Плоский шарнірний механізм - це система, складена з твердих ланок, з'єднаних між собою рухливими шарнірами, які дозволяють ланкам повертатися одна щодо одної в одній площині. Різноманітні шарнірні механізми використовуються в техніці.
Зазвичай їх мета - перетворити рух одних ланок у необхідний рух інших ланок. У найпростішому і, мабуть, найважливішому випадку потрібно перетворити обертальний рух на зворотно-поступальний, а краще - на прямолінійний. З таким завданням зіткнувся Джеймс Ватт, працюючи над удосконаленням своєї парової машини. Йому зовсім прямолінійний рух не потрібно, і він знайшов відповідне собі рішення. Але питання про те, як отримати з обертального руху строго прямолінійне, залишилося, і на пошук відповіді пішло ще близько ста років. Вам пропонується вирішити це завдання за кілька днів.
Отже, потрібно придуматишарнірний механізм з декількох ланок - такий, що якщо рухати кінець якоїсь однієї ланки по колу, то кінець іншої ланки рухатиметься прямою. Обмежувати свободу руху ланок будь-яким іншим способом, крім шарнірних з'єднань, не можна (наприклад, не можна використовувати напрямні).
Підказка
Несподіваним чином це механічне завдання виявляється тісно пов'язаним з геометрією. Справа в тому, що інверсія щодо даного кола Ω з центром Проперекладає будь-яке коло, яке проходить через точку Про, У пряму (різні кола переходять у різні прямі).
Нагадаємо, що інверсія щодо даного кола Ω з центром Про- це перетворення площини, при якому точці Авідмінною від Про, ставиться у відповідність така точка А"на промені ОА, що виконано рівність ОА· ОА" = R 2 , де R- Радіус кола Ω. З цього визначення відразу видно, наприклад, що інверсія залишає точки кола на місці. Згадана вище властивість менш очевидна, але під час вирішення завдання ним можна скористатися.
Залишилося створити систему з декількох ланок з шарнірними сполуками, в якій кінець однієї ланки був інверсним чином кінця іншої ланки. Тоді рівно за цією властивістю отримаємо, що круговий рух однієї точки перейде прямолінійний рух іншої точки.
Рішення
Розглянемо систему, показану малюнку 1. Вона складається із шести ланок, дві у тому числі мають одну довжину ( ОАі ОС), а чотири - іншу (на малюнку ланки однієї довжини пофарбовані одним кольором). У такій системі точки Уі Dє інверсними образами один одного щодо деякого кола з центром у точці Про. Покажемо це.
Для початку зауважимо, що точки Про, Уі Dлежать на одній прямій. Насправді з малюнка видно, що трикутники ОАС, ВАСі DAC- рівнобедрені із загальною основою АС. Тому їхні вершини Про, Уі Dлежать на одній і тій же прямій - серединному перпендикулярі до АС.
Тепер покажемо, що значення твору ОВ·ODне залежить від положення точок у системі, а залежить лише від довжин ланок. А оскільки ці довжини не змінюються, то це означає, що й твір не змінюється, - те, що нам потрібно за визначенням інверсії (див. підказку).
У ромбі ABCDпроведемо діагоналі (рис. 2). Нехай Р- точка їх перетину. Як відомо, діагоналі ромба перпендикулярні і діляться точкою перетину навпіл - це нам зараз знадобиться. Позначимо x = BP = PD. Тоді
ОВ·OD = (ВР − ВР)·( ВР + PD) = (ВР − x)·( ВР + x) = OP 2 − x 2 .
За теоремою Піфагора для трикутника ОРА: ВР 2 = ОА 2 − АР 2 , а для трикутника ВАР: АР 2 + х 2 = АР 2 + ВР 2 = АВ 2 .
Використовуючи останні дві рівності, отримуємо, що
ОВ·OD = OP 2 − x 2 = ОА 2 − АР 2 − x 2 = ОА 2 − (АР 2 + x 2) = ОА 2 − АВ 2 .
Тобто справді твір ОВ·ODвиражається лише через постійні в даній конструкції величини, а отже, і саме цей твір не змінюється. Як неважко здогадатися, радіус кола, щодо якого робиться інверсія, дорівнює квадратному кореню з виразу у правій частині останнього ланцюжка рівностей.
