковых механизмов
341
-342
Раздел 4. Кулачковые механизмы
Рис. 4.81. Механизм выталкивания двухударного холодно-высадочного ав-
томата. Кулачок 3 передает движение толкателю 5 посредством коромысла 4
с кулисой. Ошибки профиля кулачков компенсируются пружиной 6, обеспечиваю-
щей силовое замыкание механизма; 2 — обратный кулачок; 1 — ролик.
Рис. 4.82
Рис. 4.82. Кулачков о-рычажный механизм выталкивания двухударного холод-
«новысадочного автомата. Кулачок 1 сообщает движение подпружиненному коро-
мыслу 2 с кулисой. Ползун 5, положение которого регулируется винтом 5, соеди-
нен с выталкивателем шатуном 4.
Схемы кулачковых механизмов
343'
Рис. 4.83. Механизм выталкивания обрезного автомата. Сдвоенный кулачко-
вый механизм с компенсирующей пружиной 2, установленной между рычагами ко-
ромысел 1 и 10, передает движение кулисе 7. Винтом 6 регулируется положение*
ползунка 3 и соответственно ход толкателя 4. Пружина 5 обеспечивает постоян-
ный контакт между кулачками 8 и 9.
Рис. 4.84
Рис. 4.85
Рис. 4.84. Механизм ножа. На ведущем валу закреплены два эксцентрика 5 И’
2, которые смещены на 180° и расположены в параллельных плоскостях. Направ-
ляющие кулисные рамки расположены под углом 90° и составляют одно целое со>
звеном 3, к которому крепится нож 4. С противоположной стороны ножа 4 зве-
но 3 имеет направляющий паз; палец 1 неподвижен.
Рис. 4.85. Механизм отрезки заготовок автомата для штамповки шариков.
К рычагу 1, который качается относительно оси О, прикреплен нож 2. Кулачок 5„
соприкасаясь с роликом 6, обеспечивает рабочий ход, а кулачок 4 с роликом 3 —
обратный ход.
344
Раздел 4. Кулачковые механизмы
Рис. 4.86. Механизм для упаковки с периодически вращающимся столом. На
ведущем валу 1 закреплены два кулачка 2 и 5, приводящие в движение меха-
низм поворота стола (звенья 5—6—9) и механизм прессования (звенья 4—7—8),
Поворот стола 10 относительно оси вала О осуществляется храповым меха-
/НИЗМОМ.
Рис. 4.87. Механизм шила обувной машины. Механизм выполняет прокол от-
верстия для шпильки и перемещает каблук на расстояние, равное шагу шпилько-
вания. Возвратно-поступательное движение шилу С (с выстоем в верхнем и ниж-
нем положениях) сообщается кулачком 9 посредством коромысла 3 с зубчатым
Схемы кулачковых механизмов
345
сектором 2, находящимся в зацеплении с рейкой 1. Рейка 1 прикреплена к штан-
ге о, на которой устанавливается шило С. Направляющая 8 штанги 6 подвешена
в точке Oio и покачивается кулачком 4 посредством коромысла 5. Ползун 7, при-
крепленный к коромыслу 5, перемещается в рамке, прикрепленной к направляю-
Рис. 4.88
Рис. 4.88. Пазовый кулачок 1 с постоянным соприкосновением элементов ки-
нематической пары (с двусторонне действующей связью). Применим только для
механизмов с толкателем 3, снабженным роликом 2, перемещающимся в пазу,
очерченном двумя эквидистантами.
На рис^ б, в, и г показана конструкция пазового кулачка и ролика толкателя,
которая исключает возможность 1скольжения ролика и его реверсирование во вре-
мя изменения направления движения толкателя.
Рис. 4.89. Приспособление С. Ф. Юматова для расточки отверстий шести-
гранной формы на токарном станке. На шпинделе токарного станка устанавли-
вается планшайба 1 с кулачком-копиром 2 и цанговым патроном 3 для закрепле-
ния изделия 5 вращением гайки 4. В резцедержателе 9 закрепляется вторая часть
приспособления. Радиальное перемещение резцу 6, закрепленному в ползуне 7,
сообщается тягой 13, соединенной шарнирно с болтом 8. Ролик 14 прижимается
к профилю кулачка-копира 2 силой упругости пружины 10. Качающаяся опора
тяги 13 может перемещаться с корпусом гайки 12 посредством винта 11.
346
Раздел 4. Кулачковые механизмы
Положение опоры тяги 13 определяет ход резца 6 и соответственно размер
растачиваемого шестигранника. При настройке приспособления ролик 14 должен
коснуться поверхности кулачка-копира, а резец 6 — поверхности отверстия обра-
батываемой детали, Приспособление дает воз-
можность обрабатывать шестигранные отверстия
размером 5 от 6 до 50 мм на глубину до 90jhjh.
Г-2
Рис. 4.90
Рис. 4.91
Рис. 4.90. Пазовый кулачок 1 с пазом, представляющим собой пересекающую-
ся кривую. За два оборота кулачка ведомое звено 2 совершает полный цикл дви-
жения. Вместо ролика механизм снабжен «корабликом» 5, очерченным двумя ду-
гами окружности.
Рис. 4.91. Однооборотный реверсивный кулачковый механизм. Пазы для двух
роликов 2 и 4 толкателя 3 сделаны с обеих сторон кулачка, причем профиль паза
подобран так, что расстояние А между центрами роликов толкателя сохраняется
постоянным. Полный цикл заканчивается за один оборот кулачка. Обратный ход
толкателя осуществляется изменением направления вращения кулачка. На проек-
ции слева толкатель 3 не показан.
Рис. 4.92. Плоский пазовый кулачок с большим ходом толкателя, имеющий
два паза. Криволинейный паз 1 соответствует заданному закону движения толка-
Схемы кулачковых механизмов
347
теля 7, с которым связано два ролика 2 и 3. Паз 4 в центральной части профиля
дает возможность роликам пересекать ось вращения кулачка 6, закрепленного
на валу 5, не прерывая движения.
Один из роликов толкателя всегда находится в пазу /, второй — в пазу 4.
Ход толкателя h = 2В + А. В обычных кулачковых механизмах такой кон-
струкции h В + А.
Рис. 4.93. Дисковый кулачок имеет два профиля: 1 и 2. При закрепленной де-
тали 3 рабочим профилем является профиль 2 и при закрепленной детали 4 —
профиль 1. Вращение кулачка может быть только в направлении, указанном
стрелкой.
Рис. 4.94. Кулачковый механизм с полным циклом движения ведомого зве-
на 1 за два оборота кулачка 3. Подпружиненные стрелки 5 и 6 с упорами 4 и 7
направляют движение ролика 2 в местах сопряжения паза. Вращение кулачка
только по направлению стрелки.
Рис. 4.95. Кулачковый механизм с продолжительной остановкой ведомого
звена. Пазовый кулачок 6 снабжен дважды пересекающимся криволинейным па-
348
Раздел 4. Кулачковые механизмы
зом и двумя направляющими рычагами-стрелками 2 и 5, шарнирно связанными
между собой и западающими в специальные пазы кулачка. При вращении кулач-
ка 6 ролик 3 коромысла /, опускаясь, повернет рычаги 2 и 5 вправо (см. поло-
жение б механизма), остановится, скользя по концентрическому участку паза при
неподвижном коромысле, затем переключит рычаги 2 и 5 влево и через пол-обо-
рота кулачка начнет перемещаться относительно паза, очерченного кривой мень-
шей кривизны, поворачивая коромысло 1 против часовой стрелки. Таким образом,
за два оборота кулачка полтора оборота соответствуют нижнему стоянию коро-
мысла и пол-оборота движению (см. график в, s = f(cp)).
Рис. 4.96
Рис, 4.96. Спиральный кулачок для возвратно-поступательного движения.
Возвратно-поступательное движение ползуну 3 передается от вращающегося
кулачка 2, имеющего спиральный паз. Кинематическая связь ползуна 3 с кулач-
ком 2 осуществляется поочередно посредством роликов 8 и 9, установленных на
штоках 5, шарнирно соединенных с рычагом 7. Ось 6 рычага 7 закреплена в при-
ливах ползуна 3.
Наружный конец паза кулачка 2 заканчивается вкладышем 1 (см. сечение
Б — Б), посредством которого осуществляется выключение одного ролика и
включение второго в части паза, наиболее близко расположенной к оси враще-
ния кулачка.
Крайние положения штоков фиксируются подпружиненными шариками 4.
Спиральный паз в пределах угла [3 на внутреннем конце и в пределах угла а
на наружном конце очерчен дугами концентрических окружностей, что обеспечи-
вает неподвижность ползуна 3 в' момент переключения.
Полный цикл равномерного возвратно-поступательного движения ползуна осу-
ществляется за три оборота вала.
Схемы кулачковых механизмов
349
Рис. 4.97. Кулачковый механизм для сложного пространственного движения
ведомого звена. Механизм применяется на станках для изготовления сетей, одна-
ко .он может найти применение и в других механизмах, в которых точки звеньев
должны описывать сложные пространственные’ траектории.
Игла 14 с острием 15 получает движение от трех кулачковых механизмов,
которые соединены между собой зубчатыми колесами и работают синхронно.
Рис. 4.97
Один кулачковый механизм, который сообщает движение игле 14 по гори-
зонтали, состоит из кулачка, представляющего собой замкнутую изогнутую ши-
ну 5, прикрепленную к зубчатому колесу 4, и рычага 9. Один конец рычага 9
имеет форму вилки с пазом 7, который скользит по призматической направляю-
щей, установленной на валу 6. Постоянный контакт ролика 8 с кулачком 5 осу-
ществляется пружиной (пружина на чертеже не показана).
Второй кулачковый механизм состоит из пазового кулачка, образованного
двумя шинами 21, прикрепленными к зубчатому колесу 1, и рычага 18 с па-
зом 19 и роликом 22; этот механизм перемещает иглу 14 в вертикальном на-
правлении.
Рычаги 9 и 18 соединены между собой шарнирно осью 11, а в результате
сложения движений формируется траектория острия иглы, проекция которой по-
казана на рисунке.
По условию перемещение острия иглы от точки 2' до точки 3' должно иметь
отклонение в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа. Это движение
осуществляется третьим механизмом, смонтированным на рычагах 9 и 18 и при-
водимым системой зубчатых колес 20 и 23, 17 и 10.
Ступица зубчатого колеса 10 одновременно является торцовым кулачком 16,
осуществляющим посредством рычага 13 перемещение иглы 14 в направлении,
перпендикулярном плоскости чертежа.
2 — промежуточный вал.
350
Раздел 4. Кулачковые механизмы
Рис. 4.98. Движение от кулачка к рабочему органу при весьма легких на-
грузках осуществляется шариковой передачей, которая упрощает конструкцию
механизма. При более высоких нагрузках между шариками устанавливаются
вкладыши 1 (эскиз а) или применяется так называемая сильфонная передача
(эскиз б). Передаточным звеном в сильфонной передаче служат’ гофрированные
коробки 1 и 3 с трубкой 2, наполненные маслом и герметически закрытые.
Рис. 4.99. Пространственный кулачковый механизм с двумя толкателями. Од-
нопазовый кулачок 9, вращаясь, передает возвратно-поступательное движение
толкателям 4 и 6 в противоположных нап-
равлениях.
Ползуны толкателей 2 и 8 расположе-
ны в неподвижных направляющих 3 и 7
и соединены с кулачком посредством роли-
ков 1 и 5.
Рис. 4.100. Кулачковый механизм с
канавкой торообразной формы. Вместо ро-
лика кулачкового механизма здесь исполь-
зуется шарик 1 с отверстием для пальца
на толкателе 2. Использование шарика вме-
сто ролика дает возможность уменьшить
влияние ошибок при изготовлении кулач-
ков 3 на работу механизма. Шарик 1 заво-
дится в паз через специальное уширение
канавки.
Рис. 4.101. Механизм возвратно-поступательного движения с переменной дли-
ной хода.
Кулачки 2 и 7 свободно вращаются на валу 1 и вместе с ним могут совер-
шать осевое перемещение, осуществляемое кулачком 7 с роликом 8. Перемещение-
ведомого толкателя 5 равно сумме перемещений вала 1 и ролика 3 относительно-
кулачка 2. Максимальный ход толкателя равен сумме ходов вала 1 и ролика 3
отнооительно кулачка 2, минимальный равен разности этих ходов. Величина хода
и закон движения меняется в течение каждого оборота вала вследствие того, что-
кулачкам 2 и 7 сообщается вращение от колес 4 и 6, имеющих соответственно*
100 и 101 зуб.
Схемы кулачковых механизмов
351
Рис. 4.102. Автоматическая стрелка для переключения пазов кулачка.
Кулачок 9 барабанного типа имеет замкнутый паз, пересекающийся в сред-
ней части под углом 90°. Полный цикл движения толкателя 1 завершается за два
оборота кулачка.
Чтобы избежать ударов и быстрого износа деталей в той части, где происходит
пересечение паза, установлена стрелка 2, направляющая ролик толкателя в со-
ответствии с заданным движением.
Стрелка 2 автоматически поворачивается на угол 90° при каждом обороте
кулачка. В рабочем положении стрелка 2 фиксируется штифтами 3. Радиальное
перемещение стрелки относительно кулачка и поворот ее на 90° осуществляются
352
Раздел 4. Кулачковые механизмы
неподвижным кулачком 5 и упором 6, зацепляющимся с закругленными зубья-
ми 4 детали 8 на стрелке. Кулачок 5 и упор 6 смонтированы на кронштейне 7,
который крепится к стойке.
Рис. 4.103
Рис. 4.103. Кулачковый механизм с регулируемой длиной хода ведомого зве-
на. Регулиро-вание осевого хода барабана 4 осуществляется пер ©становой на ры-
чаге 1 пальца 2 ползушки 3, т. е. изменением передаточной функции кулисного
механизма.
Рис. 4.104
Рис. 4.104. Кулачковый механизм, допускающий переключение роликов ведо-
мого звена 2 в пазах, определяющих два различных закона движения: 1-й — при
сопряжении ролика 1 с пазом А, 2-й — при сопряжении ролика 4 с пазом Б.
Переключение роликов осуществляется вращением зубчатого колеса 3.
Схемы кулачковых механизмов
353
Рис. 4.105. Дифференци-
альный кулачковый меха-
низм применяется в тех слу-
чаях, когда требуется уве-
личить длительность цикла
при большом числе оборо-
тов вала кулачка. На валу /
с жестко закрепленным ку-
лачком 4 устанавливается
гильза 5, которая вращается
в том же направлении, что
и кулачок, но с незначитель-
ной разностью угловых
Рис. 4.105
скоростей. Ось ролика 2 закреплена в гильзе 5. Продолжительность цикла t рав-
на времени полного оборота гильзы относительно кулачка. Вращение кулачку и
гильзе передается от вала привода посредством зубчатых колес: z2, z3, z4.
Муфта 1 предназначена для выключения вращения гильзы 5 при холостом ходе.
Переключение муфты осуществляется упорами каретки 3. Продолжительность
цикла при рабочем ходе определяется формулой
?1?3
(% — г1гз)
где пк — число оборотов кулачка в минуту. К. п. д. дифференциального кулачко-
вого механизма
7) = 0,01 -?о,2.
Рис. 4.106
Рис. 4.106. Глобоидальные кулачки 1 с различным расположением ролика
качающегося коромысла 2: а —сверху, б — сбоку, в — снизу.
а) ' 5}
Рис. 4.107
Рис. 4.107. Пространственный кулачок барабанного типа, применяемый в
станках-автоматах. Отдельные накладки 1 (рис. а), представляющие рабочую
12 С. Н. Кожевников и др.,
354
Раздел 4. Кулачковые механизмы
часть профиля кулачка, легко укрепляются и сменяются на барабане. На рис. б
дана развертка кулачка, «настраивающегося» на различные законы движения ве-
домого звена. Отсутствие переходных кривых вызывает удары и быстрый износ
механизма.
Рис. 4.108
Рис. 4.108. Кулачок барабанного типа с роликами /, устанавливаемыми в
Т-образных пазах по образующим барабана. Ведомое звено 2 отклоняется роли-
ками, а силовое замыкание осуществляется пружинами 3.
Рис. 4..109
Рис. 4.109. Косая шайба. На внешней боковой части шайбы 2 имеется канав-
ка, в которую заходят ползуны или ролики штанг /, совершающих прямолинейно-
возвратное движение. Схема часто применяется в многоплунжерных насосах.
Рис. 4.110. Механизм с косой шайбой. На валу 2 устанавливается круглая
шайба Л угол наклона которой регулируется винтом 5, находящимся в зацепле-
нии с зубчатым сектором на ступице шайбы. Ведомое звено 5 с двумя штифта-
ми 4 получает прямолинейно-возвратное движение. Величина перемещения зве-
на 5 зависит от угла наклона шайбы.
Схемы кулачковых механизмов
355
Рис. 4.111
Рис. 4.111. Кулачковый механизм. Кулачок 1 выполнен в виде фасонной шай-
бы, ведомые звенья 3 имеют два ролика 2.
На рис. а, б, в показаны ведомые звенья: качающиеся, движущиеся посту-
пательно и вращательно.
Рис. 4.112. Механизм поворота вала на 90° и фиксации. Кулачком 1 с дву-
плечим рычагом 2 осуществляется поворот вала 3, а кулачком 5 с толкателем 4 —
фиксация.
Рис. 4.113. Пространственный кулачковый механизм с прерывистым движе-
нием ведомого диска 3 при постоянной угловой скорости кулачка 1. Характер
движения диска 3 с цевками 2 зависит от профиля паза кулачка 1.
Рис. 4.113
356
Раздел 4. Кулачковые механизмы
Рис. 4.114
Рис. 4.115
Рис. 4.114. Пространственный кулачковый механизм (а) с коническим бара-
баном 2, в котором толкатель 1 перемещается в направлении образующей конуса.
Профилирование следует производить, как и для кулачка по рис. 4.23, вращаю-
щегося в пределах угла развертки конуса. 7?тш равен минимальной длине обра-
зующей. Механизм следует рассматривать как частный случай гиперболического
кулачка (б), профиль средней линии которого вычерчен на поверхности гипербо-
лоида вращения.
Рис. 4.115. Кулачковый механизм барабанного типа с рабочей поверхностью
на торце кулачка.
Рис. 4.116
Рис. 4.417
Рис. 4.118
Рис. 4.116. Кулачковый механизм с рабочей поверхностью на торце конус-
ной шайбы.
Рис. 4.117. Привод поршней 1 с помощью торцового кулачка 2.
Рис. 4.118. Двойной лобовой клин, сообщающий движение детали 1 поворо-
том рукоятки 2.
Схемы кулачковых механизмов
357
Рис. 4.119
Рис. 4.119. Центральный кулачковый механизм с двумя степенями свободы.
Перемещение s толкателя 1 является функцией угла поворота ср, перемещения
кулачка вдоль оси г и конструктивных параметров механизма. По схеме б оси
вращения кулачка 1 и коромысла 2 параллельны.
Раздел 5
ФРИКЦИОННЫЕ ПЕРЕДАЧИ И ВАРИАТОРЫ, ТОРМОЗА
Фрикционные передачи. Фрикционные передачи применяются для передачи
движения от одного вала к другому, оси которых расположены параллельно или
под углом. Вращение передается трением, которое возникает вследствие прижа-
тия катков друг к другу.
Фрикционные передачи Можно разделить на следующие группы:
а) передачи с параллельными и пересекающимися осями валов;
б) передачи с непосредственным касанием ведущего и ведомого звеньев;
в) передачи с промежуточным жестким звеном:
г) передачи с промежуточным гибким звеном;
д) передачи с регулируемым передаточным отношением (бесступенчатые
передачи или вариаторы).
Ременные передачи. Для передачи движения между валами с параллельными
и непараллельными осями, расположенными на большом расстоянии, применя-
ются гибкие звенья в виде ремней, канатов, нитей. Связь между ремнем и шки-
вом устанавливается в виде силы трения F, распределенной по площади касания
ремня и шкива и препятствующей скольжению ремня по ободу шкива. Если пе-
редаваемый момент М, то момент силы трения должен удовлетворять неравенст-
ву
M = PR<Mf= 7?(Si — S2) = FR\ P<F,
где SihS2 — натяжения на ведущей и ведомой ветвях ремня, характер измене-
ния которых показан на рис. 5.15, Si = S2^lxa;
Р — окружная сила;
F—сила трения на ободе;
a — угол охвата;.
е — основание натуральных логарифмов;
Для быстроходных
действия центробежных
указанные силы, то
ременных передач сила трения уменьшается вследствие
сил на элементы ремня при огибании шкива. Если учесть
Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
359
^а- 1
v — окружная скорость в м!сек\
q — вес погонного метра ремня.
Для клиноременных передач при определении натяжения ветвей следует
брать приведенный коэффициент трения р/ == ----, где 2у — угол между обра-
sin Y
зующими конусов канавок для ремня (см. рис. 5.16).
При огибании ремнем шкива происходит вытяжка ремня и скольжение его
относительно обода, что влияет на изменение передаточного отношения. При от-
сутствии скольжения передаточное отношение
"л R2
'12~
п2
где и R2 — радиусы шкивов.
В случае передачи движения упругой лентой
, а'К
г12 = '12(1 — Ф)> Ф = ~,
где К — полезное усилие, отнесенное к 1 см ширины ремня;
а' — коэффициент удлинения ремня;
6 — толщина ремня.
При открытой передаче длина ремня L равна:
L = 2A (sin а — а cos а) + kD2,
В2 — Di
cos а- 2А ,
где а — угол охвата на малом шкиве;
А — межцентровое расстояние;
Di — диаметр меньшего шкива;
D2— диаметр большего шкива.
Уравнение для L трансцендентное, поэтому решение затруднено. Обычно
пользуются приближенным уравнением:
Г 9 A I -л- (п । г> \ _| № + Яг)2
L = 2А + я (7?! + R2) + ~ .
А
При проектировании многоступенчатой передачи, приняв L = const, опреде-
ленное для какой-либо из ступеней, можно найти соответствующие сопряженные
диаметры шкивов.
Вариаторы скорости. Вариаторами скорости называются устройства, кото-
рые позволяют при постоянном числе оборотов ведущего вала плавно изменять
в определенных пределах число оборотов ведомого. Таких передач в настоящее
время имеется большое количество; они применяются в бумажной, текстильной,
стекольной и других отраслях промышленности, а также в транспортной и стан-
костроительной технике.
Классифицируя существующие конструкции механических вариаторов ско-
рости, можно разделить их на две основные группы:
1 — вариаторы скорости с принудительным регулированием скорости;
2 — вариаторы скорости с автоматическим регулированием скорости.
К первой группе вариаторов относятся все конструкции, которые позволяют
плавно изменять скорость при ручном управлении. Сюда должны быть отнесены
фрикционные вариаторы скорости и жесткие вариаторы скорости.
360
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
?о фрикционных вариаторах скорости может быть непосредственно касание
рабочих тел качения, через промежуточные жесткие (ролик, кольцо и т. п.) или
гибкие (ремень) звенья.
К жестким вариаторам скорости относятся все те, принцип действия которых
построен на заклинивании деталей механизмов, специально для этого предназ-
наченных, и те, у которых передача движения 'осуществляется непосредственным
нажатием выступов рабочих тел вариатора.
Вариаторы скорости с клинчатыми ремнями и раздвижными шкивами, со-
ставленными из дисков, получили широкое применение в промышленности, так
как в большинстве случаев они просты по конструкции, бесшумно работают, не
требуют большого первоначального натяжения ремня, надежны в работе, легко
и просто (на ходу) во время работы вариатора регулируется скорость ведомого
вала. Большое разнообразие существующих конструкций шкивов, различные со-
четания сдвоенных вариаторов скорости, а также сочетания клиноременного
вариатора с различными схемами зубчатых передач позволяют легко выбрать
наиболее рациональную схему в соответствии с заданной мощностью и необхо-
димым диапазоном регулирования скорости.
Принципиальная схема наиболее простого вариатора показана на рис. 5.38.
Шкив 2— раздвижной, состоит из двух дисков, шкив 1 — постоянного диаметра.
Регулирование угловой скорости со осуществляется изменением расстояния
А между осями шкивов при постоянной длине ремня путем перемещения одного
из валов, обычно вала двигателя, в результате чего ремень 3, натягиваясь, раз-
водит диски раздвижного шкива и переходит на окружность меньшего диаметра.
При уменьшении межосевого расстояния ремень под действием пружин 4
переходит на окружность большего диаметра. Сила трения между ремнем 3 и
шкивами, необходимая для передачи движения, обеспечивается силами упругости
пружин 4.
Клинчатый ремень 3 можно заменить цепью (см. рис. 5.39). Движение в
этом случае также передается трением, которое возникает при заклинивании ро-
ликов 1 между гладкими поверхностями клинчатых шкивов. Ролики 1 вмонти-
рованы в звенья цепи 2.
Число рабочих витков пружины 4 (см. рис. 5.38 и 5.45) приближенно можно
определить по формуле
._^max^min^4^'
1 ~ 2MKpl₽D3
Здесь /?тахИ 7?min — максимальный и минимальный радиусы раздвижного шкива;
G — модуль упругости материала пружины при сдвиге;
d — диаметр проволоки пружины;
z—число пружин;
ц = — — приведенный коэффициент трения;
2у — угол желоба шкива;
Л4Кр1 — крутящий момент, передаваемый шкивом;
Р — коэффициент надежности;
D — диаметр пружины.
Формула, определяющая i, удовлетворяет условию, при котором нормальное
давление между дисками и ремнем при Rx = и Rx = Rra&x равно необходи-
мому, а при любом другом радиусе — несколько больше.
Диапазон регулирования вариатора при двухдисковых шкивах на ведущем
и ведомом валах определяется по формуле
zmin *В
Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
361
о . ^2min
Здесь гв = —----- — передаточное отношение вариатора при работе ремня
Amin
на наименьших радиусах шкивов;
«о г,
-----— h
2 tg у
^min
и —
где aQ — ширина ремня по наиболее растянутому слою;
h — высота сечения ремня;
^min — минимальный радиус меньшего шкива;
/?2тш — минимальный радиус большого шкива;
Для вариатора с трехдисковыми шкивами (см. рис. 5.41)
1 + *в
Д = 1 + 2и
4ы2
Тормоза. В современных машинах находят широкое применение тормозные
устройства, правильное конструирование которых имеет важнейшее значение для
бесперебойной и производительной работы машин. Во многих случаях тормозные
устройства необходимы для обеспечения безопасности в грузоподъемных ме-
ханизмах *и транспорте.
Величина тормозного момента может быть определена из уравнения дви-
жения тормозных масс. Если моменты постоянные, то движение тормозных масс
равнозамедленное:
Е = -------
/пр
и Ш = СО0 — е/.
Здесь е — угловое ускорение;
со — угловая скорость тормозного вала;
/пр — момент инерции тормозных масс, приведенных к валу тормоза в
кГм • сек2;
соо — угловая скорость тормозного вала к моменту начала торможения;
t — время торможения:
со0 %/пр
s + ’
Приведенный к тормозному
из формулы
/пр = Л + S Ji
валу момент инерции масс может быть найден
СО/ \2 / vt \2"1
---- + mi\ — кГм-сек2,
со / \ CD ) J
где /0 —момент инерции масс, вращающихся с тормозным валом;
со — угловая скорость тормозного вала приводимой массы;
mi — масса деталей, движущихся поступательно со скоростью уг-;
MF — момент сил трения на тормозе в к Гм;
Мс — момент сопротивляющихся сил в кГм, приведенный к тормозному валу:
(СО; \ Vf Л
---- + SP/ ----COS (PiVi).
CD / CD
Величина тормозного момента зависит от места установки тормоза в машине.
Наименьшее его значение получается при установке тормоза на быстроходном
362
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
валу. Расчетный момент Л4Р определяется как произведение максимального рабо-
чего момента на тормозном валу и коэффициента запаса 0 > 1.
Размеры тормоза могут быть найдены из следующих соотношений:
для дискового тормоза (см. рис. 5.85):
Л4р = рЛ4 = тс — /?;) ₽cpi<7H = W7?cpip. кГ-см;
для тормоза с конической поверхностью трения:
9
мп = рм = ZK&Lbqp = ~— кГ-см-,
р ср sin а
для тормоза с разжимными кольцами
Л4р = рм = 27j:P2bqii к Г • см,
где i — число трущихся поверхностей;
W— сила нажатия;
р — коэффициент запаса сцепления, р = 1,5;
7?i, ^2, /?сР — наружный внутренний и средний радиусы трущихся поверхно-
стей;
b — ширина поверхности трения, в см\
а — угол наклона конусной поверхности трения;
q — удельное давление в кПсм2\
ц— коэффициент трения.
При точных расчетах в уравнении движения следует учитывать также изме-
нения ц в зависимости от скорости, давления и температуры.
Наибольшее распространение тормоза получили в грузоподъемных машинах,
на транспорте и в автомобилях.
В грузоподъемных механизмах процесс торможения перемещающегося груза
разделяется на ряд этапов, определяющих характер торможения и назначение
тормоза:
а) поднятый груз должен оставаться неподвижным. Для этого необходимо,
чтобы тормозной момент MF был больше Mq—MR,
где Mq — приведенный момент полезный нагрузки;
МR — приведенный момент силы трения в механизме.
Тормоз действует как остановочный:
MF > Mq —Mr,
б) фаза разгона. Тормозной момент MF должен быть резко уменьшен, чтобы
груз получил заданную скорость, MF « 0:
в) фаза установившегося движения. При равномерном движении груза тор-
мозной момент MF должен быть равен
mq-mr.
Тормоз, принимая на себя работу падающего груза, действует как спускной:
MF = MQ — MR>
г) фаза торможения до полной остановки. Тормозной момент плавно возра-
стает, а тормоз действует, как стопорный.
Существующие тормозные устройства можно подразделить на колодочные
тормоза, ленточные, пластинчатые и конические.
Применяемый для небольших тормозных моментов ручной тормоз* (см.
Р
рис. 5.78 и 5.83) создает на тормозном шкиве 1 силу трения ц N У Р и N >—•
Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза.
363
Уравнение справедливо для малого угла охвата колодки 2, когда законом
распределения давления можно (пренебречь. Для создания необходимой -силы N
надо приложить к рукоятке 3 силу
а
Если ось О вращения рычага расположена на касательной к тормозному
шкиву, то
Pv = N— .
а
Сила Рн обычно равна 16—20 кГ.
Двухколодочный тормоз (см. рис. 5.79) рассчитывается также из условий
равновесия системы.
При. заданной окружной силе Р сила нажатия на одну колодку 2 равна
Диаметр тормозного шкива 1 определяется величиной мощности трения
pv q\ivs
= ~75 = 75 ’
где s — проекция площади колодки на диаметр.
d
Если принять хорду колодки равной то площадь поверхности трения
d
s = 2 — b= db
2
и тогда
J 75Д
1 •
qvpb
По опытным данным величина qv\i 30, а работа трения
А < (25 4- 30) Ю5 кГм.
Здесь v — скорость скольжения в м)сек\
b — ширина колодки в см\
ц— коэффициент трения.
Ленточный тормоз представляет собой шкив /, охватываемый стальной лен-
той 2. В простых ленточных тормозах (см. рис. 5.80) натяжение Si восприни-
мается осью рычага 5, а полезное сопротивление создается лишь натяжением S2.
Тормозная сила на шкиве
P = Si-S2,
где
Ре^
е — основание натуральных логарифмов;
а — угол охвата.
Сила натяжения
а
Рн = $2 I •
364
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
Если тормозной шкив меняет направление вращения, то сила нажатия так-
же меняет знак и равна
, а
ре^
S2 — >
•$1 < S2.
В дифференциальных ленточных тормозах (см. рис. 5.81) натяжение Si спо-
собствует затяжке тормоза. В этом случае
D ___S2& S^a
н- I
Если S\a > S2b, a Si = S2eP-a, то, следовательно, сила нажатия Pn может
обратиться в нуль, тогда тормоз превратится в стопорный механизм.
При угле охвата ленты а ~ 250° плечо b принимают равным За.
Для ленточных тормозов с изменяемым направлением вращения тормозного
шкива 1 (см. рис. 5.82, а\ 5,82, б) усилие на рукоятке 2 должно оставаться посто-
янным по величине и направлению. Для этого
р ^(S! + S2) .
В простых Тормозах момент трения MF изменяется при изменении направ-
ления вращения:
Мр_____1_____1_ 1
~ ~ 5 ’ 6
Дисковые тормоза (см. рис. 5.85) имеют поверхность трения на торце, огра-
ниченную радиусами Р2 и R\. Для уменьшения осевого и удельного давления в
тормозе предусматривают несколько дисков, связанных, через один с вадом и с
тормозным кожухом.
Сила нажатия
где Р — тормозная сила на средней окружности поверхности трения, равная
2 R3~R3
3 Rl — Rl'
i — число поверхностей трения.
Для тормозов с клинчатыми поверхностями трения (см. рис. 5.83) тормозное
усилие на конусе среднего радиуса
sin a0
где «о — половина угла конуса;
Q — усилие нажатия.
Фрикционные передачи
365
ФРИКЦИОННЫЕ ПЕРЕДАЧИ
Рис. 5.1. Фрикционная передача с цилиндрическими катками. Передаточное
отношение без учета скольжения определяется по формуле
^1 14 R2
со2 ц2 7?!
Рис. 5.1
Рис. 5.2
Сила нажатия
о- р
где ц— коэффициент трения скольжения;
Р = 1,5 4-2 — коэффициент запаса сцепления. ,
Рис. 5.2. Фрикционная передача с клинчатыми катками. Сила нажатия
0=
4 р>
Передаточное отношение без учета скольжения
; #2 ^1
*12 — п — —
А1 °>2 **2
При работе передачи наблюдается скольжение поверхностей в зоне контакта
На рис. 5.2. диаграмма скольжения заштрихована.
366
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
Рис. 5.3. Фрикционная передача с коническими катками (вершины конусов
совпадают). Сила нажатия определяется по формуле
Mi sin а, М, sin а2
Qi =------о----₽ и Qz = —ГБ----------Р = “
Углы «1 и а2 зависят от передаточного отношения
R2 ’ п± sin а2
£ j2 — ' — "—’ — • *
Рг о)2 п2 sin ах
откуда
, ti2 sin ₽
где
Р = «1 + а2.
Рис. 5.3
Рис. 5.4
Рис. 5.4. Лобовая фрикционная передача. Передаточное отношение опреде-
ляется по формуле:
• __21 Rx
*12 — — п
^2 R1
Перемещением катка Z вдоль оси вала изменяется передаточное отноше-
ние.
Сила нажатия
и»,
Фрикционные передачи
367
Рис. 5.5. Фрикционная передача с автоматическим регулированием величины
нажатия. В схеме важен травильный выбор углов а и (3, особенно наибольшего
из них. Для нормальной работы механизма, в (процессе которой произойдет за-
клинивание ролика 2 между дисками 1 и 3, значение углов аир определяется
формулой
H>tg —
а =/= 0 и Р=/=0; ц — меньший из коэффициентов трения.
Рис. 5.6. Фрикционная передача с упругим кольцом. Каток 1 — ведущий
2 — ведомый. Промежуточный ролик I — для разгрузки осей. Передача движе-
«1 + а2
яия возможна, если -------- < р, где р — угол трения;
sin ах /?з — R2
-----= -------— = a-
sin a2 R3 — RT
При этом соотношении углов или размеров кольцо 3 под действием сил тре-
ния будет вовлекаться в движение й расклиниваться на связуемых катках.
Максимальные значения углов а2 и ак
j а + cos 2р
ctg а2 = —;—-— ; оь = 2р — а2.
sin 2р
Необходимое расстояние А между центрами ведущего 1 и ведомого 2 катков
2/?3 — № + ^i) > > № — Ri) cos + (7?3 — Т?2) cos а2.
Рис. 5.7. Фрикционная передача с самозаклинивающимся кольцом. Упругое
кольцо 4, надетое с натягом, охватывает ведущее 1 и ведомое 2 колеса и про-
368
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
межуточный ролик 3. Сила упругости, с которой кольцо сжимает ведомое и ве-
дущее колеса, пропорциональна моменту на ведомом валу 5; при увеличении
передаваемого усилия кольцо занимает эксцентричное положение, сжимая колеса.
Напряжения сг в любой точке сечения кольца 4, взятой на расстоянии х от
главной оси инерции, перпендикулярной к плоскости действия внешних сил Q,
определяются из уравнения:
F FpX х + р
Наибольшие напряжения возникают в точке а, для которой
Q Q Мо
М=Л/о+ур; = +
л Хо
грл — момент кривизны и % =—, где Хо— расстояние центра тяжести сече-
Р
ния кольца до нейтральной оси;
Q Г. 2 1
М« = - О Р 1 - л , •
2 L (1 4" А) гс _
Передаточное отношение определяется по формуле
Рис. 6.8
Рис. 5.8. Роликовая передача. Ведущий вал — 4. Ведомое кольцо 5 может
быть использовано как шкиз ременной передачи или как венец зубчатого ко-
леса. Давление, необходимое для передачи движения, осуществляется нажати-
ем включающего ролика 2 на два соседних ролика 1 и 3, которые передают на-
жатие всем остальным роликам. Если ролик 2 вывести из соприкосновения с
роликами 1 и 3, то ведомый и ведущий валы разъединяются. Каждый из роли-
ков вращается только около своей оси. Передаточное отношение
• _
Tf — „ •
А4 п$
Фрикционные передачи
369
Рис. 5.9. Фрикционная планетарная передача с упругими кольцами. В про-
цессе вращения ведущего вала 3 с колесом 4 упругие кольца 5 увлекают роли-
ки 2, связанные с водилом, на ведомом -валу 1, и передают ему движение. Коль-
ца 5 монтированы с предварительным натягом. Диаметр D кольца 6 с косым
разрезом регулируется болтами
Передаточное отношение определяется по формуле
D
«31= —+ 1-
Напряжение сжатия на месте контакта по Герцу
, , /"£0(Dx + D2)
= 1 / < 5000 — 6000 кГ/см2.
сж у bDjD2
Расчет прочных размеров кольца 5 может быть произведен так же, как и
для передачи по рис. 5.7.
370
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
Фрикционные передачи
371
Рис. 5.10. Шариковый редуктор, размещенный в ступице зубчатого коле-
са 8. На приводном валу 4 штифтом 11 закреплена втулка 2. Заключенные з
обойму 1 шарики 7 перекатываю!ся по беговым дорожкам: диаметра обра-
зованной как 'втулкой 2, так и подвижным кольцом 3, диаметра d2, образован-
ной на неподвижном кольце 9 и, наконец, диаметра d3 на зубчатом колесе 8.
Последнее имеет шариковую опору 10. Сила трения, необходимая для передачи
движения, создается силой упругости пружины 6, затянутой гайкой 5. Диапазон
передаточных отношений может быть в пределах от 20 : 1 до 250 :1.
Рис. 5.11. Шариковый фрикционно-планетарный редуктор. На ведущем валу
двигателя неподвижно закреплены: втулка 6 с дистанционным кольцом 9 и вну-
тренние кольца 7 и 10 шарикоподшипников.
Наружные кольца 8 и 11 подшипников установлены во втулках, между
торцами которых расположены в лунках переменной глубины шарики 3, образу-
ющие самозатягивающее устройство. При неподвижном сепараторе 1 шарики 2
образуют простую фрикционную передачу, а шарики 4 с сепаратором 5 — диф-
ференциальную передачу. Сепаратор 5 изготовлен за одно целое с ведомым ва-
лом редуктора в качестве водила. (Ведущими в дифференциальной передаче яв-
ляются внешние и внутренние кольца.
С целью сократить потери на трение между шариками установлены шарико-
подшипники 12 ,(см. разрез по А—Л).
Передаточное отношение редуктора определяется по формуле:
4~ ПН4) Рн2
ПвфОнг — £)В2ПН4
где 2?в4, 7>н4, -^в2, Ds2 — наружные и внутренние диаметры беговых дорожек со-
ответственно шариков 4 и шариков 2.
Рис. 5.12. Двухступенчатый шариковый планетарный мультипликатор.
Передача вращения от ведущей втулки 7, установленной на двух шарико-
подшипниках 2, к ведомой втулке 7 осуществляется двумя последовательно сое-
диненными шариковыми планетарными передачами, в каждой из которых веду-
щим являются поводки (сепараторы 3 и 5), а ведомыми — центральные
звенья — кольца 4 и 6. Детали 5—-8 так же, как и детали 3—7, соединены не-
подвижно. Применяется на сверлильных станках.
372
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
Рио. 5.13
Рис. 5.13. Трехступенчатый шариковый планетарный редуктор. 6 — веду-
щий, 1 — ведомый валы. Ступени редукторов составлены из разрезанных внут-
ренних колец 7, сепараторов-1поводко1в 2, шариков 5 и наружных колец 4.
Необходимая сила трения в местах контакта шариков с кольцами обеспечи-
вается тарельчатыми пружинами 3.
Рис. 5.14
Ременные передачи и вариаторы скорости
373
Рис. 5.14. Фрикционная передача бездискового винтового пресса. Подъем и
опускание ползуна лресса осуществляется включением постоянно вращающихся
в разные стороны фрикционных колес 4 и 5, соприкасающихся с внутренней по-
верхностью обода маховика 2. Изменение направления вращения маховика про-
изводится с помощью рукоятки /, которая, перемещая рейку 5, поворачивает
посредством кривошипно-коромыслового механизма вокруг неподвижной оси О
корпус 6, несущий колеса 4 и 5. Ведущим звеном привода является зубчатое ко-
лесо.
РЕМЕННЫЕ ПЕРЕДАЧИ И ВАРИАТОРЫ СКОРОСТИ
Рис. 5.15. Схема нагрузки ременной передачи. Шкив 1 — ведущий, 2— ве-
домый.
Рис. 5.16. Сечение обода шкива клиноременной передачи и расположение
ремня.
Правильно
Неправильно
Неправильно
Рис. 5.17, Надевание бесконечного ремня на шкив, расположенный между
двумя подшипниками. Одна из опор имеет щель, расположенную частично в кор-
пусе и частично во втулке 1 (эскиз а). В щель затягиваются две ветви ремня,
после .чего втулка 1 поворачивается таким образом, чтобы одна ветвь ремня ос-
талась в щели, предусмотренной в корпусе (эскиз б). После поворота втулки 1
на 360° обе ветви ремня вытягиваются в направлении стрелки (эскиз в), а затехМ
ремень натягивается на второй шкив, установленный на валу консольно.
374
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
Рис. 5.18. Передача 'коническими катками. Изменение передаточного отноше-
ния 112 = —• вариатора осуществляется (перемещением ведущего катка 1 вдоль
пх
общей образующей катков. Вследствие несовпадения вершин конусов налицо
только одна нескользящая точка К. Во всех остальных точках касания проис-
ходит неизбежное скольжение и износ катков.
Радиус гх окружности нескользящей точки катка 2 определяется по формуле:
/ -I & sin В2 / 1 b sin б2 \
Гх — Гхс\/ 1 Я- Q -F , )•
у гхс \ Р 4Гх с /
Здесь Гхс — средний радиус ведомого катка 2;
b — длина контактной линии;
Q 2^*X С
р = —коэффициент надежности;
MxsmB2
Л4Х — крутящий момент на ведомом валу;
Сг—осевое усилие, прижимающее каток 2 к катку /;
62 — угол образующей ведомого катка;
ц — коэффициент трения скольжения.
Знак минус относится к случаю, когда вершина Oi ведущего конуса 1 рас-
положена на образующей ведомого, и знак плюс — когда вершина О2 ведомого
конуса 2 расположена на образующей ведущего.
Радиус окружности г0 нескользящей точки (ведущего катка 1 соответственно
будет определяться по формуле:
b sin / 1 _ b sin
гос \ P 4roc t
Ременные передачи и вариаторы скорости
375
По геометрическим параметрам радиус окружности г0 определяется в соот-
ветствии со схемой
sin Ьх*
ro — (rx Т & sin b2) .
sin o2
Передаточное отношение
rx sin d2
*12 (rx a sin b2) sin bx ’
Формулы справедливы также для случая, когда 61 + 62 > 90°.
Рис. 5.19
Рис. 5.19. Лобовой вариатор скорости. Вращением маховичка 5, соединен-
ного с катком 2 посредством тяги 4 и штифта 5, осуществляется перемещение
катка 2 относительно вала 1. Сила трения, необходимая для передачи движе-
ния, обеспечивается пружинами 7, встроенными в ступицу диска 6;
* Анализируя формулы, определяющие радиусы нескользящей точки по ус-
ловиям равновесия и по геометрическим соотношениям, можно заметить несоот-
ветствие^ полученных величин. Приняв, например, Мх = 0, получим /#= ]/~/2 +
. Полученная -ошибка очень мала и не имеет практического значения.
376
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
Рис. 5.20. Вариатор скорости с регулируемым давлением между конически-
ми катками. Необходимое прижатие кагков 7 и 8 обеспечивается пружиной 6 с
предварительным натягом, осуществляемым посредством относительного пово-
рота и последующей фиксацией на валу 10 зубчатых колес 1 и 2.
Регулирование скорости производится одновременным перемещением кат-
ков 7 и 8, установленных в полой части валов 5 и 9 и соединенных с ними шли-
цевыми соединениями. Механизм передвижения катков (а) составлен из зубча-
тых реек 3 и 4, сцепляющихся с колесами 1 и 2.
Нормальное давление N между катками сохра-
няется постоянным, если выполнено равенство
х cos ₽2
tg»a== -----------
Zjj/n^cosPi
где z, тп и £ — соответственно число зубьев, нор-
мальный модуль и угол наклона зубьев колес 1 и 2.
Рис. 5.21. Вариатор для изменения скорости на
ведомом валу по заданному закону. На ведущем ба-
рабане 1 делается виток, угол наклона ср винтовой
линии которого соответствует заданному закону
движения диска 2. Передачу можно применять при
малых крутящих моментах и в тех случаях, когда
проскальзывание дисков не влияет на работу ма-
ШИНЫ.
Рис. 5.21 Передаточное отношение
CD] X
Рис. 5.22. Вариатор типа Вебо.
На ведущем валу двигателя установлен диск Л на ведомом — диск 2.
Регулирование скорости выходного вала 4 осуществляется перемещением дви-
гателя по вертикали.
Пружина 3 обеспечивает необходимую силу трения между дисками.
Рис. 5.23. Вариатор с коническими барабанами. Цилиндрические пружины
2—4 служат для обеспечения нажатия между барабанами 1—5 и промежуточ-
Ременные передачи и вариаторы скорости
377
Рис. 5.22
378
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
Ременные передачи и вариаторы скорости
379
ным роликом 3. Изменение положения ролика осуществляется посредством си-
стемы рычагов. (Переменное передаточное отношение
^5 п1
z15 — п —
Д П5
Рис. 5.24. Торовый вариатор конструкции ЦНИИТМАШ. Вариатор состав-
лен из дисков, у которых образующей рабочих поверхностей является дуга
окружности. Ведущий вал 3 и ведомый 5 расположены соосно. На ведущем валу
закреплен диск Л на ведомом — диск 5. Средняя плоскость рабочих поверх-
ностей промежуточных роликов 4 смещена относительно оси их поворота и не
совпадает с диаметральной плоскостью образующей. Регулирование скорости
осуществляется изменением угла наклона роликов 4. Диски прижимаются авто-
матически самозатягивающим механизмом 2 так, что сила прижатия дисков
зависит от величины крутящего момента' на ведомом валу.
Схема механизма регулирования 'скорости показана на рисунке а. Два про-
межуточных ролика 4 монтируются в рамке 7, которая шарнирно связана с
траверсой 15 и может перемещаться, скользя по направляющим 14, создавая
таким образам равномерное распределение давления между роликами 4. Меха-
низм поворота ролика 4 приводится в движение маховичком 12 и состоит из
шестерни 11, которая находится в зацеплении с рейкой 10, прикрепленной к пол-
зуну 13, скользящему по прямолинейным направляющим. Движение от ползуна
13 к осям 8 передается посредством сухарей 9. Диски на схеме не показаны.
Диапазон регулирования 6^-8. v
Рис. 5.25. Вариатор скорости с разгруженными от изгиба валами. Ведущий
диск 1 установлен на входном валу и передает движение ведомому диску 2.
Частичное уравновешивание дисков осуществляется промежуточным диском 8
380
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
и роликом 3. Изменение числа оборотов выходного вала осуществляется пере-
мещением диска 1 вдоль оси вала. Ось ролика 3 смонтирована в полом ци-
линдре 4, который с увеличением крутящего момента на ведомом валу может
поворачиваться, так как установлен в корпусе вариатора на ходовой посадке.
Нажатие дисков осуществляется автоматически через диск 8, который связан
с осью ролика 3 механизмом из звеньев 5,6 и 7.
Рис. 5.26
Рис. 5.26. Лобовой вариатор с биконическими роликами. Движение от веду-
щего диска 2 к ведомым 5 передается трением посредством биконических роли-
ков 3, установленных на гайках винта 4 с правой и левой резьбой, вращением
которого регулируется число оборотов выходного вала 6.
Сила нажатия между дисками осуществляется самозатягивающимся меха-
низмом с шариками перекатывающимися в канавках переменной глубины на
диске 2.
Рис. 5.27. Соосный многодисковый вариатор скорости. На ведущем валу 3
установлено зубчатое колесо 4, которое передает через паразитную шестерню 2
движение промежуточному валу 5 с коническими дисками 6. (Конические диски 6
расположены между дисками 1 с ободом и прижаты пружинами 7 с силой,
достаточной для преодоления крутящего момента на ведомом валу 8. Промежу-
точных валов 5 с дисками 6 может быть несколько, но не менее двух. Регули-
Ременные передачи и вариаторы скорости
381
382
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
рование скорости (рис. а) осуществляется смещением промежуточных валов 5
посредством" вращения кольца 11. Рычаги 9, 10 и кольцо 11 соединены между
собой шарнирно. Оси колес 2 неподвижны.
Рис. 5.28. Вариатор скорости с раздвижными коническими дисками. На
ведущем многошпоночном валу 4 и ведомом 6 расположено по два конических
диска 2, 3 и 9, 7. Между дисками зажато стальное кольцо S, которое трением
передает движение от ведущего вала к ведомому. Нормальное давление и сила
трения возбуждаются за счет упругости кольца 8. Изменение передаточного от-
ношения осуществляется перемещением втулок 5 и 1 с коническими дисками 9
н 3 посредством штурвала 10.
Ременные передачи и вариаторы скорости
383
Рис. 5.29. Вариатор с шарами, вращающимися на осях. Движение от веду-
щего диска 1 к ведомому 3 (рис. а) передается посредством шаров 4, которые
вращаются на осях 5. Равновесие шаров поддерживается свободно вращающим-
ся кольцом 2. Передаточное отношение регулируется изменением угла наклона
осей 5 шаров. Необходимая сила нажатия между шарами и дисками обеспечи-
вается самозатягивающимся устройством 6 с шарами, перекатывающимися в
канавках переменной глубины. Оси пяти шаров поворачиваются диском с кри-
волинейными пазами. На рисунке б дана схема вариатора.
384
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
Передаточное отношение определяется по формуле
. _ toi _ R3 sin (а + 7)
Z]3 co3 Z?2sin(a—₽)*
Рис. 5.30. Шариковый вариатор с самоустанавливающимися дисками. Веду-
щие диски 14 с тороидными или коническими (см. нижнюю часть разреза рисун-
ка а) рабочими поверхностями смонтированы на гайках /2, установленных на
втулке 15 с правой или левой резьбой. Втулка 16 соединена с ведущим валом 1
направляющими шпонками.
Ременные передачи и вариаторы скорости
385
Промежуточные втулки 17 и кольца 13 (рис. б) позволяют дискам 14 само-
устанавливаться, кроме того, они передают осевое усилие, возникающее при
передаче крутящего момента от гаек 12 к шарикам 9, прижимая их к прямо-
линейной поверхности нажимного самоустанавливающегося диска 7 и криво-
линейной поверхности ведомого диска 8, изготовленного за одно целое с ва-
лом 10. Радиус кривизны рабочей поверхности ведомого диска несколько больше
радиуса шарика. Перемещением точки контакта шарика 9 по рабочей поверх-
ности ведомого диска 8 осуществляется изменение передаточного отношения.
При реверсивном вращении вала 1 втулка 16, вращаясь в гайках 12, пере-
мещается вдоль оси вала по направляющим шпонкам. Величина перемещения
втулки 16 ограничивается неподвижно закрепленными гайками 11,
Регулирование передаточного отношения осуществляется перемещением
нажимного диска 7 посредством вращения червяка 3, находящегося в зацепле-
нии с колесом 2, которое закреплено на винте 4 направляющей шпонкой. Коль-
ца 6 и 5 с шаровыми поверхностями (рис. в) обеспечивают самоустановку на-
жимного диска 7. Шарики 9 заключены в сепаратор 15.
Рис. 5.31
Рис. 5.31. Трехступенчатый шариковый вариатор. Движение от ведущего
диска 1 к ведомому 5 передается посредством шариков 8, расположенных меж-
ду дисками. С целью увеличить общее передаточное отношение вариатора
установлены промежуточные диски 4.
Шарики 8 заключены в сепараторы, составленные из дисков 2 и 3. Диски 3
имеют прямолинейные радиальные пазы, а пазы дисков 2 очерчены по винтовой
линии. Поворотом рукоятки 9, которая соединена с дисками 3, осуществляется
изменение диаметра Dx окружности центров шариков 8, а следовательно, и из-
менение передаточного отношения, которое определяется пэ формуле
. _ / Rx-\-p cos cpU-1
\ Rx — p cos ср/
Здесь q — радиус шарика;
Ф — угол наклона образующей дисков;
k — число фрикционных дисков;
Rx — радиус центров шариков.
Диапазон регулирования
д =
’ (Rx min + Р COS ср) (Rx max — Р cos cp)"|fe-1
_ (Rx min — P COS cp) (Rx max -|- p COS cp)
13 С. H. Кожевников и др.
386
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
Рис. 5.32
Рис. 5.32. Вариатор с дифференциалом. Диск 1 — ведущий, ролики 2 ра-
диуса г2 связаны с центральными колесами конического дифференциала. Води-
ло 5, соединенное с валом 4, ведомое. Расстояние между роликами 2 выбрано
так, что при любом положении кожуха-каретки 3 они расположены по обе
стороны ведущего диска.
Угловая скорость сов ведомого вала определяется формулой:
CD-lX
х — перемещение каретки 3 от среднего положения роликов.
Ременные передачи и вариаторы скорости
387
Рис. 5.33. Вариатор с дифференциалом и широким диапазоном регулирова-
ния скорости.
Диски 5 и 3 приводятся от связанных колесами Zi и z2 лобовых дисков 1 и 2
и могут перемещаться вдоль оси полого вала со шлицами, на котором закреп-
лены центральные конические зубчатые колеса дифференциала.
Винты 6 и 4 могут вращаться независимо друг от друга или быть связаны
между собой. В общем случае радиусы Р дисков 5 и 3 могут быть различными.
Передаточное отношение вариатора при расположении дисков 5 и 3 слева отно-
сительно осей валов зубчатых колес
. _ 27?
Изменение положения любого из дисков относительно оси вала зубчатого
колеса соответственно изменяет знак перед г.
13*
388
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
Рис. 5.34
Рис. 5.34. Вариатор скорости системы Пирожкова Е. И. состоит из двух сим-
метричных относительно вертикальной оси механизмов. Движение от ведущего
диска 2 к ведомому кольцу 7, вращающемуся относительно центральной оси,
передается через ролики-сателлиты 6. Форма и размеры роликов с касанием в
точках А, В, С, D обеспечивает их полное равновесие. Сепаратор 3 с осями 4
роликов поддерживает заданное расстояние между роликами по окружности.
Диск 5 неподвижен. В точке А правые ролики соприкасаются с левыми и ка-
тятся без скольжения.
Рекомендуемое число роликов в одной плоскости вращения равно шести.
Регулирование скорости осуществляется перемещением колец 7 посредством вин-
та 8. Силы трения между роликами обеспечиваются пружинами 1.
Рис. 5.35
Ременные передачи и вариаторы скорости
389
Равномерное распределение нагрузки между левым и правым вариаторами
может осуществляться дифференциалом с коническими колесами Z\ и z2. При
«1 = 3000 об!мин п2з = ±1600 об!мин.
Рис. 5.35. Планетарный вариатор. К водилу ведомого вала 1 планетарного
вариатора скорости прикреплены диски 3 посредством шатунов 2. Число дисков 3
может быть от 3 до 32.
Передаточное отношение вариатора определяется положением диска 5, ко-
торое регулируется винтом 4.
Достаточная сила трения между дисками обеспечивается пружинами 6.
Вариатор строится для мощностей от 0,2 до 22 кет с диапазоном регулирования
Д от 4 до 6.
Рис. 5.36
Рис. 5.36. Планетарный вариатор с шаровыми сателлитами. На ведущем
валу закреплен диск 1 (рис. а), который передает движение ведомому диску 2
посредством шаровых сателлитов 5, обкатывающихся по неподвижному
кольцу 6.
Оси шаров расположены в направляющих поводках 4, свободно вращаю-
щихся относительно центральной оси вариатора. Передаточное отношение из-
меняется поворотом осей шаровых сателлитов. Последнее достигается перемеще-
нием (вдоль оси валов) полой тяги 7, соединенной шарнирно с осями сател-
литов.
Сила нажатия в зоне контакта рабочих поверхностей обеспечивается пру-
жиной 3.
Передаточное отношение вариатора определяется по формуле (рис. б).
1 cos а
~ sin (a -j- р)
т __ Jk_ . (sin (у — а)
sin (а + р)
390
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
Ременные передачи и вариаторы скорости
391
Рис. 5.37. Фрикционный планетарный ва-
риатор скорости. На ведущем валу 1 закреп-
лено колесо 2 с внешним конусом, а на ведо-
мом 11 — колесо 9 с внутренним конусом.
Между колесами 2 и 9 зажаты ролики 4 с
двойным конусом, которые соединены между
собой сепаратором 3. Ролики 4 находятся
также в контакте с выступающей внутренней
кольцевой поверхностью кольца 6. Нормаль-
ное давление по линии контакта, достаточное
для передачи движения трением, обеспечивает-
ся тарельчатыми пружинами 10. Регулирование
скорости ведомого вала осуществляется пере-
мещением кольца 6 в корпусе 5 посредством
вращения маховичка 7, соединенного с шестер-
ней 8 конической передачи. Колесом этой па-
ры является цилиндр 13 с винтовым пазом,
в котором расположен ползун с пальцем 12.
На рисунках а, б и в показаны схемы
различных модификаций рассматриваемого ва-
риатора.
Рис. 5.38. Схема клиноременной передачи
с регулируемым передаточным отношением.
Описание принципа работы дано на стр. 360.
Рис. 5.39. Шарнирная цепь с роликами,
заменяющая клинчатый ремень. Движение
в этом случае также передается трением,
которое возникает при заклинивании роликов
I между гладкими поверхностями дисков раз-
движных шкивов. Ролики 1 вмонтированы в
звенья 2 цепи.
Рис. 5.39
392
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
Рис. 5.41
Рис. 5.40
Рис. 5.40. Раздвижной шкив клиноременного вариатора скорости. Регули-
ровка осуществляется гайками 1 и 2 при неподвижном вале привода.
Рис. 5.41. Трехдисковый шкив вариатора скорости с регулировкой от руки.
Перемещение дисков осуществляется вращением маховичка 1. Винт 2 с гайкой 4
и контргайкой 3 установлены для регулирования предельного смещения диска 5
относительно диска 7, при котором совмещаются образующие конусных по-
верхностей.
Сила упругости пружин 8 должна обеспечить силу трения между дисками 6
и 7 без их дополнительной деформации. Следует иметь в виду, что в шкивах
рассматриваемой конструкции при регулировании положения дисков ремни пе-
ремещаются в боковом направлении.
Рис. 5.42
Ременные передачи и вариаторы скорости
393
Рис. 5.42. Регулируемый шкив клиноременной передачи с предохранитель-
ной муфтой. Положение ремня между двумя дисками шкива регулируется
вращением маховичка 4 и фиксируется контргайкой 5. При перегрузке зубчатая
предохранительная муфта с зубьями 2 и 3 разъединяет шкив с валом, сжимая
при этом пружину 6. Шум, создаваемый зубьями при выключении муфты, сиг-
нализирует о перегрузке вала 1.
Рис. 5.43. Четырехдисковый шкив клиноременного вариатора скорости.
Внутренние диски 7 закреплены на валу 14 направляющей шпонкой 13.
Наружные диски 6 установлены на ступицах внутренних дисков и соединены с
валом 14 той же направляющей шпонкой 13 посредством шайб 1 со шпоночным
пазом. Шайбы 1 прикреплены к ступицам дисков 6. Положение ремня 8 отно-
сительно оси вала зависит от расстояния между левыми и правыми дисками,
которое регулируется посредством механизма (на схеме не показан), соединен-
ного с дисками 6.
При перемещении 'внешних дисков 6 в сторону их сближения вместе с ни-
ми будут перемещаться и внутренние диски 7 до тех пор, пока фиксирующие
шарики 3 и 12 не войдут в пазы 9 и 10. При этом рабочие поверхности ремня 8
полностью перейдут на конические поверхности внешних дисков. В дальнейшем
будут перемещаться только внешние диски. Увеличивая расстояние между дис-
ками, вначале перемещаются только внешние диски, а затем внешние вместе с
внутренними. Посредством винтов 4, ограничивающих перемещение собачек 5,
регулируется совмещение образующих дисков 6 и 7 по одной прямой. Шайбы 2
и винты 11 ограничивают перемещение дисков 6 и 7 до максимального.
394
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
Рис. 5.44. Раздвижной шкив клиноременного вариатора скорости, управляе-
мый электромагнитом. Рекомендуется для работы при частых пусках и останов-
ках двигателя.
На валу двигателя 1 закреплен конический диск 2. Перемещение диска 4
вдоль ступицы диска 2 осуществляется электромагнитом 7 через Г-образный
рычаг 5. Ремень 3 при выключенном электромагните провисает свободно. При
включении электромагнита ремень 3 сначала прижимается дисками 2 и 4 на
малом диаметре и, следовательно, при большом окружном усилии.
В процессе разгона ротора ремень под действием растянутой пружины 6
переходит на окружность большего диаметра, увеличивая число оборотов ведо-
мого вала вариатора.
Рис. 5.45. Двухдисковый шкив клиноременного вариатора скорости. Описа-
ние изложено на стр. 360.
Ременные передачи и вариаторы скорости
395
Рис. 5.46
Рис. 5.46. Шкив клиноременного вариатора с пазами вдоль образующих ко-
нусов дисков 2 и 3, позволяющий получить большой диапазон регулирования.
Пружина 1 обеспечивает силу нажатия.
Неблагоприятные условия работы ремня на выступах снижают срок служ-
бы ремня.
Рис. 5.47
Рис. 5.47. Шкив клиноременного вариатора скорости с раздвижными диска-
ми 2. Увеличивая межцентровое расстояние шкивов, ремень 3 уходит на мень-
ший диаметр, деформируя при этом резиновые диафрагмы 1.
Диафрагмы 1 выполняют роль пружины и обеспечивают достаточную силу
трения между ремнем и дисками.
396
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
Рис. 5.48
Рис. 5.48. Раздвижной шкив клиноременного вариатора скорости с резиновой
диафрагмой.
Диафрагма 1, изготовленная из каучука с включением корда, имеет форму,
обеспечивающую более благоприятную характеристику по сравнению с пружиной
из стали (рис. б).
Ременные передачи и вариаторы скорости
397
Отсутствие излишнего давления на ремень, особенно на малых диаметрах,
увеличивает срок службы ремня.
Рис. 5.49. Раздвижной шкив клиноременного вариатора скорости с автомати-
ческой регулировкой силы бокового зажима ремня.
Диски 4 шкива установлены на одной общей втулке 5 и подвижны только
в осевом направлении. Одновременное симметричное перемещение двух дис-
ков обеспечивается двумя направляющими пальцами 7. Торцы ступиц дисков 4
изготовлены по винтовой поверхности (на схеме показаны штриховой линией)
с подъемом в противоположную сторону вращения вала. Такие же винтовые
поверхности имеются на торцах ступиц боковых крышек 2, которые жестко
соединены между собой втулкой 1. Диски 4, поворачиваясь относительно кры-
шек 2 за счет перемещения по винтовым поверхностям, изменяют силу сжатия
пружин 3, устанавливая при этом силу зажима ремня, соответствующую данному
крутящему моменту.
Рис. 5.50
Рис. 5.50. Трехдисковый шкив клиноременного вариатора скорости. Диск 6
шкива закреплен на ступице 3 неподвижно, диски 9 и 7 подвижны в осевом
направлении. Вначале при принудительном увеличении расстояния между цент-
рами ведущего и ведомого шкивов перемещается диск 7 справа налево, диск 9
при этом остается неподвижным. Крайнее левое положение диска 7 определяет-
ся совмещением клинообразной круговой канавки на пальце 5 с, выступом фик-
сатора 1. При дальнейшем увеличении расстояния между центрами шкивов
начнет перемещаться диск 9 слева направо, фиксатор 1 при этом поднимется
вверх, освободив палец 11. Диск 9 и палец 11 соединены между собой фасонной
шайбой 4. Силы упругости пружин 2 и 10 должны быть достаточными для
передачи крутящего момента трением между дисками и ремнем.
398
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
Рис. 5.51. Двухручьевой шкив клиноременного вариатора скорости. Диск 3
соединен со ступицей диска 1 чзрез дистанционную трубку 7 неподвижно. Дис-
ки 2 и 4 тоже соединены между собой и перемещаются на скользящей шпонке
вдоль оси вала посредством вращения винта 6 в невращающейоя, но переме-
щающейся гайке 5. Регулирование положения дисков осуществляется во время
работы вариатора.
Рис. 5.52
Рис. 5.52. Шкив клиноременного вариатора скорости составлен из дисков с
радиальными выступами и впадинами, что позволяет увеличить диапазон регу-
лирования. Диски 2, 4 и 6 соединены между собой через дистанционные трубки
Ременные передачи и вариаторы скорости
399
жестко и перемещаются отно-
сительно неподвижных дисков
/, 5, 5 посредством гайки 3 с
замком 7.
Регулирование осуществ-
ляется при остановленном ва-
риаторе.
Рис. 5.53. Регулируемый
шкив клиноременного вариато-
ра скорости с холостым ходом.
Перемещением диска 1 вдоль
оси вала регулируется положе-
ние ремня 3 между дисками 1
и 4 и соответственно передаточ-
ное отношение вариатора.
В крайнем нижнем положе-
нии ремень 3 охватывает холо-
стой шкив 2 и не передает дви-
жения.
Рис. 5.54. Многоременной шкив с увеличенным диапазоном регулирования.
400
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
На ступице 1 шкива установлены два диска 2 и один 5 и соединены с ней
неподвижно посредством втулок и гайки 7. Подвижные диски 6 соединены
между собой и прикреплены к втулке 8 посредством болтов и дистанционных
трубок. Подвижные диски 3 также соединены между собой и прикреплены к
втулке 9. Диски 3 удерживаются в крайнем левом положении пружинами 4, а
диски 6 — сжатой пружиной 12 посредством винта 13 и шайбы 11. Увеличивая
межцентровое расстояние между шкивами, ремни уходят на меньший диаметр
и, сжимая пружину 12, перемещают диски 6 с втулкой 8 вправо. При этом дис-
ки 3 с втулкой 9 удерживаются пружинами 4 и не перемещаются. Фиксатор 10,
расположенный в отверстии втулки 8, перемещается вдоль оси вала по круговому
пазу на ступице 1. Как только ремни переместятся в положение, соответствующее
совмещению рабочих поверхностей конусов дисков 3 и 6 по одной прямой, фик-
сатор 10 поднимается вверх, выйдя из круговой канавки ступицы 1 и войдя
в круговую канавку втулки 9. Последующее перемещение ремней на меньший
диаметр сопровождается одновременным перемещением дисков 3 и 6 вправо.
Сокращая межцентровое расстояние шкивов вариатора, ремни под дейст-
вием пружины 12 уходят на больший диаметр, а подвижные диски при этом
перемещаются влево в последовательности, обратной той, которая изложена
выше.
Рис. 5.55. Раздвижной шкив вариатора с клинчатыми ремнями. Шкив пере-
дачи состоит из набора дисков 1, жестко связанных между собой и закрепленных
на валу посредством шпонок, и дисков 2, перемещающихся одновременно вдоль
оси вала, изменяя при этом диаметры, по которым соприкасаются ремни со
шкивами.
Изменение передаточного отношения передачи осуществляется вращением
винта 4. Гайка 3 удерживается от вращения рычагом 6. Ввиду того, что при
регулировании положения дисков 2 ремни перемещаются в боковом направле-
нии, необходимо предусматривать такое же перемещение ведомого шкива, сбло-
кировав управление им цепной передачей 5.
Ременные передачи и вариаторы скорости
401
Рис. 5.56. Вариатор с клинчатыми ремнями. Передача движения осуществ-
ляется двумя последовательно расположенными клиноременными передачами,
промежуточным звеном которых является рассматриваемое устройство. Изме-
нение скорости ведомого вала осуществляется поворотом рукоятки /, шарнирно
связанной с качающимся подшипником 6, в котором смонтирован вал с раз-
движными шкивами для клинчатых ремней. Во время изменения 'скорости вал 7
с дисками 2 и 5 перемещается вдоль оси относительно дисков 3 и 4, в резуль-
тате чего диаметр окружности касания ремня одного шкива будет увеличивать-
ся, а другого — уменьшаться. Оси шарниров, относительно которых перемещает-
ся подшипник 6, расположены под углом к оси вала так, что при различных
положениях устройства клинчатые ремни остаются в одной и той же плоскости.
402
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
а)
Рис. 5.57. Конструкция широкого ремня с колодочками. Колодочки 1 из
твердой древесины прикрепляются с одной или с двух сторон к ремню 2 и обес-
печивают жесткость ремня при сжатии его с боковых сторон. На рис. б пока*
заны конструкции соединений концов ремня.
Рис. 5.58. Пластинчатая цепь для фрикционных "вариаторов скорости с раз-
движными коническими шкивами. Звенья цепи соединяются полуроликами 1, 2Ъ
Ременные передачи, и вариаторы скорости
403
4, 5, охватывающими ось 6. В средней части оси 6 между полуроликами надето
кольцо 3 со скошенными торцовыми поверхностями.
В набегающих точках передачи звенья цепи поворачиваются относительно
оси шарнира, при этом создается распорное усилие, прижимающее торцы полу-
роликов к рабочим поверхностям дисков шкивов. При выходе шарнира из ра-
бочей зоны цепь выравнивается и полуролики устанавливаются в исходное по-
ложение.
Рис. 5.59
Рис. 5.59. Вариатор скорости с широкой гибкой лентой с колодками. Регу-
лирование скорости осуществляется вращением винта 1 с правой и левой резь-
бой, при этом рычаги 2 и 4, шарнирно соединенные с гайками винта, изменяют
расстояние между дисками так, что если на одном валу это расстояние уве-
личивается, то на другом уменьшается. Пружины 3 создают натяжение ремня
и компенсируют разницу между необходимой переменной длиной ремня и по-
стоянной, установленной на вариаторе.
404
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
Рис. 5.60
Рис. 5.60. Схема цепного
вариатора скорости (рис. а).
Цепь состоит из плоских звень-
ев 1 (рис. б), в которые встав-
лены магазины 3 со стальными
пластинками 2, свободно пере-
двигающимися в боковом на-
правлении. Заполняя впадину
между зубьями или охваты-
вая зуб в соответствии с его
профилем, пластинки передают
усилие с одного вала на 'дру-
гой. На рис. в показана дру-
гая конструктивная схема цепи.
Рис. 5.61. Импульсный ва-
риатор скорости с пульсирую-
щим движением ведомого вала.
Эксцентрик 1 закреплен на ве-
дущем валу вариатора и вра-
щается с постоянной скоро-
стью. Шатун 2 соединен с ко-
ромыслом 4 и шатуном 3 об-
щим шарниром, второй шарнир
коромысла 4 установлен на
неподвижной опоре 5, а вто-
рой шарнир шатуна 3 соединен
с барабаном 6 муфты свобод-
ного хода, звездочка 7 которой
соединена с ведомым валом.
Регулирование скорости осуще-
ствляется изменением положе-
ния неподвижного шарнира 5 с
последующей его фиксацией.
Для более равномерного вра-
щения ведомого вала приме-
няется несколько механизмов
со смещенными по фазе экс-
центриками.
Рис. 5.61
Ременные передачи и вариаторы скорости
405
Рис. 5.62. Импульсный вариатор скорости с (роликовой обгонной муфтой.
Ведущий вал 5 вариатора получает движение от вала двигателя 2 посредством
клиноременной передачи и может поворачиваться относительно оси 1. Опоры
вала могут фиксироваться в заданном положении. На -валу закреплены кулачки
3, смещенные по фазе на 180°. Рычаги 7 с установленными на них роликами 6
406
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
прижимаются к кулачкам 3 пружинами 10 и во время вращения вала 5 полу-
чают колебательное движение. Это движение передается ведомому валу 9 муф-
тами свободного хода 8. Максимальный угол поворота рычага 7, а следователь-
но, и передаточное отношение вариатора зависит от размеров кулачка и поло-
жения оси вала 5 относительно оси вала 9. Регулирование передаточного от-
ношения вариатора достигается изменением положения вала 5.
Рис. 5.63. Вариатор скорости с муфтами свободного хода. Четыре эксцент-
рика 1 установлены на ведущем прямоугольного сечения полом валу 2 со сме-
щением эксцентриситета по фазе на угол 90°. Движение передается ведомому
валу 5 через коромысла 7, соединенные с муфтами свободного хода 6. Регули-
рование числа оборотов ведомого вала 5 осуществляется перемещением штан-
ги 4 управления с наклонно расположенными лысками вдоль оси, в результате
чего сухари 3 передвигают эксцентрики 1 в радиальном направлении. Эксцент-
риситет всех эксцентриков при данном положении штанги 4 одинаков.
Ременные передачи и вариаторы скорости
407
Рис. 5.64
Рис. 5.64. Кривошипно-шатунный вариатор с постоянной скоростью зубча-
той рейки на среднем участке пути. Палец 1 кривошипа вращается вместе с ко-
лесом z3 и перемещается вдоль радиуса кривошипа кулачком, связанным с коле-
Z3 ^4
сом z4. Отношение чисел зубьев равно ----= 3; '— = 1. Профиль кулачка
г1 Z2
подобран так, что зубчатая рейка 2 на большом участке пути перемещается с
постоянной скоростью. Ход рейки изменяется перемещением ползуна 3 вдоль
коромысла О А. Рейка 2 соединяется с колесом (на рис. не показано), которое
через муфту обгона передает движение ведомому валу. Для плавной передачи
движения ведомому валу необходимо установить два или более симметрично
расположенных механизма, ведущие кривошипы которых смещены друг относи-
тельно друга на один и тот же угол.
408
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
Рис. 5.65
Рис. 5.65. Кривошипно-шатунный вариатор. Ведущий двухколенчатый вал lt
вращаясь, сообщает посредством шатунов 2 колебательное движение проме-
жуточным, симметрично расположенным относительно оси вала валам 3.
Кривошипно-коромысловыми механизмами 5, 6У 7 передается пульсирующее вра-
щение валу 8 посредством двух муфт свободного хода 4.
Изменение числа оборотов ведомого вала осуществляется изменением по-
ложения ползушек в пазах кулис 5 посредством вращения штурвала 9. Винт 12
Ременные передачи и вариаторы скорости
409
тягой 13 изменяет положение пальца кривошипа в пазах кулис 5. Второй ме-
ханизм изменения радиуса кривошипа 'соединен с первым цепной передачей со
звездочками 10 и 11 и работает с ни-
ми синхронно.
Изменение числа оборотов ведо-
мого вала может быть осуществле-
но от нуля, когда оси пальцев кри-
вошипов совмещены с
максимального значения,
вующего максимальному
кривошипа.
Рис. 5.66. Вариатор
с зубчатым зацеплением,
венец /, который посредством винта
и штурвала может перемещаться
вдоль оси передачи, набран из тон-
ких пластинок Т-образной формы
в специальном ободе. В местах, где
нет сцепления с планетарным зубча-
тым колесом 2, венец представляет
собой гладкий обод, а в местах
сцепления зубья планетарного зуб-
чатого колеса 2 выжимают соответ-
ствующие им впадины. После про-
хождения планетарного колеса пластинки устанавливаются в первоначальное
положение специальными пружинами. Колесо 3 с внутренним зацеплением, обыч-
ной конструкции. Передаточное отношение
ni 1
осями 3 до
соответст-
радиусу
скорости
Зубчатый
11Х —
1
ZJd
^3
Рис. 5.67
Рис. 5.67. Жесткий планетарный вариатор скорости. На ведущем валу 1
закреплены направляющие 4 (круглого сечения) диска 5, перемещающегося в
радиальном направлении посредством каретки 2 с наклонным пазом. Вместе с
диском перемещается также зубчатое колесо z4 с внутренним зацеплением, ко-
торое соединено с диском 4 подшипником качения.
Колеса г4 и Z\ связаны с сателлитами z3 и z<i, оси которых соединены между
собой поводками 5 и 11.
410
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
Коническое колесо 7 дифференциала соединено с колесом z4 крестово-кулис-
ной муфтой 10. Второе коническое колесо 7' дифференциала соединено с шес-
терней Zi полым .валом 6. Оси сателлитов 8 дифференциала соединены с ведо-
мым валом 9 посредством картера дифференциала.
Изменение передаточного отношения вариатора осуществляется изменением
величины эксцентриситета е между осью вала 1 и центром колеса г4, при этом
центр колеса г4 будет описывать окружности радиусом, равным е.
Геометрическое место точек зацепления колеса г4 и сателлита с3 представ-
ляет собой окружность, радиус которой равен
R = r± + e.
Эквивалентное число зубьев колеса г4 пропорционально R и может быть
равным z4 при е = 0 и большим или меньшим г4 при е 0. ,
Рис. 5.68. Вариатор скорости с программным управлением. На валу 4У по-
лучающем движение от ведущего вала 2 через зубчатую передачу 1—3, установ-
лены на скользящей шпонке кулачки 9 и 10. Ведомый 1вал 5 вращается посред-
ством двух муфт свободного хода, состоящих из общего барабана 7, связанного
с валом кулачковой муфтой, и свободно качающихся звездочек 6 «муфты, соеди-
ненных с рычагами 29. При подъеме рычагов 29 вверх ролики 8, заклиниваясь,
передают вращение барабану 7, при опускании рычагов, барабан вращается не-
зависимо. При смещении кулачков 9 и 10 по фазе на 180° вал 5 вращается пуль-
сирующим движением. Автоматическое регулирование скорости вала 5 по задан-
ному закону производится перемещением кулачков 9 и 10 вдоль оси вала 4.
Спрофилированная по заданным условиям шайба 21, вращаясь, передает движе-
ние вилке 13, причем для удобства настройки коромысло составляется из двух
частей 19 и 20, поворачивающихся взаимно винтом 18. Шайба 21 получает вра-
щение от вала 4, эксцентрика 26, сдвоенного храпового механизма 25—23 и чер-
вячной передачи 22—28.
Ременные передачи и вариаторы скорости
4В
Для быстрого вращения вала 5 с постоянной скоростью надо сцепить коле-
са 12 и 16 посредством рукоятки 17 и вилки 11. Реверсирование вала 5 достига-
ется сцеплением колес 12—14—15, при этом муфта свободного хода вращается
вхолостую. Рукояткой с торцовым кулачком 24 механизм автоматического^регу-
лирювания скорости отключается. Пружинами 27 обеспечивается постоянный
контакт между роликами и кулачками 9 и 10.
Рис. 5.69. Вариатор с автоматическим регулированием передаточного отноше-
ния (вал 1 — ведущий, 2 — ведомый).
С увеличением крутящего момента на ведомом валу 2 (рис. а) диск 3 сме-
щается по резьбе вправо и сжимает пружину; радиус гх уменьшается. Крутящий
момент Мо при со0 = const изменяется по параболе
СОр
>
СР
Здесь постоянная
г
Z12 =
Гх
МО=МХ
М0А \ А
----- —М‘ —
Gcmax / Г
я 8nD3
А =------
Gd4
1
МСе СаЧ р)
определяется жесткостью пружины и углом а подъема резьбы;
г0 — средний радиус резьбы;
п — число витков пружины:
412
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
G — модуль сдвига;
р — угол трения материалов витка и гайки.
Указанный недостаток непостоянства крутящего момента и мощности на ве-
дущем валу не имеет места, если изменить принципиальную схему вариатора
так, чтобы ведомый диск получал перемещение не только за счет деформации пру-
жины, но также и за счет перемещения опоры пружины в осевом направлении.
Конструктивная схема узла вариатора с перемещением опоры пружины показана
на рис. б. Диск 5, перемещаясь вдоль оси по нарезанной части вала, сжимает
пружину 2 и поворачивает ее опоры. Дополнительное перемещение kx диска 3
за счет перемещения опоры пружины определяется из равенства
f MqTx max
kX = Гхшах—МХА + М qA — — ,
Мх
где Л40 —номинальный крутящий момент на ведомом валу при rx = rx тах.
Рис. 5.70. Бесступенчатая передача с автоматическим регулированием пере-
даточного отношения. Передача вращения от ведущего 1 к ведомому диску 6
Рис. 5.70
производится через диски 2, вращающиеся относительно повюдка-юбоймы 3. Бе-
домый диск 6 с увеличением нагрузки перемещается к центру диска 2, навинчи-
ваясь на неподвижный в осевом направлении винт. При уменьшении момента
диск 6 возвращается пружиной. Под действием суммы окружных усилий, дей-
ствующих на диски 2, поводок-обойма 3 поворачивается и увлекает в движение
ролики 5, катящиеся по рессоре 4, имеющей форму изогнутого клина. В резуль-
тате этого нажатие на диски 1 и 6 увеличивается. Кривизну рессор 4 можно ре-
гулировать болтами 7. Крутящий момент Мо на ведущем валу остается постоян-
Ременные передачи и вариаторы скорости
413
ним в случае дополнительного компенсационного (перемещения kx пружины:
kx = Ущ +М'0А -МХА - ^2- ,
где Мо — минимальное значение момента Мх при правом крайнем положе-
нии диска 6;
_ 8nD3 1
Gd* г0 • tg(a + р) ’
п — число витков пружины, а — угол подъема нарезки винта (см. рис. 5.69)
Рис. 5.71
Рис. 5. 71. Вариатор с автоматическим регулированием передаточного отно-
шения. От ведущего диска 1 к ведомому валу 4 (рис. а) движение сообщается
через фрикционные конические диски 1 и 2 и колеса и z2. При увеличении на-
грузки диск 2 смещается вдоль оси 3 влево, сжимая пружину и поворачивая по-
водок 5. Нажатие между дисками 1 и 2 производится за счет реактивного мо-
мента Мх на поводке. Таким образом, при увеличении момента на ведомом валу
414
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
увеличивается сила трения и передаточное отношение . Крутящий мо-
мент на ведущем валу
7?i 7 A tg2 a
м0 = мх — +мхм0~ ——
-К2 "2 ' о
где Mq—номинальное значение момента Мо при
8nD3
Л = — — податливость пружины;
RjA tg2 а
^2 го
• А
114 = Rl ’
Мо
k = '— — коэффициент перегрузки;
м0
{ рг0 \
а — угол образующей конуса дисков cios а = —— ;
г0 — средний радиус ведомого диска;
Р = 1,1 1,2— коэффициент запаса сцепления.
При условии, если радиус ведущего диска 1 будет постоянным и равен г0,
а радиус ведомого диска 2 — переменным и
А ~ 8nD3 _ = Rrfp
Gd* M0tg2a Motga
г ro
где ft = -— — предварительная затяжка пружины, то
tga
На рис. б
Мо = MQ\= const,
показана конструкция вариатора.
Рис. 5.72. Вариатор скорости для малых мощностей N = 10 + 12 вт.
Передача движения от вала двигателя к ведомому валу 2 осуществляете»
двумя передачами: фрикционной — с коническим диском 1 и роликом 7 и чер-
вячной передачей 3. Регулирование скорости производится перемещением вил-
Ременные передачи и вариаторы скорости
415
ки 6 посредством вращения винта 5, соединенного с червячной передачей 4. Вал
двигателя и червяк червячной передачи 4 соединены кинематической цепью.
Рис. 5.73
Рис. 5. 73. Вариатор скорости для малых мощностей (до 0,3 кет).
Каждый из двух валов вариатора может быть ведущим или ведомым. Меж-
ду коническими дисками 1 и 4 с одинаковым углом образующей (Р = 45°), кото-
рые закреплены на валах, установлен шарик 2. Скорость ведомого вала регу-
лируется перемещением шарика 2 посредством движка 5, при этом изменяются
радиусы точек касания шарика с дисками. Максимальный диапазон регулирова-
ния Д ~ 5.
Рис. 5.74
Рис. 5.74. Планетарный шариковый вариатор для небольшой мощности. Ве-
дущий вал 1 соединен с конусом 3, ведомым звеном является водило 7 с выход-
ным валом 9. Шарики 5, выполняя роль сателлитов, перекатываются по беговой
дорожке, составленной из двух конических поверхностей втулок 4 и 6,
416
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
Регулирование скорости осуществляется вращением крышки 2 корпуса ва-
риатора с соответствующим перемещением конуса 3. Изменение радиуса беговой
дорожки на конусе 3 автоматически изменяет радиус беговой дорожки коничес-
ких поверхностей втулок 6 и 4, которые сжаты пружинами 8.
Рис. 5.75
Рис. 5.75. Схема вариатора с регулированием скорости посредством двух
роликов. Движение от диска 4 к диску 3 передается посредством двух смещае-
мых роликов 1 и 2;
^1 гз
Рис. 5.76
Ременные передачи и вариаторы скорости
417
Рис. 5.76. Фрикционный шариковый вариатор.
От ведущего диска 1 ведомому барабанчику 6 движение передается посред-
ством шариков 2 и 5, установленных свободно ib рамке 4. Правильное положе-
ние шариков поддерживается роликами 3, свободно установленными на осях
рамки.
Рис. 5.77
Рис. 5.77. Механическая система автоматического регулирования скорости
ведомого вала вариатора. Рассматриваемая схема применяется в приводе меха-
низма намотки стальной ленты непрерывного листопрокатного стана. Шарико-
вая муфта 9, передающая момент от полумуфты на диске 10 вариатора к полу-
муфте на втулке бобины 8, создает осевое усилие А2, действующее на диск 10.
При постоянном натяжении ленты по мере увеличения диаметра намотки
возрастает момент на втулке бобины 8 и соответственно увеличивается осевое
усилие Л2, которое, перемещая диск 10 влево, устанавливает цепь 12 на 'больший
диаметр. При этом цепь 12 на шкиве ведущего вала 11 уходит на меньший диа-
метр, перемещая диск 1 влево. Кулачковый механизм с кулачком 5, грузом 6 и
роликом 4, установленным на рамс 3, создает замыкающую силу At рычажной
системы. Рама 3 поворачивается относительно цапф неподвижной траверсы 2.
Профиль кулачка 5 соответствует условию, при котором мощность на валу 7 сох-
раняется постоянной.
14 С. Н. Кожевников и др.
418
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
ТОРМОЗА
Рис. 5.78. Одноколодочный ручной тормоз с цилиндрической поверхностью
трения (описание дано на стр. 363).
Рис. 5.80
Рис. 5.79 Рис. 5.81
Рис. 5.79. Двухколодочный тормоз (описание дано на стр 363).
Рис. 5.80. Простой ленточный тормоз (описание дано на стр. 363).
Рис. 5.81. Дифференциальный ленточный тормоз (описание дано на стр. 364).
Тормоза
419
Рис. 5.82
Рис. 5.82. Ленточный тормоз для вала с реверсивным движение.м (описание
дано на стр. 364).
Рис. 5.83. Одноколодочный тормоз с клинчатыми поверхностями трения
(описание дано на стр. 363).
14*
420
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
Рис. 5,84
Рис. 5.84. Фрикционный -останов. Диск 2 неподвижен. Вал 1 с поводком 5
и прикрепленной к нему тормозной колодкой 3 может вращаться только в на-
правлении стрелки В; в обратном направлении вал не может вращаться вслед-
ствие заклинивания колодки 3. Пружина 4 .обеспечивает постоянный контакт
между колодкой 3 и диском 2.
/7-/7
Рис. 5.85
Рис. 5.85. Тормоз с переменным давлением от груза. На валу 2 жестко за-
креплен диск 1 и свободно — храповое колесо 3. На винтовой нарезке среднего
радиуса гСр вала 2 установлен диск 4, выполненный за одно целое с зубчатым
Тормоза
421
колесом 5. Резьба с углом подъема кх на валу 2 должна быть в таком направле-
нии, при котором вю время подъема груза храповое колесо 3 зажато между дис-
ками 1 и 4. Для обеспечения надежности работы тормоза необходимо соблюсти
неравенство
^1 + ^2 tg (а + р)
2 > Гср и
Рис. 5.86
Рис. 5.87
Рис. 5.86. Аварийный тормоз экскалатора. Бесшумный храповой механизм,
который входит в (систему тормоза, на чертеже не показан. При нормальных ус-
ловиях работы привода звездочка 3 с гайкой 1 и барабаном 2 вращаются как
одно целое, а в случае нарушения кинематической связи между звеньями при-
вода собачка храпового механизма останавливает барабан 2. При неподвижном
барабане 2 под действием нагрузки звездочка 3 продолжает вращаться, при
этом гайка 1 навинчивается по резьбе ступицы звездочки, сжимает пружины 4 и
с большей силой прижимает трущиеся поверхности барабана и звездочки до мо-
мента полной остановки. Гайка 1 с барабаном 2 соединена шлицевым соедине-
нием.
Рис. 5.87, а и б. Схемы двухколодочных тормозов. Замыкание тормоза осу-
ществляется грузом 1, размыкание — с помощью электромагнита 2.
422
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
Рис. 5.88, а и б. Двухколодочные тормоза с уравнительным механизмом
для выравнивания силы нажатия со стороны обеих колодок 1 и 2. Замыкание
тормоза осуществляется грузом 4 (рис. а) или пружиной 4 (рис. б), размыка-
ние — электромагнитом 3. Общий недостаток заключается и затруднении тепло-
отвода и защиты от пыли и грязи.
Тормоза
423
Рис. 5.89
Рис. 5.89. Двухколодочный тормоз. Тормозной диск 2 жестко соединен с
валом 1 и имеет по окружности обода клиновидную канавку. Рычаги тормоза 4
с колодками 3 прикреплены к стойке валиками 5. Торможение осуществляется
поворотом кулачка 6, соединенного с рычагом 8. Растормаживается тормоз пру-
жиной 7.
Рис. 5.90 Рис. 5.91
Рис. 5.90. Двухколодочные тормозы
на два колеса с общим управлением.
Тормозы можно привести в действие
поворотом рычагов 1 или 2 по направ-
лению стрелок.
Рис. 5.91. Тормоз с внутренними
колодками 2, прижимаемыми к ободу 3
поворотом кулачка 1.
Рис. 5.92. Колодочный тормоз с
плавающими колодками 6, шарнирно
связанными регулировочными винтами
7 правой и левой нарезки. Колодки раз-
водятся сухарями 1, 2, сидящими на
пальцах 5 шайбы 3, поворачиваемой
кривошипом 4. Колодки снабжены
овальными отверстиями, через которые
проходят упорные пальцы 5. При раз-
7
Рис. 5.92
424
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
жатии колодок они повернутся относительно барабана 8 до упора одной из них
в неподвижный палец 5. Появившаяся сила трения используется для увеличе-
ния нажатия на другую колодку.
Рис. 5.93
Рис. 5.98. Пневматический тормоз с параллельным перемещением колодок.
К диску 4 посредством серег 3 прикреплены колодки 1, которые м-огут посред-
ством двух пневматических цилиндров 6 перемещаться поступательно по двум
штырям 2, что обеспечивает равномерное прилегание колодок к тормозному ба-
рабану. 5 — пружины.
Рис. 5.94
Тормоза
425
Рис. 5.94. Автоматический тормоз с муфтой свободного хода. В рассматри-
ваемом тормозе муфта свободного хода используется только в момент его вклю-
чения.
Спицы 5 жестко закреплены на валу 3, диск 1 вращается свободно, звездоч-
ка 2 и барабан 11 прикреплены к станине неподвижно. Вал 3 может передавать
движение диску 1 посредством спиц 5, прижатых к трем упорам 4. При враще-
нии вала 3 в другую сторону в начальный момент диск 1 притормаживается ша-
риками муфты свободного хода, затем посредством рычагов 7 и 8 спицы 5 при-
жимают три колодки Pzk неподвижному барабану 11 и затормаживают вал 3
с большим моментом трения, разгружая, таким образом, шарики муфты от
чрезмерной нагрузки. Пружины 10 служат для более равномерного прижатия
колодок 9. Ось 6 рычага 8 установлена на щеке тормозной колодки Р, а ось ко-
лодки — на диске 1.
Рис. 5.95. Ножной колодочный тормоз. На вертикальных пальцах 1 чугун-
ного корпуса установлены двуплечие рычаги 2 и 4 с тормозными колодками 3.
При нажатии на педаль 8 вертикальным клином 7 разводятся концы рычагов 2
и 4 и колодки 3 прижимаются к ободу маховика. Пружина 5 отводит педаль 8
в исходное положение, а пружина 6 отводит тормозные колодки.
426
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
Рис. 5.96. Суммирующий
ленточный тормоз при рав-
ных плечах а с уменьшен-
ным усилием на рычаге.
Концы ленты тормоза кре-
пятся к цапфам 1 и 3 ры-
чага 2. В щеках 4 для паль-
цев профрезерованы парал-
лельно расположенные
сквозные пазы. При враще-
нии тормозного диска 5 в
напиравлении стрелок I или
II одна из цапф, к которой
прикреплена лента с боль-
шим натяжением, устанав-
ливается в крайнее поло-
Рис. 5.96
жение и становится непод-
вижным шарниром рычага.
Сечение А — А увеличено.
Рис. 5.97. Конструкция простого ленточного тормоза, приводимого в дейст-
вие весом груза 1, для одного направления вращения тормозного шкива 5.
Рис. 5 97
Тормоз растормаживается электромагнитом 2. Болтами 3, расположенными по
дуге обхвата, регулируется равномерный зазор между лентой 4 и тормозным
шкивом в период растормаживания. При перемене направления вращения тор-
мозной момент уменьшается в « 5,5 раза.
Тормоза
427
Рис. 5.98. Коротко-
ходовой ленточный тор-
моз с пружинным замы-
канием. Неподвижные
концы лент 4 и 6 соеди-
нены шарнирно на под-
пружиненной оси 5, под-
вижные концы лент сое-
динены рычагами 7 и 8
с общей осью вращения
11. Тормоз замыкается
пружиной 3 и расторма-
живается якорем 12
электромагнита с соле-
ноидом /, который
встроен в корпус 2. Ре-
гулирование рабочего
положения якоря 12, ко-
торый жестко соединен
с рычагом 8 и • повора-
чивается относительно
неподвижной оси 9, осу-
ществляется гайками
винта 10.
Рис. 5.99. Ленточ-
ный тормоз, применяе-
мый в прессах. Натяже-
ние ленты регулируется
сжатием пружины 1.
Торможение осущест-
вляется пружинами 2 и
5, выключение — сжа-
тым воздухом, поступаю-
щим через трубопровод
6 в пневматический ци-
линдр 5. 4 — поршень.
428
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
Рис. 5.100. Ленточный тормоз с предохранительной муфтой. Тормоз приме-
няется в ковочных машинах. Натяжение ленты 1 во время торможения осуще-
ствляется силой упругости пружины 3. Освобождение ленты произ’водится пнев-
матическим механизмом с цилиндром 2, в верхнюю полость которого подается
сжатый воздух. Предельный м'омент однодисковой предохранительной муфты с
диском 5 регулируется силой затяжки шпилек 4.
Рис. 5.101. Тормоз с электромагнитным управлением, устанавливаемый на
конце вала двигателя или рабочей машины. Диски трения 5, прикрепленные к
ступице 2, соединены с валом 3 посредством втулки 1 со шлицами и могут пе-
ремещаться вдоль оси вала. Диск 4 установлен неподвижно.
Нажимной диск 9 при включении тормоза перемещается рычагом 10 под
действием усилия сжатой пружины 8.
При выключении сердечник 7 электромагнита 6 поворачивает рычаг 10 от-
носительно оси 11, сжимая при этом пружину.
Рис. 5.102. Дисковый тормоз с гофрированной поверхностью трения.
Тормоза
429
Рис. 5.101 Рис. 5.102
430
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
На 'неподвижном валу 1 закреплен кольцеобразный цилиндр 2 с трубками
3 и 9. При торможении кольцеобразный поршень 4 перемещается направо вдоль
оси вала под давлением жидкости, подводимой в полость поршня через отвер-
стие 8.
Гофрированный диск 5, прикрепленный к поршню, своими внутренними вы-
ступами опирается на его гладкую кольцевую поверхность с радиальными паза-
ми 10 и образует круговые каналы, через которые проходит охлаждающая жид-
Рис. 5.103
кость от трубки 3 к трубке 9.
Вращающийся диск 7 тормоза
соединяется с полумуфтой на
валу привода посредством
пальцев 6. Достоинствами
тормоза являются увеличен-
ная поверхность трения, ма-
лая толщина охлаждаемого
элемента, интенсивный отвод
тепла.
Рис. 5.103. Пневматиче-
ский тормоз с резиновым
баллоном. Тормозной диск 1
закреплен шпонкой на вра-
щающемся валу. Резиновый
баллон 3 с колодками 2 при-
соединен к неподвижному ба-
рабану 4. Торможение осу-
ществляется наполнением бал-
лона сжатым воздухом че-
рез ниппель. Тормоз не ре-
комендуется применять при
частых включениях и значи-
тельных нагрузках.
Рис. 5.104. Четырехротор-
ный насос-тормоз. Конструк-
Рис. 5.104
Тормоза
431
ция применяется как демпфер крутильных колебаний, наличие четырех роторов
2 позволяет уменьшить нагрузки на их опоры. При передаче движения от вала /
к валу 4, который прикреплен к корпусу 6, величина тормозного момента регули-
руется перемещением втулки 3 с золотниками 5, перекрывающими отверстия, че-
рез которые перекачивается масло.
Рис. 5.105
Рис. 5.105. Схема гидротормоза с наклонным диском. В неподвижном кор-
пусе 3 с продольными и поперечными ребрами 4 на внутренней поверхности
вращается вал 1 с закрепленным на нем наклонным диском 2. Пространство
корпуса заполняется жидкостью. Тормозной момент, развиваемый вследствие
сопротивления рабочей жидкости, зависит от числа оборотов вала /, формы ре-
бер их расположения и других факторов.
Рис. 5.106. Схема наиболее распространенного гидродинамического тормо-
за. На валу 1 закреплен диск 2, в торовой полости 5 которого размещены ло-
патки 3. В корпусе статора расположены чашки 4 с лопатками, которые по сво-
432
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
ей форме «сходны с лопатками 3. Торможение происходит в результате воздей-
ствия лопаток диска на заполняющую статор жидкость и в результате увлече-
ния силами трения жидкости, омывающей лопатки диска.
Рис. 5.107
Рис. 5.107. Гидродинамический тормоз. Ротор 2 вращается в статоре 3, за-
крытом крышками 1 и 5, выполненными как неподвижные рабочие колеса. Ро-
тор по отношению к статору расположен эксцентрично (е — 6 мм), что способ-
ствует хорошей циркуляции воды из корпуса в холодильник. Ребра 4 на ободе
ротора также способствуют внешней циркуляции воды. Положение лопаток гид-
ротормоза показано на разрезе А—А. Встречный наклон лопаток создает боль-
шой тормозной момент при вращении ротора в одну сторону и незначительный
момент при вращении в противоположном направлении.
Рис. 5.108. Пружинный тормоз одностороннего действия, заменяющий коле-
со свободного хода. Внутренний диаметр пружины выполнен на 0,2—0,3 мм
меньше диаметра вала. При вращении рукоятки 2 в направлении, указанном
стрелкой, т. е. в сторону, обратную направлению витков, пружина 1 раскручи-
вается, и вал вращается свободно. Если вращать рукоятку в обратную сторо-
ну, то пружина, один конец которой прикреплен к стойке, вследствие трения
захватывает вал и препятствует ему вращаться.
Тормоза
433
Рис. 5.108
Рис. 5.109
Рис. 5.109. Пружинный тормоз для -приборов с постоянным моментом тре-
ния при вращении вала 2 в разные стороны. При вращении вала 2 один из
концов пружины 1 прижимается к упору 3, что способствует проскальзыванию
с трением между валом и пружиной.
Рис. 5.110
Рис. 5.1'11
Рис. 5.110. Пружинный тормоз для приборов с различными моментами тре-
ния при вращении вала 3 в разные стороны. Когда вал вращается в направле-
нии, указанном стрелкой, пружина 2 с разным диаметром по длине плотно за-
тягивается на валу и проскальзывает в заточке зубчатого колеса 1. При враще-
нии -вала в обратном направлении пружина 2 прижимается к поверхности рас-
точки зубчатого колеса и проскальзывает на валу.
Рис. 5.111. Реверсивный пружинный тормоз. Концы пружины 2 перекрещи-
ваются подобно ножницам, поджаты к неподвижному упору 1 и удерживают с
определенным усилием шпильку, вклепанную в качающийся рычаг 3.
434
Раздел 5. Фрикционные передачи и вариаторы. Тормоза
Рис. 5.112.' Тормоз с автоматическим регулированием скорости при спуске
груза. Автоматическое регулирование скорости опускающегося груза осущест-
вляется вспомогательным асинхронным балансир-двигателем М (схема а)9
якорь которого соединен с валом 1 тормозного диска 3. Статор двигателя М,
установленный в подшипниках поддерживающих кронштейнов, соединяется с
тормозом системой звеньев 6, 7 и 8 (схема б). Полное торможение диска 3
обеспечивается пружиной 5. При опускании груза включается вспомогательный
двигатель А1, якорь которого вращаться не может, так как жестко соединен с
тормозным диском. Вследствие этого статор двигателя М стремится вращаться
в сторону, противоположную моменту якоря, и посредством звеньев 6, 7, 8 ра-
стормаживает тормоз.
С увеличением числа оборотов тормозного диска, а следовательно, и ротора
двигателя М момент статора уменьшается и диск 3 затормаживается пружи-
ной 5.
Колебания в работе статора и тормоза с пружиной 5 будут происходить до
тех пор, пока момент, создаваемый на тормозе, не уравновесится моментом,
создаваемым опускающимся грузом, гарантируя определенную скорость спуска
груза. Скорость опускающегося груза можно изменить до нужной величины,
присоединив к рычагу статора пружину 9 соответствующих размеров (схема в).
2 — тормозные колодки; 4 — барабан.
Раздел 6
МУФТЫ
Муфты .служат для соединения валов и передачи движения от ведущего
вала к ведомому. В некоторых случаях муфты могут служить предохранитель-
ным устройством, защищающим механизм от перегрузки, или устройством для
автоматического включения или выключения ведомого вала.
Существующие конструкции муфт можно разделить на три группы:
1. Постоянные, не допускающие разъединения валов в процессе работы ма-
шины. Эти муфты в свою очередь делятся на две подгруппы:
а) глухие муфты, жестко соединяющие концы валов;
*б) подвижные муфты, допускающие продольный или поперечный сдвиг и
угловое смещение осей валов.
2. Управляемые или сцепные, позволяющие разъединять валы или детали
механизма в процессе работы машины. Эти муфты также делятся на:
а) кулачковые;
б) зубчатые;
в) фрикционные.
3. Самоуправляющиеся, разъединяющие валы автоматически при изменении
условий работы элементов, соединяемых муфтой. К числу этих муфт othochtchj
а) центробежные;
б) муфты свободного хода;
в) предохранительные.
ПОСТОЯННЫЕ МУФТЫ
Рис. 6.1. Втулочная муфта, жестко соединяющая два конца вала. Головки
шпонок скрыты в деревянных предохранительных кольцах. Размеры выбирают-
ся конструктивно.
Рис. 6.2. Жесткая продольно-свертная муфта. Применяется для валов
d^200 мм.
436
Раздел 6. Муфты
Рис. 6.3. Дисковая жесткая муфта в двух исполнениях: рис. а — с центри-
рующей заточкой; рис. б — с центрирующим кольцом, состоящим из двух по-
ловинок.
Рис. 6.4. Цепная муфта. Обладает компактностью и ограниченной упруго-
стью. Допускает незначительную подвижность в осевом направлении.
?.
Рис. 6.5
Рис. 6.5. Компенсирующая муфта для соединения валов с параллельно сме-
щенными осями. В шайбах 1 и 3, насаженных на концы валов, имеются диа-
метральные впадины. Между шайбами свободно помещен диск 2, на .обеих сто-
ронах которого имеются диаметральные выступы, расположенные перпенди-
Постоянные муфты
437'
кулярно друг другу и имеющие профиль, соответствующий профилю впадин на»
шайбах 1 и 3. Муфту можно применять при переменном параллельном смеще-
нии осей валов.
