Механизмы прерывистого движения

 

Механизмы прерывистого движения применяются в приводах станков для обеспечения периодических перемещений их рабочих органов.

В механизмах, схемы которых показаны на рис. 2.7, ведущий вал I совершает непрерывное вращательное движение, ведомый II – прерывистое, т.е. периодически поворачивается на угол, равный 2π·i, где i – передаточное отношение механизма.

Рассмотрим некоторые механизмы прерывистого движения.

 

2.2.7.1Храповые механизмы

В храповых механизмах (см. рис. 2.7,а,б) непрерывно вращающийся с ведущим валом кривошип (кривошипный диск) 1 через шатун 2 сообщает возвратно-качательное движение коромыслу 3 с собачкой (защёлкой) 4. Собачка при своём движении в одном направлении прощёлкивает по зубьям храповика (храпового колеса) 5, закреплённого на ведомом валу, а в другом, упираясь (будучи подпружиненной) в зуб храповика, обеспечивает его поворот вместе с коромыслом. Чтобы храповик произвольно не поворачивался при возврате собачки, предусматривают фиксатор 6. Храповик может иметь наружные (а), внутренние (б) или торцевые зубья.

Направление поворота ведомого вала постоянно и не зависит от направления вращения ведущего вала.

Собачка может приводиться и иным образом, например, она может находиться на штанге 1 (см. рис. 2.7,в), перемещающейся возвратно-поступательно.

Передаточное отношение механизма: ,

где Z – число зубьев на храповике;

а – число зубьев храповика, захватываемых собачкой за один её ход.

Регулирование величины периодического перемещения, производимого посредством храпового механизма, может производиться:

- изменением угла качания коромысла с собачкой, что достигается изменением радиуса кривошипа (см. рис.2.7,а,б) или коромысла;

- изменением длины хода штанги с собачкой (см. рис.2.7,в);

- перекрытием с помощью специального щитка 4 (см. рис. 2.7,г) зубьев храповика на части дуги, описываемой собачкой, или автоматическим подъёмом собачки на части этой дуги.

Поворот храповика за один ход собачки может достигать 90-100, однако в большинстве случаев он не превышает 45.

Если механизм должен обеспечивать реверс ведомого вала, то храповик выполняют с зубьями симметричной формы, а собачку делают перекидной или поворотной.

Храповые механизмы часто используются для обеспечения прямолинейной периодической подачи рабочих органов строгальных, долбежных, шлифовальных и других станков: собачка периодически поворачивает на определённый угол храповик, кинематически связанный с ходовым винтом, который и осуществляет требуемое прямолинейное перемещение стола, суппорта и т.д.

При помощи храповой передачи может осуществляться также и круговое периодическое перемещение.

 

2.2.7.2Мальтийские механизмы

Мальтийские механизмы предназначены для поворотов ведущего вала на большие углы, например 60^о, 90^о или 180^о. Их обычно используют для периодических поворотов шпиндельных блоков токарных автоматов и полуавтоматов, револьверных головок в токарно-револьверных станках и автоматах, многопозиционных столов и т.д.

На ведущем валу механизма (см. рис. 2.7,д,е) закреплено водило 1, выполненное в виде рычага (д) или диска (е), с пальцем 2. Палец при повороте водила входит в одну из радиальных прорезей (пазов) диска ("мальтийского креста") 3, поворачивает его и выходит из прорези. Далее водило совершает холостую часть хода, а диск от самопроизвольного проворота фиксируется каким-либо устройством. Один из возможных вариантов такого устройства (см. рис. 2.7,д,) содержит закреплённый на оси водила фиксирующий диск с выемкой; мальтийский крест также имеет дуговые выемки. Поворот креста становится возможным, когда фиксирующий диск поворачивается к нему своей выемкой.

Передаточное отношение механизма: ,

где а – число пальцев на водиле;

Z – число прорезей на мальтийском кресте.

Мальтийские механизмы не допускают регулирования передаточного отношения. Оно "заложено" в конкретной конструкции. Однако если в кинематическую цепь между мальтийским механизмом и поворачиваемой частью станка ввести передачи с регулируемым передаточным отношением, то можно регулировать угол поворота этой части при неизменном угле поворота креста.