Залишилося додати до розглянутої системи ще одну ланку, яка б забезпечувала рух точки Упо колу, що проходить через Про, і тоді точка Dбуде рухатися по прямій, як видно з відео, на якому цей механізм показаний у русі:
Післямова
У будівельних машинахдля перетворення обертального руху на інші види рухів з метою передачі цього руху на робочий орган застосовуються різні механізми.
Рейковий механізм, гвинтовий та кулісний
У будівельних машинах для перетворення обертального руху на інші види рухів з метою передачі цього руху на робочий орган застосовуються різні механізми.
Рейковий механізм
Конструкція: провідне зубчасте колесо та ведена зубчаста рейка.
Застосовується для перетворення обертального руху на поступальне.
Конструкція: провідний гвинт та ведена гайка.
Застосовується для перетворення обертального руху на поступальне.
Конструкція: провідний кулачок та ведений шток із пружиною.
Конструкція: ексцентрик, шатун, повзун.
Застосовується для перетворення обертального руху на зворотно-поступальний.
Конструкція: провідний колінчастий вал з кривим шипом, шатун, повзун.
Застосовується для перетворення обертального руху в куліс, що коливається.
Конструкція: ведучий диск, повзун, куліса.
Застосовується у бетононасосах.
Мальтійський механізмзастосовується для перетворення безперервного обертового руху в переривчасте обертовий рух.
Конструкція: провідний диск із важелем, ведена мальтіса.
Храповий механізмзастосовується для перетворення обертального руху на переривчастий обертальний рух, але з зупинкою та гальмуванням.
Конструкція: провідний елемент – храповик, ведений – собачка (зупинковий елемент).
Доатегорія:
Ремонт промислового обладнання
Механізми передачі обертального руху
Загальне поняттяпро передачі між валами
Між валами двигуна та робочої машини, а також між органами самої машини встановлюють механізми для включення та вимикання, зміни швидкості та напрямки руху, що носять загальну назву - передачі. Передачі обертального руху широко застосовуються в механізмах та машинах. Вони служать для зміни частоти та напрямки обертання, забезпечують безперервний та рівномірний рух.
Обертальний рух у машинах і механізмах передається за допомогою гнучких передач - ремінних, ланцюгових і через жорсткі передачі - фрикційні, зубчасті. У ремінних і фрикційних передачах використовуються сили тертя, а зубчастих і ланцюгових - безпосереднє механічне зачеплення елементів передачі. Кожна з передач має провідну ланку, повідомляє рух, і ведені ланки, якими рух передається від цього механізму до іншого, що з ним.
Найважливішою характеристикою передач обертального руху є передатне відношення, чи передавальне число.
Відношення кутової швидкості, частоти обертання (числа оборотів за хвилину) і діаметрів одного з валів до відповідних величин іншого валу, що бере участь у спільному обертанні з першим валом, називається передатним ставленням, яке прийнято позначати буквою і. Відношення частоти обертання ведучого валу до частоти обертання веденого називають передатним числом, яке показує, скільки разів прискорюється або сповільнюється рух.
Ремінні передачі
Цей вид гнучкої передачі найпоширеніший. У порівнянні з іншими видами механічних передач, вони дозволяють найбільш просто і безшумно передати момент, що крутить, від двигуна або проміжного валу до робочого органу верстата в досить широкому діапазоні швидкостей і потужностей. Ремінь охоплює два шківи, насаджені на вали. Навантаження передається силами тертя, що виникають між шківом та ременем внаслідок натягу останнього. Ці передачі бувають з плоским ременем, з клиновим ременем і круглим ременем.
Розрізняють ремінні передачі: відкриту, перехресну та напівперехресну.
У відкритій передачі вали паралельні один одному і шківи обертаються в одному напрямку. У перехресній передачі вали розташовані паралельно, але при цьому ведучий шків обертається, наприклад, за годинниковою стрілкою, а ведений - проти годинникової стрілки, тобто у зворотному напрямку напівперехресну передачу застосовують між валами, осі яких розташовані в різних площинах під кутом один до другові.
У приводах машин застосовуються плоскі ремені- шкіряні, бавовняні цільноткані, бавовняні шиті, ткані прогумовані та клиноподібні. Використовуються також шерстяні ткані ремені. У верстатах застосовуються головним чином ремені шкіряні, прогумовані та клиноподібні. Для зменшення ковзання ременя внаслідок недостатнього тертя через невеликий кут обхвату застосовують натяжні ролики. Натяжний ролик є проміжним шківом на шарнірно укріпленому важелі. Під дією вантажу на довгому плечі важеля ролик натискає на ремінь, натягуючи його та збільшуючи кут обхвату ременем великого шківа.
