Лекции по "Слесарь-ремонтник"

Наиболее распространенными механизмами  преобразования вращательного движения в прямолинейное являются кривошипно-шатунный, реечный, винтовой, эксцентриковый, кулисный, храповой и другие механизмы.

 

Реечный и кривошипно-шатунный механизм

Реечный механизм применяется в реечном домкрате, в сверлильном и токарном станках и других устройствах. Реечный механизм - один из наиболее распространенных в технике, применяемых для преобразования вращательного движения в поступательное и, наоборот, поступательного во вращательное. Он состоит из шестерни и прямолинейной зубчатой рейки. Рейка - это развернутое зубчатое колесо, начальный диаметр которого увеличен до бесконечности.

Таким образом, если рейку закрепить  неподвижно, а шестерню привести во вращение, то она будет совершать сложное движение, то есть вращаться вокруг оси и передвигаться поступательно вдоль рейки. За один оборот вокруг оси шестерня, а вместе с ней и прикрепленный к ней механизм передвинутся на расстояние, равное длине начальной окружности, то есть произведению шага на количество зубьев.

С помощью такого механизма осуществляется продольное перемещение суппорта токарного  станка, в котором рейка прикреплена  неподвижно к станине, а шестерня, размещенная в фартуке, вращаясь вокруг оси, перекатывается по рейке и перемещает вместе с собой фартук и суппорт. Примером применения механизма, в котором вращательное движение шестерни преобразуется в поступательное движение рейки, является перемещение шпинделя сверлильного станка.

Кривошипно-шатунный механизм используют для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное. Принцип его действия заключается в том, что поршень под действием сжатых газов совершает возвратно-поступательное движение, которое при помощи шатуна и кривошипа преобразуется во вращательное движение вала. Вал совершает один полный оборот за два хода поршня: от верхнего крайнего положения до нижнего под действием сжатых газов и от нижнего крайнего положения до верхнего под давлением сил инерции.

 Кривошипно-ползунный механизм состоит из кривошипа 1, шатуна 2, ползуна 3 и неподвижной стойки 4.

При вращении кривошипа ползун получит  поступательное перемещение. Механизм превращает вращательное движение в  возвратно-поступательное. Примером является поршневой компрессор.

При сообщении возвратно-поступательного движения ползуну вдоль оси I—I кривошип будет вращаться вокруг неподвижной оси. Кривошипно-ползунный механизм такого назначения используют в двигателях внутреннего сгорания.

Положения, в которых кривошип и шатун  располагаются на одной линии (по оси I—I), называются мертвыми. Для вывода механизма из этих положений в двигателе внутреннего сгорания на ось кривошипа устанавливают массивный маховик.

 

Винтовые механизмы

Винтовые механизмы применяются в машинах для преобразования вращательного движения в поступательное и, наоборот, поступательного во вращательное. Винтовые механизмы часто применяются в станках для осуществления прямолинейного вспомогательного (подача) или установочного (подвод, отвод, зажатие) движения таких сборочных единиц, как столы, суппорты, каретки, шпиндельные бабки, головки и т. д. Винты, применяемые в этих механизмах, называются ходовыми.

Винтовые  механизмы применяют не только для  преобразования движения, но и для  передачи усилий в различных подъемниках, домкратах, прессах и т. п. В таких механизмах винт называют тяговым. Тяговые винты изготовляют преимущественно с упорной резьбой, а иногда с круглой. Они работают с незначительными скоростями, но с большими усилиями, чем с ходовые винты.

Основными деталями винтового механизма являются винт и гайка.

В винтовых механизмах (передачах винт—гайка) движение передается от винта к гайке, т. е. вращательное движение винта преобразуется в поступательное движение гайки, например механизм поперечного перемещения суппорта токарного станка. Встречаются конструкции, когда движение передается от гайки к винту, и винтовые передачи, в которых вращение винта преобразуется в поступательное того же винта, при закрепленной неподвижно гайке. Примером такого механизма может служить винтовая передача верхней части стола (рис. 9, а) фрезерного станка. При вращении рукояткой 6 винта 1 в гайке 2, закрепленной винтом 3 в салазках 4 стола ,5, винт 1 начинает двигаться поступательно. Вместе с ним движется по направляющим салазок стол 5.

Эксцентриковые и кулачковые механизмы

Эксцентриковый механизм является разновидностью кривошипно-ползунного механизма.