Компенсирующая муфта на рис. б в разобранном виде.
Рис. 6.6. Шарнирная муфта, обеспечивающая постоянную скорость валов»
расположенных под углом.
Постоянство угловых скоростей валов 3 и 4 обеспечивается тем, что ось
у — у симметрии муфты проходит через точку а пересечения осей валов.
При постоянном угле между осями валов пальцы 1 только поворачиваются
в отверстиях ползушек 2, а при изменении расстояния между центрами О и Оь
поворачиваются и скользят вдоль осей отверстий.
Рис. 6.7. Универсальный шарнир с крестовиной 1 и его схема (рис. б)„
Применяется для передачи движения от ведущего вала / к ведомому II, оси ког
438
Раздел 6. Муфты
торых расположены под углом у (рис. б). При coi = const ведомый вал вра-
щается неравномерно (co2 = var.). Отношение угловых скоростей определяется
формулой
со2 cos 7
*12 о)! sin2 а + cos2 а cos2 7
где а — угол поворота ведущего вала, отсчитываемый от вертикальной оси. Не-
равномерность вращения ведомого вала зависит от угла у между осями валов:
1
z12tnin — COS 7; ^i2tnax —
cos 7
Рис. 6.8
Рис. 6.8. Универсальный шарнир. На внутренней поверхности обоймы 1 и
наружной поверхности тела 3 вала 4 имеются шесть меридианальных канавок,
в которые заложены шарики. Шарики расположены в плоскости, проходящей
через центр шарнира. При повороте вала 2 на угол у шарики перекатываются в
канавках;
со2
-----= var.
(01
Рис. 6.9
Рис. 6.9. Универсальный шарнир со смещенными центрами канавок. При
таком смещении канавок плоскость, в которой лежат шарики, приближается к
той, которая делит угол между осями валов пополам.
Постоянные муфты
439
Рис. 6.10
Рис. 6.10. Универсальный шарнир с шариками.
При изменении угла между осями валов 1—5 направляющий палец 2 уста-
навливает сепаратор 3 с шариками 4 так, что плоскость, в которой лежат ша-
рики, делит угол а между осями валов на равные части.
Рис. 6.11
Рис. 6.11. Двойной универсальный шарнир. При равномерном вращении ве-
дущего вала скорость вращения ведомого вала равномерна при условии, что
вилки шарниров 1 на промежуточном валу 2 расположены' в одной плоскости
(как показано на схеме), а оси валов лежат в одной плоскости и симметричны
относительно промежуточного вала. Если вилки шарниров промежуточного вала
расположены в плоскостях, перпендикулярных друг другу, ведомый вал будет
вращаться с неравномерностью, в два раза большей, чем при одинарном универ-
сальном шарнире. Для компенсации осевых перемещений ведущего и ведомого
валов промежуточный вал выполняют телескопическим.
440
Раздел 6. Муфты
Рис. 6.12. Угловой шарнир с постоянным отношением угловых скоростей.
На соединяемых валах, которые могут быть расположены параллельно, со сме-
щением осей (рис. а) или под углом (рис. б), установлены ступицы 1 и 6 шар-
нира с отверстиями для пальцев 2 и 5, посредством которых соединяются: сту-
пица 1 с бронзовой вилкой 3 и ступица 6 — со стальным гребнем 4. Рассматри-
ваемый шарнир работает ib условиях более благоприятных, чем конические ко-
леса, и без шума. Передаточное отношение i = 1 /= iconst. Угол у между осями
валов может изменяться от 0° до 110°.
Рис. 6,13. Гибкое соединение двух валов 1 и 2 посредством пружины 3, рас-
положенных под углом. Может найти применение для передачи малых крутящих
моментов.
Рис. 6.13
Рис. 6.14
Постоянные муфты
441
Рис. 6.14. Зубчатая муфта. Муфта состоит из двух полумуфт 1 и 2 с внут-
ренними зубчатыми венцами, которые входят в зацепление с внешними зубчаты-
ми венцами втулок 3 и 5. Полумуфты и втулки имеют одинаковое число зубьев.
Муфта заливается маслом, которое удерживается уплотнительными кольцами 4.
Муфта допускает смещение и перекос осей валов из условия, при котором угол
между втулкой и полумуфтой в каждом зацеплении не превышал 30z.
Рте. 6.15
Рис. 6.15. Шариковая подвижная муфта. Пространство между шариками /
заполняется смазочным материалом.
Рис. 6.16
Рис. 6.16. Шарнирное соединение валов, передающих большие крутящие мо-
менты. На внутренней сферической поверхности полумуфты 4 имеется два паза,
-142
Раздел 6. Муфты
которые служат опорами для роликов 5, установленных на оси 2, подвижно сое-
диненной с валом 1. Рассматриваемое соединение допускает значительный пе-
рекос осей валов. Для сокращения потерь на трение муфта обильно смазывает-
ся через отверстие в цапфе вала 5. Отработанное масло стекает в бак через
отверстие 6.
Рис. 6.17
Рис. 6.17. Шарнирное соединение валов. Устройство, назначение и принцип
работы муфты такой же, как и по рис. 6.16. Муфта обильно смазывается и от
загрязнения защищена уплотнительным кольцом /, которое прижимается к ша-
ровой поверхности вала 3 пружинами 2.
Рис. 6.18
Рис. 6.18. Быстро разбираемая муфта, допускающая большой (до 10°) угол
перекоса осей валов, состоит из двух полумуфт 1 и 2 с коническим зубчатым
зацеплением. Движение от вала 4 полумуфте 2 передается шарнирным соедине-
Постоянные муфты
443
нием (см. рис. 6.16). Сжатая пружина 3 обеспечивает постоянный контакт зуб»
чатого зацепления.
Рис. 6.19
Рис. 6.19. Втулочная упругая муфта. В корпусе муфты сделана выемка 1 с
одной стороны цилиндра и два поперечных прореза 2, вследствие чего в сред-
ней части муфты образуется упругий элемент, поддерживаемый сжатой пру-
жиной 3.
Рис. 6.20
Рис. 6.20. Упругая подвижная муфта. Упругие пальцы 2 муфты изготовле-
ны из тонкой стальной проволоки, которые удерживаются кольцами 1 и 3.
444
Раздел 6. Муфты
Постоянные муфты
445
Рис. 6.21. Упругая подвижная муфта. Большая упругость муфты достигает-
ся кривизной формы пальцев /, изготовленных из стальной проволоки.
Рис. 6.22. Упругая подвижная муфта с зигзагообразной плоской пружиной.
Полумуфты 1 и 5 снабжены зубьями, между которыми помещается плоская
зигзагообразная пружина 3, состоящая из нескольких частей. Полумуфты с пру*
жиной закрыты кожухом 2—4.
Размеры пружины 3 определяются по формулам (рис. б)
Ии/2 ь_ 3PtZ
3£^/тах ПиЬ2
D ^КР •
где ;
rz
Утах —
Z —
максимальный прогиб пружины;
число зубьев на диске;
радиус диска;
крутящий момент, передаваемый муфтой.
4
I —'# + s; £ = 2,15 • 106 кГ/см2\
и
[0]и = 4500 4- 5000 кГ/см2.
10 9
Рис. 6.23
Рис. 6.23. Упругая пальцевая муфта. На каждом из пальцев 2, которые за-
креплены на полумуфте /, монтируются два комплекта конических колец, рас-
пираемых пружиной 9. Кольца 4, 3, 7 и 5, установленные на пальце, имеют ко-
нусы, обращенные друг к другу вершинами, средние кольца 6 и 10, установлен-
ные в отверстиях полумуфты 8, имеют внутренний конус. При достижении не-
которого предельного значения момента кольца, смещаясь друг относительно
друга, сжимают- пружину.
Усилие, действующее на палец, при котором срабатывает муфта (вынос I)
P = 4Qtg (а + р),
где Q — сила’упругости сжатых пружин.
Муфта допускает угловой перекос осей валов не более 1° и параллельное
смещение до 0,5 мм.
446
Раздел 6. Муфты
Рис. 6.24
Рис. 6.24. Зубчатое колесо с упругой муфтой. Применяется в нагнетателе
авиационного двигателя. Обладает нелинейной ломаной характеристикой жест-
кости, предохраняющей машину от вибраций. На рис. а муфта в разобранном
виде.
Рис. 6.25. Мягкий универсальный шарнир с центровкой посредством шаро-
вого пальца 1. Гибкие элементы 2 изготовляются из пластичного прочного ма-
териала.
Рис. 6.26
Рис. 6.26. Упругая муфта. Втулки 1 соединены между собой привулканизи-
рованным резиновым кольцом 2.
Постоянные муфты
447
Рис. 6.27
Рис. 6.27. Подвижное соединение валов прокатных станов с эластичными
прокладками из синтетического материала. Прокладки 1 крепятся к муфте 2
установочными болтами 3.
Рис. 6.28. Конструкция крепления муфты 1 на валу 2 посредством круглых
шпонок, составленных из двух стальных вкладышей 3 и пластмассового сердеч-
ника 4. Муфта легко собирается и разбирается.
Шарнирное соединение промежуточного' вала 5 с муфтой / также выполне-
но эластичным, бесшумным, с вкладышами 6 из синтетического материала (по-
лиамид, вулколан).
448
Раздел 6. Муфты
Рис. 6.29. Шаровое шарнирное соединение с резиновыми вкладышами 2 и
уплотнением посредством колпака 1 из резины. Регулировка зазора между ре-
зиновыми вкладышами 2 и шаром 3 осуществляется вращением крышки 4.
Рис. 6.30. Упругая муфта для гашения вибраций. В пространстве между
зубьями полумуфт 1 и 3 установлены упругие ролики 2 из резины. С увеличе-
нием крутящего момента ролики 2, деформируясь, перекатываются по ножкам
зубьев, что способствует гашению вибраций.
Постоянные муфты
449
Рис. 6.31. Упругая муфта. Между выступами полумуфты 3 и впадинами
полумуфты 1 расположены с натягом резиновые шарики 2. При перегрузке
муфты ненагруженные шарики удерживаются на месте за счет предварительного
натяга.
На рисунке слева показано положение полумуфт под нагрузкой при от-
носительном повороте полумуфт на угол 0, справа—при холостом ходе.
Рис. 6.32 Упругая муфта — с резиновыми шарами 2 в углублениях полу-
муфт 1 и 3. Муфта допускает угловое, радиальное и осевое смещение осей
валов,-
15 С. Н. Кожевников и др.
450
Раздел 6. Муфты
Рис. 6.33. Шинная компенсационно-упругая муфта. Вариант соединения ва-
ла привода с маховиком 1 двигателя.
Рис. 6.34. Упругая муфта состоит из металлической полумуфты 3 и полумуфты
1 с резиновым диском 2. Упругость муфты увеличивается, если полумуфту 3 из-
готовить с резиновым кольцом.
Рис. 6.35. Шинная компенсационно-упругая муфта состоит из двух одина-
ковых полумуфт 1 и шины 3, прижимаемой к полумуфтам кольцами 2 посред-
ством болтов 4. , , L
Постоянные муфты
451
Рис. 6.36. Упругая соединительная муфта. К полумуфтам 1 и 6, установлен-
ным на соединяемых валах, прикрепляются круговые эластичные секторы 3 со
щеками, входящими в рифления фланцев полумуфт. Секторы прикрепляются
шайбами 2 и 4 посредством винтов 5. Жесткость муфты определяется количест-
вом секторов и их размерами. Муфта компенсирует несоосность и ^смещение
-леей валов.
Рис. 6.37
Рис. 6.37. Упругая муфта. Между полумуфтами 1 и 5 устанавливается уп-
ругое резиновое кольцо 3 и прикрепляется к ним винтами, ввинчиваемыми в ме-
таллические кольца 4. Для жесткости внутри упругого кольца установлены по-
лые металлические кольца 2 и 6.
15*
452
Раздел 6. Муфты
Рис. 6.38. Упругая муфта с ограничительным устройством. Полумуфта 5 сое-
диняется с полумуфтой 1 упругими дисками 3 посредством болтов 2. На шайбе
4 имеются 1выступы, которые упираются в выступы полумуфты 5 при перегрузке.
Рис. 6.39. Упругая муфта с резиновым кольцам. Форма кольца 1 (рис- а)
обеспечивает равномерное распределение напряжений кручения по всему его
объему. На рис. б кольцо 1 соединено с шайбами 2 и 3, которые крепятся к
полумуфтам винтами.
Управляемые муфты
453
УПРАВЛЯЕМЫЕ МУФТЫ
Рис. 6.40. Кулачковая сцепная муфта. Пюлумуфта 1 закреплена на валу не-
подвижно, полумуфта 2 перемещается вдоль оси вала. Включать муфту на ходу
не рекомендуется. Сила, необходимая для выключения муфты на ходу:
где z — число кулачков;
Р — давление на один кулачок;
Pi — давление на направляющую шпонку.
Рис. 6.41. Сцепная жесткая шпоночная муфта. На внутренней поверхности
полумуфты 1 профрезерованы три паза для шпонок 4, которые могут переме-
щаться в радиальном направлении. Три шпонки стянуты кольцевой пружиной 7,
которая удерживается в пазах шпонок накладками 2 посредством винтов 3.
Накладки 2 несколько длиннее шпонок и ограничивают их перемещение к цент-
ру вала.
Диск 6, прикрепленный к полумуфте 1 винтами, ограничивает перемещение
шпонок в осевом направлении. Вал 5 имеет один шпоночный паз и при юсевом
его перемещении, в момент совпадения паза с одной из шпонок происходит
454
Раздел 6. Муфты
включение муфты. Центрирование валов осуществляется ©спряжением поверхно-
стей заточки вала 5 и отверстия в диске 6.
Рис. 6.42
Рис. 6.42. В начале включения (нижняя часть рисунка), передвигая полу-
муфту /, вводят конус в соприкосновение с конусом 2, соединенным направляю-
щими 3 с ведомой деталью 4. Затем, когда число оборотов полумуфты 1 и ве-
домой детали 4 почти сравняется, 'включаются кулачки 5 (верхняя часть ри-
сунка) .
Рис. 6.43
Рис. 6.43. Устройство, выключающее механизм машины для намотки метал-
лической ленты. Остановка ведомого вала 2, приводимого в движение от веду-
щего вала 5 и кулачковой муфты 4, 3, осуществляется перемещением полумуф-
ты 3 влево до сцепления с полумуфтой /, являющейся одновременно тормоз-
ным барабаном. Стянутые болтами тормозные колодки 6 и 7 прикреплены к
кронштейну подшипника и не могут поворачиваться.
Управляемые муфты
455
Рис. 6.44. Синхронизатор коробки скоростей. На шлицевом 'валу 1 зубча-
тое колесо 6 установлено свободно и может только вращаться относительно его
оси. По втулке 4 закрепленной неподвижно на валу 1, может перемещаться
муфта 3. Размеры шлицевого соединения втулки 2 соответствуют размерам
шлицевого соединения на ступице зубчатого колеса 6. На ступице зубчатого
колеса 6 установлено упругое кольцо 5 с продольным разрезом. Размер наиболь-
шего диаметра кольца 5 определяется заплечиком зубчатого колеса 6, а переме-
щение в осевом направлении ограничено разжимным кольцом 4.
Муфта 3 с внутренней стороны имеет конусную расточку с размерами, со-
ответствующими размерам конической поверхности упругого кольца 5. В на-
чальный момент включения сцепляются конические поверхности муфты 3 и
кольца 5, затем кольцо 5, сжимаясь, входит в полное зацепление со шлицами на
ступице колеса 6. Следует заметить, что коническая поверхность муфты 3 не
сразу сжимает кольцо 5, так как скорости муфты 3 и кольца 5 различные и
вследствие этого наклонные боковые грани шлицев создают распорные радиаль-
ные реакции. При достижении синхронности радиальные усилия на шлицах сни-
жаются и кольцо 5, сжимаясь, позволяет войти в зацепление муфте 3 со ступи-
цей колеса 6.
Рис. 6.45. Синхронизирующее устройство коробки скоростей.
456
Раздел 6. Муфты
Вращение зубчатому колесу 2 или 10 (рис. а) (передается от вала 1 посред-
ством зубчатой муфты с синхронизирующим устройством. Зубчатые колеса 2 и
10 установлены на валу 1 свободно, а полумуфта 7 с зубьями на ее поверхно-
сти — неподвижно. На полумуфту 7
надета втулка 6 с коническими дис-
ками 5 и 8, которая посредством
вилки может перемещаться вдоль
оси вала. На ступицах зубчатых ко-
лес 2 и 10 нарезаны такие же зубья,
как и на полумуфте 7. На внешнюю
поверхность зубьев каждого колеса
установлены конические диски 4 и 9
с гладкими отверстиями, а в ради-
ально расположенных отверстиях сту-
ч пиц колес установлены подпружинен-
ные штифты 3 и упругие трубки 11
со сквозными продольными разреза-
ми. В начальный момент включения
в процессе синхронизации конический
диск 4 или 9 вращается относитель-
__ но ступицы колеса и сцепляется с
ним частично выступающей поверх-
ностью трубок 11 (рис. 6), которые
при перегрузке деформируются и по-
зволяют диску проворачиваться от-
носительно ступицы. При достижении
синхронности конический диск 4 пли
9, перемещаясь вдоль оси, сначала
сцепляется прорезями в диске с труб-
ками И (рис. в), а затем зубья полу-
муфты 6 сцепляются с зубьями на
ступице зубчатого колеса. Штифты 3
устанавливают конические диски в
' исходное положение после выключе-
ния.
Рис. 6.46. Пусковая муфта. Муф-
та соединяет вал 6 пускового двига-
теля с валом 1 газовой турбины при ее разгоне.
Полумуфта 2 соединена с валом 1 многозаходной резьбой с большим углом
подъема р витков резьбы. В начале пуска вал 1 и полумуфта 2 неподвижны,
храповое колесо 4 с внутренними зубьями, закрепленное на диске вала 6, нахо-
дится в зацеплении с собачками 3, оси которых установлены на полумуфте 2.
Вал 6 вращаясь, поворачивает посредством храпового колеса 4 и собачек 3, по-
лумуфту 2 относительно вала 1 и смещает ее по виткам резьбы до заплечика на
валу При подходе полумуфты 2 к заплечику вала /, в зацепление входят
зубья зубчатого колеса 5 с зубьями на полумуфте 2, а собачки 3 выйдут из за-
цепления с храповым колесом 4. После запуска турбины число оборотов вала 1
будет больше числа оборотов вала пускового двигателя, поэтому полумуфта
2, вращаясь относительно вала 1 в противоположном направлении, установится
в исходное положение, а собачки 3 выйдут из зацепления с храповым колесом
под действием центробежных сил.
Рис. 6.47. Конусная фрикционная муфта. Позволяет производить включение
и выключение на ходу. Расчет муфты следующий:
сила нажатия
Л4Кп Р sin а
Q =---------------
Управляемые муфты
457
Рис. 6.47
длина образующей конуса
[q] sin а ’
где р = 1,1 4- 2,5; —коэффициент запаса сцепления;
[<?] — удельное давление.
Рис. 6.48
Рис. 6.48. Фрикционная пружинная муфта. Передача движения от шкива 4
к зубчатым колесам 1 осуществляется трением, создаваемым пружинами 5 меж-
ду колодками 3 и внутренними поверхностями ободьев шкива и зубчатых колес.
Выключение муфты производится сжатием пружин 5 лентой 2, концы которой
прикреплены к рычагу управления 6.
458
Раздел 6. Муфты
Рис. 6.49. Двойная коническая фрикционная муфта. На ведущем валу 1
укреплена на шпонке часть полумуфты /, соединенная при помощи резьбы со
второй частью 4. На ведомом валу II укреплена крестовина 7 со штырями 6, на
которых надеты фрикционные конусы 2 и 3. Отводка 5 системой рычагов сое-
динена с пружинами 8, шарнирно прикрепленными к конусу 2 и посредством Г-
образных рычагов к конусу 3. При перемещении отводки 5 влево пружины 8
прижимают конусы к конусным поверхностям полумуфт I и 4.
Рис. 6.50. Муфта с двойным ко-
нусом для длительной работы вхоло-
стую при высоких числах оборотов.
На пальцах 8 полумуфты 6 установ-
лено фрикционное кольцо 4, переме-
щение которого вдоль оси вала впра-
во ограничено винтами 3, а переме-
щению влево препятствуют пружины
5. При включении муфты втулка 1
перемещается влево и рычаги 2 сбли-
жают диски 9 и 10, сжимая пружину
7. При выключении муфты диск 10 пе-
ремещается вправо на такое расстоя-
ние, при котором обеспечивается до-
статочный зазор между кольцом 4 и
дисками 9 и 10.
Рис. 6.50
Рис. 6.49
Рис. 6.51
Рис. 6.51. Фрикци-
онная муфта с двойным
конусом. Отличается от
муфты по рис. 6.50 тем,
что движение от полу-
муфты 5 к полумуфте
1 передается сегментами
2. Когда муфта выключе-
на, пружинное кольцо 3
стягивает сегменты 2, а
сжатые пружины 4 ме-
жду коническими диска-
ми разводят их. Меха-
низм включения муфты
аналогичный (рис. 6.50).
Рис. 6.52. Планетарная реверсивно-разобщительная муфта с двойным кону-
сом. При включении на прямой ход конус 3 под действием пружины / соедини-
Рис. 6.52
460
Раздел 6. Муфты
ется с конусом 4 и вся система вращается как одно целое; движение передается
от вала / к валу fl. Для включения на обратный ход конус 3 прижимается /к
неподвижному диску 2 и останавливается вместе с поводком дифференциала, а
движение передается через конические зубчатые колеса. При среднем положении
конуса ведомый вал II неподвижен, а сателлиты дифференциала с конусом 3
вращаются вхолостую.
В рассматриваемой муфте с целью более равномерно распределить нагрузку
между сателлитами центральные конические колеса имеют опоры с шаровой по-
верхностью и самоустанавливаются. Крутящий момент передается посредством
кулачков 5.
Рис. 6.53
Рис. 6.53. Фрикционная муфта с распорным фрикционным кольцом. В кор-
пусе 1\ муфты цомещается разрезное фрикционное кольцо 2, ^укрепленное зу-
бом 6 во втулке 3, сидящей на ведущем валу. При перемещении -отводки 4 вле-
во клин 5 входит в разрез кольца 2 и, разжимая его, прижимает к корпусу 1.
При большой величине передаваемого момента в конструкции между клином 5 и
кольцом 2 помещают мультиплицирующий рычат 7 (эскиз справа). Схема часто
применяется в подъемных устройствах, велосипедных тормозах и т. п. Сила тре-
ния определяется по формуле Эйлера:
где Pi — сила на торце кольца;
а — угол охвата.
Рис. 6.54
Рис. 6.54. Фрикционная муфта -с упругим кольцом. Вращение от вала 8 зуб-
чатому колесу 7 передается муфтой (показана в разобранном виде), состоящей
Управляемые муфты
461
из корпуса /, разрезного кольца 5, собачки 3 и пружины 4. Корпус 1 имеет два
прямоугольных паза и жестко закрепляется на валу 8. Кольцо 5 с выступами 6
надевается на ступицу зубчатого колеса 7 и устанавливается в корпусе 1 так,
чтобы выступы 6 входили в пазы корпуса. Нижний выступ 6 — прямоугольной
формы закрепляется в корпусе 1 болтами, а верхний — скошенный устанавли-
вается .в пазу свободно и вращающейся вокруг оси 2 собачкой 3 зажимается
так, что втулка 5 е большой силой охватывает ступицу колеса 7 и трением пере-
дает ему движение. Колесо 7 устанавливается на валу 8 свободно. Пружина 4,
прикрепленная к корпусу /, удерживает собачку 3 .в положении, при котором
муфта выключена. Включение муфты осуществляется конусом, который переме-
щается относительно вала 8. Конус на рисунке не показан.
Рис. 6.55
Рис. 6.55. Фрикционная муфта с зажимом. Принцип действия муфты такой
же, как и по рис. 6.54. Корпус 1 муфты закреплен на валу 8 неподвижно, зуб-
чатое колесо 7 — свободно. Корпус 1 имеет паз, в котором расположены высту-
пы зажима 6, свободно охватывающего ступицу колеса 7. Пазовый валик 4,
жестко связанный с рычагом включения 5, поворачивается относительно оси
посредством отводки 2 с конусом и сжимает зажим 6 на ступице колеса 7.
Вращение колесу 7 передается трением. Перемещением отводки 2 направо муфта
включается, налево — выключается. Болтом 5 регулируется сила затяжки за-
жима 6.
Рис. 6.56. Фрикционная муфта со спиральной пружиной. Пружина 2, конец
которой прикреплен' к ведущему диску Л несколькими витками охватывает 1с
462
Раздел 6. Муфты
небольшим зазором ведомый барабан 8. К концу пружины шарнирно прикреплен
рычаг 4, поворачивающийся относительно оси 6. Рычаг 4 несет болт 5, упираю-
щийся при повороте рычага в выступ 7, имеющийся на предпоследнем витке
пружины. При перемещении диска 5 влево рычаг 4 стягивает крайний виток
пружины на барабане и под действием сил трения начинает вращаться вместе
с барабаном, увлекая за собой остальные витки и ведомый вал. При перемеще-
нии диска 5 (вправо пружина раскручивается и освобождает барабан. Упор 9
предохраняет пружину от поломки при ее раскручивании под действием сил
инерции в период торможения.
Рис. 6.57
Рис. 6.57. Схема многодисковой фрикционной муфты. Диски 1 (рис. а) сое-
динены с барабаном 3 так же, как и диски 2 с полумуфтой 4, шлицевым соеди*
пением. Все диски свободно перемещаются вдоль оси вала. Крутящий .момент
передается трением, возбуждаемым между дисками нажатием прижимной шай-
бы 5 силой Q.
Момент трения, передаваемый муфтой, определяется по формуле
2 ^32-^
----2(fe+1)
3 #2-^
или приближенно
М = Qp-rcp(^+ 1),
где k — общее число дисков.
Диски проверяются на удельное давление
Q %
Я = 2
Для увеличения трения в дисках укрепляются пробки 6 (рис. б) из мате-
риала, обладающего большим коэффициентом трения р, например, медноасбес-
товое плетение.
Рис. 6.58. Многодисковая фрикционная муфта с компенсатором жесткости
механизма включения. Движение передается от зубчатого колеса 9 с барабаном
8 валу 1. Диски 5 соединены шлицами с барабаном, диски 6 — с нажимным 4 и
и упорным 7 дисками, которые установлены на 'валу 1 и подвижны
в осевом направлении. Включение муфты осуществляется перемеще-
нием отводки 2 вправо, при этом осевое усилие, создаваемое двуплечим (рыча-
Управляемые муфты
463
гом 39 передается через диски на стакан 11 с компенсационной пружиной 10.
Жесткость механизма включения компенсируется перемещением стакана с на-
правляющей втулкой по поверхности гайки 12.
Рис. 6.59. Фрикционная муфта с увеличенным разводом между дисками при
выключении. В рассматриваемой муфте развод .между дисками составляет от
0,5 до й Xwi при нормальном ходе втулки переключения. Обычные пружйны,
464
Раздел 6. Муфты
установленные для развода дисков, на чертеже не показаны. Полумуфта 2 с
дисками 4 установлена на ведущем валу, .полумуфта 3 с дисками 5 — на ведомом
валу. Включение и выключение муфты осуществляется перемещением диска 6,
который отжимается от полумуфты 3 более слабой пружиной /, и от диска 8 —
более сильной пружиной 7. При перемещении втулки 9 вправо через систему ры-
чагов муфта включается и при перемещении влево — выключается.
Рис. 6.60. Многодисковая муфта с гидравлическим управлением. Гидравли-
ческая система в муфте используется как для прижатия дисков, так и для вы-
ключения муфты без наличия пружин.
На ведомом валу 1 закреплена полумуфта 2 с дисками 3. Диски 4 установ-
лены на ведущем барабане 5; Гидравлический цилиндр 8 с фланцем 7 переме*-
щается относительно неподвижного поршня 9. Полость В сообщается с трубо-
проводом высокого давления, либо со сливом. В полости А непрерывно поддер
живается слабое давление. При подключении полости В к трубопроводу высо-
кого давления цилиндр 8 перемещается налево и, прижимая диски 3 и 4.
включает муфту. В этот период из полости А масло вытесняется через дроссель
6 к дискам 3 и 4 и охлаждает их. При выключении полость В соединяется со
сливом.
Рис. 6.61. Многодисковая фрикционная муфта с гидравлическим управлением
имеет цилиндр поршень 2 и крышку 4. Давлением масла, которое поступает
через полость Л, поршень 2 перемещается .влево и пальцами 1 включает муфту.
При больших числах оборотов муфты в цилиндре создается дополнительное
давление на поршень от центробежных сил вращающейся массы масла. Чтобы
уравновесить его, через полости В подается масло в полость с противоположной
стороны поршня. Через полость В подается также смазка к трущимся поверх-
ностям дисков. Пружина 5 перемещает поршень 2 в крайнее правое положение.
Управляемые муфты
465
Рис. 6.62
Рис. 6.62. Фрикционная многодисковая муфта с гидравлическим управлени-
ем. Включение муфты 3 осуществляется увеличением давления в маслопроводе
5, который соединен с цилиндрами поршней 2 отверстиями в центре вала и на-
клонными отверстиями в детали 1. Движение передается от маховика 4 к ва-
лу 9. При включении муфты диск 6 дополнительно сжимает пружину 7 и осво-
бождает тормоз 8.
466
Раздел 6. Муфты
6.63
Рис. 6.63. Фрикционная муфта с гидравлическим управлением. Передача
вращения от вала 1 к зубчатому колесу, состоящему из двух частей 5 и 2, осу-
ществляется посредством дисков 3 и 4, установленных на валу 1 и соединенных
с ним направляющей шпонкой. По одному из отверстий, расположенных парал-
лельно оси вала, нагнетается жидкость (маслю), чем и осуществляется включе-
ние или выключение муфты. На рисунке муфта дана в двух положения’хз слева
выключена, оправа — включена.
Рис. 6.64
Рис. 6.64. Схема гидравлической муфты оцепления.
На ведущем валу (рис. а) закреплен кривошип, соединенный с тремя порш-
нями 4 посредством шатунов 1. На ведомом валу закреплен картер 5 с цилинд-
рами поршней. Полости цилиндров сообщаются с полостями 6 посредством тру-
бок 2\ и вентилей 5, с обратным клапаном 7 (рис. б), допускающих Всасывание
масла в цилиндры и препятствующих перемещению масла из цилиндров в по-
Управляемые муфты
467
л ости 6. При открытых запорных клапанах 8 ведущий вал вращается свободно,
перекачивая без больших сопротивлений масло из полостей 6 в полость цилинд-
ров и обратно, картер и ведомый вал при этом не вращаются. Постепенным
перекрытием запорных клапанов 8 создается сопротивление перемещению жид-
кости и соответственно поршням, что приведет к вращению картера и передаче
движения ведомому валу. Управление запорными клапанами 8 производится от
одного пункта с регулировкой числа оборотов ведомого вала от 'нуля до рав-
ного числу оборотов ведущего вала.
Рис. 6.65. Шинно-пневматическая муфта. Диск 9 жестко закреплен на ва-
лу 8. На валу 5 закреплен диск 4 с ободами 1 и 3 и промежуточной шайбой 2.
Баллоны 6 и 7 привулканизованы к ободам 1 и 3. Включение и выключение муф-
ты осуществляется подачей воздуха в баллоны 6 и 7.
Приближенное значение крутящего момента, передаваемого муфтой, может
быть найдено по формуле
М = [2тг7?2B<7min— 1118 • 10“8п2 (<?!/! + (?2г2)] рКг'кГсм,
где <7т1м — наименьшее возможное рабочее давление в кГ1см2\
G\ — вес подвижной части баллона в кГ\
G2 — вес колодок, накладок и шпилек в кГ\
— радиус центра тяжести баллона в см\
г2— радиус центра тяжести колодок в см.
468
Раздел 6. Муфты
Рис. 6.66, Двухмоторный привод с электромагнитной муфтой. При включе-
нии привода на -рабочую скорость движение передается от двигателя постоян-
ного тока через червячную передачу 5 и далее на вал 6 при включенном правом
электромагните 4. Для передачи валу 6 движения с другой скоростью запус-
кается соединенный с .валом 1 двигатель трехфазного тока и подключается ле-
вый электромагнит 2, диск 3 притягивается к левой полумуфте, а муфта 4 вы-
ключается. Муфта допускает дистанционное управление и электрическое регули-
рование рабочей скорости.
Рис. 6.67. Электромагнитная муфта с неподвижными электромагнитами. Для
реверсирования ведомого вала 4 используются неподвижные магниты, располо-
Самоуправляющиеся муфты
469
женные внутри полых конических колес 6 и 8, вращающихся в противополож-
ных направлениях. Корпусы 5 и 9 электромагнитов укреплены на общей втулке
5, удерживаемой ют 'вращения перегородкой 7, смонтированной на корпусе 11.
1 — приводной вал, 2— приводное колесо, 10 — якори электромагнитов.
САМОУПРАВЛЯЮЩИЕСЯ МУФТЫ
Рис. 6.68. Упругая центробежная муфта инженера Рыбчевского. Между по-
лумуфтами 1 и 3 установлены кольца 2 из прорезиненной ленты. При вращении
Рис. 6.68
ленты прижимаются к полумуфтам центробежной силой и трением передают
крутящий момент
М = 0,007<?p.n2(/?f 4- R%) р.,
где q — вес погонного метра ленты
Рис. 6.69. Центробежная фрикционная муфта. На ведущем валу 8 закрепле
на втулка 7, вращающаяся вместе с фрикционными дисками 6 и 4. Детали кор-
пуса 3 и 7 установлены на втулке 1 свободно. Во время пуска число оборотов
ведущего вала нарастает и действием центробежной силы инерции грузов 5 дис-
ки 6 и 4 системой рычагов прижимаются к корпусу и вращают его. Диск ведо-
мого вала соединен с корпусом пальцами 2.
470
Раздел 6. Муфты
Рис. 6.70
Рис. 6.70. Обратимая центробежная муфта ю плавны,м включением ведомого
вала. Ведущими валами могут быть вал 1 или 9. Телами, развивающими центре
бежные силы, являются колодки 5J на диске 2 вала 1 и четыре конических сек-
тора 10 на .валу Р, стягиваемые кольцевой пружиной 7 и увлекаемые во враще-
ние штифтами 8. Если ведущий вал /, то в процессе разгона колодки 5 воздей-
ствуют на барабан 6 и моментом трения разгоняют вал 9. Дополнительное
давление на колодки сообщается после разгона от конических секторов 10 через
Рис. 6.71
Самоуправляющиеся муфты
471
диск 5, который на валу 9 установлен свободно и может перемещаться вдоль
оси. Если ведущий вал 9, то сначала действием центробежных сил конических
секторов 10 возбуждается момент трения на скошенных торцах колодок 5, затем
между колодками и барабаном 6.
Рис. 6.71. Центробежная муфта. Колодки 7 к втулке 2 ведущего вала 1 при-
жимаются пружинами 4, установленными на болтах 3. Пружины 8 предохра-
няют колодки от перекоса. При соответствующем числе оборотов ведущего вала
колодки прижимаются к барабану 6 на ведомом валу 5 действием центробежной
силы и трением передают ему вращение.
Рис. 6.72. Двух дисковая центробежная муфта. На ведомом валу 6 жестко
закреплен диск 2, на ведущем валу 1 все остальные детали муфты. Трение меж-
ду дисками 2, 4 и 3 создается действием центробежных сил грузов 5.
Рис. 6.73
Рис. 6.73. Центробежная упруго-фрикционная муфта инженера Р. В. Фона-
ревой. Полумуфта 2, закрепленная на валу /, имеет четыре паза с установлен-
ными в них кулачками 6. Кулачки 6 с выступами полумуфты 2 соединены коль-
цевой пружиной, расположенной в круговой выточке. Под действием центробеж-
ной силы кулачки б, преодолевая силу упругости пружины, прижимаются к ба-
рабану 3, и трением передают движение полумуфте 5. Между полумуфтой 5 v
барабаном 3 установлен резиновый амортизатор 4.
472
Раздел 6. Муфты
Рис. 6.74
Рис. 6.74. Центробежная муфта для двухскоростного двигателя к двум ме-
ханизмам.
На диске 3, который соединен с валом 1 неподвижно, установлены собачки
3 и 11, свободно вращающиеся на осях 5. Пружины 6 и 7 с различным предва-
рительным натяжением удерживают собачки в исходном положении, при кото-
ром зубья 9 и 10 собачек не входят в зацепление с зубьями шкивов 2 и 4. Со-
бачки 8 и 11 соединены с воздушными демпферами 12 и 14 различной настройки
посредством пальцев 13. Собачки имеют также блокирующие крючки Л, позво-
ляющие входить в зацепление со шкивом только одной из них.
Первоначальное натяжение пружины и сопротивление движению демпфера
каждой собачки рассчитаны так, что при малых числах оборотов первой вклю-
чается собачка тихоходной ступени, а при больших числах оборотов (вследствие
большого сопротивления движению демпфера тихоходной ступени) первой вклю-
чается быстроходная ступень. Для переключения шкивов необходима остановка
’’’’ла 1.
Рис. 6.75. Центробежная муфта с шариками. На ведущем валу муфты наса-
жена втулка с гофрированным диском 3, на ведомом валу — барабан 2, в кото-
рый насыпаны стальные шарики 1. При вращении ведущего вала шарики распо-
лагаются кольцевым слоем по внутренней поверхности барабана 2, увлекая его
с собой.
Самоуправляющиеся муфты
473
Рис. 6.76. Центробежная порошковая муфта. Ведущим звеном является ко-
жух /, заполненный стальным ворошком. Ведомым —• полумуфта 3 с прикреп-
ленными к ней лопастями 2. Стальной порошок увлекает лопасти и сообщает
движение ведомому валу.
Рис. 6.77
Рис. 6.77. Бесшумный храповой механизм трансмиссии ременной передачи
обеспечивает передачу движения только в одном направлении. Ведущий шкив
2 на валу 1 с ведомым 4 связан храповым механизмом, собачка 3 которого за-
цепляется с храповым колесом 7 ведомого шкива 4. Палец 9 включает, а палец
8 выключает собачку. Такой же храповой механизм связывает шкив 4 с ведо-
мым валом (храповым колесом 6( и собачкой 5). Может быть использован для
передачи движения от двух источников движения поочередно без остановки ве-
домого вала.
474
Раздел 6. Муфты
Рис. 6.78. Муфта обгона. На одном валу закреплена деталь 2 с зубьями, про-
филь которых соответствует зубьям храпового колеса, а на другом — барабан с<
впадиной для собачки 1. Вращение храпового колеса 2 относительно барабана 3
возможно только в направлении, указанном стрелкой. -
Рис. 6.79. Муфта свободного хода. Для собачки 2 в зубчатом колесе 3 име-
ются вырезы, а у вала 1 — диаметрально расположенный сквозной паз. Холостой
ход колеса 3 соответствует вращению вала 1 против часовой стрелки, в процессе
которого собачка -2 совершает в пазу возвратно-поступательное движение (недо-
статок муфты). Вращение вала по часовой стрелке соответствует рабочему ходу,
при котором собачка не может выйти из зацепления.
Рис. 6.80. Фрикционная муфта свободного хода. Ведущий 'вал 1 муфты по-
лучает колебательное движение ют специального механизма. Ведомое зубчатое
Самоуправляющиеся муфты.
475
колесо 4 увлекается валом 1' три вращении по стрелке в результате расклини-
вающего действия сухаря 5, прижимающего рычаг 2 к ободу колеса 4.
Рис. 6.81. Фрикционная муфта свободного хода.
Принцип действия аналогичный муфте по рис. 6.80. Сухари 1 с ползунами 2
подпружинены пружинами 3.
Рис. 6.82. Фрикционный механизм с пульсирующим движением ведомого
вала. При вращении двойного эксцентрика 5—6, охватываемого пазовым коль-
цом 4, конец рычага 7 с роликом, расположенным в пазу кольца 4, поднимается
вверх, зажим 8 заклинивается между неподвижными кольцами 1 и 2, а ось 10
рычага 7 с кольцом 3 ведомого вала поворачивается по часовой стрелке. При
втором полуобороте эксцентрика рычаг 7 опускается, зажим 8 освобождается, а
растянутая пружина 9 подтягивает его в исходное рабочее положение. Величина
эксцентриситета сдвоенного эксцентрика 5, 6, регулируется.
476
Раздел 6. Муфты
Рис. 6.83
Рис. 6.83. Механизм преобразования равномерного вращения кривошипа 1 в
пульсирующее ведомого вала 2 с переменным углом поворота. Поставленное ус-
ловие выполняется при эксцентричном расположении оси звездочки 3 муфты
свободного хода. Механизмы применяются в 'Приводе подачи полировальных
станков с целью повысить чистоту полируемых поверхностей.
Рис. 6.84
Самоуправляющиеся муфты
477
Рис. 6.84. Муфта свободного хода. Представляет собой усовершенствован-
ную конструкцию. Для того чтобы удержать внутренние клинья 2 в постоянном
соприкосновении с внутренней обоймой 5, от которой отрывает их центробежная
сила, поставлены пружинки, натяжение которых регулируется винтом 1.
Рис. 6.85. Гаечный ключ предельного момента. Вращению кулачка /, соеди-
ненного с закручиваемой гайкой болта или головкой винта посредством надстав-
ки, препятствует ролик 2, установленный на рычаге 3. Предельный момент, пере-
даваемый ключом, зависит от силы упругости пружины 5, которая регулируется
гайкой на штанге 4 (на рисунке не показана). Максимальный момент, необходи-
мый для закручивания гайки, соответствует предельному моменту ключа, поэто-
му в конце затяжки, когда усилие на ролик превысит усилие пружины, ролик 2
выходит из выемки кулачка 1 и ключ вращается вхолостую.
Рис. 6.86. Кулачковая муфта свободного хода. С целью одновременного
включения всех кулачков 2 в период рабочего хода муфта имеет сдвоенный се-
паратор 1 и распорные пружины 3. На рис. а показано положение кулачков при
свободном ходе; на рис. б — в начальный момент рабочего хода и на рис. в —
при полной нагрузке. Для наглядности кулачки заштрихованы.
478
Раздел 6. Муфты
Рис. 6.87. Муфта свободного хода (рис. а) с эксцентриковыми роликами,
предназначенная для передачи больших крутящих моментов. Ролики 3 соединены
между собой справа и слева 'винтовыми пружинами 2, которые стремятся по-
вернуть их в рабочее положение (рис. б), прижимая к поверхностям колец 1 и 4.
На рис. в показана конструкция эксцентричного ролика с индивидуальной пру-
жиной.
Рис. 6.88
Самоуправляющиеся муфты.
479
Рис. 6.88. Муфта свободного хода с аксиальным смещением заклиниваю- ‘
щихся шариков. Шарики 4 располагаются между клиньями полумуфты 2, жест-
ко закрепленной на валу /, и торцовыми канавками дисков 3 и 6 ведомой части.
Шарики 4 поджаты пружинами 7. При вращении полумуфты 2 в направлении
стрелки (сечение А — Л) шарики 4 заклиниваются между наклонными дорожка-
ми и кольцами 3 и 6 и передают движение полумуфте 8. Обратное движение хо-
лостое. 5 — сепаратор, удерживающий пружины 7.
Рис. 6.89
Рис. 6.89. Муфта свободного хода с винтовыми пружинами. Ведущей частью
муфты является втулка 3, установленная в корпусе 4 на игольчатом и шарико-
вом подшипниках. Втулка 3 получает колебательное движение от коромысла 2.
К ведомой полумуфте 12, поддерживаемой двумя игольчатыми подшипниками
внутри втулки 3, консольно прикреплены три винтовые пружины 7, 8 и 9 посред-
ством втулки /р цангового зажима с конусом на гильзе 5. Правые концы пру-
жин изогнуты и удерживаются штифтами 14, расположенными под углом 120°.
По внутреннему диаметру пружины поддерживаются плавающей трубкой 6, что
обеспечивает минимальное трение между пружинами и втулкой при холостом
ходе.
480
Раздел 6. Муфты
Три винтовых пружины 16, 17 и 18 установлены на конце гильзы 5; правые
концы пружин, смещенные по фазе на 120°, соединены с гильзой 5 штифтами 15,
левые концы пружин .изогнуты и служат упругой опорой для концов пружин 7,
8 и 9 (см. разрез по А—А). П'ри вращении втулки 3 по направлению стрелки
Б пружины 7, 8 и 9 слегка раскручиваются и силой трения между втулкой 3 и
пружинами 7, 8 и 9 передают движение валу 13. При вращении в противополож-
ную сторону пружины 7, 8 и 9 закручиваются и не препятствуют вращению
втулки 3 при неподвижном вале 13. Предварительная упругая деформация пру-
жин 7, 8 и 9 создается в процессе монтажа и фиксируется затяжкой гильзы 5
посредством шпильки 11 и гайки 19. В этот же период закрепляются правые
концы пружин 7, 8 и 9 на полумуфте 12 посредством цангового зажима. Муфта
предназначена для передачи 'больших крутящих моментов и расположена в мас-
ляной ванне. Насосом 1 осуществляется циркуляция масла и подача его' на тру-
щиеся поверхности пружин и подшипников. На рис. б показан другой вариант
конструкции муфты, «в котором опорой для концов пружин 7, 8 и 9 служат отог-
нутые концы трех прутиков 20, расположенных под углом 420° и прикрепленных
к гильзе 5 кольцами 21.
Рис. 6.90
Рас. 6.90. Червячный редуктор с пружинной муфтой свободного хода. По-
средством червяка 6 червячное колесо 5, закрепленное на втулке 4, свободно
вращается относительно ведомого вала 12. Втулка 3 так же, как и колесо 5V сое-
динена с втулкой 4 шлицевым соединением. Во внутреннем пазу втулки 3 за-
креплен конец 7 пружины 8, который соединяет втулку 3 с втулкой 9. Второй
конец 10 пружины 8 закреплен в отверстии диска 2. свободно вращающемся от-
носительно вала 12.
При включенном электромагните 11 диск 2 прижимается к закрепленному на
валу 12х кольцу 1 и притормаживается, в результате чего пружина 8 закручи-
вается, плотно прижимается к валу 12 и трением передает ему движение.
Самоуправляющиеся муфты
481
Рис. 6.91
Рис. 6.91. Муфта свободного хода составлена из червячного колеса /, кор-
пуса 2 и двух несамотормозящихся червяков 3. В период рабочего хода самотор-
можение обеспечивается коническими фрикционными муфтами с конусами 4. Ве-
дущим звеном может быть корпус редуктора или червячное колесо.
Рис. 6.92
Рис. 6.92. Шкив клиноременной передачи с реверсивной муфтой свободного
хода. Направление вращения, при котором происходит заклинивание ролика 5,
зависит от положения вставки 1 в ступице шкива 2, установленного на ходовой
посадке втулки 4. Вставка 1 устанавливается в заданном положении и фикси-
руется.
16 С. Н. Кожевников и др.
482
Раздел 6. Муфты
Рио. 6.95
Самоуправляющиеся муфты
483
Рис, 6.93. Муфта свободного хода с храповиком, имеющим внутренний зуб-
чатый венец. Вместо собачек в специальных гнездах помещены полуцилиндрики
которые посредством пружин (не показанных на чертеже) всегда стремятся
войти в зацепление с колесом.
Рис. 6.94. Монтажный ключ с реверсивной муфтой свободного хода для за-
винчивания и отвинчивания гаек и винтов без съема в период работы. Изменение
направления вращения корпуса /, при котором происходит заклинивание роли-
ков 4, осуществляется перемещением сепаратора 3 вместе с роликами посредст-
вом рычага 2.
Рис. 6.95. Муфта свободного хода двухстороннего действия. Движение ог
обоймы 1 к звездочке 2 и наоборот передается только в одном направлении.
Движение от звездочки 2 к вилке 3 и от вилки 3 к звездочке 2 передается ib двух
направлениях (рис. б и в). Движение вилки 3 в любом направлении не пере-
дается обойме 1.
Рис. 6.96. Двухсторонняя муфта свободного хода. Движение валу 1 против
или по часовой стрелке может передаваться с малой скоростью от колеса 2 или
же с большей скоростью от колеса 5. При движении колеса 2 по стрелке закли-
нивают ролики 7, вилка 4 с колесом 5 вращаются вхолостую. При передаче дви-
жения от колеса 5 в ту же сторону, но с большей скоростью вилка 4 передает
движение валу 1 через ролики 6, упирающиеся в выступ звездочки 8. При вра-
щении колеса 5 в направлении, противоположном колесу 2, вилка 2 передает
движение валу 1 через ролик 7. Таким образом, независимо от вращения коле-
са 2 валу 1 можно передавать движение с большей скоростью в двух направ-
лениях.
16*
484
Раздел 6. Муфты
Рис. 6.97
Рис. 6.97. Двойная муфта свободного хода двухстороннего действия. На ва-
лу 4 закреплены звездочки 2 и 3 с расположением угла заклинивания в разные
стороны. Между роликами звездочек установлена вилка 7, жестко соединенная
с валом 5. Движение от обоймы 1 к валу 4 и от вала 4 к обойме 1 передается в
двух направлениях с крутящим моментом, равным расчетному. В соответству-
ющих направлениях передается движение и вилке 7, однако сопротивление дви-
жению вилки ограничивает величину передаваемого момента при ведущей
обойме 1. При любом направлении вращения вилки движения обойме 1 не пе-
редается.
Рис. 6.98
Рис. 6.98. Реверсивная муфта свободного хода с автоматическим переключе-
нием. На ведущем валу 1 закреплена звездочка 2, которая посредством закли-
нивающихся роликов 4 передает движение обойме 5, установленной на полу-
Самоуправляющиеся муфты
4 85
оси 6 автомобиля. Сепаратор 3 постоянно притормаживается силой трения, созда-
ваемой сухарем 8, прижатым к сепаратору пружиной 7. С изменением направ-
ления вращения звездочки 2 сепаратор 3 поворачивается и устанавливает роли-
ки 4 в рабочее положение, соответствующее заданному направлению вращения.
Рассматриваемая система привода обеспечивает передачу движения одному из
колес при повороте автомобиля и в случае движения по прямой, когда второе
колесо пробуксовывает.
Рис. 6.99
Рис. 6.99. Невозвратная муфта. Вращение может передаваться в двух на-
правлениях, но только' от вилки 1 к валу 2 через ролики 5. Втулка 3 неподвиж-
но закреплена шпонкой 4. Передаче движения от вала к вилке в любом на-
правлении препятствуют заклинивающиеся во втулке 3 ролики 5.
Рис. 6.100. Муфта свободного хода двойного действия для передачи не^
больших крутящих моментов. Плавающая звездочка 1 имеет форму эллипса. Ро-
лики 2 и 3 прижимаются пружинами 4. Крутящий момент от обоймы 5 к звез-
дочке 1 так же, как и от звездочки 1 к обойме 5, передается в двух направлени-
ях. Вилке 6, расположенной между роликами, передается ограниченный момент.
486
Раздел 6. Муфты
Рис. 6.101. Муфта предельного момента. Муфта выполнена .в комбинации е
червячным колесом червячной передачи. Предельный момент, который может
передать муфта, регулируется затяжкой пружины 1 при помощи гаек 2.
Рис. 6.102
Рис. 6.101
Рис. 6.102. Одно дисковая фрикционная предохранительная муфта, встроенная
в звездочку цепной передачи. Диск 4 с полумуфтой 1 соединен неподвижно
пальцами 2 с упругими кольцами 3. Болтами 5 регулируется предельный момент.
Рис. 6.103
Рис. 6.103. Компенсационно-упругая муфта в соединении с предохранитель-
ной многодисковой муфтой.
Самоуправляющиеся муфты
487
Болтами 2 в отверстиях с резьбой в диске 1 регулируется усилие пружины 3
и соответственно предельный момент, передаваемый муфтой.
Рис. 6.104
Рис. 6.104. Муфта предельного момента. Полумуфты 1 и 3 в осевом направ-
лении удерживаются радиально-упорным подшипником 2. Вращение передается
шарами 5, установленными в отверстия полумуфты 3 и прижатыми к профили-
рованным канавкам полумуфты 1 пружинами 4. При перегрузке шары 5 пере-
катываются в канавках и сжимают пружины. При срабатывании муфта произ-
водит шум.
Рис. 6.105
Рис. 6.105. Коническая фрикционная муфта с предохранительным устройст-
вом, которое может включаться или выключаться на ходу. Ступица 7, два кони-
ческих диска трения 1 и отводка 8 вращаются с одной угловой скоростью.
На рисунке муфта включена — положение II, положение I — выключена. Вме-
488
Раздел 6. Муфты
сте с полумуфтой 2 вращается профильная шайба 4, смещаемая в осевом на-
правлении отводкой 3 с пальцем 5. Если отводка 3 занимает положение IV, то
система работает как обыкновенная фрикционная муфта. Устанавливая отвод-
ку 3 в положение III, механизм с шайбой 4 и пальцем 6 работает как предохра-
нительное устройство, выключающее муфту в период перегрузки. Автоматическое
выключение муфты происходит следующим образом: при перегрузке муфта про-
буксовывает и система с шайбой 4 вращается относительно системы с паль
цем 6, прикрепленным к отводке 8. Профильная шайба 4, с которой соприка-
сается конец пальца 6, перемещает его направо с отводкой в положение I и вы-
ключает муфту. Таким образом, износ дисков при перегрузке будет минимальным.
Рис. 6.106. Выключающее устройство в предохранительной муфте двухсто-
роннего действия. Диски муфты зажаты тарельчатыми пружинами 3 посредст-
вом диска 7. Усилие пружин регулируется гайкой 4 и фиксируется контргайкой 5.
На конце болта 2 шпонкой закреплен зубчатый сектор 6, сцепляющийся с зубья-
ми зубчатого колеса на полумуфте 8. Половина болтов (через один) имеют пра-
вую, а остальные — левую резьбу. При перегрузке полумуфта 1 поворачивается
относительно полумуфты 8 в одном из направлений, при этом зубчатые секторы
поворачивают все болты и половина из них, перемещая диск 7 вправо, сжимают
пружины. Последнее ослабляет силу нажатия пружин на диски и муфта вы-
ключается.
Самоуправляющиеся муфты
489
Рис. 6.107. Предо хранительная много дисковая муфта с электромеханическим
выключателем. Устройство, выключающее двигатель, может быть применено к
обычной муфте, работающей на принципе трения. На приставке 3, которая при-
креплена к полумуфте 1 винтами, на изоляционной прокладке 7, установлены
кольца — токопроводящее 6 и изоляционное 4. К щетке 5, скользящей по коль-
цу 6, подводится ток. Щетка 8, которая скользит по кольцу 4, установлена на
пальце 9, прикрепленном к полумуфте 2, и может перемещаться вдоль оси. При
перегрузке полумуфта 1 поворачивается относительно полумуфты 2, при этом
щетка 8 через систему рычагов сдвигается по пальцу 9 с кольца 4 на коль-
цо 6, замыкает электрическую цепь и через реле выключается электродвигатель.
Рис. 6.108
Рис. 6.108. Предохранительная муфта с термическим выключающим элемен-
том. Пружины 2 прижимают диски муфты через шайбы /, изготовленные из лег-
коплавкого оловянистовисмутокальциевого сплава. В период пробуксовки муфты
490
Раздел 6. Муфты
происходит нагрев дисков и шайб /, которые расплавляются, и муфта выклю-
чается, так как толщина шайб примерно равна величине деформации пружины.
Рис. 6.109. Предохранительная фрикционная муфта инженера Н. Д. Верне-
ра обладает повышенной чувствительностью к величине предельного момента,
передаваемого муфтой. Крутящий момент от диска 2 к валу 8 передается трени-
ем между дисками 3, 4 и 5, которое создается силой упругости пружины 6. Меж-
ду дисками 3 и 5 по окружности радиуса г размещены шарики 1 в лунках пере-
менной глубины (рис. б). При перегрузке диск 3, преодолевая силы трения, прово-
рачивается, а шарики 1, перекатываясь по канавкам, создают осевую силу Р>
разгружая диски 3 и 5 от давления, создаваемого пружиной 6. Предельный мо-
мент, передаваемый муфтой, определяется по формуле
Р пН^ср^
М = ------------------ ,
i t£ap^p(^7 l)
Г
где k — число трущихся поверхностей дисков;
tg “ < :
Рп — усилие пружины.
Остальные величины обозначены на чертеже.
Самоуправляющиеся муфты
491
Рис. 6.110. Предохранительная фрикционная муфта повышенной чувстви-
тельности. Фрикцию иные диски 6, 7 и 8 посажены на шлицах на втулке 2, свобод-
8 7
Рис. 6.110
но проворачивающейся на валу 1. Момент от вала 1 к указанным дискам пере-
дается через несколько пар цилиндрических колес 10—9 с центральным коле
сом 10. Окружным усилием на колесе 9 создается момент, под действием кото-
рого на винте 5 возникает осевое усилие, уменьшающее давление тарельчатых
пружин 3 на диск 6. При достижении предельного момента диски пробуксовы-
вают. Гайка-винт 4 с правой и левой несамотормозящейся резьбой обеспечивает
нормальную работу муфты при реверсивном движении. Сила Q упругости пру-
жины 3 определяется по формуле:
3 (Р2 ~ р1) _________2z9_______
р/г (р% — pty z10dcp tg (<pi + pj)
Здесь k — число поверхностей трения между дисками;
^ср — средний диаметр резьбы винта;
ф — угол подъема резьбы винта и винта-гайки;
Dz и Di — диаметры трущихся поверхностей дисков.
В частном случае, когда предельные моменты должны быть одинаковыми,,
при реверсивном вращении вала
^cpl tg (Ф1 *4“ Р1) = ^Ср2 tg (Ф2 + Р2).
492
Раздел 6. Муфты
Рис. 6.111
Рис. 6.111. Предо хранительная фрикционная муфта повышенной чувстви-
тельности с распорными шариками. В отличие от муфты по рис. 6.140 разведе-
ние дисков 2 и 3 до величины, при которой достигается проскальзывание дисков,
осуществляется перемещением втулки 4 по резьбе вала 1. Шарики 5, располо-
женные в отверстиях втулки 4, прижаты с двух сторон фасками ступиц дисков 2
и 3 и опираются на коническую поверхность вала 1. При передаче крутящего
момента втулка 4 перемещается по резьбе вала и выжимает шарики в радиаль-
ном направлении, воздействуя таким образом на пружины через ступицы дис-
ков 2 и 3.
Усилие Q пружины определяется по формуле:
+-------------------.
[ ftp. (Р| —D?) dcp tg (ф + Р) (sin ₽ + Hi cos р) (ctg а + ni)
В этой формуле:
М — предельный крутящий момент;
Dz и Di—соответственно наружный и внутренний диаметры диска;
ц — коэффициент трения между дисками;
Pi — коэффициент трения между шариками и соприкасающимися с ни-
ми деталями;
k — число трущихся поверхностей;
ip — угол наклона образующей конической поверхности вала;
а — угол фасок ступиц дисков;
dCp— средний диаметр резьбы на валу;
р — угол трения винтовой пары;
ф —> угол подъема винтовой линии резьбы.
Самоуправляющиеся муфты
493
494
Раздел 6. Муфты
Рис. 6.112. Предохранительная муфта повышенной чувствительности, не тре-
бующая регулировки после износа дисков. На валу 13 установлена шлицевая
втулка 2 с фрикционными дисками 3, 4 и 7. Диски 5 и 6 установлены на направ-
ляющих шпонках полумуфты 1. Сила трения между дисками создается упругими
аилами пружины 8. Три ролика 9 установлены на пальцах 10, жестко соединен-
ных с диском 12, закрепленном на валу. Кулачок 11 соединен с нажимным дис-
ком 7 резьбовым соединением. Вращением кулачка 11 относительно нажимного
диска 7 регулируется положение паза кулачка относительно ролика 9, затем
фиксируется.
Пружина 8 прижимает фрикционные диски муфты усилием Q, несколько
большим, чем это необходимо для передачи предельного момента. В период пе-
редачи крутящего момента ролики 9 нажимают на рабочие криволинейные про-
фили пазов кулачка (рис. а), а составляющая S нормального давления N, на-
правленная параллельно оси вала, стремится перемещать нажимной диск 7 в
сторону, соответствующую сжатию пружины 8. Результирующее усилие Т =
= Q — S, действующее на диски, соответствует расчетному, при котором момент
трения дисков равен предельному моменту.
При износе дисков, нажимной диск 7 перемещается, приближаясь к упорно-
му диску 3. При этом деформация пружины 8 уменьшается и соответственно
уменьшается сила Q нажатия на диски. Очевидно для сохранения постоянства
предельного момента необходимо изменять величину осевой составляющей S при
постоянном усилии Р так, чтобы результирующее усилие Т пружины, действую-
щее на диски, оставалось бы постоянным, т. е. Т = Qx — Sx = const. Последнее
достигается изменением угла а наклона профиля кулачка в соответствующей
точке касания его- с роликом 9.
Сила упругости пружины определяется по формуле
-I-+
7?с \ rctga/
В этой формуле: ' <
М — предельный крутящий момент;
Яс = — -°!
“7—«----— средний радиус кольцевой поверхности трения;
3(02-1)2)
|л —коэффициент трения скольжения;
k — число трущихся поверхностей;
гс ^средний радиус паза кулачка;
а — угол наклона паза кулачка.
Рис. 6.113. Гидравлическая муфта предельного момента. На ведущем валу/
муфты закреплено коническое колесо 2 дифференциала, на ведомом валу 11 —
колесо 5. Оси сателлитов 3 дифференциала установлены в корпусе 4 муфты. На
ведомом коленчатом валу 11 закреплен кулачок 8, к рабочей поверхности которо-
го (с двух или с четырех сторон) прижиты ролики 7 посредством пружин 6,
вмонтированных в корпус 4 муфты. Шейка коленчатого вала 11 посредством ша-
тунов 9 соединена с поршнями 10, которые также размещены в корпусе муфты.
Свободное пространство в корпусе муфты заполнено маслом. Сила упругости пру-
жин 6 и отверстия в поршнях 10 рассчитаны так, что при передаче крутящего
момента, равного или меньше предельного, все детали муфты вращаются как
одно целое. С увеличением крутящего момента выше предельного корпус муфты
проворачивается относительно вала 1, что приводит к снижению числа оборотов
вала 11. Рассматриваемая муфта может быть использована как вариатор ско-
рости с автоматическим регулированием числа оборотов вала И.
Самоуправляющиеся муфты
495
Рис. 6.114
Рис. 6.114. Двухступенчатая реверсивная муфта для работы по циклу: рабо-
чий ход — останов—обратный ход с увеличенной скоростью — останов. Ведущий
вал, от которого передается движение муфте клиноременной передачей, работает
реверсивно с достоянным числом оборотов. Рабочий ход. При вращении шкивов 4
496
Раздел 6. Муфты,
и 3 против часовой стрелки втулка 2 перемещается вправо по левой резьбе ва-
ла 6 и создает момент трения на поверхности конической фрикционной муфты 5
вследствие того, что сумма моментов трения между шкивом 3 и втулкой 2 и
между шкивом 4 и втулкой 2 больше момента трения на цилиндрической поверх-
ности резьбы под действием осевого усилия, возникающего от разности моментов
грення. Шкив 3 вращается вхолостую.
Обратный ход с увеличенной скоростью. Шкив 3 вращается по часовой
стрелке с большей скоростью, чем шкив 4. В результате этого заклиниваются
ролики 7 муфты свободного хода, втулка 2 свинчивается влево и зацепляется
с кулачковой полумуфтой 1. Усилие включения муфты при рабочем ходе
р_ М^Мг-Мз
dcptg(a+p)
где Mi—момент трения между шкивом 3 и втулкой 2;
М2 — то же между шкивом 4 и втулкой 2;
Мз — то же между цилиндрическими поверхностями резьбы вала 6 и втул-
ки 2\
dcp— средний диаметр резьбы на валу 6\
а — угол подъема резьбы;
р — угол трения.
Надежная работа конической муфты обеспечивается при соблюдении условия
^ср
Н — >tg(a + p),
acp
где р — коэффициент трения скольжения на торце ступицы шкива 4\
£ ср —средний диаметр кольцевой поверхности торца шкива 4.
Рис. 6.115
5
Самоуправляющиеся муфты
497
Рис. 6.115. Кулачковая муфта с автом1атом выключения. Ведущей частью
муфты является маховик или зубчатое колесо, 'Соединенное с кулачковой шай-
бой 12 и вращающееся на валу свободно. Движение от кулачковой шайбы 12
ведомой части 11 муфты, установленной на направляющих шпонках, передается
следующим образом: посредством педали или рукоятки крючок 3 перемещается
вниз, а вместе с ним перемещаются цилиндр 6 и ролик 10, сжимая при этом пру-
жину 5. Полумуфта 11 под действием пружин 8 перемещается вправо — вклю-
чается кулачковая муфта, происходит вращение вала, а выступ А на детали И
отжимает рычаг 7, который своим нижним концом 1 нажимает на толкатель 2,
отжимает пружину 4 и -сбрасывает крючок 3 со штифта цилиндра 6. Приподня-
тый цилиндр 6 с роликом 10 встречается со скошенной шайбой 9 и, смещая по-
лумуфту 11 влево, выключает муфту.
место М
Рис. 6.116
Рис. 6.116. Кулачковая однооборотная муфта. На распределительном валу
заклинен диск 1 с переставным упором 2, приподнимающим конец рычага 3.
В результате поворота рычага палец 5 опускается и пружина, помещенная внут-
ри полумуфты 4 (пружина на фигуре не показана), перемещает пюлумуфту
вправо, осуществляя включение кулачковой муфты. Пружинный палец 5 бут&т.
находиться на цилиндрической поверхности полумуфты 4, так как паз при вклю-
чении .переместится в осевом направлении. После совершения одного оборота
благодаря фигурной выемке в полумуфте, в которую попадет палец 5, полумуф-
та отожмется влево, осуществляя выключение. С помощью рычага 7 и пружи-
ны 6 производится фиксация полумуфты 4 при включении.
498
Раздел 6. Муфты
Рис. 6.117. Механизм выключения посредством муфты с поворотной шпон-
кой. Кулачок 2, являющийся окончанием шпонки /, находится в контакте с от-
водкой 5, связанной с педалью. При нажатии на педаль шпонка с кулачком
освобождается и под действием пружины 4 стремится повернуться. Когда про-
тив шпонки окажется одна из выемок в маховике, последний соединится с ва-
лом пресса. После освобождения педали отводка 3 сместится вверх и .нажмет
на кулачок 2. После того как муфта совершит полный оборот, шпонка выйдет
из зацепления, вал пресса остановится.
Самоуправляющиеся муфты
499
Рис. 6.118. Механизм автоматического останова. Эксцентрик 6 изготовлен
вместе с коленчатым валом. Кольцо 5 со штифтом 1, имеющее продольный про-
рез, расположено в.ступице маховика 4. Между эксцентриком 6 и кольцом 5 раз-
мещен клин 3. При нажатии педали останов 2 освобождает штифт /, кольцо раз-
жимается пружиной 8, начинает вращаться вместе с маховиком, клин 3 с силой
входит между кольцом и эксцентриком, увлекая вал. При освобождении педали
останов 2 упрется в штифт, кольцо сожмется и расцепится с маховиком. Благо-
даря тормозному участку 7 кольца 5 коленчатый вал всегда останавливается
в верхнем положении.
Рис. 6.119. Механизм поворотной шпонки. Управление механизмом поворот-
ной шпонки осуществляется перемещением рычага 4 вниз посредством педали.
500
Раздел 6. Муфты
Рычаг 2 включения, соединенный с (рычагом 4, сжимает пружину 3 и осво-
бождает собачку 1 поворотной шпонки. При этом пружина (на схеме не показа-
на), соединенная с собачкой 1 шпонки, поворачивает шпонку в положение
«Включено». Положение рычагов при включенной муфте показано пунктиром.
Возврат системы рычагов в исходное положение осуществляется пружи-
ной 3 при освобождении педали. Пружины 5 и 6 служат для амортизации уда-
ров и удержания рычага 2 в его крайних положениях.
Рис. 6.120
Рис. 6.120. Однооборотная муфта летучих ножниц. Соединение ведущей ча-
сти 1 муфты с ведомым валом 6, на котором заклинен многогранный призма-
тической формы барабан 2, осуществляется перемещением упора 7 вниз. При
опущенном упоре 7 под действием пружины 8 диск 4 с отверстием больше диа-
метра вала, повернувшись вокруг закрепленной на детали 5 оси А, сообщает пе-
ремещение через ползушки на оси В диску 3 и жестко связанному с ним кольцу
с роликами. Ролики, заклинившись между деталями 1 и 2, включают муфту.
Совершив один оборот, диск 4 встретит приподнятый в исходное положение
электромагнитом или пружиной упор 7 и повернется вокруг оси А вместе с дис-
ком 5, растянув пружину 8 и выключив муфту. Муфта оказывается подготов-
ленной для срабатывания в последующем цикле.
Раздел 7
МЕХАНИЗМЫ С ПРЕРЫВИСТЫМ ДВИЖЕНИЕМ
ВЕДОМОГО ЗВЕНА
В автоматически и полуавтоматически действующих машинах встречается
необходимость эпизодически сообщать звеньям механизма движение с последую-
щей полной остановкой, время которой может быть неопределенным или задан-
ным. Для этого может быть использован, кроме кулачковых, еще (ряд других
механизмов, особенно в тех случаях, когда закон движения ведомого звена не
имеет существенного значения.
Для сообщения прерывистого движения ведомому звену в одном направле-
нии с заданными остановками могут быть использованы механизмы с односто-
ронне действующей связью: механизмы, вырождающиеся в другие механизмы
при определенных положениях начального звена; механизмы, некоторые точки
звеньев которых на отдельных участках траектории описывают кривые, близкие
к дуге окружности или отрезку прямой и др.
К механизмам с односторонне действующей связью необходимо отнести хра-
повые и анкерные механизмы. К вырождающимся механизмам — мальтийские и
звездчатые механизмы, неполные зубчатые колеса и др. Храповые и анкерные
механизмы, а также неполные зубчатые колеса не могут быть использованы в
быстроходных машинах, особенно в тех случаях, когда прерывистое движение с
остановками должно сообщаться валам со значительными массами вследствие
ударов, имеющих место в начале или конце фазы движения.
В идеальных мальтийских и звездчатых механизмах, а также в неполных
зубчатых колесах можно получить движение без ударов, однако в начале и кон-
це фазы движения в этих механизмах сила прикладывается мгновенно вследст-
вие разрыва кривой ускорения в эти моменты времени. При конструировании
машин имеет значение правильный выбор механизмов, поэтому в дальнейшем
будет дана краткая характеристика приводимых в тексте механизмов.
Мальтийские механизмы представляют собой часть кулисного ме-
ханизма с качающейся кулисой. В зависимости от того, какая из частей, на ко-
торые делится центром пальца кулиса при крайнем ее положении, использована,
получаем мальтийский механизм с внешним (см. рис. 7.49) или внутренним
(см. рис. 7.51) зацеплением. Различные соотношения между фазами движения
и покоя могут быть получены выбором параметров мальтийского механизма,
т. е. в зависимости от количества цевок на ведущем звене и их расположения,
а также количества прорезов на ведомом звене. Произвольно задаваться этими
параметрами нельзя.
При равномерном расположении прорезов мальтийский механизм принято
называть правильным. Если число прорезов k, то угол поворота креста (см.
рис. 7.49) 2ф = —'. Ось паза при безударном входе цевки в прорез касается
к
окружности центра цевки, поэтому угол поворота ведущего звена
502 Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
2а = к
Угол поворота, соответствующий фазе покоя креста,
2к — 2а = к
Если Т — время одного оборота ведущего звена, Тд и Тп — время движения
и покоя креста, то
/ 2 \
т 4-Т =Т • Гд -J-7" = 1- Тл =___ fe — 1 -I- 1 -
д+п о, т + т , т 2jt 2 + k >
= j_____L
T 2 k
Так как k целое число, то Тд = 0 при k = 2, т. -е. число прорезов должно
быть больше 2:
Тп _ 2
Т Т k ’
Если на ведущем звене число цевок т, то
m
-
2Тп _1_______ m m
t т ~ Т ~~ 2 + k
Очевидно, что
m
Л 1
поэтому
2
т<—г
1 — —
k
при k = 3 т < 6; при k = 4 т < 4 и т. д.
Полученным соотношением можно пользоваться при определении числа це-
вок т, если k задано.
Соотношение между размерами правильного 'мальтийского креста следующее:
тс
Р = I sin — ,
k
где I — расстояние между центрами кривошипа и мальтийского креста;
R—радиус кривошипа.
Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
503
В момент входа цевки в паз мальтийский крест правильного безударного
механизма мгновенно приобретает угловое ускорение
m2R
£ =
ГС
I cos —
k
и динамическое давление на цевке
р= —-—
ГС
I COS-•
k
J^R
ГС
Z2 cos2 —
k
с крестом.
ускорения мальтийского креста такой
J — момент инерции масс, связанных
Закон изменения угловой скорости и
же, как и для кулисного механизма (см. рис. 7.46, б).
В неоднородных мальтийских механизмах (см. рис. 7.53) соотношения меж-
ду отдельными фазами движения и покоя различны. В этом механизме число
прорезов должно быть кратным числу цевок am = k; а — число оборотов ведуще-
щего звена за один оборот неправильного мальтийского креста.
Кроме того, должно быть удовлетворено еще полученное выше соотношение
между числом цевок и числом прорезов
2
т<--------Г-
1 k
Размеры звеньев могут быть определены из следующих соотношений:
= I sin и = I sin .
Отдельного рассмотрения требуют так называемые ударные мальтийские
механизмы. В сравнении с безударными мальтийскими механизмами ударные
имеют следующие особенности.
1) более широкие возможности в смысле относительной длительности рабо-
чих ходов и периодов покоя креста за счет изменения угла поворота цевки за
один полный оборот креста. Если в безударных механизмах этот угол опреде-
ляется числом прорезов п креста, то в ударных при п = const угол поворота
цевки может изменяться в широких пределах варьированием I и R\
2) возможность осуществления двухпрорезных механизмов, механизмов с
односторонним вращением креста и цевки при наружном зацеплении, многоце-
вочных механизмов с внутренним зацеплением и др.
Вследствие неизбежных ошибок и неточностей изготовления и монтажа тео-
ретически безударные мальтийские механизмы становятся практически ударны-
ми. Их использование требует включения в надлежащем месте системы упру-
гого звена.
Неполные зубчатые колеса (см. рис. 7.145). Вращение ведомого
звена, имеющего зубья по всей окружности, будет происходить в пределах уг-
ла б поворота ведущего колеса. Если ведущее колесо имеет один зуб, то ведо-
271:
мое колесо за один оборот ведущего повернется на угол б = '—. Степень пере-
z
крытия е при отсутствии переходных кривых должна быть кратной числу зубьев
неполного колеса. Для эвольвентного зацейления при k = 1 е = 1. При k 2
степень перекрытия при зацеплении промежуточных зубьев может быть больше
единицы, но в этом случае зубья на неполном колесе по высоте различны. По-
504 Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
этому во всех случаях следует полагать 8=1, подбирая соответствующей вели'
чины высоту головок зубьев колес для обеспечения указанного значения 8. Дли-
на ab (рабочей части линии зацепления:
ab = sts cos as = i cos as,
зацепления.
покоя при k зубьях на ведущем колесе
30/£
где ts —• шаг, as — угол
Время движения и
8
Тд = — = п
Ri^ni
Тд __ t-k
Т ZnRr
Тп =
(01
т
и
2л: — 8 60
------; т =— = тд + тп;
п
tk
2kR±
Механизм работает с ударами в момент входа и выхода зубьев из зацепле-
ния. Для уменьшения ударов колеса иногда снабжают перекатывающимися
рычагами (см. рис. 7.145). Очертания рычагов следует подбирать таким образом,
чтобы угловая скорость ведомого колеса изменялась плавно от нуля до значения,
определяемого отношением радиусов начальных окружностей колес.
ХРАПОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Рис. 7.1. Храповой механизм с фигурной собачкой. Собачка 5, скользящая
по неподвижному пальцу 2, при некотором положении рычага 1 входит в зацеп-
ление с храповым колесом 4. Угол качания рычага ограничивается выступом на
собачке 5, упирающимся в зуб храпового колеса.
Рис. 7.1
Рис. 7.2. Храповой механизм, применяе-
мый в быстродействующей телеграфной ап-
паратуре. Рычаг 2 приводится в движение
от кулачка 1. Положения храпового коле-
са 3 фиксируются защелкой 4, так как воз-
можны неодинаковые углы поворота хра-
пового колеса, сообщаемые ему собачкой.
Рис. 7.2
Храповые механизмы
505
Рис. 7.3. Храповой механизм. Кривошип 2 поворачивает ведомый диск 3,
зацепляясь с цевками 4. Собачка 1 фиксирует диск 3 в момент паузы.
3 U
Рис. 7.3
Рис. 7.4
2 1
Рис. 7.4. Храповой механизм, в котором двуплечий рычаг 2 зацепляется с
колесом 3 и приводится в движение кулачком 1. Целесообразно применение за-
щелкивающей пружины 4.
Рис. 7.5. Регулируемый храповой механизм. Собачка 2 укреплена на план-
ке 7, совершающей возвратно-поступательное движение с постоянным ходом.
Рычаг 6 имеет лапку 3, по которой вначале скользит носик 4 собачки, а затем
собачка падает на зубья храпового колеса и поворачивает его. Чтобы увеличить
угол поворота храпового колеса, рычаг 6 нужно повернуть вправо, а для того
чтобы уменьшить — повернуть влево и зафиксировать в заданном положении.
Механизм встречается в пишущих машинках.
Рис. 7.6. Спуск-регулятор. В момент паузы (рис. а) зуб колеса упирается в
подвижную собачку 1. При повороте регулятора в направлении стрелки А собач-
ка 1 освобождается, а зуб колеса стопорится неподвижной собачкой 2 (рис. б). При
отклонении регулятора против стрелки собачка 2 освободит колесо, которое вновь
будет остановлено собачкой 1. Для поворота колеса на один зуб регулятор дол-
жен сделать два качания. Механизм применяется в пишущих машинках.
506 Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
Рис. 7.7. Фрикционный храповой механизм. При покачивании коромысла 4
относительно .оси вала 5 против часовой стрелки подпружиненная серьга 3 и
башмак 2 зажимают и проворачивают фланец ведомого фрикционного колеса 1.
При покачивании коромысла по часовой стрелке — холостой ход.
Рис. 7.8. Храповой механизм с внутренней собачкой. На оси заклинен диск /,
несущий собачку 2, заскакивающую в пазы храпового колеса 3, связанного с
венцом зубчатого колеса. Механизм применяется в цепи подач продольно-стро-
гальных станков.,
Рис. 7.9. Храповой механизм с внутренним зацеплением. Призматической
формы собачки 3 свободно вложены между звездочкой 2 и зубчатым ободом 1.
При вращении звездочки по направлению стрелки собачки выходят из зацепле-
ния, против стрелки — заклиниваются.
Рис. 7.10. Схема привода шовной машины для шаговой сварки. Движение
ролику-электроду 5 передается от шкива 1 посредством кулачка 2 подачи и хра-
Храповые механизмы
507
нового механизма 4. В левом крайнем положении механизма подачи кулачок 3
замыкает цепь 9 обмотки трансформатора, при этом в зоне контакта с ролика-
ми 5, 8, между соединяемыми деталями 6 и 7 возникает электрическая дуга и
детали свариваются.
Рис. 7.11
Рис. 7.11. Храповой механизм с тремя собачками. Зубчатое колесо 1, жестко
связанное с храповым колесом 2, получает прерывистое вращение в результате
покачивания заклиненного на валу 3 коромысла с тремя собачками 4 от тяги,
не показанной на чертеже. Радиусы-векторы собачек смещены друг относительно
друга на угол, кратный !/з шага, вследствие чего подача может совершаться с
точностью до !/з шага храпового колеса. Ведущей всегда будет та из собачек,
которая в крайнем положении расположена ближе остальных по отношению к
зубу.
508 Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
Рис. 7.12. Двойной храповой механизм. На ведомом валу 6 закреплено не-
подвижно храповое колесо 1. На -ступице колеса 1 подвижно установлены хра-
повое колесо 2 и ко1ромы-сло 4 с собачкой 5. Ширина собачки равна ширине
храповых колес 1 и 2. Шатун 3 сообщает коромыслу колебательное движение.
При попадании собачки во впадину колеса 1 (на рис. сплошными линиями)
валу 6 передается движение. При установке собачки на средней части зуба ко-
леса 2 (на рис. пунктиром) колесо 1 неподвижно, а колесо 2 поворачивается на
один зуб. Колесо 2 может иметь различные числа зубьев, что позволяет полу-
чить различные числа пропусков движения вала 6 при постоянном угле качания
коромысла.
Храповые механизмы
509
Рис. 7.13. Храповой механизм для автоматического останова. На ведомом ва-
лу 7 заклинено храповое колесо 5, а на втулке 5, свободно вращающейся относи-
тельно вала, посажено вспомогательное храповое колесо 4, изготовленное как
одно целое со щитком 2, перекрывающим три зуба колеса 5. С помощью рыча-
га 3 приводятся в движение собачки 1 и 6. Остановка храпового колеса 5, а
следовательно, и вала 7 происходит на время перекрытия щитком зубьев коле-
са 5. Движение возобновится после того, как собачка 6 переместит вспомогатель-
ное храповое колесо 4 за пределы области зацепления собачки 1 с колесом 5. При
16-зубых храповых колесах остановка вала 7 соответствует 3/1б оборота храпо-
вого колеса, а движение — 13/i6 оборота.
Рис. 7.14. Храповой механизм ручного реечного пресса. На ведущем валу за-
клинен рычаг Л несущий ось собачки 5, и палец 2, на который насажена руко-
ятка 4, снабженная tZ-образным пазом, охватывающим закрепленный в станине
палец 3. Передача движения от рукоятки на ведомый вал 6 получается двухсту-
пенчатой с большим передаточным отношением. Рукоятка 4, опираясь на па-
лец 5, передает усилие через палец 2 на конец рычага /, воздействующий через
храповой механизм на ведомый вал.
510
Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
Рио. 7.15
Рис. 7.15. Храповой механизм, используемый в механизме подачи автомата
для изготовления железнодорожных костылей. Собачка 2, снабженная с двух
сторон консольными роликами 4, сопрягается с угловыми рычагами 7, связанны-
ми между собой винтами 5 и рукояткой 8. Рычаги 1, поворачивающиеся вокруг
оси 7, могут занимать положение /, при котором собачка зацепляется с шести-
зубым храповым колесом 6, и положение II, когда собачка с роликами 4, опи-
рающимися на рычаги 7, приподнята и покачивается вместе со звеном 5, не со-
прикасаясь с зубьями храпового колеса.
Храповые механизмы
511
Рис. 7.16
Рис. 7.16. Механизм прерывистого движения. С помощью заклиненного на
ведущем валу 1 диска 2 с цевкой 5, находящейся в постоянном контакте с внут-
ренней профилировкой в отверстии коромысла 4, сообщается качательное
движение последнему вокруг оси 6. Подпружиненная собачка 7, соединенная с
коромыслом 4, периодически поворачивает храповое колесо 5.
а — схема механизма; б — схема движения коромысла 4 с цевкой 3.
Рис. 7.17
Рис. 7.17. Храповой механизм трубоотрезного стана с медленным движением
ползуна в начале и конце хода. От ведущего вала /, несущего кривошипный
диск 5 с пальцем 2 и собачкой 3, приводится в движение ползун 4. Кинематика
кривошипного механизма обеспечивает уменьшение кинетической энергии ползу-
на в начале и конце хода.
512
Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
Рис. 7.18
Рис. 7.18. Храповой механизм. При вращении кулачка 4 коромысло 3 с со-
бачкой 2 воздействует на храповое колесо. К концу поворота храповое колесо
фиксируется зубом 1 коромысла.
Рис. 7.19
Рис. 7.19. Храповой механизм для -прерывистого движения при больших на-
грузках. На ведущем в-алу 1 свободно вращается храповое колесо 3 и жестко
заклинен эксцентрик 2, сообщающий посредством шатуна 5 движение коромыс-
лу 6, несущему ось собачки 4. На длинном плече коромысла 6 имеется пласта-
Храповые механизмы
513
на 7, действующая на плоскую пружину 8 .и выводящая из зацепления с храпо-
вым колесом фиксирующую собачку 9.
Перед входом в зацепление собачки 4 с зубом храпового колеса пластина 7
поднимает собачку 9 и освобождает колесо. Когда собачка 4 передвинет колеса
на половину шага, собачка 9 опустится на вершину следующего зуба. Когда
собачка 4 завершает поворот храпового колеса на шаг, пластина 7 войдет Id его
впадину и запрет храповое колесо. При обратном ходе рычага 6 пластина 7
коснется пружины 8, отклонит ее вверх и включит запорную собачку 9.
Рис. 7.20. Храповой механизм без холостого хода для периодического пово-
рота изделия на 90°. На валу 3 закреплено четырехзубое храповое колесо 9, ко-
торое находится под воздействием двух собачек 6 и 8, приводимых двухповодко-
выми группами 2—5 и 7—10. Если палец 1 сместить на определенное расстояние
S вниз так, чтобы коромысла 7 и 5 повернулись на 45°, то рабочие торцы соба-
чек 6 и 8 установятся на линии хх, при эЮм собачка 8 повернет храповое коле-
со на 45°, а собачка 6 войдет в контакт с его зубом Б. При движении пальца 1
вверх собачка 6 повернет храповое колесо еще на 45°, а собачка 8, двигаясь
обратно, входит в контакт с зубом А. Длительность остановки определяется пау-
зой в движении пальца 1. Пружины 4 обеспечивают постоянный контакт между
храповым колесом и собачками.
17 Н. Кожевников и др.
514 Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
Рис. 7.21
Рис. 7.21. Механизм прерывистого движения цепи для транспортировки ок-
рашенных деталей через сушильную печь.
Приводная втулка 5, свободно сидящая на валу 4 с заклиненными на нем
звездочкой 1 и храповым колесом 2, на своем фланце несет ось собачки 6, кото-
рая периодически выводится из зацепления с храповым колесом неподвижной
шпилькой 5. В результате после перемещения цепи на семь звеньев в сушильной
камере произойдет остановка длительностью, соответствующей времени Vs оборо-
та приводной втулки (предусмотренная технологией). В каждый шарнир цепи
вставлен валик 8 с нарезкой слева для крепления деталей и с роликом 7 справа,
соприкасающимся с быстродвижущимся бесконечным ремнем (на рис. не пока-
зан) с целью поворота деталей и их равномерной сушки.
Храповые механизмы
515
Рис. 7.22
Рис. 7.22. Храповой механизм. Ползун 10 приводит в движение посредством!
изогнутых шатунов 1 и 9, коромысел 8 и 11, собачек 3 и 6 храповое колесо
заклиненное на ведомом валу 5. При движении ползуна 10 вверх собачка &
вращает колесо 4 против часовой стрелки, тогда как собачка 3 проскальзывает.
При движении ползуна 10 вниз собачка 3 вращает колесо 4 против часовой?
стрелки, тогда как собачка 6 проскальзывает. Пружины 2 и 7 прижимают собач-
ки к храповому колесу. Установкой на вал 5 маховика можно сгладит^ нерав-
номерность движения вала.
17*"
516 Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
Рис. 7.23. Реверсивный храповой механизм. Шатун 11 иривошипного меха-
низма через коромысда 10 и 15, свободно сидящие на валах 5 и /, и собачек 18
и 6 приводит в движение колеса 3 и 4. Колесо 4 зацепляется с рейкой 19, за-
крепленной на столе станка, несущем упоры 9 и 16. Собачки 18 и 6 снабжены
пазами, в которых размещены пальцы подпружиненных ползунов 7 и 17, скользя-
щих в пазах рычагов 14 и 8. Последние связаны посредством шатуна 12, имею-
щего палец 13. В процессе возвратно-поступательного движения шатуна 11 и
положении собачек, показанных на рисунке, колеса 3—2 поворачиваются по
стрелке (см. рисунок), что вызывает перемещение рейки 19 вправо с пульсирую-
щей скоростью. В правом крайнем положении стола упор 9, воздействуя на па-
лец 13, переключит собачки. Теперь рейка со столом начнет движение в обрат-
ном направлении, пока упор 16 стола не достигнет пальца 13.
Храповые механизмы
517
Рис. 7.24
Рис. 7.24. Храповой механизм прерывистого движения. Движение от веду-
щего вала 1, несущего диск 2 с тремя цевками 5, передается ведомому валу 6 с
заклиненным на нем храповым колесом 4 с помощью свободно сидящего на оси
рычага 7 с собачкой 5. Когда очередная цевка 3 коснется собачки 5, начнется
вращение храпового колеса, а вместе с ним ведомого вала и будет продолжаться,
пока палец 8 на собачке, войдя в контакт с упором 9, не выключит собачку.
Теперь цевка пройдет мимо собачки, рычаг 7 под действием пружины опустится
до встречи с верхней плоскостью упора 9, а ведомый вал остановится. Его дви-
жение возобновится т!ри подходе к собачке очередной цевки.
Рис. 7.25
Рис. 7.25. Храповой механизм автоматической подачи стола шлифовального
станка. На столе 3 станка, совершающего возвратно-поступательное движение,
смонтирован поперечный суппорт 7, осуществляющий прерывистое движение по-
518 Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
дачи шлифовального круга. Это движение сообщается рычагом I с двумя со-
бачками 6, зацепляющимися с храповыми колесами 5, жестко 'связанными с зуб-
чатыми колесами 4. Одно из колес 4 связано с винтом поперечной подачи. При
подходе стола к правому или левому, крайнему положениям действием регули-
руемых упоров 2 рычаг 1 поворачивается вокруг оси пальца 9 и, следовательно,
собачка 6 повернет зубчатое колесо 4 вместе с подающим винтом по часовой
стрелке. С помощью кнопки 10 маховичек 6 ручной подачи можно соединить
муфтой с падающим винтом, при этом собачки 6 должны быть подняты.
Рис. 7.26
Рис. 7.26. Механизм поочередного движения двух кареток упаковочной ма-
шины. При движении ползуна 3 с встроенным в него поперечным ползуном 1
каретки 7 и 11 совершают по одному ходу. В положении, изображенном на ри-
сунке, каретка 7 неподвижна, а каретка 11 связана с ползуном 1 посредством
имеющейся на поперечном ползуне защелки 2. В конце обратного хода карет-
ки 11 собачка 6, встречаясь с зубом храпового колеса 8 (закрепленного на
валу 4), поворачивает его и вместе с ним поворачивает звездообразный кула-
чок 10. Это приводит к осевому смещению закаленных штифтов 9, а следова-
тельно, к смещению поперечного ползуна влево, отключению ползуна 1 от карет-
ки 11 и соединению с кареткой 7 посредством аащелки 5. При следующем ходе
ползуна 3 каретка 11 останется неподвижной, а каретка 7 совершит свой ход
Храповые механизмы
519
Рис. 7.27. Механизм для получения ступениато-изменяющейся скорости
планшайбы полировального станка. При полировании деталей различного дня-
метра на планшайбе со стационарным размещением технологических позиций не-
обходимо, чтобы расстояние между обрабатываемыми деталями полировальный
круг проходил быстро, т. е. планшайба должна в это время врашаться быстрее.
Рис. 7.27
Ведущий вал 1 посредством мультиплицирующей передачи (Z = 4) 2, 5, 4, 5
и диска 6 с собачкой 13 приводит в движение храповое колесо 11 с зубчатым
колесом 9, зацепляющимся с колесом 7 планшайбы. В расточке храпового коле-
са 11 размещается роликовая обгонная муфта, диск 8 которой заклинен на
валу 1.
При полировании деталей большого диаметра собачка {13 выключается (от-
верстия 14 и 15 совмещаются и запираются шпилькой 12), а планшайба вращает-
ся с постоянной рабочей скоростью, так как ведет обгонная муфта.
При полировании деталей малого диаметра собачка 13 в течение полуоборо-
та диска 6 заперта и движение с учетверенной скоростью получает планшайба
чеоез ускорительную передачу 2. 3, 4, 5 от колеса 9. Далее кулачок 10 выводит
собачку из зацепления, а планшайба приводится от диска 8 обгонной муфты.
Через V2 оборота диска 6 собачка вновь войдет в зацепление и цикл повторится.
520 Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
Рис. 7.28
Рис. 7.28. Однооборотный привод прерывистого движения. На ведущем ва-
лу 1 заклинено непрерывно вращающееся храповое колесо 2 и сидит свободно
диск 5, несущий собачку 5 с пружиной 8 и передвижной упор 4. Диск 3 должен
сообщить один оборот связанному с исполнительным органом зубчатому коле-
су 10 с последующей паузой. При поднятой штанге 6, удерживаемой в верхнем
положении защелкой 9, заклиненной на управляющем валу 7, собачка 5 выклю-
чена и диск 3 неподвижен. Когда время паузы исчерпано, вал 7 включается,
поворачивает защелку 9, штанга 6 от собственного веса опускается, вал 7 вы-
ключается, а диск 3 начинает вращение. К концу оборота диска его упор 4 под-
нимает штангу 6 вверх, вал 7 включается и подает под штангу защелку 9 —
диск 3 завершает оборот, начинается пауза.
Рио. 7.29
Храповые механизмы
521
Рис. 7.29. Механизм прерывистого движения ведомого вала 4 при постоянной
скорости ведущего 8. На сдвоенном кривошипе 2 (рис. а) шарнирно закреплены
собачка 3 и рычаг 6, соединенные между собой пружиной 9. Упор 1 (рис. б) вы-
ключает собачку 5, при этом храповое колесо 5 остается неподвижным. Упор 7
отклоняет рычаг 6 и собачка под действием пружины 9 включается в работу
с храповым колесом. Число пар упоров 1 и 7 и их расположение относительно
неподвижной стойки определяет характер прерывистого движения ведомого ва-
ла 4. Движение можно передавать только в одном направлении.
Рис. 7.30. Счетный механизм наборной машины. Механизм предназначен для
подсчета количества строк, поданных в полосу набора. Корпус механизма кре-
пится к кронштейну станины так, чтобы палец салазок, подающих строки, нажи-
мал на рычаг 6 с собачкой /, поворачивая при этом храповое колесо 2 с прикреп-
ленной к нему шкалой 8 на одно деление.
»Возврат шкалы в нулевое положение осуществляется нажатием на рычаг 3,
изготовленный за одно целое с кулачком 5, выключающим собачки / и 4. Дей-
ствием спиральной пружины 7 храповое колесо со шкалой возвращаются в нуле-
вое положение.
Обратный ход шкалы ограничен упором.
522
Раздел 7. Механизмы а прерывистым движением ведомого звена
АНКЕРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Рис. 7.31. Маятниковый спуск для двухстороннего вращения. В момент паузы
анкерная вилка 1 удерживает колесо 2, вращающееся под действием груза G,
за расположенные на торце колеса выступы 3.
Рис. 7.31
Рис. 7.32
Рис. 7.33
Рис. 7.32. Маятниковый спуск. Качающаяся вилка 1 позволяет колесу 2
вращаться с паузами по часовой стрелке под действием груза G.
Рис. 7.33. Маятниковый спуск. Включающим элементом служит качающийся
маятник.
ЕК
Рис. 7.34
Рис. 7.35
Рис. 7.36
Рис. 7.34. Маятниковый спуск с прямым стержнем. Ходовое колесо 2 этого
спуска имеет двойной зубчатый венец, а стерщень 1 в процессе качания под дей-
ствием груза G поочередно западает во внешний и внутренний ряды зубьев.
Рис. 7.35. Маятниковый спуск с плечами вилки, отличающимися на половину
шага. При каждом качании анкерной вилки 1 под действием груза G колесо по-
ворачивается на половину шага.
Рис. 7.36. Маятниковый спуск с анкерной вилкой. Наклонная поверхность /
зубьев спускового колеса 2 сообщает маятнику 3 импульсы, поддерживающие
его качание. Маятник под действием спиральной пружины, соединенной с коле-
сом 2 механизмом из зубчатых колес, получает одинаковые импульсы только в
Анкерные механизмы
523
случае очень точно выполненного--колеса.-Пружиня-е--моха-низмом из-зубчатых
колес на рассматриваемом рисунке и в последующих не показана.
Рис. 7.37. Маятниковый спуск. Анкерная вилка 1 поворачивается цевкой а
маятника.
Рис. 7.38. Анкерный спуск, действующий при вращении звездочки 2 в любую
сторону. Период действия спуска зависит от момента инерции вилки 3. С целью
изменить период действия спуска к анкерной вилке 3 прикрепляют дополнитель-
ный груз 1.
Рис. 7.39. Цилиндрический спуск. Эта схема применяется в механизмах де-
шевых карманных часов. Колебательное вращение цилиндра 1 позволяет колесу 2
вращаться в одном направлении.
Рис. 7.40
Рис. 7.41
Рис. 7.40. Храповой механизм двустороннего действия. Маятник 2 качается
под действием двух электромагнитов (не показанных на чертеже). Собачка 1 —
упорная, собачка 3 — натяжная. Зацепление собачек поддерживается их собст-
венной тяжестью. Механизм находит применение в электрических часах.
Рис. 7.41. Маятниковый механизм. При вращении храпового колеса 1 по ча-
совой стрелке механизм работает как маятниковый спуск, при вращении против
часовой стрелки — как привод маятника.
524
Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
Рис. 7.42. Маятниковый механизм с внутренним зубчатым венцом. При вра-
щении колеса 1 по часовой стрелке механизм работает как привод маятника,
при вращении колеса против часовой стрелки как маятниковый спуск.
Рис. 7.43. Маятниковый спуск с тремя зубьями на ведомой оси и двумя
упорами 1 на раме 2 маятника. Подача на 1/6 оборота за один цикл движения
маятника.
Рис. 7.44. Спуск с пальцем /, действующий при вращении ведомого диска 2
только по часовой стрелке. Период обычно регулируется маятником.
Рис. 7.45. Спуск зубчатого колеса 1 с зубьями на торце. На оси 2 укреп-
ляется маятник 3 или чаще балансир. Этот механизм под названием «биланец»
применялся в старинных часах.
Мальтийские механизмы
525
МАЛЬТИЙСКИЕ МЕХАНИЗМЫ
Рис. 7.46. Правильный четырехпрорезной мальтийский механизм. Междулу-
чид креста 4 профилируются по дугам окружности, обращенным выпуклостью
к оси креста, с радиусом, соответствующим радиусу стопорной шайбы 2, укреп-
ленной на ведущем валу 1. На ведущем валу укреплена также цевка 5, заходя-
щяя при вращении в прорезы. За один оборот ведомого вала крест четыре раза
поворачивается на 1/4 оборота и четыре раза останавливается. Неравномерное
вращение креста (см. кривые со и 8 на рис. б) вызывает дополнительную дина-
мическую нагрузку на крест. В случае удлинения прореза креста он обращается
в качающуюся кулису, угловая скорость и ускорение которой показаны на рис. б,
включая и тонкие штриховые линии.
Часть кривых, очерченных более толстыми линиями, соответствует движению
креста при отсчете ср от правого положения на линии центров цевки 3.
526 Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
Рис. 7.47. Пространственный мальтийский механизм (сферический). Ведущий
и ведомый валы мальтийского механизма расположены под углом 90°. Ведущий
вал с поводком 1 вращается непрерывно, ведомый вал 3 с мальтийским крестом
2 — с остановками.
Рис. 7.48. Мальтийский механизм, состоящий из ведущего диска 2 с двумя
цевками 3 и четырехпазовой звездочки 1. Время покоя и движения — одинаково.
Рис. 7.49. Восьмипрорезной мальтийский крест. 1 — ведущий диск, 2 — крест.
Рис. 7.50. Четырехпрорезный мальтийский крест с двумя различными пауза-
ми. Цевки 2 расставлены под углом %, поэтому одна пауза соответствует углу
поворота ведущего диска /, равному X — 90°, а вторая 270° — %.
Мальтийские механизмы
527
Рис. 7.51
Рис. 7.51. Мальтийский механизм внутреннего зацепления. Ведущий диск 2
с одной цевкой и ведомый мальтийский крест 1 вращаются в одну сторону. По-
2 тс
ворот креста на угол ср = соответствует повороту кривошипа на угол
*ф = л + ср. Время покоя 7П меньше времени Тд движения:
т _т __ Ф __ 2>2я Тд _ Тп _ 2
д п (01 (Oi ’ 71 J Т £ ’
где k — число прорезов.
Рис. 7.53
Рис. 7.52
Рис. 7.52. Мальтийский механизм. Ведущий диск 1 с одной цевкой приводит
в движение четыре креста 2. Во время повЬрота одного креста остальные три сто-
порятся.
Рис. 7.53. Неоднородный мальтийский механизм, в котором кривошип 1 со-
общает кресту 2 движения неравной продолжительности, пропорциональные соот-
528
Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
ветственно углам 2 (90—ср2') и 2(90-
соблюсти два условия:
k
а = —
m
Здесь m — число цевок;
k — число прорезов;
а — любое целое число.
(р2 ). При построении механизма необходимо
9
Рис. 7.54. Трехпрорезной трехцевочный безударный мальтийский механизм
с внешним зацеплением:
Т
7д1+ Гц2 + ТДз — TRi + Тп2 + — 2 ’
ТДт и —время движения и покоя креста 1 при зацеплении его с т-ой
цевкой 2;
Т — длительность одного оборота ведущего звена 3.
Рис. 7.55. Мальтийский механизм с нерадиальными прорезами. Цевки 2 веду-
щего диска 1 перемещаются в наклонных прорезах креста 3.
Рис. 7.56
Рис. 7.56. Шестипрорезной мальтийский механизм, характеризующийся тео-
ретически безударным входом цевки в прорез и плавным окончанием поворота
креста. Механизм допускает изменение углов прореза, установку сменных крестов
с различным числом прорезов при неизменных радиусе Р цевки и межосевых рас-
стояниях А.
Мальтийские механизмы
529
Рис. 7.57
Рис. 7.57. Однородный четырехпазовый дезаксиальный мальтийский механизм
внешнего занесения. Механизм теоретически безударный при указанном направ-
лении вращения. При изменении направления вращения вход цевки в прорез
будет теоретически безударным, выход — ударным. Стопорный ролик 6 стопор-
ного механизма 3—4—5, запирающий крест при его покое, управляется кулач-
ком 2, имеющим общую с кривошипом 1 ось вращения.
Число цевок
При изменении числа прорезов k от трех до практического максимума число
цевок изменяется от 6 до 2.
530 Раздел 7. Механизмы, с прерывистым движением ведомого звена
Рис. 7.58. Однородный дезаксиальный четырехпрорезной (мальтийский меха-
низм внутреннего зацепления. При повороте цевки 1 |на угол 2ф1 крест 2 повер-
нется в ту же сторону на угол 2гр1'. При повороте цевки на угол крест не-
подвижен.
Рис. 7.59. Схема четырехпрорезного одноцевочного ударного мальтийского
механизма с вращением креста 1 и цевки 2 в разные стороны, для которого
? + ?¥= — ,
A >R > А — г.
Мальтийские механизмы
531
При числе прорезов k
A sin
R=-----------------------.
( 1 , V
Sin ГС --+ -------
\ 1г Т )
Рис. 7.60. Схема четырехпрорезного двухцевочного неоднородного ударного
мальтийского механизма с вращением креста 1 и цевки 2 в разные стороны, для
которого
р = А sin Фт -
m sin(<pm + <pm) ’
r _ A sin <fm
m 81П(фт + <pm) ’
Puc. 7.61. Схема четырехпрорезного двухцевочного неоднородного ударного
мальтийского механизма с вращением креста 1 и цевки 2 в одну сторону, для
которого
р = Д sinum _ = A sin
"m sin(<pm —<рот) ’ m sin (<pm—<pm)
Рис. 7.62. Схема пятипрорезного двухцевочного однородного ударного маль-
тийского механизма, для которого
. гс Тд
ф = — ; ср = гс----;
Y k Т
Тя+Тп
— 2гс ;
Тпт — длительность периода покоя креста, следующего за m-ым рабочим
ходом креста L
532
Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
Рис. 7.63. Схема четырехпрорезного двухцевочмопо однородного ударного
мальтийского механизма с вращением креста и цевок в одну сторону. Необхо-
Рис. 7.64
димо, чтобы
A + r >R > А.
Рис. 7.64. Дезаксиальный мальтийский механизм с углом поворота креста /
на 180° за один оборот кривошипа 2. В мертвых положениях механизма, когда
цевка’ кривошипа находится в средней части паза, реверсивное вращение креста
устраняется переводными стрелками 3.
Рис. 7.65
Рис. 7.65. Мальтийский механизм. Мальтийский крест 2 во время пауЗы фик-
сируется кулачком 3, вводящим ролик в прорез 1 креста. Механизм пригоден для
любого направления вращения ведущего вала.
Рис. 7.66. Мальтийский механизм. Направление движения ведомого и веду-
щего звеньев одно и то же. Ведущий диск 2 снабжен криволинейным торцовым
пазом постоянной хорды и небольшим выступом на внешней стороне обода. Ведо-
мая звездочка 1 имеет четыре цевки 3, попарно входящие в прорез. На рисунке
показано положение покоя, когда все цевки скользят по цилиндрическим поверх-
ностям перед началом вращения.