Рис. 1. Передачі з плоским ременем:
а - відкрита: б - перехресна, - напівперехресна, з - з натяжним роликом
Діаметр натяжного ролика не повинен бути меншим за діаметр малого шківа. Натяжний ролик слід встановлювати у веденої гілки не дуже близько до шків.
Передача клиновими (текстропними) ременями широко поширені в промисловості, вони прості та надійні в експлуатації. Основна перевага клинових ременів - краще зчеплення їх за шківом та відносно мале ковзання. Причому габарити передачі виходять значно меншими порівняно з плоскими ременями.
Для передачі великих крутних зусиль застосовують багатострумові клинопасові приводи зі шківами обода, які оснащені поруч канавок.
Клиноподібні ремені не можна подовжувати чи коротити, їх застосовують певної довжини.
ГОСТ передбачає для клинопасових приводів загального призначення сім перерізів клинових ременів, що мають позначення О, А, Б, В, Г, Д і Е (О - найменший переріз).
Номінальна довжина клинових ременів (довжина за внутрішнім периметром) від 500 до 1400 мм. Кут натягу ременя дорівнює 40 °.
Клиноподібні ремені підбирають по перерізу в залежності від потужності, що передається, і передбачуваної швидкості обертання.
Передачі з широким клиноподібним ременем набувають все більшого поширення. Ці передачі дають можливість безступінчасто регулювати швидкість обертання робочого органу на ходу під навантаженням, що дозволяє встановити оптимальний режим роботи. Наявність такої передачі в верстаті дозволяє механізувати та автоматизувати процес обробки.
На рис. 2 б показана передача з широким клиноподібним ременем, яка складається з двох відокремлених розсувних ведучого і веденого шківів. Провідний шків за допомогою маточини закріплений консольно на валу електродвигуна. На маточині закріплений нерухомо конус. Рухомий конус закріплений на склянці, з'єднаній за допомогою шліців зі маточкою, і притиснутий пружиною. Ведений шків також складається з рухомої склянки та нерухомого, конусів зі маточкою, з'єднаною з валом приводу. Управління передачею здійснюється спеціальним пристроєм (на малюнку не показано) шляхом переміщення склянки рухомого веденого конуса. При наближенні конусів ремінь віддаляється від осі обертання шківа, одночасно наближаючись до осі валу. Ведучий шків, долаючи опір пружини, змінює передатне відношення та частоту обертання веденого шківа,
Рис. 2. Передачі з клиноподібним ременем:
а - нормального перерізу, б - кулькою
Ланцюгові передачі
Для передачі обертального руху між віддаленими один від одного валами застосовується крім пасової ланцюгова передача Як показано на рис. 3, а, вона являє собою замкнутий металевий шарнірую ланцюг, що охоплює два зубчасті колеса (зірочки). Ланцюг на відміну від ременя не прослизає, крім того, його можна застосовувати в передачах також при малій відстані між валами та в передачах зі значним передатним числом.
Рис. 3. Ланцюгові передачі:
а - загальний виглядб - однорядний роликовий ланцюг, в - замок, г - пластинчастий ланцюг; а-міжосьова відстань, Р - крок ланцюга
Ланцюгові передачі передають потужність від часток кінських сил (велосипедні ланцюги) до тисячі кінських сил (багаторядні ланцюги підвищеної міцності).
Ланцюги працюють з великими швидкостями, що сягають 30 м/с, і передатним числом і - 15. Коефіцієнт корисної дії ланцюгових передач становить окремих випадках 0,98.
Ланцюгова передача складається з двох зірочок - ведучої та веденої, що сидять на валах, і нескінченного ланцюга, одягненого на ці зірочки.
З різних видівланцюгів найбільшого поширення мають Ланцюги однорядні та багаторядні роликові та пластинчасті.
Роликові ланцюги допускають максимальну швидкість до м/с, пластинчасті - до 30 м/с.
Роликова ланцюг складається з шарнірно з'єднаних пластинок, між якими поміщаються ролики, що вільно обертаються на втулці. Втулка, запресована в отвори внутрішніх пластин, може повертатися на валику. Відстань між осями двох сусідніх валиків або, інакше, крок ланцюга повинен дорівнювати кроку зірочки. Під кроком зірочки розуміють довжину дуги, описаної верхівкою її зубів і обмеженою вертикальними осями симетрії двох суміжних зубів.