Схема эксцентрикового механизма показана на рис. 9, б. Эксцентрик представляет собой круглый диск, ось которого смещена относительно оси вращения вала, несущего диск. Когда вал 2 вращается эксцентрик 1 воздействует на ролик 3, перемещая его и связанный с ним стержень 4 вверх. Вниз ролик возвращается пружиной 5. Таким образом, вращательное движение вала 2 преобразуется эксцентриковым механизмом в поступательное движение стержня 4.

Кулачковый механизм применяется  для преобразования вращательного  движения в поступательное. Кулачковые механизмы очень разнообразны по устройству, конструкции и назначению. Ведущим звеном кулачкового механизма является кулачок, а ведомым - штанга, рычаг, толкатель.

Кулачковые механизмы широко применяются в станках-автоматах и других машинах для осуществления автоматического цикла работы. Эти механизмы могут быть с дисковым цилиндрическим и торцовым кулачками. Показанный на рис. 9, в механизм представляет собой кулачок 1 с канавкой 2 сложной формы на торце, в кoторую помещен ролик 3, соединенный с ползуном 4 посредством стержня 5. В результате вращения кулачка 1 (на разных его участках) ползун 4 получает разную скорость прямолинейного возвратно-поступательного движения.

Кулисный механизм

На рис. 9, г представлена схема кулисного механизма, широко применяемого, например, в поперечно-строгальных и долбежных станках. С ползуном 1, на котором закреплен суппорт с режущим инструментом , шарнирно связана при помощи серьги 2 качающаяся влево и вправо деталь 4, называемая кулисой. Внизу кулиса соединена посредством шарнирного соединения 6, причем своим нижним концом она поворачивается около этой оси во время качаний.

Качания кулисы происходят в результате поступательно-возвратных перемещений в ее пазу детали 5, называемой кулисным камнем и получающей движение от зубчатого колеса 3, с которым она соединена. Зубчатому колесу 3, называемому кулисной шестерней, вращение передается колесом, закрепленным на ведущем валу. Скорость вращательного движения кулисного колеса регулируется коробкой скоростей, связанной с электродвигателем.

Длина хода ползуна зависит от того, в  каком виде установлен на кулисной шестерне кулисный камень. Чем дальше от центра шестерни расположен кулисный камень, тем больше окружность, которую он описывает при вращении шестерни, и, следовательно, тем больше угол качания кулисы и длиннее ход ползуна. И наоборот, чем ближе к центру колеса установлен кулисный камень, тем меньше все перечисленные движения.

Храповые механизмы

Храповые механизмы позволяют в широком диапазоне изменять величину периодических перемещений рабочих частей машин. Типы и область применения храповых механизмов разнообразны.

Храповой механизм (рис. 10) состоит из четырех звеньев: стойки 1, храповика (зубчатого колеса) 4, рычага 2 и детали 3 с выступом, которая носит название собачки. Храповик со скошенными в одну сторону зубьями насажен на ведомый вал механизма. На одной оси с валом шарнирно закреплен рычаг 2, поворачивающийся (качающейся) под действием приводной штанги 6. На рычаге шарнирно укреплена собачка, выступ которой имеет форму, соответствующую впадине между зубьями храповика.

Во время работы храпового механизма приходит в движение рычаг 2, Когда он движется вправо, собачка свободно скользит по закругленной части зуба храповика, затем она под действием своей силы тяжести или специальной пружины заскакивает во впадину и, упираясь в следующий зуб, толкает его вперед. В результате этого храповик, а с ним и ведомый вал поворачиваются. Обратный поворот храповика с ведомым валом при холостом ходе рычага с собачкой 3 предотвращается стопорной собачкой 5, шарнирно закрепленной на неподвижной оси и прижатой к храповику пружиной.

Описанный механизм преобразует качательное  движение рычага в прерывисто-вращательное движение ведомого вала.

 

Механизмы для бесступенчатого  регулирования частоты вращения.

Бесступенчатая передача, механизм для плавного изменения передаточного числа, т. е. отношения частоты вращения ведущего звена к частоте вращения ведомого. Применяется в транспортных машинах, станках, приборах и т.д. Бесступенчатое регулирование скорости по сравнению со ступенчатым повышает производительность машин, облегчает автоматизацию и даёт возможность управления на ходу. Б. п. — часть вариатора, который состоит из одной или нескольких Б. п. и устройств, обеспечивающих их функционирование. Различают Б. п. электрические и механические.