Мальтийские механизмы
533
Рис. 7.67. Мальтийский механизм. Ведущий диск 3 снабжен цевкой 2 оваль-
ного сечения, а прорезы четырехлучевого креста 1 имеют непараллельные боко-
вые стенки. Механизм позволяет получить поворот креста на 1/4 оборота за 1/&
оборота ведущего диска и работает без ударов.
Рис. 7.68. Механизм с остановками. Ведомому кресту 1 передается прерыви-
стое реверсивное движение с помощью четырехзвенника с коромыслом 2 регу-
лируемой длины, а остановки изменяются по фазе. За один оборот кривошипа $
крест имеет два периода движения и два, периода покоя.
Рис. 7.68
Рис. 7.69 Рис. 7.70
Рис. 7.69. Мальтийский механизм с неравномерным движением цевки. Во*
время движения креста на большом участке пути угловая скорость приближается
к постоянной. Отношение времени паузы к времени движения в этом механизме
больше, чем у нормального мальтийского механизма.
Оси вращения ведущего кривошипа 3 и коромысла 2 с цевкой смещены на
величину е.
Рис. 7.70. Мальтийский механизм, в котором угловая скорость креста 1 при-
ближается к (постоянной. В механизме посредством криволинейного паза в копи-
534 Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
ре 2 длина г кривошипа изменяется так, что в положениях, при которых в нор-
мальном кресте угловая скорость наибольшая, в рассматриваемом механизме дли-
на г кривошипа наименьшая.
Угловые скорость соКр и ускорение креста еКр могут быть найдены по фор-
мулам:
Лр cos 7+Лр sin 7 — р2
о)кп = со------------------;
р А2—24pcos7 + p2
Лео2
екр ='-^-----IP (Р2 — Л2) sin 1 + 2Р'И2 cos 7 — 2Лр + р2cos
(Л2—2Лрсоз7 + р2)2
+ Лр' sin 7 cos 7 — рр' sin 7) + р" (Л2 sin 7 — 2Лр sin 7 • cos 7 + р2 sin 7)],
где у — угол, 'определяющий мгновенное положение кривошипа относи-
тельно линии центров;
р = f(y) —радиус-вектор кривой, описываемой центром цевки;
со — угловая скорость цевки;
Л — межосевое расстояние.
Рис. 7.71. Мальтийский механизм с некруговым движением цевки, закреплен-
ной на шатуне 1 шарнирного четырехзвенного механизма ОВСД. Поворот кре-
ста 2 совершается с более равномерной угловой скоростью, габариты механизма
увеличиваются, точность вследствие износа шарниров уменьшается.
Рис. 7.72. Шестипрорезной мальтийский механизм с некруговым движением
цевки 1, траектория которой задается профилем пазовой шайбы 3. Поводок 2
с прямолинейным пазом установлен на валу механизма и в период передачи
движения мальтийскому кресту перемещается в радиальном направлении.
а — траектория центра цевки 1.
Мальтийские механизмы
535
Рис. 7.73
Рис. 7.74
Рис. 7.75
Рис. 7.73. Четырехпрорезной мальтийский механизм, в котором уменьше-
ние угла поворота ведущего звена /, необходимого для поворота креста 2, до-
стигается включением в кинематическую цепь шарнирного антипараллелограмма
О АВС. Для предотвращения обратного движения звеньев при выходе из мерт-
вого положения звенья ОА и ВС снабжены зубьями.
Рис. 7.74. Мальтийский механизм, в котором периодический поворот кре-
ста 1 производится от равномерно вращающегося вала 3 посредством пары эл-
липтических колес 5—4 и кривошипа 2, заклиненного на валу колеса 5. Поворот
креста совершается при наиболее высокой скорости кривошипа 2, вследствие
чего время поворота креста уменьшается.
Рис. 7.75. Механизме длительной остановкой. На ведущем аалу 7 заклинено
неполное зубчатое колесо 6, несущее рычаг 1 с двумя цевками 2 и 8. Колесо 6
зацепляется с неполным звездчатым зубчатым колесом 5, на валу которого за-
клинен кривошип 4 мальтийского механизма. При непрерывном вращении вала
7 кривошип 4 (часть оборота) остается неподвижным, а остальная часть оборота
вращается с угловой скоростью, значительно превышающей угловую скорость
ведущего вала. Это позволяет получить необходимое время покоя креста 3 без
удлинения времени его поворота.
536 Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
СТЕРЖНЕВЫЕ МЕХАНИЗМЫ С ОСТАНОВКАМИ
Рис. 7.76. Механизм с длительной остановкой ведомого звена в крайнем по-
ложении. К шарнирному четырехзвеннику ОАВС присоединена двухповодковая
группа MDF, причем длина звена MD равна радиусу окружности, приближаю-
щейся к траектории точки М на некотором участке. Центр D выбран так, что в
крайних положениях звена FD точка D совпадает с центром дуги на траектории
точки М, в результате чего звено FD неподвижно в течение некоторого времени.
Если принять размеры звеньев:
АВ = ВС=ВМ = 1; МО =0,66;
АО = г = 0,305;
СО = а = 0,76;
ср = 114°;
FD = 0,8;
CF = 1,66;
OF = 2,36,
то продолжительность остановок приблизительно равна половине оборота кри-
вошипа .
Рис. 7.77. Механизм Чебышева, известный под названием «Сортировалки».
«Относительные размеры основных звеньев механизма те же, что и на рис. 7.76.
Дополнительно присоединена двухповодковая группа KNP в тбчке К к ведомому
Звену и к неподвижному звену в точке Р. В крайнем правом положении коро-
мысло DF получает длительную остановку, равную половине оборота кривоши-
па АО (в этот момент зерно засыпают в лоток); затем коромысло вместе с лот-
ком быстро совершает полное качание, в процессе которого звено NP закрывает
выходное отверстие бункера, открывая его лишь в момент остановки.
Рцс. 7.78. Механизм с остановкой ведомого звена на полпути. При непрерыв-
кой вращении кривошипа АО коромысло DF совершает колебательное движение
с остановкой в середине рабочего хода, поскольку траектория точки М на некото-
ром участке мало отличается от дуги окружности, а длина звена MD равна ра-
диусу этой окружности. Центр F выбран так, что в среднем положении коромыс-
ла F точка приходит в центр этой окружности. Размеры звеньев следующие:
АВ = ВС = ВМ = 1; MD= 1,603;
АО = г = 0,54; FD = 0,695;
СО = а=1,3; CF = 1,8;
ср = 80°; OF = 2,78.
Стержневые механизмы с остановками
537
Рис. 7.79. Механизм с остановками в крайних положениях. Размеры звеньев
следующие:
АВ = ВС = ВМ = 1; CF = 1,47;
Д0 = г = 0,43; = 95°;
СО = а= 1,15; FD = 0,41;
Л4Г> = 3,34; OF = 2,51.
Траектория точки М шатуна АВ четырехзвенника ОАВС имеет два участка
приблизительно равной кривизны. Длина звена MD равна радиусу окружности,
совпадающей с этими участками. Центр F выбран так, что в крайних положени-
ях точка D приходит в центры этих окружностей, вследствие чего звено DF в
крайних положениях неподвижно.
Рис. 7.80. Механизм противовращательной рукоятки с остановкой ведомого
звена (Чебышева). За половину оборота кривошипа АО точка М движется при-
близительно по окружности. Длина звена MD равна радиусу окружности, сов-
падающей с этой траекторией. Центр F и длина звена FD выбраны так, что в од-
ном из средних положений механизма точка D приходит в центр указанной
MMi
окружности. Нужно, чтобы FD = ——, и тогда звенья MD и FD в средних поло-
жениях механизма вытягиваются в одну линию. Наличие предельных положений
требует установки маховика, связанного со звеном FD, который должен вращать-
ся по часовой стрелке.
Размеры звеньев: , , i
ДД ВС = ВМ = 1; MD = 0,403;
ДО = г = 0,19; /?/) = 0,12;
СО = а= 1,11; CF = 2,05.
Рис. 7.81
Рис. 7.81. Шарнирный механизм с двумя остановками ведомого звена EF.
Остановка произойдет при движении точки D по участкам траекторий, ограни-
ченным углами гр! и грг.
538 Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
Рис. 7.82. Шарнирный механизм с остановкой двух звеньев GF и ED. В этом
механизме остановка одного звена начинается в момент трогания с места второго
звена.
Рис. 7.83. Механизм с остановкой ведомого звена в середине прямого и об-
ратного ходов. Поворот кривошипа ОА на угол щ = 90° соответствует движению
ведомого звена FD, последующее вращение кривошипа на угол а2 = 38° соответ-
ствует остановке ведомого звена и вращение кривошипа на угол а3 = 52° — дви-
жению ведомого звена. Обратный ход ведомого звена симметричен прямому.
Рис. 7.84. Шарнирный механизм для движения с остановками. Центр кри-
визны траектории точки Е шатуна АС шарнирного четырехзвенника OACD на-
ходится в точке F, за время движения которой по приближенной дуге окружно-
сти радиуса EF коромысло HF будет почти неподвижно.
Рис. 7.85. Шарнирный механизм с одной остановкой ведомого звена EF.
В точке D к шатуну АВ четырехшарнирного механизма присоединяется двухпо-
водковая группа FED\ длина поводка ED равна радиусу кривизны участка тра-
ектории, (в пределах угла гр), <мало отличающегося от дуги окружности. Во время
движения точки D по указанному участку траектории звено EF неподвижно.
Стержневые механизмы с остановками
539
Рис. 7.86. Кривошипно-коромысловый механизм с присоединенной в шатун-
ной точке С диадой. Коромысло DF имеет приближенный высотой в пределах
угла ф.
Рис. 7.87. Механизм с двумя выстоями ведомого звена в конце хода. К на-
ходящимся в зацеплении зубчатым колесам и г2 прикреплены шарнирно звенья
AM и MD. Размеры звеньев подобраны так, что части траекторий шарнира М
являются дугами окружностей одного радиуса от 1 до 2 и от 3 до 4. Длина зве-
на ВМ равна радиусу кривизны этих участков траектории. Ведомым звеном яв-
ляется звено BF.
540 Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
Рис. 7.88. Кривошипно-шатунный механизм с длительной остановкой. По
неподвижному колесу 1 катится колесо 2. Отношение диаметров начальных ок-
ружностей колес равно 3:1. Палец А шатуна АВ описывает гипоциклоиду, ветвь
которой близка к дуге окружности. Так как длина шатуна равна радиусу упомя-
нутой дуги,'то ползушка В будет неподвижной в правом крайнем положении.
Тот же эффект будет в случае, если колесо с внутренним венцом заменить ко-
лесом с внешним венцом того же диаметра, сцепив широкое колесо z3 (с цент-
ром О2) с колесами г2 и
Стержневые механизмы с остановками
541
Рис. 7.89. Кривошипно-шатунный механизм с паузами в середине хода. Пол-
.зун 1 перемещается по направляющим 2 станины посредством шатуна 3, соеди-
ненного с кривошипом 4, который свободно установлен на валу 11 и на своей
ступице имеет диск 5 с двумя вырезами.
На валу 11 жестко закреплен рычаг 6 с собачкой 7, которая входит в один
из вырезов на диске под действием пружины и передает вращение кривошипу 4.
К собачке 7 прикреплен палец 8. На неподвижной станине закреплен упор 9, ко-
торый выводит собачку 7 из зацепления с диском кривошипа посредством паль-
ца 8.
542
Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
В этот же период фиксируется неподвижное положение ползуна 1 фикса-
тором 10. Дальнейшее вращение рычага 6 происходит при неподвижном криво-
шипе 4 до встречи собачки 7 со следующим вырезом на диске ступицы кри-
вошипа.
Следует отметить, что в кривошипно-шатунном механизме углы поворота
кривошипа, соответствующие положению ползуна в средней части его пути, не
одинаковы, поэтому угол между вырезами не равен 180°.
Рис. 7.90. Шарнирный механизм с остановкой. К точке М шатуна АВ четы-
рехзвенника ОАВС присоединено звено DM, связанное с ползуном. Траектория
точки М на участке Л41М2 мало отличается от дуги круга радиуса DM, поэтому
перемещение точки М по этому участку траектории соответствует остановке?
ползуна.
Рис. 7.91. Механизм прерывистого движения. Участок траектории, описывае-
мой точкой М шатуна за время поворота кривошипа на угол а, представляет
собой дугу радиуса Р, равного длине шатуна MS. При прохождении точки М па
дуге Л4]М2, стягивающей угол р, ползушка S неподвижна.
Стержневые механизмы, с остановками
543
Рис. 7.93,
Рис. 7.92. Кривошипный механизм с зубчатыми колесами для движения пол-
г2
зуна Е с остановкой. В планетарной передаче с — = 3 точка С описывает
zi
траекторию, приближающуюся к дуге окружности радиуса СЕ. Ползун Е имеет
приближенный выстой за время, равное почти 1/3 времени полного оборота во-
дила ОА, хороший выстой для 1/4 времени оборота водила и очень хороший выс-
той для угла поворота водила в пределах —30°^ ср ^30°.
Рис. 7.93. Механизм для движения с остановкой ползуна D в верхнем край-
нем положении. Привод осуществляется от водила ОА планетарного механизма
г2
(круги Кардана, '—= 2) посредством шатунов ВСЕ и CD.
zi
544
Раздел 7. Механизмы, с прерывистым движением ведомого звена
Рис. 7.94. Соосный мальтийский механизм. Четырехпазовый крест 4 приво-
дится в движение цевкой шатуна 2 кривошипно-шатунного механизма при соот-
ношении времени движения к времени выстоя равном 1/2. Чтобы включение
креста было безударным, линия ОС должна служить касательной в точке С
к шатунной кривой ус. После окончания поворота креста шток 3 вводится в ра-
диальные отверстия в кресте и последний надежно стопорится, р — мгновенный
центр вращения механизма.
Рис. 7.95. Механизм возвратно-поступательного движения с длительными
паузами в крайних положениях. На непрерывно вращающемся с постоянной ско-
ростью ведущем валу 7 закреплен диск 8 с пальцем, снабженным роликом 9У
скользящим в вертикальном пазу кулисы, укрепленной на зубчатой рейке 10, дви-
жущейся возвратно-поступательно. Ход рейки и радиус зубчатого колеса 5 вы-
браны так, что последнее совершает поочередно полный оборот по и против часо-
вой стрелки за один оборот вала 7.
Ведомым звеном механизма является ползун 1, который приводится в дви-
жение рычагом 2 с сектором шестипазового мальтийского креста. Кривошип 3
креста с цевкой 4 совершает такое же движение, как и зубчатое колесо 5, так
как установлен с ней на одном и то ж.е валу.
Перемещение ползуна 1 из одного крайнего положения в другое соответст-
вует повороту кривошипа 3 на угол 120°, а периоды остановки ползуна 1 (в край-
них положениях) соответствуют повороту кривошипа 3 на 240°.
Стержневые механизмы с остановками
545
18 С. Н. Кожевников и др.
546
Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
Рис. 7.96
Рис. 7.96. Кривошипно-кулисный механизм с остановками в конце каждого
хода. Кулиса 8 поддерживается в вертикальном положении направляющими кам-
нями 5 и 7 ц получает возвратно-поступательное движение от пальца кривошипа
6 с ползуном 9. Вал 10 кривошипа 6 установлен в отверстии диска зубчатого ко-
леса 2 и соединен жестко с зубчатым колесом 4, которое находится в зацеплении
с невращающимся зубчатым колесом 3. Передаточное отношение колес 3 и 4
равно двум. Ведущим звеном механизма является колесо 1. Центр пальца кри-
вошипа 6 совершает сложное движение, вращаясь относительно оси колеса 4,
ось которого вращается относительно оси колеса 2. Траектория центра пальца
кривошипа 6 (рис. б) с двух сторон в пределах угла, равного 60°, близка к пря-
мой, поэтому кулиса 8 на этих участках траектории остается неподвижной.
Рис. 7.97. Стержневой механизм с остановкой, применяемый в болтообрезных
автоматах, составленный из шарнирного четырехзвенника OABDC с присоеди-
ненной диадой. Почти полная остановка ползуна осуществляется за счет следую-
Стержневые механизмы с остановками
547
щих одно за другим мертвых положений кривошипно-коромыслового и криво-
шипно-шатунного механизма («кривошипом» служит коромысло DC четырехзвен-
ника). На фигуре показаны крайние положения механизма.
Рис. 7.98
Рис. 7.98. Стержневой механизм с остановкой, используемый в крупных бол-
тообрезных автоматах. Схема отличается от приведенной на рис. 7.97 сравни-
тельно меньшей длительностью выстоя ползуна и увеличенными габаритами.
18*
548 Раздел 1. Механизмы, с прерывистым движением ведомого звена
Рис. 7.99. Механизм с длительной остановкой, применяемый в кривошипных
прессах для глубокой вытяжки. Внутренний ползун 1 (рис. а), осуществляющий
вытяжку, приводится в движение кривошипно-шатунным механизмом О АВ, а на-
ружный прижимной ползун 2 — от сдвоенного коленно-рычажного механизма.
Остановка наружного ползуна длится в течение 1/3 оборота коленчатого вала 3.
На рис. б дан график перемещения ползуна 2 в функции угла поворота колен-
чатого вала 3.
Стержневые механизмы с остановками
549
Рис. 7.100
Рис. 7.100. Кулисный механизм с остановкой в левом крайнем положении.
Остановка обеспечивается тем, что средняя линия паза кулисы 1 в некоторой сво-
ей части очерчена дугой радиуса, равного длине кривошипа 2.
Рис. 7.101
Рис. 7.101. Механизм движения ползуна с паузой в одном конце хода. Веду-
щим звеном механизма является коромысло 2, которое совершает качательное
движение в пределах угла а. В пределах угла качания 0 осуществляется переме-
щение ползуна 1 как при движении коромысла по часовой, так и против часовой
стрелки, а в пределах угла а — 0 ползун 1 остается неподвижным, так как ро*
лик 3 перемещается по дугообразной части паза, концентричной валу коромысла.
Механизм применяется в автоматах для накатки цоколя с винтовой резьбой
на корпус электрической пробки.
550
Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
Рис. 7.103
Рис. 7.102. Кулисный механизм с остановкой в крайнем положении. Траек-
тория точки М шатуна АВМ подбирается таким образом, чтобы на некотором
участке она была прямолинейной. В таком случае за время прохождения точ-
кой М прямолинейного пути кулиса FM будет неподвижна.
Рис. 7.103. Сложный механизм, в котором кулиса ТМ останавливается в пра-
вом крайнем положении нри непрерывном вращении кривошипа ОА. Поводки FF
и GC также имеют длительную остановку при некоторых положениях кривошипа.
Стержневые механизмы с остановками
551
Рис 7.105
Рис. 7.104. Механизм с остановкой ведомого звена в середине прямого и об-
ратного ходов. В зависимости от угла поворота кривошипа продолжительность
движения и покоя кулисы распределяется следующим образом: ai=90°— движе-
ние; а2 = 38°— покой; а3 = 52° — движение.
Обратный ход симметричен прямому.
Конструктивным недостатком механизма является значительная длина
кулисы.
Рис. 7.105. Механизм с остановкой. Траектория точки Е шатуна шарнирного
четырехзвенника OABD мало отличается от прямой на одном из ее участков. Ку-
лиса с центром вращения F жестко связана с направляющей, проходящей через
точку Е шатуна. За все время движения точки Е по прямой кулиса неподвижна.
552 Раздел 7. Механизмы, с прерывистым движением ведомого звена
Рис. 7.106
Рис. 7.106. Шатунный механизм с остановками коромысла, имеющий пере-
менные длины звеньев с целью изменения длительности выстоя коромысла 3 в
заданных границах при неизмененном его угловом ходе. Для регулировки выстоя
в шатуне 1 предусмотрен прорез, а звено 2 — переменной длины. Длины отрезков
АС и CD изменяются одновременно.
Рис. 7.107. Механизм с остановками и переменным ходом регулируемого по
длине коромысла FE при приближенно неизменном положении его выстоя. Длина
звена СЕ при регулировке углового хода коромысла FE остается неизменной.
Шарнир С устанавливается и фиксируется в заданном положении.
Стержневые механизмы с остановками
553
Рис. 7.108. Механизация для поступательного движения звена 5 с останов-
ками. При повороте кривошипа 1 в пределах угла а (угол поворота больше 90°)
точка С будет лежать на прямолинейном участке ^шатунной кривой, совпадаю-
щей с наклонной осью кулисы 5, которая будет иметь приближенный выстой.
Рис. 7.109
Рис. 7.109. Шатунный механизм с остановками коромысла FE и перемен-
ной амплитудой его движения, регулируемой перестановкой оси шарнира D в
прорезе коромысла и одновременным изменением длины шатуна — стяжки CD.
554
Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
Рис. 7.110. Механизм прерывистого движения с остановками и регулируемым
ходом ведомого звена. Изменяя и фиксируя положение звена 4 относительно
коромысла 5, можно воспроизвести одну или две остановки кулисы 5 и, кроме
того, изменить величину хода и фазу. Величина хода изменяется также пере-
становкой пальца В. Ведомое звено 5 останавливается при движении пальца С по
круговому пазу.
Рис. 7.111. Механизм движения ведомого звена 5 с остановкой в левом край-
нем положении. Соотношение между величиной и продолжительностью следую-
щих друг за другом ходов звена 5 можно регулировать перестановкой пальца В
и звена 4 относительно 3.
Стержневые механизмы с остановками
555
Рис. 7.112
Рис. 7.112. Механизм, аналогичный предыдущему, представляющий соедине-
ние кривошипно-коромыслового механизма ОАВО^ с кулисными О^СО2 и О]МО2.
Перестановкой пальца В и звеньев 4 относительно 5, регулируется движение ве-
домого звена 5.
Рис. 7.113
Рис. 7.113. Механизм движения с остановками. На ведущем валу закреплены
кривошип, соединенный шатуном со скользящей по плоскости зубчатой рейкой 6,
и кулачок 4, приводящий в движение запирающий ведомую часть во время пау-
зы рычаг 5. На ведомом валу жестко закреплены диск 1 с выемками и храповое
колесо 5, собачка которого укреплена на зубчатом колесе 2, свободно сидящем
на ведомом валу и находящемся в зацеплении с рейкой 6. При вращении веду-
щего вала одной половине его оборота соответствует рабочее движение ведомого
вала, а другой половине — пауза. Подбирая радиусы зубчатого колеса, кривоши-
па и число зубьев на храповом колесе 3, можно‘за один оборот ведущего вала
получить любой угол поворота ведомого вала.
556 Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
Рис. 7.114
Рис. 7.114. Механизм с паузой в конце хода ползуна и быстрым обратным
ходом. Ползун 3 с выступами 7, 4 и 10 удерживается на станине Т-образной на-
правляющей 6. Вал 1 с закрепленным на нем рычагом 9 вращается с небольшой
скоростью и в зацеплении с выступом 10 поднимает ползун 3 до положения,
указанного штрих-пунктирными линиями. В этом положении выступ 7 фиксирует-
ся собачкой 8 и ползун остается неподвижным до момента, пока рычаг 9, вра-
щаясь, не повернет собачку относительно ее оси. Движение ползуна вниз осуще-
ствляется под действием собственного веса ползуна и усилия сжатой пружины,
установленной на штоке 2. Пружина на схеме не показана. Упор 5 определяет
крайнее нижнее положение ползуна.
Стержневые механизмы с остановками
557
Рис. 7.115. Механизм, сообщающий ползуну попеременно длинные и корот-
кие ходы с паузами в конце каждого хода.
Ведущим звеном механизма являете^ движущийся возвратно-поступательно
ползун 7, ведомым — ползун 3 с роликом 2.
Ролик 2 при перемещении ползуна 1 перекатывается по верхним боковым по-
верхностям рычагов 4, 5 и пластины 6, которые смонтированы на ползуне 1.
Рабочая поверхность пластины 6 и рычага 4 расположены горизонтально и соот-
ветствуют периодам пауз, при перекатывании ролика 2 по наклонной поверхно-
сти рычага 5 осуществляется перемещение ползуна 3 по вертикали.
Рычаги 4, 5 и 7 соединены шарнирно и образуют параллелограмм с поступа-
тельно движущимся рычагом 4. Изменение высоты подъема ползуна 3 осущест-
вляется автоматически поворотом кулачка 8 на угол 90° в конце рабочего хода
посредством упора 11 и звездочки 9, соединенной с кулачком 8. Постоянный кон-
такт выступа рычага 5 с кулачком 8 обеспечивается пружиной 10.
Механизм применяется для изготовления картонной тары при изменении
Длины хода путем смещения верхней крайней точки ползуна.
558 Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
КУЛАЧКОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ С ОСТАНОВКАМИ
Рис. 7.116. Кулиса с приводом от треугольного кулачка, представляющего
собой ограниченный дугами одинакового радиуса равносторонний треугольник.
Кулиса в крайних положениях остается неподвижной в течение времени, соот-
ветствующего повороту ведущего вала на 60°. Максимальная длина хода кули-
сы равна радиусу, которым очерчен профиль кулачка. График перемещений ку-
лисы приведен на рис. б.
Движение вправо начинается в момент, когда оа займет горизонтальное по-
ложение. В течение первых 60° угла поворота кулачка
S = 7? (1 — cos ср); 0° < ср < 60°.
Кулачковые механизмы с остановками
559
В течение вторых 60°, когда кулису ведет уже точка в
S = К sin (с? — 30°); 60° < ср < 120°.
Кривая скоростей кулисы имеет точку заострения при
Ф=60° на участке 0° < ф<60°.
v = sin ср,
а на участке 60°<ф<120°
v = со^ cos (ср — 30°).
Ускорения на участке 0°<ф<60°
а = Wj R cos ср
и на участке 60°<ф<120°
а = — о)2 R sin (ср — 30°).
При ф=60° кривая ускорений претерпевает разрыв. Скачок ускорения Да=
= (О127?. Такой же скачок ускорения будет в начале и в конце движения кулисы.
Рис. 7.117
Рис. 7.117. Механизм для преобразования равномерного вращательного дви-
жения в неравномерное с остановками. От ведущего диска 7, снабженного
криволинейными пазами 8 и 9, движение с помощью коленчатого рычага 6
и тяги 5 передается угловому рычагу 4 с собачкой 1 и одновременно от ры-
чага 10 и тяги И — собачке 12 с осью качания на станине. Собачки 12 и 1
связаны между собой звеньями 2 и 13, шарнирно укрепленными на плече 14.
Кривые пазов 8 и 9 подобраны так, что в момент включения собачки 1 со-
бачка 12 выключается. Моменту прохождения ролика рычага 6 по участку
кривой, описанной радиусом из центра диска 7, соответствует остановка ры-
чагов 6, 5, 4 и колеса 3. Характер движения колеса 3 изменяется подбором
кривых пазов 8 и 9 и длины звеньев 4 и 6.
560 Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
Рис. 7.118. Механизм возвратно-по-
ступательного движения с остановкой,
используемый для подачи листового ма-
териала из штабеля в машину. Направ-
ляющей 5 движение сообщается от ку-
лачка 1 через рычаг 12. Рычаг 3 напра-
вляющей 5 может качаться относитель-
но центра 4, сообщая выступу 2 движе-
ние подачи листа в машину. В пазу тя-
ги 11 перемещается выступ 7 направля-
ющей 5,. длина хода которого регули-
руется винтом 6. Выступ 7 соединен с
рычагом 10 пружиной 8. При переме-
щении выступа 7 относительно тяги 11
кольцо 9 сообщает движение рычагу 10
и, следовательно, рычагу 3 подачи. Оси
заштрихованных валов неподвижны от-
носительно станины.
Профиль кулачка обеспечивает ос-
тановку тяги 11 в конце каждого хода,
а изменение длины паза позволяет уд-
линить продолжительность паузы в дви-
жении направляющей 5.
Рис. 7.119
Рис. 7.119. Механизм привода цепного конвейера с остановкой для пере-
носа контейнеров и их наполнения. Движение ведомой звездочке 6 приводно-
го вала 3 сообщается через дифференциал, поводок 8 которого качается кулач-
ком 9. Если, например, на каждом отрезке конвейерной цепи, равном длине
делительной окружности звездочки, имеется четыре станции заполнения кон-
тейнеров и время пауз, найденное опытом, соответствует 1/в оборота вала 3, то
/ г4
необходимо, чтобы за % оборота вала 3 кулачок сделал % оборота I — =
= 4) и обеспечил надлежащее обкатывание колеса 5 по колесу 7 так, чтобы
Кулачковые механизмы с остановками
561
колесо 7 со звездочкой в течение Ve оборота вала 3 оставались неподвижными.
Известно, что для конического дифференциала, состоящего из одинаковых ко-
лес, одно из центральных колес будет неподвижным, если скорость водила
вдвое меньше скорости ведущего колеса. х
Рис. 7.120. Эксцентриковый механизм прерывистого движения конвейера про-
волочно-свивочной машины. Прерывистое движение барабану 3, несущему звез-
дочку или зубчатое колесо (на рис. не показано), сообщается при помощи кри-
вошипно-шатунного механизма с ведущим эксцентриком на валу 5, ползун 6 ко-
торого, являющийся одновременно фиксатором барабана 3, перемещается в на-
правляющих неподвижного барабана 7.
На противоположном конце шатуна 2 шарнирно укреплен второй ползун 4,
движущийся в соосной с барабаном 3 кулисе 2 и периодически входящий в па-
зы барабана. В результате за каждый оборот вала 5 барабан 3, имеющий на тор-
це z пазов, поворачивается на— оборота приводным зубом 4 и запирается в
неподвижном положении фиксирующим зубом 6,
562
Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
Рис. 7.121. Механизм возврат-
но-поступательного движения с
остановкой. Плоский кулачок 4
приводит ползун 5, сообщающий
движение механизмам. В профиль-
ном пазе кулака предусмотрен
црямой участок. Трение в меха-
низме достаточно, чтобы удер-
жать ролик 3 в контакте с про-
филями 1 или 2 паза при движе-
нии вперед и назад.
Рис. 7.122. Механизм возвра-
тно-поступательного движения
ползунка с остановкой для выса-
дочной машины. От шатуна 2
приводится в движение ползун
1, который может быть связан
или разъединен с ползуном 3 по*
Я-Я
Кулачковые механизмы с остановками
563
средством подпружиненного пальца 12. Эта связь устанавливается с помощью дис-
ка П, снабженного четырьмя пальцами 9, и профилированного скоса. При воз-
действии неподвижного упора 10 на пальцы диска 11 последний поворачивается
на 90° и благодаря наличию скоса 8 смещается вдоль оси, выводя палец 12 из
гнезда ползуна 3.
Точность остановки ползуна 3 в левом крайнем положении обеспечивается
находящимися в одностороннем контакте захватами 6 и 7 и в правом положе-
нии — подпружиненным фиксатором 4, входящим в гнездо 5.
После трех ходов совместного движения ползун 3 останавливается.
Рис. 7.123. Кривошипно-кулисный механизм с паузами по завершении каж-
дого хода. На ведущем валу 8 закреплен кривошип 2 с роликом 1 на пальце.
Кулиса 6, которая прикреплена к суппорту 4 и перемещается по направляю-
щим станины 10, имеет два круговых паза 3 и 7, радиус кривизны которых равен
радиусу кривошипа 2. Внешние участки паза ограничены плоскостями. Переход
ролика 1 из прямого участка паза кулисы в круговой и наоборот Обеспечивается
стрелкой 5, удерживаемой в положении, показанном на рисунке при помощи пру-
жины 9. Остановка ползуна с кулисой будет иметь место в обоих крайних его
положениях, причем длительность покоя определяется величиной угла, на кото-
рый опирается дуга криволинейного паза.
Механизм применяется для гибки при производстве изделий из проволоки.
564 Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
ЗУБЧАТЫЕ МЕХАНИЗМЫ С ОСТАНОВКАМИ
Рис. 7.124. Механизм прерывистого движения. Ведущее колесо-сегмент 1 с
десятью зубьями зацепляется с нормальным десятизубым колесом 2, снабженным
диском с вырезами на десять положений, необходимых для фиксации ведомого
колеса 2 в момент остановки.
Рис. 7.125
а
Рис. 7.126
Рис. 7.125. Механизм прерывистой
передачи движения между скрещиваю-
щимися валами. Ведущее звено 1 вы-
полнено в виде барабана с пазом а.
На участке 3 паз выполнен в виде
винтовой канавки. Колесо 2 поворачи-
вается на угол, соответствующий од-
ному шагу.
Рис. 7.127
Рис. 7.126. Механизм, в котором ведущий диск
выступа передает движение с остановкой звездочке
1 посредством спирального
3 с цевками 2. Движение
Зубчатые механизмы с остановками
565
звездочки происходит в период зацепления цевок с выступом, очерченным по
спирали в пределах угла ф. Остальная часть оборота диска 1 -соответствует
остановке ведомой звездочки.
Рис. 7.127. Механизм вращения цепного барабана рашель-машины. Шайба 1
с торцовыми профилированными выступами, жестко закрепленная на равномерно
вращающемся валу 2, находится в одностороннем зацеплении с зубчатым коле-
сом 3, имеющем фасонные зубья. Колесо 3 и связанный с ним цепной барабан 4
получает прерывистое движение одного направления.
Рис. 7.128. Механизм периодического движения нижнего барабана рашель-ма-
шины. На вращающемся вертикальном валу 1 установлена наклонная шайба 2Г
сообщающая колебательное движение рычагу 3 и, следовательно, толкателю 4, ко-
нец которого с выступом 4а проходит в отверстие рычага 5. Рычаг 5 остается
неподвижным до тех пор, пока отводка 8 не повернет толкатель 4 в направлении
стрелки; при этом, выступ 4а толкателя 4 поднимает рычаг 5 и улитку 6 вверх.
Улитка 6 входит в зацепление с зубчатым колесом 7 и поворачивает его на один
зуб.
Рис. 7.129. Цевочный механизм внутреннего зацепления с остановками. Ве-
дущее звено-/ сообщает эпизодическое вращение в том же направлении цевоч-
ному колесу 2 с цевками 3. Для предупреждения самопроизвольного поворота
колеса 2 звено / снабжено запирающей дугой СД, скользящей по соответствую-
щим дугам колеса 2.
566 Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
Рис. 7. 130. Зубчатый цевочный механизм движения с остановкой. Ведущий
диск 1 снабжен зубом 2, воздействующим на цевки 3 колеса 4. За один оборот
2тг
диска цевка повернется на угол ср = - . Здесь z — число цевок. Диск 5 с полу-
z
круглыми гранями фиксирует неподвижность колеса 4 в период, когда зуб 2 не
зацепляется с цевками.
Рис. 7.131
Рис. 7. 131, Звездчатый механизм с двумя остановками. Ведущий диск 1
снабжен семью цевками на секторе 2 и четырьмя на секторе 3, для которых на
ведомом звене 4 предусмотрено соответствующее число прорезей, обеспечиваю-
щих во время зацепления равномерное вращение ведомого звена. Для плавного
перехода от покоя к равномерному вращению первая и последняя цевки зацеп-
ляются с пазом соответствующего профиля на звездочке 4. Расчет по формулам
рис. 7. 136.
Рис. 7.132. Звездчатый механизм для передачи прерывистого движения от
рейки к звездочке. Во время паузы звездочка 3 стопорится направляющей 4. Дви-
жение звездочке сообщается при зацеплении цевок 2 на рейке 1 с зубьями звез-
дочки.
Зубчатые механизмы с остановками
567
Рис. 7.134 -
Рис. 7.133. Звездчатый механизм, сообщающий прерывистое движение рейке.
Зубья рейки 1 очерчиваются по кривой, эквидистантной циклоиде. Время дви-
жения соответствует дуге на колесе 2, равной сумме шага и дуги зацепления.
На фигуре сверху приведена передача для движения с остановками в одном на-
правлении, снизу — для возвратно-поступательного движения.
Рис. 7.134. Звездчатый механизм внутреннего зацепления для передачи дви-
жения с остановками. Ведущий диск 1 с цевками 3 вращается с постоянной
угловой скоростью вокруг оси О2 и передает движение с остановкой звездочке
2, вращающейся вокруг оси О}.
Рис. 7.135
Рис. 7.136
Рис. 7.135. Звездчатый механизм внутреннего зацепления с двумя останов-
ками ведомого звена 2. Колесо 1 — ведущее.
Рис. 7.136. Звездчатый механизм, имеющий четыре равных периода дви-
жения и четыре равных периода покоя с постоянным передаточным отношением
во все периоды движения. 7?i и Т?2— радиусы начальных окружностей, epi и ср2—
углы поворота звеньев в период движения.
Л % <pi <pi
. —_ • _— I . g -—
Т 2к Т 2к <р2
568 Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
При одинаковых углах поворота ср2 во все фазы движения
2гс
?2 = ---->
m
m — число фиксирующих дуг.
2к7\т т7\ ТДЧ е
е =------=-----• --= —.
2пТ Т Т m
8 может быть выражено через передаточное отношение:
. ( m , \ + 3/12
*12
«-j ^2 W1
Здесь Z12 = — = •—.
/?1 со2
Величины углов оц и а2, определяющих положение центров и начала эпицик-
лоид иа колесах относительно линии центров в момент начала движения, могут
быть найдены из уравнений:
*12
«1 = 2arc sin ———— ;
2(1+*12)
Рис. 7.137
Рис. 7.138
Рис. 7.137. Прерывная передача с зубьями нормального эвольвентного про-
филя, снабженная переходными зубьями 3 для устранения удара в начале и в
конце движения ведомого колеса 2 (1 — ведущее колесо). Передаточное отно-
шение /12 = 0,5.
Рис. 7.138. Неполные зубчатые колеса. Ведущее колесо 4 (рис. а) за один
оборот сообщает ведомому 2 поворот на 180°. Для входа зубьев в зацепление
предусмотрены перекатывающиеся рычаги 3. Фиксация положения ведомого зве-
на во время паузы производится запирающей дугой 1. На рис. б показано зер-
кальное изображение противоположной стороны колес.
Зубчатые механизмы, с остановками
569
Рис. 7. 139. Звездчатый механизм обувной машины. За один оборот ведуще-
го колеса 1 ведомое колесо 2 поворачивается на полоборота с периодами выстоя,
ускоренного вращения и равномерного вращения.
Рис.. 7.140. Зубчатое колесо с изменяемым числом зубьев. Зубья 3 располо-
жены в радиальных пазах диска 4. Число зубьев и закономерность их располо-
жения изменяется вращением шайбы 1, имеющей криволинейную прорезь, в ко-
торой скользят выступы 2 зубьев 3.
Механизм допускает возможность регулировать продолжительность движе-
ния и паузы и находит, в частности, применение в арифмометрах.
570 Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
Рис. 7.141
Рис. 7.142
Рис. 7.141. Механизм движения с остановками. Ведомое зубчатое колесо 1
имеет неполный зубчатый венец. На общей с ним оси находится зубчатый сег-
мент 3. При вращении ведущее зубчатое колесо вступает в зацепление с сег-
ментом, подталкиваемым штифтом 5, колесо же 1 выходит из зацепления и ос-
танавливается до тех пор, пока сегмент не упрется в штифт 7, после чего ко-
лесо 1 снова войдет в зацепление. Для того чтобы предохранить колесо 1 от
непроизвольного вращения, его слегка притормаживают тормозом 6 или фик'
сируют остановом, подобно тому, как указано на рис. 7.145. Механизм можно
применять при небольших числах оборотов. Ведущий вал 2, ведомый — 4.
Рис. 7.142. Механизм, обеспечивающий паузу при реверсировании, равную
двум оборотам ведомого колеса. От ведущего вала 2 к ведомому 4 вращение
Зубчатые механизмы с остановками
571
передается зубчатыми колесами 1 и 3 и поводками S, 7 и 5. В процессе реверси-
рования механизма, вращая колесо 3 в направлении стрелки, показанной штри-
хами, палец 9 в течение первого оборота сначала перемещается свободно, а под
конец установит поводок 8 в положение, показанное штриховыми линиями. В те-
чение второго оборота двусторонний палец 6, установленный на поводке 7, подой-
дет к поводку, 5 с противоположной стороны и с этого момента начнет переда-
вать движение валу 4.
Изменение паузы неподвижного состояния вала 4 при реверсировании мож-
но осуществить изменением длины дугового паза на поводке 8, для двусторон-
него пальца 6 на поводке 7 и шириной b поводков 8 и 5.
Рис. 7. 143. Механизм движения с остановками. Ведомое колесо 2 имеет не-
полный зубчатый венец с разрывом 3. С противоположной стороны имеется впа-
дина, в которую западает ролик 1. Диаметр ведомого зубчатого колеса 2 не-
сколько больше диаметра ведущего зубчатого колеса 5. В начале движения
рычаг 6 захватывает рычаг 4 (эскиз а) и через один оборот ведомого колеса
пальцы занимают положение, показанное на эскизе б. При дальнейшем вращении
колеса 5 ведомое колесо 2 не входит в зацепление и фиксируется роликом 1 до
тех пор, пока ведущее колесо не займет снова положения, показанного на
эскизе а. Таким образом, за два оборота ведущего колеса ведомое сделает один
оборот с остановкой.
572 Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
Рис. 7.144. Устройство для уменьшения ударов в скоростном зубчатом ме-
ханизме с остановкой. На ведомом валу 8 свободно посажена звездочка 7 с
числом лучей, равным числу положений остановок колеса 5. Лучи звездочки
прижаты к упору 1 на колесе 5 пружиной, а поворот звездочки по часовой
стрелке ограничен штифтом 6. Перед входом колес в точке 2 в зацепление
штифт 3 на ведущем неполном колесе продвинет луч звездочки вправо и пружи-
на, воздействуя на колесо 5, сообщит ему начальную скорость, смягчая в ре-
зультате этого удар в момент зацепления.
Рис. 7.145. Механизм движения с остановками, составленный из полного и
неполного зубчатых колес. Ведущее звено, имеющее зубчатый сектор 6 и дугу Z,
зацепляется с зубчатым колесом 4 ведомого звена, имеющем запирающую дугу 3
для фиксации положения остановки. Профили перекатывающихся поверхностей
рычагов 5 и 2 представляют собой участки центроид в относительном движе-
нии;
р — мгновенный центр вращения. Угловая скорость сог колеса 4 определяет-
ся из уравнения: __
рА
-----
рВ
Удара не будет, если в начальный момент мгновенный центр р совпадает
с центром А вала, а затем будет перемещаться от А к В.
Зубчатые механизмы с остановками
573
Рис. 7.146. Зубчато-кулачковый механизм для преобразования непрерывного
вращения во вращение с остановками. От зубчатого колеса 1 с неполным числом
зубьев и кулачка 5, заклиненных на ведущем валу 2, сообщается колесу 5 с
полным числом зубьев, несущему два ролика 4 и закрепленному на ведомом ва-
лу, угловая скорость, изменяющаяся в момент включения от нуля до постоянной,
г5
определяемой передаточным отношением —= 1. После выхода колес из за-
21
цепления кулачок 3 продолжает передавать колесу 5 через ролики 4 неравно-
мерное движение с остановкой. Правильный выбор профиля кулачка обеспечиваег
безударную работу механизма.
Рис. 7.147. Планетарная передача с остановками. От ведущего вала 4 с
заклиненным на нем зубчатым колесом 5 движение передается сателлитному
блоку 2—7, в котором z7 = z5, a z2= 1. Однозубое колесо 2, обкатываясь по
неподвижному колесу /, сообщает водилу 3, закрепленному на ведомом валу 6,
движение с периодическими остановками.
574 Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
Рис. 7.148. Планетарно-кривошипный механизм с паузами. Центр пальца 1
кривошипа на сателлите 2 описывает укороченную гипоциклоиду А (рис. б),
которую можно приближенно описать дугой окружности. Приняв длину / шатуна
равной радиусу R кривизны траектории (рис. б), можно осуществить остановку
ползуна 4. z2 = 20; г3 = 120. Механизм применяется для привода ползуна ги-
бочного штампа и обеспечивает паузу в конце рабочего хода, которая необхо-
дима для пластического течения материала изделия под давлением. На рис. в
показан график перемещения ползуна 4.
Зубчатые механизмы с остановками
575
Рис. 7. 149. Механизм скоростной подачи. На цапфах ползуна 4 установлены
эллиптические колеса 1 и 5, которые находятся в постоянном зацеплении с ве-
дущим колесом 6. При постоянной угловой скорости колеса 6 пластина 2, за-
крепленная на цапфах ползуна, движется возвратно-поступательно с малыми
скоростями в конце ходов. На пластине устанавливается захватное приспособле-
ние для прерывистой подачи проволоки в одном направлении.
Рис. 7.150. Механизм прерывистого движения. Ведущее звено — барабан 1 —
имеет собачку 3, зацепляющуюся со звездочкой 2 при скольжении ее конца по
576 Раздел 7. Механизмы, с прерывистым движением ведомого звена
копиру 4. Собачка 3 выключается пружиной. За один оборот барабана 1 ведо-
мое звено 2 поворачивается на г/6 оборота.
Рис. 7. 151. Механизм вращательного движения с остановкой и ускоренными
перемещениями для компенсации паузы. Ведущий вал 3 с червяком 6, посажен-
ным на скользящей шпонке, передает движение колесу 5. Подвижная направляю-
щая 1 находится под действием пружины 2. В положении, приведенном на чер-
теже, палец 4 колеса 5, упираясь в рычаг 7 с неподвижной осью, останавливает
вращение колеса, вследствие чего непрерывно вращающийся червяк перемещает-
ся по валу 3 влево вместе с направляющей 1 до тех пор, пока гайки 8 не
отклонят рычаг 7, освободив таким образом колесо.
После этого колесо 5 получает вращение с увеличенной скоростью вследствие
вращения и поступательного движения червяка под действием пружины 2. При
возвращении червяка в правое крайнее положение вращение колеса 5 проис-
ходит с нормальной скоростью.
Зубчатые механизмы с остановками
577
Рис. 7. 152. Механизм для передачи прерывистого движения. На ведущем
валу 9 посредством направляющей шпонки закреплена полумуфта 4, прижимае-
мая к полумуфте 3 пружиной 8. Совместное вращение полумуфт 4 и 3 за счет
сил трения происходит до тех пор, пока упор 5 не остановит полумуфту 3 за
один из пальцев 2. В дальнейшем вращение вала 9 с полумуфтой 4 и рычагом 7
сопровождается скольжением до момента встречи рычага 7 с пальцем на упоре 5.
Рычаг 7 отводит упор 5 и полумуфты продолжают вращаться как одно целое
до встречи упора 5 со следующим пальцем 2. Количество пальцев 2 на полу-
муфте 3 (выполненной за одно целое с зубчатым колесом) и их расположение
определяют продолжительность времени вращения и остановок ведомого коле-
са 1. Пружиной 6 осуществляется силовое замыкание упора 5 с пальцем 2,
19 С. Н. Кожевников и др.
578 Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
Рис. 7.153
Рис. 7. 153. Механизм для преобразования непрерывного вращательного дви-
жения в периодическое. Ведущей частью механизма является водило 1 с двумя
собачками 2 и 3, которые могут быть в зацеплении с храповыми колесами 15 и
14, как это показано на рис. б. Принятое расположение собачок и зубьев храпо-
вых колес позволяет осуществить передачу движения ведомому валу 11 в разных
направлениях.
Периодичность движения ведомого вала 11 осуществляется разъединением
собачек с зубьями храповых колес посредством двух щайб 6 и 7, по контуру ко-
торых перекатываются ролики 4 и 5 (рис. а и б), установленные на осях собачек.
Шайбы 6 и 7 (рис. в) ограничены двумя полуокружностями разных радиусов.
При перекатывании роликов 4 и 5 по большому радиусу храповой механизм вы-
ключен, при перекатывании по меньшему радиусу — включен. Положение шай-
бы 7 относительно стойки постоянное и фиксируется скользящим пальцем 5; по-
ложение шайбы 6 (может изменяться посредством рукоятки 9 и фиксироваться
фиксатором 10 в отверстиях лимба 13 (рис. г).
В зависимости or величины перекрытия внешних дуг шайб 6 и 7 определяет-
ся угол поворота ведомого вала 11 за один оборот ведущего 1. Угол поворота
ведомого вала может быть изменен в пределах от 0 до 180?. Сместив шайбы 6 и
7 вправо рукояткой 12, получаем непрерывное вращение ведомого вала.
Зубчатые механизмы с остановками
579
Рис. 7.154. Передача возвратно-поступательного движения рамке 2 от вра-
щающегося в одном направлении диска 5 с цевками 4, входящими в зацепление
поочередно с верхними 1 и нижними 3 зубьями рамки.
Рис. 7.155
Рис. 7.155. Механизм преобразования непрерывного вращения в периодиче-
ское. Зубчатое колесо 2 вращается непрерывно на неподвижной оси 12. На сту-
пице 11 зубчатого колеса 2 на направляющей шпонке 1 посажена полумуфта 4—5
с зубьями на внешней торцовой поверхности и выступом 10 — на внутренней.
Пружиной 3 полумуфта 4—5 отжимается вправо и зубьями на внешней торцовой
поверхности входит в зацепление с зубьями ведомого диска 6, при этом одним
из зубьев полумуфты отжимается фиксатор 7. В конце оборота вращающийся
выступ 10 с наклонной плоскостью встречается с неподвижным выступом 9
(рис. б) и под действием осевой составляющей отводит полумуфту 4—5 влево,
выключая ведомый диск 6. Период движения и период остановки зависит от угла,
в пределах которого расположен выступ 9.
19*
580 Раздел 7. Механизмы с прерывистым движением ведомого звена
Рис. 7.156
Рис. 7.156. Механизм для преобразования возвратно-поступательного дви-
жения во вращательное с переменной скоростью и остановками. Ведущим звеном
механизма является зубчатая рейка /, приводящая в движение зубчатое колесо 2,
закрепленное на валу 10 вместе с кривошипом 3 кулисного механизма. Собачка
6, ось которой закреплена на кулисе S, приводит во вращение храповое колесо 4,
жестко связанное с валом 5.7 — сухарь, 9 — тяга, прикрепленная к рейке.
Раздел 8
МЕХАНИЗМЫ С РЕГУЛИРУЕМЫМ ХОДОМ,
КОМПЕНСИРУЮЩИЕ, УРАВНИТЕЛЬНЫЕ
И ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
И УСТРОЙСТВА
При проектировании машин нередко требуется подобрать механизм с регу-
лируемым ходом ведомого звена в заданных пределах от /гтах до /zmm или опре-
делить рациональные размеры звеньев для заданного типа механизма. С такого
рода задачами конструкторам приходится встречаться при проектировании ма-
шин, в которых изменение хода ведомого звена связано с изменением вида или
размеров обрабатываемой детали (длина строгания в строгальном станке, длина
стежка швейной машины и пр.), при проектировании механизмов, устанавливаю-
щих течение процесса в машине (распределительные механизмы двигателей и
др.), и r ряде других случаев.
Стержневые механизмы с регулируемым ходом можно разделить на следую-
щие группы:
1) механизмы с регулируемой длиной одного из подвижных звеньев. Преде-
лы изменения длины звена зависят от заданных пределов изменения величины
хода ведомого звена;
2) механизмы с регулируемым положением центра шарнира, образованного
одним из промежуточных звеньев с неподвижным звеном. В частном случае, ког-
да шарнир заменен поступательной парой, перестановка центра шарнира сводит-
ся к изменению положения направляющей, по которой перемещается ползушка
(промежуточное звено).
При изменении хода ведомого звена стержневых механизмов 1 или 2-й
группы для ряда механизмов происходит также смещение среднего положения
ведомого звена. Если среднее положение ведомого звена должно сохраняться
при любой величине хода в заданных пределах или поставлено какое-либо дру-
гое условие, например, необходимость сохранения одного крайнего положения
при любой величине хода ведомого звена, то в механизме должны соответствую-
щим образом регулироваться два параметра.
Регулирование хода ведомого звена наиболее просто осуществлять в случае
применения гидравлических механизмов, реверсивных планетарных механизмов
ременных передач и фрикционных реверсивных механизмов сообщающих дви-
жение ведомому звену. Обычно регулирование хода производится перестановкой
упоров на ведомом звене, приводящих в действие специальный механизм, пере-
ключающий один из перечисленных выше механизмов, примененный для сооб-
щения движения ведомому звену.
Синтез механизмов с регулируемым ходом разработан недостаточно. Извест-
ные решения относятся главным образом к кулисным парораспределительным ме-
ханизмам паровозов.
582 Раздел 8. Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
Безотказная работа механизма возможна только в том случае, если незави-
симо от точности изготовления и сборки деталей будут предусмотрены меры для
компенсации неизбежных ошибок.
По характеру работы ряд механизмов должен допускать возможность:
1) компенсации зазоров между элементами кинематических пар, определяю-
щих мертвые ходы;
2) работы при некоторой несоосности валов;
3) автоматической компенсации поперечных, угловых и радиальных смещений;
4) компенсации эксцентричности и ошибок в профиле зубчатых колес;
5) выравнивания угловых скоростей;
6) равномерного распределения крутящих моментов с помощью различных
уравнительных приводов и устройств;
7) распределения давления посредством механических разветвлений.
Для устранения мертвого хода в кинематической цепи необходимо устранить
зазоры между элементами кинематических пар всей цепи без изменения разме-
ров элементов пар. В качестве примера может служить схема рис. 8.36 синусно-
го механизма с пружиной, выбирающей зазор и поджимающей все детали в од-
ну сторону. Если кинематическая цепь разветвляется, то наилучшим решением
является равенство мертвых ходов (юм. рис. 8.41, 8.42).
Xei Де2,
причем, если мертвый ход в одной цепи больше мертвого хода в другой цепи, то
следует или уменьшить больший мертвый ход или увеличить меньший.
Поэтому при проектировании механизмов там, где полностью исключить
мертвый ход нельзя, расходящиеся цепи следует подбирать так, чтобы ошибки
от мертвых ходов были одинаковы.
Для передачи усилий между вращающимися валами, оси которых в про-
цессе работы смещаются или пересекаются под некоторым изменяющимся углом,
жесткое соединение недопустимо.
В этом случае находят применение многочисленные карданные механизмы
(рис. 6.9—6.13), в которых ведомому карданному валу сообщается переменная
угловая скорость, уравнительная муфта, допускающая передачу движения меж-
ду несоосными валами, и компенсирующий механизм по рис. 8.43, допускающий во
время движения перемещение ведомого вала относительно ведущего 1. Компен-
сирующие механизмы для передачи движения от двигателя колесам тяговых ва-
гонов, установленных на рессорном основании, представлены на рис. 8.49—8.50.
Во всех случаях разветвления механизма удовлетворяют уравнению, в котором
число ответвлений k равно:
Z? = 3sq -j- Si -j- 1 у
где s0 — число уравнительных дисков без непосредственной шарнирной связи с
поводками;
si — число дисков с упомянутой связью.
Привод, встречающийся в электролокомотивах и показанный на рис. 8.50 в
трех вариантах, служит для компенсации смещений моторной рамы относительно
спаренных кривошипов ведущих колес. На рис. а показан случай, когда k = 1,
на рис. в k = 3.
В точных приборах, где недопустимы ошибки отсчета, применяются компен-
сирующие механизмы, как это показано на примере коррекционного приспособле-
ния рис. 8.44, 8.45.
Неизбежные ошибки — эксцентричность и ошибки профиля зубчатых ко-
лес — должны быть скорректированы.
На рис. 8.44—8.45 коррекция ошибок в изготовлении червячного колеса осу-
ществляется специальным приспособлением, позволяющим легко компенсировать
ошибку в отсчете червячного лимба величиной в 0,01 мм.
На рис. 8.64 показан уравнительный механизм привода ножниц барабанного
типа для выравнивания скоростей ножей и разрезаемого материала. Преимуще-
ство планетарных передач используется только в том случае, если специальные
Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы 583
устройства, компенсирующие зазоры и ошибки зацепления и монтажа, позво-
ляют достигнуть равномерного распределения крутящего момента на все проме-
жуточные колеса. Постановка уравнительных механизмов в планетарных пере-
дачах исключает понижение класса точности колес. Чем хуже изготовлены коле-
са, тем хуже работает уравнительный механизм.
При двух сателлитах уравнение для определения числа ответвлений
k = 3s0 -|- si ~h 1
удовлетворяется при условии, если водило соединяется посредством k соединений,
допускающих поперечные смещения относительно центрального вала по горизон-
тали и вертикали.
При k = 6 возможны четыре зацепления и два шарнира.
В соосных передачах с коническими сателлитами необходимое поперечное
смещение одного из центральных колес или водила должно происходить около
вершины конусов О (см. рис. 8.54). Уравнительные механизмы широко приме-
няются в планетарных редукторах авиационных двигателей, где компенсация
ошибок зацепления или перегрузки производится или за счет смещения солнеч-
ных колес, или за счет смещения осей сателлитов в радиальном направлении (см.
рис. 8.55).
В работе машины не исключена возможность перегрузки, в результате кото-
рой может произойти разрушение какого-либо наиболее слабого из звеньев меха-
низма и машина выйдет из строя. Для предотвращения аварии целесообразно
вводить в кинематическую цепь машины заведомо слабое звено, достаточно проч-
ное для восприятия нормальных нагрузок и разрушающееся при перегрузке.
Следует иметь в виду, что электрическая защита предохраняет от поврежде-
ний главным образом электрические цепи и лишь в некоторых случаях механиз-
мы. При наличии звеньев механизма, обладающих большой кинетической энер-
гией (маховики) и возможной работы машины на мертвый упор (заклинивание
ведомого звена) электрическая защита не предохраняет звенья машины от раз-
рушения) .
Предохранительное звено механизма конструктивно должно быть достаточно
простым и легко заменяемым, чтобы после разрушения оно могло быть быстро
заменено. Чаще всего в качестве предохранительного звена устанавливаются сре-
зающиеся шпильки из материала с известной и стабильной механической характе-
ристикой.
Предохранение от перегрузки можно осуществить также введением в кине-
матическую цепь автоматически срабатывающих при перегрузке механизмов. Для
этого применяются фрикционные предохранительные муфты, планетарные пере-
дачи с одним заторможенным центральным колесом, выключающиеся кулачковые-
муфты, падающие червяки, механизмы с упругими звеньями и пр.
Во фрикционных предохранительных механизмах момент или сила трения
должны быть больше нормального для данного звена момента или силы, но
меньше разрушающего момента. Фрикционные механизмы не всегда надежны
вследствие нестабильности коэффициента трения, зависящего от весьма большого
числа не учитываемых при расчете параметров.
В механизмах с упругими звеньями, предохраняющими от перегрузки, де-
формация предохранительного звена подбирается из тех же соображений, что и
при фрикционные механизмах. При нормальной нагрузке упругое звено напря-
жено и сила упругости достаточна для сохранения неизменного относительного
расположения деталей, на которые она действует. При перегрузке ведомая деталь
предохранительного механизма останавливается, а другая начинает перемещать-
ся. Нагрузка на звенья механизма определяется силой упругости предохрани-
тельного звена. Например, в камнедробилке при защемлении разрушаемых кам-
ней между щеками дробилки ведомая щека останавливается, а деформация пру-
жины увеличивается до тех пор, пока камень не разрушится. Может оказаться,
что сила упругости пружины недостаточна для разрушения камня и при ее отсут-
ствии появилась бы перегрузка механизма, а возможно и разрушение какой-либо
584 Раздел 8. Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
детали. Кулачковые предохранительные механизмы применимы только при малых
скоростях, потому что возникающие при повторном включении удары, отражаю-
щиеся на прочности звеньев, могут быть значительными.
При длительной перегрузке фрикционные предохранительные механизмы во
избежание перегрева следует сблокировать с электрическим выключателем, при-
водимым в действие после некоторого пробуксовывания поверхности трения.
МЕХАНИЗМЫ С РЕГУЛИРУЕМЫМ ХОДОМ
Рис. 8.1. Регулируемый храповой механизм. Ролик 3 собачки 2 в период пово-
рота коромысла 1 встречается с неподвижвой шиной 4 и катится по ней, разъеди-
няя собачку с зубьями храпового колеса 5. Плоскость шины 4 устанавливается
так, чтобы собачка вышла из зацепления в заданном положении и продолжала
свое перемещение вхолостую. Перемещением пальца 6 шатуна 7 на коромысле 1
осуществляется изменение хода собачки. При ходе собачки в пределах угла а
колесо поворачивается на угол щ.
Рис. 8.1 Рис. 8.2
Рис. 8.2. Храповой механизм позволяет регулировать угол поворота храпо-
вого колеса, не изменяя угла а поворота коромысла. Поворачивая щиток 1 и фик-
сируя его в желаемом положении посредством фиксатора 3 в отверстиях непод-
вижного сектора 2, можно перекрыть один или несколько зубьев храпового ко-
леса в пределах угла поворота собачки.
Механизмы с регулируемым ходом
585
Рис. 8.3. Регулируемый храповой механизм с внутренней собачкой. Рычаг /,
несущий собачку 6, поворачивается поступательно движущимся кулачком 2 и
возвращается в исходное положение пружиной 3. Регулирование угла поворота
колеса 4 производится поворотом сегмента 5, перекрывающего часть зубьев хра-
пового колеса.
586 Раздел 8. Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
Рис. 8.4. Храповой механизм деревообделочного станка с автоматическим из-
менением подачи — грубой в начале обработки и тонкой в конце. На ходовом
винте 1 заклинены кулак в форме паза 2 и храповое колесо 7, получающие дви-
жение от кулисы 5 с собачкой 4. Камень 3 кулисы и ролик 8 кулачка насажены
на общую ось. Увеличение или уменьшение расстояния от оси вращения кулачка
до оси ролика приводит к изменению угла кулисы и, следовательно, подачи; 6 —
шатун приводного механизма.
Рис. 8.5. Регулируемый храповой механизм. При вращении диска 9 перестав-
ные кулачки 2 приводят в движение рычаг 1 и тягу 4, шарнирно соединенную с
Механизмы, с регулируемым ходом
587
коромыслом 7, несущим собачку 6. Последняя прижимается пружиной к храпо-
вому колесу 8. Винт 3 ограничивает величину опускания рычага /, винт 5 выво-
дит собачку из зацепления с колесом и служит для регулирования угла поворо-
та храпового колеса 8.
Рис. 8.6
Рис. 8.6. Механизм с регулировкой подачи на ходу.
При неизменной величине перемещения шатуна 2 угол поворота коромысла 6
с собачкой 5, а следовательно, и храпового колеса 1 зависит от положения оси А
качания коромысла 3. Изменение положения оси А осуществляется вращением
гайки 5 винта 4. Для осуществления тонкой регулировки применима тройная со-
бачка (рис. а) с расстоянием между вершинами зубьев, равным 7з шага зубьев
храпового колеса. Поворотом рукоятки 7 храповой механизм выключается.
588 Раздел 8. Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
Рис. 8.7. Храповой механизм с регулировкой подачи на ходу. От ведущего ди-
ска 1 с ползушкой 3 приводится в движение кулиса 2 с криволинейным пазом,
воздействующая на регулируемый по длине шатун 4 и коромысло 5 с собачкой 6.
Шатун 4 связан с коромыслом 10, ось вращения которого легко переставляется
посредством пружинной защелки 9 и неподвижного сектора 8. Положение оси
вращения коромысла 10 определяет величину угла поворота коромысла 5 и соот-
ветственно храпового колеса 7. Число зубьев храпового колеса 7 и характер их
расположения определяются требованиями технологии.
Рис. 8.8
Рис. 8.8. Механизм с регулируемой подачей на ходу. Кривошипный диск 5
привода через палец 5, шатун 4 и рычаги 3 и 7 воздействуют на зубчатую рей-
Механизмы с регулируемым ходом
589
ку 10, зацепляющуюся со свободно сидящей на оси шестерней 11 и рычагом 1 с
собачкой 2. Собачка зацепляется с храповым колесом 12, заклиненным на валу
подачи. Между стержнем 8 и рейкой 10 установлен неподвижный упор 9. Пере-
хмещением фиксируемого стержня 8 можно на ходу изменять величину смещения
рейки 10, а следовательно, и подачи.
Рис. 8.9
Рис. 8.9. Дифференциальный храповой механизм для сообщения ходовому
винту малых осевых перемещений. Ползун 1 через собачки 4 и 3 вращает храпо-
вые колеса z4 и z3, из которых одно связано с винтом 5 скользящей шпонкой, а
второе имеет внутреннюю нарезку. Если z3— z4 = 1, то осевое смещение s вин-
та 5 будет мало и равно произведению шага sB винта на разность чисел оборотов
колес Пз и п4 или
S — I j sb«
\ ?3 *4 /
При z3 = 23 и z4 = 24 sB = 6 MM,
s ъ 0,01
MM
дв. ход
Если собачку 3 выключить, то подача
1 1
S = — sB = — 6
z4 24
\мм
0,25 —------г-
дв. ход
590 Раздел 8. Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
Рис. 8.10
Рис. 8.10. Кулисный механизм с переменным ходом кулисы. Палец 1 укреп-
лен на малом колесе 2 механизма Кардана (z3: z2 = 2). Наклон р прямой аа, по
которой перемещается центр пальца /, изменяется в результате поворота и после-
дующей фиксации винтом 5 колеса 3. При вертикальном расположении траекто-
рии пальца 1 кулиса 4 неподвижна, при горизонтальном — кулисе сообщается
наибольший ход smax.
Рис. 8.11
Рис. 8.11. Гребной винт с поворотными лопастями. Поворот лопастей /, имею-
щих зубчатки 2 на осях, осуществляется рейками вилки 3 при ее осевом пере-
мещении.
Механизмы с регулируемым ходом
591
Рис. 8.12. Кулисный механизм с регулируемым ходом поршня. Ось камня 2
кулисы прикреплена к ползуну 3. Регулирование осуществляется перемещением
ползуна 3 в направляющих 1 винтом 4.
Рис. 8.13
Рис. 8.13. Механизм регулировки шага подачи проволоки без остановки ма-
шины. На приводном валу 3 заклинен эксцентрик 2, соообщающий движение ку-
лисе 1. Смещая винтом 5 ролик 4 кулисного механизма, можно на ходу изменить
траекторию центра шарнира А и, следовательно, ход ползуна, от которого зависит
шаг подачи проволоки.
Рис. 8.14. Эксцентрик с изменяемым эксцентриситетом. На эксцентрике /, ко-
торый неподвижно соединен с валом 2, установлен эксцентрик 3. Вращением
592 Раздел 8. Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
эксцентрика 3 с последующей фиксацией изменяют величину эксцентриситета. Наи-
больший эксцентриситет а + Ь. При а = b наименьший эксцентриситет равен нулю
Рис. 8.15
Рис. 8.15. Эксцентрик с переменным эксцентриситетом. Отвернув гайки /,
вращают вал 5, на конце которого имеется зубчатое колесо 4, находящееся в за-
цеплении с рейкой на диске эксцентрика 3. Эксцентрик 3 скользит по направляю-
щим диска 2 и изменяет величину эксцентриситета.
Рис. 8.16. Кулисный механизм с возможным регулированием положения мерт-
вой точки ползуна без остановки привода. Передача движения от ведущего ва-
ла 2 к ведомому 11, на котором установлен палец кривошипа 9 кулисного меха-
низма, не нарушится, если вращением винта 1 сместить ползун 12 и изменить
расстояние А.
Механизмы с регулируемым ходом
593
Расстояние между осями колес 4 и 6, а также 6 и 8, связанных поводками 3
и 7, имеющих ось 5, не изменяется. При перестановке* оси вращения кривошипа
на такое же расстояние смещаются мертвые тонки при сохранении хода пол-
зуна 10.
б 5 4
Рис. 8Д7
Рис. 8.17. Механизм с бесступенчатым регулированием длины хода кулисы.
Ведущий вал 1 с жестко закрепленным эксцентриком 5, вращаясь в пазу ползу-
на 6, сообщает ему поступательное движение по направляющим 2 и 8, которые
в виде прямоугольных выступов закреплены на зубчатых колесах 3 и 7.
Цилиндрическая часть ползуна 6 скользит в рамке 4 кулисы. Угол а, опре-
деляющий положение направляющих 2 и 8 и соответственно ход кулисы, регули-
руется вращением вала 10 с колесами 9 и 11.
Рис. 8.18. Кривошипно-шатунный механизм штамповального пресса, предназ-
наченный для сообщения заготовке возвратно-поступательного движения. Регу-
лирование хода коромысла 3 осуществляется изменением длины кривошипа вин-
том 1 и длины шатуна, фиксируемой винтом 2.
594 Раздел 8. Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
Рис. 8.19. Кривошипно-шатунный механизм с регулированием хода поршня,
осуществляемым поворотом эксцентрика 2 относительно коромысла 1.
Рис. 8.20. Механизм топливного насоса дизеля с регулированием количества
подаваемого топлива. Движение золотнику 2 передается от вращающегося ку-
лачка 4 посредством коромысла 3 при неподвижном шарнире А. Регулирование
осуществляется путем поворота рычага 7, положение которого определяет ход
золотника 2.
Рис. 8.21. Газораспределительный механизм двигателя внутреннего сгорания
с регулированием хода клапана 7, достигаемым поворотом рычага 2.
Рис. 8.22. Реверсивный парораспределительный механизм. Реверсирование или
изменение хода золотника 2 осуществляется поворотом рычага 7 в пределах угла,
ограниченного положениями / и //.
Механизмы, с регулируемым ходом
595
Рис. 8.23. Замена кулисы параллелограммом Уатта. Реверсирование или из-
менение хода ведомого звена 2 осуществляется поворотом рычага 1.
Рис. 8.24. Стержневые механизмы с регулированием угла поворота ведомого
звена. Перемещением шарнира 2 при помощи регулировочного винта, достигается
изменение угла поворота ведомого звена 1.
Рис. 8.25
Рис. 8.25. Парораспределительный кулисный механизм с качающейся кулисой.
Кулиса 1 в этом механизме имеет только колебательное движение, а реверсиро-
вание или изменение хода золотника 3 производится установкой рычага 2 в дру-
гое положение.
596 Раздел 8. Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
Рис. 8.27
Рис. 8.26
Рис. 8.26. Современный кулисный парораспределительный механизм. Ревер-
сирование или изменение величины хода золотника 1 осуществляется поворотом
рычага 2 в другое положение. Движение золотниковому штоку сообщается от
кулисы 3 и поршня 4.
Рис. 8.27. Парораспределительный механизм с кулисой. Движение золотнику 3
сообщается от кривошипа 1, связанного с главным кривошипом 5, и от поршня 2.
Реверсирование или изменение хода золотника 3 производится перестановкой
шарнира 4 при помощи винта.
Рис. 8.28. Парораспределительный реверсивный механизм паровоза. От сдво-
енного кривошипа 3 движение передается золотнику 5 посредством двух меха-
низмов: кулисного с шатуном 2 и кривошипно-шатунного с тягой 4. Изменение
величины хода золотника и его реверсирование осуществляется перестановкой
рычага 1.
Механизмы с регулируемым ходом
597
Рис. 8.29
Рис. 8.30
Рис. 8.29. Механизм тканепродвигателя швейной машины. Величина продоль-
ного хода гребенки 1 изменяется поворотом рычага 2 относительно оси 3. Ка-
мень 4 установлен на цапфе шатуна 5.
Рис. 8.30. Кулачковый механизм с регулируемым углом качания коромыс-
ла 1. Регулирование угла осуществляется изменением положения шарниров зве-
на 2. Ф — угловой ход коромысла 3.
598 Раздел 8. Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
Рис. 8.31
Рис. 8.31. Кулачковый механизм с постоянной суммой противоположных ра-
диусов-векторов эквидистанты. Фазовый угол а между перемещениями толкате-
лей 1 и 2 может быть переменным.
Механизмы с регулируемым ходом
599
Рис. 8.32
Рис. 8.32. Механизм для регулирования закона вращения вала кулачка.
Движение от ведущего вала 2 к кулачку 12, который свободно вращается на
этом же валу, передается посредством зубчатых колес 1 и 3, кулисного механиз-
ма 4, 5, крестово-кулисной муфты 8, 9 и зубчатых колес 10, 11.
Вал 14 механизма свободно вращается в серьге 13, которая может переме-
щаться поступательно по вертикали при вращении гайки 7, соединенной с серь-
гой 13 винтом 6.
600 Раздел 8. Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
Рис. 8.33
Рис, 8.33. Поворотная передача со сферическими зубчатыми колесами. Вал 1
вращается в неподвижно закрепленном подшипнике: положение вала 5 можно из-
менять. Сферическое зубчатое колесо 3, сцепленное с колесом 2, поворачивают
при помощи рычага 4 вокруг оси 8, не проходящей через ось вала 1. Зубчатые
сегменты 6 закреплены на оси, которая неподвижно соединена с подшипником
вала 5, а сегменты 7 — с невращающимися осями 8. При повороте рычага 4 сег-
менты 6 обкатываются по неподвижным сегментам 7 и, так как радиусы г рав-
ны, угловая скорость сегмента 6 в относительном движении равна удвоенной уг-
ловой скорости рычага.
Механизмы с регулируемым ходом
601
Рис. 8.34
Рис. 8.34. Передача с регулируемым числом оборотов. Изменение числа обо-
ротов ведомого вала 5 осуществляется перемещением установленных на нем муфт
свободного хода 4 и 3 посредством тяги 6. Заклинивание роликов 7 в каждой из
муфт происходит при вращении их в одном направлении, а угол поворота опре-
деляется расстоянием а до оси качания кулисы.
Вращением кривошипа 1 кулисе 2 сообщается колебательное движение и че-
рез проушины, расположенные с противоположных сторон на кольцах муфт, пе-
редается валу 5 пульсирующее вращение.
602 Раздел 8. Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
Рис. 8.35. Механизм с регулируемым углом поворота ведомого коромысла. От
коромысла 3 коромыслу 1 передается качательное движение через промежуточ-
ный ползун 2, ось которого установлена в вилке штанги 4.
При неизменном по величине угле качания коромысла 3 угол качания коро-
мысла 1 регулируется перемещением штанги 4 с ползуном 2 в пределах хода Z.
Штанга 4, при передаче движения покачивается в плоскости чертежа.
КОМПЕНСИРУЮЩИЕ И УРАВНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
И ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
Рис. 8.36
Рис. 8.36. Схема синусного механизма с устранением зазора в кинематических
парах. При наличии зазора между пальцем 2 кривошипа и пазом каретки 3 синус
угла а поворота кривошипа не будет соответствовать перемещению каретки при
отсутствии компенсирующей пружины 1. Установкой пружины, предварительное
натяжение которой больше силы трения в направляющей каретке 3, указанный
недостаток устраняется.
Компенсирующие и уравнительные механизмы и приспособления 603
Рис. 8.37
Рис. 8.39
Рис. 8.38
Рис. 8.37. Зубчатое колесо, составленное из двух дисков 1 и 2, которое поз-
воляет уменьшить зазор в зацеплении между зубьями до минимального путем
смещения дисков растянутой пружиной 3.
Рис. 8.38. Зубчатая передача, работающая без зазора в зацеплении. Колесо 5
выполнено как одно целое. Второе колесо состоит из двух частей 2 и 4 с пружи-
ной 5, установленной между ними. Шпонка 1 расположена под некоторым углом
к оси вала, поэтому при перемещении детали 2 вдоль оси вала под действием
пружины происходит ее вращение до полного выбора зазора в зацеплении.
Рис. 8.39. Устранение зазора в винтовой паре. Гайка состоит из основной гай-
ки 3 и дополнительной 1, ввернутой на мелкой резьбе в основную. Положение
гайки 1 фиксируется пластинкой 2, заложенной в зубья гайки 1, число которых
должно быть достаточно велико.
604 Раздел 8. Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
Рис. 8.40
Рис. 8.40. Винтовая пара (рис. а), состоящая из гайки 3 и ходового винта 1
с шариками 4, расположенными по винтовой линии в направляющих, имеет вы-
сокий КПД. Шарики 4 укладываются © несколько, но не менее двух замкнутых
рядов. Замыкание осуществляется специальной канавкой, которая имеется во
вставке 2.
В механизмах, не допускающих люфт между винтом и гайкой, применяется
сдвоенная гайка (рис. б). Гайки 1 и 3 установлены в стакане 2 на ходовой по-
садке и после выборки люфта вращением фиксируются шлицевым соединением с
треугольным профилем и разным числом (на один) шлицев.
Рис. 8.41
Рис. 8.41. Компенсация зазоров в приборах управления. Если обозначить угол
мертвого хода, возникающий вследствие зазоров в кинематической цепи между
маховиком 3 и визиром 1 в цилиндрической, конической и червячной парах через
Деь то угол 81 поворота маховика будет отличаться от постоянного угла е по-
ворота визирной трубки
е = — Дех.
Угол е2 поворота счетно-решающего механизма 2 при угле 81 поворота махо-
вика 3 в результате наличия Де2 составит:
' е2 — е1
е 4“ А£1 — е2 ^е2>
Де = Д£]_ — Де2 = е2 — е •
Зазоры в обеих цепях следует уравнивать. При неодинаковых зазорах нуж-
но уменьшить больший мертвый ход или увеличить меньший мертвый ход до
большего.
Компенсирующие и уравнительные механизмы и приспособления 605
Рис, 8.42. Компенсация зазоров в приборах управления. Вращением махови-
ка 3 посредством кинематической цепи, составленной из передач, приводится в
движение исполнительный механизм 4. Угол поворота маховика определяется
по шкале 5, которая соединена с ним другой кинематической цепью. Ошибка из-
за наличия зазоров в кинематических парах исключается в том случае, если
разность Дв1 — Де2 зазоров в первой и второй цепях равна нулю. Для этого не-
обходимо жестко соединить с валом 1 палец 2, вставив его в прорез слегка под-
тормаживаемой шкалы 5. При проектировании приборов участки цепей рекомен-
дуется строить так, чтобы зазоры в них были одинаковыми.
Рис. 8.43
Рис. 8.43. Соединение валов, допускающее смещение их осей в процессе ра-
боты. Передача движения от коробки скоростей к промежуточному карданному
валу осуществляется соединением, составленным из зубчатых колес 1 и 2 с внут-
ренним зацеплением при одинаковом числе зубьев. Применяется в автомобилях.
606 Раздел 8. Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
Рис. 8.44
Рис. 8. 44. Схема коррекционного приспособления для устранения влияния
эксцентриситета в червячной передаче точных приборов.
Круглая шайба 2, посаженная с регулируемым эксцентриситетом на ось 4 от-
счетного колеса 3, компенсирует эксцентричность е отсчетного колеса за счет по-
правочного движения стрелки, указывающей начало отсчета и нанесенной на ры-
чаге 1, который поворачивается вокруг неподвижной оси.
На фигуре справа показана кривая ошибок в отсчетах прибора без коррек-
ционного устройства (кривая пунктиром) и при наличии устройства.
Рис, 8.45
Рис. 8. 45. Схема червячной передачи прибора с коррекцией влияния эксцен-
триситета. Плоская шайба 4 на шаровом подвесе, поворачивающаяся в любой
плоскости посредством регулировочных винтов 5 и 6, может передавать движе-
ние толкателю 3 и индексу 2, качающемуся вокруг оси барабана 1.
Компенсирующие и уравнительные механизмы и приспособления 607
Рис. 8.46. Механизм компенсирующий смещение осей валов при притирке
седел клапанов со сферической поверхностью соприкосновения. Клапан 4 закреп-
ляется в цанговом зажиме посредством рычага 11, соединенного с педалью тя-
гой. Шкив 1, прикрепленный к шпинделю приспособления, сообщает клапану вра-
щательное движение со скоростью 1500 об]мин. Седло 5 клапана закрепляется в
шестигранном углублении диска, неподвижно соединенного с втулкой 6. Шаровая
поверхность 7 втулки 6 установлена в траверсе 9 приспособления так, что гео
метрический центр этой сферы совпадает с центром сферы поверхности клапана,
а шаровая поверхность 3 установлена в эксцентрично расположенной расточке
шкива. 2. Компенсация смещения геометрических осей вращения валов осуществ-
ляется шаровыми поверхностями сопряжения. Шкив 2 с втулкой 6 вращается со
скоростью 100 об!мин. Сила прижатия клапана к седлу во время притирки обе-
спечивается пружиной 10. Пружины 8 компенсируют износ в сопряжении шаро-
вых поверхностей и перемещают траверсу 9 в исходное положение при отключен-
ной пружине 10.
608 Раздел 8. Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
Рис. 8. 47. Температурная компенсация. Стержень маятника состоит из цин-
ковых и железных прутиков, расположенных таким образом, что длина I подвес-
Рис. 8.47
ки при изменении температуры остается
неизменной. Удлинение трех железных стер-
жней 1 компенсируется удлинением двух
цинковых 2.
Рис. 8.48. Уравнительный маятник. При
слишком сильном внешнем импульсе мас-
сы 1, укрепленные на пружинах 2, откло-
няйся от оси, вследствие чего момент
инерции маятника увеличивается и период
колебания остается неизменным.
Рис. 8.48
Рис. 8.49
Рис. 8. 49. Компенсирующий механизм передачи
тяговых вагонах. При передаче зубчатыми колесами
от двигателя к колесам в
7, 3 вращения от двигателя
Компенсирующие и уравнительные механизмы и приспособления 609
к колесам 4 (рис. а) необходимо компенсировать нарушения правильности за-
цепления при боковой качке вагона вследствие прогибания рессор. На конечном
ведущем зубчатом колесе 3, жестко сидящем на станине 1, укреплены два зуб-
чатых сектора 2, соединенных шарнирами 8 с тягами 6. Тяги 6 оканчиваются
стержнями 5, соединенными с колесом вагона. При деформации рессоры на ве-
личину е зубчатые секторы 2 обкатываются один по другому так, что стержни 5
не меняют своего положения относительно колес 4.
На эскизе б показано положение механизма, когда усилие на рессоры умень-
шилось.
Структурный анализ данного механизма показывает: число подвижных звень-
ев п = 5; число пар первого рода pi = 6: одна пара р2 второго рода.
Число степеней подвижности механизма
W = Зп — 2р! — р2 = 3-5 — 2-6—1 = 2.
Рис. 8.50
Рис. 8. 50. Компенсирующие механизмы, применяемые в электро локомотива.х
для передачи движения от двигателя к ведущим колесам. Вследствие колебания
во время движения подвешенной на рессорах рамы электролокомотива непосред-
ственная связь вала двигателя с осью ведущих колес невозможна.
Четырехзвенный механизм с параллельными кривошипами, образованный ве-
дущими колесами, рамой тележки и шатуном, обладает одной степенью свободы.
Поэтому без нарушения определенности движения к нему можно присоединить
одну из статически определимых групп, поводки которой должны быть распо-
ложены так, чтобы сближение или удаление рамы электролокомотива и тележки
не были ограничены.
В компенсирующем механизме по рис. а присоединена трехповодковая групп j
первого класса со звеньями /, 2, 3 и 4; в механизме по рис. б группа третьего
класса со звеньями 1—6, в механизме по рис. в—труппа третьего класса по клас-
сификации Ассура со звеньями 1—8.
20 С. Н. Кожевников и др.
610 Раздел 8. Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
Рис. 8.51
Рис. 8. 51. Схема уравнительного механизма тормозной рычажной передачи
КВЗ-1 вагонной трехосной тележки. Механизм обеспечивает равномерное распре-
деление тормозного усилия по тормозным колодкам при торможении с одновре-
менным отходом колодок от колес при оттормаживании. Поставленное условие
выполняется, если число степеней свободы кинематической цепи равно числу тор-
мозных колодок, соединенных триангелем или балкой.
По формуле П. Л. Чебышева число степеней свободы
W = Зп — <2р1 — р2,
где п — число подвижных звеньев кинематической цепи (по схеме п = 24);
pi — число кинематических пар первого рода (по схеме pi = 30);
рг — число кинематических пар второго рода (по схеме рг = 6).
Подставляя значения, получаем
Г = 3- 24 — 2 • 30— 6 = 6.
Рис. 8.52. Механизм автоматического поддержания постоянного хода порш-
ня тормозного цилиндра. Применение (рассматриваемого механизма исключает
необходимость ручной подрегулировки передачи после износа тормозных коло-
док. Авторегулятор (рис. а) состоит из. двух механизмов: приводного механизма,
подвешенного к головке штока 4 и соединенного шарнирно в точке А с рамой
кузова вагона, и компенсирующего механизма, встроенного в горизонтальную
тягу CD рычажной передачи. Приводной механизм, шарнирно соединенный с
компенсирующим механизмом тягой 5, состоит из кулисы 1 с закрепленным на
ней роликом 2 и кулачка 3, соединенного подвижно с головкой штока .в точке Е.
Кулиса 1 приводится в движение штоком поршня с роликом на его головке, при
этом центр шарнира В кулачка 3 описывает траекторию Во, Вн, которая
является программой работы компенсирующего механизма. Перемещение ведо-
мой части 8 тяги CD зависит от величины перемещения штока поршня и допол-
нительного перемещения, создаваемого компенсирующим механизмом. Действие
компенсирующего износ тормозных колодок механизма заключается в следую-
щем. Соединительная труба 10 (рис. б) на правом конце имеет несамотормозя-
щую нарезку (гайка 9) для винта 8.
На левом конце трубы 10 жестко закреплены два тормозных диска — ко-
нический 15, исключающий вращение гайки при соединении с конусом 17 под
действием осевого усилия, и плоский 11, контактирующий с диском 12. Действи-
ем предварительно сжатой пружины 14 конусы 15 и 17 стремятся выключиться,
плоские диски И и 12 прижимаются друг к другу. Кривошипная втулка 7 со-
вершает вращательное движение под действием соединительной тяги 5 в соот-
ветствии с перемещением точки В перекидного рычага кулачка 3 (рис. а)
С невращающейся втулкой 17 гайка 7 связана левоходовой нарезкой, поэтому
Компенсирующие и уравнительные механизмы и приспособления 611
Рис. 8.52
может перемещаться вдоль оси, освобождая своим буртом фрикционный диск 12
Последнему при перемещении втулки 7 по резьбе влево может сообщаться так-
же вращение при помощи предварительно закрученной фрикционной винтовой
пружины 18 квадратного сечения. Функцией компенсирующего механизма яв-
ляется регулирование длины соединительной тяги таким образом, что вне зави-
симости от размера колодок ход поршня в цилиндре был постоянным, т. е. чтобы
точка В перекидного рычага кулачка 3 имела возможность описать заданный
участок Во, Вь Вн незамкнутой траектории. Возможны три случая:
а) тяга нормальной длины;
б) тяга короче нормы (новые колодки) и
в) тяга длиннее нормы.
20*
612' Раздел 8. Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
Если при торможении, когда точка В переходит из положения Вх в Вн и
втулка 7, перемещаясь вправо, освободит диск 12, а тормозные колодки прижмут-
ся к колесам (тяга короче нормы), когда между конусами 15 и 17 еще налицо
зазор, то усилие нажатия на фрикционные диски 12 и 11 уменьшается в резуль-
тате смещения диска 12 вправо и гайка 9 свинчивается с винта 8, увеличивая
длину тяги. При обратном ходе втулки 7 (справа налево) после снятия осевой
нагрузки и переходе точки В из положения Вн в Вх диски 11 и 12 через фрикци-
онную пружину вращают гайку в противоположном направлении и длина тяги
сокращается.
При нормальной длине тяги ее удлинение и укорочение в процессе торможе-
ния и растормаживания одинаковы, поэтому ход поршня сохраняется постоян-
ным вне зависимости от состояния тормозных колодок.
Рис. 8.53
Рис. 8.53. Схема шарнирного соединения с равномерным распределением на-
грузки на ходовые колеса опорной ноги крана. Для равномерного распределения
нагрузки (рис. а) и снижения влияния неровностей рельсовых путей нога 7 кра-
на опирается на колеса 5 ходовых тележек через систему сферических шарниров
1, 3, 6, траверсу 2 и балансиры 4. Шарниры 1 и 3 допускают покачивание вдоль,
шарниры 6 — поперек крановых путей.
На рис. б — разветвленный механизм равномерного распределения сжимаю-
щей нагрузки на пять пар колес крановой тележки через систему сферических
шарниров. На рис. в показан уравнительный механизм в случае суммирования
растягивающих нагрузок. Число соединений k равно:
Zj == 3sq И- Ч- 1 >
где s0 — число звеньев, не имеющих непосредственного соединения с поводками,
передающими нагрузку;
Si — число звеньев, связанных с поводками, передающими нагрузку.
Компенсирующие и уравнительные механизмы и приспособления 613
Рис. 8.54
614 Раздел 8. Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
Рис. 8.54. Уравнительный механизм авиационного редуктора при шести са-
теллитах, укрепленных по углам шарнирного шестиугольника.
Принцип действия механизма заключается в том, что один из сателлитов 3,
при перегрузке под действием осевой силы W перемещается вдоль оси под-
шипника и с помощью тяги 1 (рис. а), связанной с серьгой 2, изменяет форму
шарнирного шестиугольника (рис. б), передавая тем самым излишнюю нагрузку
другим сателлитам.
Если допустить, что вершины шестиугольника перемещаются по осевым
ниям (поперечные смещения отсутствуют), то
1 — sin 60°
^max — tn ; СЛО ~ 0,15m;
sin 60
ли-
У = tn
1—1/ 1 — 11 + —У sin2 60° — (1 + —) COS 60°1.
r \ tn ) \ m ! j
Анализируя схему перемещений шарниров шестиугольника (рис. б), можно за-
метить, что перемещение одного из сателлитов на величину х возможно при
перемещении двух других (расположенных под углом 120°) сателлитов на такую
же величину. При этом остальные три сателлита перемещаются на величину у.
Следовательно, нагрузка на сателлиты будет распределяться равномерно на
каждую группу, составленную из трех (через один) с весьма незначительной
перегрузкой на одну из этих групп.
Рис. 8.55
Рис. 8.55. Уравнительный механизм планетарного редуктора по схеме инже-
нера Косова. В рассматриваемой схеме все рычаги /, 2, ... и 6 жестко соедине-
ны с эксцентричными цапфами соответствующих им сателлитов и шарнирно с
вращательными парами шестиугольника, за исключением одной. Рычаг 6 с вер-
шиной шестиугольника соединен вращательной и поступательной парами, что
обеспечивает ему, кроме вращательного движения относительно вершины шести-
угольника, еще и поступательное.
При перегрузке одного из сателлитов контур шестиугольника претерпевает
изменения так, что нагрузка на каждую из двух групп сателлитов (через один)
распределится равномерно с несколько большей нагрузкой на одну из групп.
Компенсирующие и уравнительные механизмы и приспособления 615
Рис. 8.56
Рис. 8.56. Механизм компенсации крутящего момента спиральной пружины.
Барабан пружины 1 соединяется с ведомым валом 8 цепью 2 или какой-либо
другой гибкой связью, наматывающейся на спираль (улитку) 3, надетую на вал 7.
Витки улитки подобраны таким образом, что уменьшение крутящего момен-
та пружины компенсируется увеличением радиуса витка так, что момент на ва-
лу 7 остается постоянным. Для 1завода пружины на валу 7 имеются квадрат 6
и храповой механизм 4, 5.
Рис. 8.57
Рис. 8.57. Схема механизма автоматического регулирования натяжения рем-
ня ременной передачи. Двигатель 1 ременной передачи (рис. а) установлен на
площадке 2 свободно поворачивающейся на цапфах. Ось вала двигателя 1 сме-
щена относительно оси цапф площадки на величину е. Реактивный момент М от-
клоняет положение площадки (рис. б) от вертикального и автоматически натя-
гивает ремень, изменяя таким образом натяжение ведущей и S2 ведомой
ветвей.
616 Раздел 8. Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
Рис. 8.58. Фрикционная передача с автоматически регулируемой силой на-
жатия в зависимости от нагрузки. Ведущий конус 5 вращает малый конус 2,
внутри которого расположена многозаходная гайка 3, сопряженная с нарезан-
ным участком вала 1, могущая скользить по внутренним шлицам малого конуса,
прижимаемого пружиной 4 к большому. При вращении ведущего конуса 5 по
стрелке и при перегрузке вал 1 замедляет свое движение (или останавливается),
гайка смещается вниз, давит на пружину, что приводит к возрастанию нажатия,
необходимого для передачи движения.
Рис. 8.59. Рычажно-грузовой механизм натяжения тяговой цепи конвейера.
К ползуну 5, который установлен на станине и может перемещаться по направ-
ляющим, прикреплена плита с натяжной звездочкой 4. На кронштейне 1, при-
крепленном к станине, установлен двуплечий рычаг 2. Один конец рычага 2 сое-
динен с тягой 3, закрепленной на плите, а второй — с грузом 6. Регулирование
наиболее выгодного положения груза 6 для натяжения цепи осуществляется
вращением гайки 7.
Компенсирующие и уравнительные механизмы, и приспособления
617
Рис. 8.60. Уравнительный двухжелобчатый привод с дифференциалом. При-
водной (вал 8, получающий движение от конического колеса 7, вращает с по-
мощью водила 4 и конических зубчатых колес дифференциала: а) зубчатую па-
ру 6—9 и с ними приводной блок /; б) зубчатую пару 3—10 и с ними приводной
блок 2. Если окружные скорости блоков 1 и 2 несколько отличаются, то колеса
9 и 10 вращаются с различными скоростями, колеса 5 и 5' начинают вращаться
вокруг 'своей оси, выравнивая скорости блоков 1 и 2.
Сходя с приводного блока 2, канат огибает блок И, а затем блок 1 и на-
правляющий ролик 12.
Максимальная разность натяжений ведущей и ведомой ветвей каната, пере-
даваемая приводом
P=Pi + -P2 = 2/0 (e1101»—1).
Натяжение сбегающей ветви каната
в то время как в двухжелобчатом жестком приводе
Преимущество уравнительного привода очевидно. '
618 Раздел 8 Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
Рис. 8.61
Рис. 8.61. Схема уравнительного привода с тремя приводными уравнительны-
ми блоками, заменяющая многожелобчатый привод.
Проскальзывание, толчки и повышенное натяжение каната в многожелобча-
тых приводах устраняются применением связанных сдножелобчатых блоков с
постоянной окружной скоростью каната на всех блоках.
Отношение предельных значений крутящих моментов на отдельных блоках
/, 2 и 3, появляющихся при буксовании
М1. _ ецао. . еца0
М3 7?з Af2 ^2
где а0 — угол обхвата, обычно одинаковый для всех блоков;
ц — коэффициент трения.
Для уравнительного привода с любым числом блоков одинакового радиуса
Ml М3 ^п—1_ |1а0
м3 = =........= мп =е
Рис. 8.62. Уравнительный привод для tpaBHOMepHoro распределения крутяще-
го момента и понижения числа оборотов приводного вала.
Компенсирующие и уравнительные механизмы и приспособления
619
Шкив 1 приводится в движение от двигателя. Блок 3 является поводком диф-
ференциала. Блок 6 связан с центральным колесом 4. 5 — неподвижная ось
привода.
Моменты, передаваемые блоками
= Л (rx + 7?i), М2 = Р2г2.
Усилия
Р2 = Р0^-; р1 = ро + р2 = ро
Г2 Г2
где PQ — окружное усилие на колесе 2;
Pi — давление на палец водила, связанного с колесом 7;
Р2 — окружное усилие на колесе 4 блока 6;
Mi, М2 — моменты, передаваемые блоками 3 и 6;
ri, r2, —радиусы колес 2, 4, 7.
Рис. 8.63. Механизм регулировки провисания цепи в машине, применяемой
для разрезки цепи на мерные длины. Поддержание необходимого и постоянного
провисания цепи огибающей звездочки 1 и 4, осуществляется посредством сво-
бодно и упруго подвешенного пластмассового ползуна 6, несущего две пары ро-
ликов 2—2 и 5—5. Если цепь провисает больше или меньше нормы, то ролики
2 или 5, к которым припаяны проводники соленоида, замыкают его электричес-
кую цепь и сердечник соленоида расцепляет муфту и останавливает машину.
Станина изолируется от фундамента. 3 — прижимной резиновый ролик.
620 Раздел 8. Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
Рис. 8.64
Рис. 8.64. Схема дифференциального механизма для выравнивания скорости
ведомого вала. Привод ножниц осуществляется от двигателя и редуктора че-
рез конические колеса дифференциала 1 и 3. Скорость ведомого колеса 3 скла-
дывается из (01 и (02:
(о3 = (Oj ± 2(о2.
Так как колесо 2 совершает колебательно-вращательное движение, то угловая
скорость ведомого колеса переменна. Изменяя эксцентриситет е и число оборотов
п электродвигателя, настраивают скорость колеса 3.
Рис. 8.65
Рис. 8.65. Механизм выравнивания скорости цепи конвейера. Скорость V це-
пи 1 будет неравномерной, если звездочка 2 имеет малое число зубьев и враща-
ется с постоянной угловой скоростью. Выравнивание скорости V цепи достигает-
ся цепной передачей, у которой ведущая звездочка 4 имеет обычную форму, а
ведомая звездочка 3 столько граней, сколько зубьев на звездочке 2.
Г1 — шаг цепи транспортера;
/2 — шаг цепи цепной передачи.
Компенсирующие и уравнительные механизмы и приспособления 621
Рис. 8.66. Механизм периодического регулирования скорости ведомого вала,
соединенного с ведущими зубчатыми колесами.
От ведущего вала 11 к ведомому 1 движение передается посредством зубча-
тых колес 6, 5, 4 и 2. Зубчатое колесо 6 закреплено на валу 11, колесо 2— на
ведомом валу 1, а блок с колесами 4 и 5 свободно вращается на оси 3 водила 7.
На ступице водила 7 закреплено червячное колесо 10, которое вручную при-
водится во вращение червяком 8 посредством штурвала, закрепленного на валу
9. При неподвижном червяке 8 движение от вала 11 к валу 1 передается с по-
стоянной скоростью.
Вращением водила 7, посредством червяка червячной передачи изменяется
число оборотов ведомого вала 1, которое зависит от направления вращения
водила и его угловой скорости.
‘ Рис. 8.66
Рис. 8.67. Механизм намотки ленты с постоянной скоростью. Стальная лен-
та 4 огибает направляющий ролик 3, затем барабаны 1 и 5 и наматывается на
катушку 7.
622 Раздел 8. Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
Барабан /, соединен с барабаном 5 зубчатыми колесами 2 и 6. На валу 8
квадратного сечения на подвижной посадке установлена звездочка 9, которая
получает движение от вала барабана 5 посредством цепной передачи. Диск 10
фрикционной муфты закреплен на валу 8 направляющими шпонками и прижи-
мается к диску звездочки пружиной 11. Сила упругости пружины, определяю-
щая натяжение ленты при намотке, регулируется вращением маховичка 12. Раз-
личие скоростей ленты вследствие изменения диаметра намотки компенсируется
проскальзыванием фрикционных дисков.
Рис. 8.68. Механизм преобразования равномерного вращения в медленное
равномерное и быстрое на каждом полуобороте ведомого вала. На ведущем валу
шестерня 1 закреплена эксцентрично и шестерня 2 — концентрично. Один обо-
рот эксцентриковой шестерни 1 в зацеплении с эллиптическим сектором 7 от зуба
3 до зуба 4 соответствует полуобороту ведомого вала 5 и два оборота шестер-
ни 2 в зацеплении с цилиндрическим сектором 6 завершают цикл полного оборо-
та ведомого вала.
Компенсирующие и уравнительные механизмы и приспособления 623
Рис. 8.69
Рис. 8.69. Механизм преобразует постоянную угловую скорость ведущего
вала 1 в переменную ведомого вала 3 посредством пазового кулачка 2, закреп
ленного на валу червяка. Может быть использован в качестве компенсационного
в пяиводе цепного конвейера.
Рис. 8.70
Рис. 8.70. Механизм изменения скорости вращения ведомого звена после
каждого полуоборота. Вал червяка 6 поддерживается двумя подшипниками. Ле-
вый подшипник, в котором вал червяка может перемещаться вдоль оси, соеди-
нен со станиной 7 неподвижно, правый подшипник установлен на ползуне, ко-
торый перемещается по направляющим станины.
На приливе ползуна закреплен (ролик, катящийся в пазу кулачка 2, связан-
ный с червячным колесом 3. Вал 1 червячного колеса является ведомым звеном.
Ведущая шестерня 5 находится в зацеплении с колесом 4, неподвижно закреп-
ленным на валу червяка 6.
Червячное колесо 3 передает посредством кулачкового механизма возврат-
но-поступательное движение ползуну с червяком 6, поэтому в зависимости от
направления перемещения червяка скорость червячного колеса увеличивается
или уменьшается.
624 Раздел 8. Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
При числе зубьев колеса, равном 56, и шаге 6,35 мм валу черняка сообща-
ется 24 оборота за 3 сек, ползун за этот период времени перемещается на четыре
шага (25,4 мм). Следовательно, при перемещении червяка .в сторону вращения
колеса полуоборот последнего протекает за 3 сек и при движении червяка в про-
тивоположную сторону полуоборот колеса осуществляется за 4 сек.
Рис. 8.71
Рис. 8.71. Механизм изменения скорости вращения ведомого вала посредством
кулачка. От ведущего вала 1 ведомому 4 движение передается посредством зуб-
чатых колес 2, 3, 6 и 8, передаточное отношение которых не равно единице.
Зубчатое колесо 2 закреплено на валу 1, колесо 3 закреплено на валу 4, а
зубчатый блок с колесами 6, 8 и кулачком 7 свободно вращается в подшипниках
водила 5.
Постоянный контакт вращающегося кулачка 7 с роликом 9 обеспечивает
покачивание водила 5 относительно оси валов 1 и 4 и соответствующее изме-
нение скорости вращения ведомого вала. Закон движения ведомого вала (опре-
деляется профилем кулачка и передаточным отношением зубчатых колес.
Компенсирующие и уравнительные механизмы и приспособления 625
Рис. 8.72. Уравнительный дифференциальный привод для устранения нерав-
номерного хода цепей в транспортерах с большим шагом звездочек.
От ведущего вала 5 через конические колеса 5, 4, 6 движение передается
валу 2 и далее через зубчатую пару 1—13 валу 12 с заклиненным кулачком 11,
толкающим ролик водила 7. Изменяя профиль кулачка, можно передать валу 9
через зубчатые колеса 8—10 вращение с переменной угловой скоростью, вырав-
нивающей неравномерное движение цепи, имеющее место при набегании на звез-
дочку. Угловая скорость вала 2 складывается с угловой скоростью вала 5 и по-
водка 7 дифференциала:
п2 = — п5 4- 2п7 .
626 Раздел 8. Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
Рис. 8.73. Механизм, выравнивающий скорость тяговой цепи цепного кон-
вейера.
На ведущем валу 1 неподвижно закреплено водило 7 с сателлитами 2, кото-
рые находятся в зацеплении с невращающимся колесом 3 внутреннего зацепле-
ния. На 'валах 4 сателлитов 2 закреплены кривошипы, соединенные шарнирно с
ползунами 5, скользящими по направляющим на ведомом валу 6.
При вращении ведущего вала 1 с постоянной угловой скоростью coi ведомый
вал 6 получает, неравномерную пульсирующую скорость сох.
При неизменных .параметрах зубчатых колес степень неравномерности вра-
щения ведомого вала зависит от радиуса гх кривошипа.
Рис. 8.74
Рис. 8.74. Механизм неравномерного вращения ведомого вала. Ведущая ше-
стерня 1 передает равномерное вращение зубчатому колесу 3. Колесо 3 с при-
крепленным к нему зубчатым сектором 9 установлено на валу 4 свободно.
Кривошип 10, закрепленный на валу 4 неподвижно, имеет палец 8. На кон-
солях этого пальца,, с одной стороны неподвижно закреплено коромысло 6 с ро-
ликом 5, а с другой—зубчатое колесо 7, ступица которого проходит через кру-
Компенсирующие и уравнительные механизмы и приспособления 627
говой паз в колесе 3. Зубчатое колесо 7 находится в постоянном зацеплении с
зубчатым сектором 9, а ролик 5 в постоянном контакте с кулачком 2, который
прикреплен к заточке подшипника 11. Контакт между роликом 5 и кулачком 2
обеспечивается реактивным моментом на валу 4. В период, когда ролик 5 пере-
катывается по той части профиля кулачка, которая описана дугами концентри-
ческих окружностей, вал 4 вращается с постоянной скоростью. При перекатыва-
нии ролика 5 по участку профиля кулачка, соответствующему подъему коро-
мысла 6, вал 4 с коромыслом 10 вращается ускоренно и на участке, соответст-
вующем опусканию коромысла 6, — замедленно.
Рис. 8.75
Рис. 8.75. Механизм с переменным шагом скручивания цровцлоки. Скручи-
ваемые проволоки 16 и 15 пропущены через обособленные отверстия в шпинделе
13 и сматываются с катушки 9, прикрепленной к фланцу 10 шпинделя, с посто-
янной скоростью.
На выступающей части подшипника 11, в котором вращается шпиндель 13,
установлено коромысло 12 с валом 6, свободно вращающемся в отверстии внеш-
него прилива коромысла..
На валу 6 закреплены торцовый пазовый кулачок 7 и зубчатое колесо 5 с
радиальным пазом.