Валики щільно запресовуються в отворах зовнішніх пластин. На одній з ланок ланцюга роблять замок із двох валиків, сполучної пластинки, вигнутої пластинки та шплінтів для кріплення пластинок. Щоб зняти або встановити ланцюг, його розмикають, навіщо спочатку розбирають замок.
Пластинчастий ланцюг складається з кількох рядів пластин із зубцями, з'єднаних між собою втулками та шарнірно укріплених на загальних валиках.
У ланцюгових передачах зберігається постійне передатне число: крім того, вони дуже міцні, що дозволяє передавати великі зусилля. У зв'язку з цим ланцюгові передачі застосовують, наприклад, у таких вантажопідйомних механізмах, як талі та лебідки. Ланцюги великої довжини використовуються в ескалаторах метро, конвеєрах.
Фрикційні передачі
У фрикційних передачах обертальний рух передається від ведучого до веденого валу за допомогою щільно притиснутих один до одного гладких коліс (дисків) циліндричної або конічної форми. Фрикційна передача застосовується в лебідках, гвинтових пресах, верстатах та інших машинах.
Рис. 4. Фрикційні передачі:
а - з циліндровими колесами, б - з конічними колесами
Рис. 5. Одинарний торцевий варіатор
Щоб фрикційна передача працювала без ковзання і таким чином забезпечувала необхідну величину сили тертя (зчеплення) Т, поверхню веденого колеса покривають шкірою, гумою, пресованим папером, деревиною або іншим матеріалом, який може створити належне зчеплення зі сталевим або чавунним колесом.
У фрикційних передачах застосовують циліндричні колеса для передачі руху між валами, розташованими паралельно, а конічні - між валами, що перетинаються.
В устаткуванні знаходять застосування фрикційні передачі з регульованим передавальним числом. Одна з найпростіших таких передач показана на рис. 5.
Для зміни передавального числа вони оснащені пристроями, що переміщують одне з коліс (дисків) вздовж валу та у відповідному місці його закріплюють. Зменшення таким пристроєм діаметра D веденого колеса до робочого діаметра D, що забезпечує збільшення частоти обертання веденого колеса. В результаті зменшується передавальне число У міру видалення ведучого колеса від осі веденого передавальне число, навпаки, збільшується. Таке плавне регулювання швидкості називається безступінчастим, а пристрій, що здійснює регулювання - ваумаюром швидкостей.
Зубчасті передачі
Зубчасті передачі є майже у всіх складальних одиницях промислового обладнання. З їх допомогою змінюють за величиною і напрямом швидкості частин верстатів, що рухаються, передають від одного валу до іншого зусилля і крутні моменти, а також перетворюють їх.
У зубчастій передачі рух передається за допомогою кількох зубчастих коліс. У практиці найменше зубчасте колесо прийнято називати шестернею, а більше - колесом. Термін «зубчасте колесо» стосується як шестерні, так і колеса.
Залежно від взаємного розташування геометричних осей валів зубчасті передачі бувають: циліндричні, конічні та гвинтові. Зубчасті колеса для промислового обладнання виготовляють із прямими, косими та кутовими (шевронними) зубами.
За профілем зубів зубчасті передачі розрізняють: евольвентні, з зачепленням Новікова і циклоїдальні. У машинобудуванні широко застосовують евольвентне зачеплення. Принципово нове зачеплення М. А. Новікова можливе лише в косих зубцях і завдяки високій здатності є перспективним. Циклоїдальне зачеплення використовується в приладах та годинниках.
Циліндричні зубчасті колеса з прямим зубом служать у передачах з паралельно розташованими осями валів та монтуються на останніх нерухомо чи рухомо.
Косозубі колеса монтують на валах лише нерухомо. Робота косозубих коліс супроводжується осьовим тиском, тому вони придатні передачі лише порівняно невеликих потужностей. Осьовий тиск можна усунути, з'єднавши два косозубих колеса з однаковими, але спрямованими в різні боки зубами. Так одержують шевронне колесо, яке монтують, звертаючи вершину кута зубів у бік обертання колеса. На спеціальних верстатах шевронні колеса виготовляють цілими з однієї заготовки.
Шевронні колеса відрізняються великою міцністю, їх застосовують для передачі великих потужностей в умовах, коли зубчасте зачеплення відчуває під час роботи поштовхи та удари. Ці колеса також встановлюють на валах нерухомо.