Мальтийские механизмы бывают т.н. правильные и не правильные. У правильных механизмов крест имеет пазы с равномерным шагом; у не правильных углы между смежными пазами креста различные. В станках используются, в основном, правильные мальтийские механизмы с внешним зацеплением и радиальными пазами. Рассмотренные механизмы являются плоскими и располагаются на параллельных валах. Существуют сферические мальтийские механизмы, обеспечивающие передачу периодических движений между взаимно перпендикулярными валами, но в станках они используются весьма редко.

 

2.2.7.3 Другие механизмы для осуществления периодических движений

Для осуществления периодических движений в станках применяются устройства механические, гидравлические, пневматические, электрические и различные комбинированные. К числу механических, кроме более распространенных храповых и мальтийских, относятся кулачковые механизмы, неполнозубые передачи и другие устройства.

В неполнозубой передаче (см. рис. 2.7,ж) ведомое колесо Z₂ имеет полный зубчатый венец, а ведущее Z₁ – зубья только на части окружности. Ведомое колесо поворачивается лишь тогда, когда с его зубьями сцепляются зубья неполнозубого ведущего колеса (или зубчатого сектора).

Передаточное отношение механизма: .

В механизме должно быть предусмотрено устройство, фиксирующее ведомое колесо от проворота, когда оно не сцеплено с сектором. Передачи такого типа работают с ударами в моменты начала и конца зацепления, что является их недостатком.

 

Суммирующие механизмы

 

Такие механизмы применяют для сложения движений. Суммирующий механизм объединяет две кинематические цепи, соединяющие различные начальные звенья с одним и тем же конечным. Суммирование движений, к примеру, имеет место:

- если один и тот же рабочий орган получает движение от двух двигателей или иных источников движения;

- если требуется получить неравномерное движение узла, заданное определенным законом;

- если требуется обеспечивать точную настройку кинематических цепей, например, к основному движению прибавляется дополнительное от коррегирующего устройства. Дополнительное движение в таком случае исправляет кинематические погрешности элементов, обеспечивающих основное движение. Для этого может быть применена винтовая передача (см. рис. 2.4,а), в которой скорость (или величина) перемещения гайки вдоль оси вращающегося винта корректируется при повороте гайки в ту или иную сторону.

Сложение движений может осуществляться реечной передачей (см. рис. 2.4,б), если вращение шестерня будет получать и за счёт перемещения рейки, и за счёт перемещения шестерни вдоль рейки. В качестве суммирующих механизмов используется ещё ряд передач и устройств.

Рассмотрим т.н. дифференциальные механизмы или дифференциалы (рис. 2.8) с цилиндрическими (а) и коническими (б) колёсами.

В них движение валов I и II суммируется на валу III. В этой связи необходимо знать передаточные отношения механизма от вала I к валу III , и от вала II к валу III . Их можно определить по формуле Виллиса или по правилу Свампа. Применение последнего более наглядно, поэтому воспользуемся правилом и рассмотрим в отдельности два варианта действия того и другого механизмов:

1) когда вал I ведёт (ВЩ), а вал II неподвижен; при этом определяют ;

2) когда вал II ведёт (ВЩ), а вал I неподвижен; при этом определяют .

 

2.2.8.1 В планетарном цилиндрическом дифференциале (см. рис. 2.8,а) движение от вала I к валу III передаётся колёсами Z₁, Z₂, Z₃, Z₄. Вал II соединён с корпусом (водилом) механизма, в котором эксцентрично установлены колёса Z₂ и Z₃ (т.н. сателлиты), в результате при повороте корпуса колесо Z₂, перемещаясь по радиусу относительно оси центрального колеса Z₁, поворачивается и вокруг собственной оси. Это вращение через сателлит Z₃ и центральное колесо Z₄ передаётся валу III. Итак:

1) передаточное отношение от вала I к валу III – при этом валы I и III вращаются в разных направлениях;

2) для определения передаточного отношения от вала II к валу III представим, что весь механизм как жёсткое звено повёрнут на один оборот (+1), а затем вал I возвращён назад (–1) и при этом возврате вал III совершил поворот в соответствии с передаточным отношением . Запишем это двумя строками в таблице с соответствующими знаками ("+" – при повороте валов в одном направлении и "–" – в разных) и просуммируем по столбцам:

Вал I – неподвижен	Вал II – ВЩ	Вал III – ВМ
+1   –1	+1	+1
	+1

 

Очевидно, что за один оборот вала II вал III совершает оборота, и значит, передаточное отношение равно при этом валы II и III вращаются в одном направлении.