628 Раздел 8. Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
Зубчатое колесо 5 находится в зацеплении с колесом 14, которое закреплено
на шпинделе 13, а в пазу кулачка 7 расположен ролик 17. Ось последнего за-
креплена на подшипнике 8. При вращении кривошипа 3 на валу 1 (в подшипни-
ке 2) роликом 4, скользящем в пазу колеса 5, последнему сообщается враща-
тельное движение вокруг вала 6 на поводке, в то же время при помощи кулач-
ка 7 коромыслу сообщается качательное движение. В результате угловые скоро-
сти колеса 5 и коромысла 12 либо складываются, либо вычитаются. На участ-
ках паза кулачка, имеющего форму концентрических окружностей относительно
оси вала 6, коромысло 12 неподвижно и проволока скручивается с постоянным
шагом. При прохождении роликом 17 участков паза с прямолинейной формой
коромысло 12 поворачивается, изменяя при этом угловую скорость шпинделя 13
и соответственно шаг скручивания проволоки.
Рис. 8.76. Механизм с периодически изменяющимся передаточным отноше-
нием. Рассматриваемый механизм преобразует вращательное движение в посту-
пательное с постоянной скоростью на участке 2S. Центральный кривошипно-
шатунный механизм (рис. а), составленный из неподвижного центрального зуб-
чатого колеса 1 и сателлита 2 с ведущим кривошипом 3, позволяет получить
движение пальца А, установленного на сателлите, по эллипсу. Присоединяя к
пальцу А прямую кулису (рис. б), получим механизм с прямолинейным возврат-
но-поступательным движением ползуна 4. Равномерное движение звена 4 в пре-
делах некоторого участка обеспечивается при следующих условиях:
2(ц2 —62) = 62 + d(d —а); 27? = Т?2,
где а = 7? + ги& = 7? — г.
П редохранительные механизмы и устройства
629
ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ И УСТРОЙСТВА
Рис. 8.77. Предохранительный штифт. Штифт 1 соединяет маховик 2 с втул-
кой 3, жестко установленной на валу 4. Посредине штифта сделана шейка диа-
метром dv (на фигуре снизу). При перегрузке механизма штифт в этой части
разрушается.
Рис. 8.78
Рис. 8.79
Рис. 8.78. Предохранительный штифт. Штифт 1 имеет несколько надрезов
по длине; после среза штифта по одному сечению штифт опускается вниз на рас-
стояние одного интервала между надрезами и фиксируется винтом 2.
Рис. 8.79. Устройство с предохранительным штифтом и специальным приспо-
соблением для остановки электродвигателя. На втулке звездочки прикрепляется
планка 1, которая при срезе штифта 3 поворачивает рычаг выключателя 2, при-
крепленного к звездочке.
630 Раздел 8. Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
Рис. 8.80. Устройство с предохранительным штифтом и выключателем. При
срезе штифта 2 диск 4 поворачивается относительно звездочки 3. Три шарика
1 выходят из местных углублений и выталкивают пальцы 6, которые переключа-
ют рычаг выключателя 5 посредством шайбы 7. Двигатель при этом останавли-
вается.
Рис. 8.81. Устройство с предохранительным штифтом и выключателем. При
срезании штифта 4 колесо 2 поворачивается относительно ведомого диска 5, от-
клоняя рычаг 3 с пальцем 6. Конечный выключатель 1 прикрепляется к непод-
вижной стойке и выключается пальцем 6 рычага 3.
Предохранительные механизмы и устройства
631
Рис. 8.82. Механизм, улавливающий цепь конвейера во время ее обрыва.
Механизм применяется в пластинчатых шахтных конвейерах с целью устранить
обратный ход при выключенном двигателе и улавливать верхнюю груженую*
ветвь цепи цри ее обрыве. В рассматриваемом механизме звездочка /, соединен-
ная с тормозным шкивом, приводится во вращение от тяговой цепи 2. Тормозные
колодки 3 соединены с улавливающим цепь захватом 4 посредством tZ-образ-
ного рычага 7 и серьги 6. Трением, создаваемым между колодками и тормоз-
ным шкивом, ^-образный рычаг устанавливается в положение, при котором'
захват 4 находится в нижнем положении, фиксируется упором 5 и не препятст-
вует движению цепи. При обрыве цепи звездочка 1 поворачивается против часо-
вой стрелки и поднимает захват в рабочее положение, как это показано на
рисунке.
632 Раздел 8. Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
Рис. 8.83. Ловитель цепи конвейера. Ловитель состоит из литого корпуса /,
относительно оси 2 которого вращается собачка 8. Рычаг 5, регулируемый с по-
мощью деталей 7 и 6, поворачивается вокруг оси 4. В нижней части корпуса при-
креплена упорная планка 11. При перемещении цепи в направлении, указанном
стрелкой С (спуск), рычаг 5 под действием пружин 9 и 3 одним своим концом
прижимается к уступу в собачке 5, а вторым — к звеньям цепи конвейера. При
обрыве цепи рычаг 5 занимает положение, указанное пунктиром, собачка 8 ос-
П редохранительные механизмы и устройства
633
вобождается и под действием пружины 3 поворачивается относительно своей
оси, заходит между втулками цепи и, опираясь на планку 11, останавливает
цепь. При повороте собачки 8 по часовой стрелке другой ее конец нажимает на
рычаг конечного (выключателя 10 и отключает от цепи электродвигатель привода.
При движении цепи конвейера по направлению стрелки П (подъем) рычаг 5
отведен и собачка 8 под действием пружины 3 работает по принципу храпового
механизма.
Рис. 8.84. Выключающее устройство, применяемое на волочильных станах
тонкого волочения. Участок проволоки между тянущим барабаном 1 и волокой
(фильером) 3 проходит через ушко выключающего рычага 2. При обрыве про-
волоки собачка опускается, запирает храповое кольцо 4 муфты и машина оста-
навливается.
Рис. 8.85. Устройство автоматического останова машины для перемотки
проволоки. Если при сматывании проволоки с барабана 4 на катушку 5 сопро-
тивление разматыванию возрастает, то тарированного веса рычага 2 с роликом 3
окажется недостаточно, рычаг поднимется и, воздействуя на рычаг 1, разобщит
приводную муфту.
634 Раздел 8. Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
Рис. 8.86
Рис. 8.86. Расцепная муфта машин малой мощности. На /ведущем валу 5
(рис. а) заштифтована втулка 4 с четырьмя кулачками 6, сцепленными с внут-
ренними кулачками А втулки 8. Ведомая втулка 2 связана с /втулкой 8 четырьмя
штифтами /, допускающими осевое смещение втулки 8. Между втулками 4 и 2
расположено храповое кольцо 5, жестко соединенное с кольцом 7 (рис. б), снаб-
женным торцовыми кулачками, могущими зацепляться с кулачками В втулки 8.
При включенной собачке (на рис. собачка не показана), запирающей хра-
повое кольцо 3 вместе с кольцом 7, втулка 8, преодолевая усилие пружины 9,
расцепит кулачки В, сдвинется влево и отключит ведомую втулку 2 от ведущего
вала 5.
При выключенной собачке вал 5 вращает втулку 4 и далее втулку 8 и втул-
ку 2. Мелкие зубья Б на втулке 2, служащие для предотвращения ее поворота
после отключения, вызванного силами трения, также захватываются собачкой
(на рис. не показана). Зубья расставлены так, что входят в контакт с собачкой
только спустя время, необходимое для разобщения звеньев 5 и 2. Выбор метода
выключения муфты и расположение собачек определяется ее назначением.
Рис. 8.87
Рис. 8.87. Предохранительное устройство. От шкива /, заклиненного на втул-
ке 6, приводится в движение закрепленная на валу 4 подпружиненная муфта-чер-
вяк 5 и далее червячное колесо 2. При перегрузке колеса муфта смещается влево,
П редохранительные механизмы и устройства
635
червяк получит винтовое движение и отключается от втулки 6. Колесо останав-
ливается. Если надо остановить колесо 2 после одного оборота, то достаточно
ввести останов 3, как показано на рисунке.
Рис. 8.88
Рис. 8.88. Предохранительное устройство. Движение от колеса 1 сообщается
червяку 5 и колесу 6 через заклиненный на червячном валу 3 фрикционный ко-
нус 2. Необходимая для сцепления фрикционная осевая сила обеспечивается ре-
гулируемым рычагом 4 с пружиной. При перегрузке чер(вяк смещается влево и
фрикцион выключается.
636 Раздел 8. Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
Рис. 8.89. Предохранительное устройство червячной передачи. На червячном
валу 7 расположен червяк 9, удерживаемый в рабочем положении пружиной 8.
При перегрузке вследствие возросшего осевого давления на червяк происходит
расцепление кулачковой муфты 10, а в результате осевого смещения червяка 9
через кольцо 1 и стержни 2 приподнимается траверса 6, что позволяет спираль-
ной пружине 5 повернуть рукоятку 4 в положение «Выключено». Для возвраще-
ния механизма в исходное положение достаточно повернуть обратно рукоятку 4.
Так как после выключения червяка червячный вал продолжает вращаться, то
необходима установка упорного подшипника 3.
Предохранительные механизмы и устройства
637
Рис. 8.90
Рис. 8.90. Предохранительное устройство. Движение от ведущего вала 1 ве-
домому зубчатому колесу 3 передается посредством углового рычага 4 с осью
вращения на диске зубчатого колеса и коромысла 5, нижняя часть которого вы-
полнена в виде (7-образн-ого выступа. В рабочем положении (рис. а) в паз за-
плечика 2 на ведущем валу входит выступ рычага.4, прижимаемого с помощью
коромысла 5 пружиной. При перегрузке (рис. б) усилие пружины недостаточно,
поэтому зубчатое колесо разобщается с ведомым валом. Рабочее положение вос-
станавливается вручную.
Рис. 8.91
Рис. 8.91. Предохранительные устройства маломощных машин. Рис. а —
внутри трубы 1 размещен опирающийся на предварительно сжатую контргай-
кой 5 пружину шток 3 с мелкой резьбой. Гайка 2 после регулировки длины тяги
фиксируется пружинным шплинтом 4, размещенным в прорези трубы. При пере-
грузке пружина сжимается и движение от одного рычага другому не передается.
Рис. б — коромысло 3 приводится в движение от шатуна Л стержень которо-
го гладкой стороной входит с небольшим зазором в отверстие соединительного
штока 2 и притягивается пружиной 4. При перегрузке пружина растягивается, а
стержень шатуна скользит в отверстии штока 2 до снятия нагрузки.
638 Раздел 8. Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
Рис. в — ведомый диск 1 несет штифт 2, упирающийся в рычаг 5, шарнирно
соединенный с пальцем 4 на ступице ведущего звена 5. При перегрузке пружина
растягивается, а рычаг 3 поворачивается так, что размыкается с пальцем 2 и
диск 1 отключается от ведущего звена.
Рис. 8.92
Рис. 8.92. Условно жесткое основание. При перегрузке опора 2 (рис. а) ры-
чага 1 перемещается, преодолевая сопротивление пружин 3.
Рис. б. При перегрузке опора 2 рычага 1
ном 5 соединено с грохотом 4,
перемещается, преодолевая силу трения за-
жима 3.
Рис. в. При перегрузке опора 2 рычага 1
перемещается, преодолевая гидравлическое
сопротивление амортизатора. Смещая по фа-
зе поршень 4 относительно поршня 5, изме-
няем размер отверстий и соответственно со-
пр отив ление амор тиз атор а.
Рис. г. Условно жесткое основание для
быстроходных механизмов. Инерция массы 3
преодолевается только при перегрузке опо-
ры 2, при этом уменьшается ход ведомого
звена 4.
Рис. 8.93. Контрпривод 1 подвешен на
штанге 2 к /ведущему шкиву 3 как маятник.
Тяжелое маховое колесо контрпривода шату-.
подвешенным на шарнирных тягах или плоских
пружинах. При нормальном наполнении грохота сила инерции массы контрпри-
вода больше силы, необходимой для качания грохота, контрпривод остается не-
подвижным или колеблется с весьма малой амплитудой, а грохот колеблется с
амплитудой, равной (или почти равной) диаметру кривошипа. При наполнении
Предохранительные механизмы и устройства
639
грохота сверх нормы потребная сила становится больше силы мнерции массы
кривошипа, амплитуда качания грохота уменьшается, а контрпривод начинает
колебаться. Таким образом, механизм привода предохраняется от перегрузки
при чрезмерном переполнении грохота.
Рис. 8.94
Рис. 8.94. Предохранительное устройство. На качающемся валу 1 свободно
сидит рычаг 2, воздействующий через шатун 3 на ползун (на рис. не показан)
посредством жестко закрепленного коромысла 6, связанного с рычагом 2 под-
пружиненной защелкой 5.
Если воздействие на шатун 3 возрастет, то покачивание рычага 2 прекратит-
ся, тогда как коромысло 6, продолжая покачиваться, заставит зуб защелки 5
скользить по пластине 4, закрепленной на рычаге 2, зацепляясь и расцепляясь со
впадиной до устранения перегрузки шатуна.
640 Раздел 8. Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
Рис. 8.95. Предохранительное устройство. Рычаг 5 передает ведомому валу 2
качательное движение через коромысло 1, заклиненное на валу, и подпружинен-
ную защелку 4 с закаленным коническим хвостовиком. При перегрузке защелка
поднимается вверх, стопорится фиксатором 5, упирающимся в глубокую лыску
на защелке и рычаг 5 разобщается с валом 2. После снятия перегрузки необхо-
димо фиксатор 3 сдвинуть влево, чтобы защелка опустилась в гнездо рычага 5.
Рис. 8.96. Предохранительное устройство с храповиком. Ведущее коромысло
11 сообщает движение ведомому валу 1 посредством шатуна 5 (с пружиной) ко-
Предохранительные механизмы и устройства
641
ромысла 4 и храпового колеса 2 с собачкой 3. В случае перегрузки (рис. б) вил-
ка 7 коромысла 11 сжимает пружину 6, а штифт 10 перемещается до верхнего
упора в окне пластины 9, связанной с соединительной тягой, что при обратном
ходе коромысла 11 приводит к разобщению собачки с храповиком и нажатию
пластины 9 на стержень 8, выключающий приводной двигатель. Установкой плас-
тины 9 в начальное положение (рис. а) машина будет подготовлена к работе,
если перегрузка снята.
Рис. 8.97
Рис. 8.97. Предохранительное устройство. Шатун 7, приводимый от коро-
мысла 6, сообщает возвратно-поступательное движение ползуну (на рис. не по-
казан). При перегрузке ползуна плунжер 4, сжимая пружину 3, вытесняется из
выемки в шатуне, при этом движение шатуна прекращается, а головка 2 с плун-
жером покачивается вокруг оси 7. После снятия перегрузки плунжер автомати-
чески входит в выемку и нормальная работа машины восстанавливается. Кольцо
5 обеспечивает движение шатуна вниз и поэтому выключение передачи возможно
только при движении шатуна вверх, г. е. ведомый ползун выключается в ниж-
нем крайнем положении.
21 С. Н. Кожевников и др. i
642 Раздел 8. Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
Рис. 8.98. Предохранительное устройство. Отключение ползуна 5 от вала 3
при перегрузке производится при расцеплении шарнирно соединенной с угловым
рычагом 4 защёлки 1 с пластиной 2, жестко связанной с валом 3. Рычаг 4 уста-
новлен на валу 3 на ходовой посадке.
Рис. 8.99
Рис. 8.99. Пружинный предохранитель зажимного механизма ковочной ма-
шины. Ползун 3, получающий движение от кулачков 1 и 2, соединен с деталью
7 механизмом, звенья которого соединены: с деталью 7 — осью 6, с ползуном 3 —
Предохранительные механизмы и устройства
643
осью 12 и между собой — осью 9. Исходное положение механизма фиксируется
приливами 10 и 11 звеньев посредством пружины 5 и стержня 4, прикрепленного
к двуплечему звену. В случае чрезмерной нагрузки, препятствующей перемещению
детали 7, ось 9 поднимается вверх, а кулачки 1 и 2 совершают полный оборот,
сжимая пружину 5, не испытывая перегрузки. 8 — стальной упор.
Рис. 8.100
Рис. 8.100. Схема зажимного механизма горизонтально-ковочной машины с
болтовым разрывающимся предохранителем. Движение ползуну 6 сообщается от
четырехшарнирного механизма 1—2—3 посредством шатуна 5, который состав-
лен из двух деталей А и В, шарнирно соединенных в точке Oi, лежащей вне ли-
нии центров О2О3. Детали шатуна жестко соединены болтом 4, который раз-
рывается в случае перегрузки.
Рис. 8.101. Зажимной механизм горизонтально-ковочной машины с пру-
жинным рычажно-коленчатым предохранителем. В случае перегрузки звено 1 по-
ворачивается относительно шатуна против часовой стрелки и посредством звень-
ев 2 и 3 сжимает пружину 4.
21*
644 Раздел 8. Компенсирующие, уравнительные и предохранительные механизмы
Рис. 8.102. Пружинный предохранитель. При перегрузке механизма от силы
Q, действующей по горизонтали на шарнир 1, расстояние между цапфами шар-
ниров 1 и 5 уменьшается, в результате чего курок 3 сначала сжимает пружину
4, а затем соскальзывает с клина 2; 6 — установочный винт упора.
Рис. 8.103. Зажимной механизм с пружинным предохранителем. При нор-
мальной нагрузке на ползун 1 звено 2 неподвижно. В случае перегрузки переме-
.щение ползуна 1 прекращается, а звено 2 становится подвижным вследствие
деформации пружины 3.
П редохранительные механизмы и устройства
645
Рис. 8.104
Рис. 8.104. Предохранительное устройство высадочной машины. Подвижная
матрица 3 приводится в движение от ползуна 2 со скошенной поверхностью, при-
легающей к наклонной поверхности матрицы. Последнему возвратно-поступа-
тельное движение сообщается от ползуна 6 пресса посредством трехповодковой
группы /, 8, 7, 2. Если прутковая заготовка А попадет не в ручей против пуан-
сона 4, а между плоскими поверхностями матриц, то скошенный конец подпру-
жиненного плунжера 5 вследствие сжатия пружины, вызванного возросшим дав-
лением, соскочит с наклонного выступа ползуна рычажного механизма и переда-
ча движения ползуну 2 и матрице 3 станет невозможной.
Рис. 8.105. Регулятор прижима, встроенный в шатун пресса. Шатун пресса
изготовлен из двух частей 1 и 5, подвижно соединенных осью 4. К части 1 ша-
туна прикреплен сдвоенный воздушный цилиндр 2, шток 3 поршня соединен с ча-
стью 5 шатуна серьгой 6. Касание части 5 шатуна с упором части 1 обеспечивает-
ся давлением воздуха внутри цилиндров 2. При перегрузке пресса части шатуна 1
и 5 поворачиваются относительно оси 4, а расстояние между осями А и В умень-
шается, поэтому механизм предохраняется от поломки.
Рис. 8.105
Раздел 9
НАПРАВЛЯЮЩИЕ МЕХАНИЗМЫ,
МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ
ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ В ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ
ИЛИ КОЛЕБАТЕЛЬНОЕ, РЕВЕРСИВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ,
МЕХАНИЗМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВКЛЮЧЕНИЯ
И ВЫКЛЮЧЕНИЯ
Прямолинейно-направляющими называются такие механизмы, в которых не-
которые точки звеньев описывают траектории частично или полностью совпадаю-
щие с прямой линией. В соответствии с этим механизмы делятся на точные и
приближенные прямила. Прямила встречаются в инструментах и приборах.
В практике современного машиностроения эти механизмы встречаются редко,
так как изготовление точных плоскостей и прямых не представляет затруднений.
Во многих случаях требуется воспроизвести круговое движение каких-либо
трех точек звена, совершающего сложное движение. Механизмы, удовлетворяю-
щие этому требованию, называются круговыми направляющими механизмами.
Среди направляющих механизмов известны так называемые приближенные
лямбдообразные направляющие механизмы П. Л. Чебышева.
(Рис. 9.1). В общем случае точка М при.повороте кривошипа АО на угол
zhcti проходит участок /, близкий к прямой при условии, если
МВ = АВ = СВ = 1;
AM
2
ш AM АО Г/3 \
cig — = ------tg ф =--------- — cos сро — АО
6 2 2 cos2 yQ L\2 yo /
- (cos ?0 -AO)-,/ Scoscpo-XO,
У coscp0 — AO
sin cp0 —
В данном случае свободными параметрами являются радиус кривошипа АО
и частичное значение фо переменного угла ф, соответствующее среднему поло-
жению механизма, т. е. корда точка М совпадает с осью симметрии своей траек-
тории в части, расположенной ближе к С. Полный угол 2ои поворота кривошипа
АО, соответствующий перемещению точки М на прямолинейном участке I, опре-
деляется из соотношения
2(1—Т2)2 Г 1 4-2/sin <р0 +/2 1
cos а-. =--------- ------------------— 1 .
Т2 (2 — Т2) L 1 - 2Т sin ср0 + Т2 J
Длина приближенно прямолинейного участка определяется по формуле
2 (2 — Т2) Г7 —sincpo 2 (1 Ч- 2/ sin у0 /2) /
1 — Т* Т2— 1 + (1—/2)2
sirfai.
Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения 647
Максимальное отклонение Е от прямолинейности определяется по формуле:
2(1+2/ sin ср0 + /2) /3
Е -------------------------------
(2 sin <ро + 3/ + 2/2 sin <р0 — /3)2
где _____________
Т =1 / 1 cos ср0 — АО
|/ cos ср0 — АО
и вспомогательное значение величины t определяется из уравнения
2 sin ?0 (1 + /2) + / (3 + /2) - (1 - /2) Т =-- 0.
Здесь t — корень этого уравнения, наиболее близко подходящий к нулю.
Если давать различные значения углу ф0 при одном и том же АО, то будем
получать различные варианты симметричного прямолинейно-направляющего ме-
ханизма.
В точных направляющих механизмах выбранная точка на звене совершает
движение по прямой, при этом чаще всего звено, на котором взята точка, совер-
шает поступательное движение. Для получения точных направляющих механиз-
мов чаще всего используют соединенные в один сложный два или более симмет-
ричных механизма.
В приближенных прямилах (выбранная точка звена перемещается по сложной
траектории, отклоняющейся на выбранном участке от отрезка прямой на вели-
чину, не выходящую за пределы заданной. Современное состояние синтеза поз
воляет проектировать приближенные направляющие, механизмы, удовлетворяю-
щие этим требованиям.
При проектировании прямолинейно-направляющих механизмов целесообразно
пользоваться методом академика П. Л. Чебышева, который дал решения для
симметричных и несимметричных четырехзвенных шарнирных прямолинейно-
направляющих механизмов (общий случай симметричного механизма приведен
на рис. 9.1). 1
Изыскания в области построения прямолинейно-направляющих механизмов
в свое время были продиктованы стремлением устранить необходимость введе-
ния в механизм направляющих, обеспечивающих прямолинейно-поступательное
движение звена. В результате этого устранялась также необходимость изготов-
ления самих направляющих, особенно в тех случаях, когда требовались высокая
точность и малый износ элементов кинематической пары при их относительном
скольжении и незначительной величине силы трения. В настоящее время во мно-
гих случаях это не имеет особого значения, потому что техника обработки плос-
костей достигла высокого уровня.
Кроме указанных механизмов Чебышева, известны эллиптические, конхо-
идальные, лемнискатные и другие приближенные прямила. В прямилах может
быть использован пантограф (см. рис. 10.33), в котором ведомая точка переме-
щается по прямой, если ведущая перемещается по другой прямой.
В основу построения точных направляющих механизмов положена инверсия.
Если данная кривая k (см. рис. 9.2), выражающаяся уравнением г = f(a), с
т2
другой кривой k' связана уравнением г' = ——, то кривая kr является инвер*
да)
сией кривой k\ m — коэффициентом инверсирования.
Инверсией окружности является окружность или прямая (см. рис. 9.2). Урав-
нение окружности при полюсе в точке О и оси О А, совпадающей с диаметром:
г = d cos а.
Инверсия имеет уравнение
, т21
г —
d cos а 1
648 Раздел 9. Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения
т. е. кривая k' — прямая, перпендикулярная оси О А и отстоящая от полюса О
т2
на расстоянии —~
а
Для построения точных направляющих механизмов необходимо, чтобы при
любом положении механизма три точки О, М, М1 лежали нд одной прямой и
чтобы ОМ • ОМ1 = const.
В ряде случаев ведомое звено исполнительного механизма, приводимое в
движение от непрерывно вращающегося двигателя, по условиям заданного тех-
нологического процесса, должно совершать возвратно-поступательное или коле-
бательное движение с различными законами изменения скорости и пути его пе-
ремещения. Так, например, в механизме поперечного перемещения ровницы
(см. рис. 9.34) ведомое звено — поводок, должно совершать возвратно-поступа-
тельное движение с регулируемой переменной длиной хода. Применяются также
малогабаритные механизмы с удвоенным (см. рис. 9.38), четырехкратным (см.
рис. 9.39) и чередующимся увеличением хода ползуна и ряд других.
На максимальную производительность машины существенное влияние оказыг
вает время реверсирования, определяющее продолжительность холостых непро-
изводительных ходов машины. Время реверсирования можно уменьшить, если
величина динамических напряжений при этом не превышает расчетных допус-
тимых.
В процессе реверсирования встречаются два вида сопротивлений: силы инер-
ции приводимых в движение масс и сопротивление трения в механизме привода.
При реверсировании торможение механизма привода может производиться
моментом Mj , представляющим некоторую функцию времени f(t).
В частности для электромагнитной муфты изменение момента трения с нача-
ла подключения обмотки муфты к сети определяется уравнением
где Мт — наибольшее значение момента трения;
k — постоянная, зависящая от параметров муфты (k = 2,54-3,5).
Торможение механизма рабочего движения осуществляется не только за счет
момента Л4Ь но и за счет момента М2 сил трения в механизме.
Угловая скорость со реверсируемого .вала может быть найдена интегриро-
ванием уравнения движения
d<£> М± М2
= е —
dt----------------J
и тогда, например, для торможения с помощью электромагнитной муфты
Мт Л 1 е~ы \
k k J ’
О) = О)-. — ------------
J
трения;
валу момент инерции всех движу-
где Л4Т — наибольшее значение момента
J = Ji + J2 — приведенный к реверсируемому
щихся масс;
Ji и J2 — приведенные массы на концах
Так как конец торможения соответствует моменту, когда со = 0, то время ti
торможения может быть найдено из уравнения
ЛУ1 . Мт, , 1
рев ер аир у ем ого вала.
e~ktl
j ' j V* k ' kj'
Время торможения следует определять графически или при k = оо:
4
h —
Мт + М2 ’
Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения 649
Для разгона уравнение движения будет
da М-! — М2
= е ==
dt-------------J
интегрируя которое, найдем время разгона /2 из уравнения
<0 = МтуМг t + (e~k «*+0 - е~ы).
Если положить со равной угловой скорости со2 реверсируемого вала при уста-
новившемся движении, полагая k = 00, то
2 Мт — М2'
Общее время реверсирования найдется как сумма и
i = ti + t2.
На рис. 9.75 схематически показано изменение моментов сил и угловой
скорости реверсируемого вала в процессе реверсирования.
Величина затрачиваемой на реверсирование энергии зависит от начальной
и конечной скоростей ведомого вала и от механизма, осуществляющего реверс.
Кинетическая энергия реверсируемых масс и работа, затраченная двигате-
лем, полностью поглощаются в процессе торможения трением в механизме рабо-
чего движения и работой трения в тормозном устройстве.
Работа Ам, затрачиваемая двигателем за время торможения в процессе ре-
версирования (при 'моменте грения муфты постоянном во все время реверсиро-
вания):
G
Ам == M5(o2d/ ==
о
Работа сил трения в механизме рабочего движения, затраченная за время
торможения
Al = J M2adt = M2cpi.
о
<Р1 — угол поворота вала за время торможения.
Если начальная кинетическая энергия реверсируемых частей машины
Ег
(of J
2
то работа А2 сил трения в тормозном устройстве определится из формулы:
J ч Мт
А2 = Ам + Ei — Ах — (Di (2со2 4- соД эд .
Работа сил трения в реверсивном устройстве при буксовании во время
разгона
; , <°У м-г
650 Раздел 9. Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения
Полагая М2 = 0, получим
Л 2 = ~ (2(о2 + °>i);
л2- 2
Полная потеря энергии при реверсировании
Л = А2 А2 — — ((Dt + cd2)2.
Реверсивные устройства могут быть представлены св виде:
1) работающих поочередно на один вал ременных передач;
2) зубчатых и винтовых механизмов с переключаемыми муфтами;
3) реверсируемых электродвигателей (система Вард — Леонардо);
4) гидравлических устройств и др.
НАПРАВЛЯЮЩИЕ МЕХАНИЗМЫ
Рис. 9.1. Лямбдообразный механизм Чебышева. При вращении кривощипа
О А траектория точки М на участке / — прямая линия.
Рис. 9.2. Инверсия кривых. Инверсией окружности является прямая К', пер-
пг2
пендикулярная оси ОА и отстающая от полюса О на расстояние где т —
коэффициент, инверсирования.
Направляющие механизмы
651
Рис. 9.3. Шарнирный направляющий механизм. При заданном движении
точек С или Е путь ab точки А — прямая. »
Рис. 9.4. Прямило Чебышева. Точка G перемещается по прямой, если
АМ2 : MiM2 : АВ = 2,6 : 2 : 1 или
AM2:MiM2: АВ = 4:3:1.
Можно найти и другие соотношения длин звеньев, пользуясь изложенным ниже
построением.
Построение. Если оба шарнира А и В шатуна АВ перемещаются по
симметричным ветвям укороченной циклоиды, то средняя точка G перемещается
по прямой LL.
Заменяя дуги циклоид дугами окружностей, можно соединить со стойкой
точки А и В при помощи стержней АМ2 и Если заданы АВ и G, то необхо-
димо центр окружности взять в G на оси yyLLL ось xx\\LL провести через О.
Далее проводят АС±АО; CBHLL до пересечения в D с линией ОЕ (FE = OF =
—г) и находят Н как точку пересечения продолжения DF с уу. Точка Л42 лежит
симметрично на продолжении АО и на перпендикуляре к АО, проведенном через
Н. Для нормальных соотношений принимают г = (0,7+0,8) а.
652 Раздел 9. Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения
Рис. 9.5. Обратное прямило Чебышева. Если точку G прямила по рис. 9.4
сделать неподвижной, то при вращении АВ звено М[М2 будет совершать прямо-
линейное поступательное движение.
Рис. 9. 6. Образование симметричного прямила Чебышева. Если через точку
М прямила ABCD ,(см. также рис. 9. 5) провести линию, параллельную CD, че-
рез D — параллельную СВ, а через точку лежащую посредине MCi линию,
параллельную АВ, то точка М симметричного прямила AiB\C\D Чебышева с
точкой М на продолжении шатуна будет перемещаться по кривой, мало отлича-
ющейся от прямой. При АВ = a, DC = с
1 1
AD = d = “ (а 4- b + с); ВС = b > — а.
Ход точки М, т. е. длина хорды, заменяющей прямолинейный участок
S = \ /^ а № — а\(а + %) — %>)
У 2а+ Ь *
Параллельные прямые, между которыми заключается дуга траектории точки М,
находятся друг от друга на расстоянии
s=]/l(а-Ь) (2а+6) + nb(b~+2^ -1/у(«-6)(2“+*);
при Ь-+—а погрешность уменьшается. При а = 1; b = 0,33; S = 0,64 и б =
= 0,0003.
Направляющие механизмы
653
Рис. 9. 7. Приближенные эллиптические прямила. При построении прибли-
женных эллиптических прямил части траектории какой-либо точки стержня,
скользящего своими концами по сторонам прямого угла, заменяются дугами ок-
ружности. На рис. а .прямолинейный участок траектории точки А заменяется ду-
гой А0А о радиуса OiM, при большой длине которою траектория точки G близ-
ка к прямой. На рис. б точка К стержня GB при перемещении G и В по взаимно
654 Раздел 9. Направляющие механизмы, и механизмы, преобразующие движения
перпендикулярным прямым GO и ОВ движется по эллипсу с расположением
большой оси по вертикали. Дуга эллипса, соответствующая ходу Л, заменяется
дугой окружности радиуса КМ.
На рис. в дуга эллипса, симметричная дуге эллипса, взятой в механизме по
рис.'б, заменена дугой окружности радиуса КМ. На рис. г точка О взята оправа
от точки G. На рис. д дуга эллипса с большой осью, расположенной по горизон-
тали, заменена дугой BBi окружности радиуса ОВ.
Рис. 9. 8. Приближенные прямила. Соответствующим выбором размеров по-
лучается шатунная кривая точки G шатуна, мало отличающаяся в пределах h
от прямой. При определении соответствующих размеров можно отыскать в пре-
делах угла траекторию точки С, мало отличающуюся от окружности, чтобы
присоединить в ней коромысло длиной, равной радиусу DC кривизны траектории
точки С.
Рис. 9. 9. Прямило Липкина, представляющее собой симметричный ромбо-
видный механизм, в котором OOi = ОХР = с,
PR = RQ=QS = SP = Г,
= е и
от О
и
( OR = OS=l.
Точка Q перемещается по прямой уу, потому что OP-OQ = const. Если ОО{ —
меньше OjP, то точка Q перемещается по окружности, имеющей центр слева
на расстоянии
е (Z2 — г2)
т =-----------
С2 — g2
c(Z2 — г2)
радиус окружности ----—
с2 — е2
прямую.
при с = е, = оо, т. е. получаем
Направляющие механизмы
655
Рис. 9.10
Рис. 9.11
Рис. 9.10. (Комбинация двухкривошипного ромбоида с шарнирным
параллелограммом Если размеры звеньев .присоединенной двухповодко-
вой группы AGD принять равными: АВ = AG и DB = DG, то получаем прями-
ло, дающее точное прямолинейное движение оси шарнира G вдоль прямей уу.
Рис. 9. 11. Приближенное прямило. Путь h точки G есть прямая при следую-
щих соотношениях: АВ = CD\
— = 0,584;
h
вс
— = 0,592;
h
GE
— = 1,112.
h
Рис. 9.12. Лемнискатное прямило Уатта. При размерах ВС = 0,6 h и п =
= /*2 = 1,5 h точка G, лежащая посередине шатуна в пределах отрезка h, дви-
жется по кривой, мало отличающейся от прямой.
Рис. 9.13. Механизм лущильной машины. Точка А механизма движется па-
раллельно столу.
656 Раздел 9. Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения
Рис. 9.14. Механизм Гарта. В этом механизме АВ = DE, AD = BE. Точки
О, Р и Q лежат на одной прямой, параллельной АЕ и BD.
Рис. 9. 15. Обращенное конхоидальное прямило. При вращении ВМ звено К
совершает поступательное движение.
Рис. 9.16. Обращенный механизм Уатта. Механизм Уатта (см. рис. 9. 12)
посгавлен на звено, совершавшее поступательное движение. В обращенном ме-
ханизме звено k получает поступательное движение.
Направляющие механизмы
657
Рис. 9.17. Применение приближенных эллиптических прямил в регистрирую-
щем механизме индикаторов. На вращающемся барабане 1 закрепляется бумага,
на которой пером 2 записывается давление в цилиндре 3. В механизме по рис. а
использована схема рис. 9.7, д, в механизме по рис. б — схема рис. 9.7, а.
Рис. 9.18
Рис. 9.19
Рис. 9.18. Направляющий механизм, состоящий из пары одинаковых зубча-
тых секторов, к которым симметрично присоединена диада АСВ. Точка С в силу
симметрии перемещается по прямой.
Рис. 9.19. Точный направляющий механизм. Точки А и В на начальной ок-
ружности зубчатого колеса Zi, катящегося по начальной окружности зубчатого
колеса г2 с внутренним зацеплением, описывают гипоциклоиды. .При условии, что
начальная окружность колеса в два раза меньше начальной окружности ко-
леса z2, траектории точек А и В суть прямые линии АоЛо и В0В0:
658 Раздел 9. Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения
Рис. 9.20. Точный направляющий механизм (эллиптическое прямило). Если
4 и В перемещаются по двум прямым, то любая точка отрезка АВ описывает
эллипс. Точка С, расположенная посередине отрезка, описывает окружность с
центром в точке О. Присоединив кривошип ОС и заставляя точку А перемещать-
ся по прямой, получим прямолинейное движение точки В, т. е. при условии, что
АВ
кривошип ОС = —- точка В перемещается по вертикальной прямой.
Рис. 9.21
Рис. 9.21. Приближенные конхоидальные направляющие механизмы. На
рис. а точка М перемещается по некоторому участку конхоиды шт, приближен-
но совпадающей с дугой ММ' окружности, описанной из центра О. Точка В з
пределах угла а перемещается по прямой. .В механизме по рис. б ведущая точка
И. взята между точками В и А. В механизме по рис. в точка М взята вне АВ.
Направляющие механизмы
659
Рис. 9.22. Зубчато-кулисный механизм. Рычаг 1 установлен на пальце зуб-
чатого колеса 5, которое находится в зацеплении с зубчатым колесом 2. Палец
на колесе 2 входит в криволинейный паз рычага 1. Точка В рычага описывает
траекторию с прямолинейным участком В{В2. Рассматриваемый механизм приме-
няется в киносъемочных аппаратах для подачи пленки.
Рис. 9. 23. Схема восьмизвенника, в котором шарнир В совершает прибли-
женно прямолинейное движение.
Рис. 9. 24. Прямой стержень выпрямляющего механизма заменен жестким
треугольником BMN на малой окружности. М и N расположены симметрично от-
носительно диаметра ВО'С. Пслзушка М перемещается по прямой тт, а пол-
зушка N—по прямой гт. Точка В перемещается по прямой.
660 Раздел 9. Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения
Рис. 9. 25. Механизм с движением точки М по дуге окружности. Поступа-
тельные пары В и С перемещаются по неподвижным направляющим, пересекаю-
щимся в точке О.
Рис. 9. 26. Механизм с движением точки М по дуге окружности. Круговая
траектория проходит через неподвижные центры А и D.
МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ
В ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ
Рис. 9.27
Рис. 9.27. Карданная зубчатая передача с наружным зацеплением и переда-
точным отношением, равным единице. Центральное зубчатое колесо 4 закрепле-
но неподвижно. Ведущим звеном является поводок 3. Колеса 1 и 4 имеют оди-
наковое число зубьев. Звено 2, жестко соединенное с колесом /, перемещается
поступательно.
Механизмы для преобразования вращательного движения в поступательное 661
fl-fl
Рис. 9.28. Механизм подачи стола под ползун гидравлического пресса. От
кривошипа 2 приводится в движение шатун левый шарнир которого может
скользить в продольном пазу станины 4, а правый сочленен с ползуном 3, могу-
щим скользить в поперечном пазу станины. В левом крайнем положении стола 5
происходит загрузка, в правом—рабочая операция. Механизм отличается ком-
пактностью привода.
а) — конструкция, б) — кинематическая схема механизма.
662 Раздел 9. Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения
Рис. 9.29
Рис. 9.29. Механизм преобразования вращательного движения постоянного
направления в возвратно-поступательное.
Механизмы для преобразования вращательного движения в поступательное 663
Движение зубчатым колесам 4 и 5 передается коническими колесами 7 и 9
и цилиндрическими колесами 1 и 8. Колеса 4 и 5, находящиеся в зацеплении с
двумя рейками 10 и 11, вращаются в разные стороны и направление движения
реек зависит от того, какое из этих колес включено в кинематическую цепь меха-
низма.
Действие переключающего устройства основано на соединении и разъедине-
нии колес 1 и 8 с валами, на которых они установлены, посредством круглых по-
ворачивающихся шпонок 3 и 6 (см. разрез А—А).
При расположении рычагов шпонок 3 и 6 в радиальном направлении колесо
выключено и при наклонном — включено.
Автоматическое переключение шпонок осуществляется упорными винтами
2, положение которых для минимального времени выстоя регулируется при на-
стройке.
Рис. 9.30
Рис. 9.30. Устройство для преобразования вращательного движения в воз-
вратно-поступательное. На ведущем валу 6 закреплена наклонная втулка 7 с от-
верстием, которая свободно вращается в ступице диска 5. Диск 5 только качает-
ся и удерживается от вращения соединением карданного типа. В одной плоско-
сти (рис. б) диск о качается относительно кольца 3 на цапфах 10, а в плоскости,
перпендикулярной первой, кольцо 3 качается на цапфах 2 (рис. а), установлен-
ных в корпусе механизма. Качательное движение диска 5 преобразуется в воз-
вратно-поступательное посредством кольца 4 с двумя сферическими подпятника-
ми и двух штоков 1 с шаровыми головками. Головки штоков фиксируются отно-
664 Раздел 9. Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения
сительно ступицы диска 5 фланцем 8 и шайбой 9, которая притягивается к сту-
пице диска 5 болтами.
Длина пути штока при конструктивном изменении соединения диска 5 с ва-
лом может регулироваться изменением угла наклона втулки 7, как это показано
на рисунках в и г. Как в первой, так и во второй схемах угол наклона втулки
изменяется перемещением ползуна 11.
Рис. 9. 31. Механизм преобразования вращательного движения в возвратно-
поступательное. На ведущем валу 8 (рис. а) заклинена звездочка 7 и диски 2 и
6’ со скошенными торцами, по которым обкатываются два .промежуточных ша-
рика.
Втулка 1 с шайбой 4, связанные пружинно-кольцевым замком 5, получают
возвратно-поступательное движение в корпусе 3 при перекатывании шариков в
канавках на торцах шайбы 4. При гладкой шайбе 4 ([без беговых дорожек при
наличии сепаратора) один цикл возвратно-поступательного движения втулки 1
соответствует двум оборотам звездочки 7, при наличии беговых дорожек отно-
шение числа циклов Мц к числу оборотов п определяется уравнением:
2^ = 1_____L
п 1г
где I и li показаны на схеме (рис. а).
Указанные отношения можно изменить дополнительным вращением корпу-
Механизмы для преобразования вращательного движения в поступательное 665
са 3. Для этой цели на валу 8 закрепляется звездочка 10 (рис. б), а на ступице
корпуса 3— звездочка 11 с одним и тем же шагом, но разными числами зубьев;
Zu = 27 и Zio = 28. Зубчатая цепь 9 находится одновременно в зацеплении с
обеими звездочками. Зубья звездочки 10 немного уже зубьев стандартной звез-
дочки И. Так как окружная скорость звездочки обратно пропорциональна чис-
лам их зубьев, то при отсутствии беговых дорожек на шайбе 4, одному циклу
возвратно-поступательного движения втулки 1 соответствует 54 оборота кор-
пуса 3.
Рис. 9.32. Механизм из винтовых зубчатых секторов, передающий возвратно-
поступательное движение штанге. К коромыслу 5, которое является ведущим
звеном, прикреплен зубчатый сектор 2 однозубого винтового колеса, который за-
цепляется с винтовым зубчатым колесом 5, установленным неподвижно на квад-
ратной штанге 1.
. Покачиванием коромысла 3 в пределах 5° штанге 1 сообщается возвратно-
поступательное движение. Наклон зубьев под углом 45° и выше позволяет меха-
низму работать удовлетворительно.
666 Раздел 9. Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения
Рис. 9.33
Рис. 9.33. Механизм преобразования ^быстрого вращения в медленное воз-
£ртеатнр.-'по(ступательное движение. От ведущего колеса 2 движение передается
червякам 6 и 8 с правой резьбой посредством зубчатого колеса 1 и соответствен-
но зубчатых колес 3 и 4, в результате чего червяки вращаются в противополож-
ных направлениях. Ось червячного колеса 5, зацепляющегося с червяками 6 и 8,
свободно вращающегося на оси, установленной на ползуне 7, перемещается с
малой скоростью, определяемой разностью шагов червяков.
При шаге червяка 6, равном 4,23 мм, а шаге червяка 8— 4,25 мм и переда-
точном отношении зубчатых колес (от колеса 2 к червякам), равном двум, за
один оборот колеса 2 ползун 7 перемещается на 0,005 мм.
В крайних положениях ползуна 7 механизм переключается и колесо 2 вра-
щается в противоположную сторону.
Рис. 9.34. Механизм возвратно-поступательного движения с переменной
длиной хода. Рассматриваемый механизм применяется для поперечного переме-
щения ровницы в текстильной промышленности.
Механизмы для преобразования вращательного движения в поступательное 667
На эксцентрично расположенных ступицах / и 4 червячных колес 2 и 3 уста-
новлены головки шатунов 7 и S, сообщающих возвратно-поступательное движе-
ние поводку 6 посредством рычага 9, Ведущим звеном механизма является чер-
вяк 5, зацепляющийся с двумя червячными колесами с числом зубьев, отличаю-
щимся на единицу. График движения поводка 6 показан на рис. а. Длина хода
поводка регулируется перемещением шарниров, соединяющих рычаг 9 с шатуна-
ми и поводком с последующей фиксацией их в заданном положении.
Рис. 9.35
Рис. 9.36
Рис. 9. 35. Механизм преобразования поступательного движения с постоян-
ной скоростью в поступательное со сложным законом изменения скорости.
В направляющем пазу неподвижной станины перемещаются ведущий пол-
зун 1 с постоянной скоростью и ведомый 5, закон движения которого определя-
ется профилями криволинейных рычагов 4 и 3. Оси роликов 2 закреплены на
ползунах, а оси рычагов — на станине.
В начальный период передачи движения .(рис. а) скорость ползуна 1 больше
скорости ползуна 5, затем, когда точки касания роликов с рычагами и одного
рычага с другим располагаются по одной прямой, скорости ползунов 1 и 5 раз-
ны между собой. В последующий период движения скорость ползуна 1 меньше
скорости ползуна 5 |(рис. б).
Рис. 9. 36. Механизм для сообщения точке движения со сложным законом
изменения скорости. Механизм применяется для перемещения проволоки, прохо-
дящей через отверстие в верхней части рычага 4.
Движение ведомого ввена 4, шарнирно связанного с ползуном 3, представля-
ет собой результат сложения движения ползуна и вращения, пропорционального
углу поворота шатуна 2 относительно ползуна 3. На рис. а и б показан меха-
низм при различных положениях кривошипа 1. Из рис. видно, что скорость цент-
ра отверстия звена 4 в пределах угла поворота кривошипа от 0 до 90° и от 180
цо 270° больше скорости ползуна 3.
668 Раздел 9. Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения
Рис. 9. 37. Планетарная зубчатая передача с наружным зацеплением для
осуществления прямолинейного движения.
Центральное зубчатое колесо 6 закреплено неподвижно. Сателлит 2 с прикре-
пленным к нему кривошипом 3 имеет диаметр в два раза 'меньше диаметра ко-
леса 6 й зацепляется с ним через паразитное колесо 1. При одинаковых длинах
D поводков и указанном числе зубьев угол Фг поворота z2 равен —ср5, поэтому
центры шарниров образуют равнобедренный треугольник с основанием на ЛВ,
направление которого совпадает с линией совмещенных длин поводка 5 и кри-
вошипа 3. Поэтому шатун 4 перемещается по центральной прямой и имеет ход,
равный 4D.
Рис. 9. 38. Кривошипный механизм с удвоенной длиной хода. На шейке ко-
лена вала воздушного компрессора установлен подшипник 1 с двумя отверстия-
ми в боковых приливах. Одно отверстие служит для шарнирного соединения
Механизмы для преобразования вращательного движения в поступательное 669
подшипника с шатуном 4, второе — для соединения с коромыслом 2. Ход поршня
3 равен четырем радиусам кривошипа, что позволяет получить высокую произво-
дительность компрессора при небольших его габаритах. На рис. а дана кинема-
тическая схема механизма.
Рис. 9.39
Рис. 9. 39. Четырехкратное увеличение длины хода ползуна. Ход каждой
подвижной рейки в два раза больше хода ползуна с монтированной на ней осью
колеса. При ведущем ползуне* 6 колесом 4 производится удвоение хода рейки 5
и колесом 2 удвоение перемещения рейки, прикрепленной к ползуну 1. 7 и 3—
неподвижные рейки, 1 и 6 — ползуны. Так, например, если ведущий ползун 6 пе-
реместить на 25 мм, то ползун с рейкой 5 пройдет путь, равный 50 мм и соот-
ветственно- ползун 1—100 мм.
Рис. 9.40
Рис. 9.40. Механизм возвратно-поступательного движения с большой дли-
ной хода. Одно из звеньев цепи 7 цепной передачи с одинаковым числом зубьеь
звездочек 3 и 8 снабжено поводком 6, к которому прикреплена ведомая штанга
4. Расстояние от центра шарнира 5 до оси цепи 7 равно радиусу начальной ок-
ружности звездочки. При таком соотношении размеров штанга 4, поддерживае-
мая направляющим кронштейном 2, получает равномерное возвратно-поступа-
тельное движение с длиной хода, равной межцентровому расстоянию А. При
огибании звеном 6 окружности звездочек штанга 4 неподвижна. Механизм при-
меняется для направления проволоки 1 при намотке ее на барабан.
670 Раздел 9. Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения
Рис. 9. 41. Механизм возвратно-поступательного движения. Зубчатые колеса
1 и 2 с одинаковым числом зубьев установлены эксцентрично на валах 4 и 6. На
концентричных по отношению к поверхности зубьев колес заточках установлены
щеки 8 и 7, которые соединены между собой болтами 5 и удерживают колеса на
постоянном межцентровом расстоянии. Вал 6 вращается в неподвижных под-
шипниках, а вал 4 — в подшипниках ползуна 3, перемещающегося в прямолиней-
ных направляющих. Ползун 3, соединенный с ведомым звеном механизма, полу-
чает возвратно-поступательное движение при вращении зубчатого колеса 1 вок-
руг неподвижной оси.
Рис. 9.42
Рис. 9. 42. Механизм возвратно-поступательного движения с постепенным из-,
менением длины хода от нуля до максимума. Ведущее колесо 7, закрепленное
eta валу 8, передает непосредственно вращение колесу 9 и посредством промежу-
точных колес 6 — колесу 5, у которого число зубьев на один меньше чем у коле-
са 9.
Механизмы для преобразования вращательного движения в поступательное 671
Зубчатое колесо 5 свободно вращается на оси стойки, а колесо 9 — так же
свободно на оси, установленной на ползуне 1. На эксцентрично расположенных
ступицах 2 и 4 колес 5 и 9 установлен шатун 3. Вследствие того, что числа зубь-
ев колес 5 и 9 не одинаковые, положение одного эксцентрика изменяется относи-
тельно другого и соответственно изменяется длина хода ползуна 1. Максималь-
ный ход ползуна 7, ограниченный допускаемым предельным увеличением меж-
центрового расстояния колес 7 и 9 при эвольвентном зацеплении, равен сумме
эксцентриситетов, минимальный — разности.
Рис. 9. 43. Механизм с циклическим постепенным, но неравномерным увели-
чением и уменьшением длины хода ползуна. На ведущем валу 2 закреплено зуб-
чатое колесо 1 и свободно качается поводок 5, несущий сателлиты 4 и 5. На по-
следних закреплено по кривошипному пальцу соответственно 10 и 7. Числа зубь-
ев колес 1 и 4 одинаковые /(316), а у колеса 5—на один зуб больше (37).
С пальцем 10 колеса 4 связано коромысло 6, качающееся относительно пальца
на станине, а с пальцем 7 посредством шатуна 8 соединен ползун 9.
При вращении колеса 1 поводок 3 совершает качательное движение относи-
тельно оси вала 2, а ползун 9 получает сложное, возвратно-поступательное дви-
жение. Цикл качательного движения поводка 3 соответствует одному обороту
зубчатых колес 1 и 4, поскольку числа зубьев их одинаковые, а цикл движения
ползуна 9 заканчивается на числе оборотов колеса 7, равном числу зубьев ко-
леса 5.
672 Раздел 9. Направляющие механизмы, и механизмы, преобразующие движения
Рис. 9.44. Механизм возвратно-поступательного движения с чередующейся
переменной длиной хода ползуна.
Механизм применяется для нанесения делений на лимб ходового винта.
Вращающийся вал 8 с кулачком 7 сообщает возвратно-поступательное дви-
жение резцедержателю 1 посредством коромысла 14, толкателя 12, втулки 11
с пружиной 10 и роликом 9, катящимся по профилю кулачка 7. Пружины 10 и
13 осуществляют силовое замыкание системы. Приводимый периодически в дви-
жение от вала 8 посредством однозубого колеса 6 барабанчик 5 в нижней части
имеет 10 зубьев, а на верхней торцовой поверхности два диаметрально проти-
воположных паза различной глубины.
Резцедержатель 1 занимает постоянное крайнее верхнее положение, а край-
нее нижнее положение определяется плоскостью касания упора 3 с торцовой
плоскостью барабанчика 5.
При первых четырех оборотах вала 8, упор 3 резцедержателя соприкасается
с верхней торцовой поверхностью барабанчика 5 и на размечаемый лимб 2 на-
носятся короткие штрихи. На пятом обороте вала 8 упор западает в менее глу-
бокий, а на десятом обороте — в более глубокий паз барабанчика 5. В соот-
ветствии с этим резец наносит увеличенной длины штрихи.
Изменение длины хода резцедержателя компенсируется деформацией пру-
жины 10.
Стол 4 с лимбом 2 периодически поворачивается на заданный угол от дели-
тельного механизма, работающего синхронно с механизмом резцедержателя.
Механизмы для преобразования вращательного движения в поступательное 673
Рис. 9.45
Рис. 9.45. Механизм преобразования возвратно-поступательного движения в
периодически постоянное.
Рассматриваемый механизм позволяет получить шагообразное регулируемое
движение с точностью до 0,01 мм и может применяться для нанесения делений
линейных размеров.
Вращательное движение кулачка I (рис. а) преобразуется в возвратно-
поступательное движение штока 4 посредством рычага 2. Силовое замыкание
штока 4 осуществляется пружиной 6. Микрометрическим винтом 3 регулируется
величина хода штока 4. На подвижном штоке 4 установлена втулка 5, на не-
подвижном 7 — втулка 8. Втулки 5 и 8 соединены между собой винтом 9.
При перемещении штока 4 вправо /(рис. б) подпружиненные шарики 13
втулки 5 заклиниваются, а во втулке 8 — расклиниваются, поэтому со штоком 4
вправо перемещаются обе втулки 5 и 8. При движении штока 4 влево шарики
13 втулки 5 расклиниваются, сжимая пружины 14, втулка 8 заклинивается на
неподвижном штоке 7 и все устройство остается неподвижным. Повторные дви-
жения штока 4 перемещают втулки 5 и 8 на один и тот же шаг на расстояние,
определяемое длиной штоков 4 и 7,
22 с. Н. Кожевников и др.
674 Раздел 9. Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения
Тяга 15 слегка удерживает вее устройство 'против подачи. Свободное пере-
мещение втулок 5 и 8 влево или вправо при настройке .механизма осуществляется
тягой 10, изготовленной в виде пластинки и соединенной со шпилькой 11, жестко
связанной со втулками 12 и 16. Перемещению вправо препятствует небольшое
усилие, создаваемое тягой 15, а в начальный момент перемещения влево втулки
12 и 16 удаляют шарики 13 из воны самозаклинивания и затем перемещают
втулки 5 и 8 в указанном направлении.
Рис. 9.46. Механизм для преобразования вращательного движения в .JO3-
вратно-поступательное с постоянной скоростью. На направляющей 1 станины
механизма (рйёГа) установлен ползун 4, который получает движение от цепи 3
цепной передачи с ведущей 2 и натяжной 6 звездочками. Палец 5, прикреплен-
ный к цепи 3, расположен в прорези ползуна 2.
Ход ползуна
S = A+?R,
^где А — межцентровое расстояние;
7? — радиус делительной окружности звездочки.
В пределах межцентрового расстояния А скорость ползуна 2 постоянная,
а .в пределах радиуса R звездочки '(рис. б) изменяется по закону синуса.
Механизмы, для преобразования вращательного движения в поступательное 675
Рио. 9.47
Рис. 9.47. Регулируемый механизм для преобразования вращательного дви-
жения в возвратно-поступательное с постоянной скоростью. Ползун 5 (рис. а)
установлен на направляющей 6, которая крепится к станине привода плоско-
стями 1. Рабочие инструменты могут прикрепляться к ползуну 5 с двух сторон
болтами, расположенными в отверстиях 3. В прорезях направляющей 6 уста-
новлены упоры 4 и 7, положение которых регулируется вращением винта 11
посредством маховичка 10.
22*
676 Раздел 9. Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения
В полой части .ползуна 5 |(рис. б) на шодшипниках установлена звездочка 12
с неполным числом зубьев, которая сцепляется с роликовой цепью 8, движу-
щейся с постоянной скоростью.
Звездочка 12, к которой прикреплен направляющий кулачок 13, может вра-
щаться относительно своей оси или быть неподвижной, последнее осуществляется
муфтой сцепления |(на схеме механизма муфта не показана).
В период, когда звездочка 12 соединена посредством муфты с ползуном 5
неподвижно, цепь 8, приводимая в движение ведущей звездочкой 2, перемещает
весь узел по направляющей 6 постоянной скоростью до (встречи с упором 7
или 4. Здесь муфта автоматически выключается, звездочка 12 поворачивается
вокруг своей оси на 180° и зацепляется с другой ветвью цепи цепной передачи,
которая движется в (Противоположном направлении.
После поворота звездочки 12 на 130° муфта автоматически включается и
узел ползуна 5 получает движение до встречи с другим упором.
Профиль кулачка 13 в контакте с роликом, установленным на оси упора,
определяет закон движения ползуна в (период переключения /рис. в). 9—на-
тяжная звездочка цепной передачи.
Рис. 9.48. Механизм равномерного возвратно-поступательного движения.
На ведущем валу 5, вращающемся посредством шкива 1 ременной передачи,
неподвижно закреплены: зубчатое колесо 3 с 20 зубьями и колесо 6 —-
19 зубьями.
Вследствие того, что числа зубьев колес разные, происходит относительное
вращение зубчатых колес 2 и 8 с кулачками и в результате равномерное пере'
мещение вала 9 с кулачком 7 сначала вправо, а затем влево. Профиль кулачков
построен по винтовой линии. Вилка 10 под действием пружины 11 обеспечивает
постоянный контакт между кулачками.
Механизмы для преобразования вращательного движения в поступательное 677
Рис. 9.49
Рис. 9.49. Механизм с прерывистым движением ползуна и непрерывным
обратным ходом.
Зубчатый сектор 1, зацепляющийся с зубчатой рейкой, прикрепленной к
ползуну 2, совершает качательное движение. Ползун 3 со штоком 9 и пружи-
ной 6, перемещающийся в направляющих ползуна 2, удерживается собачкой 5
на станине 4. При вращении зубчатого сектора 1 в направлении стрелки ползун
2 перемещается вправо, сжимая пружину 6, а ползун 3 остается неподвижным
так как его движению препятствует собачка. Пройдя путь 5, ползун 2 высту-
пом 7 освобождает собачку 5 и ползун 3 под действием сжатой пружины бы-
стро перемещается вправо. Амортизатор 8 (резиновое кольцо) уменьшает силу
удара. При вращении зубчатого сектора против направления стрелки ползуны 2
и 3 перемещаются с одинаковой скоростью.
Механизм применяется для подачи гаек из бункера в гайко-нарезном авто-
мате.
678 Раздел 9. Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения
Рис. 9.50. Кривошипно-кулисный механизм с быстрым обратным ходом.
Подъем ползуна 1 вверх осуществляется вращением вала 4 в направлении
стрелки, сила тяжести ползуна при этом направлена в противоположную сторону
движения и ролики 3 муфты свободного хода заклиниваются. Скорость подъема
ползуна 1 соответствует скорости вращения пальца 5 кривошипа 2.
При опускании ползуна ролики 3 муфты не препятствуют движению ползу-
на с большей скоростью чем та, которая соответствует скорости вращения вала,
и ползун быстро, под действием силы веса, перемещается в крайнее нижнее по-
ложение.
Рассматриваемый механизм может применяться в тихоходных прессах, при
этом производительность повышается примерно на 30%.
Рис. 9.51. Планетарный механизм быстрого возвратно-поступательного дви-
жения.
Механизмы для преобразования вращательного движения в поступательное 679
Коническое колесо 2 с 46 зубьями, установленное жестко на ведущем ва-
лу 1 зацепляется с коническим колесом 3 внутреннего зацепления с 48 зубьями.
Рамка 5 изготовленная за одно целое с колесом 3 соединена шаровым шарни-
ром 7 с вращающимся маховиком 6 и крестовиной 4 с неподвижной полой
осью 9. Такое соединение позволяет осуществить качательно-круговое движение
колеса 3 при постоянном зацепленииего с колесом 2. Один оборот колеса 2
рассматриваемого механизма вызывает 23 качательных движения рамки 5 с
колесом 3 и такое же число оборотов маховика 6. Рамка 5 соединяется с ноже-
вым режущим аппаратом косилки элементом 8 шарового шарнира.
Рис. 9.52
Рис. 9.52. Кривошипно-рычажный механизм с быстрым возвратно-поступа-
тельным движением ползуна.
Рассматриваемый механизм за цикл качания коромысла 2 совершает два
рабочих хода ползуна 1 и применяется для гофрирования металлической ленты.
На рис. показано три положения механизма, соответствующие одному цик-
лу движения ползуна.
Рис- 9 53. Механизм с удвоенным числом циклов возвратно-поступательного
Движения. Коромыслу 2, на ступице которого жестко закреплено колесо 3t
680 Раздел 9. Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения
штоком 1 сообщается качательное движение. Колесо 3 зацепляется с колесом 5,
сидящем на одной оси с кривошипом 7, палец которого скользит в пазу кули-
сы 9. Числа зубьев колес 3 и 5 одинаковые.
Кривошип 7 и кулиса 9 расположены так, что в процессе перемещения
штока 1 и соответственно кривошипа 7 из одного крайнего положения (рис. а)
в другое (рис. б), кулиса 9 и шток 8 совершают полный цикл движения-
Второй цикл движения осуществляется при движении штока 1 в исходное
положение.
Оси 6 и 4 механизма смонтированы на кронштейне-
Рис. 9.54
Рис. 9.54. Механизм поочередного привода двух ползунов от одного вала,
Ползуны 4 и 3, движение которых ограничено пальцем 5, перемещаются в
двух направляющих, расположенных по обе стороны станины 2, и приводятся в
движение: ползун 3 — от коромысла 8 и шатуна 10, соединенного с осью сател-
лита 9, ползун 4 — от ведущего колеса 7, кривошипа ОБ на сателлите 9 и ша-
туна 1. Пружина 6 стремится удерживать подвижно установленное на валу
коромысло 8 в крайнем правом положении. Механизм имеет в общем случае две
степени свободы, поэтому движение звеньев определяется приложенными к пол-
зунам нагрузками. При вращении колеса 7 и правом крайнем положении пол-
зуна 3, ограниченном неподвижным пальцем 5, сателлит 9 поворачивается отно-
сительно неподвижной оси О и приводит в движение ползун 4. Если ползун 4
будет остановлен пальцем 5, то ось сателлита, преодолевая сопротивление пру-
жины 6, отклонится влево, при этом будет перемещаться ползун 3.
При длине паза в ползунах меньше удвоенной длины радиуса кривошипа
и наличии пружины 6 движение ползунов будет поочередным. Механизм пере-
менной структуры применяется в упаковочных машинах.
Механизмы для преобразования вращательного движения в поступательное 68 1
Рис. 9.55
Рис. 9.55. Механизм для горизонтального и затем вертикального перемеще-
ния изделия. Горизонтальное перемещение изделия 1 осуществляется толкате-
лем 2, приводимым в движение кулисным механизмом и кулисой 5, имеющей
часть паза круговой формы, обеспечивающего остановку кулисы.
Вертикальное перемещение груз 1 получает от штока 7 кулачково-рычажного
механизма с пазовым кулачком 5.
Синхронное перемещение изделия в горизонтальном и вертикальном направ-
лениях достигается соединением ведущих звеньев двух механизмов зубчатыми
колесами 4 и 6.
Рис. 9.56
Рис. 9.56. Механизм, сообщающий реверсивное вращательное и возвратно-
поступательное движение. Поступательное движение валу 1 сообщается круглой
-зубчатой рейкой 2 и вращение — винтовым пазом, в котором скользит ролик 3
с неподвижной осью.
682 Раздел 9. Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения
Рис. 9.57
Рис. 9.57. Механизм, осуществляющий винтовое возвратное движение.
Шатун 3 сообщает валу 1 возвратно-поступательное движение через втулку,
расположенную между стопорными кольцами, одно из этих колец (кольцо 2)
большего диаметра. Ролик 4, установленный на ползуне 5, входит в винтовую
канавку вала 1. При движении ползуна 5 вместе с валом, когда штанга 6 ведется
кольцом 2 через упоры 7, вал не вращается. Вал вращается при перемещении
кольца между упорами. Угол поворота и его фазу можно изменить перестанов-
кой упоров.
Рис. 9.58
Рис. 9.58. Механизм для перемещения и поворота полосы на гибочной ма-
шине.
На ползуне 4 кривошипно-шатунного механизма подвижно прикреплено зуб-
чатое колесо 1, обкатывающееся по подпружиненной рейке 5. Угол поворота
колеса 1 ограничивается пальцем 3 на ползуне и пазом на колесе. В крайних
положениях пальца в пазу колесо не вращается, а подпружиненная рейка дви-
жется вместе с ползуном, при этом одна из втулок 6 неподвижна, а вторая
Механизмы для преобразования вращательного движения в поступательное 683
перемещается с рейкой. Несущий полосу А рычаг 2 в это время совершает по-
ступательное движение.
Машина оборудуется парой синхронно работающих механизмов, захваты-
вающих полосу А за оба конца (в крайнем левом положении) и перекладываю-
щих ее в крайнем правом положении.
Рис. 9.59. Механизм для одновременного привода ползуна и толкателя.
Движение Г-образному рычагу 9—8 с неподвижной осью 10 (рис. а) сооб-
щается пазовым кулачком 11. Ползун 1 и толкатель 5 приводятся от рычага 9
соответственно через амортизированный шатун 7 и поводок 6. При подходе к
упору 12 ползун останавливается, а толкатель продолжает перемещаться, под-
водя изделие 4 по плоскости толкателя 1 к приемнику 3 с листом бумаги 2 для
обвертки.
Для уменьшения динамических усилий, возникающих при наличии аморти-
затора к рычагу 9 (рис. б) жестко присоединяется косынка 14 с роликом 13, ко-
торый перемещается в профилированном пазу кронштейна 15 на ползуне, обес-
печивающем выстой последнего.
384 Раздел 9. Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения
Рис. 9.60. Механизм возвратно-поступательного движения двух ползунов с
приводом от одного кривошипа.
Ползун 1 рассматриваемого механизма перемещается в направляющих на
ползуне 2. Ползун 1 получает движение от кривошипно-шатунного механизма с
шатуном 5, а ползун 2 от шатуна 6 кривошипно-коромыслового механизма с ко-
ромыслом 4. Оба механизма имеют общий кривошип. Ползуны имеют мертвые
положения, несколько сдвинутые по фазе.
На рис. а показано приблизительно правое предельное положение механиз-
ма, а на рис. б — схема в промежуточном положении. Ход ползуна 2 больше
хода ползуна 1.
Механизм применяется для гибки изделий из проволоки.
Рис. 9.60
Рис. 9.61. Механизм для преобразования возвратно-поступательного движе-
ния поршня двигателя во вращательное.
Механизмы для преобразования вращательного движения в поступательное 685
На валу 6 двигателя, на некотором расстоянии друг от друга неподвижно
закреплены кулачки 5, значительный момент инерции которых выполняет роль
маховика. На том же валу 6 на подвижной посадке между кулачками установ-
лена направляющая 4, имеющая прямолинейный паз для ползуна 3, который
соединен с нижней головкой шатуна 2. Ролики пальца 7, соединенного с ползу-
ном 5, скользят по профильному пазу кулачков.
За период полного перемещения поршня 1 и шатуна 2 вниз пальцы 7, воз-
действуя на кулачки 5, поворачивают вал 6 на 90°. Дальнейшее вращение ва-
ла 6 на 90° соответствует подъему поршня до верхнего мертвого положения под
действием профиля кулачка. Плечо приложения силы к валу в период всего
цикла движения остается постоянным, шатун расположен все время с одной
стороны вала.
Рис. 9.62
Рис. 9.63
Рис. 9.62. Пространственный механизм передачи возвратно-поступательного
движения.
От шатуна 1 движение передается ползуну 6 посредством сдвоенного коро-
мысла 3, тяги Б, Г-образного рычага 7 и звена 8. (Шарниры Гука 2, 4 и 9 одно-
типны по своему конструктивному оформлению.
Рис. 9.63. Механизм возвратно-поступательного движения пера регистри-
рующего прибора.
Стержень 5, к которому прикрепляется перо прибора, имеет на правом кон-
це ушко, через которое проходят лапки 4 фасонной пружины 1, изготовленной
686 Раздел 9. Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения
из проволоки круглого сечения. Пружина крепится к неподвижной стойке при-
бора посредством винта 2.
Кулачки 3, совершая качательное движение, изгибают пружину, вызывая
перемещение стержня 5. Крайние положения стержня (рис. о и б) определяют
максимальный ход / пера прибора.
Рис. 9.64
Рис. 9.64. Механизм, сообщающий поступательное движение вращающемуся
валу, состоит из неподвижной рамки 2 .(рис. а), качающейся рамки 3 с роликом 4
и ремня 5. Изменением угла поворота оси рамки 3 меняется перекос ремня 5
и соответственно скорость v поступательного движения вала 1 как по'величине,.
так и по направлению. На рис. б показан механизм, у которого рамка 3 непод-
вижна, а рамка 2 поворачивается относительно оси и перекашивает ремень.
Механизм может найти применение для перемещения шпинделя в сверлильных
станках небольшой мощности.
Механизмы, для преобразования вращательного движения в колебательное 687
Рис. 9.65. Механизм привода конвейера с преобразованием вращательного
движения в прямолинейное.
Обе цепи ковшевого конвейера перемещаются собачками 1, которые шар-
нирно закреплены на дисках двух зубчатых колес 3. Профиль неподвижного
кулачка 2 определяет положение собачек, которые поочередно входят в зацеп-
ление с пальцами 4, прикрепленными к пластинам цепи и перемещают ее по на-
правляющим шинам. Привод непригоден для реверсивного движения.
МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ
В КОЛЕБАТЕЛЬНОЕ
Рис. 9.66
Рис. 9.66. При повороте вала 3 шарнир С рычага 1 воспроизводит прост-
ранственную кривую, соответствующую профилю вкладыша 5. Между внутрен-
ней поверхностью вкладыша 5 и рычагом 1 установлен шарик 2, постоянный
контакт между ними осуществляется посредством пружнны 4.
Механизм может применяться для протирания передних стекол автомобиля.
688 Раздел 9. Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения
Рис. 9.67
Рис. 9.67. Сферический кулисный механизм для преобразования вращатель-
ного движения в качательное. Кривошип 1 с пальцем 2 закреплен на ведущем
валу и совершает вращательное движение. Палец 2 входит в круговой паз
сектора 3 коромысла 4, качающегося относительно оси 5.
Механизмы для преобразования вращательного движения в колебательное 689
Рис. 9.68. Механизм, сообщающий качательное движение ведомому валу при
непрерывном вращательном движении ведущего.
Ведущий вал 3 изогнут. К ведомому валу 7 посредством дисков 5 и 6 при-
креплены цевки 1 и 2. Закрученная пружина 4 притормаживает вал 7 и обес-
печивает постоянный контакт между взлом 3 и цевками 1 и 2. Вал 3 вращается
в одном направлении (рис. а, б, в и г) и сообщает качательное движение ва-
лу 7. Изменением формы кривизны вала 3 достигается изменение закона движе-
ния вала 7.
Рис. 9.69
Рис. 9.69. Механизм для преобразования вращательного движения в коле-
бательное.
Вращение передается ведущему валу 1 с двумя эксцентриками, которые
смещены по фазе на 180°. Сателлиты 2 и 5 с двойными зубчатыми венцами
690 Раздел 9. Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения
имеют одинаковые размеры и свободно установлены на эксцентриках вала 1.
Одни из венцов сателлитов 2 и 5 находятся в зацеплении с внутренними зубьями
центральных колес 7 и 6, другие — с зубьями колеса 3, которое является цент-
ральным колесом второй ступени механизма.
Колеса 6 и 7 имеют выточки, а колесо 3 заплечики, которые расположены
концентрично с делительными окружностями зубчатого зацепления. Колеса сое-
динены между собой подшипниками |(на схеме не показаны). Наружные цилинд-
рические поверхности колес 3, 7 и 6 эксцентричны.
При вращении вала 1 с сателлитами 2 и 5, колесо 3 с шатуном 4 совер-
шает колебательное движение относительно колес 7 и 6.
Рис. 9.70. Кривошипно-зубчатый механизм для преобразования вращатель-
ного движения в колебательное.
Ведущий кривошип 4 шарнирно соединен с шатуном 2. Колесо 1 находится
в зацеплении с зубчатой рейкой шатуна 2 и получает колебательное движение.
Направляющая 3 свободно поворачивается относительно вала колеса 1.
Угол поворота р шестерни в зависимости от угла поворота 0 кривошипа при
А г ,
большом — и —' определяется формулой:
R R
Р = у (д+ fl-l/'s2 + c2-i) +
sV 8* + & — Г% — roc
S2 + c2
где
— r + *,
s = ro + ^sin0,
c «= A + cos 9.
Механизмы для преобразования вращательного движения в колебательное 691
Рис. 9.71
Рис. 9.71. Механизм для передачи вращательного или колебательного движе-
ния ведомому валу.
От ведущего вала двигателя, на котором установлено колесо 1, движение
может передаваться к ведомому 5 или посредством кулачковой полумуфты 3 при
зацеплении ее с полумуфтой 2 (в этом случае ведомый вал 5 вращается непре-
рывно со скоростью вала двигателя), или .посредством передаточного механиз-
ма, составленного из зубчатых колес Д 10, 8, 9,4 и зубчатого сектора 6 с ша-
туном 7. В последнем случае полумуфта 3 соединяется с кулачками колеса 4,
которое получает колебательное движение от зубчатого сектора 6, свободно
установленного на валу 11.
Числа зубьев колес и зубчатого сектора 6, приводимого шатуном от пальца
кривошипа на колесе 9, подобраны так, что колесо 4 поворачивается на угол
180° при прямом и обратном ходе через каждые восемь оборотов вала двига-
теля.
Рис. 9.72
Рис. 9.72. Механизм для преобразования вращательного движения в коле-
бательное с выключением без остановки ведущего вала.
692 Раздел 9. Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения
Ведущий кривошипный вал 4 с радиусом кривошипа, равным а, посредством
шатуна 3 передает движение коромыслу 2, установленному на оси 8. Коро-
мысло 2 и рычаг 6, фиксируемый на ведомом валу 7 клеммным зажимом, сое-
динены между собой подпружиненной защелкой 5 с конической цапфой.
Необходимая степень подвижности звеньев механизма обеспечивается
овальным отверстием 1 в коромысле 2.
Отключение ведомого вала 7 осуществляется перемещением защелки 5 вле-
во посредством рычажного механизма с тягой 9, рычагом 10 и штоком 11.
В выключенном положении образовавшийся зазор между конической цапфой
защелки 5 и сопряженным отверстием в коромысле 2 обеспечивает свободное
качание коромысла при неподвижном вале 7. Механизм применяется для малых
колебаний ведомого вала.
Рис. 9.73
Рис. 9.73. Механизм,' сообщающий колебательное движение рычагу, пара-
метры движения которого регулируются. Кривошипно-шатунным механизмом 5,
10, 11, приводимым от шкива 3, сообщается поступательное движение ползу-
Механизмы для преобразования вращательного движения в колебательное 693
ну 12, скользящем по цилиндрической направляющей 5 и соединенном шаровым
шарниром 4 с качающимся рычагом /.’Приливы на ползуне 12, расположенные
с двух сторон направляющего выступа кронштейна 6, исключают его вращение
относительно штанги 5.
Рычаг 1 прикреплен к оси 2 неподвижно и поворачивается вместе с ней в
подшипнике 8. Цапфы 13 подшипника установлены в пазах кронштейна 7. Сто-
порные кольца 9 препятствуют перемещению оси 2 в отверстии подшипника 8.
Регулировка угла поворота рычага 1 осуществляется изменением радиуса кри-
зошипа 10, а угол наклона рычага 1—перемещением цапф подшипника 8 в па-
зах кронштейна 7 с последующей фиксацией стопорных колец 9.
Рис. 9.74. Механизм подзаводки пружины часового механизма. 'При пово-
роте рукоятки 4 по часовой стрелке движение зубчатым колесам 1 и 2 пере-
дается через упор 5, прикрепленный к колесу 1. Вращая рукоятку против ча-
совой стрелки, вращение колесам передается через упор 3, прикрепленный к ко-
лесу 2. Направление вращения колес под действием рычага не зависит от на-
правления его движения. От одного из зубчатых колес движение передается на
залик пружины часового механизма, которая закручивается в одном направле-
нии. Пружина 6 возвращает зубчатые колеса 1 и 2, с неполным числом зубьев
в исходное положение.
694 Раздел 9. Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения
РЕВЕРСИВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Рис. 9.75. Изменение моментов сил и угловой скорости реверсируемого вала
в процессе реверсирования. Текст к рисунку см. во вступительной части на-
стоящего раздела (стр. 649).
Рис. 9.76. Схема передачи движения рабочим 1 и холостым 2 шкивам раз-
личных диаметров. Отводки 3 поворачиваются относительно оси Ог и О2 качаю-
щимся кулачком 4 и перемещают ремень с одного шкива на другой.
Рис. 9.76
Рис. 9.77
Рис. 9.77. Быстро переключающаяся двухскоростная ременная передача.
Двухступенчатый шкив 2 закреплен на ведущем валу /, а шкив 7 — на ведо-
мом валу 10. Передача движения от ведущего вала к ведомому осуществляется
ремнями 3 и 13, которые попеременно натягиваются с достаточной силой по-
Реверсивные механизмы
695
средством роликов 4 и 12. Оси роликов 4 и 12 смонтированы на двухплечем
рычаге, составленном из щек 5 и И и рукоятки 8.
Рычаг свободно поворачивается на стаканах 6 и 9 подшипников. Положе-
ние / соответствует медленному вращению ведомого вала, положение II— быст-
рому его вращению.
Рис. 9.78
Рис. 9.78. Цепная передача с автоматическим изменением направления дви-
жения цепи.
Ведущая звездочка 2 установлена консольно в неподвижной опоре и сое-
динена с ведомыми звездочками 4 и 5 цепью 3. В замкнутый контур цепи 3
введен мостик 1, представляющий собой звено с шагом больше наружного диа-
метра звездочки 2 (рис. б).
Последовательность положения мостика 1 в зоне ведущей звездочки и соот-
ветствующие изменения направления движения цепи с учетом ее натяжения'
показаны на рис. в. Началом движения следует принять положение мостика 1
по рис. а.
696 Раздел 9. Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения
Рис. 9.80
Рис. 9.79. Механизм синхронного вращения двух валов в противоположных
направлениях.
Ведущий 2 и ведомый 5 валы с закрепленными на них кривошипами рас-
положены соосно и соединены между собой шаровыми шарнирами 1 посредст-
вом коромысла 4. Коромысло 4 соединено со стойкой 3 шаровым шарниром,
а его плечи свободно скользят в отверстиях шаров шарниров 1.
В рассматриваемом механизме оси валов 2 и 5 можно расположить под
некоторым углом (например под углом 90°), при этом плечи коромысла 4 долж-
ны быть расположены под тем же углом.
Рис. 9.80. Зубчатый механизм реверса, состоящий из цилиндрических колес,
известный под названием трензеля. Направление вращения вала 2 изменяется
поворотом рукоятки 3 трензеля. В среднем положении рукоятки ведущий вал 1
и ведомый 2 разомкнуты.
Реверсивные механизмы
697
Рис. 9.81
Рис. 9.81. Реверсивный механизм шепинга, состоящий из двух поочередно
работающих планетарных передач. Движение от двигателя посредством зубчатых
колес Zi и z2 передается блоку колес 4, несущему сателлиты двух планетарных
передач. В зависимости от положения муфты 1 блоку сообщаются различные
числа оборотов. По обе стороны 'блока расположены планетарные передачи,
центральные колеса которых г5 и заклинены на ведомом, реверсируемом ва-
лу 6. Колеса г3 и zQ поочередно затормаживаются тормозами 3 и 5, вследствие
чего ведомый вал получает прямой или обратный ход с различными скоростями.
Рис. 9.82
Рис, 9.82. Реверсивный механизм.
Вариант 1. Ведущий вал 2 с помощью кулачка 1 сообщает червячку 6
возвратно-поступательное движение. Червяк 6 передает валу 3 дополнительное
колебательное движение, складывающееся с вращением, сообщаемым червячным
колесом 5. Червячная пара не должна быть самогормозящейся.
Вариант 2. Ведущий вал 3 передает движение валу 4 с передаточным
гб
отношением i = —. Вращающийся кулачковый вал 2, перемещая червяк 6 вдоль
698 Раздел 9. Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения
оси вала 5, изменяет угловую скорость колеса 5. Если ход кулачка обозначить
h, то поступательное перемещение hx червяка за один оборот ведущего вала
можно найти по формуле:
а
hi = h — -,
, Ь
дополнительный угол поворота колеса 5
/ 2itha \ ЗбОа/г
а = ± , или а = —-— [град];
\ bz&tp j bzstp
дополнительная средняя угловая скорость колеса 5
2а п 2кИа
5 Т 30 bzstp ’
где п — число оборотов вала 5;
— число зубьев колеса;
tp —- осевой шаг червяка 6;
0,5Т — время движения червяка вперед или назад.
Рис. 9.83. Реверсивная передача с винтовыми зубчатыми колесами.
Посредством зубчатой передачи с ведущим колесом 1 движение передается
винтовым парам с колесами 2 и 4, которые вращаются свободно на валу
5 в различных направлениях. Перемещением муфты 3, соединенной с валом 5
направляющей шпонкой, изменяется направление его вращения.
Рис. 9.84. Механизм изменения направления вращения ведомого вала 2 без
пауз. Механизм пригоден для передачи небольших крутящих моментов. Торцовое
зубчатое колесо 5, заклиненное на ведущем валу /, имеет зубья на половине
окружности.
Реверсивные механизмы
699*
Рис. 9.85
Рис. 9.85. Регулируемый реверсивный механизм с остановками в каждой точ-
ке реверсирования. Шатун 6 кривршипно-шатунного механизма (кривошип на
схеме не показан) сообщает коромыслу 1, закрепленному на оси 7, качательное
движение.
На ободе коромысла 1 имеется выступ в форме типа ласточкина хвоста для
венца зубчатого сектора 4, перемещение которого относительно обода ограни-
чено упорами 2 и 5.
При колебательном движении коромысла 1, сообщаемого шатуном 6, коле-
со 3 неподвижно до тех пор, пока зубчатый венец не будет увлечен соответствую-
щим’ упором. Паузу в крайних положениях можно регулировать перестановкой
упоров.
700 Раздел 9. Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения
Рис. 9.86. Механизм для реверсирования вращательного движения винта
без пауз. Неполные зубчатые колеса 5 и 6 на валу 1 периодически зацепляются
с колесами 3 и 4, из которых первое заклинено на винте 2. Зубья венцов рас-
положены таким образом, что в конце выхода из зацепления зуба одного сек-
тора зуб второго сектора входит в зацепление. В механизме возможны боль-
шие динамические нагрузки вследствие наличия жесткого удара при встречном
движении масс.
Рис. 9.86
Рис. 9.87. Устройство для реверсирования винта. Реверсирование винта 4
осуществляется изменением положения диска 2. В правом крайнем положении
Реверсивные механизмы
701
диска 2 вращение винту передается через фрикционное колесо <?, в левом — че-
рез фрикционное колесо 1.
Рис. 9.88. Реверсивный механизм для передачи больших усилий при неболь-
ших скоростях. Изменением числа зубьев секторов можно регулировать про-
должительность паузы в конце прямого хода. В конце и начале зубчатого
венца колес 1 и 4 имеются увеличенные зубья, которые обеспечивают правиль-
ность включения и зацепления. 3 и 5 — ведущий и ведомый валы; 2— ведущее
колесо.
Рис. 9.89. Реверсивный механизм. Ведущий зубчатый сектор 2 сообщает ле-
вое и правое вращение ведомому валу от заклиненных на нем конических зуб-
чатых колес 1 и 3.
Рис. 9.89
Рис. 9.90
Рис. 9.90. Реверсивный механизм с автоматическим переключением с пря-
мого на обратный ход. Ведомое зубчатое колесо 2 вращается в одном направ-
лении до тех пор, пока штифт 3, поворачивая рычаг 4, не переключит муфту с
помощью падающего рычага 5, поддерживаемого упорами 6, закрепленными на
вилке 7 механизма реверса. Ведущее колесо 1 вращается непрерывно в одном
направлении, а колеса, находящиеся с ним в зацеплении и установленные на ва-
лу свободно, вращаются в разных направлениях. Муфта 8 закреплена на валу
направляющей шпонкой.
702 Раздел 9. Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения
Рис. 9.91
Рис. 9.92
Рис. 9.91. Реверсивная передача с разными скоростями прямого и обратно-
го хода. Ведущий барабан 1 с неполным числом зубьев венцов внешнего и
внутреннего зацепления приводит ведомое колесо 2. Если работают зубья вен-
ца внутреннего зацепления, то колесо 2 вращается в направлении ведущего ва-
ла с большей скоростью. При зацеплении зубьев венца внешнего зацепления с
ведомым колесом 2 направление вращения изменяется на противоположное.
Вращение происходит с меньшей угловой скоростью.
Рис. 9.92. Реверсивный механизм привода рейки. От ведущего колеса 7, вра-
щающегося по направлении стрелки, с помощью колеса 2 (оба с неполным чис-
лом зубьев) рейка 3 перемещается влево, затем захватывается зубьями 4 коле-
са 7 и перемещается вправо. Изменением числа зубьев колеса 1 можно регули-
ровать продолжительность паузы в конце прямого хода.
Рис. 9.93
Рис. 9.93. Реверсирование движения посредством планетарных передач.
В планетарном реверсе с центральным колесом 3, которое закреплено на веду-
щем валу (рис. а и б) движение передается колесу 1 с внутренним зацеплением
посредством сателлитов 2, вращающихся свободно на осях водила 4 (на рис. а
водило не показано). При заторможенном колесе 1 ведомым звеном является во-
дило, вращающееся в ту же сторону, что и колесо 5, и при заторможенном во-
диле ведомым является колесо 7, вращающееся в противоположную сторону,
относительно колеса 3. Если ведущим звеном является водило 4, то реверси-
рование осуществляется торможением колес 1 или 3.
Реверсивные механизмы
703
Рис. 9.95
Рис. 9.94. Механизм для реверсирования рейки. На кронштейне 2 смонти-
рованы колеса: zb z2, z3 и z4. В зависимости от положения кронштейна, ко'
торый поворачивается посредством тяги 3 относительно оси ведущего колеса zi,
движение рейке 1 передается с помощью колес z2 или z4, вращающихся в разные
стороны. Механизм применяется в пишущих приборах.
Рис. 9.95. Реверсивный механизм, применяемый в пишущих машинках. В схе-
ме а переключение производится сдвигом вала 1 в продольном направлении, в
схеме б — поворотом вала 2 до зацепления с колесом 3 или 1. Переключение
может производиться как вручную, так и автоматически.
704 Раздел 9. Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения
Рис. 9.96. Механизм реверсирования движения ведомого вала через во-
семь оборотов ведущего.
Колеса 7 и 11 на валу 12 приводятся во вращение двухсторонней кулачко-
вой муфтой 9 поочередно и в зависимости от ее положения ведомый вал 1 с
колесом 13 изменяет направление вращения. Переключение кулачковой муфты
(реверс) осуществляется автоматически. Переключение кулачковой муфты 9
осуществляется* рычагом 2, крайние положения которого фиксируются собачка-
ми 6 и 6'. При нажатии пальцев 8 и 10 на выступы собачек соответствующая
собачка переключает кулачковую муфту и устанавливает вторую в рабочую
позицию.
Для исключения удара в механизме предусмотрены амортизирующие плос-
кие консольные пружины 15, прикрепленные к рычагу 2 и действующие на па-
лец 3 рычага 4, соединенного с кулачковой муфтой поводком 5.
К рычагу 4, который поворачивается относительно оси 17, прикрепленной
к корпусу 14 механизма, шарнирно прикреплена сжатая пружина 18. Шарни-
ры 16 и 19 крепления пружины 18 расположены так, что рычаг 4 удерживает-
ся ею в одном из крайних положений относительно диаметральной оси. Если ко-
Реверсивные механизмы
705
лесо 13 имеет 46 зубьев, а колеса 7 и 11 по 16 зубьев, то через восемь оборотов
ведущего вала осуществится переключение механизма.
Механизм может найти применение в стиральных и других машинах.
Рис. 9.97. Реверсивный цевочный механизм, в котором зубчатое колесо /,
обкатываясь своей осью по криволинейному пазу 2 рамки 5, огибает рейку с .цев-
ками 5, изменяя при этом направление ее движения. Неподвижная кулиса 4 яв-
ляется направляющей колеса 1.
Рис. 9.98. Преобразование вращательного движения в прямолинейное воз-
вратно-поступательное. Зубчатому колесу 5, установленному на свободно ка-
чающемся коромысле 4, передается непрерывное вращение в одном направлении
посредством цепной передачи 5. Рамка 2 имеет бесконечный паз, в котором
скользит цапфа 6 вала колеса. В крайних положениях рамки цапфа 6 огибает
рейку с цевками 7 и изменяет направление ее движения. Регулировка крайних
положений ведомых звеньев 1 осуществляется изменением угла Р наклона нап-
равляющей 8 рамки. i
23 с. Н. Кожевников и др.
706 Раздел 9. Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения
Рис. 9.99. Реверсивный механизм с цевочным зацеплением. Ведущее коле-
со 1 вращает диск 2 с цевками и криволинейным пазом 4 вокруг оси О2. В мо-
мент обкатывания по кривой малого радиуса ось ведущего колеса перемеща-
ется в прорези неподвижной кулисы 3, занимая крайние положения и Оь
Рис. 9.100
Рис. 9.100. Реверсивный механизм с цевочным зацеплением. На валу 2 рас-
сматриваемого механизма (рис. а) закреплено зубчатое колесо 1, зацепляющееся
с цевками колеса 4, установленного на ведомом валу 3 неподвижно.
Механизмы автоматического включения и выключения
707
Валу 2 вращение передается гибким валом или промежуточным валом в
соединении с шарнирами Гука, поэтому при встрече с направляющей 5, прикреп-
ленной к колесу 4, ступица колеса 1 перемещается в паву кулисы 6 на противо-
положную сторону и изменяется направление вращения колеси 4. На рис. б по-
казана схема рассматриваемого механизма с цевками, расположенными не по
дуге окружности, а по эллипсу, что обеспечивает неравномерное вращение ве-
домого вала. На рис. в дана схема реверсивного механизма, в котором ведомый
вал, вращающийся с переменной скоростью, описывает угол более 360°.
Рис. 9.101. Механизм для реверсирования вала с разной скоростью при пря-
мом и обратном направлениях вращения. Колесо 2 в рассматриваемом механиз-
ме, снабжено зубьями, расположенными по всему контуру зацепления с колесом L
Цапфа вала колеса 1 направляется пазом 3, чем и обеспечивается посто-
янное зацепление колес 1 и 2.
В соответствии с радиусами 7?i и Т?2 вращение колеса 2 в направлении стрел-
ки А происходит быстрее, чем вращение по направлению стрелки Б.
МЕХАНИЗМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВКЛЮЧЕНИЯ И ВЫКЛЮЧЕНИЯ
Рис. 9.102. Механизм быстрого выключения муфты падающим грузом. Ког-
да ведомое звено машины (ползуна) достигнет заданного положения, рычаг*2
поворачивается, освобождая рычаг 1 с грузом, вследствие чего муфта выклю-
чится, 3 — ограничитель, а — муфта включена, б — выключена^
23*
708 Раздел 9. Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения
Рис. 9.103
Рис. 9.103. Устройство для регулирования момента остановки качающегося
вала. Кривошип 2, скрепленный с регулируемым валом 7, ведет кулисный меха-
низм с кулисой 4. Конец ползуна 3 оснащен регулируемым резиновым амортиза-
тором 6. Угол размаха и момент остановки вала 1 можно регулировать сме-
щением амортизатора 6 или подшипников 5.
s в Л
Рис. 9.104
Рис. 9L104. Механизм быстрой остановки ползуна в верхнем положении.
Приводйой вал б сообщает; от электродвигателе Перез эксцентрик 5 быстрое
возвратно-поступа+ельнб'е' движение крё’йцкойфу 3 с шарнирно1 прикрепленными
Механизмы автоматического включения и выключения
709
к нему захватами 13 и 10 и далее ползуну 2, несущему верхний нож 1. Если
нажать на подпружиненную педаль 7, то шток 9 сместится вверх и регулируе-
мым башмаком 8, несущим штифты 11 и 12, окажет воздействие на верхние
концы захватов 13 и 10 (рис. а) и освобожденный ползун 2 с ножом 1 будет
отведен пружиной 4 в верхнее положение. После освобождения педали 7 баш-
мак 8 опустится вниз, захваты 13 и 10 под действием пружин войдут в выемки
ползуна — произойдет включение.
Рис. 9.106
Рис. 9.105
Рис. 9.105. Быстродействующий останов. Поворотом рукоятки 2, заклинен-
ной на валу 3, натяжной ролик 1 отводится влево, при этом уменьшается натя-
жение ремня. Защелка 4, установленная на рычаге 5, упирается в штифт 7 экс-
центрика 9, поворачивает его и, натягивая тормозную ленту 8, тормозит диск 6
до его остановки. Устанавливая рукоятку 2 в исходное положение, натяжение
тормозной ленты уменьшают, а натяжение ремня ременной передачи увеличи-
вают, ^создавая таким образом нормальные условия для передачи движения.
Рис. 9.106. Механизм автоматического выключения подачи шпинделя свер-
лильного станка. Движение подачи шпинделя 12, осуществляемое посредством
фрикциона 9—8, червячной передачи 10 с шестерней и рейки 11 на шпиндель-
ном стакане. Движение подачи прекращается, когда установленное на требуе-
мой высоте кольцо 5, воздействуя через защелку 3 на систему рычагов 1, 2, 4,
710 Раздел 9. Направляющие механизмы и механизмы, преобразующие движения
вал 6 и втулку 7, выключит фрикцион 9, 8. Компенсация износа фрикционных
дисков осуществляется установочным винтом 13.
Рис. 9.107
Рис. 9.107. Механизм автоматического выключения подачи сверлильного
станка. При движении вниз шпиндельного станка 1 с прикрепленной к нему
планкой 2 ее переставной выключающий упор 3, воздействуя на хвостовик со-
бачки 6 (который при этом толкнет пружину 5), запрет храповое кольцо 7
муфты и движение станка прекратится. Отвод собачки и включение муфты
производятся упором 4. На рис. показано положение звеньев после выключения
станка.
Рис. 9.108
Рис. 9.108. Механизм точного останова пружино-завивочного станка после
поворота на заданное число оборотов. Вал 8 получает движение от шкива 1 че-
рез фрикцион 2 и передает его диску 5 с отверстием а для заправки конца про-
волоки. Диск 5 евоим штифтом 6 воздействует на штифт 4 соседнего слева дис-
ка и далее, пока штифт 3 не упрется в штифт 7, который застопорит весь набор
дисков и остановит вал 8. Навивка прекратится. Затем навитая из проволоки
пружина снимается, механизму сообщается обратное движение. Регулировка
фрикциона осуществляется гайкой 9.
Раздел 10
МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКИХ
ОПЕРАЦИЙ И МЕХАНИЗМЫ ПРИБОРОВ
Эти механизмы получили весьма широкое распространение три выполнении
всякого рода /вычислительных операций и геометрических 'построений. Применя-
ются механизмы для /суммирования (/вычитания) величин, «вводимых» в меха-
низм эпизодически или непрерывно, для умножения (деления), возведения в
степень и извлечения корня, для отсчета показательных функций по заданному
аргументу. Применяются также механизмы, дающие возможность построить
тригонометрические функции по заданному аргументу и наоборот по заданной
функции построить аргумент, разложить периодическую функцию в /ряд Фурье
и т. д. Простые механизмы могут войти в состав более сложных, комплексных
механизмов, позволяющих производить сложные математические операции. На-
пример, в машине для интегрирования дифференциальных уравнений применя-
ются интеграторы, суммирующие множительные механизмы и другие, связанные
между собой определенным образом. В приборах управления артиллерийским
огнем соединяются в сложную систему с несколькими степенями свободы меха-
низмы, выполняющие простые математические операции в определенной после-
довательности, позволяющей установить «точку встречи» зенитного снаряда с
движущимся вражеским самолетом.
Механическое вычисление текущих координат движущейся цели позволяет
непрерывно и автоматически вводить ряд поправок на ветер, влажность и т. п.,
что оказалось бы невозможным сделать обычными способами вычисления при
помощи линеек или таблиц.
К числу приборов, нашедших применение в практике, следует отнести сле-
дующие.
Трансляторы, применяемые для переноса фигуры из одной части пло-
скости в другую. Механизм обычно составлен из двух параллелограммов и об-
ладает двумя степенями свободы. Широко применяются в чертежных приборах.
Пантографы, служащие для пропорционального изменения фигуры
(преобразование подобия) с поворотом или без поворота. Применяются в сте-
кольной промышленности, граверном деле и др.
Механизмы для вычерчивания кривых: эллипсографы, па-
раболографы, гиперболографы, коникографы (приборы для вычерчивания кри-
вых конического сечения), эволывентные циркули и пр.
Трансформаторы — для преобразования одной кривой в другую пс
какому-либо определенному закону. Механизм должен обладать двумя степеня-
ми свободы с тем, чтобы при вынужденном обводе кривой определенные точки
звеньев описывали вполне определенные траектории.
И н в е р с о р ы — механизмы, воспроизводящие такое соответствие по точ-
кам, когда соответственные точки лежат на одном луче, выходящем из постоян-
ной точки, а произведение расстояний соответственных точек от центра по-
стоянно.
712 Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Суммирующие механизмы, служащие для сложения скаляров
или векторов. Суммирующие механизмы обладают числом степеней свободы,
совпадающим с числом слагаемых линейно независимых параметров. Частичные
перемещения ведомого звена пропорциональны вводимым величинам, т. е. меха-
низмы должны обладать постоянным передаточным отношением при исключении
всех, кроме одной, степеней свободы. Приведенные масштабы суммирующих ме-
ханизмов устанавливаются в зависимости от назначения механизма. Действие
суммирующих механизмов основано на формуле
х = а1х1 + а2х2 + а3х3.
В суммирующих механизмах применяются зубчатые, рычажные, блочные и
другие механизмы.
Множительные (мультипликаторы) и степенные ме-
ханизмы, служащие для перемножения скаляров или возведения их в сте-
пень. В механизмах с постоянным масштабом используется подобие двух тре-
угольников, из которых следует
Х3 Х2 МА2
— = — ИЛИ Х3 =-----—,
Xi k k
где Xi, х2, хз и k — стороны треугольника, одна из которых (k) неизменная,
две (%1 и %г) изменяются независимо, а х3 — изменяется вынужденно пропорци-
онально произведению xix2. При установлении связи в множительном механизме
вида Xi = х2 он может служить для возведения в степень.
Механизмы логарифмических и показательных функций получаются из фрик-
ционных множительных механизмов. В результате введения связи устанавли-
вается вполне определенное соотношение между перемещением ведомого и про-
межуточного звеньев.
Планиметры — приборы для измерения площадей. Планиметры в за-
висимости от ведущей кривой разделяют на полярные, у которых ведущая кри-
вая — окружность, и линейные, у которых ведущая кривая — прямая линия.
Измерение планиметром основано на следующем принципе (рис. 10.1).
Рис. 10.1
Механизмы математических операций, приборы
713
Стержень АВ длиной I на своем продолжении на расстоянии а ст точки В
снабжен роликом R (рис. а). Когда точка А обегает измеряемый контур С, точ-
ка В принужденно остается на некоторой ведущей кривой С', при этом прямая
АВ опишет дважды покрытую площадь (положительную и отрицательную, т. е.
равную нулю), за исключением площади внутри контура С. Следовательно, пло-
щадь, описанная прямой АВ, .равна площади контура С.
Площадь элемента АА'В'В = dF (рис. б),
£2 б/ср
dF= I ds sin а 4--.
2
Элемент пути, описываемый роликом R (рис. в)
ds • sin а = do sin а' + a dy = г df + a dy,
поэтому
/ /а \
dF= lr df I al + — j dy.
Если обход начать с начальными значениями f0 ,и фо, то после окончания об-
хода фигуры получим на ролике fi, тогда как исходное положение прямой АВ
останется прежним, поэтому
F=lr(h-ft).
Если контур С окружает кривую С' (рис. г), то угол поворота АВ равен 2л
и тогда площадь, заключенная между контурами, составит
F—lr(fi — f0)+ +
и, наконец,
( /2 \
Fc = Fc, + lr (f, - f0) + [al + — J 2л.
Механизмы тригонометрических функций, позволяющие
получить перемещения точки механизма, пропорциональные sin ср, cos ср, tg ф,
ctg ф или какой-либо их комбинации.
Гармонические анализаторы, позволяющие определить коэф-
фициенты ряда Фурье:
А = —1 I f (х) cos пх dx,
л J
—It
1
В = — J f (х) sin пх dx.
—Tt
Приборы имеют применение при исследовании периодических процессов.
Интеграфы — приборы, позволяющие вычертить интегральную кривую
по заданной кривой. Действие прибора основано на одном из способов прибли-
женного интегрирования. Если интегральная функция F(x)=f(x)dx получает
приращение AF(x) (рис. J0. 2), то
dF (х) ± AF (х)
/(х)=—r-jL = tga^ —,
dx Ьх
714
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
т. е.
AF (х) — f (х) Дх = Дх tg а;
f(x) будет линией тангенса угла а, если линию котангенса принять равной
единице.
Для получения интегральной кривой необходимо ют точек /, 2, 3... оси аб-
сцисс кривой f(x) отложить влево отрезок а, равный единице, соединить конец
его 1" с концом Г соответствующей ординаты кривой fi(x) и тогда построенная
линия будет параллельна касательной к кривой F\(x) в точке, соответствующей
середине интервала Дх.. Проведя через заданную точку интегральной кривой
лининз, параллельную лучу до пересечения в точке 2"' с вертикалью, прове-
денной через середину 1—2, а через полученную точку — прямую, параллельную
лучу 2"2', до пересечения с вертикалью в точке 3"' и т. д., получаем ряд точек
интегральной кривой. В приборе должно быть механически воспроизведено по-
строение касательных интегральной кривой, параллельных лучам ТА при посто-
янной линии котангенса.
Механизмы, позволяющие интегрировать дифферен-
циальные уравнения. В этот класс механизмов входит большое коли-
чество сложных механизмов, позволяющих при определенной настройке произ-
водить решение дифференциального уравнения или систем уравнений.
Для проведения исследований и контроля работы машин и сооружений
имеются специальные механизмы и устройства, позволяющие измерять различ-
ные механические величины, закон изменения которых характеризует работу
машины. Такими механическими величинами являются силы, моменты и давле-
ния (газа или жидкости), перемещения отдельных звеньев абсолютные или от-
носительные и деформации звеньев, перемещения, возникающие во время упру-
гих колебаний звеньев или систем звеньев, скорости линейные и угловые, уско-
рения линейные и угловые.
Вполне естественно, что тип и устройство прибора зависят от того, постоян-
ную или переменную величину необходимо измерять и каков диапазон измене-
ния измеряемой величины.
В приборах для измерения сил используются условия равновесия рычажной
системы, в которых уравновешивание измеряемой силы производится грузом.
Кроме того, используется деформация калиброванного звена измерительного
Механизмы математических операций, приборы
715
прибора, по величине которой судят о величине измеряемой силы (динамомет-
ры, месдозы).
В рычажных механизмах—весах — уравновешивание производится или при
постоянном плече, но переменном грузе (гири), или при постоянном грузе, но
переменном плече (маятниковые весы). Применяются также комбинированные
механизмы, в которых возможно изменение величины груза и плеча. В прибо-
рах для измерения сил с упругим измерительным звеном должен быть исполь-
зован какой-либо способ для отсчета деформаций, зависящих от величины изме-
ряемой силы. Для этого применяются рычажные механизмы, перемещение ведо-
мого звена которых зависит от деформации калиброванного звена и, следова-
тельно, от измеряемой силы. Кроме тою, в настоящее время для измерения па-
раметров, изменяющихся во времени, широко используются различные физиче-
ские способы для измерения деформации упругого звена. К ним относятся ме-
тоды, основанные на изменении емкости, сопротивления, на фотоэлектрическом
эффекте, изменении магнитной индукции, пьезоэффекте и др. При выборе типа
прибора необходимо иметь в виду, что регистрирующий прибор должен в точ-
ности следовать за измеряемой силой или моментом. Это условие будет соблю-
дено при периодически изменяющейся силе или моменте в том случае, если ча-
стота измеряемой величины, по крайней мере, в 10 раз меньше собственной ча-
стоты прибора. Если измеряется импульсивно действующая сила, то время
нарастания или снижения действующей силы должно быть больше периода Т
собственных колебаний прибора. Если это условие не соблюдено, то прибор по-
кажет больше того, что он должен показать вследствие появления так называе-
мого баллистического эффекта.