Рис. 6. Зубчасті зачеплення:
а - циліндричне з прямим зубом, б - те ж, з косим зубом;
Конічні зубчасті передачі розрізняють формою зубів: прямозубі, косозубі і кругові.
На рис. 6 г показані конічні прямозубі, а на рис. 6 ж кругові зубчасті колеса. Їхнє призначення - передача обертання між валами, осі яких перетинаються.
Конічні зубчасті колеса з круговим зубом застосовують у передачах, де потрібна особлива плавність і безшумність руху.
На рис. 6, д зображені зубчасте колесо та рейка. У цій передачі обертальний рух колеса перетворюється на прямолінійний рух рейки.
Зубчаста передача із зачепленням Новікова. Евольвентне зачеплення є лінійним, так як контакт зубів практично відбувається по вузькому майданчику, розташованому вздовж зуба, чому контактна міцність цього зачеплення порівняно невисока.
У зачепленні Новикова лінія контакту зубів перетворюється на точку і зуби стосуються лише у момент проходження профілів через цю точку, а безперервність передачі руху забезпечується гвинтовою формою зубів. Тому дане зачеплення може бути тільки косозубим кутом нахилу f = 10-30 °. При взаємному перекочуванні зубів контактний майданчик переміщається вздовж зуба великою швидкістю, Що створює сприятливі умови для утворення стійкого масляного шару між зубами, завдяки чому тертя у передачі зменшується майже вдвічі, відповідно підвищується несуча здатність зубів.
Істотним недоліком розглянутого зачеплення є підвищена чутливість до зміни міжосьової відстаніта значним коливанням навантажень.
Основні характеристики зубчастих коліс. У кожному зубчастому колесі розрізняють три кола (ділильне коло, коло виступів, коло западин) і, отже, три відповідних їм діаметра.
Ділинне, або початкове, коло ділить зуб за висотою на дві нерівні частини: верхню, звану голівкою зуба, і нижню, звану ніжкою зуба. Висоту головки зуба прийнято позначати ha, висоту ніжки-hf, а діаметр кола - d.
Окружність виступів - це коло, що обмежує зверху профілі зубів колеса. Позначають її da.
Коло западин проходить по підставі западин зубів: діаметр цього кола позначають df.
Рис. 7. Схема руху контактного майданчика та основні елементи зубчастого колеса:
а - евольвентне зачеплення; б - зачеплення Новікова; в - основні злементи зубчастого колеса.
Необхідно відзначити, що в таблиці не наведено характеристики широко застосовуваних коригованих зубчастих коліс, у яких відносні розміри зуба та інші показники інші, ніж з наведених формул, а також колеса, в основі розмірів елементів яких лежить подвійний модуль.
Тихохідні зубчасті колеса виготовляють із чавуну або вуглецевої сталі, швидкохідні - із легованої сталі. Після нарізування зубів на зуборізних стінках зубчасті колеса піддають термічній обробці, щоб збільшити їхню міцність і підвищити стійкість проти зносу. Зуби швидкохідних коліс після термічної обробки шліфують або притирають. Застосовується також поверхневе загартування струмами високої частоти.
Щоб зачеплення було плавним і безшумним, одне з двох коліс у зубчастих парах в окремих випадках, коли це дозволяє навантаження, виконують із текстоліту, деревослоїстого пластику ДСП-Г або капрону.
Для полегшення зачеплення зубчастих коліс при включенні через переміщення по валу, торці зубів з боку включення закруглюють.
Черв'якові передачі. Черв'якові передачі дозволяють отримати малі передавальні числа, що робить їх застосування доцільним у випадках, коли потрібні невеликі частоти обертання веденого валу. Має істотне значення і те, що черв'якові пере-
Дачі займають менше місця, ніж зубчасті. Черв'ячна передача складається з черв'яка, що насаджується на провідний вал або виготовляється разом з ним, і черв'ячного колеса, що закріплюється на веденому валу. Черв'якове колесо має увігнуті по довжині гвинтові зуби.
За кількістю зубів розрізняють черв'яки однозахідні, двозахідні і т. д. Однозахідний черв'як за один оберт обертає колесо на один зуб, двозахідний черв'як - на два і т.д.
Недоліком черв'ячних передач є великі втрати потужності, що передається на тертя. Для зменшення втрат черв'як виготовляють із сталі та його поверхню після загартування шліфують, а черв'ячне колесо виготовляють із бронзи. При такому поєднанні матеріалів тертя зменшується, отже менше стають втрати потужності; крім того, зменшується зношування деталі.
