28

2.1 ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА

Кривошипно-шатунний механізм (КШМ) призначений для перетворення зворотно-поступального руху поршня в обертальний рух (наприклад, в обертальний рух колінчастого вала в двигунах внутрішнього згоряння), і навпаки

Пряма схема: Поршень під дією тиску газів робить поступальний рух у бік колінчастого валу. За допомогою кінематичних пар «поршень-шатун» і «шатун-вал» поступальний рух поршня перетворюється в обертальний рух колінчастого вала. Колінчастий вал складається з: шатунні шийки корінні шийки противагу

Кривошипно-шатунний гідравлічний поворотний механізм

Зворотній схема: Колінчатий вал під дією прикладеної зовнішньої крутного моменту робить обертовий рух, який через кінематичну ланцюг «вал-шатун-поршень» перетворюється в поступальний рух поршня. Кривошипно-шатунний механізм використовується в двигунах внутрішнього згоряння,поршневих компресорах, поршневих насосах, швейних машинах, кривошипних пресах.Також кривошипно-шатунний механізм застосовувався в брусових косарках

Кулачко́вий механі́зм — це триланковий механізм, що складається з двох рухомих ланок: кулачка чи копіра, що здійснюють, відповідно, обертальний або поступальний рух та штовхача, якщо ланка виконує прямолінійний рух, або коромисла, якщо ланка забезпечує коливний рух, які утворюють між собою вищу кінематичну пару, та стояка, з яким ці ланки утворюють нижчі кінематичні пари. Часто для заміни у вищій парі тертя ковзання тертям кочення і зменшення зношування, у схему механізму включають додаткову ланку — ролик. Використовують кулачкові механізми для узгодження законів руху різних механізмів, що входять до складу машини або агрегату.

Кулачкові механізми призначені для перетворення обертального (поступального) руху кулачка (копіра) у зворотно-поступальний (зворотно-обертальний) рух штовхача (коромисла). При цьому у механізмі можна реалізувати перетворення руху по складному закону. Основною перевагою кулачкових механізмів є можливість забезпечення точного позиціювання вихідної ланки. Ця перевага визначила їх використання у найпростіших пристроях циклової промислової автоматики для вмикання-вимикання робочих органів у певній послідовності, в двигунах внутрішнього згорання у системі газорозподілу, вметалорізальних верстатах та інших машинах для відтворення складної траєкторії руху робочих органів

Заскочни́́й механізм(храповий) — зубчастий механізм переривчастого руху, створений для перетворення зворотно-обертового руху у переривчастий обертовий рух в одному напрямі. Тобто, заскочник дозволяє вісі обертатися в одному напрямі й не дозволяє обертатися в іншому. Заскочники мають широке застосування, наприклад, у турнікетах, гайкових ключах, заводних механізмах,домкратах, задній втулці велосипеда тощо.

Заскочник зазвичай має форму зубчастого кола з несиметричними зубцями, має упор з одного боку. Храповий механізм дає можливість передавати обертання тільки в одному напрямі або забезпечує періодичний обертовий рух в одному напрямі з зупинками. Рух кола у зворотний бік обмежується заскочкою, яка притискається до кола пружиною або власною вагою.

Мальтійський механізм — один із видів механічних передач, який служить для перетворення постійного обертального руху в переривчастий рух з зупинками певної тривалості. Своєрідне ім'я механізм отримав через схожість веденої частини механізму до мальтійського хреста ордену іоанітів.

Розрізняють мальтійські механізми на два найбільші підвиди: мальтійський механізм із зовнішнім зачепленням та ізвнутрішнім зачепленням. Також вони можуть різнитися кількістю кривошипів чи кількістю пазів у хресті-ланці. Періодичний рух веденої ланки забезпечує цівка, що обертається на ведучому колесі(кривошипі) і входячи у паз хреста обертає його доки не вийде із зачеплення, здійснивши оберт на певний кут (залежить від кількості кривошипів) цівка входить в наступний паз і знов повторює цикл. Для того щоб ведена ланка не прокручувалась інерційно при зовнішньому зачепленні роблять стопорний сегмент, що має радіус рівний радіусу зовнішніх дуг хреста. Кількість пазів на хресті може бути від 3 до 12. Доволі розповсюджене використання мальтійського механізму в кінотехніці. Він є однією із головних складових механікикінопроектора, адже кіноплівка повинна затримуватися перед об'єктивом на рівно 1/24 секунди. Тому використання такого механізму було найбільш доцільним. Також цей механізм використовують у агрегатних верстатах для обертання поворотних столів. Є приклади використання мальтійського механізму також у бункерних завантажувальних пристроях.

Механізми передачі обертового руху

Основне призначення механічних передач — це узгодження параметрів руху робочих органів машини з параметрами руху вала двигуна.

Потреба встановлення механічної передачі між двигуном та робочим органом машини як складової частини привода диктується такими завданнями:

• для вибору оптимальної швидкості руху;

• для регулювання швидкості руху (збільшення або зменшення);

• для перетворення виду руху: обертального в поступальний (передачі рейкові і гвинт–гайка) і навпаки (кривошипно-шатунний механізм);

• для зміни напряму руху (реверсування);

• для зміни обертальних моментів і зусиль при русі;

• для передачі потужності на відстань.