Перемещение q ведомого звена с переменной силой Q(t) связано равен-
ством:
t
Q (/) If
q =------— i Q'(t)cos k(t — x) dx,
c k J
0
где c — жесткость упругого звена, k = 2л/Т — цикловая частота регистрирую-
щего механизма прибора.
Прибор будет показывать совершенно точно, если интеграл будет равен
нулю.
В основу приборов для измерения скоростей положен принцип измерения
какой-либо величины, зависящей от скорости: центробежной силы, силы трения
в жидкости, наведенной электродвижущей силы и пр.
Для измерения средней скорости применяются оптические способы, основан-
ные на стробоскопическом эффекте, или часовые механизмы, позволяющие изме-
рять перемещение звена в определенный промежуток времени.
В приборах для измерения ускорения (акселерометры) используется прин-
цип измерения силы инерции Ри = —^s,1 пропорциональной ускорению, или ав-
томатического получения производной от скорости. В первом случае для отсче-
тов могут быть использованы те же методы, что и при измерении сил, а во вто-
ром — электрические методы измерения. Требования, предъявляемые к измерите-
лям ускорений в отношении частотности, такие же, как и для динамометров.
Для измерения перемещений звеньев применяются суммирующие счетные
механизмы — хронографы, а для малых перемещений и деформаций — тензомет-
ры и тензографы.
Для измерения колебаний применяются вибрографы, торсиографы и часто-
томеры. В вибрографах корпус прибора соединяется с исследуемым объектом
и с инертной массой при помощи пружины. Период собственных колебаний по
сравнению с измеряемым должен быть значительно больше. При колебаниях
корпуса инертная масса стремится по инерции оставаться неподвижной. Отно-
сительные перемещения инертной массы и корпуса прибора, связанного с объ-
ектом, регистрируются указывающим или пишущим устройством.
716
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
МНОГОУГОЛЬНИКИ и кривые
Рис. 10.3. Универсальный способ построения многоугольника с любым чис-
лом сторон в круге радиуса R. Для построения много угольника, имеющего п сто-
рон, диаметр круга делят на п частей и через точки делений (через одну) про-
водят прямые из полюсов, представляющих собой точки пересечений дуг радиу-
са 2R, проведенных из конечных точек диаметра.
Рис. 10.4. Эллипс. Способ построения. Даны большая ось 2а и малая 2Ь.
Из общего центра, лежащего в точке пересечения осей эллипсах проводят две
окружности радиусами а и b и делят их на произвольное число частей (напри-
мер, 12) и соединяют с центром. Из точек делений окружности (радиуса Ь) про-
водят горизонтали параллельно большой оси а, из точек деления большой окруж-
ности (радиуса а)—вертикали до их взаимного пересечения. Точки пересечения
и будут точками эллипса.
Рис. 10.5
Рис. 10.5. Эллипс. Способ построения. Даны большая ось 2а и фокусы F и’
Fj. Построение основано на свойстве радиусов-векторов эллипса и + г = 2а =
= const. На большой оси между фокусом и центром откладывают ряд делений.
Из фокусов проводят дуги радиусами, равными расстоянию от концов оси до
деления. В пересечении дуг получаются точки эллипса.
Многоугольники и кривые
Рис. 10.6.' Эллипс. Способ построения. Даны стороны параллелограмма, куда
должен быть вписан эллипс. Делим половины сторон параллелограмма на нес-
колько равных частей. Из точек А и В через точки деления 0, /, 2, 3... проводим
лучи АО, Al, А2.... и лучи ВО, Bl, В2... до пересечения их с верхней стороной
параллелограмма. Затем проводим лучи АО, Al", А2"... и лучи ВО, ВГ, В2'...
Точки пересечения продолжений лучей Al, А2, АЗ... с лучами ВГ, В2', ВЗ'... и
лучей Bl, В2, ВЗ... с лучами А,Г', А2", АЗ"... принадлежат эллипсу.
Рис. 10.7. Эллипс с взаимно перпендикулярными осями 2а и 2Ь. Способ по-
строения аналогичен описанному по рис. 10.6. Параллелограмм заменяется
п р я м оу го льн ик ом.
Рис. 10.8. Построение параболы по известному уравнению s = —. Если ось
абсцисс Oil разделена на равные части, то разность между ординатами пред-
ставляет ряд нечетных чисел 1,3,5 ... (на этом свойстве параболы основана
конструкция вычислительных машин для извлечения корней).
Рис. 10.9. Построение параболы. Дана вершина А, ось АУ и точка Р па-
раболы. Через вершину А проводят прямые АВ и АУ и ВВЦ А У. Делят РВ и
АВ на одинаковое число равных частей и проводят лучи, проходящие через
вершину А и деления, отложенные на прямой РВ. Проводя через деления, от-
ложенные на АВ, прямые, параллельные оси А У, в пересечениях их с лучами,
проходящими через вершину и прямую РВ, получают точки параболы.
718
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Рис. 10.12. Построение кубической параболы. Заданы вершина А, ось Ах
и точка Р искомой параболы. Делим АВ и ВР на одинаковое число равных
частей, описываем на ВР полуокружность и из точки В проводим дуги радиу-
сами В\", В2" и т. д. Через концы 2" и т. д. проводим перпендикуляры
к ВР, а через последние — лучи с полюсом в точке А до пересечения с горизон-
талями, проведенными через точки 1,2, и т. д. линии АВ. Точки пересечения
являются точками кубической параболы.
Рис. 10.13. Полукубическая парабола. Заданы вершина А, ось Ах и точка
Р искомой параболы. Аналогично предыдущему делим отрезки АВ и ВР на
Рис. 10.10. Построение параболы по данным фокусу и вершине. Если пере-
мещать прямой угол так, чтобы вершина его оставалась на прямой XX, а одна
из сторон проходила через фокус, то другая сторона постоянно будет касаться
параболы. Для построения проводят из фокуса лучи до пересечения их с пря-
мой XX и из точек пересечения строят перпендикуляры к этим лучам. Парабо-
ла получается как огибающая построенных касательных.
Рис. 10.11. Построение параболы по двум касательным PG и PH и точкам
G и Н касания их к параболе. Касательные PG и PH делят на п равных частей
и из точек 1, 2, 5, и т. д.* проводят лучи, как показано: 1—5', 2—4', 3—3',
4—2'... Огибающая лучей есть парабола.
Многоугольники и кривые
719
равное число частей и через точки 1" и 2" и т. д. деления отрезка ВР восста-
навливаем перпендикуляры к нему до пересечения с окружностью. Полученные
хорды
водим
В1', В2'... откладываем
лучи с полюсом в А
до
на отрезке ВР
пересечения их
6,
/72
. 7t
л
____^12,—
2Л 6 8 10
и через полученные точки про-
с горизонталями, проведенными
через точки /, 2, 3 и т. д. де-
ления отрезка АВ. Точки пе-
ресечения лежат на полукуби-
ческой параболе.
Рис. 10.14. Спираль Архи-
меда. Уравнение спирали в по-
лярных координатах с полю-
сом в центре спирали г — аср.
Постро е н и е. Проводят
прямую ОА, где О — центр
опирали. Отложив на ОА от-
D50^°
Рис. 10.16
резок т, равный шагу спирали, делят его на произвольное число равных отрез-
ков 0—/, 1—2, 2—3, 3—4, 4—5... Проводят окружность ив центра О радиусом
т и делят ее на число частей, равное числу отрезков. Через точки деления ок-
ружности проводят лучи (7/1, (721 и т. д. Точки пересечения дуг окружности, про-
веденных через точки деления отрезка т и лучей, являются точками спирали.
Рис. 10. 15. Логарифмическая спираль. Уравнение г =ает*, г = ОА, т > 0.
Расстояние точки спирали от центра с увеличением угла увеличивается на
постоянный множитель. Угол а между касательной Т и радиусом-вектором
постоянен для всех точек спирали.
Рис. 10.16. Построение дуги окружности большого радиуса по трем точ-
кам (АСВ). Через точку С проводят прямую CD, параллельную АВ, и из точ-
ки С, как из центра, проводят дугу радиусом СА до пересечения ее с прямой
CD в точке а. Дугу Аа делят на произвольное число равных частей А—10, 10—20,
20—30, 30—4q и т. д., прямую CD делят на столько же равных частей. Через
720
Раздел 10. Механизмы, для математических операций, приборы
точки /о, 20, 30... проводят лучи /о—С, 20—С, 3Q—С ..., а через точки Г, 2'
3'... проводят дуги до пересечения их с одноименными лучами в точках
2", 3"..принадлежащих искомой окружности. Повторив построение в пре-
делах второй половины заданной дуги АСВ, получим точки искомой окружности
у/// 2"' з'" 4'"
ПРИБОРЫ ДЛЯ ВЫЧЕРЧИВАНИЯ КРИВЫХ
Рис. 10.17. Гиперболический циркуль. Дано положение фокусов , и вершины.
В одном из фокусов f устанавливают ось подвижной линейки А, в другом фо^
кусе укрепляют нить, второй конец которой укрепляют на линейке в точке С.
Натянув нить карандашом так, чтобы часть ее ЬС плотно прилегала к линейке,
поворачивают линейку, сохраняя часть ниги от фокуса f до острия карандаша
натянутой, и прочерчивают кривую. Построение основано на свойстве радиусов-
векторов гиперболы г — Г1 = 2а = const. Вторая ветвь гиперболы строится
аналогично.
Рис. 10.18. Параболический циркуль Даны фокус Д вершина и директрисса
Р/2. Один конец нити укрепляют в фокусе параболы, а другой закрепляют на
угольнике, который может скользить вдоль директриссы. Поместив в точку b
нитки карандаш и передвигая угольник вдоль директриссы, прочерчивают пара-
болу. Это построение основано на свойстве параболы fi == /г-
Приборы для вычерчивания кривых
721
Рис. 10.19. Принцип устройства эллипсографа. Колесо 1 катится по непод-
вижному колесу 2. Точки А, лежащие внутри (рис. а) или вне колеса (рис. б),
описывают эллипсы, показанные на рис.
Рис. 10.20. Построение эллипса. Направляющие, по которым скользят кон-
цы В и С образующей прямой, взаимно перпендикулярны. Точка А описывает
эллипс.
Рис, 10.21. Эллиптический циркуль, для которого использован механизм
Кардана. Точка А описывает эллипс с горизонтальной большой полуосью
х2 у2
---------+ — = 1,
(с + а)2-а2
а точка В описывает эллипс с вертикальной большой полуосью
Ь2 (Ь + с)2
Здесь с — расстояние между шарнирами на камнях.
722
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Рис. 10.22. Круги Кардана. Образующий круг имеет диаметр, равный радиу-
су основного круга. Гипоциклоида, которую описывает каждая точка образую-
щей окружности, вырождается в диаметральную прямую. Поэтому точки А и В
диаметра образующего круга движутся по двум взаимно перпендикулярным
прямым.
Рис. 10.23. Механизм Кардана. Точки А и В отрезка прямой скользят в
прямолинейных направляющих. Неподвижной полоидой в этом случае будет
основной круг Кардана, а подвижной полоидой — образующий круг.
Рис. 10.24. Механизм Кардана. Не обязательно, чтобы направляющие для
ползушек были перпендикулярны, как на рис. 10.23. Угол а между прямыми,
соединяющими центр образующего круга с центрами пальцев ползунов, равен
удвоенному углу р между направляющими: а = 2р.
Приборы для вычерчивания кривых
723
Рис. 10.25. Приспособление для обтачивания по эллипсу. На планшайбе 4,
вращаемой валом- шпинделя, укреплен стол для обрабатываемой детали. Стол 5
имеет возможность скользить в пазу шайбы. К столу болтами 8 привернуты две
планки 9, охватывающие направляющую 3, которая вращается на кольце 7
траверсы 2. Траверса 2 укреплена на станине станка 1.
Перемещая винтом 6 траверсу, изменяют эксцентриситет кольца 7 относи-
тельно оси вала станка и отношение большой и малой осей эллипса обрабаты-
ваемой детали.
Рис. 10.26. Приспособление для обработки по квадрату. Конструктивное
развитие по рис. 4.29. В станине 1 (рис. а) ведущий вал 2 при помощи кресто-
вой муфты 3 приводит во вращение трехгранное призматическое тело 6, распо-
ложенное в четырехгранной полости станины. При движении призмы 6 центр ее
724
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
описывает относительно оси полости круг а; ось призмы вращается в направле-
нии, противоположном направлению обкатывания призмы по граням полости,
В патроне 5 укреплен обрабатывающий инструмент 4, который повторяет дви-
жения призмы 6. Так как двухгранный угол призмы равен 120° (рис. б), то при
помощи этого приспособления нельзя получить четырехгранного отверстия с
точными углами; углы всегда будут закруглены радиусом, равным приблизи-
тельно 0,15 стороны квадрата. Если при заданной величине радиуса круга а
увеличить размеры инструмента 4, то получится квадрат с выпуклыми сторона-
ми, при уменьшении размеров инструмента — квадрат с вогнутыми сторонами.
Для того чтобы получить вместо квадрата шестигранник, сверло 4 следует сде-
лать пятигранным. Для обработки больших квадратных отверстий вместо свер-
ла можно применять три резца 7, 5, 9 (рис. виг). Движение державки инстру-
мента, соответствующее движению по кругу в (рис. б) получается вращением
державки по эксцентричной окружности с (рис. виг). Для изменения величины
получаемого в изделии квадрата следует изменить диаметр круга а, что может
быть достигнуто применением вместо крестовой муфты устройства, допускаю-
щего изменения эксцентриситета.
Рис. 10.27. Рычажно-зубчатый эллипсограф. Основой схемы служит шар-
нирный параллелограмм ABCD с двумя одинаковыми колесами 1 и 2. Колесо 1
жестко связано со звеном АВ регулируемой длины, колесо 2 шарнирно укреплено
на шатуне ВС и несет рычаг ЕМ. Необходимо, чтобы
AB = CD = f; АО = BE; ЕМ = Ь,
Точка М опишет эллипс, при этом
х = (/ + b) cos ср, у = (/ — b) sin ср.
Рис. 10.28. Шарнирно-рычажный механизм эллипсографа. Необходимо, чтобы
АВ = ВС, BD — BE, DM —ЕМ.
Точка М описывает эллипс, если АС совместить с большой его осью.
Приборы для вычерчивания кривых
725
Рис. 10. 29. Параболограф Антонова. Угловой рычаг LOM с направляющим»
при повороте обеспечивает движение точки М оси ползунов по параболе, удов-
летворяющей уравнению у2 = 2рх. Положение вертикальной направляющей оп-
ределяется абсциссой х = 2р.
Рис. 10.30. Гиперболограф, выполненный по схеме антипараллелограмма
ABCD. Необходимо, чтобы
MD = МВ и МА — MD = АВ = const.
Точка М описывает гиперболу с фокусом в точке D.
Рис. 10.31. Прибор для вычерчивания лемнискаты, выполненный по схеме-
антипараллелограмма. Точка М середины звена СВ описывает лемнискату. Необ-
ходимо, чтобы АО — СМ = МВ, АВ = CD и ВС = AD.
726
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Рис. 10.32. Механизм Кемпбелла для вычерчивания кривых конических
сечений. Механизм содержит (рис. а) четырехшарнирный ромб и звенья РК н
АС с направляющими для ползушек. Особенность механизма в том, что во
время движения МВ = MD = const. Точка М прибора опишет эллипс (рис. б),
параболу (рис. в), гиперболу (рис. г), если прибор и его точку М располагать,
как показано на рис. Для вычерчивания гиберболы звено РК должно скользить
концом Р по прямой ЕЕ, оставаясь все время перпендикулярным к ней.
Рис. 10.33
Рис. 10.33. Пантограф для подобного преобразования геометрических фигур
ОС ОА
и кривых. При неподвижной точке О отношение подобия = •— = const.
ОЕ (JB
СЕ АВ
При неподвижной точке С отношение подобия с— = = const, но фигуры
будут повернуты (см. рис. 10.35). Пантограф чаще применяется для уменьше-
ния фигур.
Приборы для вычерчивания кривых
727
Рис. 10.34
Рис. 10.34. Пантограф для подобного изменения фигуры с поворотом;
&СВЕ ~ ДАРВ. Повернув треугольник DBE вокруг D на угол у, сделаем сто-
роны О А и BE параллельными, следовательно, ДР АО = Z.DBE = ЛОСЕ.
Треугольники
ДШО - &РВЕ ~ ДОСЕ,
откуда
т. е.
ОР __ АР ДР ф РЕ РВ
ОЕ ~~ ОС ~~ АВ ' ОР~ АР'
ДОРЕ - ДЛВР.
Отношение подобия
ОЕ АВ
ОР ~ АР'
а угол поворота фигуры р.
Рис. 10.35. Пантограф гравировального станка для подобного преобразова-
ния. В основе схемы пантограф рис. 10.33 при неподвижной точке С. Переда-
точное отношение i указывает величину отношения линейных размеров фигур,
описываемых точками О и Е. Обычно с точкой Е связывается щуп, с точкой
О — инструмент. Ось С неподвижна. Для станочных пантографов
ОС
1~ ОЕ ’
728
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Если неподвижная ось расположена между точками А и Е, то изображение
относительно шаблона получается перевернутым. Положение оси С и точки Е
устанавливается по заданному отношению подобия с помощью шкал и ползу-
шек 1 и 2.
Рис. 10.36. Пантограф. Щуп В и инструмент А расположены по одну сторо-
ну оси О. Механизм снабжен ползушками /, 2 и 3 для установки необходимого
отношения подобия.
Рис. 10. 37, Пантографное устройство для алмазной правки боковых сторон
эвольвентного профиля круга зубошлифовального станка. Ai и Л2 — заправля-
емые профили круга, Bi и В2 — профили копиров. Правка круга производится
покачиванием рычага.
Суммирующие механизмы
729
СУММИРУЮЩИЕ МЕХАНИЗМЫ
Рис. 10.38
Рис. 10.40
Рис. 10.38. Суммирующий блоковый механизм. Ввод суммируемых величин
производится перемещением концов нити,
*2s = y(*l + *2).'
Рис. 10. 39. Суммирующий механизм с двумя рейками. Перемещение средней
рейки 3 равно полусумме перемещений реек 1 и 2\
^ss = (^i “F я2).
Рис, 10.40. Суммирующий червячный механизм. Поворот червячного коле-
са /, несущего датчик 2, совершается вследствие основного перемещения —
вращения червяка 3 с помощью поводкового цатрона 4 и корректирующего —
осевого смещения червяка вместе с опорами с помощью винта 5 и гайки 6. •
730
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Рис. 10.41. Суммирующий червячный механизм. Ввод слагаемых произво-
дится вращением и смещением червяка 2 вдоль оси. Суммарный угол поворота
червячного колеса 1
k х
г *1
где k — число заходов червяка;
И — радиус начальной окружности колеса;
z — число зубьев колеса.
При использовании механизма как суммирующего необходима соответст-
вующая градуировка шкал.
Рис. 10.42
Рис. 10.43
Рис. 10.42. Суммирующий механизм с двумя червяками, аналогичный ме-
ханизму по рис. 10. 39. Ввод слагаемых производится поворотом червяков.
Рис. 10.43. Суммирующий винтовой механизм. Суммарное перемещение со-
общается гайке 1 при вращательном движении маховика и поступательном пе-
ремещении винта 2
, = х2' 4" х2"»
Суммирующие механизмы
731
Из формулы
Х2
?2 ' *
360
должна быть установлена градуировка шкалы вводимой величины с тем, чтобы
механизм был суммирующим (t — шаг винта).
Рис. 10.44
Рис. 10.45
Рис. 10. 44. Суммирующий винтовой механизм для ввода корректуры в угол
Ф возвышения орудия. Если установить должным образом барабанчик 2 с по-
мощью шкива 1 и совместить индекс 3 с упрежденной высотой Hi, то расстоя-
ние индекса вдоль образующей барабанчика от начального положения будет
пропорционально искомому углу возвышения ф. Ввод корректуры и прибавление
ее к основному значению искомого угла, полученному по графику, производится
поворотом маховика 4 через пару конических колес и винт 5. Датчик 6 передает
на орудие величину угла возвышения ф. При недолете снаряда индекс 3 вин-
том 7 передвигается влево в сторону меньшей высоты. После этого винту
маховичком 4 сообщается дополнительный поворот для установки индекса
вновь на заданную высоту упреждения. При этом новая (увеличенная) величи-
на угла ф возвышения будет передана орудиям.
Рис. 10.45. Суммирующий рычажный механизм. Вводимые слагаемые вели-
чины пропорциональны перемещениям рычагов 1 и 2:
Или
х\ — xs3 а
х2 — xs3
b а
xa3 = xi ; 7 +%2 ~г •
3 а + b а-\-Ь
Если а = Ь, то суммарное перемещение х2з
1
= 2 (%1 + хд- При
а мае*
штабы для вводимых величин должны быть обратно пропорциональны соответ-
ствующим плечам.
732
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Рис. 10. 46. Суммирующий механизм с коленчатым рычагом. Ввод слагаемых
производится поворотом рукоятки, смещающей винтом рамку 2, и перемеще-
нием кулисы 1. Суммарное перемещение каретки
b
Xs = Xi — + х2.
8 а
Механизм может быть суммирующим при а = Ь или разных масштабах k для
b а
вводимых величин. Если k2 = 1, то и ki — = 1, т. е. — = —. Л
a k2 о
Рис. 10. 47. Суммирующий механизм с тремя вводами. Три слагаемые вели-
чины могут быть заданы в виде перемещений трех стержней (рис. а). Уравнение
прямой AD (рис. б)
У —Уд _ x—xd
У2 — yd ^ — Xd"
Уравнение прямой СВ
У — У1 х — Xj .
Уз —У1 *з — *1 ’
условие перпендикулярности прямых AD и СВ
Уз — Уг = У2 —yd = _ j
Xi %2 Хд
Отсюда при Xi = r/2=0
Xd == а1У1 + х2 азУз •
Градуированием шкал /, 2 и 3 можно получить сумму
б/ = 4~ ^2 •
Суммирующие механизмы
733
Рис. 10.48
Рис. 10.48. Суммирующий механизм с тремя вводами, схема которого при-
ведена на рис. 10.47. Слагаемые вводятся вращением рукояток 1,3 и 6, свя-
занных с винтами, которые сообщают движение гайкам. Перемещение послед-
них отсчитывается при ломощи градуированных шкал 7, 2 и 5. Сумма отсчиты-
вается по шкале 4.
Рис. 10.49. Суммирующий механизм с коническими колесами. Угол поворота
поводка
?1 + ?з
?2= ---о--- •
.Слагаемые пропорциональны углам поворота колес 1 и 3.
Рис. 10.50. Суммирующий механизм с цилиндрическими колесами. Угол по-
?1 + ?3 ' '
ворота поводка ср4 =-------- в том случае, если Zi = z3 и z2 = г2.
734
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Рис. 10.51
Рис. 10.51. Суммирующий механизм с цилиндрическими колесами. Такого
типа механизм может быть построен по любой из схем рис. 3.136—3.142. Ввод
слагаемых можно производить вращением двух любых звеньев из числа Ц31Л.4,
Суммирующий механизм требует тарировки шкал по формулам:
П1 = /13и3 + (1 — г13);
1 1 — *13 ni । *13
л3 — т— Я1 — —:--------*ч = ------------— + --------г **з.
*13 *13 А *13 *13 1
Звено 4 — водило; 2 — сателлит.
Рис. 10.52
Рис. 10.52. Суммирующий блочный механизм с любым количеством вводов.
Число п вводимых слагаемых определяется по формуле:
n = 2k,
где k — число последовательно включенных суммирующих механизмов;
1g п
k =------, т. е. п не может быть любым числом, а должно изменяться в геомет-
1g 2
рической прогрессии.
Суммирующие механизмы
735
Рис.
10.53
Рис. 10.53. Механизм для измерения площади. Если измеряемая площадь
разделена на полосы шириной Дх (рис. в), то площадь
k
F^&x^yi.
1
'В механизме для измерения площадей с одинаковым интервалом установ-
лен ряд колес /, имеющих радиально расположенные стержни, при утоплении
которых колесо 1 соединяется с диском 3 (рис. а и б). При измерении площади
кожи '(или шаблона), уложенной на подвижном столе 2, диск 3 все время сое-
динен с колесом /, пока под колесом находится шаблон. 'Поэтому угол поворо-
та диска 3 пропорционален длине полосы, прошедшей под колесом. С каждым
из дисков 3 связан блочок, на который наматывается нить, закрепленная дру-
гим концом на рычаге суммирующего механизма. Поворот указателя пропорцио-
нален сумме углов поворота блочков, т. е. сумме длин полос. Шкала может быть
тарирована по указанной выше формуле.
736
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Рис. 10.54. Мультипликатор. Механизм состоит из двух подобных антипа-
раллелограммов ОАВС и ODEA, в которых меньшее звено первого равно
большему звену второго. Механизм служит для построения кратных углов
zLDOC = 2Z.AOC. Число подобных антипараллелограммов соответствует числу
слагаемых одинаковых углов.
Рис. 10.55. Диаграмма сложения векторов с помощью пантографа. Если
точки Е и J пантографа с отношением подобия 2 соединить с концами изменя-
ющихся векторов Z\ и z2, то конец результирующего вектора соответствует
точке D, при этом
z — (zi + гг)*
Множительные механизмы
737
МНОЖИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Рис. 10.56
Рис. 10.56. Множительный механизм с постоянным масштабом. Каретка 3
множительного механизма (рис. а) получает перемещение при смещении направ-
ляющей 2 на величину х2 и стержня 1 на величину Из подобия треугольни-
ков ОСВ и OAD
1
0 = —ед,
т. е. перемещение у пропорционально произведению х\ и х2 (рис. б).
Рис. 10.57. Множительный механизм с постоянным масштабом, отличаю-
щийся от механизма, показанного на рис. 10. 56, передачей перемещения у, про-
порционального произведению перемещений х\ и х2, на широкое зубчатое коле’»
со 2 ‘и отсчетом по шкале 1.
Рис. 10.58
Рис. 10. 58. Множительный рычажный механизм. Вводимые множители, про
порциональны перемещениям гайки 1 и стержня 2. Перемещение стержня 3 в вер-
ад
у =----
I
24 С. Н. Кожевников и др.
738
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
тикальном отверстии тела гайки 1 пропорционально произведению и х%. По-
следовательность ввода сомножителей безразлична.
Рис. 10.59
Рис. 10.59. Множительный фрикционный механизм. Вводимые сомножители
пропорциональны перемещению р середины ролика от центра диска 1 и углу а
поворота диска. Угол и поворота ролика 2:
ра
р, =----,
г
т. е. рь пропорционально произведению р и а. Последовательность ввода сом-
ножителей определенная. В первую очередь изменяется р, а затем а (г — радиус
ролика)
Рис. 10. 60. Множительный фрикционный механизм. Множители подводятся
к звену 3 в виде расстояния х2 от каретки 2—2' до оси вращения звена 1 и к
звену 1 в виде угловой скорости сои Произведение пропорционально (04, равной:
0)4 -. •
Перемножение может производиться непрерывно.
Множительные механизмы
739
Рис. 10.61
Рис. 10.61. Множительный механизм зетового типа. Ввод сомножителей
производится при перемещении стержней 1 и 2. Из подобия треугольников
DBA и СЕЛ
*1*2
Z =-------.
1 — х2
Положив
*2
а = ------>
Z х2
получим z = Х\и. Механизм должен иметь для и неравномерную шкалу. При-
меняется в случае получения произведения сложной функции и простого сом-
ножителя и обладает большей точностью по сравнению с другими типами
механизмов.
Рис. 10.62. Множительный комбинированный механизм, состоящий из ме-
ханизма /, 5, 4 зетового типа по рис 10. 61 и кулачка. Механизм применяется
в случаях, когда один из сомножителей и — сложная функция от v : и = f(v). Из
предыдущего (рис. 10.61) смещение толкателя 2
х2 =1-----= /-----------.
2 1+« 1 +/(!/)•
По этой формуле рассчитывается профиль кулачка. Перемещение ползуш-
ки 4 равно
*1*2
*24 = ~---— =Xtf (v).
I ' *2
Задаются Xi и и, для которых шкалы равномерные.
24’
740
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Рис, 10.63. Механизм для возведения в квадрат. Если в механизме по
рис. 10.61 связать между собой стержни 1 и 2, т. е. принять Xi = х2, то
у =~. Механизм может быть использован для извлечения квадратного корня,
если задавать 'у, а отсчитывать
х = Vly-
Рис. 10.64. Фрикционный механизм для возведения во вторую степень.
Устанавливая связь между углом поворота колеса 1 и перемещением х2 проме-
жуточных роликов 2 и 2' каретки при помощи зубчатой передачи 1—4 и вин-
та 5, получим угол поворота барабана 5, пропорциональный
z-, , ‘ Xodcpi
Х2 = <Р1 — 1 = <flk> d4s = (*2 + ~ ’
К К
?1
?5 — 2
Zy. t
R
=M1>
где t— шаг винта, Z\ ,и z4—числа зубьев колес / и 4.
Механизмы тригонометрических функций
741
Рис. 10.65. Механизм логарифмических и показательных функций. Переме-
щение промежуточных роликов 2 и 2' каретки с помощью винта 4 и зубчатой
передачи 3 пропорционально углу поворота барабана 5. Если задавать угол
поворота барабана* то
1 , С(?5 — ?5о) +С
— ?io = — 1п ---------;------,
С с
где с и с' — постоянные, зависящие от параметров прибора.
Если задавать угол поворота диска /, то угол поворота барабана 5 — по-
казательная функция аргумента фь
МЕХАНИЗМЫ ТРИГОНОМЕТРИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ
Рис. 10. 66. Синусный механизм. Перемещение х ползушки 1 пропорциональ-
но sin ср:
х = р sin ф.
Рис. 10. 67. Синусный механизм. Аргумент задается углом у поворота бара-
бана с косым срезом. Перемещение у стержня 1 пропорционально sin у:
У = Р tg р sin 7,
где 7? tg р — коэффициент пропорциональности.
24*
742
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Рис. 10.68 Рис. 10.69
Рис. 10.68. Синусный механизм. Механизм аналогичен изображенному на
рис. 10. 66. Отсчет угла ф поворота кривошипа производится по верхней шкале.
Нижняя шкала служит для отсчета sin ф.
Рис. 10.69. Косинусный механизм. Перемещение х2 ползушки 2 пропорци-
онально cos ф; х2 = р cos ф, а перемещение ползушки 1 пропорционально =
= р sin ф. Механизмы применяются в построителях приборов управления артил-
лерийским огнем.
Рис. 10.70. Механизм для получения функции синуса и косинуса. Плоские
толкатели 1 и 2 перемещаются по двум взаимно перпендикулярным направлениям.
Перемещение в направлении толкателя 1 будет пропорционально е sin х, в на-
правлении толкателя 2 — ecosx. Переменная х задается углом поворота ф экс-
центрика.
Рис. 10.71. Синусный механизм. На диске /, вращающемся вокруг неподвиж-
ной оси, укреплен эллиптический цилиндр 2, имеющий в сечениях, перпендикуляр-
ных оси вращения, окружность. Перемещая вверх каретку 5, несущую толка-
тель 4, можно изменять амплитуду е синусоиды, которой описывается закон пе-
ремещения толкателя 4. Схема представляет собой развитие схемы рис. 10.70.
Механизмы тригонометрических функций
743
Рис. 10.72. Использование синусного механизма для получения интегральной
функции.
Ролик 1 ведомого вала приводится грибовидным фрикционом от двигателя
с постоянным числом оборотов. Переменный радиус г малого круга сферы равен
sin а, следовательно, угловая скорость ведомого вала пропорциональна sin а:
<01 = со2 Р sin а. Сообщая перемещение оси грибовидного ролика при помощи
синусного механизма (показанного в нижней части рис.), ползушка которого
dtp dtp
перемещается со скоростью k где k — постоянная и — вводимая ско-
С1ь
рость, получим угловую скорость ролика /, пропорциональную интегральной
функции ф от вводимого параметра. Из рисунказ
da dtp ~ t t
Рх-----cosa = k — или 7?! (sin a — sin a0) = k (cp — cp0).
dt dt
Найдя отсюда sin a, получим для (щ:
. k<f0 \
<»i = —— <p + sin a0 — —— <o2R.
Al \ Al J
(a)
Из- выражения (а) видно, что coi линейная функция ф. В частном случае
выражение в скобках может быть сделано равным нулю, тогда ф пропорциональ-
но (01.
Рис. 10.73. Т.ангенсный механизм для механического построения тангенса по
х
заданному углу или угла по заданному тангенсу tg ф = —.
744 Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Рис. 10.74
Рис. 10.75
Рис. 10.74. Тангенсный механизм для механического отсчета тангенса угла на
дуговой шкале.
Рис. 10.75. Комплексный механизм, позволяющий воспроизвести или решить
sinax cosax
зависимости -------- или ---------. В этом механизме шатуны 1 и 2 шарнирных
sin а2 cos а2
параллелограммов связаны подвижной крестовидной ползушкой, имеющей па-
лец <7, который входит в паз коленчатого рычага 3. Из подобия треугольников
СВА и DBE имеем
х С А г sin sin '
I АВ г sin а2 ’ sin *
В механизме возможны ошибки из-за зазоров в кинематических парах и пре-
sin
делы искомого отношения —--------- ограничены.
sin а2
Рис. 10.76
. Рис. 10.76. Комплексный механизм, воспроизводящий функцию у = ---- +
cos а
+ b tg а. При b = 0 в механизме перемещение у пропорционально секансу. При
е = 0 механизм обращается в тангенсный по рис. 10.74.
Планиметры, интеграторы, гармонические анализаторы
745
ПЛАНИМЕТРЫ, ИНТЕГРАТОРЫ, ГАРМОНИЧЕСКИЕ АНАЛИЗАТОРЫ
Рис. 10.77
Рис. 10.77, Планиметр — прибор для измерения площадей. Острие А рычага 1
(рис. а) неподвижно; острием В обводится контур измеряемой площади. Отсчет
площади производится на счетном колесе 2. Масштаб отсчета площади изменяется
с увеличением или уменьшением плеча ВС. На рис. б показан общий вид при-
бора, а на рис. в счетный механизм с нониусом. При расположении измеряемой
площади вне круга радиуса АС измеряемая площадь.
F = Zr (₽1-₽о),
где I—длина плеча ВС\ г—радиус ролика;
Ро и Pi — начальный и конечный углы поворота ролика, отсчитываемые по
нониусу.
Масштаб инструмента изменяется при варьировании величины I. Если изме-
ряемая площадь охватывает площадь круга радиуса рычага /, то
/ Z2 \ О
^ = /гф1-₽о)+( al + — )2е + я/2с.
746
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
С
Рис. 10.78
Рис. 10.78. Линейный планиметр. В качестве ведущей прямой применена пря-
мая линия ВС, по которой перемещается точка В. При обводке контура остри-
ем А рама каретки катится на колесах 1—1 по параллельным направляющим,
т. е. совершает поступательное движение. Измеряемая площадь F = lr(Pi—р0).
Здесь Po-и Pi — начальный и конечный углы поворота измерительного ролика пла-
ниметра, г — радиус ролика 2.
Рис. 10.79
Рис. 10.79. Планиметр «Топорик». Периметр измеряемой площади обводится
штифтом А (рис. а). Точка В при этом благодаря наличию колесика с острым
ребром, направленным через точку Л, опишет кривую преследования НКЕ
(рис. б). Площадь Q, описанная линией АВ, равна:
Q — F — ($! -|- s2 — 5з) •
Положение дуги BqBy выбирается такое, чтобы $1 4- s2 — s3 = 0, при этом
точка Aq будет располагаться вблизи центра тяжести площади F и тогда
Q = F = о ZR R /яр.
Планиметры, интеграторы, гармонические анализаторы
747
Рис. 10.80
Рис. 10.80. Гармонический анализатор Мадера. В анализаторе применен ме-
ханизм для перемножения разлагаемой в тригонометрический ряд периодической
2тс 2л:
функции f(x) и sin k—х или cos k Искомые произведения необходимы для
определения коэффициентов при sin и cos, через которые выражается разлагаемая
р 2л:
в ряд периодическая кривая; Jf(x)sin&— х измеряется при помощи планиметра.
Прибор состоит из каретки 1, перемещающейся в направляющих углового
рычага 3, и зубчатой рейки 2, приводимой в движение угловым рычагом. Острие
планиметра устанавливается в точке С или В сменного колеса 4, зацепляющегося
с рейкой. Разлагаемая в ряд Фурье кривая f(x) обводится острием А в пределах
периода так, что острие после обвода кривой возвращается по оси х в начальное
положение, при этом острие планиметра, установленное в точке С или В, опи-
сывает замкнутую кривую. Счетное колесо планиметра отмечает площади:
а
2nrk Г ( k2K
Fc =---- | f (x) cos ---x
a J \ a
о
и a
2~r& C , ( \
Fr =------ I f (%) sin ----x \dx = KrkBk.
a J \ a J
о
2Kk I
"—•=------; RK— радиус сменного зубчатого колеса для определения я-й
a mRK
гармоники, m — переменное плечо. Для гармоники k-vo порядка
RK = ^~;
2nk
Ай и Вк — коэффициенты ряда Фурье; г — радиус ролика планиметра.
dx = nrkAk
748
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Рис. 10.81. Гармонический анализатор, предназначенный для определения
коэффициентов ряда Фурье. Кривая а — а обводится штифтом 1 в пределах пе-
риода. Движок 2 перемещается относительно рамки 3—3 в направлении оси х
и вместе с рамкой в направлении оси у. Перемещение движка 2 относительно
рамки посредством серебряных канатиков и шайбы 6 передается оси интеграто-
ра 9, поворачивая его на угол у = пх.
При движении рамки 3—3 вращающаяся ось катков 4 — 4 передает движение
посредством шайбы 7 и стеклянного шара 5 измерительным колесам 8 и 10. Углы
поворота колес 8 и 10, оси которых взаимно перпендикулярны, пропорциональны
sin х dx ,и cos х dx.
Показания измерительных колес 8 и 10 будут соответствовать:
= — \ sin (пх) dx
тс J
о
«2 = ---I COS (пх) dx.
к
о
Прибор делается обычно с несколькими интеграторами для определения не-
скольких гармоник различного порядка.
Планиметры, интеграторы, гармонические анализаторы
749
Рис. 10.82
Рис. 10.82. Интегратор для определения статических моментов и моментов
инерции фигур относительно оси х — х. В основу положен линейный планиметр
рис. 10.78. Статический момент площади F относительно оси х
b b
Но У = Z sin а и
для М получаем:
cos 2oj) dx =
М =
а
b
— 2«! ]dx.
Z2 Z3
Y =—
4 12
a ci
у = Z sin аь После подстановки значений У и у в формулу
b Ь
- cos 2а) dx + — I2 J (1-
а
b
— 2а dx + — Р I
а а
Момент инерции фигуры F относительно оси х
Ь
а
при У = Z sin а и у = I sina{ выражается равенством
Г Ь Ь
J sin За dx-|- J sin Зах dx .
-а а
Интегратор имеет два колеса 1 и 2 радиуса R, зацепляющиеся с зубчатыми
секторами радиусов 2R и 37?. Если стержень АВ составляет угол а с осью х, то
тс
ось колеса 1 составляет угол —2а, следовательно, поворот колеса 1 при обводе
острием А по контуру фигуры пропорционален
ь
— 2а to,
а
b
а на счетном колесе 2j sin За dx.
750
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Рис. 10.84
Рис. 10.83. Интегратор для определения статических моментов и моментов
инерции фигур. Принцип действия тот же, что и в интеграторе по рис. 10.82. По
раме 1—1 перемещается рамка 6. При перемещении рамки 6 колесо 9, катящееся
по рейке, через конические колеса 10 и 5 сообщает поворот диску 5, пропорцио-
нальный перемещению х. С диском 8 сцеплены счетные колеса 4, 11 и 7, оси ко-
торых укреплены на колесах с центрами О2, Ох и О. Радиусы колес относятся как
3:2: 1. Наибольшее из колес 4 соединено тягой 3 с рычагом ЛВ, образуя при
этом параллелограмм. При обводе штифтом 2 контура кривой показания счетных
колес будут пропорциональны площади, статическому моменту и моменту инер-
ции площади.
Рис. 10.84. Схема интегратора. Если между сидящим на оси 1 диском 2, ро-
ликами 3 и 3' и барабаном 4 (рис. а) скольжения нет, то
1
= — хсо2
А
ИЛИ ср4 — <?04 =
Ф2
J х .
Ф02
Планиметры, интеграторы, гармонические анализаторы
751
Если х = f(<p2), то угол поворота ср барабана 4 будет пропорционален инте-
гралу функции f(cp2):
ф2
1 Г
? = ?4 —<р04 = —I f(<p2)d<p2.
Фо»
На рис. б показана измененная схема интегратора. Здесь ролики 3 и 3' не
смещаются вдоль оси, а диак 2 вращается и перемещается вместе с коробкой 1.
Рис. 10.85
Рис. 10.85. Фрикционный механизм для получения первой производной функ-
б/cpi
ции. Вводимая функция а ее первая производная — = cof, соо — постоянная
at
угловая скорость диска 1. Движение барабану 5 передается через роликй 2 и 2',
смещающиеся вдоль оси винта 3 при вращении зубчатых колес, имеющих переда-
точное отношение i и связанных с поводком дифференциала 4. Если co#=coi, то
поводок вращается с угловой скоростью™ (со—coi), а ролики 2 и 2' перемещаются
параллельно оси винта 5, имеющего ход А, со скоростью
dp i h
'--- = --- (СО (Di) - .
dt 2 v 17 2к
(Dop
Угловая скорость барабана co = — . Отсюда
г?
По значению р о величине производной — = (Oi можно судить, если коэф-
, dp
фициент при мал. Если coi = const, то через некоторый промежуток вре-
dt
мени второе слагаемое обращается в нуль; центральные колеса дифференциала
при этом вращаются противоположно. Вместо дифференциала можно установить
следящий механизм, приводящий в действие сервомотор для вращения винта.
752
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Рис. 10.86. Механизм для получения второй производной. Сдваивая диффе-
ренцирующий механизм по рис. 10.85, можно построить механизм для воспроиз-
ведения перемещения ф2, пропорционального второй производной вводимой
функции.
d<Pi ю0Р1
Вследствие того, что — = ——,
at R
получаем
d2Cpi (0Q б/р!
dt* 'R d<? ’
Таким образом, угловая скорость винта для перемещения каретки роликов
dpi 2тс dpi 2kR d*^
первого механизма 'пропорциональна —, т. е. (Ог = "7“ * “77 = —Г * “77 и рав-
dt h dt (o0h dt*
на угловой скорости на вводе второго дифференцирующего механизма.
Следящие механизмы (см. 14.115) сообщают перемещения каждой из кареток
роликов фрикционов сразу же, как только угловые перемещения звеньев ввода
становятся не равными угловым перемещениям барабанов.
Если, например, вводится параболическая функция, то винт первого диффе-
ренцирующего механизма вращается с постоянной скоростью, а винт второго ме-
ханизма — неподвижен.
Рис. 10.87. Механизм для выработки функции трех переменных. Поверхность
коноида 1 отображает собой функцию двух переменных х и у: = kx — переме-
Планиметры, интеграторы, гармонические анализаторы
753
щения толкателя 2 в направлении оси винта 5, пропорционального вводимой на
винте переменной х; у — пропорциональной углу поворота коноида. При помощи
рейки на толкателе и колеса 4 f(x, у) преобразуется в угол поворота второго
коноида 5, поверхность которого отображает f(x, у, z). Отсчет искомой функции
производится по перемещению толкателя 7 или по углу поворота колеса 6 при за-
данных х, у и г.
Рис. 10.88
Рис. 10.88. Механизм для выработки функции трех переменных. Вариант схе-
мы по рис. 10.87. Толкатель 2 коноида /, воспроизводящий функцию двух пере-
менных хи//, осуществляет продольное перемещение свободно сидящего на тол-
кателе коноида 4. Третья переменная г задается вращением коноида от фрикци-
онного валика 3. Функция трех переменных снимается щупом-рейкой 5 и передает-
ся колесу 6.
754
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
МЕХАНИЗМЫ ПРИБОРОВ
Рис. 10.89
Рис. 10.89. Маятниковые весы. К станине 1 весов на стальных лентах при-
креплены секторы 3 с гирями 4. За одно целое с секторами 3 выполнены секто-
ры 2, очерченные по дугам окружности радиуса, отличного от радиуса секторов 3.
Секторы 2 стальными лентами соединены с траверсой 6, соединяющейся с чашкой
весов. К траверсе 6 прикреплена зубчатая рейка 5, вращающая колесо, соединен-
ное со стрелкой 7. При взвешивании траверса 6 передает усилие на секторы 2,
которые поворачиваются до тех пор, пока момент гирь 4 не уравновесит взве-
шиваемый груз.
Рис. 10.90. Десятичные весы с платформой. При a\la — bjb отношение плеч
с с
— = 10. У сотенных весов -—= 100. Показания весов не зависят от положе-
а1 СЦ
ния груза на платформе.
Механизмы приборов
755
Рис. 10.91
Рис. 10.91. Спаренные весы. При взвешивании больших грузов грузовую плат-
форму прикрепляют к рычагу /, соединенному с двумя маятниковыми весами 2
и 3. Иногда плечи рычага 1 присоединяют ко вторым рычагам, которые в свою
очередь присоединяют к весам. Вместо маятниковых могут быть применены весы
другого типа.
Рис. 10.92. Автоматические весы для жидкостей. При наполнении сосуд /,
опускаясь, ударяет пальцем 2 об упор 5, вследствие чего опрокидывается и жид-
кость выливается.
Рис. 10.93
Рис. 10.94
Рис. 10.93. Тормозной динамометр (тормоз Прони) для определения мощно-
сти. На верхней колодке 1 двухколодочного тормоза укреплен рычаг с подвешен-
ной на нем чашкой весов 3. Накладывая гири на чашку 5, достигают того, что
упор 5 слегка отходит от стойки 4. Зная вес гирь 2 (кг) и плечо ’(л*), опреде-
ляют крутящий момент на валу, равный моменту груза Q
М = QI кГ • м.
Мощность
Рис. 10.94. Тормоз Прони с десятичными весами. Принцип определения мощ-
ности на валу двигателя аналогичен рассмотренному для тормоза по рис. 1'0.93.
756 Раздел 10. Механизмы, для математических операций, приборы
Рис. 10.95
Рис. 10.95. Балансирная динамомашина со статором, качающимся на под-
шипниках. При измерении мощности объекта определяется момент статора, при-
ближенно равный моменту ротора. Уравновешивая статор, например, весом
гирь Р на чашке весов с плечом /, можно определить крутящий момент и мощ-
ность объекта.
Рис. 10.96
Рис. 10.96. Гидравлический дисковый тормоз для определения мощности бы-
строходных двигателей. Вал тормоза с закрепленными на нем одним или несколь-
кими дисками 3 соединяется эластичной муфтой 1 с валом испытуемого двигателя.
Корпус 2 установлен на шарикоподшипниках. Поступающая в корпус по трубе 5
вода отбрасывается центробежной силой к периферии и выходит через трубку 6.
Количество поступающей воды регулируется краном ’ 4. Вследствие трения воды
о диски при вращении вала тормоза корпус 3 стремится повернуться вместе с ди-
сками 3.
Для определения тормозного момента, по которому определяют мощ-
ность двигателя, к корпусу прикрепляют чашку весов с установленными на ней
уравновешивающими гирями.
Механизмы приборов
757
Рис. 10.97. Гидравлический тормоз для испытания двигателей. На вал тормоза
насажен барабан 3, на поверхности которого по окружности укреплены квадрат-
ные пальцы, между ними (по ширине) помещены такие же пальцы корпуса 5.
При вращении ротора образуется вихревое движение воды около пальцев, созда-
ющее момент сопротивления, передающийся на корпус тормоза. Для испытания
мощных двигателей тормоз делают с несколькими рядами пальцев. Уравновеши-
вая корпус одним из способов, указанных на фигуре (десятичными весами /,
пружинным динамометром 2, набором гирь 4), определяют величину крутящего
момента, по которому подсчитывают мощность двигателя.
Мощность трения в тормозе
Я4 цуп3 . z е
= 75-30®. 5 ‘ ~g~ Л- С-
где — — плотность воды;
§
ц — коэффициент трения воды о диск;
i — число рядов пальцев;
и — внутренний и внешний радиусы дисков.
Количество воды, проходящей через тормоз в час,
632^
и = ------,
/2 — /1
где t2 — tx — разность температур
входящей и выходящей из
тормоза воды.
Рис. 10.98. Воздушный тормоз для испытания двигателей. Роль сопротивляю-
щейся среды выполняет воздух. На вал испытуемого двигателя насажена мули-
758
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
нетка 1 (деревянная балка, имеющая ступицу и металлические лопасти по кон-
цам). Двигатель устанавливают на качающейся раме 2 со стойкой, опирающейся
на платформу весов. При работе двигателя момент сопротивления воздуха пере-
дается на весы в виде силы Р, действующей на плечо I. Момент сопротивления
можно изменять перестановкой лопаток на мулинетке 1.
Рис. 10.99
Рис. 10.99. Дифференциальный динамометр с цилиндрическими колесами.’
Измеряемый момент передается на вал колеса /, воздействующего окружной си-
лой Р\2 на зубья колеса 2 нагруженной силой Р32, создаваемой колесом 3 за счет
тормоза 5. Ось колеса 2 испытывает суммарное давление, равное 2Р32, уравнове-
шиваемое установленной на сбалансированном рычаге 4 грузом.
Момент и мощность на валу определяются по формулам:
лд PZri 1
2 (r2 + ra) 7]
Здесь Г], г2 и г3 — радиусы начальных окружностей колес в м\
т] — к. п. д. динамометра;
I — плечо силы Р.
Механизмы приборов
759
Рис. 10.100. Зубчатый динамометр с
коническими колесами. Колесо 2, приво-
димое в движение от испытуемого объ-
екта, вращает колеса 3 и 6 и далее ко-
лесо 8 ведомого вала. Ось колес 6 и 3
расположена в подвижной коробке 9,
которая стремится повернуться от реак-
тивной пары сил. Равновесие притормо-
женной тормозом 7 коробки 9 восстанав-
ливается грузом 1 и указывается стрел-
кой 4. Малый груз 5 уравновешивает
коробку с рычагом.
Условие равновесия коробки
где т] — к. п. д. динамометра.
Рис. 101. Тормозной дифференциаль-
ный динамометр. Зубчатое колесо 2
внутреннего зацепления сидит на веду-
щем валу 1, колесо 5 — на ведомом ва-
лу 6. Вращение водила 8, несущего на
себе сателлит с колесами 3 и 4, ограни-
чено пружинами 7. При нагружении ве-
домого вала стрелка водила на непод-
вижной шкале указывает крутящий мо-
мент привода.
Рис. 10.100
Момент на ведущем валу
М± =
М8
1 —
*25 —
г5?з
г4г2
Чувствительность динамометра уменьшается с приближением ^5 к единице.
Передаточное число f25 зубчатой передачи выбирается близким к единице, для
того чтобы момент, вращающий водило 5, был невелик, так как иначе пружины
получатся слишком большими.
760
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Рис. 10.102
Рис. 10.103
Рис. 10.102. Стенд для исследования деформаций и сил, действующих на
зубья зубчатых пар без применения скользящих контактов к датчикам. Зубчатое
колесо 8 соединено неподвижно со станиной 1. Зубчатое колесо 3. с коромыс-
лом 2 и подвешенными грузами G может поворачиваться в подшипнике станины.
Колеса 4 и 7 закреплены на торсионном валу 6 и -вращаются с картером 5 по-
средством вала 9. Нагрузка на зубчатые колеса регулируется весом грузов G.
Рис. 10.103. Ротационный торсионный динамометр. При закручивании вала 6
диск 8 поворачивается относительно диска 5 на угол, пропорциональный пере-
даваемому моменту. Кронштейн 1 при этом поворачивает рычаг 4, который при-
водит систему рычагов, связаную с указателем 2, передвигающимся вдоль про-
рези 3.
Положение указателя 2 отмечается на шкале, укрепленной около барабана 7
и прочитывается посредством стробоскопа.
Механизмы приборов
761
Рис. 10.104
Рис. 10.104. Ротационный торсионный динамометр. Между ведущим и ведо-
мым концами двух валов 1 и 9 расположен тарированный стержень 4, передаю-
щий вращающий момент посредством насаженных на него втулок 2 и 8.
Вал 1 жестко соединяется с ва-
лом 5 посредством полумуфты 3,
а вал 9 — через фланец 7 с дис-
ком 6. При закручивании стер-
жня 4 диск 6 со шкалой на цел-
лулоидном кольце 11, скреплен-
ный с ведомым валом, сместится
относительно дисков 12 и 13,
связанных посредством полого ва-
ла 5 с ведущим валом. Подсве-
ченная лампой 10 шкала диска 11
наблюдается в щель А диска 12
посредством зеркала 14 и глаз
отмечает угол закручивания (см.
изображение В), пропорциональ-
ный моменту сил упругости вала.
Рис. 10.105. Эвольвентомер —
прибор для проверки профиля
эвольвентных зубчатых колес.
В неподвижных направляющих 1
скользит линейка 2, приводимая
в движение посредством зубчато-
го колеса и рейки. Движение ли-
нейки . при помощи стальной лен-
ты 3 передается сектору 4, имеющему неподвижную ось вращения О; вместе с
сектором вращается и испытуемое колесо. Для придания линейке 5 со щупом
движения, уменьшенного по сравнению с движением линейки 2 в отношении
радиуса r/Р колеса и сектора, на этой линейке 5 имеется шарнир, соединяющий
ее со стержнем 8, который другим концом перемещается в подвижной направ-
ляющей 6, имеющей ось вращения С на линии ОС, параллельной линейкам 2 и 5.
Прямая АВС при любом положении параллельна оси направляющих 6—7. Пере-
мещение линейки 5 меньше перемещения линейки 2 в отношении ВС : АС; чтобы
это перемещение соответствовало основной окружности испытуемого колеса,
необходимо, чтобы точка В двигалась по касательной к основной окруж-
ности.
762 Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Рис. 10.106
Рис. 10,106. Безрычажный измеритель.
При движении измерительного штока 1 в ос-
новании 2, ввернутом в стакан 8, качающиеся
на штоке 1 тарелки 4 и 8, разжимаемые пру-
жиной 5, наталкиваются на изолированные
от корпуса контактные пальцы 9 и 7. При
контроле годного изделия тарелки с пальца-
ми контакта не образуют. Если контролиру-
ются изделия с завышенным размером, тар ел-
Рис. 10.108
Рис. 10.107
ка 8 соприкасается с пальцем 7, замыкая цепь сигнальной лампы «брак 4- ». Если
контролируемое изделие имеет заниженный размер, тарелка 4 соприкасается с
пальцем 9, замыкая цепь сигнальной лампы .«брак—».
Измеритель настраивается вращением относительно стакана 3 основания 2
и крышки 6.
Рис. 10.107. Прибор для контроля параллельности плоскостей. На поверхность
контролируемого изделия 2, помещенного на измерительной базе 1, опускаются
два измерительных штифта 3 и 11, к которым жестко прикреплены две плоские
пружины 6 и 5. Свободные концы пружин скреплены вместе и оснащены сфери-
ческим контактом 7, который может соприкасаться с микрометрическими винтами
8 и 9. Измерительное усилие создается пружинами 10 и 4. Если контролируемые
плоскости параллельны, то пружины 6 остаются в среднем положении. При не-
параллельности плоскостей изделия штифты 3 и Н, поднимаясь на различную вы-
соту, отклонят пружины 5 и 6, замыкая един из контактов.
Рис. 10.108. Центробежный тахометр с четырьмя массами. При вращении
вала 1 массы 2 расходятся, в результате чего посредством звеньев 4, 5, .6 пово-
рачивается сектор 7 и колеса 8, 9, 10. Пружина 3 возвращает механизм в исход-
Механизмы приборов
763
ное положение. Измеряемая угловая скорость со испытуемого вала 1 пропорцио-
нальна углу поворота колеса 10 со стрелкой:
<0 = 1/ 2с(у~^,
У ml2 sin
Здесь с — жесткость пружины; т — масса грузов;
Фо — угол наклона оси АА при со = 0.
Рис. 10.109. Центробежный тахометр, применяемый в авиации. Инерционная
масса 7 на валу 11 (рис. а) возвратной спиральной пружиной 6 соединена
• с инерционными массами 5 и 8. При повороте масс 5 и 8, вызванном центробеж-
ными силами инерции, муфта 4 смещается вместе с колесом 3 вдоль оси валика 11.
Колесо 3 сообщает при этом движение стрелке 10, которая указывает на цифер-
блате 9 мгновенную угловую скорость. Движение валу 11 сообщается от вала 1
через пару колес 2 и 12.
Зависимость угловой скорости от параметров прибора (рис. б):
с(? —<Ро)
ml2 sin 2ср
где ф0 — угол наклона оси АА при со = 0;
т — масса грузов 5 и 8\
с — жесткость пружины 6.
764
Раздел 10. Механизмы, для математических операций, приборы
Рис, 10. НО
Рис. 10.110. Центробежный тахометр. В отличие
инерционная масса 1 имеет форму кольца (рис. а).
стрелке А имеется
от тахометра по рис. 10.109
В передаче от ползуна 2 к
3, поворачивающий зубчатое колесо 4, соеди-
ненное со стрелкой. Стрелка снабжена воз-
душным демпфером-крыльчаткой (рис. б),
приводимой в быстрое вращение от оси
стрелки колесом 4 через две пары зубча-
тых колес 4', 5, 6 и 7.
Рис. 10.111. Тахометр «Пионер»,
измерении скорости ведущий валик
зубчатый сектор
Pihc.
10.111
При
1 сое-
диняется с испытуемым объектом. Вращение передается вертикальному валу 4,
а через него грузам 3. При удалении грузов от оси вращения при увеличении
угловой скорости муфта 2, преодолевая сопротивление возвратной пружины 5,
поднимается и перемещает указатель 6. Вся система занимает положение, соот-
ветствующее угловой скорости испытуемого объекта.
Рис. 10.112. Тахограф Гейгера. Вращающийся от испытуемого вала корпус 1
несет инерционные массы 4, качающиеся на осях 3 и соединенные пружиной 2.
Механизмы приборов
765
Инерционные массы расходятся до такого положения, при котором их центро-
бежные силы инерции уравновешиваются силой упругости растягиваемой пружи-
ны. Величина расхождения грузов при помощи рычагов 5, 6, 7, 8 передается на
перо 9 пишущего механизма.
Рис. 10.113. Центробежный тахометр АТ-1. Вращение вала двигателя пере-
дается через ведущий вал тахометра вертикальному валу 1. Кольцевая масса 2
поворачивается, стремясь стать нормально к оси вращения, и посредством рыча-
га заставляет муфту 4 перемещаться вдоль вала. Поводок 5, связанный с муф-
той, заставляет поворачиваться зубчатый сектор 9, который соединен со стрелкой.
Для успокоения колебаний стрелки служит воздушный демпфер, состоящий из
рычага 7, связанного с сектором 9, поршня 5 и цилиндра 6.
Рис. 10.114. Дистанционный центробежный тахометр. Связь между датчиком
и приемником осуществляется посредством сжатого воздуха. С валом /, который
-соединяется с испытуемым валом, имеющим на конце поршень 4, перемешаю-
766
Раздел 10. Механизмы, для математических операций, приборы
щийся в цилиндре 9, шарнирно соединены рычаги 2, снабженные грузами 3.
Цилиндр 9 заполнен сжатым воздухом, нагнетаемым насосом 10. Трубка 8 сое-
диняет датчик с приемником, выполненным в виде манометра, состоящего из
' мембраны 7, серьги 5 и стрелки 6 с гра-
дуировкой шкалы на число оборотов. Цент-
робежная сила инерции грузов перемещает
поршень 4, перекрывающий отверстия аа,
через которые воздух выходит наружу.
Равновесие наступит при равенстве приве-
денной к поршню силы инерции грузов и
силы давления сжатого воздуха.
Рис. 10.115. Дистанционный тахометр
Аскания. Прибор выполнен в виде вра-
щающегося вокруг оси О картера 6, снаб-
женного двумя цилиндрами. В одном ци-
линдре помещен поршень 1 насоса, шар-
нирно закрепленный на шатуне 2, в дру-
гом цилиндре, снабженном отверстием а*
расположен 4 поршень 4 датчика. Воздух*
нагнетаемый насосом, при вращении карте-
ра от испытуемого двигателя поступает по»
трубке 5 в цилиндр датчика. Давление воз*
духа уравновешивает центробежную си-
лу поршня 4. В центре картера расположено выходное отверстие, через кото-
рое воздух по трубке 3 поступает в приемник. Манометр отградуирован на чис-
ло оборотов, пропорциональное давлению.
Рис. 10. li 16
Рис. 10.116. Тахоскоп 1-го часового завода. Вал /, приводимый в движение от
испытуемого объекта, передает вращение через червячную передачу и автомати-
ческий реверс (через зубчатые колеса 3 и 2 или 3, 4 и 5) колесу 6, фрикционно
связанному со свободно вращающимся колесом 7. Движением колеса 7 управляет
часовой механизм посредством кулачковой шайбы 13 с собачкой 14. Нажатием1
кнопки 9 заводится пружина. При освобождении кнопки 9 заведенная пружина
Механизмы приборов
767
повернет сектор 8, колесо 12 и храповую шайбу 11, связанную с помощью со-
бачки со спусковым колесом 10, сидящим на одной оси с шайбой 13, которая,
нажимая на собачку 14, освобождает колесо 7. С колесом 7 фрикционно связана
стрелка 15, поворачивающаяся на определенный угол, пропорциональный скоро-
сти вала 1 за время (6 сек) вращения коле-
са 7. Для установки стрелки на нуль служит
рычаг, управляемый кнопкой 16.
Рис. 10.117. Тахометр. Приводной вал 1
.вращает через систему зубчатых колес коле-
со 4, которое перемещает одну из трех реек 5,
• расположенных на валу 2. Оборот вала 2, ре-
гулируемый анкерным --------------- г —
ществляется в течение 3
каждая рейка находится
лесом 4 в
течение 1
сек
8'
механизмом 6, осу-
сек, благодаря чему
в зацеплении с ко-
и ее перемещение
Рис., 10.1.17
Рис. 10.118
вверх пропорционально угловой скорости испытуемого вала. Перемещение рейки
посредством звеньев 7, 8, 9 передается стрелке прибора. Каждая рейка при вы-
ходе из зацепления с колесом 4 удерживается в течение последующей секунды
звеном 3, затем освобождается пружиной И, возвращаясь в исходное положе-
ние. Звено 7 подхватывается следующей рейкой. Скорость вращения вала 2 ос-
тается постоянной независимо от скорости вала 1. 'Возможная разность скоро-
стей компенсируется проскальзыванием пружинной фрикционной муфты ко-
леса 10.
Рис. 10.118. Дистанционный часовой тахометр. Связанный с испытуемым объ-
ектом вал 1 посредством кулачка включает контакты и посылает попеременно
импульсы тока в левую и правую обмотки электромагнита 2, заставляя анкер-
ную скобу 3 колебаться с частотой скорости вращения объекта и, кроме того,
замыкает цепь обмоток двигателя 20, осуществляющего завод пружины 19 спус-
кового колеса 18 и пружины, условно показанного часового механизма 17. При
каждом качании скобы 3 колесо 18 поворачивается заведенной пружиной 19 на
один зуб, отчего повернется колесо 7 со стрелкой.
В течение первой половины хода часовой механизм 17, вращающий вме-
сте с кулачковым валом кулачок 15, отожмет рычаг 16 и колесо 4 окажется сцеп-
ленным с колесом 14, которое штифтом 5 захватит штифт 6 колеса 7 со стрел-
кой. Далее кулачок 15 освобождает рычаг 16, колеса 14 и 4 расцепляются и ко-
лесо 14 притормаживается пружиной 13, в то время как кулачок 9 отжимает со-
768
Раздел 10. Механизмы, для математических операций, приборы
бачку 8 от колеса 7. Если скорость объекта превышает скорость в предшеству-
ющий период движения, то штифт 6 задерживается штифтом 5, если наоборот,
то колесо пружиной 11 проворачивается назад до встречи штифта 6 со штифтом
5, затем собачка 8 замкнет колесо 7, а пружина 13 отжимается от колеса 14, воз-
вращающегося пружиной 12 в исходное положение.
Рис. 10.119
Рис. 10.119. Тахометр с грибовидным фрикционом. Грибообразной формы
диск 1 может вращаться вместе со своей осью около оси О. При установив-
шемся положении прижатого к грибку ролика 2 угол поворота грибка а, завися-
щий от угловой скорости испытуемого объекта, определяется из равенства
г с
sin ос=--- а)х = —,
Т?О)2 (0 2
Переменный радиус грибка р = Р sin а.
Шкала прибора неравномерна.
Механизмы приборов
769
Рис. 10.120
Рис. 10.120. Поплавковый гидравлический тахометр. При вращении сосуда
вокруг вертикальной оси YY поплавок 1 опускается,
О)2Г2
s = h —-------= h — с cd 2.
4g
Параметр s характеризует угловую скорость вала.
h — высота уровня жидкости в спокойном состоянии.
Рис. 10.121. Гидравлический дистанционный тахометр. Связанная с испытуе-
мым валомf крыльчатка 2 засасывает масло из резервуара 4 и нагнетает жид-
кость в резервуар /, оказывая давление на воздух, который по трубке 3 посту-
пает к манометру со шкалой, градуированной на число оборотов.
Рис. 10.122
Рис. 10.122. Гидравлический вязкостный тахометр. Диск 2 с отверстиями, си-
дящий на ведущем валу /, расположен внутри герметически закрытого сосуда,
заполненного ртутью. При вращении диска 1 ртуть увлекает легкий диск 3, удер-
живаемый от вращения пружиной 4. Угол поворота диска 3 со стрелкой 5 соот-
ветствует скорости вращения испытуемого объекта.
25 С, Н. Кожевников и др.
770
Раздел 10. Механизмы, для математических операций, приборы
Рис. 10.123. Воздушный тахометр. Внутри корпуса 1 от реверсивного вала 2
вращается крыльчатка 3, нагнетая воздух в рукав, прикрытый подпружиненной
заслонкой. Угол а отклонения заслонки зависит от угловой скорости вращения
вала 2.
Рис. 10.124. Воздушный вязкостный тахометр. Крыльчатка 2, вращающаяся
от вала /, создает воздушный поток, который, преодолевая сопротивление зак-
ручивающейся пружины 4, поворачивает цилиндр 3 и с ним указатель скорости 5.
Рис. 10.124
Рис. 10.125
Рис. 10.125. Вибрационный тахометр. Состоит из большого числа отградуи-
рованных по частоте консольных пружин 1 одинакового поперечного сечения, но
защемленных на разной длине (рис. а). На концах пружин укреплены грузики 2.
Около каждой пружины имеется электромагнит, питаемый током от датчика-ге-
нератора. Генератор вращается от машины, число оборотов которой измеряется.
Ток генератора подается в электромагниты, якорями которых являются пружи-
ны 1. Под действием тока пружины начинают колебаться с различными ампли-
тудами |(рис. б). Наибольшая амплитуда будет у пружины, собственная частота
колебаний которой известна и соответствует частоте тока, а следовательно, и ча-
стоте объекта.
Рис. 10.126. Индукционный тахометр с вращающимся магнитным полем.
В поле вращающегося магнита /, соединенного с объектом гибким валом, распо-
ложен диск 2, сидящий вместе со стрелкой 3 на подпружиненной оси 4. Вращаю-
щий момент взаимодействия индуктируемых токов диска, пропорциональных ско-
Механизмы, приборов
771
рости вращения, и поля магнита уравновешивается упругим моментом пружины
и равенству этих моментов соответствует установившееся положение диска и
стрелки прибора.
Рис. 10.127
Рис. 10.127. Электротахометр. На валу 1 посажен магнит 2 с шестью полюса-
ми. На статоре укреплены обмотки 3. Во время вращения вала, связанного с ис-
пытуемым объектом, создается переменное магнитное поле, наводящее в обмот-
ке 3 э. д. с., пропорциональную угловой скорости вала.
Рис. 10.128. Стробоскопический тахометр с механическим затвором. Двига-
тель постоянного тока снабжен диском 1 с отверстиями 2. Диск помещается ме-
жду испытуемым валом и неподвижным экраном, имеющим узкую щель.
Число оборотов двигателя регулируется реостатом 5 и доводится до совпа-
дения с числом оборотов объекта действием электромагнитного тормоза в виде
магнита 3, в поле которого вращается диск 1. Число оборотов диска фиксирует-
ся индукционным тахометром 4.
25*
772 Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Так как наблюдатель видит испытуемый вал лишь в момент совпадения ще-
ли с одним из отверстий диска, то при равенстве или кратности скоростей диска
и вала последний будет казаться неподвижным.
Рис. 10.129 .
Рис. 10.129. Передача счетчика числа оборотов. За один оборот ведущей оси
/, несущей эксцентрик, цифровое колесо счетчика — колесо единиц 2 должно по-
вернуться на 1/10 оборота. Для этой цели служит планетарная передача с 22
зубьями на внутреннем и 20 зубьями на внешнем зубчатом колесе. Передача к
колесу 2 осуществляется пальцем 3. Передаточное отношение механизма.
^20 — ^22 1
I = ---------- = — ----- .'
?20 Ю
Рис. 10.130. Прибор для измерения скорости газа. Пользуясь зависимостью
между давлением газа и скоростью при истечении его через отверстие v = р, из-
меряют давление. Перемещение поплавка для получения отсчетов по равномер-
ной шкале передается стрелке прибора гибкой нитью с помощью криволинейного
диска.
Рис. 10.131. Тензометр зеркальный. Рычаг 2 с призмой 1 другим концом сое-
динен с плоской пружиной 4. Пружина снабжена острием 5, которое входит в
гнездо призмы 5, несущей 'зеркало 6. Изменение расстояния между остриями 8
Механизмы приборов
773
и призмой 1 вследствие деформации образца вызывает поворот зеркала 6 и от-
клонение отраженного луча. Отсчет деформации на неподвижной шкале произво-
дится с помощью микроскопа. Зеркало 7 служит для учета собственного смеще-
ния корпуса прибора.
Рис. 10.132
Рис. 10.132. Тензометр для измерения натяжения тросов, применяемый в са-
молетостроении. Прибор определяет не удлинение участка троса, где установлен
прибор, а силу, необходимую для отклонения троса от его прямолинейного на-
правления на некоторую величину, зависящую от натяжения троса. Прибор ук-
репляется на тросе захватами 4 и 6. Рычаг 2, имеющий на конце пружину 5, упи-
рающуюся в ролик 7, прижимается рукой к испытуемому тросу опорой 3. При
этом сектор 1 вращает зубчатое колесо 8 и стрелку 9.
Рис. 10.133
Рис. 10.133. Оптико-механический разъемный тензометр. Прибор состоит из
отдельных частей 1 и 4, снабженных остриями 2 и 3. При деформации образца
части 1 и 4 смещаются- в разных направлениях и вращают стержень 5, на ко-
тором укреплено зеркало 6. Лучи света лампы (не показанной на чертеже) от-
ражаются от зеркала 6 и по отклонению луча записывают деформацию.
Рис. 10.134
Рис. 10.134. Тензометр с масляным демпфированием, предотвращающим вли-
яние собственных колебаний прибора на запись деформации.
774
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
На корпусе 1, наполненном маслом, имеется опора 2. На подвижное острие
4, проходящее сквозь отверстие в корпусе, закрытое тонкой мембраной 5, опи-
рается ролик 5 с зеркалом 6. Ролик прижимается к острию 4 регулируемой пру-
жиной 7. При наличии деформации образца отклоняется острие 4, а вместе с ним
зеркало 6, поворот которого читается с помощью микроскопа.
Рис. 10.136
Рис. 10.135
Рис. 10.135. Тензометр с электролитом. Электролит между электродами 1 и
2 разделен язычком 3, перемещение которого, вызванное деформацией образца,
изменяет сопротивление электролита. Это изменение можно регистрировать осцил-
лографом при помощи мостиковой схемы.
Рис. 10.136. Струнный тензометр. На испытуемом образце 1 натянута стру-
на 2. Струна возбуждается от звукового генератора до резонанса. Зная собствен-
ные частоты до и после деформации образца, вычисляют изменение натяжения
и деформацию струны. 3 — возбудитель, 4 — приемник.
Рис. 10.137. Виброграф, применяемый при исследовании колебаний. Центр
тяжести маятниковой массы 1, удерживаемой в положении равновесия спираль-
ной пружиной 2, может располагаться на горизонтальной, вертикальной или нак-
лонной линии, проходящей через ось колебаний. Конец спиральной пружины при-
креплен к шкиву 3, стянутому лентой 4 и скрепленному с корпусом прибора, ус-
танавливаемого на объект исследования. При возникновении колебаний исследу-
емого объекта между массой 1 и объектом возникает относительное движение.»
Механизмы приборов
775
которое передается при помощи системы рычагов 7, 6, 5 пишущему прибору.
Заменяя маятник маховиком, получим торсиограф, предназначенный для записи
крутильных колебаний ралов.
Рис. 10.138. Торсиограф. Применяется при исследовании крутильных колеба-
ний высокой частоты (^>5000 кол!мин). Прибор состоит из крестовины 12, к ко-
торой посредством фланца 3 и втулки 2 жестко крепится испытуемый вал. Крес-
товина с помощью пружины 11 передает вращающемуся на шарикопод-
шипниках маховику 1.
Относительное угловое перемещение между крестовиной и маховиком реги-
стрируется на движущейся кинопленке 6, связанным с маховиком 1 алмазным
пером 5. Пленка приводится в движение от барабана 8, ось вращения которого
смонтирована в крестовине. Барабан получает движение от винтовой пары ко-
лес 9—10. Колесо 10 фланцем прикреплено к кожуху 7 прибора. При записи тор-
сиограмм надо кожух с колесом 10 остановить, тогда колесо 9 начнет совершать
планетарное движение, барабан 8 будет наматывать на себя пленку.
Время и обороты отмечаются не показанными на рис. вспомогательными
перьями, укрепленными на якорьках, смонтированных на поперечине электромаг-
нитов, обмотки которых питаются через контактные кольца 4.
776
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Рис. 10.139. Схемы реостатных датчиков для измерения перемещений. Дат-
чики, дающие плавную линейную зависимость (рис. а, б, в); каркасного типа с
малой ступенчатостью (рис. г); с большой ступенчатостью (рис. д, в); с жидко-
стным контактом (рис. ж, з); нелинейные с фигурным и ступенчатым каркасами
(рис. и, к); с зашунтированными секциями (рис. л); синусно-косинусный (рис. м);
с перекатывающимся фигурным контактом (рис. н).
На рис. и и к приведены графики зависимости сопротивления датчика в фун-
кции перемещения х ползунка.
Механизмы, приборов
777
Рис. 10.140. Схемы измерений с помощью реохордных датчиков: а — хода
ползуна; б — прогиба пружины; в — давления; г — перепада давления; д — угла
поворота; е — силы; ж — ускорения. На рис. /С — скользящий контакт, О — вы-
воды к осциллографу.
778
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Рис. 10.141
Рис. 10.141. Схема измерения линейных перемещений. Датчиком служит про-
волочное сопротивление — реохорд 1, по которому скользит связанный с посту-
пательно движущейся деталью ползунок 2, нарушающий равновесие мостика по-
стоянного тока. Разбалансировка мостика регистрируется с помощью стрелочного
прибора 3 или шлейфа 4.
#2, Рз, Рл— сопротивления плеч мостика; г — балансировочный реостат.
Наибольшая чувствительность достигается при равенстве плеч мостика. Сила
тока в измерительной диагонали мостика
д
/----------.
2гг(яд + к)_да1
Р = Pl — Р2 — Р3 —
где I — сила питающего тока;
Ря — сопротивление измерительной диагонали.
При Ю погрешность измерения вследствие нелинейности не превы-
^Р
шает 1%.
Рис. 10.142. Схема измерения линейных перемещений датчиком с двумя рео-
хордами. Контакт 1—1 одновременно скользит по двум реохордам. Чувствитель-
ность мостика по сравнению со схемой рис. 10.141 удваивается и балансировоч-
ный реостат отсутствует. Нелинейность схемы исключается. При I — const /д ли-
нейно зависит от Д7?. Сопротивления плеч могут приниматься меньшими и пита-
ющий ток I будет достаточным при меньшем значении напряжения батареи
/д=/
R* + R
Механизмы приборов
779
Рис. 10.143. Схемы измерений шер смещений с помощью металлических скоб:
нити (рис. а), вызванных зазором в сочленении (рис. б), .витков пружины (рис. в).
Чувствительность измерительного устройства может быть увеличена путем
уменьшения высоты скобы или увеличением жесткости ножек и углов скобы.
Рис. 10.144. Схема емкостного датчика для измерения угловых перемещений.
При повороте подвижной обкладки 1 относительно неподвижной обкладки 2 за-
штрихованная рабочая площадь и, следовательно, емкость датчика будут зави-
сеть от угла поворота ср.
Рис. 10.145. Бесконтактный индукционный датчик для измерения угловых пе-
ремещений. Плоский железный сердечник 4, очерченный по архимедовой спира-
ли, вращаясь между полюсными наконечниками магнитопровода с тремя обмот-
ками /, 2, 3, вызывает изменение индуктивности катушки. Посредством непод-
вижного железного сердечника 5 выравниваются начальные магнитные проводи-
мости систем. Одинаковые обмотки 1 и 3 питаются переменным током.
780
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Рис. 10.146
Рис. 10.146. Схема датчика линейны?: перемещений объекта, передаваемых от
троса 6, ролика 5 и валика 3 ползунку 2 неподвижного реостата 1. На валике
заклинен кулак-ограничитель хода 4 и возвратная пружина 7. Изменение сопро-
тивления реостата, включенного в мост, регистрируется осциллографом.
Рис. 10.147. Датчик контроля изменения диаметра бурящих скважин. При пе-
ремещении датчика по оси скважины производится ощупывание ее стенок пос-
редством трехрычажной сдвоенной ромбовидной системы 1 с тремя роликами-
щупами 2, расположенными под 120°, вследствие чего изменение диаметра D вы-
зывает смещение ползунка реохорда R. Диапазон измеряемых диаметров поряд-
ка 100—730 мм.
Рис. 10.148. Схема прибора для замера угловых перемещений с помощью ре-
охорда. По поверхности измерительного вала укладывается изолированная от
вала проволока 1 реохорда, концы которой подаются на контактные кольца 2. Не-
подвижный контакт 3, скользящий по реохорду при вращении вала, вызывает
разбалансировку мостика.
Механизмы приборов
781
Рис. 10.149. По неподвижно укрепленному реохорду 1 скользит ползунок 2,
жестко связанный с испытуемым валом 5, вращающимся в пределах некоторого
угла. Перемещение ползунка вызывает разбалансировку мостика и ток в изме-
рительной диагонали, пропорциональный угловому перемещению вала.
Рис. 10.150. Схема датчика углов поворота зондной лебедки для контроля
уровня шихты в доменных печах. Поворотом оси лебедки посредством муфты 2,
зубчатой передачи и кулачка сообщается поступательное движение сердечнику
индуктивного датчика. Нулевое положение датчика устанавливается винтом 1.
При значительном угле поворота кулачка характеристика показаний линейная.
Рис. 10.151
Рис. 10.151. Схема датчика для регистрации неравномерного вращения, сос-
тоящего из диска 1 с зубьями, установленного на исследуемом валу, и неподвиж-
ного магнита 2, в катушке 3 которого индуктируется ток, регистрируемый осцил-
лографом 4.
782
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
В моменты, когда впадины зубьев располагаются напротив магнита, кривая
регистрируемого тока пересекает нулевую линию. При неравномерном вращении
диска 1 расстояния между этими точками различны и по ним легко определить
время прохождения зубцов относительного магнита, а следовательно, закон из-
менения угла поворота исследуемого вала.
Рис. 10.152
Рис. 10.152. Датчик для измерения угловых скоростей (униполярная маши-
на). Железный ротор 2, смонтированный изолированно от корпуса, вращается
в сильном магнитном поле, создаваемом обмотками 'возбуждения 3. Напряжение,
прямо пропорциональное угловой скорости ротора, снимается щетками 1. Усту-
пая в чувствительности коллекторным генераторам, униполярная машина отли-
чается значительно меньшими габаритами, отсутствием пульсаций тока, не тре-
бует фильтров и т. д.
Рис. 10.153
Рис. 10.153. Схемы датчиков контроля размеров:
а — индуктивный, б — емкостный, в — реле толщины.
Механизмы приборов
783
Рис. 10.154. Схемы датчиков емкостных микрометров:
а — простого датчика. Измерительный шток 2, опирающийся на контролируе-
мое изделие 3, перемещает укрепленную на гибкой пружине 4 пластину 1 кон-
денсатора относительно неподвижной пластины 5;
б — дифференциального датчика, в котором емкость конденсаторов 1—2 и
2—3 изменяется .с разными знаками. Пластины 1 и 3 неподвижны;
в —• многопластинчатого дифференциального датчика.
Измерительный шток 2, поддерживаемый снизу и сверху гибкими пластинами За
несет систему пластин 5, расположенных между двумя системами неподвижных
пластин 4 и 6. При измерениях датчики включаются в резонансный мостик, пи-
таемый от генератора звуковой частоты.
1
Рис. 10.150
Рис. 10.155. Двухконтактное реле массового автоматического контроля
размеров. При изменении размера детали 3 (на 3 мк и более) измерительный
шток 2 смещается и замыкает отрегулированные винтами 1 на заданный раз-
мер контакты А и В, управляющие сигнализацией (см. рис. 10. 161).
784 Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Рис 10.156
Рис. 10.156. Схема прибора для измерения разностенности труб. Держа-
тель 9 с испытуемой трубой 4, размещенный в корпусе 1, может перемещаться
с помощью микрометрического винта 10 и пружин 3. Труба 4 через камеры 5.
и 5 и щели 2 облучается у-лучами. Внутренние электроды 6 и 7 присоединяются
к сетке лампы. Перед измерениями в держатель 9 ставят эталон, шкала винта
10 и стрелка прибора 11 устанавливаются на нуль. При установке разностенной
детали интенсивность лучей, попадающих в камеры 5 и 8, будет различной и
стрелка измерителя отклонится. Если вращать деталь до получения показаний
наибольшей разностенности, а затем сместить держатель винтом 10 до возвра-
щения стрелки прибора 11 на нуль, то шкала винта покажет величину полови-
ны разностенности.
Рис. 10.157
Рис. 10.157. Индуктивный датчик контроля толщины ленты холодного про-
ката. Отклонение в толщине ленты, пропускаемой между роликами /, регистри-
руется дифференциальным датчиком 3, в котором якорь связан с одним из ро-
ликов. Установка размера производится микрометрическим винтом 2. Для лент
толщиной 0,1 -*• 5,5 мм диапазон измеряемых отклонений составляет ±0,1 мм при
скорости ленты до 8 м!сек. .
Механизмы приборов
785
Рис. 10. 158. Прибор для настройки роликоправильной машины и контроля
действительных деформаций штуки (рельса) при правке с учетом прогибов ва-
лов роликов и зазоров в подшипниках. Между двумя линейками 1 (рис. а), с
заклиненным на них упором 11 в направляющих 2 может перемещаться колонка
«3, внутри которой имеется двухплечий рычаг 4, несущий измерительный ролик
5 и зубчатый сектор 6, поворачивающий зубчатое колесо 7 со стрелкой 8. Шка-
ла 9 прибора указывает вертикальное смещение у ролика 5. Винтам 10 устанав-
ливается нуль прибора при опущенном ролике 5, опирающемся на брус 12, при-
жатый к роликам машины снизу. В таком положении колонка 3 зажимается ме-
жду линейками 1 посредством винтов 13. Для удобства и быстроты настройки
машины необходимо предусмотреть для каждой пары верхних роликов отдель-
ные приборы (рис. б), соединенные шипообразными сочленениями.
786
Раздел 10. Механизмы, для математических операций, приборы
|f==t|
Рис. 10.159
Рис. 10.159. Схема прибора для контроля размера изделия бесконтактным
пневматическим способом. Из резервуара 1 в резервуар 2 через калиброванное
отверстие d^ сопло 3 с отверстием d2, зазор z поступает воздух под неизменным
давлением. Так как зазор z зависит от контролируемого размера h изделия 4, то
по давлению в резервуаре 2, контролируемому манометром 5, можно оценить
изменения размера h изделия.
Рис. 10.160. Пробки-калибры для контроля размеров пневматическим спо-
собом:
а —- контроль отверстий большого диаметра осуществляется поршнем /,
Воздух проходит через калиброванные сопла 3 и выходит в отверстия 2;
б — контроль отверстий контактным способом. В корпусе головки 1 запрес-
сована втулка 2 с подпружиненным плунжером 3. Коническая часть плунжера
перекрывает отверстия, через которые выходит воздух. Чувствительность проб-
ки-калибра регулируется изменением конусности плунжера 5;
в — контроль цилиндрических изделий 1 осуществляется в отверстии корпу-
са 2. Воздух поступает по трубопроводу к соплам 3 и выходит через отверстия 4;
г — контроль толщины плоского изделия 1 между двумя головками 2 е
соплами для выхода воздуха;
Механизмы приборов
787
Рис. 10.160
ж)
788
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
д — контроль расстояния L между отверстиями;
е — контроль сферических поверхностей (оптических линз). Установка раз-
мера осуществляется вращением опорного кольца 1 относительно соп-
ла 2;
ж — одновременный контроль наружного и внутреннего диаметров изделия;
з — контроль конического отверстия в пяти точках.
В пробке-калибре 1 перемещается плунжер 2 с отверстием для подвода воздуха
к соплам 4. На рис. 3 — уплотнительные кольца.
Рис. 10.161
Рис. 10.162
Рис. 10. 161. Головка для автоконтроля размера изделия по его предельным
значениям с электронным реле для двухсигнального светофора. Хомутик 5, со-
единенный с измерительным шпинделем 1, воздействует на контактный рычаг 4,
замыкающий один из рабочих контактов 6. Винтами 5 регулируются допускае-
мые отклонения размера (см. рис. 10.155). Световые сигналы подаются неоновы-
ми лампами 9, включенными в анодные цени сдвоенной электронной лампы 8.
При нейтральном положении рычага 4 рабочие контакты разомкнуты, на сетки
лампы 8 через сопротивления 7 подается запирающее лампу отрицательное сме-
щение. Замыкая один из контактов 6, сетка соответствующей половины лампы 8
соединяется с катодом и при положительном полупериоде пройдет ток, зажига-
ющий неоновую лампу.
Рис. 10.162. Принципиальная схема прибора для бесконтактного автомати-
ческого контроля толщины прокатываемого металла методом рентгеновского из-
лучения. Лучи рентгеновской трубки 1 направляются через движущуюся контро-
лируемую по толщине ленту 2, через образцовую пластинку 3 и эталонный клин
4, которые изготовлены из того же металла, что и лента 2. В дальнейшем лучи
падают на флуоресцирующие экраны 5 и 6 и визируются фотоумножителями 7
Механизмы приборов
789>
амплитуда
момента,
и 8. Измерение весьма малых толщин может производиться без образцовой пла-
стинки 3. Фототоки фотоумножителей на выходе имеют форму импульсов рент-
геновского излучения и направлены навстречу друг другу. Результирующий фо-
тоток усиливается усилителем 9 и подается на обмотку 10 двухфазового кон-
денсаторного двигателя 11. Обмотка 12 включена в сеть последовательно с кон-
денсатором. В зависимости от знака амплитуды сигнала меняется
тока в обмотке, двигатель вращается и приводит в движение клин 4 до
пока разность потенциалов на выходе схемы не будет равна нулю.
Рис. 10.163. Индуктивный однокатушечный
датчик для измерения расстояния dj от поверх-
ности детали 1 до поверхности листа 2 обшивки.
При изменении расстояния di между стальным
сердечником 4 датчика и стальным контрольным
стержнем 3, специально заделанным в неметалли-
Рис. 10.163
Рис. 10.164
ческую деталь /, изменяется индуктивное сопротивление катушки 5, регистрируе-
мое микроамперметром 6 (рис. б). Тарировка датчика производится по эталону.
Шкала микроамперметра может быть отградуирована для определения величины
зазора между деталью и обшивкой.
Рис. 10.164. Индуктивный датчик для контроля размеров деталей 1, 2, 3 и
4-го классов точности, а также для контроля размеров деталей при их обработ-
ке на станках.
В процессе измерения перемещение измерительного стержня 5 изменяет со-
ответственно положение якоря 2 между магнитопроводами 1 и 3, при этом из-
меняется индуктивное сопротивление катушек 6, включенных в мостовую схему.
По разбалансу судят об изменении размера. Пружиной 4 создается измеритель-
ное усилие, пружиной 7 обеспечивается свободный ход.
790
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Рис. 10. 165. Индуктивный датчик. Измерительный стержень 3 в процессе
измерения перемещается по вертикали с закрепленными на нем дисками 4, при
этом соответственно меняются индуктивности катушек 2, что ведет к дебалансу
моста схемы. Корпус 1 служит экраном.
Рис. 10.166. Индуктивный датчик для измерения перемещений порядка до
2—3 мм. При перемещении в процессе измерения стержня 3 с закрепленными на
нем катушками 2 относительно кольцевых выступов в отверстии корпуса 1 из-
меняется индуктивное сопротивление катушек, что приводит к изменению тока
в измерительной цепи мостовой схемы, регистрируемого прибором.
Рис. 10. 167. Контактная пневматическая головка для контроля линейных
размеров при широком диапазоне измерений.
Измерительный шток /, поднимаясь вверх, открывает клапан 2. Через обра-
зовавшийся при этом зазор между клапаном и его седлом из пневматической
системы выходит воздух. Расход воздуха зависит от величины зазора, соответ-
ствующего величине отклонения контролируемого размера изделия. Для контро-
ля размеров с малым допуском (8 30 мк) рекомендуют угол а конусной об-
разующей клапана 2 принимать 45° + 75° и для размеров с допуском от 0,1 до
0,7 Мм — а = 5° + 10°.
Механизмы приборов
791
Рис. 10.168
Рис. 10.168. Емкостный датчик для измерения больших давлений. К корпу-
су 3 и мембране 2 датчика привернуты пластины 5 и / конденсатора, изолиро-
ванные от корпуса эбонитовыми пластинами 4 и 6. Нагрузка от испытуемого
объекта, прикладываемая через нагрузочные пяты 8 и 7, вызывает упругую де-
формацию корпуса датчика и изменение воздушного зазора между пластинами
5 и /, в результате чего происходит изменение емкости конденсатора. Включен-
ный в мостиковую схему датчик нарушает равновесие мостика. О величине дав-
ления судят по величине силы тока в измерительной диагонали мостика.
Рис. 10.169
Рис. 10. 169. Тензометр электромагнитный. Деформация участка испытуемой
детали вызывает посредством штанги 1 и рычага 2 перемещение катушки 3 в
поле магнита 4, питаемого батареей 5, при этом в катушке 3 индуктируется ток»
пропорциональный ее скорости. Таким образом осциллограф 6 фиксирует изме-
нение деформации в функции времени.
792
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Рис. 10.170
Рис. 10. 170. Дифференциальный индукционный датчик для измерения боль-
ших усилий. Между сердечниками 4 и 2 расположен якорь 3, ножка 5 которого
упирается в дно корпуса 6 датчика. При измерениях корпус датчика под нагруз-
кой деформируется, перемещая якорь. После снятия нагрузки якорь возвращает-
ся в исходное положение пружиной 1. Датчик включается в мостиковую схему
переменного тока.
Рис. 10.171
Рис. 10.171. Тензодатчик из медно-никелевой фольги толщиной 10 мк, изго-
товленный путем печатания рисунка датчика кислотоупорным составом на фоль-
ге и вытравливания непропечатанных мест. Толщина поперечных полосок при-
мерно в 5 раз больше толщины продольных, что снижает сопротивление неак-
тивной части и чувствительность датчика к поперечной деформации. Большая
поверхность соприкосновения фольги с испытуемой деталью допускает большую
плотность тока и ведет к увеличению чувствительности.
Механизмы приборов
793
Рис. 10.172
4^ мостика. Для потенциометра
Рис. 10.173
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1
Рис. 10. 172. Фольговый тензодатчик, наклеиваемый на круглые мембраны.
Рис. 10.173. Схема расположения проволочных датчиков, на испытуемой
летали (рис. а) и схемы подключения их для измерения различных деформаций.
При измерении деформаций растяжения и сжатия (рис. б) датчик наклей*
ваемый на испытуемую деталь, и датчик-компенсатор Т?2, наклеиваемый рядом
на недеформируемый металл, включаются в соседние плечи мостика. При изме-
рении деформации изгиба (рис. в) датчики и включаются в соседние пле-
чи и наклеиваются на противоположные стороны испытуемой детали (Т?2 и Т?4 —
температурные компенсаторы). Равные продольные деформации при этом ис-
ключаются, а чувствительность мостика удваивается. При измерении касатель-
ных напряжений закручиваемого вала (рис. г) исключение изгибных деформа-
ций достигается наклейкой датчиков Т?5 и 7?6 таким образом, чтобы их оси со-
ставляли с осью испытуемого вала 45°. Датчики включаются в противополож-
ные плечи мостика, при этом изгибные деформации исключаются, а касатель-
ные — суммируются.
794
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Рис 10.174
Рис. 10.174. Схема измерительного болта. В теле болта (рис. а) просверли-
вается отверстие диаметром не менее 6 мм, внутри которого наклеивается дат-
чик Дь Выводные контакты укрепляются на головке болта, а отверстие зали-
вается варом. Тарирование болта производится или на машине для испытания
на растяжение или после установки болта в узел конструкции. Определение си-
лы, действующей на болт, можно производить с помощью двухопорной балочки
Б (рис. б) с двумя датчиками Д1 и Дг.
Рис. 10.175. Схемы применения ненаклеиваемых проволочных датчиков. 1 —
проволока, 2 — изолятор, Р и Мр — деформирующие сила и момент.
Механизмы приборов
795
Рис. 10. 176. Способы получения сигнала в безинерционных фотоэлектриче-
ских датчиках: а — интенсивность луча изменяется за счет изменения действую-
щей поверхности зеркала; б — движущийся объект служит подвижной ширмой;
в — дифференциальная схема с подвижной призмой; г — схема со сдвоенной ре-
шеткой. 1 — пружина, 2 — инерционная масса; 3 — источник света; 4 — экран со
Щелью; 5 — зеркало или призма; р — решетки; Ф — фотоэлементы.
Рис. 10.177. Схемы датчиков с графитовыми столбиками, предназначенные
Для измерений: а, б — силы растяжения или сжатия; в — ускорения, г — крутя-
щего момента, д — давлений, е — малых деформаций. 1 — корпус; 2 — угольные
столбики.
796 Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Рис. 10. 178. Электронно-механический датчик. Механические колебания че-
рез рычаг 3 воздействуют на анод 2 лампы через упругую перегородку 4 (или
сильфон). Изменение расстояния между анодом 2 и неподвижным катодом 1
приводит к изменению анодного тока I во внешней цепи
/ = 2,34 • 10-6 • t»V« —
где v — приложенное напряжение, s— действующая площадь электродов, d—
расстояние между электродами.
Рис. 10.179. Дифференциальная схема электронно-механического датчика со
сдвоенным анодом 2 (обозначения те же, что и на рис. 10. 178). При смеще'
ниях < ОД зазора между двумя электродами нелинейность не превышает 1%
ют максимального отклонения, а чувствительность обеспечивает измерения 0,1 мк
без усиления.
Рис. 10. 180. Электронно-механический датчик ускорений. При ускоренном
движении объекта с укрепленным на нем датчиком аноды 1 и 3, служащие инер-
ционными массами, смещаются относительно катода 2 лампы. Сигнал может
быть записан шлейфовым осциллографом без усиления.
Механизмы приборов
797
Рис. 10.181. Схема приспособления для измерения натяжения троса. Трос
в трех местах опирается на ролики 1, 5, 7. Ролик 7 укреплен в снабженной вин-
том 4 скобе 6, прогибающей трос. Винт 4 прогибает балку 2 с наклеенными дат-
чиками. Балка опирается на раму прибора, несущую ролики 1 и 5. Зная силу Р,
натяжение троса определяют по формуле
Рис. 10. 182. Датчик контроля веса бурового инструмента. Силой тяжести F
'бурового инструмента натягивается канат 1 и изгибается сменная рессора 2,
вследствие чего перемещается якорь индукционного датчика 3. 4 — плоская пру-
жина.
Рис. 10. 183. Динамометр, применяемый в подъемно-транспортной технике,
содержит рычажное устройство (рис. а), позволяющее передать месдозе 4 уси-
лие по направлению 1—2, зависящее от того, в какой точке (Л или Б) смон-
тирован шарнир рычага 3. Тензометрическая месдоза (рис. б) представляет по-
лый цилиндр 3 с наклеенными датчиками 4. Усилие передается через опорный
сегмент /, установленный .в корпусе 2.
Рис. 10.183
798
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Рис. 10.184. Датчик усилия с угольными столбиками. Усилие, воспринимае-
мое корпусом /, передается благодаря прогибу его стенки толщиной б уголь-
ному столбику 3, предварительно затянутому винтом 2.
Рис. 10.185
Механизмы приборов
799
Рис. 10. 185. Месдозы для измерения силы: а — измерительный шатун, б —
в штанге толкателя, в—на подшипнике, г — динамометры растяжения и сжа-
тия, д — измерители давлений жидкости и газа.
Рис. 10.186
Рис. 10.186. Месдоза с жидкостным сопротивлением. В гетинаксовом корпу-
се 6 имеется полость с выступом в виде призмы. Между корпусом 6 и крышкой
2 устанавливаются: стальная мембрана 3, кольцо 8 и резиновая прокладка 9.
Небольшой зазор д между прокладкой и призмой и пространство под призмой
заполняется раствором 7 азотнокислого свинца, а в боковые стенки корпуса за-
деланы электроды 5 из свинца и выводы 4 для подключения в мостиковую схе-
му. Усилие, передаваемое от резца 1 на мембрану 3, деформирует ее, меняет за-
зор, определяющий сопротивление электролита, что и регистрируется осциллогра-
фом.
Рис. 10. 187. Схема индукционного датчика для регистрации усилий, дейст-
вующих на нажимные винты прокатных станов. При действии нагрузки Р в ре-
зультате деформации упругих стенок корпуса положение якоря 2 относительно
сердечника 1 изменяется и регистрируется осциллографом.
Рис. 10. 188. Измерение сил, действующих на колесо автомобиля во время
движения. В отверстия а диаметром 1,5 мм, просверленные в теле цапфы, на-
клеиваются свернутые в трубочки проволочные датчики, изменение сопротивле-
ний которых под нагрузкой регистрируется осциллографом.
800
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Рис. 10.189
Рис. 10.189. Месдоза для измерения давления р жидкости или газа. На кор-
пусе 1 навинчена мембрана-гайка 5, уплотненная резиновым кольцом 2. Газ или
жидкость, действуя на мембрану, воздействует -на датчики Л наклеенные
на верхней стороне мембраны и закрытые крышкой 4. Максимальные напряже-
ния в мембране у ее края:
радиальные
б = н-0,75р
касательные t = 0,222р
То же в центре мембраны:
с = т = ± 0,49р
Рис. 10. 190. Месдоза конструкции П. И. Пузырькова для измерения сил по-
рядка нескольких десятков тонн с «мощными» датчиками. Измеряемое усилие че-
рез прокладки 1 и 2 со сферическим контактом передается на пластину 3 с
Механизмы приборов
801
радиально наклеенными на нее с двух сторон шестью проволочными датчиками
4. Сила тока в измерительной диагонали моста
I
я R 8
может быть увеличена при числе активных плеч моста п = 4 за счет силы I пи-
тающего тока. Для силы 70 т D = 112 мм, d = 92 мм, д = 12 мм, г = 6 мм и
тогда напряжение изгиба в пластине 3 составит 90 к,Г]мм2. Если сопротивление
R датчика принять равным 30 ом, и в каждое плечо включить параллельно три
датчика, то сопротивление плеча моста составит 10 ом и при мощном питании
моста усилитель не потребуется. Применение фольговых датчиков сделает мес-
дозу еще более эффективной.
Рис. 10.191. Схем-a автоматического программного нагружения. Силовое воз-'
действие воспринимается жидкостью в цилиндре 1 и передается испытуемой де-
тали 2 через кольцевой динамометр с двумя парами тензодатчиков D, включен-
ных в два плеча моста. Два других плеча образуют нормальный тензометриче-
ский комплект, основанный на нулевом методе со второй ветвью из сопротивле-
ний 7?м1 и Т?м2. Выход через усилитель 3 подведен к реле 4 и далее к электро-
магниту, якорь которого связан с золотником 5. Если мост не уравновешен, то
выходной сигнал преобразуется с помощью реле в перемещение золотника 5 и
жидкость начнет поступать в цилиндр 1, динамометрическое кольцо сожмется и
датчики D изменят сопротивление. Так будет продолжаться до тех пор, пока
мост не уравновесится, реле ожесточится и поступление жидкости прекратится.
Вместе с переключением золотника 5 переключатель 6 выключит одно из сопро-
тивлений, что вызовет обратный разбаланс моста. Теперь жидкость поступает с
другой стороны поршня, деталь 2 разгрузится, а переключатель 6 изменит поло-
жение на обратное. Последовательным включением нескольких сопротивлений
R' или R" можно получить ступенчатое нагружение по заданной программе.
26 С Н. Кожевников и др.
802
Раздел 10, Механизмы для математических операций, приборы
Рис. 10.192
Рис. 10.192. Розеточные датчики для определения главных напряжений при
неизвестном плоском напряженном состоянии: а — «двухобмоточная розетка»,
применяемая при известных направлениях главных деформаций;
б — «розетка 45°»; в и г — «розетки 60°», треугольник и звезда; д и е — четырех-
обмоточные розетки с одной дополнительной обмоткой.
Для розетки на рис. б
max
min
Для
®шах £
min
SI + SIII 1
2 (1 — И) “ (1 + ц)
розетки по рис. в и
gl + gn + gHl
3(1 —И) ±
]/ (ег — еп)2 + (еп — еш)2
г
-/ 2 г_____________________________________
0/1 I Ч /(£1 £п)2 + (еП“Еш)2 + (£ш — £l)2
° \1 т Н
о
= Е
Для розетки по рис. д
„ Г е1 + eIV 1 / 1 1
[2(1-Ц) ± 1 + ц]/ 4 <sl-eiv) *3 <еШ-еп)2
Механизмы, приборов
803
Здесь Е и ц — модуль упругости и коэффициент Пуассона; 8г — относитель-
ные деформации по осям соответствующих датчиков.
Рис. 10.193
Рис. 10.193. Схема включения датчиков для измерения крутящего момента.
Четыре датчика D, составляющие измерительный мостик, наклеены на измери-
тельный вал, нагруженный крутящим моментом, под 45° к оси попарно на диа-
метрально противоположных сторонах. Для уменьшения влияния переходного
сопротивления скользящего контакта целесообразно предусмотреть пять токо-
съемных колец для подключения к усилителю балансировочных сопротивле-
ний.
Рис. 10.194
Рис. 10.194. Торсионный динамометр с конденсатором, применяемый при
динамических испытаниях машин. Прибор состоит из двух разъемных хомутов
1 и 2, половинки которых попарно соединены стержнями 3. В кронштейнах 4 хо-
мутов на изолирующих втулках, запрессованных в консоли 6, заделаны дуралю-
миновые пластинки 5. В собранном виде прибор представляет собой две пары
пластинок, связанных при помощи хомутов с двумя сечениями вала. Пластинки
играют роль конденсатора с изменяющейся емкостью при скручивании вала. На-
пряжение к пластинкам подводится от генератора через контактные кольца.
Прибор включает в себя мостиковую схему для измерения емкости и па-
раллельно включаемый конденсатор для настройки на нуль. К выходным клем-
26*
804
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
мам измерительной схемы подключен или миллиамперметр или шлейф осцилло-
графа для записи закона изменения емкости, определяющего закон изменения
момента сил упругости вала.
Рис. 10.195
Рис. 10.196
Рис. 10.195. Схема датчика для регистрации крутящего момента. При пе-
редаче момента Мк вследствие относительного смещения обода и ступицы спе-
циального шкива изменяется зазор б индуктивных датчиков.
К клеммам 1 подключается источник переменного тока, к клеммам 2 — ре-
гистрирующий прибор.
Рис. 10.196. Схема датчика для измерения крутильных колебаний. Сильный
магнит 1 связан с ферромагнитным корпусом 2 пружиной (на рис. не показана).
Катушка 3 механически -связана с корпусом приемника. Если корпус 2 вместе с
катушкой 3 находится в состоянии крутильных колебаний, то магнит 1 вслед-
ствие большой инерционности остается неподвижным, возбуждая в катушке
э. д. с., пропорциональную производной от угла поворота.