З бронзи з метою економії зазвичай роблять не все черв'ячне колесо, а тільки обід, який потім надягає на сталеву маточину.
Рейкова зубчаста передачаскладається із зубчастого колеса 1 і рейки 2 (рис. 35, а). Передача виконується з прямими, косими та шевронними зубами і служить для перетворення обертального руху на поступальне або навпаки. При нерухомій рейці зубчасте колесо котиться по рейці, тобто здійснює обертальний та поступальний рух. Т які передачі застосовуються в механізмах основних рухів та допоміжних переміщень; наприклад, в механізмах поздовжньої подачі супорта токарних верстатів, свердлильних верстатах для переміщення шпинделя і в інших зграйках.Вони мають досить високий ККД. Великі зубчасті колеса виготовляють із сірого чавунумарок СЧ20-СЧЗО, а рейки із сталі 45. Швидкість (мм/хв) поступального рухузубчастого колеса визначається з рівняння:
Переміщення рейки за один оберт черв'яка s = πmk. Переміщення рейки за один оберт колеса в парі колесо-рейка s = πmz.
У цих рівняннях: k – число заходів черв'яка; n - частота обертання, об/хв; m – модуль, мм; z – число зубів колеса.
Черв'ячно-рейкові передачімістять черв'як 1 і рейку 2 (рис. 35 б). Провідним елементом може бути тільки черв'як 1. Черв'ячно-рейкова передача забезпечує велику плавність при передачі рухів, має велику жорсткість, широко застосовується в поздовжньо-стругальних, важких фрезерних і горизонтально-розточувальних верстатах. Конструкція черв'як-зубчаста рейка має точковий контакт та застосовується для допоміжних рухів.При розташуванні черв'яка та черв'ячної рейки під кутом до осі рейки або паралельному розташуванні осей вузол можна використовувати в основних рухах верстатів. Черв'яки виготовляють із сталей 15Х, 20Х із цементацією та загартуванням, а рейки – з антифрикційного чавуну.Черв'яки рекомендується полірувати, оскільки це підвищує працездатність передачі.
Для усунення шкідливого впливу зазорів у відповідальних зубчастих передачах (наприклад, передачі, що зв'язує рейкове зубчасте колесо з датчиком) застосовують пружинні компенсатори (рис. 35, в). Таке зубчасте колесо складається з двох дисків 2 та 3 із зубчастими вінцями.Диск 2 сидить на маточині диска 3 і утримується від осьового зміщення стопорним кільцем 1. Під дією пружини 4 диск 2 прагне повернутися відносно диска 3. В результаті цього зазор між зубами веденого та складового коліс повністю усувається.
Черв'ячно-рейкова передача з гідростатичною мастилом застосовується у приводах подач та приводах настановних переміщень при довжині ходу рухомих вузлів понад 3 м. Передача містить черв'ячну рейку, що зачіпається з нею циліндричний черв'як, на витках якого в зоні зачеплення виконані кишені, які повідомляються, наприклад, з усталеними гідростатичними підшипниками.Передача може працювати на швидкості до 6 м/хв. Аналогічно виконуються гідростатичні передачі гвинт-гайка.
Передачі гвинт-гайка з тертям ковзанняслужать, як і рейкові, для перетворення обертального руху на поступальне. Основними елементами гвинтової передачі є ходовий гвинт 1 і гайка 2 (рис. 36, а).
Гвинтові передачі застосовують у механізмах подач та допоміжних механізмах верстатів. Ходові гвинти і гайки верстатів зазвичай мають трапецеїдальне однозахідне або двозахідне різьблення.Низький ККД обмежує застосування цих передач у приводах головного руху. Точність переміщень робочого органу залежить від точності виготовлення гвинта та гайки, а також від точності збирання. Ходові гвинти виготовляють із якісних сталей, а гайки з антифрикційних сплавів – бронз та чавунів.