Класифікація

Передачі обертового руху, у свою чергу, ділять за принципом роботи на:1/передачі зачепленням, що працюють без проковзування (зубчасті передачі, черв'ячні передачі і ланцюгові передачі);2/передачі тертям (пасові та фрикційні передачі).

За наявністю проміжної гнучкої ланки, що забезпечує можливість розміщувати вали на значних відстанях один від одного, розрізняють:1/передачі із гнучкою проміжною ланкою (пасові і ланцюгові передачі);2/передачі безпосереднім контактом (зубчасті, черв'ячні, фрикційні передачі та ін.).

За взаємним розташуванням валів механічні передачі бувають:

• з паралельними осями валів (циліндричні зубчасті, ланцюгові, пасові передачі);

• з осями, що перетинаються (конічні зубчасті);

• з мимобіжними осями, що перехрещуються (черв'ячні, гіпоїдні).

За основною кінематичною характеристикою - передавальним відношенням - розрізняють передачі:

• з постійним передавальним відношенням (редуктор);

• із змінним передавальним відношенням (ступінчасті — коробки передач і безступінчасті — варіатори).Передачі, що перетворюють обертовий рух в безперервний поступний або навпаки, розділяють на передачі:1/гвинт — гайка (ковзання і кочення);2/рейка — рейкова шестерня;3/рейка — черв'як;4/довга напівгайка — черв'як.

Передавальне відношення одно та багатоступінчастої передачі

  - передаточне відношення передачі;

           - передаточне відношення привода;

           - К.К.Д. привода;

           або  - потужність, кВт;

           - залежність між обертовим моментом на веденому та ведучому валах передачі;

           - потужність;

           - залежність між значеннями потужності на веденому та ведучому валах передачі;

           - визначення кутової швидкості на веденому валу через кутову швидкість ведучого валу;

           - визначення частоти обертання веденого валу через частоту обертання ведучого валу;

           - залежність між кутовою швидкістю та частотою обертання.

           - колова швидкість;

           - колова сила;

Фрикці́йна переда́ча — один із різновидів механічної передачі, що служить для передачі обертового моменту між близько розташованими валами при відсутності жорстких вимог до стабільності передавального відношення

Класифікація, переваги та недоліки

Розрізняють фрикційні передачі за:

• орієнтацією осей: паралельні, осі перетинаються;

• формою ободу: гладкий, клиновий;

• типом дотикання: внутрішнє, зовнішнє;

• та інші.

Переваги

• простота конструкції,

• безшумність,

• рівномірність обертання,

• можливість застосовувати їх при високих швидкостях,

• проковзування (властивість запобігати перевантаженням веденого вала, що унеможливлює поломку передачі).

Недоліки

• необхідність використовувати спеціальні притискальні пристрої,

• великі навантаження на вали і підшипники,

• проковзування (нестабільність передавального відношення).

Фрикційні передачі використовують не тільки для передавання обертового руху, але широко застосовують для перетворення обертового руху в поступальний — у всіх наземних транспортних машинах (колесо і рейка або дорога), а також у металургійній промисловості (прокатні стани), де передавання руху за рахунок тертя є основою технологічного процесу.

Вигідне застосування фрикційних передач у варіаторах — механізмах для безступеневого регулювання кутової швидкості. За допомогою фрикційної передачі можна забезпечити достатньо велике передавальне число, але через обмеження габаритних розмірів передачі рекомендують брати U ≤ 10. ККД фрикційних передач коливається в межах η = 0,90...0,95.

Зу́бчаста переда́ча — механізм або частина механізму в складі якого є зубчасті колеса, що використовуються для зміни швидкості й напряму руху ведучої частини при відповідних змінах обертового моменту, коли необхідне точне відношення швидкостей ведучого і веденого вала в будь-який момент часу.

ДСТУ 3321-2003 визначає зубчастий передавач як «триланковий механізм, в якому дві рухомі ланки — зубчасті колеса, що утворюють із нерухомою ланкою обертову або поступну пару».

Зубчаста передача складається з ведучого (або декількох) зубчастого колеса, яке називаються шестернею, і веденого (або декількох) зубчастого колеса ВИДИ ЗУБЧАСТИХ ПЕРЕДАЧ

По передавальному відношенню:(з постійним передавальним відношенням;)(зі змінним передавальним відношенням.)

По формі профілю зубців:(евольвентні;)(колові (передача Новікова);(циклоїдні)

По типу зубців:(прямозубі);(косозубі;)(Шевронні);(криволінійні).

По орієнтації осей валів:(з паралельними осями (циліндричні передачі з прямими, косими і шевронними зубцями);(з осями, що перетинаються (конічні передачі);(з мимобіжними осями.)

По формі початкових поверхонь:(циліндричні;)(конічні;)(гіперболоїдні;)

За ступенем безпеки :(відкриті;)(закриті.)