Рис. 10.197
в)
Рис. 10.197. Схема электромагнитного прибора для исследования крутиль-
ных колебаний. Две пары катушек 1, 2 \ъ 6, 7 (рис. а} установлены на неподвиж-
ных постоянных магнитах 5. При прохождении стальных стержней 11 (рис. б),
укрепленных на дисках 8 и 10, вращающихся вместе с валом 9, между торцами
сердечников 1, 2 \\ 6,7 (рис. а) сопротивление магнитному потоку падает, а при
прохождении промежутков между стержнями И растет, вследствие чего в ка-
тушках индуктируется периодически изменяющаяся э. д.' с. Подключая каждую
пару катушек на отдельные и однотипные шлейфы осциллографа 3 и устанавли-
вая гайкой 4 одинаковые э. д. с. в обеих парах катушек за счет установки опре-
деленных зазоров между полюсами, что допускается упругостью магнитов 5,
Механизмы приборов
805
получим при отсутствии крутильных колебаний вала сливающиеся кривые э. д. с.
и сдвинутые при наличии колебаний. Величина сдвига между кривыми э. д. с.
будет пропорциональна углу закрутки.
Рис. 10.198
Рис. 10.198. Токосъемное устройство с охватывающей проволокой. Для из-
мерения крутящего момента на вращающемся валу 1 устанавливается изолиро*
ванное от вала токосъемное латунное кольцо 3, охватываемое медной отожжен-
ной проволочкой 2, которая натягивается пружиной 4. Применение целесообраз-
но при окружной скорости кольца, не превышающей 1 м}сек.
Рис. 10.199
Рис. 10.199. Токосъемное устройство с серебряными дисками. На -эбонитовой
втулке /, посаженной на испытуемый вал 2, нагруженный крутящим моментом,
монтируются изолированные друг от друга полированные серебряные диски 3.
Контакт осуществляется парой пружинящих пластин 4 с серебряными напайка-
ми. Применение целесообразно при окружной скорости точки контакта, дости-
гающей 3 м)сек.
806
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Рис. 10.200
Рис. 10.200. Ртутное токосъемное устройство. В неподвижной части 1
устройства, изготовленного из изоляционного материала, предусмотрены запол-
ненные ртутью кольцевые выточки, на дне которых уложены контактные пла-
стины 4. Подвижная часть 2, вращающаяся вокруг вертикальной о-си и соединяе-
мая с испытуемым валом гибкой связью, несет металлические стержни 5, обес-
печивающие через ртуть контакт между (подвижной и неподвижной частями.
Недостатком устройства является непостоянство передаваемого через упругую
связь момента и разбрызгивание ртути при большой угловой скорости вала.
Рис. 10.201
Рис. 10. 201. Токосъемное устройство с ртутным контактом. Медные амаль-
гамированные кольца 4 с припаянными к ним проводниками 5 от датчиков вра-
щаются вместе с испытуемым валом, находясь в постоянном контакте с по-
лостью 6, заполненной ртутью и ограниченной с боков кольцами 3 из нержавею-
щей стали. Ртуть снаружи запирается неподвижным медным кольцом 2 с выво-
дами, снабженным отверстием для заполнения ртутью, закрытым пробкой 1.
Съемник крепится к вращающейся детали фланцем, несущим зажимы для пи-
тания датчиков.
Механизмы приборов
807
Рис. 10. 202. Электросхемы токосъемных устройств. На рис. а показана схе-
ма, в которой все четыре токосъемных кольца включены в мост и переходные
сопротивления контактов практически не влияют на результат измерения. На
рис. б дана схема токосъема с увеличенным числом скользящих контактов. Со-
противления 7?б 7^9 должны быть равны сопротивлениям R4. тензодатчиков.
Схе-ма пригодна для токосъема при v < 40 м!сек.
Рис. 10.203
Рис. 10. 203. Токосъемное устройство с электроподогревом медно-графито-
вой щетки 2, скользящей по медному кольцу 1. Рекомендуется щетку ставить на-
клонно (—20°) навстречу движению и подогревать с помощью остеклованного
сопротивления 3 (/ ~ 100°), установленного на медном прутке, скрепленном со
щеткой.
808
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Рис. 10.204. Датчик для измерения крутящего момента без контактного
устройства системы ЛПИ. Испытуемый вал соединяется с валом /, на котором
насажены'три медных кольца 2—8—11, несущие кольца ротора 3—7—10, снаб-
женные зубьями (на рис. снизу). Опоры 15 вала крепятся в боковых крышках
14 корпуса 5. Магнитный поток катушек 6, надетых на щеки 12—4—9 статора,
замыкается через стаканы 13. При скручивании вала измеряемым моментом за-
зоры между зубьями с одной стороны кольца 7 уменьшаются, с другой — увели-
чиваются, изменяя с различными знаками длину воздушных зазоров, образован-
ных зубьями, а следовательно, и индуктивность обеих катушек. П-ри угле за-
кручивания, равном 1/2°, индуктивность каждой катушки может составлять до
30% начальной. Датчик включается в мостиковую схему, индикатор — в изме-
рительную диагональ мостика.
Механизмы приборов
809
Рис. 10. 205. Схема бесконтактного метода снятия показаний датчиков с
вала турбины. В вал турбины встраивается компактный передатчик 2 на полу-
проводниках, передающий промодулированный колебаниями лопатки сигнал
тензодатчика 1 (частота 18 мгц) на кольцевую антенну 9, вращающуюся вместе
с валом турбины. В корпусе турбины на изоляторах смонтирована приемная ан-
тенна 5, соединенная посредством кабеля с приемником 4, который настраивает-
ся на частоту передатчика. Усиленный сигнал подается на осциллограф 5, лам-
повый вольтметр 7 и шлейфовый осциллограф 6. Переключателем 3 (показан ус-
ловно) дистанционного управления, вмонтированным вместе с передатчиком в
вал турбины, поочередно подключается требуемый номер тензодатчика.
Рис. 10.206. Схема датчика для измерения ускорений. Латунная консольная
балка 2 с наклеенными датчиками несет на своем свободном конце инерционную
массу 1 (эскиз слева). При неравномерном перемещении основания 3 масса /
изогнет консольную балку пропорционально ускорению основания 3. Датчик
инерционный и возможность использования его для замера линейных ускорений
зависит главным образом от отношения частоты колебаний измеряемого уско-
рения к собственной частоте колебаний датчика. Если это отношение 10, ис-
кажения практически отсутствуют. На рис. справа показана схема включения
датчика.
810
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Рис. 10.207
Рис. 10.208
Рис. 10.207. Емкостный датчик ускорения. .Сейсмическая масса 1 прикрепле-
на к мембране 2, к которой через одну изолирующую прокладку 6 прикреплена
нижняя обкладка 5 конденсатора. Между обкладками размещена слюдяная пла-
стина 4. Верхняя прокладка 6 с другой обкладкой 5 и мембрана 2 прикреплены
к корпусу 3. Вследствие малых величин зазоров емкость пластин при измере-
ниях меняется мало и поэтому требуется стабилизация температурного режима
датчика, так как тепловые деформации деталей вызывают изменения емкости то-
го же порядка, что и измеряемые.
Рис. 10. 208. Датчик ускорений с сейсмической массой 1 и упругим крестооб-
разным «шарниром», состоящим из двух плоских стальных пружин 3 с наклёен-
ными на них с двух сторон четырьмя тензодатчиками 2. Демпфирование осу-
ществляется постоянным магнитом. Возможный диапазон измеряемых ускоре-
ний — до fl'Sg".
Рис. 10.209
Рис. 10. 209. Пьезоэлектрический датчик ускорений, работающий при дефор-
мациях сдвига. К внутренней поверхности укрепленного в корпусе 2 кольца 1
из керамики титаната бария приклеена инертная масса 3, сила инерции которой
при измерениях нагружает кольцо на срез. Заряд снимается с цилиндрических
поверхностей, где он возникает из-за пьезоэффекта в керамике при деформации
сдвига. Датчик не чувствителен к поперечным составляющим колебания.
Механизмы приборов
811
Рис. 10,210
Рис. 10.210. Пьезоэлектрический датчик ускорений. Шарик 2, свободно ле-
жащий в стальной чашке 5, опирающейся на инертную массу 6 и пластины 1
из титаната бария, при измерении небольших ускорений (~ 1g) подпрыгивает и
создает шум. По уровню шума, обращенного в электрический сигнал, осцилло-
графируется пиковое значение ускорения. Если шарик 2 закрепить винтом 3 че-
рез прокладку 4, то получим обычный датчик для измерения ускорений
больше 1g.
Рис. 10.211
Рис. 10. 211. Схемы датчиков для измерений линейных ускорений, снабжен-
ных плоской пружиной из бронзы с наклеенными датчиками и небольшим
стальным шариком или грузом другой формы. Выбор датчика определяется ча-
стотой высшей гармоники кривой измеряемого процесса. Собственная частота
датчика может быть доведена до 250 гц и поэтому можно регистрировать уско-
рения с частотой высшей гармоники не более 75 гц.
812
Раздел 10. Механизмы, для математических операций, приборы
Рис. 10. 212. Схемы датчиков для ориентировочного измерения предельных
ускорений с помощью измерения максимальной силы инерции постоянной массы:
а — по обрыву нити; б — по обрыву эбонитового стержня; в — по вмятию
шарика в поверхность из красной меди; г — по смятию вершины воскового ко-
нуса; д — по отпечаткам алмазного конуса; е—* по характеру размыкания кон-
такта; ж —по осадке пружины.
Величина предельного ускорения
Р
а = g м/сек2,
где Q — вес инертной массы, Р—сила воздействия.
Механизмы приборов
813
Рис. 10.213. Схемы датчиков для измерения ударных ускорений: а и б —
высокочастотные датчики, в которых упругая чувствительная часть растянута
(рис. а, собственная частота /Соб = 17 кгц} или сжата (рис. б); в — цельный
стальной или бронзовый овал с прикрепленным к нему грузом в средней части.
На боковой внешней или внутренней -поверхности наклеены тензодатчики (|Соб
до 5 кгц)\ г — стальной или бронзовый датчик бочко-об-разной формы с несколь-
кими пропилами на боковой поверхности и грузом в верхней части. Датчик из
бронзы 0 45 X 40 и грузом 150 г имеет /соб = 10 кгц\ д — датчик с чувствитель-
ным элементом из пьезокерамики (титанат бария). Между двумя керамическими
дисками А 0 10X4 расположена латунная фольга с изолированным выводом.
Сила нажатия пружины должна превышать силу инерции при ударе (/Соб =
= 20 кгц и чувствительность до 20 Melg). Недостаток — добавочные колебания,
вносимые корпусом и пружиной; е — датчик с керамическим элементом 0 25 X 2,5
с грузом, прижатым изолированным винтом.
Рис. 10.214
Рис. 10.214. Схема установки для измерения параметров удара — ударного
ускорения и времени соударения. Стержень 1 с акселерометром поднимается ку-
лачком и свободно падает на балку 2 с фиксированной жесткостью. Запись про-
изводится с помощью катодного осциллографа с механической разверткой.
Рис. 10. 215. Схема регистрации удара груза о балку. При ударе падающего
груза 1 о балку 4 с наклеенным на нее тензодатчиком 3 замыкается контакт 6
и катодный осциллограф 7 зафиксирует деформацию балки одновременно с за-
814
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
мыканием контакта. При регистрации усилия при ударе применяется связанный
с грузом 1 датчик 8. На рисунке: 2 — осветитель; 5 — фотоэлемент, А и В — ка-
налы осциллографа; С — к синхронизатору.
Рис. 10.216
Рис. 10. 216. Датчик угловых ускорений. С концом вала соединяется упруго
диск 1 с изгибающимися под действием !ускорения пружинами 2. Наклеенные на
пружины тензодатчики 3 включены в мостиковую схему.
Рис. 10.217
Рис. 10.217. Датчик для измерения угловых ускорений. Небольшой диск 2,
свободно вращающийся в центре датчика на агатовых подшипниках, связан с
двумя стержнями 1 и 3, которые свободными концами шарнирно соединяются с
корпусом датчика. При неравномерном вращении датчика стержни изгибаются,
причем стрелка изгиба пропорциональна dmldt. Для устранения влияния соб-
ственного веса на показания прибора при переходе датчика из вертикального
положения в горизонтальное нужно расположить датчики на балках так, чтобы
при одинаковом изгибе стержней сопротивления датчиков изменялись на одну и
ту же величину, но с разными знаками. На рис. дано два варианта схемы на-
стройки измерительного моста.
Механизмы приборов
815
Рис. 10.218
Рис. 10.218. (Принципиальная .схема фотоэлектрического датчика угловых
ускорений. При закручивании нала S, вызванного угловым ускорением, связан-
ный с валом пружиной 7 маховик 1 с диском 2 сместятся относительно диска 3,
снабженного прорезами 4, отчего изменится средняя освещенность «фотоэлемен-
та 5 лампой 6. Освещенность будет пропорциональна измеряемому угловому
ускорению.
Рис. 10. 219. Виброакселерометр с пьезоэлементом. Кольцевой пьезоэлемент 5
с приклеенным к нему инерционным элементом 3 вмонтирован и приклеен в рас-
точке корпуса 1 прибора, который укрепляется на колеблющемся объекте. Ра-
бота прибора основана на пьезоэффекте от действия на пьезоэлемент возникаю-
щих при колебаниях объекта сил.
На рис. 4 и 6 — выводы, 2 — склеиваемые места.
Рис. 10.220. Максимальный электроконтактный акселерометр с разрывным
контактом. Пружинный контакт 2 замыкает цепь до тех пор, пока сила инерции
не превысит силы нажатия на контакт 1. При разрыве цепи шлейф 3 осцилло-
графа находится под напряжением все время, пока ускорение (см. стрелку) не
станет меньше установленного значения.
Рис. 10.221. Пьезоаиселерометры для измерения вибраций сооружений.
Пьезоэлемент (рис. а) представляет собой стопу пластинок 3 сегнетовой соли,
816 Раздел 10, Механизмы для математических операций, приборы
опирающуюся на инерционный элемент 4, укрепленный на мембране 5, и поджи-
маемую пробкой 1. Прибор с пьезоэлементом показан на рис. б. Здесь инер-
ционный элемент 2, связанный мембранами 1 с корпусом 5, сочленяется с пьезо-
элементом 4 через шарик, что снижает влияние боковых вибраций.
Рис. 10.223
Рис. 10.222
Рис. 10.224
Рис. 10.222. Схема низкочастотного датчика-акселерографа. В корпусе 1 с
демпфирующей жидкостью защемлена плоская пружина 2 с грузами 3 по кон-
цам. На пружину возле защемления наклеены тензодатчики 4, (включенные в из-
мерительный мост. Зависимость показаний прибора от ускорения будет линейной
только, если оно направлено, как указано стрелками.
Рис. 10. 223. Высокочастотный датчик-акселерограф. В корпусе 1 на двух
пружинах 2 укреплена масса 3. Между корпусом и массой на изолированных
штифтах натянуты четыре связки тензометрической проволоки. Собственная ча-
стота прибора может достигать 500 гц при диапазоне измеряемых ускорений
до ± 40g-.
Рис. 10.225
Рис. 10. 224. Схема часового отметчика времени со световой отметкой. Свет
от лампы 1, помещенной в корпусе 2 со щелью, попадает на баланс 3 часового
механизма со вставленным в него диском 4 из тонкой фольги, также снабжен-
ной щелью, которая при колебаниях диска 4 совмещается со щелью корпуса 2
и периодически пропускает свет на движущуюся фотопленку.
Рис. 10.225. Схема камертонного отметчика времени с,ртутным контактом.
От электромагнита 2 колеблются перья камертона 1, отчего игла 3, укреплен-
ная на нижнем пере, периодически касается ртути 4, замыкает и размыкает цепь
электромагнита, что регистрируется осциллографом в виде отметок времени.
а —♦ клеммы источника питания 4—6 в\
• б —* контакты к шлейфу.
Механизмы приборов
817
Рис. 10.226
Рис. 10. 226. Схема камертонного щелевого отметчика времени. С помощью
электромагнита 2 с контактным прерывателем 4 колеблются перья камертона.
Шторки 3 со щелями перекрываются, открывая .путь лучу света, попадающему
на пленку; а — клеммы источника питания 4—6 в.
Рис. 10.227
Рис. 10.228
Рис. 10. 227. Схема вибрационного щелевого отметчика времени. Пластина 2
•из элинвара, один конец которой закреплен в державке 5, несет контакт 1 пре-
рывателя, -якорь с регулировочным грузом 7 и шторку 6 со щелью, перекрываю-
щею пучок света от лампы 5. Постоянный ток (клеммы «а» и «в» питает элек-
тромагнит 4, притягивающий якорь4 скрепленный с пластиной 2, отчего контакт
1 размыкается и обмотка обесточивается. Теперь пластинка вследствие упруго-
сти отклоняется (вместе со щелью) обратно, контакт 1 замыкается и цикл по-
вторяется. Клемма «б» служит для запуска отметчика.
Рис. 10. 228. Индукционный виброщуп завода «Электросила». Сменный шток
7, опирающийся на вибрирующий объект, смещает удерживаемую пружинами 2
ось 1 с демпфером 6 и одновременно каркас с катушкой 3 относительно магнита
5, расположенного в магнитопроводе 4. Индуктивность катушки изменяется про-
порционально измеряемой вибрации.
818
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Рис. 10.229. Схема стационарного виброщупа. Штифт 5, прикрепленный к
основанию 1 прибора, прижимается пружиной 2 к исследуемому объекту 4 и
регистрирует посредством связанного со штифтом пером кривую вибраций
объекта на движущейся ленте 3. Сила нажатия пружины должна превышать
силу инерции массы штифта, испытывающей ускорение объекта.
Рис. 10.230. Ручной контактный виброграф. Испытуемый вал 1 опирается
на полосу 3 с тензодатчиком 4, защемленную в опоре 2 и свободно лежащую
в опоре 5. Накладки 6 ограничивают перегрузку полосы при чрезмерном прижа-
тии вибрографа к валу.
Рис. 10.231. Измерение вибраций акустическим методом. Вибрирующая
деталь 1, воздействуя на звукопровод 2, изменяет звуковое давление, измеряемое
конденсатооньдм микрофоном 3.
Механизмы приборов
819
Рис. 10.232
Рис. 10.232. Электроакустический щуп, (при-
меняемый для нахождения узловых сечений ло-
пасти турбины, находящейся в водяной среде.
К телефонной трубке 1 с мембраной 2 посредст-
вом резиновой втулки 3 прикреплена стеклянная
трубка 4, обтянутая снизу резинкой 5. Если ниж-
ним торцам щупа водить по лопасти, сохраняя
между ними малое и постоянное расстояние, а
проводники 6 телефонной трубки подключить к
катодному осциллографу, то по изменяющейся
Рис. 10.233
интенсивности колебаний столба воздуха в стеклянной трубке, вызванных вибра-
цией лопасти, можно судить о расположении узла и пучности колебаний.
Рис. 10.233. Жидкостный виброскоп. Заполненный ртутью корпус 2, несу-
щий осветитель 3 и окуляр 4 устанавливаются на вибрирующий объект 1. На-
блюдая через окуляр волнистость ртути, можно определить вибрацию при ам-
плитуде, начиная с порядка 0,5 мк.
Рис. 10.234. Схема ручного вибрографа. Нажатием штифта 1 на исследуемый
объект приводиться в движение перо 2, которое прочерчивает на бумаге кривую.
Одновременно другое перо (на рис. не показано), связанное с электромагнитом,
питаемым от батареи, делает каждую секунду отметку времени.
820
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Рис. 10.235
Рис. 10.236
Рис. 10.235. Индуктивный виброметр. Устанавливаемое на вибрирующий
объект основание 5 прибора со стойками 4 несет подвешенный на пружинах 3
постоянный магнит 2, перемещающийся относительно пластмассового каркаса 1
с обмоткой. Достоинство прибора — низкая собственная частота (ниже 1 гц}г
недостаток — большие габариты.
Рис. 10.236. Принципиальная схема фотоэлектронного вибрографа. От ис-
точника света 1 выходят два луча и, отражаясь под прямыми углами от зеркал 2,
проходят между образующими исследуемого вала 3 и краями передвижной
шторки 4 и далее попадают на поверхность фотоэлементов. При наличии ко-
лебаний вала изменяется величина светового потока между образующими вала
и краями шторок, что вызывает изменение фототоков, усиливаемых усилителя-
ми 5 и регистрируемых осциллографом 6.
Рис. 10.237. Резонансный виброскоп Н. В. Колесника для измерения ампли-
туды, частоты и фазы вибраций. Собственные колебания индикатора 5, имеюще-
го форму массы, закрепленной на защемленной одним концом плоской пружине,,
настраиваются в резонанс с колебаниями объекта (на который устанавливается
и крепится прибор) вращением маховичка 4, вызывающего смещение гайки 7
Механизмы приборов
821
относительно шкалы частот 6. Веерообразная тень от колеблющегося вибратора
на шкале 3 амплитуд позволяет найти размах колебания.
Для измерения фазы резонансное колебание индикатора 5 ограничивают
поворотом маховичка 1 с контактом рычага 2. В момент контакта включается в
сеть постоянного тока неоновая лампа и, если на торце исследуемого вала на-
нести риску и осветить ее неоновой лампой, то вследствие стробоскопического
эффекта, вал будет казаться неподвижным. Стробоскопическое положение
ориентира отмечается чертой на неподвижной части машины. Если аналогичные
измерения вибраций произвести для другой части машины, то новое положение
ориентира определит фазовый сдвиг измеряемых колебаний. Прибор применяет-
ся при балансировке.
Рис. 10.238
Рис. 10.238. Индукционные вибрографы. Катушка 3 вместе с медным демп-
фером-цилиндром 6 на соединительном стержне 5, подвешенном на пружинах /,
перемещается относительно постоянного магнита 4, скрепленного с корпусом 2
прибора (рис. а). На рис. б показана конструкция вибрографа, в которой в ка-
честве инерционной массы применен постоянный магнит 1 с полюсными наконеч-
никами 2, прикрепленными восемью пружинами 6 к каркасу 8 прибора, осна-
щенному катушками 7. Демпфером служит жидкость, заполняющая каркас,
закрываемый крышкой 5 со штуцером 4 для вывода концов катушек и крыш-
кой 10. Прибор закрывается навинчиваемой на стальной корпус-экран 9 крыш-
кой 3. Если прибор используется как стационарный, в корпус ввинчивается
фланец 12, если используется как ручной — ввинчивается наконечник 11.
822
Раздел 10. Механизмы для математических операций, приборы
Рис. 10.239
Рис. 10.240
Рис. 10.239. Индукционный виброметр с направляющей осью. Магнит 1 с
полюсными наконечниками, сжатыми пружинами 2, перемещается вдоль оси 3
относительно каркаса 4 с двумя встречными обмотками. Кожух 5 крепится хо-
тиутиком к вибрирующему объекту.
Рис. 10.240. Индукционный микровиброметр. Инерционный элемент 4, подве-
шенный на четырех плоских пружинах 6, колеблется вместе с корпусом /,
устанавливаемым на испытуемый объект. Размах колебаний элемента 4 контро-
лируется с помощью микроскопа с окуляром 7, в поле -зрения которого измеряет-
ся ширина размытой щели, предусмотренной в экране, связанном с массой 4 и
освещаемой лампой 2. Демпфирование осуществляется нажатием винта 8 на
пружину 5. При транспортировании прибора масса 4 арретируется винтом 9.
Для регистрации вертикального компонента освобождается винт 3, удерживаю-
щий подпятниковую пружину и прибор поворачивается на 90°.
Рис. 10.241. Схема регистрации колебаний шпинделя токарного станка. Изо-
лированный от станины прокладками 1 резец 2 соединен со шлейфом. По цепи:
деталь 5, шпиндель 4, контакты 5 идет вторая ветвь цепи термотока, так как
инструмент — деталь образуют термопару. О вибрациях судят по изменениям
термоэдс.
Раздел 11
МЕХАНИЗМЫ И МАШИНЫ ВИБРАЦИОННОГО ДЕЙСТВИЯ
При проектировании и эксплуатации современных быстроходных машин
возникает необходимость не только предвидеть возникновение опасных колеба-
ний и принимать меры для их устранения, но и использовать в ряде случаев
колебания для решения технологических задач с помощью машин вибрационного
действия.
Область применения вибрационных машин и механизмов непрерывно растет
* и в настоящее время широко охватывает строительную индустрию, транспортную
технику, горную промышленность и другие отрасли техники.
В строительном деле давно уже эффективно используются вибрационные
молоты, уплотнители и трамбовки и множество других машин вибрационного
действия. В торной и /горнорудной промышленности нашли применение горно-
добывающие, проходческие, обогатительные и погрузочные вибромашины: вибро-
комбайны, виброструги, виброклины, вибробуры и отбойные молотки, вибро-
фильтры, сушилки, охладители, смесители, дробилки и мельницы. Широко при-
меняются в технике вибрационные транспортирующие машины непрерывного
транспорта: виброконвейеры, виброгрохоты, фильтры, сушилки; виброгрейферы и
вспомогательные устройства: вибропитатели, дозаторы, побудители, уплотните-
ли, смесители, очистители и т. д. Изучаются и внедряются в промышленность
вибропрессование, виброволочение, виброразрезание.
При решении задач комплексной автоматизации процесса производства из-
делий из отдельных заготовок на автоматических линиях, на прессах, станках,,
при сборке и термообработке одним из весьма сложных вопросов — автомати-
зация загрузки и транспортирование заготовок — удачно разрешается путем
применения вибрационных питателей, накопителей-подъемников, вибрационных
лотков, допускающих регулирование режимов работы оборудования в широких
пределах.
Высокая эффективность вибрационных машин объясняется тем, что их тех-
нологическое воздействие на обрабатываемую среду носит характер высокочас-
тотных импульсов, отличающихся при малых перемещениях значительными ско-
ростями и ускорениями. Под влиянием колебаний рабочего органа с малой
амплитудой и большой частотой во многих случаях обрабатываемая среда при-
обретает особые свойства — она становится более подвижной, уменьшается эф-
фективный коэффициент внутреннего трения среды, отчего уменьшается сила
сопротивления перемещению и интенсивность износа рабочего органа.
Теория вибрационных машин включает две тесно примыкающие области:
изучение специфики среды, находящейся под воздействием вибраций и иссле-
дование динамики собственно машины вибрационного действия.
Сравнительно простые по конструкции вибрационные машины представляют
собой динамическую систему, в которой форма траектории, закон изменения
скорости и ускорения рабочего органа зависят не от геометрических размеров
звеньев, а от динамических параметров машины: величин масс и жесткостей
- упругих элементов, характера возмущения, создаваемого приводом, факторов
демпфирования и т. д.
824
Раздел 11. Механизмы и машины вибрационного действия
Проектирование или динамический анализ вибрационной машины требует
составления и решения линейных, а зачастую нелинейных дифференциальных
уравнений и представляет часто значительные трудности, разрешаемые в настоя-
щее время, в большой мере применением электронно-моделирующих установок.
Существенно важным конструктивным элементом вибрационных машин
служат вибраторы.
Различают:
а) механические инерционные вибраторы, создающие вращающуюся или
направленную возмущающую силу за счет вращения неуравновешенных масс
(дебалансов); одно- и многомассовые, простые и самоцентрирующиеся, с по-
стоянной и регулируемой величиной возмущающей силы и частоты колебаний;
б) пневматические и гидравлические вибраторы, нерегулируемые и регули-
руемые;
в) электромагнитные вибраторы — однотактные и двухтактные, резонансные
и ударного действия, питающиеся переменным током, пульсирующим выпрям-
ленным током, прерывистым постоянным током, переменным и постоянным током
одновременно;
г) эксцентриковый привод—неуравновешенный, уравновешенный, с пусковым
маховиком и увеличивающимся при пуске эксцентриситетом, с регулируемой и
нерегулируемой амплитудой колебаний.
Для низкочастотных вибрационных машин целесообразно применение регу-
лируемого эксцентрикового привода, создающего большие возмущающие силы
при малой скорости вращения. При повышенных частотах колебаний эксцентри-
ковый привод используется только в уравновешенных машинах, работающих
в резонансном режиме.
Применение инерционных вибраторов в низкочастотных машинах требует
увеличения неуравновешенных масс, а для высокочастотных машин приводит к
перегрузке подшипников. В крупных мощных вибрационных машинах, эксплуа-
тируемых на средних частотах, инерционные вибраторы незаменимы, так как
позволяют при малых габаритах и весе создать значительные возмущения. Вслед-
ствие значительного времени пуска и выбега применение инерционных вибрато-
ров в питателях и точных дозаторах ограничено.
Наиболее совершенным является электромагнитный привод. Он применяется
для высокочастотных вибромашин (питателей, дозаторов, грохотов). Этот тип
привода обеспечивает непосредственное воспроизведение возвратно-поступатель-
ного движения, лишен трущихся пар и подшипников, допускает синхронизацию
нескольких приводов на одной машине и регулирование режима работы.
Пневматические вибраторы также целесообразно применять для высокочас-
тотных машин, и особенно во взрывоопасных условиях (шахтных виброконвей-
ерах), хотя синхронизация работы вибраторов в многоприводных установках
затруднительна.
Не менее важное значение для нормальной работы вибрационной машины
имеют упругие элементы и опорно-поддерживающие устройства, влияющие на
сроки службы, эксплуатационную надежность и энергоемкость м:ашины. Упру-
гие элементы подразделяются на основные и амортизирующие. Различают ме-
таллические упругие элементы, выполненные в виде винтовых пружин, плоских
рессор и упругих стержней; резино-металлические, выполняемые в виде прокла-
док, цилиндров, шаров, пакетов и работающие в зависимости от конструкции на
растяжение — сжатие и на сдвиг; пневматические упругие элементы, состоя-
щие из резиново-кордовой оболочки, в которую накачивается сжатый воздух.
Находят широкое применение комбинированные упругие элементы.
Конструкции опорно-поддерживающих устройств содержат винтовые пружи-
ны, устанавливаемые либо вертикально (грохоты с круговой вибрацией), либо
в направлении транспортирования (виброконвейеры). Применяются также рес-
сорные упругие элементы направленного действия и рессоры, изогнутые в форме
овала (инерционные виброгрохоты), весьма удобны упругие элементы в виде
торсионных стержней, а также резино-металлические элементы.
Механизмы и машины вибрационного действия
825
Покажем упрощенную методику расчета -вибрационной машины на примере
вибромолота, используемого для вибропогружения в грунт свай, шпунта, труб
и т. д. с заданной скоростью и на заданную глубину. Следуя Д. Д. Баркану,
ограничимся при погружении вибрированием рассмотрением только колебаний в
направлении погружения и положим грунт, как среду, обладающую упругими
свойствами твердого тела с линейной реакцией в первом приближении при на-
личии сил трения между грунтом и боковыми поверхностями абсолютно твердо-
го, погружаемого элемента.
Инерционные свойства грунта учтем опытными коэффициентами.
Если вибратор жестко скреплен с погружаемым элементом, то при приня-
тых допущениях уравнение вынужденных колебаний погружаемого элемента
будет иметь вид
х + 2hx + (32х = Н sin со/,
где ₽ — рХ — собственная частота продольных колебаний объекта:
£
h = — — декремент затухания;
пг
т т ^0 п
п = — есо2—амплитуда возмущающей силы вибратора, отнесенная к еди-
нице массы;
е, со, (70—эксцентриситет, угловая скорость и вес эксцентриков;
с— жесткость грунта;
G
пг = — масса вибратора с погружаемым элементом;
G— вес вибратора с погружаемым элементом с поправкой на
инерционные свойства грунта;
х—колебательные перемещения центра тяжести системы.
Решение уравнения, приведенного выше, для чисто вынужденных колебаний
X2 Н
х = V (1_XT + 4A^^Sin И + ?)’
co h 2\Ъ н Goe g ” 1
гдеХ = —-;д = —и tg ср = — -------— так как — = — со2 — — = — Le =
р р 1 — Л2 св2 g G ьсо2* G
= Лпред, то амплитуда А колебаний будет равна
л Н Х2 _ Л А
А / ( 1 _ Х2)2 + 4Х2б2 “ •
Если со > (3, т. е. частота вибратора значительно больше собственной частоты
вертикальных колебаний погружаемого элемента, то 1 и Л — Лпред, а фа-
зовый угол ср —л и, когда сила направлена вверх, элемент движется вниз
и наоборот.
Если со < (3, то X < 1
Н
₽2
Л ст, т. е. амплитуда колебаний прибли-
жается к смещению, вызванному вибратором так, как если бы возмущающая
сила действовала статически.
Частота вибратора, при которой амплитуда вынужденных колебаний до-
стигает максимума, называется резонансной и определяется по уравнению
826
Раздел 11. Механизмы и машины вибрационного действия
Так как б ¥= 0 и изменяется в пределах О < 6 < 0,5, то
3 ^рез < 1 > 41 р,
а амплитудный коэффициент
28/ 1 —б2 *
В резонансном режиме при 6 = 0,5 амплитуда погружаемого элемента будет
всего в 1,6 раза больше АПред и нельзя ожидать значительного увеличения ам-
плитуды колебаний.
На первый взгляд кажется, что с глубиной погружения элемента увеличи-
вается коэффициент с упругой жесткости грунта, а с ним и собственная час-
тота (3 элемента, однако опыт это не подтверждает и с глубиной погружения
частота практически постоянна. По-видимому, жесткость с и приведенная ко-
леблющаяся масса с погружением растут примерно по одному закону.
Дальнейшее уточнение расчета требует учета влияния упругости погружаемо-
го элемента, рассматриваемого как упругий стержень, установленный на грунте,
который моделируется пружиной, или рассмотрения более общего случая, когда
погружение осуществляется двумя вибраторами, один из которых скреплен с
погружаемым элементом, а другой связан с первым упругой связью.
Интересующимся подробностями расчета мы рекомендуем специальную ли-
тературу *.
ВИБРАТОРЫ
Рис. 11.1
* Д. Д. Баркан, Виброметод в строительстве, Госстройиздат, 1959.
В. А. По ви дай л о, Расчет и конструирование вибрационных питателей.
Машгиз. 1962.
Вибраторы
827
Рис. 11.1. Схемы инерционных вибраторов: а — с одной неуравновешенной
массой; б — самоцентрирующийся, эксцентриситет вала равен амплитуде колеба-
ний рабочего ор|гана; в — направленного действия; г — самобалансный, с двумя
эксцентричными массами, эксцентриситеты которых смещены на 90°; д — маят-
никовый; е — с тремя дебалансами и независимой регулировкой фаз и эксцент-
риситетов, допускающий получение переменной вращающейся силы; ж — четы-
рехмассовый, направленного действия, на двух валах. Если соседние дебалансы
сместить друг относительно друга на 90°, а сидящие на одном валу — на 180°, то
возмущающая сила будет направлена по вертикали; з — бегунковый, планетар-
ного типа.
Рис. 11.2
Рис. 11.2. Схема регулируемого стержневого вибратора. В отверстия от-
балансированного диска 2, заклиненного на валу 1 вибратора, вставляют один
или несколько стержней 3.
Возмущающая сила представляет результирующую центробежных сил, соз-
даваемых отдельными стержнями.
Рис. 11.3
Рис. 11.3. Схема регулируемого эксцентрикового вибратора. На утолщенную
часть вала 1, эксцентрично расположенную относительно оси вращения, наса-
живается эксцентричная масса 2, закрепляемая на валу под изменяемым углом ф,
как показано на рис. Возмущающая сила
Р = 2тм2е cos— .
2
828
Раздел II. Механизмы, и машины вибрационного действия
Рис. 11.4. Эксцентриковый регулируемый вибратор. В разъемном корпусе
1—3, стянутом болтом 2, смонтированы соединенные зубчатыми колесами 9 два
вала 8 с заклиненными на них дебалансами 11 и две втулки 7 с такими же
дебалансами 10, которые можно поворачивать маховичком 6 относительно ва-
лов 8. Взаимное смещение дебалансов контролируется по шкале диска 4 указа-
телем 5.
Рис. 11.5. Схема двухмассового маятникового вибратора. Корпус электро-
двигателя 1 с дебалансами 2 подсоединен с помощью шарнира 3 к траверсе 4,
которая посредством шарнира 5 (оси шарниров 3 и 5 взаимно перпендикуляр-
ны) присоединены к основанию 6, монтируемому на рабочем органе вибромаши-
Вибраторы
829
ны. Массы вибратора подбираются так, чтобы ось дебалансного вала проходила
через центр качания физического маятника, имеющего ось подвеса в шарнире 5,
тогда горизонтальная составляющая центробежной силы не передается основа-
нию. Можно допустить совпадение центра тяжести двигателя с осью шарнира 5,
при этом горизонтальная составляющая вектора-момента также не передается
основанию и уравновешивается моментом сил инерции, возникающим при кача-
нии дебалансного вала вокруг оси шарнира 3. Виброприемник испытывает
(рис. б) силу
Р = 2Qo cos у cos со/
и момент
М = 2Q0a sin у cos со/,
вызывающий винтовые колебания.
Рис. 11.6. Конструкции двухмассового маятникового вибратора. На прикреп-
ленной к виброприемнику через резиновую прокладку двухшарнирной траверсе 3
установлен двигатель /, несущий на своем валу секторные дебалансы 4 со
вставными пальцами 2. Один из дебалансов может поворачиваться и фиксиро-
ваться штифтом. Вредное действие раскачивания двигателя при его запуске и
остановке смягчается резиновой прокладкой и торможением противотоком, ког-
да со двигателя проходит через резонанс с одной из собственных частот.
830
Раздел 11. Механизмы и машины вибрационного действия
Рис. 11.7. Кулачковый вибратор. На главном валу 1, приводимом от двига-
теля, заклинен кулачок 2, который посредством коромысла 3 сообщает движе-
ние стержню 4, воздействующему на рабочий орган.
Рис. 11.8. Схемы поршневых пневматических и гидравлических вибраторов.
Пневматический вибратор (рис. а). Воздух из сети поступает по каналам 3
и 4 в правую полость поршня 8, который сжимая пружину 9, сместится влево и
вытеснит воздух из левой полости через отверстие 7 в атмосферу. Вблизи левого
крайнего положения поршня каналы 7 и 4 закрываются, каналы 2 и 6 открывают-
ся, движение поршня реверсируется. Частота колебаний поршня (частота воз-
мущения, передаваемая вибромашине через цилиндр 1) регулируется давлением
воздуха и изменением жесткостей пружин 5 и 9.
Рис. 11.8
Гидравлический вибратор ('рис. б). Насос 4 периодически подает через пат-
рубок 3 (и откачивает через патрубок 5) жидкость в цилиндр что вызывает
перемещение поршня 2, в шток 7 которого включена пружина 6 для придания
системе добавочных степеней свободы. Возмущение передается через шток 7
рабочему органу вибромашины и регулируется по частоте изменением скорости,
а по амплитуде изменением производительности насоса.
Вибраторы
831
Рис. 11.9. Пневматический ротационный вибратор. Внутри статора 1 эксцент-
рично к его оси вращается ротор 7 с пазами 9, в которых свободно перемещаются
пертинаксовые пластины 6. По каналу 3 через окна 2 воздух поступает в ци-
линдр и вращает ротор против часовой стрелки. Отработанный воздух выходит
через окна 5, полость 4 и отверстия в корпусе 8.
Рис. 11.10. Шариковый пневматический вибратор. Сжатый воздух, проходя
через сопло, ударяет в шарик 2, прижимает его к наружной стенке кольцевого
паза (рис. а), имеющегося в корпусе Л и создает вращающуюся возмущающую
силу. Корпус вибратора к рабочему органу крепится при помощи кронштейна.
Общий вид вибратора показан на рис, б. 5 — отверстия в крышке 4 для выхода
воздуха.
832
Раздел 11. Механизмы и машины вибрационного действия
Рис. 11.11. Схемы распространенных электромагнитных вибраторов:
а — реактивный однотактный, состоящий из статора электромагнита /, яко-
ря 2, упругой системы 3. Вибратор питает-
Рис. 11.12
янного и переменного токов. При
ся от сети с частотой 50 гц.
При возрастании магнитного потока
якорь притягивается, при убывании — воз-
вращается назад упругой системой, по-
этому частота возмущения равна уд-
военной частоте питающего тока, т. е.
6000 кол/мин\
б — двухтактный с питанием через вы-
прямитель 4. Частота колебаний якоря в
два раза меньше и составляет 3000 кол!мин\
в — с постоянным магнитом. Из схемы
магнитной полярности видно наличие двух
сил притяжения якоря и двух сил от-
талкивания. При питании без выпря-
мителя частота колебаний равна
3000 кол!мин.
Рис. 11.12. Электрическая схема одно-
тактного электровибродвигателя 'Возврат-
но-поступательного движения. Якорь Л
укрепленный на скобе 2, связанной с паке-
том пружин-рессор 3, притягивается к сер-
дечнику 4, питаемому обмотками 5 посто-
сложении переменных и постоянных токов воз-
никают пульсирующие потоки и синусоидальная сила притяжения якоря.
Вибраторы
833
Рис. 11.13. Электрическая схема двухтактного электровибродвигателя. Два
одинаковых электромагнита >с разобщенной магнитной системой установлены про-
тивоположно друг другу якорями наружу по отношению к сердечникам. Якори
и сердечники порознь жестко связаны. Тяговое усилие увеличено. Обозначения
те же, что на рис. 11.12.
Рис. 11.14. Электромагнитный вибратор. Электромагнит 1 с обмотками 4 и
якорем 2 соединены пружинами 5, расположенными по обе стороны опорного
кронштейна 8. Междуполюсный зазор регулируется гайками 6. Питание обмо-
ток— посредством навитых в виде пружин проводников 3. Настройка вибратора
производится установкой на статор грузов 7.
27 С. Н.. Кожевников и др.
834
Раздел 1L Механизмы и машины вибрационного действия
Р,ис. 11.15
Рис. 11.15. Электромагнитный вибратор ударного действия, используемый в
конструкциях бункерных побудителей. Корпус 1 с якорем 7 и каркас 5 с сердеч-
ником 4 и катушкой 2 соединены посредством .пружин 3 и рессор 6, середины
которых скреплены с каркасом, а концы опираются на корпус.
Амплитуда колебаний — до il,2 мм, частота — 3000 кол]мин, потребляемая
мощность 900 вт.
МЕХАНИЗМЫ И МАШИНЫ ВИБРАЦИОННОГО ДЕЙСТВИЯ
Рис. 11.16
Рис. 11.16. Виброштык (игла) для глубинного вибрирования бетонной смеси
в густо армированных конструкциях. В корпусе 2 (рис. а), снабженном нако-
нечником 5 и буксой 1, в подшипниках 4 вращается вал с эксцентричной массой
3 удлиненной формы. В верхней части иглы (рис. б) монтируется электродвига-
тель.
Между двигателем и иглой амортизаторов не требуется, так как коней
иглы совершает маятниковые вибрации около центра тяжести иглы.
Механизмы и машины вибрационного действия
835
Рис. 11.17. Кинематическая схема вибромашины для уплотнения грунта. От
двигателя приводятся во вращение колеса 5 с дебалансами 6 и далее через ко-
леса 5, свободно сидящие на осях 4,— колеса 1 с дебалансами 2.
При вращении маховичком винта 8 гайка увлекает траверсу 7, отчего вра-
щающиеся в противоположном направлении колеса 3—3 вызовут относительное
смещение колес 5 и 1 со своими дебалансами и изменение величины и направле-
ния центробежной силы дебаланоов.
Рис. 11.18. Вибростержень вибратора, применяемого при выполнении бетон-
ных работ. В корпусе-трубе 1 см оптирован вал 2 с эксцентричной (массой, хвос-
товику которого сообщается вращение.
27*
836
Раздел 11. Механизмы и машины вибрационного действия
Рис. 11.19
Рис. 11.19. Вибростержень с планетарным эксцентриком. В корпусе 1 разме-
щен сердечник 2, по конической поверхности которого обкатывается эксцентрик
3. Стержень эксцентрика соединен шарнирно со шпинделем 4 (см. вынос /).
Рис. 11.20. Поверхностный вибратор с подрессорной пригрузкой.
Рис. 11.21. Схема расположения эксцентриков вибратора для возбуждения
крутильных колебаний.
Если начальное положение одного из двух противоположно расположенных
эксцентриков (в плане) изменить, то вибратор будет создавать возмущающий
момент и вертикальную возмущающую силу, способные возбудить винтовое дви-
жение. Изменением эксцентриситетов дебалансов достигается изменение как
амплитуд силы и момента, так и их соотношения. Эффективность вибратора
значительно выше обычного.
Рис. 11.21
Механизмы и машины вибрационного действия
837
Рис. 11.22
Рис. 11.22. Вибролопата, состоящая из металлического корпуса 4 электро-
двигателя, на полый вал 8 ротора 7 которого насажен дебаланс 3. Разъемные
части корпуса стянуты болтом 9, закрываемым навернутым на корпус ребристым
наконечником /, препятствующим проворачиванию лопаты во время работы.
Корпус лопаты крепится к штанге, за которую рабочий держит лопату посред-
ством муфты, стягиваемой хомутами 5. 2 — подшипник; 6 — статор.
Рис. 11.23. Вибратор виброрейки с регулируемой амплитудой. Ротор элек-
тродвигателя несет три эксцентрика: жестко закрепленные эксцентрики 1 и 2 и
регулируемый эксцентрик 3. При повороте штурвала 4 муфта вместе с подшип-
ником 5 смещается вдоль оси, вызывая поворот эксцентрика 5, насаженного на
вал с несамотормозящейся нарезкой. При совпадении эксцентриситетов эксцентри-
ков 2 и 3 амплитуда вибраций наибольшая.
838
Раздел 1L Механизмы и машины вибрационного действия
Рис. 11.24
Рис. 11.25
Рис. 11.24. Схемы установки вибраторов:
а — на конических бункерах. При необходимости в двух вибраторах они
устанавливаются на различной высоте;
б — на параболических бункерах. Вибратор монтируется вблизи выпускного
отверстия, как показано;
в — на прямоугольных бункерах с воронкообразным днищем. Вибратор мон-
тируется на наклонной стенке;
г — в воронках с наклонной течкой. Вибратор устанавливается внизу во-
ронки;
д — в прямоугольных или цилиндрических бункерах с центральным отвер-
стием. Вибратор устанавливается на боковой стенке у края воронки, образуе-
мой сыпучим материалом при угле естественного откоса.
Рис. 11.25. Схемы действия вибропобудителей.
а — от вибратора простого действия; б—от вибратора, создающего s-образ-
ные колебания, возбуждаемые моментом, способствующие эффективности воздей-
ствия вибрации на выгружаемый из бункера материал.
Рис. 11.26
Рис. 11.27
Рис. 11.26. Внутренний бункерный побудитель с электромагнитным вибра-
тором, установленным внутри стального сварного колокола и подвешиваемого на
канатах внутри бункера. Вибрационное воздействие непосредственно на материал
весьма эффективно и незначительно на несущие конструкции бункера.
а — установка, б — колокол е вибратором.
Рис. 11.27. Установка подвешенного внутреннего электромагнитного вибрато-
ра в железном бункере большой емкости. За каждую минуту рабочего времени
вибратор работает 20 сек и 40 сек выключен.
Механизмы и машины вибрационного действия
839
Рис. 11.28. Установка побудителя с вибролистом:
а — на бетонном бункере; б — на металлическом; листы размещаются на
противоположных стенках бункера, 'вибраторы укрепляются вблизи выпускного
отверстия на расстоянии в 1/3 высоты бункера.
Рис. 11.29
Рис. 11.29. Схемы установки вибродозаторов:
а — периодического действия с подачей через дозирующую емкость на кон-
вейер; б—с подачей во взвешивающую вагонетку; в — непрерывного действия
с подачей на конвейер.
840
Раздел 11. Механизмы и машины вибрационного действия
Рис. 11.30. Схема установки вибрационных питателей для подачи насыпных
грузов на транспортирующие установки:
а—питатели, смонтированные перпендикулярно конвейеру; б — подача ко
ходу конвейера.
Рис. 11.31
Рис. 11.31. Принципиальные схемы осуществления направленной вибрации
в питателях. Чтобы заготовка перемещалась по вибрационному лотку, необхо-
димо обеспечить направление вибраций под углом 0 бросания.
а — лоток подвешен на наклонных рессорах (ф 16е). Возможные направле-
ния возбуждения вибраций либо вдоль лотка (/), либо перпендикулярно ему
(5), либо перпендикулярно рессорам (2);
б — свободная подвеска лотка на цилиндрических пружинах. Направление
возмущения — под углом [3 к лотку создается вибратором, ориентированным
должным образом;
Механизмы и машины вибрационного действия
841
в — свободная подвеска лотка с двумя взаимно перпендикулярными вибра-
торами. Регулируя относительные амплитуды и направления колебаний вибра-
торов, можно получить требуемый угол бросания и реверсирования транспорти-
руемого объекта;
г — чаша бункера со спиральным лотком подвешивается на наклонно рас-
положенных рессорах. Возможные направления возмущения: либо вертикальное
(/), либо крутильные от тангенциальных вибраторов (2), либо перпендикуляр-
но подвескам (5);
д — чаша бункера со спиральным лотком подвешивается на цилиндрических
пружинах, а возмущение—от одного или нескольких вибраторов, сообщающих
винтовые колебания с заданным углом подъема.
Рис. 11.32
Рис. 11.32. Расчетная схема вибропитателя (рис. а): пг^ — масса чаши; пг2—
масса основания питателя; ci и с2— жесткости упругих подвесок чаши и амор-
тизационных пружин. На каждую массу действуют равные и противоположные
по фазе возмущающие силы с частотой со. Так как с2<Ссь то, приняв с2 = О,
найдем собственную частоту р. Если принять неупругие сопротивления (рис. б)
пропорциональными первой степени скорости, появляющиеся за счет демпфера
Д, то коэффициент динамичности
V (1—Х2)2 + 4Х262 :
; 6 = — ; р —1/ '— ; к — декремент затухания.
Р Р f ш
Чтобы снизить влияние затухания на амплитуду колебаний вибропитателя,
со
надо его настраивать на предрезонансный режим (% = < 1), так как увели-
чение количества загружаемых заготовок снижает р, приближает систему к ре-
зонансу, что должно бы увеличить амплитуду, однако увеличение затухания
ведет к обратному и, таким образом, обеспечивается стабильная работа питателя
почти при любой загрузке. При % > 1 оба фактора (снижение р и увеличение 6)
ведут к снижению амплитуды колебаний и производительности.
842
Раздел 11. Механизмы и машины вибрационного действия
Рис. 11.33. Вибропитатель института Механобр. Состоит из лютка и электро-
вибратора. Применяется для выдачи дробленных материалов из бункеров и пе-
регрузочных воронок.
Рис. 11.34
Рис. 11.34. Вибро дозатор с динамометром магнитоупругого действия. Из бун-
кера 1 (рис. а) материал подается на люток питателя 2, оснащенный вибрато-
ром 5, и далее на весовую раму 4 дозатора, опирающуюся с одного конца на
магнитоупругий динамометр 5, воздействующий на регулятор 6 вибропитателя.
На рис. б дана схема динамометра. Неподвижный феррорезонаноный стер-
жень 1 помещается в намагничивающую обмотку 2 электромагнита 5, включен-
ную в уравновешенный мост переменного тока. Под действием сжимающей стер-
жень нагрузки Р изменяется магнитное сопротивление, мост выходит из равно*
весия и прибор 5 укажет величину нагрузки. Прибор практически безинерционен,
ошибка взвешивания — до 0,2%. На рис.: 8 — источник переменного тока, 6 —
выпрямители, 7—9 — сопротивления, 4—уравнительное сопротивление.
Механизмы и машины вибрационного действия
843
Рис. 11.35. Герметичный трубчатый вибропитатель для загрузки мельниц
(угольной и рудной промышленности). Уголь подается из бункера в загрузочное
устройстве мельницы по специально изогнутой питающей трубе. Этим дости-
гается более равномерное поступление материала.
Рис. 11.36
Рис. 11.36. Бункерный вибропитатель с многослойными подвесками для не-
больших заготовок. Днище 3 чаши 1 с винтовым лотком 2 опирается на три
наклонные плоские подвески (пакеты рессор) 4 и несет якорь электромагнита 7.
В центре массивного основания 5, опирающегося на амортизаторы 8, укреплен
электромагнит 6. Производительность регулируется изменением питающего тока
посредством реостата 9, а резонансная настройка — числом пластин в пакетах
подвесок 4.
844
Раздел 11. Механизмы и машины вибрационного действия
Рис. 11.37. Бункерный вибропитатель с подвеской чаши на трех наклонных
упругих стержнях. Чаша 12 с внутренней винтовой канавкой вместе с конусом
11 смонтирована на днище 10, опирающемся на упругие стержни 2, укрепленные
зажимами в верхнем 1 и нижнем 5 башмаках. В центре днища 10 через алюми-
ниевую прокладку 3 крепится якорь 13 вертикального электромагнитного вибра-
тора, сердечник которого состоит из набора пластин 9 с катушкой 8. Ви бронз о-
ляция питателя осуществляется посредством трех цилиндрических пружин 4 ма-
лой жесткости.
Регулируемой длины стержни 2 размещены так, что их горизонтальные про-
екции перпендикулярны радиусам в точках крепления к днищу. Вертикальная
возмущающая сила, приложенная к якорю 13 вибратора, вызывает- винтовые ко*
лебания чаши 12, вследствие чего заготовки, лежащие на поверхности конуса 11,
будут подниматься вверх по винтовой канавке.
Для предотвращения намагничивания заготовок под днищем устанавлива-
ется алюминиевая прокладка 3. Уменьшение подвижности питателя на пружинах
4 обеспечивается с помощью имеющегося в «основании питателя стержня 6 с ре-
зиновой втулкой.
Механизмы и машины вибрационного действия
845
Рис. 11.38. Бункерный вибропитатель для мелких часовых деталей, использо-
ванный в счетно-расфасовочных автоматах. Съемная чаша 9 из оргстекла с вин-
товой канавкой внутри по форме загружаемых деталей с коническим днищем
10 скреплена болтом 11с основанием 12, подвешенным на трех наклонных стерж-
нях 5, которые башмаками 3 и 8 прикреплены к плите 4 и основанию 12. Магни-
топроводом является стакан 6 с продольными пропилами и сердечник с катуш-
кой. Якорь 7 крепится к основанию 12. Виброизоляция осуществляется за счет
двойных пружин 14, регулируемых гайкой 13. Горизонтальная устойчивость до-
стигается благодаря оси 1 и втулки 2, прикрепленной к плите 4.
846
Раздел 11. Механизмы и машины вибрационного действия
Рис. 11.39. Вибропитатель с регулированием скорости движения заготовок.
Кольцевой формы плита 5 питателя, к которой прикреплены упругие стержни 2,
связана со шпильками 7, относительно которых может скользить основание 6 с
электромагнитом 3. При вращении муфты 4 воздушный зазор между электро-
магнитом 3 основания 6 и якорем 1, прикрепленным к днищу чаши, будет изме-
няться. Чем больше зазор, тем меньше сила притяжения якоря и скорость пере-
мещения заготовок по винтовому лотку.
Механизмы и машины вибрационного действия
847
Р,ис 11.40
Рис. 11.40. Вибропитатель с косо расположенными вибраторами. На плите 1
с тремя опорами 2 установлены три плоские рессоры — подвески 3. На опорах 2
смонтированы кронштейны 9 с электромагнитами 8, а на подвесках 3— плита 5
с якорями 4. Днище 6 чаши 7 крепится к плите 5. Питание электромагнитов
осуществляется через селеновый выпрямитель 10. Регулирование амплитуды ко-
лебаний достигается изменением напряжения и изменением зазора за счет сме-
щения кронштейна 9 на опоре 2.
848
Раздел 11. Механизмы и машины вибрационного действия
Рис. 11.41. Вибропитатель с предбункером для загрузки деталей типа дисков,
колец и др.
Развитие конструкции по рис. 10.37. Для уменьшения размеров чаши при
большом объеме загружаемых заготовок над чашей укрепляется на регулируемых
винтах предбункер 2. Опрокидыватель 5 служит для ориентации заготовок, дви-
гающихся по днищу, например, в вертикальном положении.
Виброизоляция питателя достигается за счет пружинных амортизаторов 1
малой жесткости. Ограничение излишней подвижности амортизированного пита-
теля достигается за счет зазора между осью 4 и втулкой 3.
Механизмы и машины вибрационного действия
849
Рис. 11.42. Одномассовый виброподъемник с эксцентриковым приводом. На
трех плоских пружинах 8 установлен диск /, возбуждаемый эксцентриковым
приводом. В центре диска расположен шпиндель 2, на коническом хвостовике
которого посажен винтовой лоток 4, воспринимающий вместе с диском винтовые
колебания, благодаря чему заготовки, поступающие из бункера 6, поднимаются
по лотку 4 вверх и далее попадают на лоток 5. Заслонка 7, прикрепленная к
трубе 3, служит побудителем заготовок.
Рис. 11.43. Схема виброподъемника с инерционным приводом. В нижней
части трубы с наружным винтовым лотком 2 крепятся два дебалансных синхро-
низирующихся мотора-вибратора 1. Труба сверху и снизу подвешивается на пру-
жинах 3 малой жесткости.
Суммарная вертикальная возмущающая сила
Р = 2Q0 cos 7 cos со/.
Суммарный возмущающий момент в горизонтальной плоскости
М = 2Q0a sin 7 cos со/.
850
Раздел 11. Механизмы и машины вибрационного действия
Здесь Qo — центробежная сила от дебаланса вибратора;
у —угол наклона оси вибратора к горизонту;
а — половина расстояния между осями вибраторов.
Рис. 11.44. Виброподъемник с четырехмассовым двухвальным вибратором.
К нижней части трубы с винтовым лотком /, подвешенной на пружине 4 (рис. а),
крепится четырехмассовый вибратор 5, приводимый от двигателя 2.
Вибратор (рис. б) состоит из двух валов 1 с дебалансами 2, вращающимися
от двигателя и зубчатой передачи. Вибратор крепится в основании трубы 3 спи-
рального желоба виброподъемника.
Рис. 11.45. Конструкция виброподъемника с тангенциальными вибраторами.
К трубе 1 с винтовым наборным желобом крепится кольцо 5, опирающееся на
три наклонных упругих стержня 4. Нижние концы стержней закреплены на пли-
Механизмы, и машины вибрационного действия
851
те 6, на которой установлены три электромагнитных вибратора, сообщающие
трубе крутильные колебания. Благодаря изгибным колебаниям стержней созда-
ются винтовые колебания. В плиту 6 запрессована стойка 2, перемещающаяся в
защищенных крышкой подшипниках.
Амортизация подъемника обеспечивает-
ся пружинами 7. Снижение шума от
движущихся по лотку заготовок дости-
гается 'благодаря резине /, выложенной
по рабочей поверхности лотка.
Рис. 11.46. Виброподъемник с двумя
рабочими массами для подъема заго-
товок игл топливного насоса в автома-
тической линии. К нижней плите 6, не-
сущей чашу 5 и трубу 2, на упругих,
наклонно расположенных стержнях 5,
подвешена верхняя плита 10, с которой
через башмаки 1 соединена верхняя
труба 11. Между трубами 2 и 11, снаб-
женными снаружи винтовым лотком,
предусмотрен зазор, превышающий сум-
му вертикальных составляющих ампли-
туд колебаний верхней и нижней масс.
Торцы стыков труб представляют вин-
товые поверхности и образуют замок,
как показано на рис. (вид К). Внутри
нижней трубы размещаются централь-
ный вибратор 4 с якорем 3, укрепленным
на нижней и верхней плитах через ан-
тимагнитные прокладки 9 и 7.
Чтобы амплитуды и скорость дета-
лей, передвигающихся по лоткам верх-
ней и нижней труб, -была одинаковой, их
также одинаковыми.
Рис. 11.46
массы и моменты инерции подбирают
Рис. 11.47. Схема обезвоживающего амортизационного грохота АГ-6, при-
меняющегося на углеобогатительных фабриках. К перекрытию 1 с помощью
наклонных стоек 4 подвешиваются коробы 2 и 5, приводимые в колебательное
852
Раздел 11. Механизмы и машины вибрационного действия
движение через пару шатунов 5 от эксцентричного вала 6, подвешенного к раме
на двух подвесках 7. Вал 6 приводится от двигателя через ременную передачу
(на рис. не показано).
Рис. 11.48
Рис. 11.48. Виброударный грохот, в котором колебания ситу 1 сообщаются
электромагнитным вибратором 2; 3— натяжное устройство сита.
Рис. 11.49
Рис. 11.49. Схема полувибранионного (гирационного) грохота. Короб 4 с си-
том 5, опирающийся через пружины 9 на раму 3, при вращении вала 1 в под-
шипниках 2 благодаря эксцентриковому валу 6 описывает в средней части кру-
говую траекторию радиуса е. Возникающие при движении короба центробежные
Механизмы и машины вибрационного действия
853
силы уравновешиваются противовесом 7, закрепленным на маховике 8. Недоста-
ток схемы: большие вибрации здания даже при небольшой несбалансированно-
сти. На рис. а показана схема, на рис. б — разрез по рабочему валу.
3
Рис. 11.50
Рис. 11.50. Простой вибрационный двухситный грохот. Короб 1 с ситами 2
опирается через рессоры 3 на раму 4 (рис. а). Закрепленные на коробе подшип-
ники 6 (рис. б) несут рабочий вал 5 (вибратор) с маховиками-дебалансами 7.
Вал приводится от двигателя. Ось 00 проходит через центр тяжести s системы.
Достоинства грохота — простота и малое воздействие вибраций на опоры. Недо-
статок — зависимость амплитуды вибраций от нагрузок.
854
Раздел 11. Механизмы и машины вибрационного действия
Рис. 11.51
Рис. 11.51. Виброгрохот для отсева коксовой мелочи. Посредством канатов
4 и пружин 5 наклонный короб 1 с ситами 2 и 3 подвешивается к коксовому бун-
керу 11. Вал 6 грохота, приводимый шкивом 8 от двигателя 9 и ременной пере-
дачи 10, вращается в прикрепленных к коробу 1 подшипниках с эксцентричными
втулками, свободно сидящими на валу и приводимыми во вращение выступами,
входящими в прорезы во втулках, закрепленных на валу 6 маховиков 7 с деба-
лансами. Пальцевая завеса 12 возле выходного отверстия бункера 11 обеспечи-
вает равномерный поток кокса.
Механизмы и машины вибрационного действия
855
i
Рис. 11.52
2
Рис. 11.52. Схемы вибротранспортеров-лотков для подачи заготовок из бун-
керного вибропитателя в рабочий орган машины:
а — одномассовый, состоящий из лотка 1 и подвесов 3. Вибратор 2 жестко
укреплен на фундаменте. Колебания осуществляются по методу направленной
подвески и не зависят от направления возмущающей силы;
б — одномассовый со свободной подвеской 4, не влияющей на направление
колебаний. Требуемые колебания лотка обусловлены возмущающей силой, при-
ложенной под «углом бросания»;
в — двухмассовый: одной массой служит вибратор 2, другой — лоток /; на-
правление колебаний лотка определяется наклоном подвесок;
г — двухмассовый: одной массой служит лоток /, другой — вибратор 2. Мас-
сы связаны пружинами 3. Пружины-амортизаторы 4 могут иметь малую жест-
кость, а фундамент разгружен.
Рис. 11.53
Рис. 11.53. Уравновешенный резонансный транспортер с эксцентриковым
приводом. Два грузонесущих органа — желоба 2 и 4 соединены между собой по-
парно с каждой стороны рессорами 6 и шатунами 5 с шарнирами в виде резино-
вых втулок. Средний шарнир соединен со стойкой 1. Ось шатуна эксцентрикового
привода 3 располагается параллельно направлению колебаний и должна прохо-
дить через центр тяжести обоих желобов, колеблющихся в противофазе.
856
Раздел 11. Механизмы и машины вибрационного действия
Рис. 11.54. Конструктивные схемы виброконвейеров:
а — желобчатый, подвесной конструкции; б — трубчатый, подвесной; в — же-
лобчатый, опорный; г — трубчатый, опорной конструкции..
Механизмы и машины вибрационного действия
857
Рис. 11.55. Схема вибрационного конвейера-смесителя. Состоит из желоба /
со ступенчатым днищем, возбуждаемого электровибраторами 2, смонтированны-
ми на раме 5, опирающейся на амортизаторы 4. Пилообразные зубья, которыми
заканчивается каждая ступень, способствуют интенсивному перемешиванию час-
тиц транспортируемого материала.
Рис. 11.56. Схемы реверсивных виброконвейеров. Рабочий орган 1 находится
под воздействием двух вибраторов 2 и 2' с рессорной системой 3 и 3' и аморти-
зирующими пружинами 4 и 4'. Изменение направления транспортирования осу-
ществляется за счет изменения фазового угла возмущающих сил вибраторов.
Если, например, боковой вибратор совершает ход вправо, а нижний — вверх, то
материал перемещается вправо.
а и б — конвейеры опорной конструкции; в — подвесной.
Рис. 11.56
858
Раздел 11. Механизмы и машины вибрационного действия
Рис. 11.57. Модификации трехмассовых виброконвейеров. Транспортирующий
орган является одной из колеблющихся масс (zzii), двумя другими являются ра-
ма (т2) и вспомогательный груз (zn3), связанные <с сердечником и якорями
вибратора.
а — имеющий четыре системы рессор: &i_3, ^2-з, &1-2, fe;
б — с тремя системами рессор: &2-з, &1-2, k2\ последний проще конструктив-
но, но сложнее в настройке.
Механизмы и машины вибрационного действия
859
Рис. 11.58
Рис. 11.58. Трубчатый виброконвейер Механобра. На транспортирующей
трубе 1 крепятся под углом 20° электровибраторы 2 посредством кронштейнов 3.
Вибраторы крепятся к неподвижной раме с помощью пружинных амортизато-
ров 4. На рис.: 5— корпус вибратора, 6 — рессоры, 7 — двигатель-вибратор, 8—
скоба.
Рис. 11.59. Вибротранспортер с динамическими гасителями колебаний. На
основании 7, подвешенном на четырех парах пружин 5 малой жесткости, стяну-
тых болтами 4, установлены башмаки 9, в которых защемлены плоские пружи-
ны 2, связанные через верхние башмаки 1 с лоткам <5, прикрытым планкой 6.
Якорь 11, смонтированный на пружине 10, колеблется от электромагнита 12.
Лоток 3 на пружинах 2 и груз 8 на пружине 10 настроены в резонанс с вибра-
860
Раздел 11. Механизмы и машины вибрационного действия
тором и служат динамическими гасителями колебаний основания 7. Груз 5 и
якорь И демпфированы резиновыми буферами. Настройка транспортера осу-
ществляется перемещением груза 8 и якоря 11 на пружинах 10 и изменением
длины пружин 2.
Рис. 11.60
Рис. 11.60. Конструкция двухмассового транспортера.
Два желоба 1 и 4,
служащие продолжением один другого, подвешены на наклонных плоских пру-
Рис. 11.61
жинах 5 малой жесткости. Якорь 8 крепится к одному
желобу, а электромагнит 7 — к другому. Желоба 1 и-4
связаны упругой системой, состоящей из пружин 10 и
12, стального стержня 3 и упоров 11 и 13. Так как же-
лоба колеблются в противофазе, то, помимо продоль-
ных колебаний, они должны иметь возможность сме-
щаться в вертикальном направлении, а упругая систе-
ма 10—12 должна обладать большой податливостью в
поперечном направлении. Зазор между якорем 8 и элек-
тромагнитом 7, состоящим из сердечника 15 с катуш-
кой 16t регулируется винтами 2. Днище лотка покры-
вается резиной 14 и тогда допустима транспортировка
деталей вверх под углом до 12°. Для виброизоляции
лотка основание 9 крепится к опоре посредством рези-
новых амортизаторов 6.
Рис. 11.61. Схема вибромолота с ограничителем.
Снабженный бойком 1 вибратор 2 посредством пружин
3 прикреплен к наголовнику 4, жестко связанному с
погружаемым элементом 5. Подбирая жесткость пружин
и зазор между бойком и наголовником, можно устано"
• вить режим ударов бойка по наголовнику, передавае-
мых нагружаемому элементу. Так как на наголовник,
кроме того, будут переданы периодические реакции пружин, вызывающие верти-
кальные возмущения, то, следовательно, вибромолот одновременно осуществ-
ляет основное ударное действие и добавочное — вибрационное.
Механизмы, и машины вибрационного действия
861
Для вибромолота с одной степенью свободы три неподвижном ограничителе
скорость в конце удара может быть найдена но формуле
V ==----О)Ф, <
q
здесь Мэ — момент эксцентриков, равный произведению их веса на эксцентри-
ситет;
w —цикловая частота;
q — вес ударной части вибратора; Ф — скоростная функция:
2 8[±.-]/Г (1-^)T~S2
1 — k 1+ 2
где
_ J_+A jeAl .
1— k ’ X
s — ~Tf (xo + Лст)>
Л = ~вибр — отношение частот собственной к возмущающей;
(О
Гуд
т = -----— отношение периода ударов к периоду возмущении;
'Дзозм
k —коэффициент восстановления скорости;
Хо — зазор начальный между бойком и наголовником (со знаком
плюс при натяге и знаком минус при зазоре);
%ст —статический прогиб пружин от веса вибратора.
При заданных S и X скорость вибромолота может иметь два значения. Ус-
ловия существования периодических ударов зависят от S, XД т и выбираются
по специальным графикам. Для вибромолотов можно рекомендовать следующую
таблицу параметров.
т X ф
1 0,44-0,6 >—1, <—1 4
2 0,25 4-0,3 <—1 2,6
3 0,194-0,22 <—1 2,5
4 0,1254-0,17 <—1 2,5
В действительности ограничитель подвижен, что должно сказаться на ско-
рости удара.
Если тяжелый элемент погружается легким вибромолотом и собственная
частота (32 вибратора мала по сравнению с частотой Pi погружаемого элемен-
та, т. е.
р2 < ₽1, ТО
1 + k 1 ctg лХт
l-k‘1+н‘ X
862
Раздел И. Механизмы, и машины вибрационного действия
Здесь
С1 . п2 СЧ ,
Qi/g ' 2
И Qi
Ci и с2 — жесткости грунта и пружин, соединяющих вибратор с наголов-
ником;
Qi и Q2 — веса погружаемого элемента и подвижной части вибратора.
Для другого предельного случая погружения в весьма слабые грунты, когда
₽2>₽1,
подвижность ограничителя
можно во внимание не принимать.
Рис. 11.62. Вибромолот С. Я. Цаплина для погружения металлических шпун-
тов с направленным возмущением при двух несвязанных самосинхронизирую-
щихся двигателях. Вес ударной части до 700 кг, глубина возможного погружения
до 14 м в песчаные грунты и до 7 м в глинистые.
Рис. 11.63. Вибромолот В. Н. Туликова с направленным возмущением при
одном электродвигателе и двух эксцентриках по обе стороны ротора. Вибромо-
лот при тех же параметрах и эффективности, что и молот по фиг. 11.62, имеет
почти вдвое меньший вес.
Рис. 11.64. Схема вибромолота -с ударной массой. Здесь удар наносится не
вибратором, а специальной массой /, помещенной между вибратором 2 и наго-
ловником 5, и связанной с последним пружинами 4. Если принять ограничитель
неподвижным, то получим ударную систему с двумя степенями свободы.
Механизмы и машины вибрационного действия
863
Рис. 11.65. Вибромолот с ненаправленным возмущением для бурения мел-
ких скважин. Ротор двигателя 1 с эксцентриками жестко укреплен на раме 2,
подвешенной на пружинах 3. Удар наносится по наголовнику 4. Из-за малости
поперечной жесткости пружин боковые составляющие возмущения на вертикаль-
ные удары практически не влияют. Вес ударной части 25 кгл молот легко транс-
портируется.
Рис. 11.66. Виброшпалоподбойник, применяемый для уплотнения грунта под
шпалами. К корпусу электродвигателя 1 упруго подвешен эксцентриковый виб-
ратор 2, к корпусу которого крепится державка 3 для инструмента, выполняю-
щего подбивку.
864
Раздел И. Механизмы, и машины вибрационного действия
Рис. 11.67. Механизм виброударного катка.
Рис. 11.68. Вакуум-вибромашина для отсасывания воды и воздуха из бето-
на при вибрировании. Под плитой вибромашины смонтирован решетчатый ко-
роб 7, днище которого обтягивается парусиной и полость которого с помощью
гибких шлангов 2 и 3 и бачка 4. сообщается с вакуум-насосом. В процессе
уплотнения на выгруженную порцию бетона устанавливают вакуум-вибромаши-
ну и одновременно включают вибратор и насос. Через 20—30 сек вибратор вы-
ключают, а насос продолжает работать еще 2 мин, после чего машина перено-
сится на новое место.,
Механизмы, и машины вибрационного действия
865
Рис. 1L.70
Рис. 11.69. Схема виброплощадки с горизонтальными колебаниями для фор-
мовки плит пакетом. На рис.: 1 — форма для плит; 2— вибратор.
Рис. 11.70. Схема виброуплотнителя для угля в вагонетках. На верхней пло-
щадке, опирающейся на пружины /, направленные стержнями 2, устанавливается
вагонетка. Вертикальная составляющая центробежных сил инерции грузов 3—<4
вибратора создает направленные колебания площадки, следовательно, и ва-
гонетки.
28 С. Н. Кожевников и др.
866
Раздел 11. Механизмы и машины вибрационного действия
Рис. 11.71. Схема ковша с вибрирующими зубьями. В ковше 1 обычного
очертания вмонтированы подвижные зубья 3, на которые воздействуют два виб-
ромолота 2 направленного (по линии резания) возмущения (по два зуба — на
каждый вибромолот). При разработке мелового карьера мощность, потребляе-
мая двигателем экскаватора, снизилась на 30—50% при почти удвоенной толщи-
не стружки по сравнению с ковшами без вибрирующих зубьев.
Рис. 11.72
Рис. 11.72. Инерционная конусная дробилка. От двигателя 1 через кардан-
ный вал 2 приводится в движение дебаланс 3, заставляющий дробящий конус 4
обкатываться по чаше 5, упруго подвешенной к перекрытию 6.
Дробилка дробит руду от крупности 150—200 мм до крупности 3—5 мм и
витает вибромельницу.
Механизмы и машины вибрационного действия
867
Рис. 11.73
Рис. 11.73. Кинематическая схема (2 варианта) центробежной вибросорти-
ровки сыпучих материалов. Ситовой чаше, имеющей форму параболоида, в ко-
торую подается по трубе исходный материал, сообщается вращение вокруг и
вибрационное с малой амплитудой (до 2,5 мм) и большой частотой (до
1000 кол!мин) вдоль вертикальной оси. Частица просеиваемого материала, под-
верженная действию сил инерции (центробежных и от гармонических колебаний),
перемещается снизу вверх. Мелкая фракция проваливается через сита, а крупная
как бы выливается через верхний край сита.
28*
868
Раздел 11. Механизмы и машины вибрационного действия
Рис. 11.74
Рис. 11.74. Схема вибрационной центрифуги. От отдельного привода зубча-
тое колесо 2 сообщает вращение ротору 1 центрифуги, осуществляющей одно-
временно вертикальные колебания с помощью кривошипа 4 и пружины 3 (рези-
новый амортизатор). Влажный уголь, загруженный в ротор, прижимается к его
стенкам, изготовленным из перфорированного листа. Через отверстия в листе
удаляется вода, тогда как обезвоженный уголь пересыпается через верхнюю
кромку ротора. Движение угля вверх имеет место в том случае, если силы,
сдвигающие материальную точку вдоль образующей конуса, будут больше сил,
препятствующих такому смещению, т. е.» если
Р cos р + Q sin р — mg cos р > р (Q cos р + mg sin р — Р sin р).
Здесь Q — центробежная сила: Q = тсо27?;
Р — переменный радиус: У? = + у sin Р;
mg — вес материальной точки;
Р — сила инерции ротора: Р = mco2ix;
Р2
х —амплитуда вынужденных колебаний: х= г ---------— sin /;
₽г-“!
Р —собственная частота: Р= I/ —• ;
V ^1
с —жесткость амортизатора 5;
mi — масса ротора с углем;
г и coi—радиус и угловая скорость кривошипа;
со — угловая скорость ротора;
—коэффициент трения покоя.
Средства для устранения опасных колебаний механизмов и машин 869
СРЕДСТВА ДЛЯ УСТРАНЕНИЯ ОПАСНЫХ КОЛЕБАНИЙ
МЕХАНИЗМОВ И МАШИН
Рис. 11.75
Рис. 11.75. Маятниковый антивибратор .с бифилярным подвесом. В прорезах
маятниковой массы 2, куда входит задняя часть щеки 4, имеются отверстия для
валиков 1 с буртиками, диаметр которых несколько меньше диаметра отверстий
в щеке и маятнике. Для предотвращения выхода валиков из отверстий преду-
смотрен ограничитель <3. Наиболее эффективное в оз действие антивибратор ока-
зывает на колебания с частотами, узлы собственных форм которых наиболее уда-
лены от места его установки.
Рис. 11.76
Рис. 11.76. Маятниковый вибратор с бифилярным подвесом. В выбранном
сечении коленчатого вала заклинивается ступица 5 с двумя дисками 2, между
которыми размещаются парные маятниковые массы 1. Диски снабжены отвер-
стиями, куда вводятся валики 5, осевое смещение которых ограничивается
крышками 4.
870
Раздел 11. Механизмы и машины вибрационного действия
Рис. 11.77. Антивибраторы изгибных колебаний коленчатых валов:
а — бифилярный; б — роликовый; в — шаровой.
Для смещения резонансных чисел оборотов коленчатого вала предусматри-
вается резонансная настройка антивибратора.
Настройка вибраторов
(О2
Q2
' г г — г2 ’
где k= 1 (схема a); k = — (схема б); k= — (схема в), со— частота воз-
О /
Суждения, Q — постоянная угловая скорость системы.
Средства для устранения опасных колебаний механизмов и машин 871
Рис. 11.78
Рис. 11.78. Демпфер сухого трения. На ступице /, жестко посаженной на ва-
лу, совершающем крутильные колебания, свободно вращаются две маховые мас-
сы 2, 3. Поверхности трения ступицы 1 прижаты пружинами 4 к массам 2, 3.
При наличии крутильных колебаний движение маховичков обусловливается
соотношением их момента сил инерции (Л4И) и максимальным моментом трения
в демпфере (Мр). Если МИ < MF, маховички вращаются вместе со ступицей,
если МИ MF, то маховички проскальзывают. Изменяя затяжку, можно' полу-
чить наибольшее р-ассеивание энергии. Недостаток — расстройка демпфера вслед-
ствие износа поверхности и изменения коэффициента трения.
Рис.
11.79
Рис. 11.79. Демпферы сухого трения автомобильного двигателя. Маховички
2, распираемые пружиной 3 (рис. а), насажены на ступице шкива 1 привода
вентилятора и ограничены от сползания крышкой 4. В схеме по рис. б пр еду-
872
Раздел 11. Механизмы и машины вибрационного действия
смотрена регулировка силы прижатия маховиков в процессе
Демпфер устанавливается в местах наибольших амплитуд.
эксплуатации.
а) <Г)
Рис. 11.80
Рис. 11.80. Поглотители крутильных колебаний. В пружинном поглотителе
(рис. а) упруго подвешенный маховичок 1 свободно вращается на хвостовике
вала 2. Поглотитель может быть настроен только на одну фиксированную час-
тоту возмущения. В маятниковом поглотителе (рис. б) центробежное силовое
поле действует подобно гравитационному для обычного маятника. Если в фор-
₽-/ т
муле для определения частоты
1эа1менить напряжение g поля тяже-
сти на напряжение поля центробежных сил г<ь2, то частота
ста-
11.81
Рис.
нет пропорциональной угловой скорости и, следовательно,
поглотитель будет самонастраиваться на любую частоту
возмущения.
Рис. 11.81. Поглотитель колебаний — «жидкий махо-
вик». Втулка 1 насаживается на вал, совершающий кру-
тильные колебания. Маховик 2 насажен свободно на втул-
ке 3. В зазор между кожухом 4, приваренным к втулке /,
и маховиком 2 заливается жидкость, мало изменяющая
вязкость от температуры (жидкий препарат кремния). От-
носительное движение маховика вызывает рассеивание
энергии колебаний. Вязкое трение обеепечивается нормиро-
ванной величиной зазора между кожухом и маховиком,
количеством и
шее затухание
консистенцией рабочей жидкости. Наилуч-
имеет место, когда
с = бшах03.
условиях в расчете на колебания системы
При этих
с демпфером он заменяется эквивалентной массой
fi — а I 6тах
иэкв - UBT “Г 2
Здесь 0вт
Прибор следует устанавливать в такой точке вала, где ам-
плитуда крутильных колебаний велика.
— момент инерции втулки с кожухом;
с — вязкость жидкости.
Средства для устранения опасных колебаний механизмов и машин 873
Рис. 11.82
Рис. 11.82. Демпфер вязкого трения. Камеры, разделяющие область, запол-
ненную вязкой жидкостью, попарно соединяются трубками 1 с дросселирующими
клапанами 2. Вследствие наличия уплотнений между лопатками и телами махо-
вичка и ступицы, перетекание жидкости происходит по трубкам 1. Настройкой
дросселей 2 регулируется перетекание жидкости, а следовательно, и гидродина-
мическое сопротивление. Недостаток конструкции — расстройка демпфера при
изменении температуры.
Рис. 11.83. Поглотитель колебаний в машинке для стрижки волос. С по-
мощью электромагнита /, питающегося от сети (50 гц), и подпружиненного ко-
ромысла 2, нож 3 совершает колебания с частотой 100 гц. Чтобы центр тяжести
свободного в пространстве корпуса и главные оси инерции оставались неподвиж-
ными, корпус должен совершать колебания (в противофазе), что создает непри-
ятное ощущение для рук парикмахера.
Динамический поглотитель 4, настроенный на 100 гц, частично устраняет
колебания кожуха в месте установки массы поглотителя. Полное устранение ко-
лебаний требует установки двух поглотителей так, чтобы прямая, соединяющая
центры тяжести их масс, была перпендикулярна движению лезвия, а массы со-
вершали колебания, вызывающие ‘ силы инерции, противодействующие силе и
моменту сил инерции колеблющейся системы коромысло—нож.
874
Раздел 11. Механизмы и машины вибрационного действия
Рис. 11.84. Ударный демпфер (успокоитель) открытого типа. Кольцо /, по-
саженное с зазором на болт 2, ударяется при колебаниях о корпус и поглощает
часть энергии колебаний. Размеры кольца и величина зазора выбираются опыт-
ным путем.
Рис. 11.85. Ударный демпфер закрытого типа, в котором шарик или ци-
линдр размещаются в специальном гнезде.
Рис. 11.86. Ударный шариковый демпфер. Шарик 1 помещен в специальной
обойме 2, прикрепляемой к колеблющейся массе 3.
Рис. 11.87. Вместо шарика в демпфере по рис. 11.86 активным элементом
служит ролик /, помещенный с зазором в гнездо 2 колеблющегося объекта^
которое закрыто пробкой 3.
Средства для устранения опасных колебаний механизмов и машин 875
Рис. 11.88
Рис. 11.89
Рис. 11.88. Жидкостный поршневой демпфер свободных колебаний. При дви-
жении поршня 1 в цилиндре 2 жидкость перетекает через зазор между стенками
и поршнем из одной части цилиндр.а ib другую. Сопротивление перетеканию спо-
собствует гашению колебаний. Степень демпфирования
D 1,2тс7?37]/п
mpS3
Здесь R—радиус поршня, пг и Р — масса и собственная частота подвижной си-
стемы; б — ширина зазора; /п — высота поршня, т]—коэффициент вязкости ра-
бочей жидкости.
Рис. 11.89. Демпфер по рис. 11.88 с регулировкой коэффициента успокоения
посредством капилляра 5, проходное сечение которого регулируется винтом 4.
Степень демпфирования
ТС2#4
D =
6т;/
кг4
8т)/к
Здесь 1—поршень, 2 — цилиндр, г и I — радиус и длина капилляра.
Рис. 11.90. Воздушный демпфер с мембраной 2. Прилив 1 служит для при-
соединения демпфера к чувствительному элементу. Воздушный демпфер лишен
недостатков жидкостных, так как воздушное демпфирование почти не зависит
от колебаний температуры окружающей среды.
876
Раздел 11. Механизмы и машины вибрационного действия
Рис. 11.91
Рис. 11.92
Рис. 11.91. Воздушный демпфер с сильфоном. Маюса m чувствительного эле-
мента с капилляром радиуса г расположена на сильфоне, имеющем жесткость
k2, и поддерживается рессорой с жесткостью k\.
Рис. 11.92. Воздушный крыльчатый демпфер. Крыло /, жестко связанное с
подвижной частью прибора, свободно перемещается в закрытой камере 2. Вслед-
ствие малости зазоров между крылом и стенками камеры при движении крыла
создается перепад давлений на обеих его сторонах и возникает сила сопротивле-
ния. Строго линейное успокоение затруднительно. По эмпирической зависимости
степень демпфирования
D ъ
1 abR
/0,248
\ &
+ 0,169
где а и b — длина и ширина крыла в см. 6 — зазор, равный 0,31 мм, J — мо-
мент инерции подвижной системы, R— расстояние от оси до центра крыла.
Рис. 11.93
Рис. 11.93. Электромагнитный секторный демпфер, работа которого основана
на действии вихревых токов, тормозящих движение металлического сектора 7,
связанного е колеблющейся подвижной системой прибора в поле постоянного
магнита 2.
При малом весе создаются значительные демпфирующие силы, строго про-
порциональные первой степени скорости подвижной системы.
Средства для устранения опасных колебаний механизмов и машин 877
Рис. 11.94. Схемы механизмов для испытания деталей на ударные сотрясе-
ния. Посредством приводимого от двигателя кулачка (рис. а) коромысло с ис-
пытуемым изделием приподнимается и 'падает под действием собственной тяже-
сти на прокладку фиксированной жесткости, которая регулируется* вместе с
высотой падения. Схема аналогичного механизма, но с пружиной показана на
рис. б. Механизм при большом дисле оборотов кулачка ограничивает подбрасы-
вание коромысла вверх, чего не лишена схема по рис. а.
Рис. 11.95. Схема механизма для испытаний на ударные сотрясения, в кото-
ром ударное воздействие на испытуемый объект осуществляется посредством
бабы, падающей с заданной высоты на подпружиненную платформу.
Рис. 11.95
Рис. 11.96. Схем.а механизма, в котором испытуемая деталь находится под
воздействием удара, направленного снизу вверх, наносимого маятниковым коп-
ром, воздействующим на рабочую платформу.
878
Раздел 11. Механизмы и машины вибрационного действия
Рис. 11.97. Схема механизма
для испытаний на ударное сотря-
сение, содержащая маятник-мо-
лот. ударяющий о каретку с объ-
ектом, выполняющую функции
шатуна шарнирного параллело-
грамма. После удара каретка с из-
делием перемещается до встречи
с неподвижным упором и испыты-
вает второй удар, смягченный
установленным на упоре буфером,
возвращающим каретку в исход-
ное положение.
Рис. 11.97
Рис. 11.98
Рис. 11.98. Схема механизма, в которой подпружиненная каретка с объек-
том получает удар от тележки с грузом, скатывающейся по наклонной плоскости.
Рис. 11.99. Схема машины для создания хаотических ударных сотрясений.
Рабочая платформа с объектом непрерывно возбуждается от двух кулачков, вы-
полненных в виде дисков с большим числом лысок, различных по величине. При-
вод с кулачками монтируется на балансной плите, подвешенной на смежных
амортизаторах, определяющих характер сотрясений.
Раздел 12
РЕЗИНОМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
За последние годы получили широкое распространение различного рода ре-
зинометаллические соединения в виде разнообразных конструкций амортизато-
ров, шарниров и подвесок, упругих муфт, демпферов и т. д.
Используемая в 20-х годах резина в виде прокладок во многих случаях не
служила эффективной защитой машин от высокочастотных колебаний и поэтому
им на смену пришли резинометаллические соединения, обладающие вследствие
высокого коэффициента .внутреннего трения резины большой демпфирующей спо-
собностью при любых амплитудах колебаний.
Применение резинометалличеоких изделий становится особенно необходимым
в современных облегченных конструкциях, в которых вследствие замены тяже-
лых чугунных деталей деталями из легких сплавов и высокопрочных легирован-
ных сталей имеет место снижение демпфирующей способности и повышение
чувствительности машины к высокочастотным вибрациям.
Резинометаллические изделия используются в качестве гасителей высокочас-
тотных вибраций и звукоизоляторов, упругих несущих элементов, заменяющих
или дополняющих пружины, в качестве амортизаторов, буферов-ограничителей
и поглощающих аппаратов, снижающих динамические нагрузки в звеньях меха-
низмов, упругих универсальных шарниров, в качестве не смазываемых элементов
шарнирных сочленений с ограниченными линейными или угловыми перемещени-
ями, лишенными трения и абразивного износа, в качестве элементов, компенси-
рующих неточность сборки и ошибки размерных цепей.
Нередко резинометаллические соединения выполняют целый ряд функциГ
одновременно.
Существенное значение при создании резинометаллических соединений имеет
способ крепления резины к металлам. Применяют преимущественно горячие спо-
собы крепления резины к металлу. При этом имеется в виду крепление в про-
цессе вулканизации соприкасающейся с металлом резиновой смеси. Известны
способы крепления резины к металлу с помощью латуни под большим давле-
нием; посредством эбонита, который крепится к металлу лучше резины, а ре-
зина к эбониту лучше, чем к металлам; посредством клея на каучуковой
основе и др.
При расчете резинометаллических соединений надо иметь в виду целый ряд
специфических особенностей. Отметим некоторые из них:
1. Резинометаллические .амортизаторы работают при относительных дефор-
мациях сжатия до 50% и поэтому использование закона Гука дает грубый ре-
зультат первого приближения.
2. Упругость резинового амортизатора существенно зависит от формы ре-
зинового элемента и конструкции металлических деталей, его крепления к ар-
880
Раздел 12. Резинометаллические соединения
матуре и возможности свободного формоизменения резины. Известны случаи,
когда изменение толщины резинового элемента вдвое изменяло его податливость
в четыре раза вследствие влияния толщины элемента на условия выпучивания
свободных боковых поверхностей резины.
3. Нелинейная жесткость резинового амортизатора зависит от скоростей
деформации при колебаниях и должна рассчитываться не по статическому моду-
„ Г- ГЛ ^ДИН
лю упругости В ст, а по динамическому ВДИн. Отношение —------ изменяется в
Вст
зависимости от твердости резины, частоты и амплитуды колебаний.
4. Амортизированный посредством резинометаллических амортизаторов
объект в ограниченной области перемещений обладает шестью степенями свобо-
ды, поэтому расчет амортизатора сводится прежде всего к построению характе-
ристик для каждого из шести возможных видов деформации и их возможных
сочетаний, отдельно для амортизатора — шайбы, втулки, конуса и т. д.
5. Долговечность резинометаллического соединения существенно зависит от
формы поверхности крепления резины к металлу и формы резинового элемента,
которые должны выбираться в зависимости от вида деформации.
В настоящее время резинометаллические соединения широко используются в
авиа- и автостроении и все еще редко — в тяжелых машинах горной и метал-
лургической промышленности и сельскохозяйственных машинах, работающих
при больших динамических нагрузках и в запыленной .атмосфере. Они могли бы
принести существенную пользу вследствие снижения абразивного износа, умень-
шения шума и снижения динамических нагрузок. В металлургической и горной
промышленности используется множество машин и механизмов вибрационного
действия, в которых нередки поломки пружин, рессор и др. упругих элементов.
Смесительные барабаны, установленные в верхних этажах агломерационных
фабрик, служат источниками вибраций, разрушающих железобетонные перекры-
тия, нуждающиеся в защите. На многих металлургических и метизных заводах
имеет место сильный шум вследствие ударов заготовок о рольганги (или при
работе холодно-высадочных и особенно гвоздильных автоматов), из-за вредного
физиологического воздействия которого работа оператора становится чрезвычай-
но тяжелой.
Борьба с шумом, абразивным износом деталей и динамическими перегруз-
ками для металлургических заводов представляет особую проблему и здесь мо-
гут принести большую пользу резинометаллические соединения.
Несомненно, что широкое применение резинометаллических изделий во всех
отраслях промышленности является одним из путей технического прогресса.
Рис. 12.1
Рис. 12.1. Правильные конструкции резинометаллических опор. Для пре-
дупреждения возникновения в резине очагов перенапряжения металлическая ар-
матура на поверхности крепления резины не должна иметь выходов отверстий и
канавок, выступов, острых углов. Резина под нагрузкой не должна выходить за
пределы кромок опорных пластин.
Резинометаллические соединения
881
Рис. 12.2. Резинометаллические амортизаторы с отверстиями. Для предуп-
реждения чрезмерной концентрации напряжения в резине в сжатом состоянии
надо прямоугольным отверстиям (рис. а) предпочитать овальные (рис. б).
Рис. 12.3. Форма поверхностей сопряжения металлической детали и резины,
работающих на растяжение, определяет харакио распределения напряжений в
резине, а — не рациональная и б — рациональная форма сопряжения поверхно-
стей. Как видно из графиков, снижение напряжения в резине достигается над-
лежащим сочетанием формы сопряжения в соединении и внешнего очертания
резины.
Рис. 12.4. Резинометаллические опоры: а —с вогнутыми боковыми поверх-
ностями резинового элемента; б — клиновидной формы.
882
Раздел 12. Резинометаллические соединения
Рис. 12. 5. Пластинчатая резинометаллическая опора, работающая на сдвиг и
сжатие и отличающаяся большой демпфирующей способностью. В ненапряжен-
ном состоянии форма боковой поверхности резиновой прокладки вогнутая, в на-
груженном состоянии кривизна ее уменьшается и при перегрузке может изме-
нить знак.
Рис. 12. 6. Мощная резинометаллическая опора, собранная из пластинчатых
опор по рис. 12.5, образующих поверхность клина.
Рис. 12.7. Различные типы упругих резинометаллических опор: плоских,
круглых. V-обоазных, комбинированных.
Резинометаллические соединения
883
Рис. 12. 8. Резинометаллические конические амортизаторы. Конические рези-
новые элементы выполняются -обычно -с параллельными образующими.
а — торец резины плоский; б — торец резины цилиндрической формы; в —
однорядный амортизатор с арматурой, торец конической формы о выравненным
напряжением в резине; г — двухрядный амортизатор-конус с привулканизиро-
в'анной арматурой.
Рис. 12.9. Резинометалличесиие опоры, работающие на сжатие с ограниче-
нием деформации в поперечном направлении и с защитой от масла и грязи.
884
Раздел 12. Резано металлические соединения
Рис. 12. 10. Двойные U-образные резинометаллические опоры, допускающие
смещения в вертикальном и горизонтальном направлениях и ограниченное вра-
щение вокруг вертикальной оси. Могут быть использованы, например, для уста-
новки центрифуг, где балансировка ротора вследствие неравномерного и неопре-
деленного характера загрузки материала исключается.
Рис. 12. 11. Резинометаллическая втулка, допускающая ограниченное вра-
щение и отличающаяся малой податливостью в одном направлении и большой в
перпендикулярном ему направлении.
Рис. 12. 12. Упругий резинометаллический кронштейн.
Рис. 12.13. Резинометаллические втулки, воспринимающие осевые силы, дей-
ствующие в противоположных направлениях.
Резано металлические соединения
885
Рис. 12. 14. Комбинированный клинчатый резинометаллический амортизатор-
с двумя шайбами, расположенными под углом, используемый в конструкции под-
вески заднего конца рессоры легкового автомобиля. Опора обладает шестью-
степенями свободы и .применима для уменьшения шума и для виброизоляции
машины при неопределенном направлении возмущений.
Рис. 12. 15. Резинометаллическая эксцентриковая втулка-амортизатор, ис-
пользуемая в конструкции подвески переднего конца рессоры легкового авто-
мобиля.
Рис. 12.16
Рис. 12. 16. Конструкции резинометаллических опор, а — пример неудачной-
конструкции упругой опоры. Резиновый элемент ограничен металлическим кор-
пусом и под нагрузкой не изменяет формы, вследствие чего его амортизацион-
ная способность сведена к нулю; б — пример правильной конструкции опоры.
Рис. 12.17
- Рис. 12.17. Конструкции предварительно напряженных резинометаллических
опор для знакопеременной нагрузки, в которых оба резиновых элемента рабо-
тают на сжатие, а — затяжка резиновых элементов не ограничена; б — затяжка
ограничена втулкой надлежащих размеров.
£86
Раздел 12. Резинометаллические соединения
Рис. 12. 18. Конструкция резинометаллическо1го амортизатора для тяжелых
двигателей. Внутренняя арматура представляет собой плавно очерченную штам-
пованную деталь с опорным фланцем. Наружная арматура снабжена отверсти-
ями для крепления к раме.
Рис. 12. 19. Маслостойкий резинометаллический амортизатор судового типа
в двух исполнениях — без козырька (рис. а) и с козырьком (рис. б). При разру-
шении резинового элемента разъедание металлических деталей и срыв аморти-
затора с фундамента исключаются.
Рис. 12.20
Рис. 12.20. Пример использования резинометаллических опор для упругой
подвески траверсы автомобильного двигателя. На рис. а показан общий вид, на
рис. б — разрез опорной части конструкции.
Резинометаллические соединения
88 Т
Д-В
Рис. 12.21
Рис. 12.21. Конструкция резинометаллического амортизатора двигателя лег-
кового автомобиля. Резиновый, элемент 1 значительной толщины с выемками 2'
и промежуточным кольцом 3 ,допускает сдвиг и сжатие, снижает шум. Выемки 2'
снижают жесткость амортизатора в желаемом направлении.
388
Раздел 12. Резинометаллические соединения
Рис. 12.22
Рис. 12.22. Конструкция и характеристики резинометаллического амортиза-
тора для кабин автомобилей, выполненная в виде буксы большой эластичности
с ограничителем, благодаря которому амортизатор приобретает квазиломанную
характеристику жесткости, позволяющую защитить амортизируемый объект от
ударов.
На графике приведены упругие характеристики амортизаторов из резины
с твердостью по Шору 45, 60, 75.
Резинометаллические соединения
889*
Рис. 12.23
Рис. 12.24
Рис. 12.23. Упругий резинометаллический фарфоровый изолятор, в котором
удачно использованы изоляционные свойства резины, исключающие утечки тока
при увлажнении и загрязнении поверхности изолятора. 1 — резиновый элемент;
2 — металлический элемент; 3—фарфоровая чашечка; 4 — винты для крепления
изолятора.
Рис. 12.24. Конструкция резинометаллическото соединения втулочного типа,
применяемая для защиты от вибраций тяжелых прессов, быстроходных двига-
телей и др.
Рис. 12. 25. Разрез конической резинометаллической опоры 2 двигателя с бо-
ковыми выемками и ограничителями 1 и 3, вступающими в работу при ударах.
Резиновый элемент отличается большой жесткостью в горизонтальном направле-
нии и сравнительно малюй в вертикальном направлении, что придает хорошую
амортизационную способность подвеске. Ось 4 параллельна продольной оси дви-
гателя.
890
Раздел 12. Резинометаллические соединения
Рис. 12.26. Конструктивная схема (рис. а) упругой подвески лап двигате-
лей 2 трамвайных вагонов (экипажей) посредством двух расположенных соос-
но и предварительно затянутых конических резинометаллических элементов 1.
На рис.: 3— колесо; 4 — рельс; 5 — рама экипажа.
На рис. б показан разрез амортизатора, на рис. в—вариант подвески, со-
стоящей из кольцевых резиновых элементов, жесткость которой может быть
изменена изменением числа колец и твердостью резины. В противоположность
амортизатору по рис. б упругая подвеска не способна воспринимать горизон-
тальные нагрузки.
Рис. 12.27. Два конических последовательно смонтированных резинометал-
лических буфера, позволяющие значительно снизить собственную частоту верти-
кальных колебаний амортизируемой машины.
Рис. 12.28. Конструкция резинометаллической опоры с боковым подрессо-
риванием.
Резинометаллические соединения
891’
Рис. 12.29. Конструкция резино-металлической рессоры трамвайного вагона.
Увеличение длины резиновых втулок рессоры с уменьшением их диаметра обеспе-
чивает равенство напряжений сдвига в различных слоях резины. Тонкие втулки
арматуры и коническая форма рессоры придают резинометаллическому соеди-
нению устойчивость и почти исключают изгиб резины.
Рис. 12.30. Резинометаллические подвески для ручных тележек. Колесо 3
(рис. а) поддерживается четырьмя амортизаторами /, расположенными по уг-
лам рамы 2.
Ось 4 двух колес тележки (рис. б) поддерживается наклонно расположенны-
ми амортизаторами 5. Жесткость подвески в продольном направлении больше,
чем жесткость в поперечном; подвеска отличается большой грузоподъемностью,
допускает значительные вертикальные прогибы и хорошо амортизирует толчки
в горизонтальной плоскости.
Рис. 12.31
Рис. 12.31. Трехрядный пластинчатый резинометаллический амортизатор
буксы железнодорожного подвижного состава, состоящий из последовательно
соединенных пластинчатых амортизаторов.
592
Раздел 12. Резинометаллические соединения
Рис. 12. 32. Резинометаллическая рессора для осей неприводных колес элек-
тротележек. Поворотная ось 1 колеса 2 (рис. б) прикрепляется к подвеске с по-
мощью рез'ино металлического амортизатора 5, обладающего большой грузоподъ-
емностью и одинаковой жесткостью во всех направлениях по горизонтальной
плоскости при малой жесткости в вертикальном направлении. На рис. а показан
вариант амортизатора.
Рис. 12.33. Шевронные резинометаллические подвески осей колес шахтных
вагонеток, допускающие нагрузки во всех направлениях.
Рис. 12.34. Конструкция узла крепления рессоры к заднему мосту автомо-
биля М-20 «Победа с резиновым буфером-ограничителем.
Рис. 12.35. Конструкция узла крепления конца передней рессоры автомо-
биля Я АЗ-200 посредством шарообразного резинового сочленения.
Резинометаллические соединения
893
Рис. 12. 36. Упругая подвеска авиационного двигателя. Звездообразный дви-
гатель крепится к кольцу 1 с вваренными в него трубками 2, сквозь которые про-
ходят болты картера. Кольцо 3 является частью рамы двигателя, которой он
крепится к конструкции самолета. Кольца 1 и 3 соединяются через упругие ре-
зиновые втулки 4, поглощающие вибрации установки. Двигатель крепится к ра-
ме на 5—7 подвесках.
Рис. 12.37. Пример использования металлорезиновых втулок при монтаже
подшипниковых спор с целью компенсации неточностей сверления отверстий под
болты и для защиты подшипников от вибраций.
Рис. 12.38
Рис. 12. 38. Конструкция узла подвески двигателя автомобиля М-20 «Побе-
да» на трех резинометаллических амортизаторах, из которых два передних
(узлы Б и В) установлены наклонно, задний узел (см. разрез А—А) —гори-
зонтально.
894
Раздел 12. Резинометаллические соединения
Рис. 12.39
Рис. 12.39. Установка надбуксового резинового амортизатора на тележке
грузового вагона с комбинированным рессорным подвешиванием, в котором бо-
ковина 4 тележки вагона опирается через резиновый 'амортизатор 3 на корпус 1
буксы с установочным кольцом 2. При скоростях вагона 40—80 км/час амортиза-
тор снижает динамические нагрузки примерно на 20%. Ускорение тележки при
скорости 80 км/час для рамы с амортизаторами составляет 8g вместо 12,6g без
амортизаторов.
Рис. 12.40
Рис. 12.40. Схема упругого упора самолетного радиолокатора. Характери-
стика сжимаемого резинового буфера с момента прилегания его к корпусу резко
изменяется (рис. а).
Если на буфер 1 насадить V-образное резиновое кольцо 2, упирающееся в
стенку корпуса 3 (рис. б), то характеристика жесткости отклоняется от ломаной
и буфер 'будет хорошо .воспринимать ударные нагрузки. В нагруженном состоя-
Резинометаллические соединения
895
нии буфер показан на рис. в. Жесткость буфера с = —-— (рис. г). Рекомен-
дуется: Di = OJD; D2 = .1,122?г,
Е — модуль упругости резины (предпочтительна кремниевая резина).
Рис. 12.41
Рис. 12.42
Рис. 12,41. Равночастотный демпфированный амортизатор. В качестве упру-
гого элемента использована спиральная коническая пружина 1 с нелинейной
жесткостью, в качестве демпфирующего элемента — резиновый баллончик 2, ко-
торый опирается на фланец, снабженный калиброванным 'отверстием. Изменение
величины колеблющейся массы не изменяет собственной частоты системы. Демп-
фирование создается во время колебаний за счет трения при прохождении воз-
духа через отверстие 5, размером которого можно регулировать степень демп-
фирования. Диапазон рабочих температур от —60 до + 70° С.
Рис. 12.42. Равночастотный амортизатор с фрикционным демпфированием,
в котором упругими элементами служат две предварительно затянутые кониче-
ские пружины 1. Демпфирование достигается за счет трения о внутреннюю стен-
ку корпуса 2 резиновой диафрагмы 3, прижимаемой к стенке распорной пружи-
ной 4. При горизонтальной вибрации демпфирование осуществляется за счет
трения стальных шайб 5 о поверхности диафрагмы.