В зависимости от вида передающих звеньев механические Б. п. бывают с  жидким рабочим звеном (гидравлические), с гибким (ремённые и цепные) и  с жёстким звеньями. По характеру работы Б. п. с гибким и жёстким звеньями делятся на фрикционные (трения) и зацепления, непрерывного действия и импульсные. Термин "Б. п." обычно применяют к механическим передачам с гибким и жёстким звеньями.

Электрические Б. п., выполняемые по системе генератор — двигатель, применяют в транспортных машинах и для др. целей при передаче значительных мощностей. Гидравлические Б. п. бывают гидростатические (или объёмного действия) и гидродинамические. Для уменьшения частоты вращения при постоянном вращающем моменте и сравнительно низком КПД служат муфты скольжения — гидродинамические и др.

Фрикционные Б. п. с гибким звеном и  раздвижными коническими шкивами (рис. 1) обеспечивают малое изменение  передаточного числа при изменении  нагрузки, отличаются высокой надёжностью, но имеют большие габариты. В Б. п. с гибким звеном (клиновым ремнем или специальной роликовой цепью) передаточное число изменяется: принудительным согласованным сближением одной пары конусов и раздвижением другой при помощи механизма управления (рис. 1, а); осевым перемещением одной пары конусов принудительно, а другой под действием пружины (рис. 1, б); изменением межосевого расстояния (А)при одном подпружиненном и другом закрепленном шкиве (рис. 1, в).

 

Фрикционная бесступенчатая передача с гибким звеном и раздвижными шкивами

 

Б. п. зацепления с гибким звеном отличаются высокими эксплуатационными качествами, но сложны в изготовлении. Основные элементы этой передачи: раздвижные зубчатые конусы и пластинчатая цепь. Звенья цепи имеют поперечные окна, в которые вставлены пакеты тонких пластин. Против выступов на одном конусе располагаются впадины другого так, что при перемещении в осевом направлении пластины принимают форму зубьев, осуществляя зацепление.

Фрикционные Б. п. с жёстким звеном компактны и имеют обычно жёсткую  механическую характеристику, но требуют значительных сил для прижатия рабочих тел и создания необходимого трения между ними; имеют пониженную надёжность в эксплуатации из-за возможности пробуксовки и повреждения рабочих поверхностей. Кпд и долговечность этих Б. п. в значительной степени зависят от геометрического скольжения, возникающего в результате неравенства скоростей ведущего и ведомого звеньев на линии контакта. Чем больше относительная скорость скольжения Vck на линии контакта, тем ниже кпд Б. п. и больше износ трущихся поверхностей.

В импульсных Б. п. вращательное движение ведущего вала преобразуется в качательное (колебательное) или в неравномерное вращательное движение промежуточных звеньев, от которых через механизмы свободного хода движение передаётся ведомому валу. Передаточное число устанавливается механизмом управления, изменяющим амплитуду колебаний или скорость промежуточных звеньев. Неравномерность скорости ведомого звена частично сглаживается его инерцией.

 

2.1.11. Деформация тел  под действием внешних сил.

Основные виды деформации: растяжение, сжатие, сдвиг, кручение, изгиб.

Упругая и пластическая деформация, условия их возникновения.

Внутренние силы.

Напряжение как мера интенсивности внутренних сил в  теле.

Условия безопасной работы деталей и конструкций.

Деформация твёрдого тела - изменение его формы или объёма. Деформация возникает всегда, когда различные части тела под действием сил перемещаются неодинаково.

Деформации, которые полностью  исчезают после прекращения действия внешних сил, называются упругими. Упругие деформации испытывают пружина, стальные шарики при столкновении и т.д.

Деформации, которые не исчезают после  прекращения действия внешних сил, называются пластическими. Пластическую деформацию, при небольших, но не кратковременных воздействиях испытывают воск, глина, свинец.

Деформация растяжения (сжатия).

 Если к стержню, закреплённому  одним концом, приложить силу  F вдоль оси стержня в направлении от этого конца, то стержень подвергнется деформации растяжения. Деформацию растяжения характеризуют абсолютным удлинением.

D l = l - l₀

и относительным удлинением

e = D l / l₀

где l₀ - начальная длинна, а l - конечная длинна стержня.

Деформацию  растяжения испытывают тросы, канаты, цепи в подъёмных устройствах, стяжки между вагонами и т.д.