Складені зубчасті передачі повинні задовольняти такі вимоги:1) міцність для передачі потрібних колових зусиль;2) кінематична точність, тобто взаємне положення зубчастих коліс повинно відповідати складальному кресленню машин;3) плавність та безшумність в роботі, тобто передача повинна легко та рівномірно прокручуватись вручну, а при роботі від двигуна видавати звук рівний, без ударів і посилень;4) величини радіальних і бокових зазорів, а також плями торкання на робочих поверхнях повинні бути в межах допусків, встановлених технічним завданням;5) корпуси і кожухи закритих передач не повинні виявляти течі мастила і найбільша стала температура його при роботі передачі під навантаженням не повинна перевищувати 65 °C при температурі повітря приблизно 20 °C.6) відсутність заклинювання при нагріванні

Міжосьова відстань циліндричних зубчастих передач:

прямозубої     а_ω = 0,5 · (d₁ + d₂ )= 0,5m · (z_l + z₂);                         

косозубої або (шевронної)a_ω = 0,5m_n · (z₁ + z₂) / cos β.     

Визначення основних розмірів зубчастого колеса залежно від

модуля зубців.

Розміри зубчатого колеса виражають через модуль і число зубів Z.

Ділильний і початковий діаметри d = dω = mz

Діаметр вершин da = d + 2ha = d + 2m

Діаметр впадин df = d – 2hf = d – 2,5m

Циліндричні колеса , в яких зуби розміщені по гвинтових лініях на ділильному циліндрі , називають косозубими. На відміну від прямозубої в косозубій передачі зуби входять в зачеплення не зразу по всій довжині, а поступово. Збільшується час контакту однієї пари зубів, протягом якого входять нові пари зубів, навантаження передається по великій кількості контактних ліній , що значно знижує шум та динамічні навантаження.

Чим більший кут нахилу лінії зуба , тим вища плавність зачеплення. У пари спряжених косозубих коліс з зовнішнім зачепленням кути рівні , але протилежні за направленням.

Основні геометричні співвідношення. Як відомо, модуль зубів представляє собою відношення розділюючого діаметра до числа зубів колеса, але для розділюючого конуса конічного зубчастого колеса цих діаметрів , а значить , і модулів безмежна кількість. При різних по довжині зуба модулях висота зуба також величина перемінна. Для зручності вимірювання розміри конічних коліс прийнято оприділяти по зовнішньому торцеві зуба, одержаного зовнішнім додатковим конусом.

Максимальний модуль зубів – зовнішній коловий модуль – одержується по зовнішньому торцеві колеса. Він позначається: me – для прямозубих коліс та m te – для коліс з коловими зубами.

Еквівалентне колесо. Для прямозубої передачі профілі зубів конічного колеса на розгортці додаткового конуса досить близькі до профілів зубів еквівалентного циліндричного прямозубого колеса, розділююче коло якого одержане розгорткою додаткового конуса на площину. Доповнивши розгортку до полного кола, одержимо еквівалентне циліндричне колесо з числом зубів Zv.

Для передачі з коловими зубами профілі зубів конічного колеса в нормальному січенні близькі до профілів зубів еквівалентного циліндричного прямозубого колеса з числом зубів Zv, які одержали двійним приведенням : конічного колеса до циліндричного і кругового зуба до прямого зуба .

Сили зачеплення. Сили в конічній передачі одержують по розмірам середніх січень зубів, в яких лежить точка прикладення сили Fn, яка діє перпендикулярно поверхні зуба. Силу Fn розкладають на складаючі сили Ft Fr Fa

В прямозубій передачі :

Радиальна сила на шестерні Fr = Ft tg tgα ωcos δ1

Сили но колесі відповідно дорівнюють Fa1 =Fr2 Fa2=Fr1

Шевронні циліндричні передачі

Шевронне колесо представляє собою спарене косозубе колесо , виконане як одно ціле. Внаслідок різного направлення зубів на полушевронах осьові сили взаємно врівноважуються на колесі і на підшипники не передаються. Це дозволяє приймати у шевронних коліс кут нахилу зуба β = 25 .40˚, що підвищуе міцність зубів і плавність передачі.

Шевронні зубчасті колеса виготовляють з доріжкою в середині колеса для виходу ріжуючого інструменту (черв’ячної фрези) або без доріжки (нарізають долбяком або гребінкою із спеціальною заточкою).

Шевронні колеса без доріжки нарізають на спеціальних дорогих верстатах, тому їх використовують рідше , ніж колеса з доріжкою. Ширина доріжки а = (10 .15) m.

Шевронний зуб вимагає строго визначеного осьового положення шестерні відносно колеса, тому вал одного із коліс пари монтують в підшипниках, які допускають осьову “гру” вала.

Недоліком шевронних коліс є велика вартість їх виготовлення. Використовуються в сильних скорохідних закритих передачах.

Геометричний та міцнісний розрахунки шевронної передачі анологічні розрахункам косозубої передачі.

Пасова передача — це механічний пристрій для передавання механічної енергії (механічна передача) між валами за допомогою гнучкого елементу (приводного паса) за рахунок сил тертя або сил зачеплення (зубчасті приводні паси