Рис. 12.43
Рис. 12.43. Конструкция чашеобразного резинометаллического амортизатора,
используемого для пассивной защиты приборов от вибраций. Обладает жест-
костью в горизонтальном направлении примерно вдвое большей, чем в вертикаль-
ном направлении. Вибропрочность амортизатора мала.
896
Раздел 12. Резинометаллические соединения
Рис. 12.44
Рис. 12.44. Сдвоенный пластинчатый резинометаллический амортизатор.
Рис. 12.45. Резинометаллический амортизатор с усиленным резиновым эле-
ментом.
Рис. 12.46
Рис. 12.47
Рис. 12.46. Опорный резинометаллический амортизатор.
Рис. 12.47. Малогабаритный резинометаллический стерженьковый аморти-
затор.
Рис. 12.48
Рис. 12. 48. П-образный резинометаллический амортизатор. В зависимости от
направления деформации характеристика жесткости существенно 'Изменяется.
Отличается малой B^ponpOAHOCrbK).
Резинометаллические соединения
897
Рис. 1'2.50
Рис. 12.49. Рожковый резинометаллический Амортизатор. Жесткость в вер*
тикальяом и горизонтальном направлении одинакова. Для амортизатора с но-
минальными нагрузками: растяжение — 8 кГ, сжатие—10 кГ, сдвиг — 6 кГ,
размеры Н = 52 мм и h = 14 мм.
При нормальной температуре обеспечивают виброзащиту, начиная с часто-
ты возмущения 15—20 гц, при амплитудах до 1 мм.
Рис. 12. 50. Резинометаллические опоры большой эластичности, применяемые
для пассивной защиты и глушения шумов.
29 С. Н. Кожевников и др.
898
Раздел 12. Резано металлические соединения
Рис. 12.51. Резинометаллическая опора, работающая на растяжение, сжатие
и сдвиг с ограничителем, работающим при растягивающих ударах.
Рис. 12.52. Резинометаллические втулки-амортизаторы: а — с выпуклыми
торцами; б, в — с коническими и гиперболическими торцами; г, д — с буртом.
Торец втулки а получается, если резиновая втулка не крепится к арматур?,
а запрессовывается. Втулки б позволяют при односторонней осевой нагрузке
Рез инометаллические соединения
899
снизить напряжения растяжения на кромках при сдвиге. Втулки в отличаются
равенством напряжений во всех точках при осевом сдвиге. Втулки гид отли-
чаются переменной характеристикой жесткости при значительном ее возрастании
после упора бурта в сопрягаемую деталь.
Рис. 12.54, ,
Рис. 12.53
Рис. 12. 53. Резинометаллическая втулка, допускающая параллельное и осе-
вое смещение, а также небольшой поворот внутренней металлической втулки
относительно внешней. Жесткость соединения в осевом направлении значительно
меньше, чем в радиальном. Для втулки размером 0 Г8 X 40, Z = 42 допускается:
угол поворота осей втулок — до 3°, закручивание моментом 2,5 кГ • м — 13°, па-
раллельное смещение силой 400* кГ — 0,6 мм, осевое смещение силой 110 /сГ—т
2,1 мм. Применяется для амортизации от ударных нагрузок, для уменьшения
шума при изменении знака зазора, для уменьшения износа деталей, работающих
в запыленной атмосфере, для компенсации ошибок монтажа и т. Д.
Рис. 12. 54. Резинометаллическая опора для радиальной и осевой нагрузки.
Осевая сила вызывает в резине сжатие и сдвиг, а ради’альная — только сжатие.
Рис. 12.55. Резинометаллические втулки по рис. 12.54 в различном исполне-
нии фланцев. В случае необходимости втулки могут быть снабжены дополни-
тельными пластинами-ограничителями.
29*
900
Раздел 12. Резинометаллические соединения
Рис. 12:58
Рис. 12.56. Разновидность металлорезиновой втулки по рис. 12.54.
Рис. 12.57. Пример использования 'втулочного амортизатора для шарнира
подвески.
Рис. 12. 58. Резинометаллический сферический шарнир, состоящий из сфери-
ческих металлических деталей 1 с завулк анизо ванным между ними резиновым
слоем 2, толщина которого ограничивает угловое смещение. Шарнир допускает
большие радиальные нагрузки. На рис. а показан шарнир перед сборкой, на
рис. б — то же после запрессовки в направляющее гнездо до соприкосновения
металлических колец, вследствие чего резина получает предварительную затяж-
ку. 3 — тело головки шатуна.
Резинометаллические соединения
901
Рис. 12. 59. Резинометаллический шарнир с двойным конусом для подвески
заднего моста грузового автомобиля. Шарнир отличается большой жесткостью
в радиальном направлении, слабо деформируется в осевом, допускает большой
угол закрутки и малый угол перекоса.
Рис. 12.60. Пример использования втулочных амортизаторов в качестве
упругих шарниров при малых углах поворота коромысел для формовочной ма-
шины вибрационного действия.
902
Раздел 12. Резйнометаллйческие соединения
а) В)
Рис. 12.61
Рис. 12.61. Резинометаллическая втулка, армированная стальной пружино^
'(рис. а), и ее применение в качестве упругого шарнира (рис. б). Втулка имеет
малую жесткость в осевом направлении и большую в радиальном.
Рис. 12.62
Рис. 12.62. Крепление амортизаторов-втулок в узлах подвески автомобиля
М-20 «Победа». На рис. а показан узел передней подвески, ,на рис. б —крепле-
ние конца рессоры, на рис. в — крепление рессоры на сережке.
Рис. 12. 63. Резиновые амортизаторы-втулки с валиками в качестве внутрен-
них деталей арматуры. Втулки при малых смещениях выполняют роль упругих
шарниров, лишенных трущихся деталей. На рис. а ’изображено неподвижное сое-
динение валика с сопрягаемой деталью посредством штифта, на рис. б — то же,
но посредством клина.
Резинометаллические соединения
903
Рис. 12.64
Рис. 12. 64. Резинометаллический виброгаситель. В случае работы резиновых
элементов в основном на сжатие между полым квадратным сердечником 2, укре-
пленном на стойке 1, и квадратной обоймой 3 (рис. а) вставлены четыре предва-
рительно сжатые резиновые подушки 4, из которых две работают на сжатие и
две на сдвиг. В случае работы всех резиновых элементов на сдвиг квадратные
сердечники двух виброгасителей должны быть связ-аны жестким звеном 5
(рис. б). Наконец, в случае комбинированного нагружения резиновых элементов
сердечники следует крепить к фланцам 6 (рис. в), при этом обоймы соединяются
между собой шарнирно связанными звеньями 7.
904
Раздел 12. Резинометаллические соединения
6) Время
Рис. 12.65
Рис. 12.65. Цельнометаллический амортизатор для защиты оборудования,
работающего с ударами в тяжелых климатических условиях. Втулка 1 (рис. а)
опирается на пружину 3 и демпфер-подушку 2, выполненную в виде сетки из
нержавеющей стали. В корпусе 5 предусмотрены вспомогательные амортизиру-
ющие подушки 4 и 6, ограничивающие ход и смягчающие удары. На рис. б по-
казана конструктивная разновидность амортизатора, а на рис. в — графики, по-
казывающие сравнительные демпфирующие свойства цельнометаллического
амортизатора и резинового.
Резинометаллические соединения
905
Рис. 12.56
Рис. 12. 66. Конструкция 'опытного поглощающего аппарата для железнодо-
рожных вагонов с комплектом i(26 шт.) резинометаллических элементов 4, по-
мещенных между корпусом 3 и крышкой 1, рабочее движение которой направля-
ется винтом 2.
Рис. 12.67. Конструкция опытного резино-фрикционного поглощающего ап-
парата автосцепки, 'состоящего из комплекта фрикционных клиньев 1 и комплек-
та резинометаллических элементов 2. Наличие фрикционной части обеспечивает
высокое сопротивление толчкам при малом количестве резины. Предварительная
сила затяжки — 200 кГ. Максимальная сила сопротивления при полном сжатии
(70 мм) — 150 Т. На рис. а = 45°, 0 = 1110, у = 2°.
906
Раздел 12. Резинометаллические соединения
Рис. 12.68
Рис. 12.69
• Рис. 12. 68. Муфта с резиновыми элементами для передачи большой мощно-
сти (до 1000 л. с.), которая применима при ударных и резко меняющихся наг-
рузках, в запыленных условиях. Не боится влаги, масла, не требует смазки.
Рис. 12. 69. «Бесшумная» шестерня с резиновыми элементами между ступи-
цей и венцом, предназначенная для передачи ударных нагрузок в приводах, где
применение специальных упругих муфт не желательно.
Резино металлические соединения
907
Рис. 12.70
Рис. 12.70. Пять конструктивных разновидностей рези неметаллических муфт,
отличающихся высокими упругими свойствами при малых габаритах. Качество
муфты в большой мере определяется формой упругого элемента.
При номинальных моментах муфты допускают: относительный угол пово-
рота иолумуфт 6—8°, угловые перекосы валов до 3—5°, радиальные смещения
5 мм и более.
908
Раздел 12. Резинометаллические соединения
Рис. 12.71
Рис. 12. 71. Муфта с резинометаллическими элементами, предназначенная для
тяжелого режима ’работы при необходимости компенсации угловых и радиальных
смещений, а также уменьшения шума. Одна из полумуфт несет на боковых по-
верхностях шлицев привулканизированную резину. Муфта отличается простотой
и легкостью монтажа.
Рис. 12.72. Муфта с резиновыми элементами, допускающая относительный
поворот налов до 45°, угловые смещения — до 4°, радиальные — до1 6 мм, осе-
вые— до 8 мм. Муфта допускает разъем без демонтажа упругого элемента.
Рис. 12.73. Упругая резинометаллическая муфта со сферическими сегмен-
тами. При соединении внешних сферических металлических частей (ом. эскиз
справа) создается предварительный натяг резиновых элементов. При достаточ-
ной толщине резинового слоя допустимая сумма углов закрутки и перекоса
достигает ± 30°. Не требуется центрирование половинок муфты даже при боль-
ших скоростях.
Резинометаллические соединения
909
Рис. 12.74
Рис. 12. 74. Двойная упругая /муфта с большим числом резинометаллических
элементов, применяемая для судовых приводов. Резиновые элементы 'Привулка*
визированы к металлическим дискам и поэтому эластичность муфты значительно
выше эластичности пальцевых муфт.
Муфта хорошо отфильтровывает высокочастотные колебания, возникающие
при работе двигателей внутреннего сгорания и аналогичных им машин.
Рис. 12.75
Рис. 12. 75. Упругая муфта. К полумуфте 1 на эксцентриковых втулках 2
прикреплены пальцы 5 с упругими втулками 4. Эксцентриковые втулки 2 позво-
ляют регулировать предварительную деформацию упругих втулок 4. Стальные
втулки 5, в которых размещены упругие втулки 4, расположены в полукруглых
выемках полу муфты 6, кривизна которых больше радиуса втулок. При передаче
вращения под нагрузкой упругие втулки деформируются, вследствие чего сталь-
ные втулки перекатываются в выемках полумуфты 6, при этом плечо действия
силы изменяется, а упругая характеристика муфты приобретает нелинейный ха-
рактер. Последнее способствует гашению крутильных колебаний.
910
Раздел 12. Резинометаллические соединения
Рис. 12. 76. Универсальный резинометаллический шарнир фирмы Готцеверке
для соединения скрещивающихся валов, допускающий 'изменение угла скрещи-
вания, пар аллельное и осевое смещение при .высокой демпфирующей способности.
Шарнир представляет собой предварительно .напряженный посредством метал-
лического бандажа резиновый элемент (рис. а) с шестью завулканизировэнными
втулками, в отверстия которых вставляются по три пальца (через -один) от по-
водков ведущего и (ведомого валов.
Элементы шестиугольника при передаче момента Md могут через один догру-
жаться и частично или полностью разгружаться, отчего предварительно сжатые
элементы могут оказаться растянутыми (рис. б).
Резинометаллические соединения
911
Рис. 12.77
Рис. 12. 77. Связь между деформацией определенного вида и вызывающей
ее нагрузкой для шарнира по рис. 12. 76.
а — передача крутящего момента (Aid); б — осевое смещение (f) силой Pf9
в —угловое смещение (ав) действием изгибающего момента МБ; г — параллель-
ное смещение валов (у) действием силы Ру.
Шарнир имеет жесткую характеристику, угол закрутки колеблется в преде-
лах 8—>12°, осевой 1СД1В1ИГ — до 12 мм, угол скрещивания 6—112°. При последова-
тельном соединении нескольких шарниров можно ось вращения повернуть на
180°. Больших размеров шарниры допускают передачу момента до 600 кГ • м
при ударном воздействии.
Характеристики шарнира, приведенные на рис., даны для резины с твердо-
стью по Шору 50 -*• 70 единиц.
912
Раздел 12. Резинометаллические соединения
Рис. 12. 78. Приводная эластичная муфта-демпфер, 'образованная двумя ко-
нусами с привулканизированной к ним резиновой прокладкой. При сравнительно
малых габаритах муфта передает большой крутящий момент. При осевой силе
2000 кГ и моменте 1В0 кГ • м габариты муфты — 0 220 X М5 мм.
Рис. 12. 79. Металлорезиновые демпферы крутильных колебаний в виде тон-
костенного' фигурного диска, соединяемого с концом вала, подлежащего демпфи-
рованию, и массивного диска, связанного с резиновой прокладкой фигурного
очертания.
Демпфирующая способность устройства зависит от качества и сорта резины.
Рис. 12.80 Рис. 12.81
Рис. 12. 80. Конструкция колеса трамвая с резиновой амортизацией. Между
ступицей 2 и бандажом с диском 1 размещено восемь пар резиновых дисков-
амортизаторов 3. Износ гребня обода снижается, ход становится мягче, ослабля-
ются толчки на стыках, снижается шум.
Рис. 12. 81. Разновидности конструкций амортизированных колес трамвайных
вагонов.
Резинометаллические соединения
913
Рис. 12.82
Рис. 12.82. Конструкция колеса моторного вагона. На рис. а показана схе-
ма вентиляции, на рис. б — поперечный разрез: /—ступица; 2 — прижимной
диск, 3 — бандаж с диском, 4 — распорный болт, 5 — резинометалл1ический амор-
тизатор, 6 — кабель.
Раздел 13
МЕХАНИЗМЫ ПИТАНИЯ АВТОМАТОВ
Механизмы питания относятся к механизмам целевого назначения и по при-
нятой классификации разделены на две основные группы.
К первой группе отнесены механизмы, применяемые в автоматах, обраба-
тывающих полуфабрикат в виде штучных изделий, ко второй группе отнесены
механизмы, применяемые в автоматах, обрабатывающих сыпучие и жидкие тела.
Кроме того, механизмы первой группы делятся на:
1. Механизмы питания автоматов прутковым и полосовым материалом.
2. Механизмы дискового и роторного питания.
3. Механизмы ориентации заготовок.
4. Отсекатели.
5. Механизмы бункерного питания.
6. Механизмы магазинного питания.
7. Транспортирующие и вспомогательные устройства.
8. Устройства для контроля и сортировки изделий.
Механизмы второй группы подразделяются на:
1. Бункеры.
2. Питатели.
3. Объемные и весовые дозаторы сыпучих тел.
4. Объемные дозаторы жидких тел.
МЕХАНИЗМЫ ПИТАНИЯ АВТОМАТОВ ПРУТКОВЫМ
И ПОЛОСОВЫМ МАТЕРИАЛОМ
Рис. 13. 1. Механизмы подачи пруткового материала.
Рис. а — рычажный. Ползун 5, на котором установлены подпружиненный
зажим 5 и упор 4, перемещается возвратно-поступательно по направляющим 2.
При перемещении ползуна 3 направо, зажим 5 захватывает пруток 1 и переме-
щается вместе с ним, при перемещении ползуна налево — пруток 1 неподвижный.
Рис. б — шариковый. Подпружиненный зажим 3, установленный в патроне 29
имеет три радиальных отверстия со свободно установленными в них шариками.-
В период перемещения патрона 2 направо шарики заклиниваются и перемещают
пруток 1. При перемещении налево — пруток неподвижен.
Рис. в — роликовый. Пруток 1 перемещается вращающимися роликами 2 и
3. Опоры одного из роликов подпружинены.
Рис. 13. 2. Механизм подачи полосы 1 при работе штампа последователь-
ного действия. (В период перемещения штампа 3 вниз собачка 2 перемещает по-
лосу 1 на расстоянии t между пуансонами.
Механизмы питания автоматов прутковым и полосовым материалом 915
Рио. 13.2
916
Раздел 13. Механизмы питания автоматов
МЕХАНИЗМЫ ДИСКОВОГО И РОТОРНОГО ПИТАНИЯ
Рис. 13.3
Рис. 13. 3. Дисковый питатель. Заготовки 5, расположенные в нижней части
диска /, укладываются в канавки 2 тто внутренней части обода. В положении
выше горизонтальной оси заготовки поддерживаются щитком 4 с желобом для
приема заготовок.
/
Рис. 13.4
Рис. 13.5
Рис. 13.4. Питатель из нескольких роторов. Заготовки 1 транспортируются
по сложному пути с последовательной передачей ют ротора 2 к ротору 3. На
каждом роторе может осуществляться технологическая операция.
Рис. 13.5. Схема механизма роторного питателя при обработке изделий
различной номенклатуры. В пункте 1 осуществляется загрузка изделий, в пунк-
те 3 — выгрузка, 4 — транспортирующие роторы, 2 — рабочие роторы.
Механизмы ориентации заготовок
917
МЕХАНИЗМЫ ОРИЕНТАЦИИ ЗАГОТОВОК
Рис. 13.6 Рис. 13.7
Рис. 13. 8. Механизм подачи и перевертывания колпачков перед штамповкой.
За каждый ход рабочего ползуна пресса из трубы 8 бункера (рис. а) колпачки
подаются донышками вниз и западают в радиальные пазы диска 1, поворачи-
вающегося на 7б оборота посредством тяги 3, рычага 2, собачки 6 и шестизу-
бого храпового колеса 5. Храповое колесо овободно сидит на валу и передает
вращение диску 1 через фрикцион (не показан).
Рис. 13.6. Устройство для контроля правильности положения колпачков 1,
транспортируемых по горизонтальной трубе.
Рис. 13. 7. Устройство для контроля правильности положения заготовок 2,
имеющих форму колпачка и транспортируемых по трубе 1. На рис. а и б показа-
но положение колпачков, идущих донышком 'вниз .(рис. а) и вверх (рис. б).
918
Раздел 13. Механизмы питания автоматов
В револьверный диск 4 колпачки попадают донышком вверх. Щиток 7 защи-
щает колпачки от выпадания.
На рис. б показано устройство для загрузки и 'Ориентации колпачков. Кол-
пачки из бункера через трубу 4 поступают в 12-позиционный кольцевой пита-
тель 5, совершающий посредством храпового механизма 1, 6, 7, 8 прерывистое
вращение, и здесь удерживаются от падения под действием силы тяжести пло-
ской пружиной, поджимающей колпачки к боковой стенке гнезда (пружина на
рис. не показана).
Колпачки ориентированные, как положено, донышком вверх, сталкиваются
плунжером 3 в отверстие неподвижного цилиндра 2, вмещающего шесть заго-
товок, и далее в гнездо револьверного диска 9. Если колпачки ориентированы
донышком вниз, то плунжер 3 не касается донышка колпачка и последний вме-
сте с кольцом 5, сделав пол-оборота, попадает при проталкивании потока колпач-
ков в диск 9 донышком вверх.
Кольцо 5 питателя и храповое колесо 8 связаны фрикционной муфтой.
Рис. 13.9
Рис. 13. 9. Механизм ориентации деталей. В корпусе 3 размещен неподвиж-
ный диск 11 с кольцевой канавкой 2 и эпизодически поворачивающийся от хра-
пового колеса 8 диск 4. В диске И имеется упор 6 и подпружиненный пружиной
10 штифт Р, отстоящий от упора 6 на один угловой ход диска. Если деталь 5
поступает из бункера правильно (тонким концом вперед), то вначале она коснет-
ся упора 6, затем тонким концом опустится в кольцевой паз 2 и в следующей
позиции при повороте диска 4 на 60°, не касаясь штифта 9, проскочит через диа-
метральный паз 7 в трубу /, подведенную к станку. Если деталь попала в паз
диска 4 неправильно, то она удерживается подпружиненным штифтом 9 и не
попадает в диаметральный паз 7 сверху. После поворота диска 4 на 180° деталь
свободно проходит в трубу.
Механизмы ориентации заготовок
919
Рис. 13.12
Рис. 13. 10. Механизм загрузки и ориентации плоских деталей крючкообраз-
ной формы. Если деталь 2 попадет из бункера в наклонно расположенный вра-
щающийся диск 3 неправильно (крючком в сторону большего диаметра), то вы-
ступ 1 крышки 4 предотвратит попадание де-
тали сверху в диаметральный паз выступаю-
щей цилиндрической части крышки и далее в
лоток. После поворота диска 3 на 180° от кон-
трольной позиции задержанная деталь сво-
бодно проходит в лоток.
Рис. 13.11. Механизм загрузки и ориента-
ции деталей типа крышек или колпачков. Де-
тали 2 поступают из бункера в пазы вращаю-
щегося составного диска, оснащенные высту-
пами 1. Если деталь попала в паз донышком
вправо (как это требуется), то сразу же по
диаметральному пазу 4 попадает к машине,
если же донышком влево, то деталь 2 вместе с
диском 3 провернется относительно контроль-
ной позиции на 180° и в нижней позиции по-
падет в лоток ориентированная донышком
вправо.
Рис. 13.12. Механизм ориентации посред-
ством магнита. В корпус механизма встроен
магнит 1. Неправильно ориентированная де-
таль 2 (острием вниз) удерживается магни-
том и поэтому мюжет попасть в лоток машины
вращающегося диска 3. Правильно ориентированная деталь (острием вверх) не
удерживается магнитом и проскакивает сверху по диаметральному пазу 4. Вра-
щающийся диск 3 и деталь с пазом 4 изготовлены из немагнитного материала.
только в нижнем положении
920
Раздел 13. Механизмы питания автоматов
Рис. 13.13
Рис. 13. 13. Механизм загрузки и ориентации загото1во.к штамповочного прес-
са. Ползун 15, соединенный головкой 14 с шатуном, совершает поступательное
движение и может останавливаться в фиксированной .точке. На ползуне укрепле-
ны: стакан 10 с текстолитовой втулкой 11, внутри которой перемещается под-
пружиненный плунжер 9 и стакан 6 со скалкой 43 снабженной /выемкой, в кото-
рую входит защелка 3; последняя относительно ползуна 15 может поворачи-
ваться. При ходе ползуна вправо неподвижный упор 7 останавливает скалку 4 и
при соприкосновении торца стакана 6 с утолщенной частью скалки 4 ползун
остановится. Если теперь заготовка 8 попадет из лотка в пространство между
скалкой 4 и стаканом 10 вогнутой стороной влево, то при движении ползуна
влево подпружиненные штифты 5 прижмут ее к плунжеру 9, вследствие чего
замыкается цепь электромагнита 1 и уступ А его якоря 2 отойдет с пути защел-
ки 3. Далее, перемещаясь с ползуном 15, защелка 3 встретится с упором В и,
поворачиваясь относительно оси, отожмет скалку 4 влево, при этом заготовка
падает в канал 12 и далее в лоток 16, как это требуется, вогнутой стороной
вверх. Как только заготовка проскочит, электромагнит обесточится и при воз-
вращении ползуна в исходное положение защелка 3 отпустит якорь 2.
Если заготовка вышла из лотка вогнутой стороной вправо, то плунжер 9
не коснется заготовки, цепь электромагнита не замкнется и защелка 3, встре-
чаясь с упором Л, освободит ее над каналом 13, откуда заготовка падает на ло-
ток 16 вогнутой стороной вверх. Таким образом все заготовки будут ориенти-
рованы вогнутой стороной вверх.
Механизмы ориентации заготовок
921
Рис. 13.14. Механизм параллельного переноса и ориентации заготовок. Го-
ловка 7 механизма переноса, несущая в подпружиненных захватах 1 и 3 заго-
товку 4, с по(мощью шатуна 16 поворачивается и переносит ее от оси шпин-
деля 2 на ось шпинделя 5. Изменение ориентации заготовки во время движения
головки осуществляется посредством неподвижного конического зубчатого сег-
мента 5, находящегося в зацеплении с зубчатым колесом 10, и установленных
неподвижно на ступице колеса 10 U-образной формы фланца 11, а на валу 9—
рычага 13’, последние соединены между собой пружинами 14. Регулируемые
ограничители 15 и 12 останавливают головку 7 и вал 9, а следовательно, и за-
готовку 4 в требуемом положении.
После обточки фаски на заготовке в шпинделе 2 толкатель 6 выталкивает
ее в захваты 1 и 3 и головка 7 начинает поворот, за время которого вал 9 по-
вернется на 180°. В конце поворота головки другой толкатель заталкивает заго-
товку в захваты шпинделя 5, где производится обработка заготовки с другой
стороны.
Механизм обслуживает станок для обработки штампованных колпачков.
922
Раздел 13. Механизмы, питания автоматов
Рис. 13.15
Рис. 13.15. Механизм ориентации заготовок, имеющих форму скоб и роли-
ков. Принудительная ориентация заготовок в виде скоб осуществляется в вер-
тикально расположенном лотке (рис. а). Два толкателя 1 и 2 перемещаются
поочередно в горизонтальном направлении. При неправильном положении заго-
товки 3 (показано пунктиром) толкатель 1 встречает на своем пути стенку скобы
и поворачивает ее в положение, соответствующее заданному.
На рис. б показан механизм ориентации и сортировки заготовок, имеющих
форму конических роликов. Заготовка 1 поступает между двумя вращающимися
в разных направлениях валиками 3 и 2, занимая при этом положение с распо-
ложением вершины конуса вниз. Валики в части, расположенной над лотком,
имеют выточки, между которыми ролик проваливается и попадает в лоток.
Заготовки с размером меньше необходимого выпадают выше расположения
выточек и с большим размером — ниже выточек.
Рис. 13.16
Рис. 13.16. Механизм ориентации конических заготовок. На площадке 3
механизма имеется паз с порогом 4\ ширина паза соответствует меньшему диа-
метру заготовки 1.
Поступившая из бункера заготовка с расположением вершины конуса вниз
попадает в паз и сбрасывается толкателем 2 в трубку 5 с поворотом на 180°.
Заготовка, поступившая на площадку 3 с расположением вершины конуса
вверх, в паз не попадает и сбрасывается толкателем в том же положении.
Отсекатели
923'
Рис. 13.17
Рис. 13.17. Изменение ориентации деталей при транспортировке их в лотках.
На рис. а показано устройство для транспортировки деталей 1 ступенчатой фор-
мы в лотке 2. На рис. о — то же для деталей 1, имеющих форму гладких колец.
ОТСЕКАТЕЛИ
Рис. 13.18. Отсекатель с возвратно-поступательным движением. Питатель 3,
совершая возвратно-поступательное движение в направляющей 2, подает за один
двойной ход одну заготовку 1 в канал.
Рис. 13.19. Отсекатель с возвратно-поступательным движением. Количество
заготовок 1, поступающих из магазина 2 в питатель 3 с последующей подачей их
к станку посредством толкателя, регулируется числом ходов питателя. Верхняя
площадка питателя перекрывает канал магазина.
Рис. 13.20. Отсекатель с колебательным движением питателя. В крайнем пра-
вом положении питателя 3 заготовка 1 падает из магазина 2 в приемную часть
и удерживается рычагом 4 под действием пружины. В левом крайнем положении
питателя заготовка выталкивается и подается к месту обработки.
924
Раздел 13. Механизмы, питания автоматов
Рис. 13.21. Отсекатель с колебательным движением питателя. В рассматри-
ваемом механизме толкатель работает непрерывно, а заготовки должны пода-
ваться к станку партиями по 4 штуки с паузами между партиями. В положении,
показанном на рис., четыре заготовки 1 последовательно выталкиваются через
отверстие в «нижней части питателя 3. При повороте питателя по часовой стрелке
на 45° находящиеся в магазине 2 заготовки заполняют его очередной партией.
Рис. 13.22. Отсекатель с вращающимся диском. По окружности вращающе-
гося диска 1 изготовлены профильные канавки, в которые западают заготовки 2
из магазина. Упор 3 выталкивает заклинившиеся заготовки.
Рис. 13.23. Отсекатель с вращающимся диском. Заготовки 1 из магазина по-
даются в лоток 3 посредством вращающегося диска 2 и выталкиваются.
Рис. 13.24. Отсекатель с двумя вращающимися звездочками. Диски 1 и 2
поочередно подают разные заготовки 3 и 4 в один канал из двух магазинов.
Рис. 13.25. Отсекатель с возвратно-поступательным движением. Лоток 2 с за-
готовками 1 расположен под углом а к горизонту. Отсекатель 3 за один двои-
Отсекатели
925
ной ход освобождает одну заготовку, которая под действием собственного веса
перекатывается к месту обработки.
Рис. 13.26. Отсекатель с колебательным движением. Принцип действия ме-
ханизма такой же, как и по рис. 13.25. Шарнир отсекателя 1 расположен за пре-
делами сечения лотка.
Рис. 13.27
Рис. 13.27. Отсекатель для крупных заготовок, транспортируемых по гори-
зонтальному лотку. Трение между заготовками 2 и горизонтальными направляю-
щими преодолевается грузом 1. Отсекатель 3 выталкивает заготовку при пере-
мещении вниз.
7
Рис. 13.28
Рис. 13.28. Отсекатель для заготовок, имеющих форму колпачка. Заготовки /,
расположенные в вертикальной направляющей 2, подаются к месту обработки
отсекателем 3 при перемещении его справа налево.
926
Раздел 13. Механизмы питания автоматов
МЕХАНИЗМЫ БУНКЕРНОГО ПИТАНИЯ
Рис. 13.29. Бункерный магазин с дисковым питателем. На вращающийся
диск 1 питателя (рис. а) укладываются заготовки 2, которые при своем нижнем
положении по одной сбрасываются в лоток и подаются к станку через отверстие
в бункере толкателем.
На рис. б показан бункерный магазин с дисковым питателем, в котором иск-
лючено образование сводов. Бункер имеет большое выходное отверстиеч пере-
крываемое питателем 1. При вращении питателя заготовки 2 приходят в движе-
ние и - препятствуют образованию свода.
Рис. 13.30. Питатель из гибкой ленты с штырьковыми захватами. Ремень 1 с
прикрепленными к нему штырями 2 получает движение от шкива 3. В нижней ча-
сти бункера, в котором расположен второй шкив, штыри 2 захватывают заготов-
ки 4 и передают их на лоток 5 через приемник.
Рис. 13.31
Рис. 13.31. Тангенциально-крючковое загрузочное устройство с ориентацией
заготовок.
Вращающиеся крючки 4 захватывают заготовку 2 и подают ее в направляю-
щую трубку-лоток 5. Заслонкой 3 регулируется количество заготовок, подавае-
мых из бункера 1.
Механизмы бункерного питания
927
Рис. 13.32
Рис. 13.32. Питатель с качающимся рычагом. В наклонном днище неподвиж-
ного бункера 1 имеется щель, в которой покачивается рычаг 2 относительно
оси 3. Рычаг 2' изготовлен из двух параллельно расположенных пластинок с за-
зором, равным меньшему диаметру заготовки 4.
Рис. 13.33. Питатель с качающимся бункером. Качающийся бункер 1 перека-
тывает находящиеся в нем заготовки 2, вследствие чего создается возможность
попадания стержня заготовки в щель днища. В верхнем положении бункера за-
готовки, направляемые щелью, перемещаются по наклонной плоскости вниз и по-
даются в приемник.
Рис. 13.34. Питатель с вращающимся столом. Конец качающегося рычага /,
изготовленный из двух параллельно расположенных пластинок, в нижнем своем
положении касается днища вращающегося стола <3, наполненного заготовками 2
Некоторые из заготовок, встречающиеся с рычагом, заходят тонким концом в
пространство между пластинками и удерживаются головкой. В верхнем положе-
нии рычага 1 заготовки перемещаются под действием собственного веса к при-
емнику.
Рис. 13.34
928
Раздел 13. Механизмы питания автоматов
Рис. 13.35. Питатель для заготовок призматической шестигранной формы. Ко-
лебательным движением рычага 1 достигается перемещение шестигранных заго-
товок 2, которые, получая соответствующее положение, укладываются в направ-
ляющих питателя.
Рис. 13.36. Питатель с вращающимся диском. Бункер 1 с вращающимся дис-
ком 2 расположен под некоторым углом к вертикали. По периметру днища бун-
кера имеется паз, в котором заготовки 3 свободно перемещаются собачкой 4 в
том случае, когда они занимают положение, показанное на рис. В верхней части
питателя заготовки направляются в приемник.
Механизмы бункерного питания
929
Рис. 13.37
Рис. 13.37. Питатель для дисков и шайб. В корпусе буйкера 2 с наклонно
расположенным днищем вращается тарельчатый диск 3 с перегородками 4 и гнез-
дами 5 (разрез А—Л). Наклонное положение диска 3 позволяет транспортируе-
мым шайбам 6 устанавливаться в гнезда на ребро. При вращении диска шайбы
перемещаются вверх, где они выкатываются по наклонной плоскости в прием-
ник 1, а затем по лотку — в питатель
Рис. 13.38 Рис. 13 39
Рис. 13.38. Питатель для цилиндрических заготовок. Бункер 1 вращается со
скоростью, при которой заготовки 4 удаляются от центра и прижимаются к бо-
ковой поверхности бункера центробежной силой. Рычаг 5, прикрепленный к бун-
керу, встречаясь с неподвижным кулачком 2, отбрасывает заготовки к центру и
часть из них попадает в отверстие вертикально расположенного приемника.
Рис. 13.39 Питатель для заготовок, имеющих форму колпачка. Стержень 1
совершает возвратно-поступательное движение. Заготовки 2; подхватываемые
стержнем 1 донышком вверх, поступают в трубку приемника с пружинным зам-
ком 3.
30 С. Н. Кожевников и др,
930
Раздел 13. Механизмы, питания автоматов
5
Рис. 13.40
Рис. 13.40. Механизм захвата и ориентации заготовок сложной формы.
В бункер 1 барабанного типа, приводимый от ременной передачи, через воронку?
подаются заготовки 5 П-образной формы. При вращении барабана с внутренними
ребрами заготовки попадают на наклонный нож 4, связанный (справа) с вибра-
тором 3.
Рис. 13.41
Рис. 13.42
Вид 77
Рис. 13.41. Питатель с качающимися рычагами. Рычаги 1 и 2 качаются син-
хронно и подают короткие цилиндрические заготовки к толкателю 3 в ориентиро-
ванном положении.
Рис. 13.42. Загрузочное устройство для резьбонарезного станка. Гайки загру-
жаются в бункер /, в котором посредством шибера 2, совершающего возвратно-
поступательное движение, направляются в желоб 4. Из желоба гайки подаются к
метчику толкателем 3.
Механизмы бункерного питания
931
Рис. 13.43. Питатель для круглых тонких заготовок. Ползун 4, приводимый
от кривошипно-шатунного механизма, движется в пазу, имеющем сверху скос,
куда западают заготовки 5 из бункера 3. При опускании ползуна заготовки по-
падают на наклонный лоток 1. Равномерную подачу заготовок регулирует вра-
щающееся колесо 2 с пружинящими лопатками.
Рис. 13.44 Питатель периодического действия. Вращающийся диск 2
(рис. а) имеет двенадцать радиальных пазов. Размеры паз!а соответствуют . раз-
мерам плоских заготовок 6. Диск 2 вращается с остановками посредством 12-па-
932
Раздел 13. Механизмы питания автоматов
зовопо мальтийского креста 5 с кривошипом 3. Во время остановки паз диска 2
совпадает с выступом на торцовой части неподвижного вала 4 и лотком 1.
Для улучшения условий соскальзывания заготовок диск 2 делается кониче-
ским (рис. б).
Рис. 13.45
Рис. 13.45. Бункер с возвратно-поступательно движущимися отсекателями.
Отсекатели 6 и 7 (рис. а) для плоской заготовки 8 приводятся в движение по-
средством рычагов 4 и 5 кулачкового механизма с валом 2 и эксцентриками 1 и 3.
Эксцентрики смещены по фазе на угол 180°. Для увеличения производительно-
сти в верхней части вкладышей (рис. б) делают углубления, соответствующие
размерам заготовки.
Рис. 13.46
Рис. 13.46. Бункер с качающимся сектором. Подача заготовок 4 из бункера 1
на лоток 3 осуществляется качающимся сектором 2. Заготовки западают в паз
сектора в нижнем его положении и частично при подъеме вверх. В момент, ког-
да дно паза сектора совпадает с дном лотка 5, заготовки перемещаются вниз.
Механизмы бункерного питания
933
Рис. 13.47
Рис. 13.47. Бункер с вращающимися лопастями. Плоские заготовки в виде
дисков, шайб, гаек и др. из щели корпуса 1 бункера подаются в загрузочный
лоток 5 вращающимися на валу 3 лопастями 2. Собачка 4, предохраняет выпада-
ние заготовки из верхней части лотка 5 при незагруженной его нижней левой
части. Пружина 6 фиксирует собачку.
7
2
Рис. 13.48. Бункер для подачи и транспортировки круглых заготовок к сорти-
ровочному механизму. Заготовки 2, которые загружаются в чашу 1 бункера с
вращающимся конусным дном 4, попадают в кольцевой паз 3 и силой трения
транспортируются к механизму сортировки.
934
Раздел 13. Механизмы питания автоматов
Рис. 13.49
Рис. 13.49. Бункер карманного типа. Ребра 2, прикрепленные к наклонно рас-
положенному диску 3, образуют карманы 5. При вращении диска 3 в направле-
нии стрелки заготовки 7, загруженные в кожух 1 бункера, западают в карма-
ны 5 и через отверстия в щитке 4 выпадают в лоток 6. На рис. б показана форма
карманов для звеньев цепи.
Рис. 13.50
Рис. 13.51
Рис. 13.50. Загрузочное устройство для подачи длинных стержней. Из бунке-
ра /, снабженного вибратором 2, стержни 3 поступают в пазы цилиндра 4 ре-
вольверного станка. Цилиндр 4 поворачивается периодически. В положении А
стержень удерживается зажимами (на рис. не показаны) и в нем сверлится от-
верстие, в положении В стержень из паза выпадает в контейнер.
Риат 13.51. Питатель для подачи цилиндрических заготовок. В неподвижном
бункере 4 с заготовками движется ползун 3 (с приводом, обеспечивающим паузы
в крайних положениях), несущий две различной высоты стальные пластины 2,
образующие полку. В верхнем положении ползуна заготовки 5 скатываются в
трубу 1.
Механизмы магазинного питания
935
МЕХАНИЗМЫ МАГАЗИННОГО ПИТАНИЯ
Рис. 13.52. Трубчатый магазин для подачи круглых или близких к ним по
форме деталей, транспортируемых в направлении оси их вращения. Рис. а — ма-
газин витой. Рис. б — магазин жесткий со щелью для наблюдений.
Рис. 13.53. Схема линейного магазина с вертикальными элеваторами для хра-
нения заготовок. По приемному лотку 1 заготовки поступают на несущие уст-
ройства 2 элеватора и передаются на следующие элеваторы через отверстие в
кожухе 3. Конечный элеватор передает заготовки на лоток 4 выдачи. Элевато-
ры работают синхронно от одного привода с цепной передачей 5.
Рис. 13.54. Шахтный магазин. Заготовки 2 по приемному лотку 1 поступают
на несущие устройства элеватора и передаются на наклонные плоскости 3 нако-
пителя. Отсекатель 4 выдает заготовки на транспортер 5.
936
Раздел 13. Механизмы питания автоматов
Рис. 13.55
Рис. 13.55. Схема фрикционного питателя для тонких плоских заготовок. Вра-
щающийся диск /, изготовленный из войлока или резины и установленный на
валу эксцентрично, силой трения выталкивает верхнюю деталь 5 из стопки, соб-
ранной в накопителе 3. Пружина 4 удерживает стопку в соприкосновении с верх-
ним упором. Заслонкой 2 регулируется высота щели для выхода заготовки. Пи-
татель применяется для полуавтоматов.
ТРАНСПОРТИРУЮЩИЕ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
Рис. 13.56. Автоматическая перегрузка деталей с конвейера на ленточный или
пластинчатый транспортер. Детали 3, подвешенные на крючках 4 конвейера Д
автоматически перегружаются на ленточный транспортер 2. Скорость ленточного*
транспортера U2 должна быть больше скорости конвейера U2 на 30-4-40%.
Транспортирующие и вспомогательные устройства
937
Рис. 13.57
Рис. 13.57. Транспотер с захватами для транспортировки изделий на станоч-
ной линии Иночкина. Захваты 2 шарнирно соединены с цепью 1 транспортера.
На груженой ветви захваты устанавливаются перпендикулярно цепи и поддер-
живают транспортируемые изделия 3, на негруженой ветви захваты устанавлива-
ются параллельно цепи.
Рис. 13.58
Рис. 13.58. Устройство для транспортировки круглых заготовок, состоящее ю
двух вращающихся валков: цилиндрического 2 и конического 1. Верхние образу-
ющие валков расположены параллельно в горизонтальной плоскости. Перемеще-
ние заготовок 3 осуществляется за счет составляющей силы трения, возникаю-
щей вследствие разности окружных скоростей.
938
Раздел 13. Механизмы питания автоматов
Рис. 13.59. Схема шагового транспортера для транспортировки круглых за*
готовок.
Заготовки 1 транспортируются по лотку 2 посредством штанги 5 с подпружи-
ненными собачками 6. Штанга 5 получает возвратно-поступательное движение от
гидравлического цилиндра 7. В местах разгрузки установлены питатели 4 с общим
приводом, который состоит из цилиндра 3 и зубчато-реечных передач.
Рис. 13.60. Транспортировка зубчатых колес в наклонно расположенных
лотках.
Транспортирующие и вспомогательные устройства
939
Узкие зубчатые колеса 1 (рис. а) транспортируются с расположением их
крест-накрест.
Широкие зубчатые колеса 3 (рис. б) транспортируются без контакта между
собой в лотке с неуравновешенными кулачками 1, которые могут поворачиваться
относительно оси 2.
Положение кулачка 1 при наличии на нем зубчатого колеса препятствует пере-
мещению последующего.
Рис. 13.61
Рис. 13.61. Механизм для комплектной раскладки колец подшипников.
По лотку 1 поступают наружные кольца, по лотку 4 — внутренние. Последо-
вательная подача колец осуществляется отсекателями 2 и 3. При подъеме заслон-
ки 5 укомплектованные кольца поступают на под печи.
Рис. 13.62
Рис. 13.62. Захватный механизм магнитного типа. Захват заготовок из бунке-
ра 1 производится с помощью постоянных магнитов 3, смонтированных на конвей-
940
Раздел 13. Механизмы питания автоматов
ерной ленте. Притянутые к ленте в местах закрепления магнитов заготовки 5
корректируются сбрасывателем 4 и оставшиеся отводятся лотком 2, сделанным
из немагнитного материала и расположенного в верхней части устройства.
Рис. 13.63
Pile. 13.63. Электромагнитный ролик. Применяется для транспортировки труб 1
с нижней стороны ролика 2 в непрерывных станах печной сварки труб, для изв-
лечения труб из ванн электролитического покрытия и др.
Рис. 13.64. Качающийся перекидчик. Прерывистая передача заготовок 1 с
транспортера в загрузочные позиции станка осуществляется качающимся сто-
лом 2, приводимым в движение посредством пневматического привода.
Рис. 13.65
Рис. 13.65. Устройство для удаления предохранителей из гнезд револьверно-
го диска. Связанный с ползуном пресса кронштейн 4 сообщает относительно ко-
лонны 3 движение втулке /, имеющей винтовой паз. В результате воздействия не-
подвижно укрепленного на колонне пальца 2 втулка 1 при осевом смещении пово-
рачивается. К втулке прикреплен кронштейн 5 с шарнирно укрепленными и под-
пружиненными захватами 7.
Устройства для контроля и сортировки изделий
941
При опускании ползуна возле нижнего крайнего положения захваты сжима-
ют предохранитель 9, в начале подъема ползуна извлекают его из гнезда, затем
рычаг поворачивается и при встрече захватов с неподвижным упором 6 предохра-
нитель освобождается и опускается в лоток. Центрирование захватов относитель-
но предохранителя осуществляется штифтами 8.
УСТРОЙСТВА ДЛЯ КОНТРОЛЯ И СОРТИРОВКИ ИЗДЕЛИЙ
Рис. 13.66
Рис. 13.66. Варащающиеся барабаны для сортировки трубок. Два барабана
4 и 5, расположенных под некоторым углом а к горизонту, вращаются с одина-
ковой скоростью и служат для сортировки длинных и коротких трубок. На рис.:
1— длинные трубки; 2— короткие трубки; 3— отверстия во внутреннем бара-
бане; 6 — шнек для более быстрого перемещения длинных трубок к лотку.
Рис. 13.67. Схема транспортирующего устройства при автоматическом кон-
троле размеров изделия. В случае несоответствия размеров изделия /, опреде-
ляемых прибором, который на схеме не показан, вилка 2 устанавливается спра-
ва от траектории падения изделия и бракованное изделие падает в лоток. Год-
ные изделия захватываются вилкой 2, которая в этом случае устанавливается
слева, передаются на диск 3 и далее во второй лоток.
Рис. 13.68
Рис. 13.68. Транспортирующее измерительное устройство с движением изде-
лия по ломаной линии. Толкатели 4, совершая возвратно-поступательное движе-
ние, поднимают изделие 1 до уровня наклонной плоскости 2 следующей измери-
тельной позиции; изделие или проходит между измерительными губками 3 и па-
942
Раздел 13. Механизмы, питания автоматов
дает в лоток через канал 5, или транспортируется на следующие позиции. Рас-
стояние между измерительными губками (при настройке) последовательно уве-
личивается.
Рис. 13.69. Устройство для транспортировки и сортировки шариков по раз-
мерам. По двум линейкам 1 и 2, расположенным наклонно и под некоторым уг-
лом друг к другу, катятся шарики 3, проваливаясь между линейками в соответ-
ствующий лоток.
Рис. 13.70. Автоматический прибор для сортировки и подачи подшипниковых
шариков на конвейер. Шарики, поступающие из бункера 1 на конвейер и имею-
щие размеры больше заданного, задевают за конец заслонки 2, открывают под-
пружиненный люк 3 и падают в ящик 4 для бракованных изделий.
Рис. 13.71
Рис. 13.71. Устройство для сортировки изделий по высоте. Установленные па
звездочку 1 изделия 2 сбрасываются упорами 3, 4 и 5, расстояние между кото-
рыми и плоскостью звездочки постепенно уменьшается.
Устройства для контроля и сортировки изделий
943
Рис. 13.72
Рис. 13.72. Транспортирующее устройство с калибром для сортировки игл по
длине. Иглы 1 подаются из бункера в канавки транспортирующего диска 4, ко-
торый вращается между двумя коническими дисками 2 калибра. В зависимости
от длины иглы заклиниваются между дисками на различных расстояниях от оси
вращения калибра, поэтому каждый ручеек отсека 3 заполняется иглами опре-
деленного размера.
Рис. 13.73
Рис. 13.73. Транспортирующее устройство при автоматическом контроле раз-
меров изделий. Транспортировка контролируемых изделий от позиции I к пози-
ции II и т. д. (рис. а) осуществляется захватами /, которые, совершая колеба-
тельное движение относительно оси вала 2, захватывают изделие по торцам с
двух сторон. Рейка 3 в зацеплении с зубчатым колесом 4 (рис. а и б), которое
присоединено к валу 2, совершает возвратно-поступательное движение.
Вращению захватов 1 (рнс. б) по часовой стрелке препятствуют пружины 5,
поэтому при вращении колеса 4 в том же направлении вначале происходит сбли-
жение захватов по левой и правой резьбе на валу 2 до тех пор, пока изделие
не будет зажато с достаточной силой, а затем — поворот с изделием 7.
При повороте против часовой стрелки захваты 1 задерживаются защелками
б, которые находятся в зацеплении с кулачками 8. После поворота колеса 4 на
некоторый угол захваты расходятся, освобождают изделие и, отключаясь от за-
щелок 6, возвращаются в исходное положение.
944
Раздел 13. Механизмы питания автоматов
Питатели
Рис. 13.74
Рис. 13.74. Питатель с приспособлением для удаления металлических вклю-
чений. Сыпучий материал 2 из бункера 1 поступает на стол 3 и транспортируется
цепью 4 в направлении стрелки А. У края стола расположен электромагнит 9,
который при прохождении через его магнитное поле металлических включений
влияет на работу электронного устройства, управляющего электромагнитом 8.
Электромагнит 8 на короткий промежуток времени открывает заслонку 6 стола 5
и металлические детали с небольшим количеством материала попадают в ящик 7.
Рис. 13.75
Рис. 13.75. Питатель с автоматической регулировкой производительности.
Питатель смонтирован на раме 1, которая выполняет роль весового коромысла,
качающегося относительно шарнира 7. Материал, расположенный на ленте 6,
уравновешивается контргрузом 2. Рычаг заслонки 5 шарнирно соединен с непод-
вижно установленным бункером 4 и кинематически связан с рамой питателя по-
средством шатуна 3. В случае, когда на ленту подается материал в количестве,
большем необходимого, рама 1 поворачивается по часовой стрелке, при этом за-
слонка 5 уменьшает выходное отверстие бункера и наоборот. Положение контр-
груза 2 на раме определяет производительность питателя.
Устройства для контроля и сортировки изделий
945
Рис. 13.76
Рис. 13.76. Электромагнитный вибрационный .питатель для сыпучего мате-
риала. В отверстиях тяжелой металлической плиты 6 установлены пакеты пла-
стинчатых пружин 2, соединенных с лотком 1 посредством щек 5. Якорь 3 элек-
тромагнита прикреплен к лотку, а катушка 4 электромагнита — к плите 6. Когда
электромагнит находится под током, якорь 3 с лотком 1 перемещается под не-
которым углом вправо, сжимая пружины 2; при этом транспортируемый материал
за этим движением не следует. В момент обесточивания электромагнита лоток 1
под действием пружин 2 возвращается в исходное положение, транспортируя ма-
териал в направлении стрелки Б.
Рис. 13.77. Пневмовибропитатель для плохосыпучих порошковых материалов.
Бункер 1 с лотком 2 закреплены на раме 6 посредством двух плоских рессор 4
Пневматический вибратор 5 возбуждает вибрационное движение бункера.
946
Раздел 13. Механизмы питания автоматов
К вибратору (см. рис. 11.10) сжатый воздух подводится через штуцер 8. Опорами
для рамы 6 служат амортизаторы 7. Производительность питателя регулируется
размером выходного отверстия 3, частотой и амплитудой вибрации бункера.
Рис. 13.78
Рис. 13.78. Лотковый пневматический вибропитатель для сыпучих материа-
лов смонтирован на литой раме 2, которая установлена на четырех амортизато-
рах 1. Плита 6 с вибратором 4 прикреплена к раме 2 двумя рессорами 3. Мате-
риал транспортируется по лотку 7, вдоль которого может перемещаться и фик-
сироваться приемный лоток 6. Конструкцию вибратора см. на рис. 11.10.
Рис. 13.79
Рис. 13.79. Дисковый питатель для сыпучих материалов. Производитель-
ность питателя зависит от числа оборотов стола, положения манжеты /, которая
устанавливается на заданной высоте вращением винта 2 и положения скребка 4.
Устройства для контроля и сортировки изделий
947
Дозаторы
Рис. 13.80
Рис. 13.80. Схема дозатора для прессования сыпучих материалов. Поворачи-
вающийся относительно оси бункера 1 рукав 5 устанавливается при подаче ма-
териала над отверстием матрицы 3, а затем отводится в сторону. 2— пуансон,
4 — выталкиватель, положение которого определяет дозу.
Рис. 13 81
Рис. 13.81. Дозатор для сыпучих материалов. Дозируюшая коробка, получа-
ющая возвратно-поступательное движение от пневматического привода 1, состоит
из двух частей 4 и 2. Перемещением части 2 относительно 4 посредством враще-
ния зубчатого колеса 5, зацепляющегося с рейкой, регулируется объем дозы, при-
нимаемой из бункера 3.
948
Раздел 13. Механизмы питания автоматов
Pirc. 13.82
Рис. 13.82. Бункерный дозатор. Затворы двух бункеров 1 и 2, расположенных
один над другим, приводятся в действие пневматическими цилиндрами 4 и 3, ра-
бота которых сблокирована так, что при одном открытом затворе второй закрыт.
Рис. 13.83
Рис. 13.83. Вращающийся погрузочно-распределительный барабан. Сыпучий
материал подается из бункера в барабан 2 через лоток 1 и дозами засыпается
в ковши 3 цепного конвейера. '
Устройства для контроля и сортировки изделий
949
Рис. 13.84. Весовой дозатор с автоматическим управлением при помощи фо-
тоэлемента. Пустая тара 3 посредством вращающегося стола подается на чашу
весов 7 и наполняется сыпучим материалом из бункера 1 посредством вибраци-
онного питателя 2.
При достижении баланса весов флажок-экран 6 перекрывает световой поток,
действующий на фотоэлемент 5, срабатывает фотореле 4 и прекращается подача
продукта.
Рис. 13.85
Рис. 13.85. Ленточный весовой дозатор. Производительность дозатора может
одновременно регулироваться скоростью ленты транспортера и подачей питателя
в пределах от 9,0 до 900 кГ!час. Привод дозатора (на рис. не показан) имеет
вариатор скорости и счетчик, который показывает количество погонных метров»
ленты 1 при любой ее скорости.
950
Раздел 13. Механизмы питания автоматов
Питатель—вибрационный с эксцентриком 3, приводимым во вращение от об-
щего привода.
Производительность питателя регулируется изменением амплитуды переме-
щения лотка 2 посредством резинового клина 5, связанного с коромыслом 4 ве-
сов. Так например, при малом весе материала на ленте коромысло с клином опу-
скается, амплитуда лотка возрастает и производительность дозатора увеличи-
вается.
Рис. 13.86. Схема ленточного весового дозатора. Производитёльность дозато-
ра до 10 т/час может регулироваться одновременно изменением скорости ленты
и подачей шнекового питателя. Платформа 4 весов соединена с коромыслом 5,
посредством которого замыкаются верхние или нижние контакты 6\ при этом
с помощью двигателя 10 управления установкой скорости 9 и регулятором ско-
рости 8 изменяется число оборотов двигателя 7 привода шнековой подачи мате-
риала.
Штурвалом 3 через пульт управления 2 регулируется число оборотов двига-
теля 1 привода транспортера.
Рис. 13.87. Схема весового дозатора с упруго-магнитным датчиком.
Материал' из бункера 1 подается на ленточный весовой транспортер 3 элек-
тромагнитным вибрационным питателем 2 с вибродвигателем 6. Одна опора
транспортера (со стороны разгрузки) закреплена неподвижно и шарнирно сое-
Устройства для контроля и сортировки изделий
951
динена с рамой, вторая — установлена на упруго-магнитном датчике 4, посред-
ством которого через регулятор 5 осуществляется управление вибродвитателем и
соответственно производительностью питателя.
Дозаторы для жидких тел
Рис. 13.88. Автоматический регулятор уровня жидкости. В резервуаре 1 ре-
гулирование уровня жидкости осуществляется поплавком 2, который прикреплен
к рычагу механизма клапана 3. «С увеличением уровня жидкости в резервуаре 1
поплавок 2 поднимается и через систему рычагов перемещает клапан 3 вниз, пе-
рекрывая входное отверстие.
Рис. 13.89. Дозатор для жидкой смазки. Центральное отверстие поршня 2,
установленного неподвижно в штуцере /, перекрывается клапаном 6 и сообщает-
ся с резервуаром масленки радиальным отверстием 4. Рабочая полость цилиндра 8
перекрывается клапаном 7. Цилиндр 8 насоса получает возвратно-поступательное
движение от вращающегося ^посредством электродвигателя 10) кулачка 9 и сжа-
той пружины 12. Направляющая планка 5 и винт 3 препятствуют вращению ци-
линдра и ограничивают его перемещение по вертикали вверх.
Смазка из- полости цилиндра 8 подается в трубку 11 и затем на смазывае-
мую поверхность подшипника.
Объем базы подаваемого масла регулируется вращением винта 3.
Рис. 13.89
952
Раздел 13. Механизмы питания автоматов
Рис. 13.90
Рис. 13.90. Разливочное устройство с мерным сосудом и золотниковым затво-
ром. Мерный сосуд /, установленный в резервуаре 2 с разливаемой жидкостью,
периодически перемещается по вертикали кулачковым механизмом на величину И.
В крайнем нижнем положении сосуда 1 происходит его наполненйе, при этом от-
верстие 4 золотника 6 перекрывается направляющей втулкой 3. В крайнем верх-
нем положении сосуда 1 отверстие 4 совпадает с отверстием во втулке 3 и жид-
кость по трубке 5 вытекает в тару.
Раздел 14
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ И ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ
И АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ
В современном машиностроении к передаточным механизмам очень часто
предъявляют настолько широкие требования, что введение в схему стержневых
механизмов привело бы к ее усложнению, в результате чего практическое исполь-
зование механизмов станет затруднительным. В этом отношении гидравлические
и пневматические передачи обладают преимуществами по сравнению со стержне-
выми механизмами.
При использовании гидравлических механизмов представляется возможным
легко осуществить бесступенчатое регулирование угловых и линейных скоростей,
просто производить включение, выключение передачи и реверсирование ведомого
звена механизма и т. д. Использование гидравлических механизмов дает воз-
можность легко осуществить автоматизацию работы машины или аппарата по
весьма сложным циклам, что и послужило причиной широкого распространения
гидравлических механизмов в автоматах, регуляторах, полуавтоматически дейст-
вующих станках и др.
Пневматические механизмы нашли довольно широкое применение в маши-
нах, включающих в себя звенья, для которых задаются только фиксированные
крайние положения ведомого звена или иначе — ход. Если, например, к механиз-
му предъявляется требование, чтобы ведомое звено совершало движение с по-
стоянной скоростью, то пневматический механизм для этого случая неприменим.
Пневматические механизмы, работающие под действием избыточного давле-
ния воздуха, нашли себе применение в качестве механизмов сбрасывателей, кан-
тователей, зажимов, прижимов и пр.
В пневматических механизмах для сообщения движения звеньям исполь-
зуется также атмосферное давление, если в соответствующей камере исполнитель-
ного механизма будет создан вакуум при помощи так называемых вакуум-насо-
сов.
Гидравлические механизмы состоят из насоса, нагнетающего рабочую жид-
кость (обычно минеральное масло), и исполнительного механизма, ведомое звено
которого совершает вращательное или поступательное движение.
Работа гидравлических механизмов основана на принципе сообщающихся
сосудов, т. е. объем нагнетаемой жидкости (не учитывая потерь из-за неплотно-
стей) равен объему, описываемому поршнями исполнительных механизмов. Пода-
ча жидкости в исполнительные гидравлические механизмы может осуществляться
насосами статического типа или иначе объемными, динамическими, в которых
механическая работа преобразуется в энергию жидкости, ,а затем в исполнитель-
ном механизме опять в механическую работу и, наконец, при помощи аккумуля-
торов, в которых жидкость все время находится под давлением. Регулирование
скорости ведомых звеньев производится изменением объема расходуемой жидко-
сти путем изменения производительности насоса или изменения объема рабочего
пространства исполнительного механизма. Кроме этого, количество расходуемой
954 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
жидкости .может быть изменено введением в цепь регулируемого сопротивления
в виде дросселя с переменным проходным сечением. Изменяя сопротивление дрос-
селя, можно увеличивать или уменьшать количество жидкости, поступающей в
единицу времени в рабочее пространство исполнительного механизма, и этим из-
менять соответственно его скорость.
Насосы объемного типа применяются поршневые с неподвижными и враща-
ющимися цилиндрами или ротационные. В поршневых насосах с неподвижными
цилиндрами движение поршня может сообщаться любым механизмом, в котором
одно из звеньев совершает возвратно-поступательное движение. Производитель-
ность насоса
Q = nFhk м3/мин,
где п — число двойных ходов поршня В MUH-,
F и h — площадь и ход поршня в м\
k — число поршней насоса.
Производительность ротационного насоса зависит от типа механизма, приме-
ненного для нагнетания жидкости. В ротационных насосах для нагнетания ра-
бочего вещества (жидкости или газа) используются зубчатые передачи различных
видов, кулисные механизмы с камнем в виде лопасти, коловратные .механизмы и
ряд других.
Производительность ротационных насосов может быть определена по фор-
муле
Q = n(Vx — V2),
где п> — число оборотов;
Vi — объем жидкости, перенесенный из резервуара в гидравлическую цепь
механизма в течение одного оборота;
У2—объем жидкости, возвращенный из рабочего пространства в резервуар.
Производительность Q шестеренного насоса (см. рис. 14.11), составленного
из одинаковых зубчатых колес эвольвентного зацепления, определяется по фор-
муле
л 2unbz / 9 9 и2\
где 2и — длина рабочей части линии зацепления;
г, г0 и ге —соответственно радиусы окружностей начальной, основной и го-
ловок колеса;
b —длина зуба;
п — число оборотов.
В случае применения зубчатых колес с профилем, отличным от эвольвентно-
го, производительность приближенно может быть определена из следующих сооб-
ражений. За один оборот каждого колеса жидкость, заключенная в каждой впа-
дине, переносится из резервуара в магистраль. Однако часть жидкости возвра-
щается обратно, потому что зуб при зацеплении не выжимает всю жидкость из
впадины (см. рис. 14.11, объем А). Производительность насоса может быть вы-
числена через разность площадей FB впадины и указанной площади Fa по фор-
муле
Q = '2nzb{Fa — FAY
При одновременном зацеплении нескольких зубьев жидкость запирается во
впадинах, что отражается на работе насоса. В насосах с циклоидальным профи-
лем зубьев это явление не имеет места.
Для ориентировочных подсчетов производительности можно пользоваться
эмпирической формулой
3 5
Q — —— (D% — D? ) Ьцп см3/мин,
Г ид ропнев магические передачи и аппаратура управления
955
где De — диаметр окружности головок колеса;
Di — диаметр окружности ножек;
т] — объемный к. п. д., учитывающий утечку масла.
Для других типов насосов производительность будет указана в соответст-
вующем тексте.
При определении производительности насосов целесообразно пользоваться
методом, основанным на известном положении, что работа внешних сил равна
произведению объема подаваемой жидкости на давление:
dqp = Mida± + M2da2,
где р — давление жидкости;
Afi и М2 — моменты внешних сил, выражаемые через давление и ему про-
порциональные;
da^ и da2 — элементарные углы поворота звеньев.
Во многих случаях этот метод быстрее приводит к цели, чем непосредствен-
ное определение объема подаваемой жидкости.
Многие насосы обладают обратимостью, т. е. если подавать в них жидкость
под давлением, то механизм насоса придет в движение. ' Этим пользуются для
устройства гидравлических исполнительных механизмов или гидравлических дви-
гателей для вращательного и поступательного движения. Изменяя тем или иным,
способом количество жидкости, поступающей в рабочее пространство испол-
нительного механизма, можно легко получить требуемой величины угловую ско-
рость, если исполнительный механизм ротационный, или скорость поступательного
движения, если исполнительный механизм выполнен в виде цилиндра с поршнем.
Для предохранения насоса от перегрузки в нагнетательную цепь обычно
включается предохранительный клапан, сбрасывающий излишек жидкости в ре-
зервуар при достижении давления установленного значения.
Изменение давления жидкости производится включением в магистраль так
называемого дросселя, создающего сопротивление проходу жидкости, зависящее
от площади проходного сечения.
Управление работой гидравлических и пневматических механизмов произво-
дится при помощи различного вида распределителей, перепускных клапанов,,
реле (давления, времени), регуляторов скорости, синхронизаторов, позиционеров,
следящих устройств и пр., которые приведены в разделе «Механизмы управления».
Рис. 14.1
Рис. 14.1. Привод поршней насоса с косой шайбой, укрепленной на привод
ном валу.
956 Раздел 14. Г ид ропнев магические передачи и аппаратура управления
Рис. 14.2
Рис. 14.2. Поршневой насос двойного действия, в основу которого положен
синусный механизм (см. рис. 10.66). Эксцентрик 2, сидящий на валу Л приводит
в движение камень 3, который сообщает поршню 4 возвратно-поступательное
движение.
Рис. 14.3
Рис. 14.4
Рис. 14.3. Схема двухпоршневого насоса двойного действия с вращающимися
цилиндрами. В прорези А ротора 1, вращающегося вокруг оси перемещается
поршень 3, относительно него в прорези В перемещается поршень 2, вращающий-
ся около неподвижной оси. Регулирование количества подачи жидкости дости-
гается изменением эксцентриситета е. Ход каждого из поршней равен 2е.
Производительность
Q = 4еп (F3 — F2) [см3/мин].
Здесь F3 и F2 — площади поршней.
Рис. 14.4. Поршневой насос с вращающимися цилиндрами. Блок цилиндров 1
вращается вместе с поршнями 2 от приводного вала. На концах
поршневых штоков подвижно посажены ролики, катящиеся в круговом
пазу, эксцентричном по отношению к оси приводного вала. Ход каждого из порш-
ней равен 2е. Производительность
Q = 4 • 2е • nF см3/мин.
Гидропневматические передачи и аппаратура управления
957
Рис. 14.5. Рациональные формы приводного коромысла двухцилиндровых
поршневых насосов.
На рис. а показано коромысло 3, воздействующее на ролики 2 и обеспечива-
ющее большую длину хода поршней 1, а на рис. б — обеспечивающее макси-
мальное усилие на поршни 1.
В первом случае расстояние I между осями поршней велико, а ролики и
поршни — малого диаметра, во втором случае — расстояние / между осями порш-
ней минимальное, а поршни и ролики — большого диаметра.
958 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
Пауза.
Рис. 14.6
Рис. 14.6. Насос с плавающими поршнями. В блоке насоса расположены три
цилиндра /, II и III с плавающими на поверхности жидкости нейлоновыми
поршнями 1. В верхней части цилиндра на поршень периодически действует сжа-
тый воздух, в нижней части расположены всасывающий 2 и напорный 3 клапаны
из нейлона.
Работа цилиндров производится в такой последовательности: один из ци-
линдров наполняется жидкостью, другой опорожняется, а третий готов к
опорожнению. В соответствии с указанной последовательностью работы цилинд-
ров осуществляется подача воздуха в цилиндры.
Рис. 14.7. Насос для порошкообразных материалов. Ротор с роликами 5*
приводимый во вращение от электродвигателя, постепенно выдавливает мате-
риал из армированного рукава 4, прилегающего к изогнутой стенке 2 корпуса
насоса. Материал поступает в отверстие 3 и выходит в отверстие 6 под неболь-
шим давлением сжатого воздуха, поступающего через сопло 1.
Рис. 14.7
Гидропневматические передачи и аппаратура управления
959
Рис. 14.8
Рис. 14.8. Поршневой насос с косой шайбой постоянной производительности.
Вал 1 несет косой диск 2, на который спирается шайба 3. В отверстиях непо-
движно укрепленного цилиндрового блока 12 размещены поршни 4, прижатые к
шайбе 3. На левом конце вила 1 имеется эксцентриковый палец 8, несущий рас-
пределительный диск 10, изменяющий направление потока жидкости в зависимо-
сти от положения косого диска шайбы, т. е. в зависимости от того, происходит ли
всасывание или нагнетание жидкости в соответствующем цилиндре блока. Под-
вод и отвод жидкости производится через отверстия 7 и б, связанные с камера-
ми 11 и 5, на которые диск 10 разделяет полость между блоком 12 и головкой
9. На диске 10 с обеих сторон имеются кольцевые канавки, связанные рядом
отверстий (см. разрезы). При перемещении распределительного диска каналы
цилиндров соединяются с камерами 11 и 5 и, следовательно, с отверстиями 7 и б.
960 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
Рис. 14.9. Поршневой насос переменной производительности с механизмом
регулировки хода поршней. Шестеренчатый насос /, снабженный предохранитель-
ным клапаном 2, подает жидкость в камеру всасывания через обратный клапан 9
или 8 в зависимости от того, по какому из патрубков нагнетается жидкость
Сюда же поступает жидкость из камеры противодавления исполнительного меха-
низма, так что насос 1 восполняет лишь потери жидкости в гидросистеме. Жид-
кость от насоса 1 подается также в усилитель 6, изменяющий положение коро-
мысла 7. Положение поршня 5 зависит от положения золотника 4 усилителя,
управляющего потоком жидкости, поступающей от насоса 1 в усилитель. При
изменении положения золотника муфта 10 перемещается вдоль оси вала, наклон
шайбы 3 изменяется, изменяется величина хода поршней и производительность.
Рис. 14.10
Рис. 14.10. Схемы поршневых воздушных насосов:
а — одноступенчатого, простого действия; б — одноступенчатого, двойного
действия; в — двухступенчатого, в котором воздух, сжатый в цилиндре /, посту-
Гидропневматические передачи и аппаратура управления
961
пает в воздухосборник 2, где охлаждается, после чего поступает через цилиндр
высокого давления 3 и воздухосборник 4 в машину.
Рис. 14.11
Рис. 14.11. Шестеренный насос с радиальными каналами. Во избежание по-
вышения давления в полостях А во впадинах между зубьями делают радиаль-
ные каналы а, последовательно сообщающиеся с осевыми каналами нагнетания и
всасывания.
Рис. 14.12. Шестеренный насос, состоящий из трех зубчатых колес. Произво-
дительность насоса в два раза больше производительности насоса, состоящего
из двух колес тех же размеров. Ведущим является среднее зубчатое колесо.
Жидкость засасывается через каналы 1 и 3 и нагнетается через каналы 2 и 4.
Рис. 14.13. Роторный насос (воздуходувка Рута), полученный уменьшением
зубьев зубчатых колес обычного насоса до двух. Валы обоих роторов должны
быть соединены колесами. Зубья имеют циклоидальный профиль, полученный об-
катыванием производящей окружности, диаметр которой равен четверги диамет-
ра начальной окружности зацепляющихся колес.
31 С. Н. Кожевников и др.
962 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
Рис. 14.14
Рис. 14.14. Роторные ,насосы с двухлу-
чевым ротором 1 и двухлучевым (рис. а)
и четырехлучевым (рис. б) распределитель-
НЫ|М ©алом 2. В (последнем случае число
оборотов вала 2 в два раза меньше числа
оборотов вала 1.
Профиль зубьев циклоидальный. Ма-
лое колесо имеет только головку в виде одной ветви эпициклоиды, а большое —
ножку в виде одной ветви сопряженной гипоциклоиды.
Рис. 14.15. В корпусе 1 насоса с эллиптическим ротором 3, покрытым упругой
оболочкой 2, расточка выполнена цилиндрической формы. При вращающемся
роторе оболочка 2 не вращается и плотно прилегает к стенкам корпуса. Враще-
нию ротора по часовой стрелке соответствует перемещение жидкости по направ-
лению стрелок.
Рис. 14.16. Насос с упругой камерой.
Корпусом насоса является цилиндр 1 с отверстиями на боковой поверхности,
К внутренней стенке цилиндра прилегает упругая камера в виде резинового
шланга 2. Один конец А шланга соединен с всасывающей трубой, второй Б — со
сливным патрубкам. Ролик 4 прижимает шланг 2 к стенке цилиндра, деформи-
рует его и разделяет на две части: нагнетающую и всасывающую. Насос приво-
дится в действие перекатыванием ролика 4 по шлангу посредством вращения
вала 3.
Гидропневматические передачи и аппаратура управления
963
Рис. 14.17. Насос с эластичной трубкой.
Ротор насоса смонтирован на валу 4 и составлен из двух эксцентриков 5
и 6. Эксцентрик 5 закрепляется неподвижно на валу шпонкой, а эксцентрик 6
фиксируется в одном -из трех положений на эксцентрике 5. Компрессионное коль-
цо 7 вращается на эксцентрике 6 и соединено с корпусом 2 насоса шарнирно по-
средством поводка 3. При вращении ротора кольцо 7 поворачивается.
Моменты начала и конца нагнетания, при котором происходит также и вса-
сывание, показаны на рис. а и б соответственно.
Насос должен быть снабжен обратным клапаном, так как в некотором поло-
жении эксцентрика полости нагнетания и всасывания сообщаются.
Относительное смещение эксцентриков 5 и 6 с последующей их фиксацией
позволяет регулировать размер k минимального расстояния между кольцом 7 и
внутренней стенкой корпуса. Звено 3 предотвращает расширение трубки, изготов-
ленной из каучука, в период нагнетания.
Рис. 14.18
Рис. 14.18. Насос с упругой камерой.
В рассматриваемом насосе рабочая камера 1 (рис. а) изготовлена из рези-
нового упругого материала в виде плоской колбы с нагнетательным патрубком.
В одну из стенок камеры завулканизирован штуцер 5, соединяющийся с всасы-
31* С. Н. Кожевников и др.
964 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
вающей трубой. В других местах стенок камеры с обеих сторон завулканизиро-
ваны плоские головки винтов 2, которые предназначены для принудительного рас-
тягивания камеры в период всасывания. Деформация камеры осуществляется
в результате обкатывания без скольжения Конусного диска 5 по стенке 4 корпуса
(рис. б), к которому прикреплены стенки камеры посредством винтов 2.
Рис. 14.19
Рис. 14.20
Рис. 14.19. Коловратный насос с ротором, состоящим из относительно по-
движных секторов 1 и 3. На секторах укреплены кулисы 7 и 4, в пазах которых
скользят камни 6 и 5, шарнирно закрепленные в двух диаметрально противопо-
ложных точках кривошипа. При вращении кривошипа секторы расходятся при
прохождении всасывающей полости 8 и сближаются, проходя нагнетательную
полость. В момент прохождения перемычки 2 секторы приходят в соприкоснове-
ние, исключая сообщение отсасывающей и нагнетательной полостей.
Рис. 14.20. Коловратный насос с криволинейными лопастями 2, которые
одним концом укреплены шарнирно на диске /, вращающемся на оси, эксцентрич-
ной по отношению к оси корпуса цилиндра, а другим скользят в круговой на*
правляющей 3.
Рис. 14.21
Рис. 14.21. Винтовой ступенчатый насос. На двух валах 1 и 3, связанных
зубчатыми колесами 2 и 4, жестко посажены трехсекторные колеса 5, выполнен-
ные так, что их впадины образуют винтовые ступенчатые каналы. При враще-
нии валов секторы колес, входя в соответствующие им впадины, последователь-
но выжимают жидкость из одной впадины в другую в направлении нагнетатель-
ной полости.
Гидропневматические передачи и аппаратура управления
965
Рис. -14 22
Рис. 14.22. Планетарный винтовой насос. Водило 1 несет на себе сателлит 2t
Представляющий собой юднозаходный винт.
Рис. 14.23
Рис. 14.23. Насос с аксиально расположенными цилиндрами. Блок цилинд-
ров 5 (рис, а) вместе с поршневой группой 2 посредством шарнира 4 приводит-
ся в движение от приводного вала 1. За один оборот вала каждый поршень со-
вершает всасывание и нагнетание. Цилиндры соединены осевыми каналами с
прорезями в дне качающейся люльки 3, через которые они последовательно со-
единяются со всасывающими и нагнетательными полостями.
Принципиальная схема насоса дана на рис. б.
Производительность насоса
Tt&hmn
Q =---------- см?/мин.
Здесь d — диаметр поршня, m— число цилиндров, и — число оборотов вала
насоса.
Величина хода h равна проекции диаметра диска на ось блока цилиндров
при его расположении в плоскости, проходящей через ось вала и ось цилиндра
h = D sin а:
itd2mnD sin а
Q =------------- см?/мин.
31*
966 Раздел 14. Г ид ропнев магические передачи и аппаратура управления
Рио. 14.24
Рис. 14.24. Аксиальный насос с вращающимся ротором. Цилиндровый бок 4
приводится в движение от приводного вала 1 при помощи универсального шар-
нира 10. Каждый из поршней 5 связан с приводной втулкой 2 посредством ша-
тунов 9, образующих с поршнями 5 и втулкой 2 шаровые шарниры 3. В крышке
корпуса 6 предусмотрены полукольцевые окна 7, через которые осуществляется
подвод жидкости к цилиндрам и последующее ее нагнетание в исполнительный
механизм.
Рис. 14.25
Рис. 14.25. Однорядный звездообразный девятицилиндровый насос. Каждый
из поршней 1 снабжен парой роликов 2, скользящих в кольцевом пазу 3 непо-»
движного направляющего блока 4. Цилиндры вращающегося блока 5 поочеред-
но соединяются со всасывающими 6 и нагнетающими 7 каналами неподвиж-
ного осевого распределителя. Ход поршней и, следовательно, производительность
изменяются смещением неподвижного блока перпендикулярно оси вращения ро-
тора, что вызывает увеличение или уменьшение эксцентриситета е оси направ-
ляющего паза роликов поршней относительно оси вращения цилиндрового блока.
Гидропневматические передачи и аппаратура управления
967
Насос может работать как пи дро двигатель, если к нему подвести жидкость под
давлением. Производительность насоса
Л izdtemn
Q= 2 •
Здесь m и d — число и диаметр поршней;
п — число оборотов.
Рис. 14.26. Схема автоматического управления работой роторно-плунжерного
насоса при помощи линейного следящего устройства. Поршень 1 находится под
действием давления в камере нагнетания и силы упругости предварительно сжа-
той .пружины 2. При повышении давления в камере нагнетания сверх установлен-
ного поршень 1 перемещается вправо, сжимая пружину, а золотник 5 при по-
мощи рычага 6 перемещается влево.
Жидкость от насоса поступает через
отверстие 7 в пространство между
поясками золотника 5, а при переме-
щении его влево — также и в правую
полость цилиндра 4. Поршень 3 пере-
мещается влево до тех пор, пока его
каналы не перекроются поясками зо-
лотника. Таким .образом, производи-
тельность насоса будет пропорцио-
нальна перемещению поршня 1.
Рис. 14.27
Рис. 14.27. Схемы гидравлических двигателей с качающимися цилиндрами.
Широко применяются в качестве исполнительных механизмов (сбрасывателей,
сталкивателей, подвижных упоров) в автоматизированных линиях прокатного
968 Раздел 14., Гидропневматические передачи и аппаратура управления
производства. Схемы а и б отличаются друг от друга способом подачи жидкости
в полости цилиндров.
Рис. 14.28
Рис. 14.28. Поршневой двигатель двойного действия. Золотником служит вал
маховика 1. Шток поршня соединен с ползуном 2, который приводится в движе-
ние шатуном от кривошипа 3.
Рис. 14.29
Рис. 14.29. Коромысло-шатунный гидравлический движитель завода КИП.
Жидкость подводится и отводится через отверстие 8 в крышке 9 цилиндра 6 и
отверстие 2 в крышке 1 картера 3. Коромысло 4 и звено 10 исполнительного ме-
ханизма закрепляются на валу И в желаемом положении. Соединение звена 10
со звеном 12 регулирующего органа производится так, чтобы в крайних положе-
Г ид ропнев магические передачи и аппаратура управления
969
ниях поршня 7 коромысло 4 не находилось в мертвом положении и угол давле-
ния, образованный осью звена 10 и перпендикуляром к звену /2, не превышал
оптимальный.
Рис. 14.30. Быстроходная гидравлическая передача. На ведущем валу за-
креплено колесо 5 с гребнями, на ведомом — колесо 1. Колеса 5 и 1 охвачены
кольцом 2 с внутренней круговой выточкой, размеры которой соответствуют раз-
мерам гребней. Кольцо 2 поддерживается роликами 3 и цилиндрическими поверх-
ностями колес 5 и 1.
Через сопло 4 в пространство между гребнями колеса 5 и выточкой кольца 2
подается струя масла, которая увлекается ведущим колесом 5. При этом коль-
цо 2 начинает вращаться. При достаточной окружной скорости масло под дей-
ствием центробежных сил заполняет проточку кольца 2 и образует среду, пере-
дающую движение колесу 1.
При перегрузках, с увеличением скорости скольжения колеса 1 по отноше-
нию к колесу 5, передаваемый крутящий момент увеличивается, при этом сни-
жается к. п. д. передачи.
970 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
Гидропневматические передачи и аппаратура управления
971
Рис. 14.31. Гидравлическая передача. Насос и двигатель заключены в общий
кожух. Эксцентр иоистеты цилиндрового 4 и направляющего 2 блоков изменяются
у двигателя и насоса одновременно и в противоположных направлениях, так как
увеличению эксцентриситета насоса соответствует уменьшение эксцентриситета
двигателя; 1—ведомый, 3— ведущий валы передачи. Количество жидкости Q,
нагнетаемой насосом из резервуара 5 через патрубок 7, расходуется двигателем
через патрубок 6, поэтому теоретическое передаточное отношение
«1 е3 тз^з е3 ,
zi3 — — 9 — k\
пз ei m{d^ ei
Иц и т3— количество поршней в насосе и двигателе.
При одинаковых диаметрах и d3 поршней и их количестве k = 1
ез
11з —
ei
Рис. 14.32
Рис. 14.32. Гидравлическая передача состоит из одинаковых по конструкции
насоса и двигателя с пятицилиндровыми роторами 5 и 6, в которых перемещают-
ся плунжеры 2 и 10. Движение плунжерам сообщается при помощи пятиуголь-
ных камней 4 и 8, вращающихся на подшипниках 1 и 7 вокруг эксцентричных
относительно роторов 5 и 6 цапф 3 и 9. Всасывание и нагнетание жидкости, а
также подвод и отвод жидкости производится через каналы 18. Для последова-
тельного соединения с соответствующими полостями служат втулки 11 и 12 с
972 Раздел 14. Г ид ропнев магические передачи и аппаратура управления
прорезями, через которые цилиндры последовательно соединяются с
полостями .нагнетания Ох и всасывания О2 (разрез по В — В). Изменение коли-
чества подаваемой жидкости (осуществляется изменением эксцентриситета е\ при
повороте маховика /6; 14 и 15 — валы насоса и двигателя, 17 — пружина.
Плунжеры 2 и 10 постоянно прижаты к граням камней 4 и 8 давлением жид-
кости в полости нагнетания, .а в полости всасывания — давлением, создаваемым
насосом 13 (разрез по Г — Г), сидящим на приводном валу.
Производительность насоса
Kd2emn
Q=---------- см3/мин.
Здесь d — диаметр поршня, е — эксцентриситет, m — число поршней, п — число
оборотов ротора.
Рис. 14.33. Гидравлическая передача, состоящая из насоса 5 и двигателя 2
одинаковой конструкции, но различных размеров. С ведущим валом 11 связан
диск 10, передающий вращение блоку 6 посредством карданного вала 9. Штоки 8
связаны с диском 10 и поршнями 7 при помощи шаровых шарниров. Насос пода-
ет жидкость через каналы 3 и 1 к двигателю 2, сообщая движение его поршням.
Вал 4 гидравлического двигателя 2 при помощи шкива и ремня связан со шпин-
делем станка. Передачу можно регулировать изменением угла а между осями
блоков цилиндров и дисками. Производительность насоса
itd2mnD sin а
Q = -----------см3/мин.
Рис. 14.33
Гидропневматические передачи и аппаратура управления
973
Рис. 14.34. Сдвоенный пневматический привод. Правые полости цилиндров
сообщаются с отверстием в штоке 3. Движение штока 3 влево осуществляется
под давлением воздуха, поступающего через канал а, на двд поршня 1 и 2.
Шток 3 перемещается вправо давлением воздуха на один поршень, поступающе-
го через канал б.
Рис. 14.35. Обратные клапаны. В конструкции клапана для низкого давления
(рис. а) клапан 1 запирается посредством груза 2. В клапане для высокого дав-
ления (рис. б) корпус 3 изготовлен из толстостенной стальной поковки. Крыш-
ка 1 люка крепится с помощью двух полуколец 2 и прижимается к уплотнению
шпилькой и внутренним давлением.
974 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
Рис. 14.36. Гидропневматический механизм. Быстрый подвод инструменталь-
ной Головин: воздух от магистрали подается через распределитель 1 по трубе 2
и каналу 3 в полость 5 цилиндра 4. Упоры 15 расположены так, что клапаны 11
и 12 открыты, масло из полости цилиндра 4 через клапан 12 вытесняется в ре-
зервуар 13. Первая рабочая подача: 'клапан 12 закрыт, клапан 11 открыт, масло
по трубе 6 через клапан 16 и дроссель 8, клапан 11 попадает в резервуар 13\ ре-
гулирование подачи—дросселем 8. (Вторая рабочая подача: клапаны 12 и 11 за-
крыты, масло по трубе 6 через клапан 16, дроссели 8 и 9 по трубе 10
поступает в резервуар 13\ подача регулируется дросселем 9. Быстрый обратный
ход: сжатый воздух, поданный через патрон 14, выжимает масло из резервуа-
ра 13 через обратный клапан 7 в полость цилиндра 4.
Рис. 14.37
Рис. 14.37. Разъемное устройство, самозапирающееся при демонтаже. Один
клапан монтируется на подводящей трубке, второй — на приемной. В собран-
ном виде (рис. а) стакан 2 отжимает шарики 1 и 3 от седел и масло свободно
проходит через отверстия на торце стакана. В разобранном виде (рис. б) пру-
жины 4 и 5 прижимают шарики к седлам, перекрывая выход маслу.
Гидропневматические передачи и аппаратура управления
975
Рис. 14.38
Рис. 14.38. Перегрузочный клапан. Открытию клапана противодействуют силы
трения между седлом 4 и заклинивающимся в седле 4 шариком 5 и сила упру-
гости пружины 6. При повышении давления в трубопроводе мембрана 3 дефор-
мируется, приобретая -выпуклость, обращенную вверх, затем преодолевается тре-
ние между шариком и седлом. В результате клапан может переместиться на рас-
стояние, при котором открывается отверстие большого сечения для отвода жид-
кости из полости 2. В этот период мембрана 3 занимает исходное положение, вы-
тесняя часть жидкости из полости 2. Давление в полости 2 растет медленно,
так как жидкость поступает через дроссельное отверстие 1 и заклинивание ша-
рика происходит быстро.
Рис. 14.39
Рис. 14.39. Предохранительный клапан с перепускным золотником, который
может быть использован в качестве автоматического разгрузочного клапана.
Разгрузка гидросистемы производится при даче импульса в катушку соленоида /,
якорь которого перемещает золотник 2, соединяющий камеру над ступенчатым
976 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
поршнем со сливной линией. При снижении давления в камере над ступенчатым
перепускным золотником 3 нагнетательная линия соединяется со сливной и гид-
росистема разгружается.
Рис. 14.40. Комбинированный предохранительный клапан с перепускным зо-
лотником. Из отверстия 3, связанного с магистралью, давление передается в ка-
меру 8, а затем через дроссель 7 в камеру 4. При срабатывании шарикового
клапана 6 давление жидкости в камере 4 падает, вследствие чего золотник 1
переместится вверх. При наличии перепада давления жидкость через перепуск-
ной золотник 1 сливается в резервуар. Если отверстие 5 соединить краном со
сливной линией, то давление в камере 4 резко понизится и золотник 1, преодолев
усилие пружин 2, займет свое верхнее положение, соответствующее наибольшей
пропускной способности клапана. Следовательно, клапан может быть использован
как разгрузочный.
Рис. 14.41. Редукционный клапан с регулятором. Ступенчатый золотник 1 в
верхнем положении разъединяет камеры подвода 2 и отвода 6 жидкости, в ниж-
нем — соединяет. Из камеры 6 жидкость через демпфер 5 может проходить в ка-
меру 3, через отверстие 7 в камеру 9 и далее через второй демпфер 8, находя-
щийся в золотнике /, в камеру 4 над золотником. Если в отводящей камере 6
давление ниже предельного, то во всех камерах и в канале, перекрываемом
шариком, давление одинаково. Если сила давления жидкости на шарик превысит
отрегулированное нажатие пружины, то небольшая часть жидкости через обра-
зовавшуюся щель сольется из камеры 4 в резервуар, нарушив равновесие зо-
лотника.
Под давлением жидкости в камере 9 золотник переместится вверх и частич-
но перекроет проходное сечение между камерами 2 и 6, в результате чего давле-
ние в камере 6 снизится до первоначального. При понижении давления в каме-
ре 6 золотник будет перемещаться в обратном направлении до восстановления
давления в этой камере. Клапан работает бесшумно благодаря демпфирующему
действию дросселей 5 и 8.
Гидропневматические передачи и аппаратура управления
977
Рис. 14.42
Рис. 14.42. Напорный золотник (рис. а), используемый для предохранения от
перегрузки и поддержания постоянного давления в гидросистемах. Напорная ма-
гистраль 1 соединяется с камерой 6 отверстиями 2, 4 и 5. Дроссель 4 создает
сопротивление при прохождении через него жидкости. Если сила давления жид-
кости на правый торец золотника 8 превысит силу упругости пружины, то золот-
ник, переместившись влево, соединит напорную линию со сливной. На рис. б
показан напорный золотник 8, перемещающийся вместе с плунжером 9 под дей-
ствием жидкости в напорной магистрали. Отверстие 4 способствует демпфирова-
нию колебаний золотника. Если поворотом крышки 7 разобщить отверстия 4,
а вместо пробки 3 ввернуть штуцер, подавая через отверстие 5 командное давле-
ние, то золотник может быть использован для дистанционного управления.
Рис. 14.43
Рис. 14.43. Комбинированный редукционный клапан. 1 — штуцер подвода
воздуха; 2 —отверстие трубопровода к исполнительному механизму. При сме-
щении толкателя 5 вниз, когда отверстие 3 перекроется уплотняющей шайбой
штуцер 2 разобщается с выпускным отверстием 4. При дальнейшем перемеще-
нии толкача 5 в крайнее нижнее положение пружина 6 сжимается, мембрана 7
978 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
прогибается и с помощью стержня 10 открывает клапан 11. Воздух, редуциро-
ванный при проходе через сечение клапана 11, может попасть из штуцера 1
в отверстие 2. При подаче воздуха в закрытый объем течение воздуха прекра-
тится после того, как сила упругости сжатой пружины будет уравновешена дав-
лением в камере 8 на активную площадь мембраны и разностью давлений, дейст-
вующих на клапан 11.
Рис. 14.44
Рис. 14.44. Комбинированный редукционный клапан. Принцип работы такой
же, как клапана по рис. 14.43. Отличается тем, что здесь плоская мембрана за-
менена гармониковой. Обозначения те же.
МЕХАНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ
Современные машины, и особенно полуавтоматы, автоматы и автоматиче-
ские машины, должны быть снабжены такими механизмами или аппаратами
управления, которые могли бы строго согласовывать между собой движения от-
дельных исполнительных механизмов. Так, например, нельзя допустить, чтобы в
швейной машине сшиваемый материал продвигался, в то время когда игла еще
не вышла из материала, как нельзя также допустить, чтобы челнок ткацкого
станка перекидывался в момент закрытия зева, разрывая нити основы. Меха-
низмы, осуществляющие перекидку клапанов и шиберов мартеновской печи,
должны работать в определенной последовательности, чтобы исключить возмож-
ность образования гремучей смеси газов и избежать отсутствия факела пламени
в печи в течение длительного промежутка времени.
Для увязки отдельных фаз работы механизмов следует строить диаграммы
или циклограммы, по которым ведется расчет механизмов или аппаратов управ-
ления.
В зависимости от системы управления может быть построен график после-
довательности действия отдельных механизмов в функции времени или угла
поворота ведущего вала.
Механизмы управления
979
Для построения так называемой синангулярной диаграммы по сои абсцисс
откладываем углы поворота <р вала управления, а по оси ординат —перемеще-
ние s ведомой точки каждого механизма. На рис. 14.45 показана подобная диа-
грамма для двух механизмов швейной машины 12-го класса: игловодителя и ни-
тепритягивателя. Слева приведены схемы механизмов, в середине кривые
s = f((p), справа—рабочие фазы каждого механизма. Так как графики строятся
(если их удается построить) для всех механизмов в одних координатах, то легко
установить и проверить взаимную согласованность работы всех механизмов, пред-
варительно изучив технологический 'процесс и расчленив его на простейшие опе-
рации.
Рабочий ход
Траектория
утка иглы
Холостой ход
: иглы
^Холостой ход'
иглы
иглы
О* 30° 60° 90° 120е 150° 180° 210° 2W° 270° 300°330°360'
Механизм
игловодителя
лента
Сдергивание нити с крючка за-ч
хватывание и вытаскивание
ее из области челночного комп-
Подача нити
У
39'
10
12
механизм
нитепритягават.
Траектория ушки
нитепритягивалг
р Сматывание нити
\ с катушки
^Затягивание петли
30° 60'
2 ' 4 ' 5 J
Положения меха ни зма
0°
О
Рис. 14.45
90° 120° 150° /80° 210° ZWT27
Для построения циклограммы и изучения совместной работы различных ме-
ханизмов Мишины нужно определить одновременные положения всех механиз-
мов, считая, что все они приводятся в движение от одного вала управления (рас-
пределительного) и ведущими являются заклиненные на этом одном валу кри-
вошипы. На рис. 14.46 в виде таблицы показан один из видов циклограмм печат-
ного полуавтомата в развернутом виде вместе с графиками перемещения точек
ведомых звеньев механизмов в зависимости от угла поворота главного вала.
На рис. 14.47 приведена циклограмма работы того же полуавтомата с ука-
занием технологических особенностей работы механизмов и отметкой углов по-
ворота главного распределительного вала. Кривые s = f(q>) для некоторых
механизмов этого полуавтомата приведены на рис. 14.48.
Если обозначить |3 — суммарный угол поворота распределительного вала при
холостых ходах (для металлорежущего автомата все операции, кроме снятия
стружки), то коэффициент производительности автомата
При проектиров1ании циклограммы необходимо иметь в виду, что исполни-
тельная циклограмма может значительно отличаться от проектной, вследствие
чего может нарушиться правильность работы механизмов и технологический про-
цесс в машине будет протекать не так, как предполагалось при расчетах.
980 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
Отклонения в 'исполнительной циклограмме от проектной могут иметь место
вследствие ошибок .при изготовлении деталей механизмов, не учтенных при рас-
четах, вследствие наличия упругих деформаций звеньев и пр. В качестве приме-
ра на рис. 14.49 приведена осциллограмма перемещения звеньев механизмов
автомата для обвязки ящиков проволокой. На осциллограмме пунктиром нане-
сены перемещения, полученные расчетным путем.
1—кривая перемещения ведомого звена механизма поворота венца с чел-
ноком; 2 — то же для механизма закручивания проволоки; 3, 4 и 5 — кривые
перемещения ведомых звеньев механизмов первого, второго и третьего прижи-
мов проволоки соответственно. Из этой осциллограммы видно, что имеют место
отклонения по фазе и по закону перемещения.
Угол поворота главного вала в градусах
Механизмы О 30 60 90 ПО 150 180 210 2^0 Z70 300 330
Рис. 14.46
Нормальным следует считать обязательную проверку циклограммы экспери-
ментально на опытных образцах машин и последующее ее исправление корректи-
ровкой размеров звеньев исполнительных механизмов.
В полуавтоматах, автоматах и автоматических линиях механизмы и аппа-
раты управления, образующие определенную систему, должны осуществлять
определенные функции управления.
Наиболее простой и распространенной системой управления является систе-
ма, дающая возможность осуществить заданную последовательность (или па-
раллельность) действия исполнительных механизмов.
Такие функции управления могут быть осуществлены при помощи:
1) командоаппаратов механических (распределительных валов), электриче-
ских, пневматических и гидравлических;
2) механизмов и аппаратов путевого управления, позволяющих включить
один или группу механизмов при достижении выбранным звеном работающего
механизма заданного положения. При этом возможна остановка механизма,
сообщившего импульс на начало движения другим механизмом, или дальнейшее
его перемещение. Эти функции управления осуществляются путевыми и конеч-
ными выключателями, электромагнитными реле, фотоэлектрическими реле и пр.
Механизмы Угол поборота, главного 1 0 30 60 90 120 150 11 —Т 1 1—П 1 1 1 1“-| 1 1 1 1 1 1 1 1— Чала В градусах 10 210 240 270 300 330
1 Талера 1 и Рабочий ход. Холостой ход
Пе чать
Накат краска 1акат краски
2 Ловящей Вилка В ключ. печ. uuj 7 Холостой ход В ключ, печ. цил. Выстой
3 Печатного цилиндра От лоояш, валка Вращение тт талера Печать От ловящ валки Выстой
Ц- ПриклоноВ § g Выстой в верхнем положении > Выстой
5 Дукторного Вали Захват краска Отд а ча краски Захват краска выстой
6 Передаточного валика Вьют Набор к рас kl г Выстой у раскатно го цилиндра
7 Раскатных j и накатных Валиков Я п t Раскат Чакат краски на форму Накат Краски Раскат краски на форму
Раскат Накат краски на форму Раскат краска Накат краски на форму
8 клапаноВ 4 Захват бумага Откр 1 L /выстой
9 ВыВода листа Два жение Выстой
10 • Лучинок Выстой Рабочий ход Выст. Холостой ход
11 выра % ни В а тел я Выстой Холостой xq£ Выст Рабочий ход -1 1 1 1 1 г .. . ....
Рис. 14.47 । । । 1 । 1 1 । 1 1 i II । 0 2 4 в 8 10 12 74 Положения механизм 16 18 20 22 211 ’О,
Механизмы управления
982 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
В случае 'необходимости осуществить некоторый интервал времени между мо-
ментом подачи импульса и моментом начала работы включаемого механизма, в
схему управления должно быть включено реле времени, задерживающее подачу
импульса включенному исполнительному механизму в течение заданного про-
межутка времени.
Распределительные валы или синхронизаторы нашли широкое применение в
автоматически работающих машинах, машинах — двигателях, пневматических,
гидравлических, электрических и т. д. Необходимая последовательность опера-
ций в этом случае осуществляется легко. Нередко можно встретить в машине
несколько распределительных валов, из которых один главный, а остальные —
вспомогательные или сервераспределительные валы, которые вводятся в маши-
ну для сокращения времени на холостые ходы. Во многих случаях распредели-
тельные валы могут отсутствовать, а движением механизмов управляют соответ-
ствующие органы управления, приводимые в действие последовательно работа-
ющими механизмами. Согласованную работу механизма в этом случае можно
представить так. Механизм № 1 при заданном положении включает меха-
низм № 2, который в свою очередь включает в определенном положении меха-
низм № 3 и т. д. Такой принцип согласования работы отдельных механизмов
принят, например, в пневматическом бутылочном автомате.
К механизмам управления следует отнести также большое количество эле-
ментарных устройств, широко применяемых в современных неавтоматизирован-
ных машинах. Сюда относятся перекидки ремня с холостого шкива на рабочий и
Механизмы управления
983
наоборот (см. рис. 9.76) для изменения величины и направления угловой скоро-
сти ведомого вала, переключательные механизмы, работающие с помощью ры-
чагов, и др.
В автоматических машинах и агрегатах возникает неообходимость осущест-
влять более сложные функции управления, а именно: изменять движение или
процесс по заданной программе или же стабилизировать движение или процесс.
В качестве примера можно указать на механизм управления тележкой стана хо-
лодной протяжки труб, которая с целью сокращения времени на ее возвращение
в исходное положение движется сначала быстро, затем по достижении опреде-
ленного положения скорость ее уменьшается и, наконец, в исходном положении
тележка останавливается. Управление работой двигателя производится при по-
мощи фотоэлементов, путевых переключателей или магнитных реле. Стабилиза-
ция движения или процесса производится при помощи механизмов управления,
известных под названием автоматических регуляторов.
Разделение регуляторов вообще можно произвести по характеристике и по
виду связи чувствительного элемента, реагирующего на изменение регулируе-
мого параметра (размера, скорости, ускорения, силы, давления, количества, соот-
ношения, температуры и пр.), с исполнительным механизмом, производящим
регулирование.
По виду характеристики регуляторы бывают:
1) позиционные, в которых регулирующий орган может занимать две или
более фиксированных позиций, каждая из которых соответствует определенному
значению регулируемого параметра; при достижении регулируемого параметра
заданного значения дается команда на изменение позиции регулирующего
органа;
2) пропорциональные, в которых перемещение регулирующего органа про-
порционально отклонению регулируемого параметра от номинала;
3) астатические, в которых регулирующий орган в пределах некоторого ин-
тервала времени работает на закрытие или открытие с некоторой установленной
постоянной .скоростью или скоростью, пропорциональной отклонению регулируе*
мого параметра от номинала. Импульс на включение астатических регуляторов с
постоянной скоростью подается при достижении регулируемого параметра опре-
деленного значения. Если регулируемый параметр имеет значение между уста-
новленными пределами «много» и «мало», то регулятор не работает. В пятипо-
зиционных регуляторах осуществляются позиции: «очень много», «много», «нор-
мально», «мало» и «очень мало». В позициях «очень много» и «очень мало»
исполнительный механизм работает на открытие или закрытие регулирующего
органа с увеличенной скоростью;
4) изодромные, в которых регулируемый параметр поддерживается на по-
стоянном уровне. Регуляторы первых трех типов имеют некоторую неравномер-
ность.
По виду связи регуляторы разделяются на:
1) регуляторы прямого действия и 2) непрямого действия. В свою очередь
регуляторы непрямого действия могут быть: непрямого действия без обратной
связи, непрямого действия с жесткой обратной связью и, наконец, непрямого
действия с упругой обратной связью.
По виду используемой для регулирования энергии регуляторы непрямого дей-
ствия могут быть гидравлическими, пневматическими, электрическими и элек-
тронными.
В зависимости от вида регулируемого параметра, который регулятор под-
держивает на заданном уровне или в заданных пределах, регуляторы имеют
соответствующее название: регулятор скорости, температуры, давления, соотно-
шения, натяжения и пр.
Таким образом, для нормальной работы ряда машин или аппаратов важно
поддерживать на постоянном уровне некоторые параметры: угловую скорость
главного вала машины, давление, количество, температуру и многие другие. Это
требование должно выполняться при различной нагрузке машины, которая может
984 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
изменяться закономерно или эпизодически. Работу автоматических регуляторов
можно представить следующим образом. Если произошло изменение соотношения
между агентами, от которого зависит значение одного из указанных выше пара-
метров, то равновесное состояние системы или в приложении к машине равновес-
ное (стационарное) движение нарушается. Появившийся неустановившийся про-
цесс будет продолжаться до тех пор, пока не установится новое равновесное
состояние после соответствующего изменения величины агентов.
В качестве примера приведем работу авиационного двигателя. Его мощность
и число оборотов зависят от высоты и скорости полета и от вида движения са-
молета: взлет, полет по прямой, фигурный полет и пр. С увеличением высоты
полета атмосферное давление уменьшается и вместе с этим уменьшается количе-
ство всасываемого в цилиндры воздуха, которого оказывается недостаточно для
развития полной мощности. Обычно компенсация разрежения воздуха с увели-
чением высоты полета производится за счет нагнетания его воздушным насосом
(нагнетателем) в цилиндры, причем степень сжатия нагнетаемого воздуха зави-
сит от высоты полета.
Стремление сохранить мощность двигателя на постоянном уровне, на кото-
ром его к. п. д. наиболее выгоден, вызывает необходимость в зависимости от
высоты полета регулировать количество нагнетаемого в цилиндры воздуха и
сопротивление на воздушном винте. Регулирование сопротивления на винте пу-
тем изменения угла атаки при повороте лопасти вокруг своей оси позволяет
сохранить число оборотов вала двигателя постоянным независимо от режима
полета.
Если один из моментов сил движущих или сил сопротивления является
функцией скорости, то при соответствующей характеристике машины условия,
соответствующие установившемуся движению, восстанавливаются автоматически;
при этом новому установившемуся режиму будет соответствовить новая угловая
скорость, отличная от той, при которой машина работала до изменения одного
из указанных выше моментов. Примером этого может служить асинхронный
электрический двигатель, приводящий в движение рабочую машину. Если мо-
мент сил сопротивления рабочей машины, приведенный к'валу ротора двигателя,
снизился от Mq до Mq } То число оборотов ротора двигателя увеличивается, что
вызывает уменьшение момента сил движущих. Увеличение числа оборотов будет
происходить до тех пор, пока моменты сил движущих и сил сопротивления не
станут равными. При увеличении нагрузки будет иметь место уменьшение числа
оборотов до значения, при котором момент сил движущих станет равным мо-
менту сил сопротивления. Очевидно, что в этом случае специальных механизмов,
регулирующих скорость вращения вала, устанавливать не нужно, если измене-
ние 'скорости будет происходить в допустимых пределах. Если момент сил дви-
жущих является функцией положения начального звена и от скорости не зави-
сит, то для восстановления нарушенного соотношения между моментами сил
движущих и сил сопротивления для установившегося движения машины необхо-
димо соответственно изменить величину одного из моментов сил.
Таким образом, задачей регулирования является автоматическое восстанов-
ление соотношения между .агентами, при котором значение регулируемого пара-*
метра будет располагаться в заданных пределах.