 

2.2.8.2 В коническом дифференциале (см. рис. 2.8,б) движение от вала I к валу III передаётся колёсами Z₁, Z₂, Z₃. Вал II соединён с корпусом механизма, в котором установлены сателлиты Z₂. При повороте корпуса колёса Z₂, перемещаясь относительно центрального колеса Z₁, поворачивается и вокруг собственной оси. Это вращение через центральное колёсо Z₃ передаётся валу III.

Воспользуемся правилом Свампа:

1) передаточное отношение от вала I к валу III – , т.к. , при этом валы I и III вращаются в разные стороны;

2)

Вал I – неподвижен	Вал II – ВЩ	Вал III – ВМ
+1 –1	+1	+1 +1
	+1	+2

 

Таким образом , при этом валы II и III вращаются в одном направлении.

При желании определить частоту и направление вращения ведомого вала дифференциала, следует сложить частоты вращения ведущих валов, умноженные на соответствующие передаточные отношения с учётом знаков ("+", "–"), отражающих направления вращения валов.

 

Механизмы обгона

 

Механизмы обгона (или обгонные устройства, или муфты обгона) являются самоуправляющимися устройствами включения и выключения приводов. С их помощью обеспечивается передача вращения валу от одной из двух самостоятельных кинематических цепей – тихоходной или быстроходной. При этом если быстроходная цепь не включена, валу, на котором находится муфта обгона, передаётся медленное вращение. При включении быстроходной цепи вал переходит на быстрое вращение, но тихоходная цепь не выключается, и при останове быстроходной цепи вал продолжает вращаться, но снова медленно.

Наибольшее распространение получили роликовые механизмы обгона. На рис. 2.9,а показан один из конструктивных вариантов роликовой муфты обгона.

Тихоходная цепь через передачу 1-2 связана с муфтой обгона. Зубчатое колесо с чашкой 2 свободно сидит на валу 5. В расточку чашки входит закреплённый на валу 5 диск 4 с вырезами, которых обычно бывает два или три. в клиновом пространстве между поверхностями расточки чашки и вырезами диска находятся подпружиненные ролики 3. Быстроходная цепь связана непосредственно с валом 5.

Когда быстроходная цепь не включена, чашка, вращающаяся медленно по часовой стрелке, увлекает силами трения ролики и они, поджимаемые также слабыми пружинами, заклиниваются между внутренней поверхностью чашки и вырезами диска. В результате этого диск и вал начинают вращаться вместе с колесом и чашкой. Если валу сообщить по другой цепи быстрое вращение в том же направлении, то вместе с ним получит вращение и диск 3. Диск вместе с роликами начнёт обгонять чашку, ролики откатятся в более широкую часть клинового пространства и муфта расклинится. При выключении быстрого вращения ролики снова заклиниваются и вал переходит на медленное вращение.

Механизм может работать и по-другому. Если ведущим звеном будет вал 5 с диском 4 и вращение его будет происходить против часовой стрелки, то чашка с колесом 2 окажется ведомой. При реверсировании вала механизм расклинится и чашка остановится.

Имеются конструкции роликовых механизмов обгона, обеспечивающие медленное вращение в одном направлении, а быстрое – в двух, и медленное и быстрое вращение в двух направлениях.

В механизме обгона храпового типа (рис. 2.9,б) медленное движение передаётся с зубчатого колеса 1 на зубчатое колесо 2 с подпружиненной собачкой (защёлкой) 3. Колесо с собачкой сидит на валу 5 свободно, а храповик (храповое колесо) 4, с которым взаимодействует собачка, закреплено на этом валу. При вращении колеса 2 (на рисунке – против часовой стрелки) собачка будет вести храповик с валом 5. Если валу 5 сообщить более высокую скорость вращения в том же направлении по другой кинематической цепи, то храповик начнёт обгонять колесо 2. Собачка 3 препятствовать этому обгону не будет. После выключения быстрого вращения вала 5 собачка зацепит храповик и поведёт его снова с медленной скоростью.

В храповом механизме обгона, также как в роликовом, вал 5 может быть ведущим, и тогда при его вращении по часовой стрелке вместе с ним будет вращаться колесо 2. При вращении вала 5 против часовой стрелки колесо 2 будет неподвижно.