Регуляторы скорости по принципу действия разделяются на скоростные
и динамические. Скоростные регуляторы реагируют на изменение регулируемой
скорости вала м.ашины, в то время как в динамических регуляторах относи-
тельное движение звеньев появляется при изменении сил, нарушающей условия
установившегося движения. В машиностроении преимущественное распростране-
ние имеют скоростные регуляторы.
Перемещение ведомого звена скоростного регулятора, появившееся вследст-
вие изменения регулируемой скорости, вызывает изменение момента сил движу-
щих или момента сил сопротивления. В первом случае скоростные регуляторы
называются просто регуляторами, а во втором — модераторами.
Механизмы управления
985
Модераторы применяются главным образом в механизмах тючных прибо-
ров, основным назначением которых является воспроизведение заданных дви-
жений, а не выполнение полезной работы.
В 'скоростных регуляторах перемещение ведомого звена происходит вслед-
ствие изменения силы инерции масс при изменении угловой скорости вала ре-
гулятора, 'пропорциональной угловой скорости .вала машины.
Скоростные регуляторы, в которых центры тяжести инертных масс переме-
щаются в плоскости, проходящей через ось вала регулятора, называются кони:
чеокими. В том случае, когда центры тяжести инертных масс движутся в
плоскостях, перпендикулярных к оси вала регулятора, скоростные регуляторы
называются плоскими.
Регулирование различного вида процессов становится возможным в том
случае, если изменение регулируемого параметра можно обратить в изменение
состояния чувствительного 'элемента. Например, изменение температуры вызы-
вает изменение длины стержней, помещенных в пространство, температура
которого должна регулироваться, или изменение электродвижущей силы, возни-
кающей в спае из проволок различного материала, помещенных в контролируе-
мое пространство. Разность удлинения двух стержней или изменение термо-
электродвижущей силы могут быть использованы для регулирования. Изменение
силы можно преобразовать сначала в изменение деформации стержней, а изме*
нение последней при помощи конденсаторов, сопротивлений, индукционных
катушек и пр.— в изменение силы тока электрических цепей, которое также
можно использовать для регулирования.
Таким образом, всегда представляется возможным воспользоваться связью
между физическими явлениями для преобразования изменения состояния регу-
лируемого параметра в количественное изменение состояния чувствительного
элемента.
Выше было указано, что регуляторы могут быть прямого действия и не-
прямого. В регуляторах прямого действия перестановка задвижек, клапанов»
кранов и прочих приспособлений, регулирующих значение агентов (количество
или давление рабочего вещества, поступающего в двигатель), производится при
помощи сил, появляющихся в регуляторе при изменении регулируемого пара-
метра.
В регуляторах непрямого действия перестановка регулирующих органов
производится за счет силы вспомогательного источника, называемого сервомо-
тором, на который воздействует регулятор. В качестве срвомоторов применяются
электрические, гидравлические или пневматические двигатели.
Регуляторы непрямого действия могут быть с обратной связью — жесткой
или упругой.
Например, в скоростных регуляторах непрямого действия с жесткой обрат-
ной связью звено АС, управляющее работой сервомотора, получает перемещение
от масс регулятора и от сервомотора. На рис. 14.125, б приведена принципиаль-
ная схема рассматриваемого типа регулятора с гидравлическим сервомотором.
Допустим, что произошел сброс нагрузки и вал двигателя начинает увеличивать
число оборотов. Грузы регулятора начинают расходиться и муфта В поднимается
вверх. Точка С рычага АС при этом неподвижна, потому что масло в обеих по-
лостях сервомотора 4 заперто. Золотник, поднявшись вверх, открывает доступ
маслу в нижнюю полость цилиндра сервомотора, и поршень 3 поднимается, а
задвижка, регулирующая доступ рабочего вещества в двигатель, опускается.
Одновременно с перемещением поршня 3 вверх золотник 2 опускается вниз, по-
тому что муфта В регулятора удерживается на месте центробежными силами
грузов. Таким образом, по окончании регулирования золотник возвращается в
среднее положение, а поршень сервомотора занимает иное положение по срав-
нению с тем, которое юн занимал до нарушения соотношения агентов, соответ-
ствующего равновесному движению.
Изменение угловой скорости после окончания регулирования исключено при
наличии регулятора непрямого действия с упругой обратной связью, схематиче-
986 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
ски показанного на рис. 14.125, в. В обратную связь, осуществляемую рычагом
АС, включены пружина 7 и катаракт 6.
Регуляторы с упругой обратной связью, позволяющие поддерживать регу-
лируемую угловую скорость на одном и том же уровне, называются изодромными.
Процесс регулирования должен протекать так, чтобы после окончания регу-
лирования движение машины было вновь установившимся. Собственно в этом и
заключается цель регулирования, в результате которого нарушенное соотношение
между агентами, соответствующее установившемуся движению, восстанавливает-
ся при помощи регулятора. Процесс регулирования протекает весьма сложно,
поэтому дать оценку этого процесса можно только в результате математическо-
го анализа, при котором учитывается взаимное влияние регулятора и машины,
кинематически связанных друг с другом, на движение системы.
Всякое нарушение соотношения между моментами сил движущих и сил со-
противления для установившегося движения приводит к неустановившемуся
процессу, который можно охарактеризовать соответствующими дифференциаль-
ными уравнениями движения регулятора и машины, образующими систему урав-
нений. Число этих уравнений равно общему числу степеней свободы регулируе-
мой системы, пришедшей в состояние неустановившегося движения.
При быстром переходе от одной нагрузки к другой регулятор совершает
сложный процесс регулирования и в зависимости от типа может приводить к
различным результатам.
Если, например, произошел сброс нагрузки, то вял машины начинает вра-
щаться с увеличивающейся угловой скоростью, и система регулирования будет
приведена в действие. В результате перемещения регулирующего органа момент
сил движущих уменьшается, вследствие чего вал машины начнет двигаться за-
медленно, возвращаясь к равновесному движению. Однако угловая скорость ва-
ла машины, дойдя до равновесной угловой скорости, будет продолжать умень-
шаться вследствие инертности регулируемой машины .(инерция ротора, маховика
и пр.) и регулятор вновь будет приведен в действие, но уже в обратном направ-
лении. Может оказаться, что значение угловой скорости и в этом случае не ста-
нет равным равновесной угловой скорости вала.
Таким образом, нарушение соотношения между агентами приводит к коле-
бательному движению машины, накладывающемуся на равновесное движение.
Машина, находящаяся под воздействием регулятора, выведенная из состоя-
ния равновесного движения, может в дальнейшем двигаться так, что колебатель-
ное движение системы может происходить со все более возрастающей амплиту-
дой. Очевидно, что система регулирования, приводящая к такому результату,
для целей регулирования непригодна, потому что движение регулируемой маши-
ны неустойчиво.
Возможен также случай, когда выведенная из состояния равновесного дви-
жения регулируемая система в дальнейшем будет совершать незатухающие коле-
бания, накладывающиеся на равновесное движение. Такая система регулирова-
ния также приводит к неустойчивому процессу регулирования и не может быть
использована для практических целей.
Сказанное здесь в отношении изменения угловой скорости вила регулируе-
мой мдшнны относится к другим регулируемым процессам: тепловым, электри-
ческим и пр.
Если в процессе регулирования после изменения соотношения между аген-
тами возникают быстро затухающие колебания с малой амплитудой, то такая
система регулирования может быть практически использована, хотя др многих
случаях наличие колебаний остается нежелательным. Вполне устойчивым процесс
регулирования будет в том случае, когда приведенная в действие при наруше-
нии соотношения между агентами система регулирования приводит к апериоди-
ческому движению, при котором угловая скорость плавно переходит от одного
равновесного значения к другому.
Математическое исследование уравнений состояния регулируемого объекта
и регулятора, рассматриваемых как малые линейные колебания относительно
Механизмы управления
987
положения равновесия, дает возможность установить параметры системы регу-
лирования, при которых процесс регулирования будет устойчивым.
Механизмы ручного управления
Рис. 14.50
Рис. 14.50. Переключающий механизм. 1 — ведущая штанга, 5 — ведомая
штанга. При осевом перемещении штанги 1 укрепленное на ней кольцо упирает-
ся в зуб М детали 2. Деталь 2 поднимает клин 3. Перейдя через верхнюю точку
зуба детали 2, клин под действием пружины нажимает на деталь 2 и переме-
щает штангу 5. Н — ход штанги 1\ h — ход штанги 5; 4 — переставной упор.
Рис. 14.51
Рис. 14.51. Механизм включения ножниц. Шатун /, приводимый в движение
от эксцентрикового вала, перемещается в окне ползуна 4 (рис. а). При повороте
рычага 5 влево конец шатуна соприкасается с поверхностью 7 на ползуне 4t
вследствие чего ползун, оснащенный режущим инструментом, переместится вниз,
осуществляя рабочий ход (рез). Движение ползуна вверх осуществляется дей-
ствием головки шатуна 1, упирающейся в планку на ползуне. При выключении
ползуна 4 необходимо, чтобы рычаг 6 был повернут против часовой стрелки в
начале движения шатуна вверх. Повороту шатуна 1 в неблагоприятном для
включения положении препятствует укрепленный на шатуне палец 9 (рис. б),
988 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
упирающийся в торец блокирующей планки 11, которая опирается на палец 10
и может поворачиваться вокруг оси 12. При автоматической работе рычаг 5
(рис. а) запирается крючком 6. В выключенном положении шатун удерживается
пружиной 8, а ползун — пружиной 2.
Рис. 14.53
Рис. 14.52
Рис. 14.52. Механизм привода пуансона дыр о пр о бив но го пресса. Для уста-
новки листа по центру пуансона перед пробивкой отверстия необходимо произ-
вести керновку, перемещая ползун с пуансоном вручную. Выключение пуансона
производится отводом шатуна (см. рис. 14.51) рукояткой 9. Керновка произво-
дится поворотом рукоятки /, на валике 6, которой заклинен кулачок 8. При
повороте рукоятки 1 против часовой стрелки кулачок 8 поворачивает изогнутый
рычаг 4 вокруг оси 5, отводящий своим верхним концом камень 2 в гнездо А,
предусмотренное в пуансоне. При дальнейшем вращении рукоятки 1 кулачок 8
воздействует на штифт 7 и опускает ползун' с инструментом вниз. Цикл холо-
стых ходов осуществляется ползуном под действием собственного веса при от-
пущенной пружине 3.
Рис. 14.53. Механизм однорычажного управления. Валик 3 может или пово-
рачиваться, или двигаться поступательно с помощью рукоятки 1. Перемещения
рукоятки ограничиваются направляющими прорезями в щитке 2. При повороте
рукоятки 1 в горизонтальной плоскости зубчатое колесо 8 на валике 3 передви-
гает при помощи рейки 7 с вилкой зубчатый блок 6. При повороте рукоятка* 1 в
вертикальной плоскости валик 3 передвигается вдоль своей оси, вследствие чего
круглая рейка И повернет зубчатое колесо 10, заклиненное на валу 9, и вил-
ку 4, передвигающую зубчатый блок 5. Всего возможно включение шести кине-
матических цепей, соответствующих шести скоростям.
Механизмы управления
989
13
Рис. 14.54
Рис. 14.54. Схема однорычажного управления коробкой подач. При повороте
рукоятки 1 .в вертикальной плоскости вилка 14, а вместе с ней зубчатые блоки 12
и 13 сдвигаются в осевом направлении посредством валика 2, конического зуб-
чатого сектора 3, колеса 4, валика 5 и вилки 6.
При повороте рукоятки 1 в горизонтальной плоскости вилка 10, а вместе с
ней и зубчатые блоки 9 и 11 сдвигаются в осевом направлении при помощи вра-
щающегося хомута 16, сектора 15, колеса 7, вилки 8.
п,
п2-
По-
1П>
I
РазЬерткц канадок
Работают передачи «УМчкрб дл» блркоб
16
и
£ лз~
Л/5-
1/г
з/4
5/6
1/8
1/2
/Ч
5/6
1/8
V2
8/4
5/6
1/8
V2
3/4
5/6
7/8
1/12
/10
11/12
9/10 13/14 1/16
Шпиндель
21/18.
13^=^
Пpub од от дЬигателя
Рис. 14.55
1Ю
Рис. 14.55. Однорычажное управление коробкой скоростей Рукояткой, за-
клиненной на валу А, приводится в движение плоский кулачок /, управляющий
зубчатыми блоками а — Ь, и кулачок II, имеющий пазы с двух сторон и управ-
ляющий зубчатыми блоками с — d. Валы А и В могут быть связаны мальтийским
механизмом с четырехпазовым крестом по рис. 7.46 так, что за един оборот ку-
990 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
лачка II кулачок I сделает четыре оборота. Включение каждой из 16 скоростей
ведомого вала указывается на циферблате стрелкой, связанной с одним из ку-
лачков.
Рис. 14.56
Рис. 14.56. Схемы управления нажимными устройствами прокатных станов:
а — пара нажимных винтов приводится в движение через дифференциал от
двух двигателей. Оба винта, связанные каждый с червячным колесом, переме-
щаются при ввинчивании в неподвижную гайку с одинаковыми скоростями. Изме-
нение скоростей винтов производится соответствующим включением и реверсиро-
ванием двигателей, имеющих различное число оборотов вала ротора;
б — нажимные винты приводятся в движение от трех двигателей. Схема пу-
тем включения и реверсирования всех двигателей позволяет получать вращение
винтов с неодинаковой скоростью.
Механизмы управления
991
Рис. 14.57
Рис. 14.57. Контрольно-блокировочное устройство. После поступления конт-
ролируемого изделия 5 на из мерительную позицию кулачок 1 распределительно-
го вала 2 приводит в движение пробку распределительного крана. Поршень 3
цилиндра движется вверх или вниз и с помощью рейки 4 сообщает вращение
зубчатому колесу с закрепленным на нем шаблоном 6. Если изделие оказалось
необработанным, шаблон надавит на него и при помощи рычага 7, воздействую-
щего на микровыключатель 5, остановит станок.
Распределительные валы и командоаппараты,
аппаратура путевого управления
Рис. 14.58
Рис. 14.58. Главный вал управления тестоотделительной машины с заклинен-
ными на нем кулачками, сообщающими отдельные движения различным механизм
мам машины. Профилирование кулачков и взаимное относительное положение
их на валу определяются циклограммой с обязательной проверкой динамических
характеристик. 1 — кулачок механизма поворота головки, 2 — то же заслонки,
3 — поршня, 4 — подъема траверсы, 5 — транспортера.
992 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
Рис. 14.59. Распределительный вал четырехшпиндельного металлорежущего
автомата ic пятью кулачками управления.
1—кулачок привода подводки резьбового инструмента к детали; 2—' кула-
чок для переключения муфты с холостого хода на рабочий и обратно: 3— кула-
чок управления рабочими ходами и 4 — кулачок управления движением инстру-
мента продольного суппорта.
Рис. 14.60. Переключатель периодической подачи копировального фрезерного
станка. Втулка 12 соединяется с валиком, которым управляет этот переключа-
тель. При включении катушки 1 электромагнита колесо 2 соединяется кулачко-
вой муфтой с втулкой 12. Барабан 5 приводится парой колес 2—9, а бара-
бан 6 — колесами 2—9—8—3—4—7. Барабан 5 вращается в десять раз медлен-
нее барабана 6. Кулачки 14 барабанов с числом выступов k, равном 3, 5, 9 и 16
на каждом из барабанов, воздействуют на рычаги 13, пластинка 11 которых мо-
жет замыкаться с контактом 10 на колодке. Назначением переключателя, посы-
лающего 2k импульсов за один оборот барабана, является сообщение каретке
заданного перемещения после прохождения фрезой одной строчки. Величина по-
дачи, пропорциональная углу поворота втулки 12, зависит от того, какой из ку-
лачков используется для подачи импульсов.
Механизмы, управления
993
Рис. 14.61. Переключатель периодической подачи копировального станка. На-
значение такое же, как и механизма по рис. 14.60. Колесо 7 соединяется с управ-
ляемым валом. Барабан имеет кулачки 4 с числом выступов 3, 5, 9 и 16 и может
вращаться при передаче через колеса 8 и 6 или 9 и 5. Зубчатый блок 5—6 пере-
ключается рукояткой 10. Двуплечие рычаги 3, прижимаемые к кулачкам пружи-
нами, производят включение командных цепей; 2— вольфрамовый контакт на
рычаге; 1 — неподвижный контакт. Включение в цепь управления соответствую-
щего контакта производится пе|реклЮчателем И.
994 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
Рис. 14.62
Рис. 14.62. Программное реле времени ПРВ-02. Электрический командоаппа-
рат, приводимый в действие от синхронного двигателя 2 через редуцирующую
зубчатую передачу. На валу 1 командоаппарата установлены в заданной после-
довательности работы исполнительных механизмов рычаги 3, воздействующие на
переключатели 4 мгновенного действия. На каждый из переключателей воздейст-
вуют два рычага, из которых один включает цепь исполнительного механизма, а
другой — выключает. Минимальный интервал времени между включением и вы-
ключением исполнительного механизма — 1 сек. Цикл работы командоаппара-
та — 60 сек. .
Механизмы, управления
995
Рис. 14.63. Электропневматический командоаппарат для автоматического уп-
равления пуском и остановом исполнительных механизмов. Командоаппарат
включает две независимые системы:
а) систему измерения времени — сменный диск 1 с отверстиями, синхронный
электродвигатель 2 и пневмореле 3; б) систему дросселей, которыми управляет
командоаппарат, время действия которых обусловлено расположением проби-
тых на диске 1 отверстий и пазов на управляющем диске 6, заклиненного вместе
с кулачками на распределительном валу 7. Обе системы связаны электро пневма-
тическим переключателем 4.
В исходном положении вала 7 диск 6 устанавливает контакты переключа-
теля 11 в положение, показанное на рис. От питающей линии сжатый воздух под-
водится к каналам сопел пневмореле 3, соединенных с верхней полостью пере-
ключателя 4. Если отверстие на диске 1 окажется против сопла, то давление в
верхней полости мембранной коробки уменьшается и действием пружины (на
рис. не показана) замыкается контакт а, отчего включится двигатель 8 и вал 7
посредством кулачков переключит соответствующие командные золотники 10.
996 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
Так как вал 7 вращается быстро, а диск 1 медленно, то давление в верхней
камере переключателя 4 к моменту выполнения команд еще сохранится и поэто-
му выключение двигателя 8 произойдет после западания Т-образного стержня
переключателя 11 в пазы диска 6.
После перекрытия сопел диском 1 давлением на мембрану переключателя 4
включится контакт в, отчего произойдет повторное включение двигателя S, вал 7
придет в движение, Т-образный стержень выйдет из паза диска 6 и переключит
контакты переключателя 11, двигатель 8 выключится.
Посредством выступа на диске 9 вся система обесточивается.
Рис. 14.64. Электропневматический командный прибор КЭП. Основой при-
бора (рис. а) служит барабан /, в Т-образных пазах которого устанавливаются
пальцы 2 и 3, соответственно сбрасывающие и взводящие защелку 4• путевого
выключателя. Верхняя пластина выключателя действует или на пару электриче-
ских контактов, или на пневмозолотник. Время цикла работы КЭП можно из-
менять в пределах от 1 до 4 мин настройкой механизма периодического враще-
ния вала барабана 1. На выходном валу 12 редуктора синхронного двигателя
(на рис. не показано) заклинено коромысло 15, на котором шарнирно укреплены
собачка 9 и защелка 6 (рис. а и б). Время оборота барабана 1 изменяется в ре-
зультате изменения времени между входом и выходом из зацепления храпового
колеса 8 с собачкой 9.
При вращении коромысла 15 защелка 6 освобождает находящуюся под дей-
ствием пружины 11 собачку 9 в положении, когда на свободный конец защелки
надавит палец 13, смонтированный на колоколе 10, при этом коромысло 15 через
собачку 9 увлекает храповое колесо 8. Собачка 9 выводится из зацепления с ко-
лесом 8 и фиксируется всегда в одном положении защелкой 6 благодаря непод-
вижному пальцу 7, воздействующему на профилированный конец собачки 9.
Поворотом колокола 10 изменяется положение пальца 13 относительно пальца 7,
а следовательно, изменяется и соотношение времен поворота и покоя храпово-
го колеса 8.
При настройке прибора вначале перестановкой упора 13 по делениям на
колоколе 10 (согласно с таблицей, которой снабжен прибор) устанавливается
время цикла, затем в соответствии с циклограммой для каждого механизма ус-
танавливается соответствующее деление шкалы на колоколе 14 (рис. а), имею-
щей сто делений, далее, выводя из зацепления колесо, связанное с колоколом 14,
и устанавливая последовательно вычисленные деления шкалы против красной
черты, приводятся в соприкосновение (и стопорятся) упоры в пазах барабана 1
с путевыми выключателями. После этого колесо, связанное с шестерней колоко-
ла 14, вводится в зацепление и аппарат готов к работе.
Дистанционное включение двигателя прибора может быть осуществлено
посредством соленоида 5.
На рис. в дана схема включения командного золотника в цепь пневматиче-
ского исполнительного механизма 16. При нажатии пластины 17 на клапан 18
золотника 19 сопло перекрывается и воздух, попадая в нижнюю полость, пере-
местит золотник вправо, отсекая воздушную магистраль от исполнительного ме-
ханизма и соединяя его полость с атмосферой. При освобождении клапана 18
под действием пружины 20 золотник 19 сместится влево, соединяя магистраль
с исполнительным механизмом.
На рис. г дана электрическая схема прибора на 22 цепи.
Механизмы управления
997
£ г и oi
Рис. 14.64
32 С. Н Кожевников и др.
998 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
Рис. 14.65 Поступательно-реверсивный (распределительный механизм. Управ-
ление механизмами осуществляется путем воздействия упоров, приводимых от
рейки /, связанной с управляемым звеном, на концевые выключатели КВ. КВ-1
служит для включения главного двигателя и двигателя быстрого подвода суп-
портов многорезцового станка. КВ-2 служит для включения электродвигателя
быстрого хода на обратный ход. КВ-3 выключает оба двигателя.
Для включения двигателей рукоятку 9 с люлькой 8 необходимо перевести из
положения В в положение А. Упором 4 включается КВ-1, следовательно, вклю-
чается двигатель быстрого хода. При перемещении рейки 1 вниз упор 3 воздей-
ствует на ролик рычага 2; упор 10 нажимает на выступ 7, поворачивает ‘ры-
чаг 5 и упор 4 отскакивает от КВ-Л, (выключая двигатель быстрого хода. В конце
медленного рабочего движения упор 11 нажимает на выступ 7; фиксатор осво-
бождает люльку, переходящую в положение В. Упор 6, действуя на КВ-2, вклю-
чает двигатель быстрого хода на обратный ход, включая в верхнем крайнем по-
ложении КВ-3, который выключает оба двигателя.
Механизмы, управления
999
Рис. 14.66
Рис. 14.66. Положения контактного элемента регулируемого командоаппара-
га: а — контакт открыт; б — контакт закрыт, подвижной рычаг 1 в левом край-
нем положении, защелка 2 рычага в верхнем положении; в — контакт закрыт,
включающий упор освободил ролик; г — выступ шайбы отклонил рычаг защелки
в правое крайнее положение, действием пружины 3 контакт открылся.
Рис. 14.67
Рис. 14.67. Пневматический привод контроллера. Вал 4 контроллера приво-
дится от поршня-рейки 2, управляемой клапанами и электромагнитами / и 3. При
включенном электромагните 1 и выключенном электромагните 3 поршень сместит-
ся вправо. Применяется при большом угле поворота вала контроллера.
Рис. 14.68
Рис. 14.68. Пневматический кулачковый механизм привода Л. Н. Решетова.
При ходе поршня 1 вправо или влево вал контроллера, на котором насажен ку-
лачок 2, поворачивается на 60°. Крайние положения поршня надежно фиксируют*
ся роликами 3.
1000 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
Рис. 14.69
Рис. 14.70
Рис. 14.69. Концевой .выключатель мгновенного действия (путевой переклю-
чатель). Коромысла 5 и 7 заклинены на оси 10. В среднем положении коро-
мысло 5 удерживается фиксаторами 4. Положение включающего рычага фикси-
руется шариком 6 с пружиной 8. При повороте коромысла 3, например по часо-
вой стрелке, вначале отжимается левый фиксатор 4, затем поворачивается
коромысло 5, а следовательно', и коромысло 7, производящее мгновенное пере-
ключение контактов 9. Коромысла 1 и 3 связаны кольцевыми разрезными
/Пружинами 2.
Рис. 14.70. Флажковый выключатель с командоаппаратом, применяемый в
прокатном производстве. При ударе прокатываемой штуки о флажок 1 профили-
рованный диск 2, поворачиваясь, воздействует на ролик командоаппарата 3.
Механизмы управления
1001
Рис. 14.71. Путевой выключатель скиповой лебедки. Винт 2 соединен с ва-
лом 6 лебедки, на котором свободно вращается ярмо 3 и связанное с ним
зубчатое колесо 4, зацепляющееся с колесом 5 путевого выключателя. Ярмо 3
охватывается цепью, натягиваемой грузом 7. При вращении вала 6 лебедки по
часовой стрелке гайка 8 будет двигаться поступательно вдоль оси винта 2 до
тех пор, пока ее выступ не упрется в выступ застопоренной на винте гайки /, что
соответствует приближению скипа к криволинейному пути. При этом ярмо 3 по-
вернется, выключив путевой выключатель посредством зубчатых колес 4 и 5.
При обратном движении ярмо поворачивается выступом гайки 9, тоже застопо-
ренной на винте.
Рис. 14.72. Привод концевых выключателей, открывающих вентили для за-
ливки воды в скип. Кулачки 1 (рис. а), приводимые в движение от двигателя
и червячного редуктора, воздействуют на конечные выключатели 2. Кривошип 3
служит для управления вентилем. На рис. б показана схема подачи воды в один
из скипов.
1002 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
Рис. 14.73. Четырехходовой путевой переключатель, используемый в качест-
ве реверсивного датчика давления. Для положения золотника 1, приведенного
на рис., жидкость от насоса через отверстия 5 и 2 попадает в одну камеру зо-
лотникового распределителя, а из другой камеры жидкость сливается в резер-
вуар через отверстия 3 и 6 или 4. .При осевом перемещении золотника в резуль-
тате действия на него упора на ведомом звене исполнительного механизма на-
правление потока жидкости реверсируется. Если расход жидкости невелик, то
при наличии блокировки золотника жидкость может использоваться для непо-
со едственного у пр а вления > р аботой цилиндр а.
Реле давления, времени, скорости и другие
Рис. 14.74
- Рис. 14.74. Гидравлическое реле давления. Реле давления присоединяется к
контролируемой линии гидропередачи посредством штуцера отверстия 4. Пор-
шень 5 прижимается к основанию расточки цилиндра 3 пружиной, регулируемой
гайкой 1. При давлении выше установленного поршень 5, сжимая пружину,
перемещается влево-, а вместе с ним перемещается стержень 2, который размы-
кает или замыкает контакты выключателя, приводящего в действие реле.
Гайкой 1 регулируется контрольное давление линии гидропередачи.
Механизмы управления
1003
Рис. 14.75. Гидравлическое (реле давления с конечным выключателем. Плун-
жер У, на который с одной стороны действует давление жидкости, а с другой
стороны давление сжатой пружины 2, воздействует на рычаг 4, включающий
конечный выключатель. Регулировка реле давления производится сжатием пру-
жины гайкой 3.
Рис. 14.76. Гидравлическое реле давления с мембраной, исключающей утечку
жидкости. Мембрана 2 уплотнена по контуру заточкой фланца штуцера 1. Под
давлением жидкости мембрана прогибается и перемещает стержень 5, сжимая
пружину и действует на конечный выключатель.
Рис. 14.77. Реле давления мембранного типа. Микровыключатель 1 приво-
дится в действие деформирующейся мембраной 3 посредством передаточного
рычага 2.
Рис. 14.77
Рис. 14.78
Рис. 14.78. Реле давления в комбинации с предохранительным клапаном.
Жидкость под клапан 2 реле давления поступает в том случае, если откроется,
отойдя влево, клапан 1 предохранения системы. <
При слабой пружине 4 реле давления достаточно весьма малой щели, обра-
зованной в результате перемещения предохранительного клапана 1 для того.
1004 Раздел 14., Гидропневматические передачи и аппаратура управления
чтобы стержню 3 сообщить перемещение вправо и замкнуть контакты конечного
выключателя.
Рис. 14.79. Реле давления, использованное в гидравлическом предохранителе
мощного пресса. Для предохранения пресса от перегрузки, возникающей при
прессовании недостаточно нагретой заготовки, служит реле давления 12, управ-
ляющее разгрузочным клапаном 7 большой пропускной способности. Поршень 4
разгрузочного клапана 7 прижимается к седлу тем сильнее, чем больше давле-
ние воды на поршень 3 в цилиндре 2 так называемого гидроупора. Верхняя по-
лость цилиндра 5 сообщается с реле давления 12, поршень клапана 7 нагружает-
ся силой упругости пружины 11, действующей на рычаг 10. Натяжение пружины
регулируется маховиком 14. Когда давление воды в цилиндре 2 гидроупора пре-
высит значения, устанавливаемые сжатием пружины 11, клапан 8 приподни-
мается, поршень 17 переместится вниз, рычаг 15 повернется, открывая прижа-
тый пружиной 9 выпускной клапан 13, в результате чего жидкость сбрасывается
в канализацию. Одновременно давление над клапаном 4 падает за счет дроссе-
лирования при проходе жидкости через отверстие а малого диаметра, клапан 4
открывает отверстие большого диаметра и жидкость сливается в аккумулятор 1
Обратное действие реле давления блокируется рычагом 15 и роликом, переме-
щающимся в пазу 16.
Для сглаживания пик нагрузки в системе предусмотрен перепускной кла-
пан '6. Схема может быть повторно включена после устранения причин пере-
грузки. 1
Механизмы управления
1005
Рис. 14.80. Пневматическое реле давления. Воздух под давлением рх и р3
(рис. а) подается через отверстия 1 и 3. При определенной величине давления
рз диафрагма 4 прогнется и воздух через отверстие 2 попадет к агрегату. Давле-
ние р2, достигнув некоторого значения, действуя на диафрагму 5, закроет шари-
ковый клапан. Отношения давлений рз и р2 обратно пропорциональны эффектив-
ным площадям диафрагм 5 и 4.
На рис. б показана аналогичная рис. а конструкция реле давления, для кото-
рого рз > р2.
Рис. 14.80
Рис. 14.81
Рис. 14.81. Реле давления. При подаче давления через отверстие 1 поршень 3
с диафрагмой 2 опустятся, при этом поршень упирается в уплотнительную шай-
бу клапана 9, изолируя от каналов 4 отверстие 6, соединенное с источником сжа-
того воздуха. Дальнейшее перемещение поршня 3 и клапана 9 вниз откроет до-
ступ воздуха из отверстия 6 через отверстие 10 к управляемому агрегату (напри-
мер, тормозу). Когда аилы, действующие на диафрагмы 2 и 5, уравновесятся, то
клапан 7 (с прокладкой 8) закроет доступ воздуху к отверстию 10. При сбросе
давления воздуха, подаваемого через отверстие /, поршень 3, поднимаясь, откро-
ет ход воздуху из управляемого агрегата в атмосферу.
1006 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
Рис. 14.82. Пневматическое реле, включаемое в сеть перед пневмораспреде-
лителем. В корпусе 1 смонтирована резиновая диафрагма 2, которая проги-
бается под действием давления сжатого воздуха и соединяет контактный диск 3
с клеммами 5. Электрическая цепь станка при этом замыкается. В случае паде-
ния давления пружина 4 отводит диск 3 и электрическая цепь размыкается. Бол-
том 6 реле регулируется на заданное давление.
Рис. 14.83
Рис. 14.83. Электромагнитное реле времени. При замыкании цепи катушки 1
(рис. а) якорь 2 притягивается сердечником 3. Задержка отпускания якоря мо-
жет быть осуществлена двумя способами: без демпфера (рис. б), когда катушка
реле шунтируется контактами управляющего аппарата, вследствие чего реле по-
степенно теряет свой магнитный поток, и с демпфером |(рис. в), когда на сер-
дечник реле насаживается медная гильза, представляющая собой один коротко-
замкнутый виток.
Механизмы управления
1007
Рис. 14.84. Электромагнитное реле
времени. При включении электромагни-
та 1 перемещение сердечника вызывает по-
ворот зубчатого колеса 2 с поводком 5,
который заводит пружину 4 часового ме-
ханизма. Действием силы упругости пру-
жины начинает вращаться .вал 5, несущий
кулачок 6 для замыкания .мгновенного кон-
такта 8, и подвижной контактный мостик
9, замыкающий перестанавливаемый по
шкале контакт 10, который замыкает кон-
такты 11 и определяет выдержку времени.
Средняя угловая скорость вала 5 регули-
руется анкером 7, период колебаний ко-
торого изменяется перестановкой грузиков.
Выдержка времени зависит от положения
переставного контакта на шкале 12.
Рис. 14.85. Маятниковое реле с соле-
ноидным приводом. При включении элек-
тромагнита 1 (рис. а) якорь, втягиваясь в
катушку, посредством серьги 2 повернет
коромысло 3, снабженное крючком, и
замкнет нормально-открытые и разомкнет
нормально-закрытые контакты А—Б без
выдержки, времени. Одновременно под дей-
ствием сжатой пружины 4 начнет вращать-
ся вокруг оси О коромысло 5, шарнирно
связанное с дугообразной рейкой 7, кото-
Рис. 14.84
рая зацепляемся с колесом часового меха-
низма. Через некоторый момент времени
коромысло 5 войдет в соприкосновение с
регулировочным болтом 6, а затем с угловым рычагом 8 и замкнет нормально-
открытые контакты и разомкнет нормально-закрытые контакты В—Г. Выключе-
Рис. 14.85
1008 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
ние контактов произойдет через некоторый отрезок времени, зависящий от на-
стройки часового механизма. Выдержка времени—от 2 до 10 сек. На рис. б по-
казана кинематическая схем а реле.
Рис. 14.86. Электромеханическое реле времени. При подаче напряжения в
катушку электромагнита (рис. а) поворачивается вокруг неподвижной оси А
якорь /, отчего шарнирно соединенный с ним осью В двуплечий рычаг 2 повер-
нется относительно неподвижного в данный момент пальца 7 против часовой
стрелки. Вследствие этого взводится пружина 4, а упор 3 рычага 2 выключает
контактную группу, при этом палец 7 кривошипа 6 будет стремиться повернуть-
ся по часовой стрелке.
На оси О (рис. б) вместе с кривошипом 6 закреплено коромысло 8, на ко-
тором смонтированы оси колес 10 и 11, собачка 13 и выключающий рычаг 12.
При вращении коромысла 8 по часовой стрелке собачка 13 препятствует враще-
нию колеса 10 и поэтому коромысло 8 и колесо 16 вращаются как одно целое,
а их средняя угловая 'скорость регулируется анкером 15. Как только ролик ры-
чага 12 войдет в контакт с выключающей дугой 9, рычаг 12 выводит собачку 13
из зацепления с храповым колесом И. Теперь движение коромысла 8 не огра-
ничивается анкерным ходом и под действием пружины 4 (рис. а) кривошип 6
быстро повернется и упором 3 рычага 2 включит контактную группу. Когда ка-
тушка электромагнита обесточится, звенья механизма пружиной 5 будут возвра-
щены в исходное положение. Поворачивая посредством червяка 14 диск /7, не-
сущий на себе включающую дугу 9, можно изменять время срабатывания реле
с выдержкой времени до 5 сек.
Механизмы управления
1009*
Рис. 14.87
Рис. 14.87. Пневматическое реле времени. При включении катушки электро-
магнита якорь 1 сообщает перемещение траверсе 10, включающей контактную
группу 11 1мгновенного действия и натягивающей 1возвр.атную пружину 2.
Упор освобождает стаканчик 9, находящийся под действием силы упругости
сжатой пружины 3 и связанный с мембраной 6. В верхнюю полость мембранной
коробки воздух может пройти только через дроссель, проходное сечение которо-
го может быть изменено при помощи иглы 5. Таким образом, скорость переме-
щения мембраны вниз зависит от регулирования дросселя. Пройдя некоторое
постоянное расстояние, упор 8 стаканчика 9 включит командную контактную
группу 7. При обесточивании катушки электромагнита стаканчик 9 пружиной 3
возвращает мембрану в верхнее положение. Воздух из верхней камеры в этом
случае свободно выходит через обратный клапан 4. Регулирование интервала
времени срабатывания реле — от 0,4 до 180 сек.
1010 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
Рис. 14.88
Рис. 14.88. Электронное реле времени. При замыкании контакта 1 отрица-
тельный потенциал на сетке задержит нарастание тока-лампы и катуШки 3 реле,
В анодной цепи лампы 2 вследствие разряда конденсатора ток в катушке 3 реле
начнет возрастать, а вместе с ним начнет увеличиваться падение напряжения на
потенциометре 5, включенном в цепь сетки лампы. Выдержка времени, завися-
щая от сопротивления 5 и емкости 4, включенных в цепь сетки, регулируется по-
тенциометром 5. Схема допускает регулирование времени срабатывания реле от
0,05 до 180 сек.
Рис. 14.89. Электронное реле времени ЭРВ-99. При замыкании контакта 1
анод и катод лампы 2 включаются в сеть, а управляющая сетка лампы — на на-
пряжение, падающее на сеточном сопротивлении 7^1, и па напряжение заряда
Механизмы, управления
1011
конденсатора. Вначале uc^ > и^ и сетка заряжена отрицательно по отношению*
к катоду. По истечении некоторого отрезка времени, когда конденсатор разря-
дится, отрицательный потенциал сетки уменьшится, вследствие чего ток в анод-
ной цепи возрастет до величины, необходимой для срабатывания реле. Потен-
циал заряда конденсатора, а следовательно, время срабатывания реле регулирует-
ся потенциометром 3. Минимальная выдержка времени, даваемая реле, состав*
ляет около 2 сек.
Рис. 14.90. Электронное реле времени ЭРВ-60. При замыкании контакта 1 ток
в анодной цепи лампы 2 и отрицательный потенциал сетки лампы 3 по отноше-
нию к катоду возрастают, благодаря увеличению падения напряжения на сопро-
тивлении Ri. Когда отрицательный потенциал сетки лампы 3 достигнет величи-
ны, при которой анодный ток лампы станет недостаточным для удерживания ра-
нее замкнутых контактов реле, контакты разомкнутся. Мощность этого реле в
четыре раза выше мощности реле по рис. 14.89.
1012 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
Рис. 14.91
Механизмы управления
1013
Рис. 14.91. Моторное реле времени. Реле служит для включения или выклю-
чения производственной нагрузки по истечении заданного промежутка времени.
Всего для данного типа реле возможны 22 варианта настройки. Реле состоит из
механизма отсчета заданного интервала времени (рис. б) и контакторной группы
(рис. в). Зубчатое колесо 1 механизма отсчета времени с внутренней винтовой
нарезкой (рис. б) может занимать различные исходные положения на неподвиж-
ном винте 4У что достигается соответствующей установкой зубчатого колеса 9У
навинчивающегося на винт при вращении зубчатого колеса 8 с помощью рукоят-
ки А настройки (рис. а), фиксируемой зажимом.
При включении катушки 10 контактора (рис. а и г) поворачивается валик 11
по стрелке и палец 7 рычага включения (рис. а, б и г) освобождает муфту
включения 6 (рис. б). Одновременно с этим включается двигатель реле. Коле-
со 1 при вращении перемещается вдоль оси винта 4 справа налево, одновременно
с этим закручивается возвратная пружина 5. В левом крайнем положении коле-
са 1 зубьями на его торце поворачивается угловой рычаг 3 и рычаг 2, приводя-
щий в действие контакторную группу. Группа эта состоит (рис. виг) из пяти
клавишей 12 из диэлектрика, свободно вращающихся на валу с контактами 13.
На этой же оси вращается полка 14у отжимаемая пружиной. Под действием ин-
дивидуальных пружин каждая из клавишей прижимается к борту полки. При
включении контактора упор 15 опускается вниз и, повернувшись, упирается в не-
подвижный упор, а выступы некоторых клавишей упираются в различно распо-
ложенные выступы планки 16 рычага 2.
Дистанционное управление
Рис. 14.92. Кран управления с плоским золотником. При повороте золотни-
ка 1 рукояткой 2 воздух перепускается из одной магистрали в другие. Плотное
прижатие золотника к зеркалу корпуса осуществляется пружиной 3 и давлением
воздуха, подаваемого в пространство над золотником.
1014 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
Рис. 14.93. Двухходовой кран. Соединение сети с потребителем или с атмос-
ферой производится поворотом рукояткой 1 валика, несущего два кулачка 2,
воздействующих на плунжеры 3 и 4 перепускных клапанов.
Рис. 14.94
Рис. 14.94. Трехходовой кран с перепуском воздуха посредством кулачковой
шайбы 7, управляющей перераспределением воздуха посредством перепускных
клапанов.
Механизмы управления
1015
Рис. 14.95. Схема дистанционного управления дросселем, состоящая из дат-
чика 10 и приемника 2. Поворотом влево рукоятки 11 датчика поршень 4 опу-
стится, а поршень 5 приемника поднимется, повернув при этом рычагом 3 ру-
коятку 1. При повороте рукоятки 11 вправо поршень 4 переместится вверх, а пор-
шень 5 приемника действием пружин 6 опустится, осуществляя обратный поворот
рукоятки. Для пополнения цилиндров 8 и 7 жидкостью при наличии утечек слу-
жит клапан 9.
Рис. 14.96
1016 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
Рис. 14.96. Четырехходовой крановый распределитель с конической пробкой.
Действием 1неуравповешенного давления жидкости- пробка 1 прижимается к боко-
вой поверхности гнезда со стороны низкого давления. Пробка уравновешивается
жесткой пружиной 2 или давлением рабочей жидкости, если камеры над и под
пробкой соединить с нагнетательной линией каналами. С целью использования
крана для автоматического управления стержень пробки крана снабжается вил-
кой, приводимой в движение упорами на ведомом звене исполнительного меха-
низма.
Рис, 14.97
Рис. 14.97. Семиходовой пробковый кран для дистанционного управления
работой исполнительных механизмов автоматических гидравлических регуля-
торов.
Механизмы управления
1017
К|ран позволяет перевести питание жидкостью исполнительного механизма
непосредственно от насоса или ют струйного (регулятора. Жидкость от насоса по
трубе 1 (рис. а) подается к крану и отводится в бак по трубе 4. По трубе ли-
нии 7 жидкость подается от крана в струйную трубку регулятора (рис. б), а от
регулятора — к линиям 2 и 3. Трубы 5 и б служат для присоединения полостей
цилиндра.
Пробка крана имеет два параллельных среза а и в различной длины, сме-
щенных друг относительно друга. Полостью, образуемой корпусом крана и плос-
костью среза а могут соединяться линии 1 и 6 или 3 и 6, а полостью, образуемой
корпусом крана и плоскостью среза в (при тех же положениях пробки) —ли-
нии 5 и 4 или 5 и 2 соответственно. Если радиальное отверстие в пробке устанав-
ливается против трубы /, то срезом а соединяются линии 3 и 5, а срезом в — ли-
нии 6 и 2, при этом питание исполнительного гидравлического механизма про-
изводится через струйный регулятор.
Рис. 14.98. Клапанный распределитель. При смещении штока 1 с двумя ку-
лачками вправо и влево от нейтрального положения открываются по два клапа-
на. Если соединить каналы 5 и 3 с полостями цилиндра, канал 4 с насосом, а
каналы 6 и 2 со сливом, то при смещении штока 1, например, влево, жидкость
через отверстия 4 и 3 будет поступать от насоса в одну из полостей цилиндра,
тогда как жидкость через отверстия 5 и 6 соединит другую полость цилиндра со
сливом. При смещении штока 1 вправо произойдет реверсирование потока жид-
кости, а следовательно, и реверсирование поршня исполнительного механизма.
1018 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
Рис. 14.99. Золотниковое ip а определительное устройство с гидравлическим
управлением. Командное давление жидкости к торцам золотника 1 подводится
через обратные шариковые клапаны 3, а отводится через дроссели 4, смонтиро-
ванные в крышках. Регулировкой дросселей 4У создающих противодавление при
перемещении золотника /, можно исключить его удар о торцы винтов 2У регу-
лирующих ход золотника.
Механизмы, управления
1019
Рис. 14.100
Рис. 14.100. Реверсивный золотниковый гидравлический распределитель с
управлением от электромагнита толкающего типа. Полость цилиндра распреде-
лителя соединяется отверстием 1 с напорной или сливной линиями. В зависимо-
сти от того, должна ли жидкость подаваться в цилиндр при включенных или
обесточенных катушках электромагнита, напорная линия подводится к отвер-
стиям 3 или 2.
Рис. 14.101.
Рис. 14.101. Реверсивный трехпозиционный золотниковый распределитель с
двумя толкающими электромагнитами 1. При обесточенных катушках 2 соленои-
да золотник 4, находясь в нейтральном положении, блокирует обе полости ци-
линдра 3.
1020 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
От насоса.
Рис. 14.102
Рис. 14.102. Электрогидравлический распределитель. Толкающие электромаг-
ниты 3 воздействуют на вспомогательный золотник /, посылающий из канала 8
импульс давления жидкости в камеры 7 или 4 распределительного золотника 5,
что вызывает его смещение влево или вправо. При обесточенных катушках со-
леноида золотники 1 и 5 под действием пружин 2 и 6 возвращаются в нейтраль-
ное положение.
Рис. 14.103. Золотник пневматического управления. Сжатый воздух из сети
подается через отверстие 4. Командное давление подается через отверстие 2, в
результате чего поршень 3 сместит золотник 7 влево и воздух от сети пойдет
через отверстие 6. При снятии командного давления в камере А и подаче его
через отверстие 5 воздух подается через отверстие /, а из отверстия 6 стравли-
вается в атмосферу.
Механизмы управления
1021
Рис. 14.104. Принципиальная 'схема сдвоенного соленоидного пневматическо-
го клапана, предназначенного для управления работой пневматического ревер-
сивного исполнительного механизма от командных приборов импульсного типа.
При обесточенных катушках соленоидов 6 и 11 полость 1 сообщается с маги-
стралью сжатого воздуха и с одной из полостей цилиндра, так как пружина 7
отжимает-клапан 4 вверх и открывает этим самым доступ сжатому воздуху в по-
лость /, разобщенную с атмосферой. При включении соленоида 6 клапан 5 опу-
скается и воздух по трубке 9 попадает в полость 10 клапана 2, перемещая его
вниз и соединяя при этом полость цилиндра исполнительного механизма с маги-
стралью сжатого воздуха. Одновременно давление сжатого воздуха по трубке 3
передается в полость 8 клапана 4, перемещая его вниз. Полость 1 соединяется с
атмосферой. При выключении соленоида 6 утечки в камере 10 пополняются через
обратный клапан 13. Таким образом производится самоблокировка системы об-
ратными клапанами 13 и 15. При включении соленоида 11 и открытии клапана 12
полость 10 соединяется с атмосферой, вследствие чего клапан 2 поднимается
вверх и полость 14 соединится с атмосферой. Оба клапана приходят в исходное
положение.
1022 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
Рис. 14.105. Схема работы -пневматического золотникового устройства само-
накладчика бумаги печатающего аппарата. Составной кулачок 1—2 |(рис. а и б),
заклиненный на главном валу, сообщает движение нагнетательному золотнику 3,
включающему и выключающему вакуум в присосах, подающих листы бумаг и
воздух к раздувателям бумаги.
В верхнем положении золотника 3 (рис. а) воздух через окно 6 от нагнета-
тельного насоса подается через отверстие 4 к щупу, в нижнем (рис. б) — через
окно 5 и далее через отверстия 7 и 8 к левому и правому раздувателям бумаги.
Продолжительность раздувания регулируется относительным смещением кулач-
ков 1 и 2.
Механизмы управления
1023
Вакуумный золотник 9 (рис. в), перемещающийся с помощью кулачка 11—12,
в верхнем положении через окно 10, соединенное с вакуум-насосом, связывает
окно 14, соединенное с задними присосами, и перекрывает отверстие 13, прекра-
щая выкачивание воздуха из передних присосов. Потеря вакуума и освобожде-
ние листов бумаги ускоряется частичным поступлением атмосферного воздуха в
передние присосы. В нижнем положении золотника 9 (рис. г) передние и задние
присосы по воздушному режиму меняются местами.
Рис. 14.106
Рис. 14.106. Схема управления вертикальной пескодувной машины. Машина
включает: 1) стол с механизмами вытяжки' стержня и зажима стержневого
ящика, 2) пескодувный резервуар с толкателем, 3) бункер стержневой смеси у
механизма дутья. При повороте крана 13 управления дутьем и зажимом стерж-
невого ящика, устанавливаемого на столе вытяжного механизма 6, воздух от
баллона 5 подается через мембранный клапан 3 к регулируемому клапану 4, уп-
1024 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
равляющему подъемом стола, который приближает стержневой ящик к песко-
дувному резервуару, и одновременно в пневмогидравлический цилиндр 2 меха-
низма зажима ящика (для стержневых ящиков с вертикальным разъемом).
Пескодувный резервуар для зарядки стержневой смесью периодически пере-
двигается по рольгангу под бункер посредством управляемого краном 1 пневма-
тического толкателя И. Бункер снабжен вибратором 8. К концу хода пескодув-
ного резервуара он козырьком открывает клапан 9 включения вибратора. Для
блокировки механизма передвижения резервуара и механизмов зажима и выдувки
стержня служит контрольный клапан 12, пропускающий воздух из сети в кран
управления ящика и дутья.
Впуск воздуха в пескодувный резервуар производится с помощью мем-
бранного клапана 7 дутья, а выпуск оставшегося воздуха—через клапан вы-
хлопа 10 в атмосферу.
Рис. 14.107. Схема управления гидравлическими механизмами летучих нож-
ниц. Цикл работы ножниц состоит из: 1) движения летучих ножниц сначала
ускоренного, а затем с постоянной скоростью, равной скорости трубы, выходя-
щей из сварочного агрегата; 2) зажима трубы; 3) разрезки трубы; 4) освобожде-
ния зажимов; 5) остановки ножниц и 6) возвращения ножниц в исходное поло-
жение.
Гидр о автоматика перемещения ножниц (рис. а) имеет питаемую от отдель-
ного насоса 36 систему управления и рабочую систему, питающую цилиндр 4
маслом от насоса 37 переменной производительности.
Труба из калибровочного стана проходит сквозь патрон летучих ножниц и
флажком поворачивает пробку пилота 7 в положение, показанное на рис. а
сплошными линиями.
Масло цепи управления от насоса 36 постоянной производительности через
клапан 35, штуцеры b и d пилота 7, тройник 20, штуцеры d и с пилота 29 подво-
дится по трубе 19 к тройнику 18, где поток жидкости разделяется на два потока:
один из них направляется в левую полость распределителя 6, смещая его золот-
ник вправо, а второй через дроссель 40, штуцеры а и b пилота 12, обратный
клапан 25 к тройнику 27. Так как давление дросселированной жидкости в поло-
сти обратного клапана 28 больше, чем в полости клапана 25, то жидкость от
тройника 27 по трубе 43 попадет в нижнюю полость управляющего цилиндра 38
насоса 37, отчего увеличивающийся поток жидкости направится через клапан 34
по трубам 16 и 3, конечный выключатель 2 в левую полость цилиндра 4, переме-
щая ускоренно связанный с его поршнем корпус ножниц. Из правой полости ци-
линдра 4 жидкость 'сливается через распределитель 6 по трубе 44 в бак. Жид-
кость из правой полости распределителя 6 по трубе 17 и из верхней полости ци-
линдра 38 по трубам 42 и 26 через тройник 10, клапан 11, штуцеры d и с пило-
та 12, по трубам 24, 39 и 30 сливается в один поток у тройника 32 и далее через
штуцеры b и а пилота 29 направляется к тройнику 13 и через штуцеры а и с пи-
лота 7, трубу 14, клапан 15, узел 31 — в бак. (Проход жидкости от тройника 10
по трубе 9 через клапан 8 к тройнику 13 так же, как влево от тройника 13*
исключается, потому что давление слева от клапана 8 больше, чем снизу).
Таким образом, в первую фазу движения в левую полость цилиндра 4 жид-
кость подается с переменным расходом, увеличивающимся от нуля до значения,
соответствующего скорости, равной скорости, выхода трубы из электросварочно-
го стана (регулируется дросселем 40). После этого упором на корпусе ножниц
поворачивается на 45° по часовой стрелке пилот 12, Жидкость в обеих полостях
цилиндра 38 запирается (вход в верхнюю его полость запирается обратным
клапаном 11, а выход из нижней— обратным клапаном 25) и корпус ножниц
начинает движение с постоянной скоростью. После окончания разрезки трубы
путевой выключатель повернет пилот 29 на 45° по часовой стрелке и ножницы
реверсируются. Теперь жидкость от насоса 36 через клапан 35 и тройник 20 по-
ступает к тройнику 32 и далее в правую полость распределителя 6, перемещая
Механизмы управления
1025
Рис. 14.107
1026 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
его золотник влево и, кроме того, по трубе 39, штуцеры d и b пилота 12, кла-
пан 25 к тройнику 27 и далее по трубе 43 (давление жидкости слева от клапа-
на 28 меньше, чем сверху) в нижнюю полость цилиндра 38. Из верхней полости
цилиндра 38 жидкость по трубе 42 через тройник 10, клапан 11, штуцеры с и а
пилота 12, шунтирующий клапан 45, по трубе 41 попадает в тройник 18, где она
сливается с потоком жидкости из левой полости золотника 6, идущей через шту-
церы ста пилота 29, штуцеры а и с пилота 7, клапан 15 и поступает в бак.
Когда насос 37 достигнет наибольшей производительности, поток жидкости
сбрасывается через клапан 35 в бак и командное давление поддерживается на
постоянном уровне. После переключения золотника 6 влево в узле 5 сливаются
два потока .жидкости: от насоса и жидкости, вытесняемой из правой полости ци-
линдра 4. Количество жидкости, вытесняемой из правой полости цилиндра 4,
больше расхода в левой и поэтому избыток жидкости сбрасывается в бак через
клапан 34 до полной остановки корпуса ножниц.
Примерно за 500 мм до прихода корпуса ножниц в исходное положение
упоры одновременно поворачивают пилоты 21 и 12 (на 45° против часовой стрел-
ки), при этом пилот 12 приходит в исходное положение. Теперь жидкость от на-
соса 36 вновь подается к тройнику 20 и далее, как описывалось, в правую по-
лость золотника 6. Второй поток через штуцеры d и с пилота 21, клапан 8, трой-
ник 10, трубу 42 направляется в верхнюю полость цилиндра 38. Потоки из ниж-
ней полости цилиндра 38 и левой полости золотника 6 сходятся в тройнике 13 и
через штуцеры а и с пилота 7 идут на слив, поршень в цилиндре 38 перемещает-
ся вниз, производительность насоса 37 падает и в результате корпус ножниц
подходит к крайнему положению с постепенно уменьшающейся скоростью. Здесь
упором 1 отжимается клапан конечного выключателя 2 и доступ жидкости в
левую полость цилиндра 4 прекращается.
К концу цикла в исходном положении оказывается только пилот 12, а проб-
ки пилотов 7, 21 и 29 — повернутыми относительно исходного положения на 45°.
Очередная труба передним концом посредством рычажной системы поворачивает
пилот 7 на 45° по часовой стрелке и в результате начнется следующий цикл, но
теперь участки: тройник 20, трубы 22 и 23, тРойник 13, служившие участками
напорной и сливной магистрали, изменяют назначение.
Механизмы зажима трубы и подачи круглых резцов, смонтированные в
корпусе ножниц, управляются клапанами последовательности (рис. б). В ис-
ходном положении корпуса ножниц пробки пилотов 57 и 56 находятся в поло-
жении, показанном пунктиром, и масло от насоса 60 через разгрузочный кла-
пан 59 сливается в бак. В начале движения каретки пробка пилота 57 повора-
чивается в положение, показанное сплошными линиями, свободный слив пре-
кращается и в системе создается давление. Когда корпус ножниц переместит-
ся на требуемую длину, пробка пилота 56 поворачивается, штуцеры а и b соеди-
няются, золотник распределителя 49 смещается влево, а золотник распредели-
теля 46 вправо, как это показано на рис. Масло поступает в нижнюю полость
цилиндра 55 зажима трубы через клапан 58, трубу 47, распределитель 49 и кла-
пан последовательности 54. В процессе зажатия трубы давление масла повы-
шается, клапан 54 перемещается вправо и жидкость по трубе 50 через распре-
делитель 46 поступает в левую полость цилиндра 53 подачи резцов. Слив масла
в бак будет происходить через дроссель 52, допускающий регулирование скорости
подачи резцов. После отрезки трубы пробка пилота 56 пружиной возвращается
в исходное положение (см. пунктирные линии), а масло через штуцер d пило-
та 56, клапан последовательности 51 и его штуцеры b и с направляется к рас-
пределителю 46, смещая его золотник влево. Масло попадает в правую полость
цилиндра 53 и смещает поршень влево. В крайнем положении поршня срабаты-
вает клапан последовательности 51, смещая золотник распределителя 49 вправо, '
перепуская поток жидкости в верхнюю полость цилиндра 55. После отвода за-
жимов пробка пилота 57 устанавливается в положение, показанное пунктиром,
и система разгружается.
Механизмы управления
1027
Следящие устройства и регуляторы
Рис. 14.108
Рис. 14.110
Рис. 14.108. Копировальное устройство, используемое при обточке. При со-
прикосновении копировального штифта 1 с наклонной поверхностью шаблона
рычаг 4 замкнет контактом 2 цепь мотор-генератора 5, включив посредством ре-
ле 9 электромагнитную муфту 8, включающую, в свою очередь, поперечную по-
дачу резца. При отсутствии давления на штифт замыкается контакт 3, при этом
сработает реле 6, включится муфта 7, произойдет реверс.
Рис. 14.109. Схема индуктивного копировального прибора. Копировальный
штифт 1 воздействует на якорь 2 дифференциального трансформатора. Откло-
нение якоря создает напряжение во вторичной обмотке трансформатора. Рас-
пределение импульса между составляющими подачи при движении по профилю
модели осуществляется усилителем.
Рис. 14.110. .Фотовизор копировального станка.
От источника света 1 пучок света проходит оптический конденсатор 2 и
микрообъектив 5, превращаясь в световую точку (диаметр до 0,001 мм) на чер-
теже 4. Отражаясь от плоскости чертежа, свет попадает, как показано стрелка-
ми, на зеркало 6 и отражается на фотоэлементе 3. Если световая точка сме-
щается с контурной линии чертежи, то освещенность фотоэлемента увеличи-
вается, вследствие чего возрастает сила тока, воздействующая на сетки ламп,
управляющих перемещением ходовых винтов продольной и поперечной подач.
1028 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
Рис. 14.111. Гидравлическое копировальное устройство токарного станка с
осциллирующим золотником. При вертикальном перемещении копирного паль-
ца 1, укрепленного в державке 2, рычаг 7 поворачивается, смещая малый вспо-
могательный золотник 5, который осуществляет быстрое переключение главного
золотника, выполняющего реверсирование гидродвигателя «привода ходового
винта станка. Для улучшения работы всей системы устранения мертвых ходов
и исключения трения покоя предусмотрен двигатель 4 с редуктором 5, снабжен-
ным эксцентриком 5, сообщающим рычагу 6, а следовательно, и рычагу 7 быстрые
качательные движения с малой амплитудой. Таким образом поперечные салазки
суппорта с шаблоном получают одновременное движение от ходового винта с
постоянной скоростью и поперечное движение от управляемого гидроприводом
копирного пальца /, контактирующего с шаблоном.
Механизмы управления
1029
Рис. 14.112
Подача Воздуха
Рис. 14.112. Схема гидропневматического копировального устройства к то-
карному станку. Связанный с суппортом копирный палец 1, перемещаясь по шаб-
лону 2, изменяет величину открытия сопла 3 пневматического управления. Из-
меняющееся давление воздуха при смещении заслонки воздействует на силь-
фоны 6, управляющие золотниками 5 и 4. Золотники перепускают масло в
цилиндры 7 и 8 продольной и поперечной подач. При перемещении копирного
пальца по участку копира, имеющего подъем, расход воздуха через сопло уве-
личится и вследствие понижения давления в камерах сильфонов золотник 4 по-
перечной подачи переместится вниз, а поперечные салазки от оси изделия.
На участках снижения профиля копира произойдет перемещение суппорта в об-
ратном направлении. При цилиндрической обточке золотник 4 запирает доступ
масла в полости цилиндра 8 и поперечная подача исключается.
Рис. 14.113. Схема гидравлического контактного копировального устройства
станка для обработки фасонных отверстий. Копир <$, воздействуя на палец 2, ук-
репленный на столе станка, замыкает контакты /, включая при этом один из двух
33 С Н. Кожевников и др.
1030 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
соленоидов 4, управляющих клапанами распределителя 5, откуда жидкость по-
ступает в золотник 6, реверсируя поток масла, идущего от насоса 7 к цилинд-
ру 3, поршень которого сообщает столу станка поперечную подачу.
Рис. 14.114. Следящее синхронизирующее устройство с управлением посред-
ством планетарного механизма. От вала гидравлического двигателя 11 движение
передается посредством цепной передачи и пары зубчатых колес центральному
колесу 2 планетарной передачи, имеющему число зубьев вдвое большее числа
зубьев центрального колеса 3, приводимого в движение от двигателя 6 через
двойную лобовую фрикционную передачу.
Вспомогательный двигатель 8, перемещающий ролик 7 фрикционной пере-
дачи для изменения передаточного отношения, включается при необходимости
воспроизвести некоторую программу движения. Подвижной поводок 1
планетарного механизма связан системой рычагов с управляющим золотникОлМ 4,
который перепускает жидкость в цилиндр 9 управления насосом. При падении
числа оборотов насоса с увеличением нагрузки поводок 1 вращается против ча-
совой стрелки, золотник 4 смещается влево, посылая жидкость в цилиндр 9.
В результате смещения кулачка 10 эксцентриситет насоса увеличится, что вызо-
вет увеличение производительности насоса. Рычаги 12 и 5 являются жесткой
обратной связью, возвращающей золотник 4 в исходное положение.
Механизмы управления
1031
Рис. 14.115
Рис. 14.115. Следящее устройство с вращательным задающим и воспроиз-
водимым движениями с жесткой обратной связью. Движение задается втулке 1,
снабженной на правом конце четырьмя сегментными расточками, причем рас-
точки, расположенные диаметрально противоположно, находятся под одинаковым
давлением. Жидкость от насоса подводится к кольцевой проточке 5, а отводится
в резервуар от кольцевой проточки 6, связанных продольными отверстиями с
росточками кранового распределителя (знак « + » на рис. обозначает, что жид-
кость к расточке подводится, знак «—» обозначает, что жидкость от расточки
отводится).
Втулка 2 механизма обратной связи с зубчатым венцом 8 зацепляется с рей-
кой 7, укрепленной на детали, воспроизводящей заданное движение. При поворо-
те втулки 1 относительно втулки 2 по часовой стрелке жидкость по каналу 9
втулки 2 поступает в канал 3 и далее в верхнюю полость цилиндра, вследствие
чего следящая втулка 2 будет вращаться по часовой стрелке дю тех пор, пока
перегородки пробки крана не перекроют отверстия во втулке 2; 4 — трубопровод.
33*
1032 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
Рис. 14.116
Рис. 14.116. Исполнительные механизмы с датчиком давления и позиционе-
ром. Применяются в случаях, когда одно струйное реле должно управлять двумя
синфазно работающими регулирующими органами. Исполнительный механизм 2
(рис. а) подключается к струйному регулятору 1 и является ведущим. Струйный
регулятор посылает поток масла в исполнительный механизм 2, вызывая поворот
кулачка 3 против часовой стрелки, пружина 4 датчика сжимается и золотник
6 смещается вправо. Жидкость от насоса 14, поступая по трубе через отвер-
стие между поясками золотника 6 датчика давления и золотника 12 позицио-
нера, сжимает сильфон 8 датчика давления и сильфон 12 позиционера, вслед-
ствие чего золотник 6, возвратившись в исходное положение, перекроет полно-
стью или частично канал магистрали 5, а золотник 12 позиционера перепустит
жидкость в левую полость-цилиндра исполнительного механизма 9. Кулачок 10,
вращаясь в ту же сторону, что и кулачок 3, сжимает пружину 11 и возвращает
золотник 12 в нейтральное положение.
Конструкция датчика давления приведена на рис. б. Камера сильфона 8
постоянно соединена с пространством, ограниченным средними поршеньками зо-
лотника 6, куда через отверстие 15 подается масло от насоса. Сжатие пружи-
ны 4 определяется профилем кулачка 3 и каждому углу поворота вала исполни-
тельного механизма соответствует определенное командное давление масла, по-
даваемого через тройник 7 к позиционеру. Для отвода утечек масла служат
отверстия 16 и 17.
Механизмы управления
1033
Конструкция позиционера схода с конструкцией датчика давления. При оди-
наковых кулачках 3 и 10, сильфонах 8 и 13 и пружинах 4 и И достигается син-
фазность работы исполнительных механизмов 2 и 9.
Рис. 14.117
Рис. 14.117. Шаговые распределители. Контакты 1 управления цепями
воспринимают управляющие импульсы при помощи снабженного щетками храпо-
вого колеса 2, поворачиваемого с помощью собачки 3, укрепленной на рычаге 6.
Рычаг соединен с якорем 4 электромагнита 5, получающим электрические
управляющие импульсы. Для устранения холостого пробега щеток их делают
двух- или трехлучевыми. На рис. а показана схема распределителя для прямого
хода, на рис. б — для обратного хода.
Рис. 14.118
Рис. 14.118. Схема счетного реле. При включении электромагнита тяга /,
снабженная крючком, поворачивает храповое колесо 2, имеющее г зубьев и
столько же отверстий с резьбой, в которые могут ввертываться штифты 3 и 4.
1034 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
При вращении храпового колеса 2 штифт 3 поворачивает коленчатый рычаг 5Г
зуб которого отпускает храповое колесо. Через некоторое число импульсов, зави-
сящее от расстояния между штифтами 3 и 4, рычаг 5, повернувшись, переключит
контакты реле 6, а спиральная пружина 7 при выключенном электромагните вер-
нет колесо 2 в исходное положение.
Справа показана конструкция счетного реле. Значительное усилие для втя-
гивания сердечника электромагнита может быть получено шунтированием ниж-
ней секции катушки нормально-замкнутым контактом переключателя 8 в
нижнем положении сердечника. В результате втягивания сердечника рамка 9
поднимется роликами 10 и разомкнет нормально-замкнутые контакты, включив
нижнюю секцию катушки.
Рис. 14.119. Двухимпульсный регулятор уровня воды в паровом котле. Пе-
ремещение питательного клапана 1 зависит от колебания уровня воды в котле.
В качестве измерителя уровня здесь использован дилятометрический элемент.
Верхняя часть наклонной трубки 6 обогревается насыщенным паром, нижняя —
конденсатом. Вследствие того, что температура насыщенного пара выше темпера-
туры конденсата при понижении уровня воды, большая часть трубки 6 находится
в зоне более высокой температуры и трубка удлиняется, воздействуя таким об-
разом на малое плечо рычага 5 трубки дилятометрического элемента и застав-
ляя его поворачиваться против часовой стрелки, а клапан 1 подниматься. Рас-
ход воды через клапан увеличивается. С увеличением расхода пара перепад дав-
ления при проходе через пароперегреватель увеличивается, поэтому мембрана
стремится перемещаться вверх, рычаг 3 с грузом 4 опускается и клапан 1 уве-
личивает проходное сечение. В реальных условиях работы регулятора оба чувст-
вительных элемента воздействуют на исполнительный орган-клапан и их действия
суммируются на ролике 2.
Механизмы управления
1035
Рис. 14.120
Рис. 14.120. Схема регулирования скорости поршня гидравлического меха-
низма. При постоянной разности давлений в первом дросселе путем изменения
площади проходного сечения во втором дросселе можно сохранить расход жидко-
сти, а следовательно, и скорость поршня при переменном сопротивлении, прило-
женном к поршню. Изменение F2 можно установить из выражения:
F2a2 = aiT7!
^--1.
₽2
Здесь pi — давление жидкости перед дросселем;
р2— давление после дросселя;
«1 и а2 — коэффициенты расхода;
Т7! и F2 — проходные сечения дросселей.
Рис. 14.121
Рис. 14.121. Схема регулирования скорости поршня сервомотора, на который
действует переменное давление р2 при постоянном давлении р0 в напорной линии,
поддерживаемом перепускным клапаном. Площадь F2 (рис. а) проходного сече-
1036 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
ния регулирующего клапана может
быть определена по формуле:
_______Q_______
V РО-^РО,1-Р2
где Дрог t — перепад давлений;
Q—расход жидкости.
На рис. б показана схема установки регулятора давления для поддержания
постоянства давления
На рис. в показана схема установки регулятора разности давления, управ-
ляющего клапаном 1 для поддержания постоянства расхода жидкости.
Рис. 14.122
Рис. 14.123
Рис. 14.122. Сильфонный электро-контактный датчик. Рычаг 2 при расширении
сильфона 1 поворачивает рычаг 3 мгновенного переключения контактов. При об-
ратном перемещении рычага 2 контакты размыкаются. При наличии двух пар
контактов рычаг 2 будет их переключать. 4 — патрон жидкостного или газового
термометра.
Рис. 14.123. Дилатометрический электр ©контактный датчик. При повышении
температуры удлинение кварцевого стержня 1 (рис. а) и металлической трубки 2
различно, поэтому выступающий из трубки верхний конец стержня 1 переместит-
ся вниз относительно трубки и пружиной нажимает на малое плечо контактно-
го рычага 3. При повороте рычага 3 вакуумный контакт 4 (рис. б) упирается
своим концом в установочную шайбу 5 и его электроконтакты размыкаются.
Установочная шайба с переменным радиусом-вектором позволяет установить
различное значение температуры срабатывания контактов. При охлаждении
стержня и трубки происходит замыкание контактов. 6 — шкала.
Механизмы управления
1037
Рис. 14.124. Электрический исполнительный механизм. ИМ 25/120. Электри-
ческие исполнительные механизмы предназначены для перемещения регулирую-
щих органов в системах автоматического регулирования, в которых применяют-
ся электрические регуляторы изодромного, пропорционального, астатического или
двухпозиционного регулирования. Движение от двигателя 1 к ведомому валу 2
передается через двухступенчатый червячный редуктор. Переход на ручное уп-
равление осуществляется воздействием кнопки 3 на вытяжную шпонку 4. Меха-
низм снабжен тормозом для точной установки. Для изодромных регуляторов
с ведомым валом связывается ползушка реостатного датчика обратной связи.
Команда на работу двигателя в ту или иную сторону дается контактами регу-
лятора.
1038 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
Рис. 14.125
Рис. 14.125. Регуляторы скорости непрямого действия. При больших пере-
становочных силах, необходимых для приведения в действие регулирующих ор-
ганов, регуляторы заставляют действовать сервомотор, который и приводит в
действие регулирующие механизмы. В схеме рис. а муфта 5 центробежного регу-
лятора рычагом 1 связана с уравновешенным цилиндрическим золотником 2 сер-
вомотора 4, поршневой шток 3 которого приводит в движение регулирующее
устройство. При движении муфты 5 регулятора вверх золотник 2 опускается вниз
и сообщает нижнюю полость цилиндра 4 сервомотора с трубой, подводящей
рабочую жидкость. Поршень сервомотора, передвигаясь вверх, переставляет ре-
гулирующее устройство (например заслонку) и число оборотов машины изме-
няется. Достигнув требуемых оборотов, машина вследствие инерции в течение
некоторого времени будет продолжать изменять число оборотов. Для возвра-
щения машины к заданному числу оборотов требуется повторение процесса ре-
гулирования в обратном порядке. Вследствие этого числа оборотов машины ко-
леблются около среднего номинального значения. Это явление, называемое
перерегулированием, является недостатком приведенной схемы, ограничиваю-
щим ее распространение.
Лучше схема рис. б с жесткой обратной связью, в которой муфта 5 центро-
бежного регулятора соединена со средней точкой рычага 1 обратной связи»
точка А которого соединена с золотником 2, ,а точка С — с поршневым штоком 3
сервомотора. Если, например, муфта регулятора движется вверх, то рычаг 1
повернется вокруг точки С (поскольку масло в верхней и нижней полостях серво-
мотора 4 заперто) й золотник 2 поднимается вверх, нижняя полость цилиндра
сервомотора сообщается с трубой, подводящей рабочую жидкость, поршень под-
нимается вверх, точка А рычага /, поворачиваясь вокруг точки В муфты, удер-
живаемой центробежной силой грузов, опускается вниз, золотник приходит в
нейтральное положение и разобщает полость цилиндра с питающей трубой. Бла-
годаря такому устройству регулятор чувствительнее регулятора по схеме рис. а и
явление перерегулирования устраняется. В данном случае необходимо устано-
вить предельный ограничитель числа оборотов. Изменение номинального числа
оборотов производится маховичком, который изменяет положение муфты 1,
соответствующее равновесному состоянию регулятора. На рис. в дана схема
регулятора с упругой обратной связью, 6 — катаракт, 7—пружина.
Механизмы управления
1039
Рис. 14.126. Автоматическое регулирование подачи врубовой машины ВЭИ
при резании. Колеса 1 и 2 дифференциала, приводимые в движение от основного
двигателя Мх и вспомогательного М2, вращаются в противоположных направле-
ниях; число оборотов поводка 3
пА — in2
п* =--------------
3 2
изменяется при нагрузке. Если нагрузка возрастает, то при одном и том же не
превышающем нормированное скольжении двигателей /г3 уменьшится, а мощ-
ность двигателей останется приближенно постоянной.
Рис. 14.127. Регулирование скорости подачи врубовой машины. При увели-
чении сопротивления момент на удерживаемом центральном колесе 1 дифферен-
циала увеличится, пружина 5 вытянется и нажатие на фрикцион уменьшится
Колесо 2 начинает вращаться, вследствие чего число оборотов колеса 3, а следо-
вательно, и подача (число оборотов барабана 4) уменьшается. М — двигатель.
1040 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
Рис. 14.128. Схема регулирования натяжения полосы в непрерывных станах
холодной прокатки. На ролик 1, смонтированный в подшипниках, установленных
на пружинящих плитах 2 между клетями, оказывает давление прокатываемая
полоса, вследствие чего отклоняются якори 3 трансформаторов. Первичная об-
мотка трансформаторов включена в сеть, а одинаковые вторичные включены
таким образам, что их э. д. с. действуют навстречу друг другу. При отклонении
якоря под действием натяжения полосы в измерительной диагонали мостиков
появляется ток, который после выпрямления проходит через катушки 4 и 5
угольного регулятора, изменяющего ток возбуждения генератора. Якорь генера-
тора включен в цепь обмотки возбуждения двигателя клети, подающего полосу»
и таким образом натяжение полосы автоматически поддерживается постоянным.
Рис. 14.129. Схема автоматического регулиров1ания скорости вращения бара-
бана многократного волочильного стана с приводом от двигателей постоянного
тока. Двигатели 9 (рис. а) вращают барабаны 4. Проволока /, огибая барабан,,
направляется вокруг натяжного ролика 7, затем вокруг холостого ролика 8 и
далее через фильер 3 к следующему барабану. Чтобы исключить образование
петель и проскальзывание проволоки, натяжной ролик 7 (рис. б), посаженный
на ось рычага /5, связанного с зубчатым сектором' 12, при повороте смещает
ползунок реостата 5, включенного в цепь обмотки возбуждения предшествующе-
го двигателя. Величина натяжения проволоки .механически регулируется связан-
ной с роликом 7 пружиной 14. Рычаги 15 и 13 должны располагаться так, чтобы
противонатяжение составляло 10—30% от усилия волочения с отклонением не
более 10% от принятой величины.
На рис.: 2 — выключатель фигурки с проволокой; 6—реостат; 10 — генера-
тор; 11 — пусковое сопротивление.
Механизмы управления
1041
Рис. 14.129
1042 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
Рис. 14.130
Рис. 14.131
Рис. 14.130. Схем<а струйного реле. Жидкость под некоторым давлением
через ось 2 качания струйной трубки /, заканчивающейся соплом 5, подается к
сопловой головке, снабженной косыми каналами 4 и 5, соединенными с маслопро-
водами. При среднем положении струйной трубки 1 и равных сопротивлениях в
маслопроводах давление в каналах 4 и 5 будет одинаковым. Если струйную
трубку повернуть на некоторый угол вокруг оси 2, то давление возрастет в том
канале, в сторону которого переместится трубка, и упадет в соседнем. Давление
жидкости при ударе струи о препятствие определяется по формуле
П1Я2
р = v------------.
g (ах 4- а2)
Здесь v — нормальная составляющая скорости жидкости;
и а2 — скорости распространения упругих колебаний в жидкости и в
( / Её
материале твердого тела I а = 1 / —1
Е — модуль упругости.
Струйное реле используется в астатических регуляторах со скоростью, про-
порциональной отклонению регулируемого параметра от номинала.
Рис. 14.131. Струйное реле. Жидкость от насоса подается к струйной труб-
ке 2, находящейся все время в масляной ванне, благодаря чему исключена ин-
жекция воздуха, вредно отражающегося на работе регулятора. Чувствительный
элемент воздействует на стержень 3, сидящий на той же оси 4, что и струйная
трубка. К фланцу 8 крепится сопловая головка, через которую подается также
жидкость от насоса. Жидкость из корпуса регулятора сливается через трубу 1.
На рис. 5 — винт вертикальной настройки струйной трубки, 6 — пружинящая
стрелка, удерживающая трубку в среднем положении, 7 — рукоятка ручного
управления трубкой.
Механизмы управления
1043
Рис. 14.132. Сопловая головка струйного реле, которая крепится к фланцу 8
корпуса реле по рис. 14.131. Жидкость от насоса подается к отверстию 1. Отвер-
стия 2 и 3 служат для связи регулятора с полостями цилиндра исполнительного
механизма.
Рис. 14.133
Рис. 14.133. Усилитель с плавающим золотником для струйного регулятора
по рис. 14.131. Жидкость ют насоса к усилителю подводится через штуцер 3 и
через штуцеры 2 и 1 поступает в полости цилиндра. Сопловая головка 4 укреп-
лена на плавающем поршне 5 с каналами, подводящими давление к его торцам.
Поршень 5 сообщает движение золотниковому распределителю 6 посредством
цилиндрического стержня. Усилители выполняются различной мощности.
1044 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
Рис. 14.134
Рис. 14.134. Типы чувствительных элементов для струйных регуляторов.
Используются для регулирования давления, количества и соотношения, а — для
малых давлений (или перепада давлений) до 5—10 мм Н2О, в котором круглая
мембрана 1 с жестким центральным кругом во избежание перекоса подвешена на
пластинке 2; б — для давлений до 250 мм Н2О; в — для больших давлений.
В последнем типе мембранной коробки во избежание утечек через неплотности
в направляющих передаточного стержня уплотнение сделано мембранным. Здесь
перемещение мембраны 1 передается через стержень 2 на рычаг 6, связанный с
Механизмы управления
1045
корпусом при помощи мембраны 4. Конец рычага 3 сообщает перемещение струй-
ной трубке. Центр тяжести передаточного устройства должен лежать на вертика-
ли, проходящей через центр мембраны, что достигается установкой уравновеши-
вающего груза 5. Фланцы А служат для монтажа мембранных коробок на кор-
пусе регулятора. Присоединение импульсных линий производится штуцерами,
если имеются трубопроводы, или наконечниками (эскиз г), если импульс давле-
ний подводится по гибким шлангам. На эскизе д показан сильфонный чувстви-
тельный элемент. При подаче давления в камеру, образуемую корпусом 1 и
сильфоном 2Л сильфон сжимается.
Рис. 14.135. Схема струйного регулятора давления. Импульс регулируемого
давления передается к штуцеру 1 мембранной коробки 2, мембрана 3 которой
находится также под действием сжатой пружины 6 задатчика давления 5. При
изменении давления струйная трубка 8 отклоняется и давление в каналах 9 соп-
ловой головки перераспределяется. Поршень исполнительного механизма повора-
чивает кривошип 11 и, следовательно, дроссельную заслонку 10. При увеличе-
нии давления поворотом дроссельной заслонки увеличивается проходное сечение.
7—кнопки ручного управления, 4 — подвод масла к регулятору.
Рис. 14.136. Схема струйного регулятора количества. В качестве измеритель-
ного органа в трубопроводе устанавливается диафрагма 7, создающая перепад
давления, пропорциональный квадрату количества протекаемой жидкости. Дав-
ление перед диафрагмой подводится к внешней полости мембранной коробки 2, а
1046 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
давление после диафрагмы — к внутренней. Избыточное давление на мембрану 3
уравновешивается пружиной 4 задатчика количества 5. Изменению расхода соот-
ветствует изменение перепада давления, в результате чего струйная трубка 6
отклонится. В остальном регулирование протекает так же, как и в регуляторе
давления по рис. 14.135. 1 — трубопроводы, подводящие давление до и после диа-
фрагмы 7.
Рис. 14.137
Рис. 14.138
Рис. 14.137. Схема струйного регулятора соотношения количества газов. При
сжигании газов необходимо поддерживать расход воздуха и газа в определенном
соотношении. На корпусе регулятора устанавливаются две мембранные короб-
ки 9 и 2, к которым подводятся магистрали от диафрагм 3 и 4, установленных в
соответствующих трубопроводах 5 и 6.
При заданном отношении расходов га-
зов будет определенное отношение пе-
репадов давлений. Струйная трубка 11
в нейтральном положении будет в рав-
новесии, если установить каретку 8 за-
датчика соотношения в соответствую-
щее положение между струйной трубкой
и вспомогательной трубкой 10. 1 — кноп-
ки ручного управления трубкой, 7 —
шкала задатчика соотношения.
Рис. 14.138. Изодромный струйный
регулятор давления. Отличается от ре-
гулятора давления по рис. 14.135 нали-
чием изодрома (упругая обратная
связь), состоящего из поршня /, свя-
занного с пружиной 2, дросселя 5, че-
рез который жидкость перетекает из
одной полости цилиндра в другую, и
рычага 4 обратной перестановки струй-
ной трубки, вращающегося вокруг пе-
реставной оси 6. В процессе работы ре-
гулятора в зависимости от отклонения
давления жидкость в полость цилиндра
И13одром1а попадает или из правого ка-
нала сопловой головки или из правой
Механизмы, управления
1047
полости исполнительного механизма. При подаче жидкости в любую полость
поршень из одр ом а, перемещаясь, производит перестановку струйной трубки и
сжатие пружины 2, под действием которой жидкость перетекает из одной поло-
сти цилиндра в другую через дроссель. Цикл регулирования заканчивается,
\ когда пружина изодрома не напряжена и струйная трубка находится в ней-
тральном положении, что соответствует давлению, совпадающему с установлен-
ным номиналом. Чтобы поршень исполнительного механизма мог перемещаться
после достижения поршнем 1 крайнего положения, у концов цилиндра изодро-
ма предусмотрены выемки 5, которые служат для соединения струйного реле с
правой полостью исполнительного механизма. 7 —органы настройки иводрома.
Рис. 14.139
Рис. 14.139. Струйный регулятор количества с обратной связью. При наруше-
нии установленного значения регулируемого параметра струйная трубка 3 от*
клонится и пошлет импульс в исполнительный механизм (сервомотор). Для
уменьшения времени на возврат трубки в нейтральное положение используется
механизм обратной связи (механизм обратной перестановки), связывающий ис-
полнительный механизм со струйной трубкой. В данном случае рычаг 1 этого ме-
ханизма при увеличении давления на мембрану дополнительно сжимает пружи-
ну 2 пропорционально перемещению поршня и, наоборот» освобождает ее частич-
но при уменьшении давления.
1048 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
Рис. 14.140
Рис. 14.140. Струйный регулятор температуры с обратной "жесткой связью
В качестве чувствительного элемента здесь использован дилатометрический эле-
мент (см. рис. 14.123). Рычаг 4 нарезной пробки 2 приводится в движение от
исполнительного механизма, регулирующего температуру. При изменении темпе-
ратуры относительно номинала струйная трубка отклоняется от нейтрального
положения и приводит в движение исполнительный механизм. Последний через
звено 5 поворачивает в соответствующую сторону рычаг 4, нарезная пробка 2
ввинчивается или вывинчивается из корпуса и перемещает через рычаг 3 струй-
ную трубку 1 в сторону, обратную перемещению от дилатометрического эле-
мента.
Рис. 14.141. Расходомер постоянного перепада давления. Включается трубо-
провод с контролируемым давлением р2. Жидкость проходит через прямоуголь-
ное окно 1. На поршень 2 с грузами 3 действует давление р2 снизу и pi — сверху.
При любом расходе жидкости
P2Fn = PiFn + G,
где Fn — площадь поршня; G — вес поршня и грузов.
G
Таким образам, перепад давлений р2—Pi=7— остается постоянным. Пор-
Fn
шень 2 перемещается до тех пор, пока перепад давлений р2— pi будет достаточ-
ным для поддержания его вместе с грузами G в неподвижном состоянии. Расход
жидкости
(й~ й)
Механизмы управления
1049
Рис. 14.141
пропорционален перемещению х поршня; b — ширина окна. С поршнем связан
сердечник 4 индуктивного датчика 5, включенного в схему мостика (рис. справа).
Для дистанционного отсчета расхода приемник имеет также две катушки, сер-
дечник которых перемещается при разбалансировке мостика в (результате пере-
мещения сердечника 4 датчика. В случае использования расходомера в качестве
чувствительного элемента в регуляторах соотношения катушки приемника заме-
няются реохордом.
1050 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
Рис. 14.142
Рис. 14.142. Струйный (регулятор соотношения с электронным преобразовате-
лем. Струйный регулятор может быть использован для пропорционирования газа
и жидкости (например, воздуха и мазута). В качестве чувствительных элементов
должны быть использованы 'мембранная коробка 9 '(рис. а) для реагирования на
изменение количества газа и расходомер 2 постоянного перепада давления (см.
рис. 14.141) для реагирования на изменение количества жидкости. Катушки дат-
чика расходомера 2 включены в качестве двух плеч мостика элекпронного преоб-
разователя, двумя другими плечами которого являются активные сопротивления
реохорда 3. В измерительную диагональ мостика включен электронный усили-
тель /, управляющий реверсивным двигателем 12. Изменение количества расходу-
емого газа или жидкости вызывает разбалансировку мостика и вращение ротора
двигателя в направлении, соответствующем восстановлению нарушенного равно-
весия. С валом ротора двигателя связаны ползушка реохорда 3 и кулачок 4 за-
датчика, воздействующий через рычаг 5 на пружину 6 регулятора соотношения.
Необходимое соотношение, которое должен поддерживать регулятор, устанавли-
вается задатчиком 11. Изменение количества расходуемой жидкости вызывает
вращение кулачка 4 и, следовательно, смещение в соответствующую сторону
струйной трубки 7, воздействующей на сервомотор 8. При перемещении поршня
Механизмы управления
1051
сервомотора поворачивается дроссельная заслонка 10, изменяющая в нужную сто-
рону количество расходуемого газа.
На рис. б показан регулятор соотношения с электронным преобразователем
по схеме рис. а. 1 — блок электронного преобразователя, 2 — мембранная короб-
ка, подключаемая к диафрагме, установленной после дроссельной заслонки в
трубопроводе регулируемого газа.
Рис. 14.143
Рис. 14.143. Струйный регулятор нагрева воздухонагревателей 15 доменных
печей. Назначением регулятора является пропорционирование воздуха, нагнетае-
мого вентилятором с двигателем переменного тока. Количество' подаваемого воз-
духа регулируется поворотом шторок жалюзи при помощи сервомотора 7. Отбор
командного импульса расхода доменного газа производится у заслонки 12 газо-
провода и подается в мембранную коробку 10 регулятора 11 соотношения.
Вследствие неодинаковых расходных характеристик диафрагмы и жалюзи датчи-
ком расхода воздуха является кулачок 8 (лекало), профиль которого может
быть изменен в нужную сторону для согласования характеристик. В случае пере-
грева купола 13, температура которого измеряется термопарой 14, выключается
контакт 1 потенциометра 17, выключающий при помощи реле 2 (размыкается
нормально-замкнутый контакт 5) электромагнит 9 задатчика соотношения.
В результате смещения каретки задатчика поршень сервомотора 7 поднимается
вверх и дополнительно открывает жалюзи, что приводит к увеличению расхода
воздуха при неизменном расходе горючего. Это влечет за собой перенос тепла
газами от купола к насадке и охлаждение купола. Сервомотор 16 прижимает
горелку (на рис. не показана) к воздухонагревателю. 6 — маслонасосная уста-
новка, 4 и 5 — краны дистанционного управления (см. рис. 14.97, а).
1052 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
Рис. 14.144. Струйный регулятор нагрева воздухонагревателей с двигателем
-постоянного тока. На мембрану 3 действует перепад давлений до и после диа-
фрагмы 12 газопровода доменного газа к воздухонагревателю, а на мембрану 7 —
разрежение на всасывающей стороне вентилятора 9 горелки /, подводимое к
мембранной коробке по трубке 8. Расход газа изменяется заслонкой 11, управ-
ляемой исполнительным механизмом 10. Соотношение между воздухом и газом
устанавливается задатчиком 6. При перегреве купола срабатывает контакт 15
потенциометра 14, в результате чего катушка реле 17 размыкает контакты 18 и
19. При размыкании контактов 18 в цепь обмотки возбуждения вводится допол-
нительное сопротивление /?д, вследствие чего число оборотов ротора двигателя 16
возрастает и количество воздуха, нагнетаемого в воздухонагреватель, увеличи-
вается. При размыкании контактов 19 катушка 4 электромагнита обесточивается
и пружиной 5 задатчик 6 переводится на регулирование .меньшего соотношения
газа и воздуха. Количество продуктов горения увеличивается, а температура
снижается, что способствует перераспределению тепла между куполом и насад-
кой. 2 — кран; 13 — термопара.
Механизмы управления
1053
Рис. 14.145 Рис. 14.146
Рис. 14.145. Блок-регулятор. При изменении разности давлений в полостях
мембранной коробки 2 в результате прогиба мембраны поворачивается струйная
трубка 5, направляющая поток масла в соответствующие полости цилиндра 5. На
рис.: 1 — шестеренный насос, 6 — поворотный кривошипный исполнительный ме-
ханизм, 4 — сопловая головка.
Рис. 14.146. Принципиальная схема действия реле «сопло-заслонка» а — про-
стейшая заслонка, перемещающаяся относительно сопла; б — дифференциальная
заслонка, приближающаяся к одному и одновременно удаляющаяся от другого
сопла; в — поворотная заслонка в ваде задвижки.
Изменение давления р2 перед выходом из сопла при изменении положения
заслонки 3 возможно при наличии дросселя с проходным сечением Fx (эскиз г).
При полностью закрытой заслонке 3 истечения жидкости из резервуара 2 нет и
давление в нем установится такое же, как в магистрали 1. При полностью от-
крытом сопле давление р2 будет минимальным; величина р2 определяется сопро-
тивлением жидкости или воздуха при истечении их из открытого отверстия.
Связь между перемещением заслонки, определяющей величину F2, и давлением
P2 определяется по формуле:
при истечении жидкости в атмосферу для простой заслонки
Р1 = Р1
1
а2^2
1 +——
1054 Раздел 14. Гидропневматические передачи и аппаратура управления
для дифференциальной заслонки, в которой сопла 2 и 2' питаются из одной ма-
гистрали,
_ ____________1__________
— । ' г'2
а2^2 । а2 2
1 + 2 г2
аит
Здесь аь ia2, а2' — коэффициенты расхода;
F\, F2, F/ —площади сечений сопел.
Изменение давления р2, а 'следовательно, и изменение дифференциального
оеле «сопло-заслонка» для регулирования возможно при разных диаметрах со-
пел 2 и 2Г.
/I и 10
Рис. 14.147
Рис. 14.147. Гидравлическое реле «сопло-заслонка». Импульс давления по-
дается по трубке 4. В результате изменения командного давления деформирует-
ся сильфон 7, вызывая перемещение подпружиненного рычага 5 заслонки.
Основной поток жидкости, подводимый через отверстие /, перемещается двумя
путями:
а) через фильтр 2, регулируемый дроссель 3, отверстие в золотнике 5, пра-
вую полость коробки, отделяемую мембраной 9, к соплу 6 и далее сливается че-
рез отверстие 10 в бак;
б) при смещении золотника 8 влево — через прорези золотника в трубу 11 и
далее в цилиндр исполнительного механизма, при смещении золотника 8 вправо
жидкость из цилиндра через отверстия 11 и 10 сливается в резервуар.
Если давление в трубке 4 уменьшилось, то заслонка действием пружины
приблизится к соплу 6, давление на мембрану 9 справ.а увеличится, пружина зо-
лотника 8 сожмется и золотник 8 переместится влево, открывая доступ маслу
из отверстия 1 в отверстие 11.
Механизмы управления
1055
Если давление в трубке 4 увеличилось, то пружина заслонки сожмется, за-
слонка отойдет от сопла 6, золотник переместится вправо и жидкость из отвер-
стия 11 свободно сольется в отверстие 10.
Рис. 14.148
Рис. 14.149
Рис. 14.148. Пневматический изодромный регулятор уровня. Поплавок в со-
суде 1 с регулируемым уровнем воздействует на золотник 2, соединяющий каме-
ру Л с атмосферой при увеличении уровня сверх нормы или с воздушной ма-
гистралью при понижении уровня. В последнем случае мембрана 5 через стер-
жень 6 и качающееся коромысло открывает шариковый клапан 10 и давление в
камере В, а 'следовательно, и в мембранной коробке 11 исполнительного механиз-
ма повышается, вследствие чего впускной клапан 12 открывается, а уровень жид-
кости в сосуде восстанавливается. Действием на мембрану 9 увеличенного дав-
ления в камере В стержень 6 поднимается и впускной клапан 12 частично за-
крывается. Однако противодавление в камере С, в которую воздух может попасть
из камеры В через дроссель 7, возрастает, что приводит к обратной перестановке
впускного клапана. Цикл регулирования заканчивается тогда, когда сила упруго-
сти пружины 3 будет уравновешена давлением на мембраны в камерах А, С и В,
и клапан коробки 11, регулирующий приток жидкости, установится в положение,
соответствующее расходу жидкости из сосуда через выпускной клапан 13. 4 —
стержень; 8 — трубопровод.
Рис. 14.149. Автоматический регулятор работы. Для регулирования применен
поршневой дифференциальный масляный насос. Корпус насоса с цилиндрами 1
и 2 прикреплен к встряхивающему столу. При падении стола корпус толкает вниз
тяжелый 4 и легкий 3 поршни. Поршень 4 качает масло из резервуара 6 в резер-
вуар 8, а поршень 3 — из резервуара 8 в резервуар 6 в меньшем количестве. При
каждом ударе под поплавок 9 в резервуар 8 будет поступать разность подач
масла обоих поршней. Когда поплавок 9 поднимется на некоторую величину s,
он нажимает на рычаг механического реле и прекращает встряхивание. На рис.:
7 — редукционный вентиль; 5 — клапан для обратного перепуска масла.
ЛИТЕРАТУРА
1. А г е й к и н Д. И., Костина Е. Н., Кузнецова Н. Н., Датчики систем
автоматического контроля и регулирования, Машгиз, 1959.
2. А к с е н о в Н. П. и Аксенов П. Н., Оборудование литейных цехов,
т. I и II, Машгиз, 1949—50.
3. Артоболевский И. И., Теория пространственных механизмов, ОНТИ
НКТП СССР, М., 1937.
Артоболевский И. И., Механизмы, АН СССР, 1949.
Артоболевский И. И., Теория механизмов и машин, Гостеоретиздат,
1953.
4. А ч е р к а н Н. С., Расчет и конструирование металлорежущих станков,
Машгиз, 1952.
5. Б а р а н о в Г. Г., Кинематика пространственных механизмов, Труды Воен-
но-воздушной академии, № 18, 1936.
6. Баркан Д. Д., Виброметод в строительстве, Госстройиздат, 1959.
7. Б а ш т а Г. М., Самолетные гидравлические приводы и агрегаты, Оборон-
гиз, 1951.
8. Бежанов Б. Н. и Б ушу но в В. Т., Производственные машины-авто-
маты, Машгиз, 1953.
9. Бруевич Н. Г., Кинематика простейших пространственных механизмов
с парами пятого класса, Труды Военно-воздушной академии, № 18, 1936.
10. Булгаков И. С., Счетные машины, Машгиз, 1950.
11. Гавриленко Б. А., Минин В. А., Словников Л. С., Гидравли-
ческие тормозы, Машгиз, 1961.
12. Гевондян Т. А., Киселев Л. Т., Приборы для измерения и реги-
страции колебаний, Машгиз, 1962.
13. Герасимов С. Г. и др., Автоматическое регулирование котельных ус-
тановок, Госэнергоиздат, 1950.
14. Городецкий Ю. Г. и Полянский П. М., Применение пневматиче-
ских методов контроля в машиностроении, Машгиз, 1949.
15. Григорьев Е. Т., Расчет и конструирование резиновых амортизато-
ров, Машгиз, 1960.
16. Гулько М. М., Автоматические линии станков, Машгиз, 1951.
17. Десов А. Е., Вибраторы для бетона, Машгиз, 1949.
18. Д о б р о в о л ь с к и й В. В., Теория механизмов, Машгиз, 1951.
19. Д о б р о в о л ь с к и й В. В., Теория сферических механизмов, Машгиз,
1947.
20. Джонс Ф. и Хортон X., Механизмы автоматического действия, Маш-
гиз, 1961.
21. Емельяненко П. Т., Пильгерстаны, Гостехиздат, 1937.
Литература
1057
22. Есипенко Я. И., Механические вариаторы скорости, Укртехиздат, 1961.
23. 3 и н о в ь е в В. А., Кинематический анализ пространственных четырех-
звенных механизмов. Труды семинара по теории машин и механизмов,
АН СССР, т. VIII, Машгиз, 1953-
Зиновьев В. А., Теория механизмов и машин, Физматиздат, 1961.
24. 3 у б а н о в М. П., Вибрационные дорожно-строительные машины, Маш-
гиз, 1948.
25. Иванов Е. А., Муфты приводов, Машгиз, 1959.
26. Иориш Ю. И., Измерение вибрации, Машгиз, 1956.
27. Ильинский В. С., Вопросы изоляции вибраций и ударов, «Советское
радио», 1960.
28. Карпин Е. Б., Весоизмерительные автоматы, Машгиз, 1958.
29. Кожевников С. Н., Теория механизмов и машин, Машгиз, 1954.
30. Кожевников С. Н., К вопросу о кинематике и синтезе пространст-
венных кривошипно-коромысловых механизмов. Труды семинара по теории ма-
шин я механизмов, АН СССР, т. IV, вып. 14, 1947.
31. Кожевников С. Н., Динамика машин с упругими звеньями, .АН
УССР, 1961.
32. Кожевников С. Н., Аппаратура и механизмы гидро-, пневмо- и элек-
троавтоматики металлургических машин, Машгиз, 1961.
33. Кожевников С. Н. и Пруслин М. М., Механика швейных машин,
Гизлегпром, 1948.
34. Королев А. А., Механическое оборудование прокатных пехов, Метал-
лургиздат, 1959.
35. Литвин Ф. Л., Некруглые зубчатые колеса, Машгиз, 1950.
36. Мальцев В. В., Роликовые муфты свободного хода, Машгиз, 1959.
37. Малов А. Н., Автоматическая загрузка металлорежущих станков,
Машгиз, 1947.
38. Малышев А. П., Кинематика механизмов, Гизлегпром, 1933.
39. Мерцалов Н. И., Избранные труды, т. I, Машгиз, 1950.
40. Н а в р о ц к и й Г. А., Высадочные и обрезные прессы-автоматы, Маш-
гиз, 1949.
41 Повидай л о В. А., Расчет и конструирование вибрационных питате-
лей, Машгиз, 1962.
42. Поляков В. С., Барбаш И. Д., Муфты, Машгиз, 1955.
43. Пронин Б. А., Клиноременные и фрикционные передачи и вариаторы
скорости, Машгиз, 1960.
44. Пчельников Н. И., Приборы управления артиллерийским зенитным
огнем, кн. I, Воениздат, 1940.
45. П я с и к И. Б., Шариковинтовые механизмы, Машгиз, 1962.
46. Раевский Н. П., Датчики механических параметров машин, АН
СССР, 1959.
47. Р а з ы гр а е в А. М., Д в о р и н 3. А., Проектирование и монтаж электро-
оборудования металлорежущих станков, Машгиз, 1952.
48. Решетов Л. Н., Кулачковые механизмы, Машгиз, 1948.
49. Решетов Д. Н., Детали машин, Машгиз, 1961.
50. Рихтер О. и Фосс Р., Детали изделий точной индустрии, Машметиз-
дат, 1932.
51. Руденко Н. Ф., Планетарные передачи, Машгиз, 1947.
1058
Литература
52. Ру зга 3., Электрические тензометры сопротивления, Госэнергоиздат,
1961.
53. Соколов Г. Н. и Др ужи некий И. А., Автоматическое копирова-
ние на металлорежущих станках, Машгиз, 1949.
54. Соловьев И. И., Автоматизация энергетических систем, Госэнергоиз-
дат, 1950.
55. Сотсков Б. С., Элементы телемеханической и автоматической аппара-
туры, ч. I, Оборонгиз, 1936.
56. Сотсков Б. С., Основы расчета и проектирования элементов автомата-
ческих и телемеханических устройств, Госэнергоиздат, 1953.
57. Спиваковский А. О., Гончаревич И. Ф., Горнотранспортные
вибрационные машины, Углетехиздат, 1959.
58. Терехов А. П., Полякевич В. Г., Шариковые планетарно-фрикци-
онные редукторы, Машгиз, 1955.
59. Троп А. Е., Автоматическое управление электроприводом и механизма-
ми на углеобогатительных фабриках, Углетехиздат, 1953.
60. Хайм о вич Е. М., Гидроавтоматика копировальных станков, Гостех-
издат Украины, 1950.
61. Ц е л ик о в А. И., Смирнов В. В., Прокатные станы, Металлургиздат,
1958.
62. Шаумян Г. А., Автоматы и автоматические линии, Машгиз, 1961.
63. Щиренко Н. С., Механическое оборудование доменных цехов, Метал-
лургиздат, 1962.
64. Экспресс-информация, серия «Редукторостроение и детали машин»,
1959—1960.
65. Экспресс-информация, серия «Детали машин», 1961—1962.
66. Экспресс-информация, серия «Подъемно-транспортные сооружения»,
67. Энциклопедический справочник «Машиностроение», тт. 8, 9, 13, Машгиз,
1947—1950.
68. Юдин В. А., Механизмы приборов, Машгиз, 1949.
Сергей Николаевич Кожевников, Яков Иванович Есипенко,
Яков Михайлович Раскин
МЕХАНИЗМЫ
Переплет худ. Ю. А. Королева
Издательский редактор Г. Л. Виллер Техн, редактор М. С. Владимирова
Т-02867 Подписано в печать 18/11—Г965 г. Учетно-изд. л. 58,35
Формат бумаги 60 Х 90716 = 33,12’5'бум. л. — 66,25 печ. л.
Цена 3 р. 07 к. Тираж 16000 экз. Тем. план 1964 г. № 63 Зак 1797/774
Московская типография № 12 Главполиграфпрома
Государственного комитета Совета Министров СССР по печати
Цветной бульвар, 30
ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ
Стр. Строка Напечатано Должно быть
27 8 снизу nKD nDE
38 18 снизу на рис. 2.276—2.280 на рис. 1.268—2.272
41 5 снизу _.рлм-1 .л vAi> i— 1
aAi, i—l — п2 PlA aAi, i— 1 Р/Д
51 14 снизу Рх,+^ + ^ = ° Px,+A+Ai= о
57 5 сверху тем меньше, чем диаметр катка тем меньше, чем больше диаметр катка
167 8 снизу . **3 — *^2 *35 = — . ^5 Sl+S2 • Пз
*35 — — . S1 + S2
174 7 снизу на рис. 4— подшипники; на рис.: 4 — подшипники;
174 1 и 2 снизу tb, «5 ^S» aS
176 14 сверху dS%^ Ст12 = dsi = dS\% 12 dSr
191 — Рис. 3.50 Рис. 3.51
192 — Рис. 3.51 Рис. 3.50
226 2 снизу Л =__ Рз ~
233 2 сверху *111 — *11, I =
291 2 сверху На ведущем валу I укреплено На ведущем валу укреплено
311 17 снизу doS 1 _ 4ft О fd*S \ =46,2 \ dcp2 /max
^тах
353 21 сверху кулачка гильзы
359 17 снизу , (R1+ *2)2 + А + А
373 На рис. 5.16 2₽ 2?
413 3 сверху минимальное номинальное
469 10 сверху м = 0,007?рп2 М= 0,007<7ргг(#?+#|)
502 6 сверху Тд + Тп = Т’о тл + Тл = Т
646 8 снизу частичное частное
Зак 1797/774