Для усунення зазору застосовують регульовані гайки. Конструкція гайки (рис. 36 б) містить нерухому 3 і регульовану частину 2. В осьовому напрямку за допомогою гайки 1 притискають витки гайки 2 до витків гвинта та усувають зазор. Другий варіант регульованої гайки 1 показано на рис. 36, ст.Рухому частину 3 гайки зміщують за допомогою клина 2, який при регулюванні переміщається гвинтом 4. У пристрої з пружним регулюванням (рис. 36, г) тарілчасті пружини 2 зміщують рухому частину гайки 1 щодо нерухомої 3 Недоліком пружного регулювання є збільшення навантаження
У токарно-гвинторізних верстатахзастосовують розсувну гайку (маточну) (рис. 36, д).Гайка складається з двох частин 1 і 2, які переміщують по напрямних 4 за допомогою рукоятки 6, диска 5 і штифтів 3. Коли гайка відкрита (як показано на малюнку), витки гайки розчіплюються з витками гвинта, і робочий орган може переміщатися безперешкодно. Т Яка конструкція гайки необхідна для забезпечення роздільного приводу від гвинтової та рейкової пари.На рис. 37 представлені схеми деяких варіантів виконання гвинтових пар.
Кривошипні механізми.Кривошипно-шатунний механізм (рис. 38, а) при рівномірному обертальному русі кривошипа 0 1 А забезпечує прямолінійний зворотно-поступальний рух повзуна зі змінною швидкістю.
Подвійний кривошипно-рейковий механізм(рис. 38, б) застосовується на зубодолбежном верстаті 5А14 для повідомлення зворотно-поступального руху штоселю з довбаком. При обертанні кривошипа К П шатун-рейка приводить у зворотно-обертальний рух рейкове зубчасте колесо z 1 вал II і зубчасте колесо z 2 .Колесо z 2 зворотно-обертальним рухом повідомляє прямолінійний зворотно-поступальний рух робочому органу р 0 .
Кулісні механізми(рис. 38, в, г) зустрічаються в приводах головного руху довбання і поперечно-стругальних верстатів; вони. можуть бути з кулісою, що коливається або обертається.
Швидкість повзуна кривошипно-кулісних механізмів – величина змінна, але при розрахунках використовують середню швидкість робочого ходу та коефіцієнт збільшення швидкості. Частота руху повзуна (дв. хід/хв) при заданій швидкості робочого ходу та довжині ходу визначається з рівняння:
При обертанні кривошипа 0 1 A кулісного механізму (рис. 38, в) куліса Ка здійснює коливальний (поворотно-обертальний) рух і через шатун ВС повідомляє робочому органу Р 0 прямолінійний зворотно-поступальний рух. Змінюючи довжину кривошипа, 01A регулює довжину ходу.У кулісному механізмі з кулісою, що обертається (рис. 31, а) палець кривошипа К П1 входить у радіальний паз обертається куліси К В, закріпленої на валу II. Кривошип П2 за допомогою шатуна з'єднаний з робочим органом. При рівномірному обертанні валу I внаслідок зміщення осей валів I та II вал II отримує нерівномірне обертання, що забезпечує більш рівномірну швидкість руху робочого органу Р 0 на заданій ділянці його шляху.
У металорізальних верстатахдля здійснення прямолінійних рухів переважно використовують такі механізмиОсі: зубчасте колесо-рейка, черв'як-рейка, ходовий гвинт-гайка, кулачкові механізми, гідравлічні пристрої, а також електромагнітні пристрої типу соленоїдів.
Механізм зубчасте колесо-рейказастосовують у приводі головного руху та руху подачі, а також у приводі різних допоміжних переміщень.
Механізм черв'як-рейка. Застосовують два типи цих механізмів: з розташуванням черв'яка під кутом до рейки, що дозволяє (для більшої плавності ходу передачі) збільшити діаметр колеса, що веде черв'як, і з паралельним розташуванням в одній площині осей черв'яка і рейки, коли рейка служить як би довгою гайкою неповним кутом охоплення гвинта-хробака. Умови роботи цієї передачі сприятливіших умовроботи передачі зубчасте колесо-рейка
Механізм ходової гвинт-гайкабуває у вигляді пар ковзання та кочення. Застосовують для здійснення прямолінійного руху. Гвинтові пари ковзання через великі втрати при ковзанні в різьбленні і пов'язаного з ним зношування замінюють гвинтовими парами кочення. Вони мають малі втрати на тертя, високий ККД, крім того, у них можуть бути повністю усунуті зазори в різьбленні внаслідок створення попереднього натягу.
Заміна тертя ковзання тертям кочення у гвинтовій парі можлива або при використанні замість гайки роликів, що вільно обертаються на своїх осях, або при застосуванні тіл кочення (кульок, а іноді роликів). На рис. 2.21 показана кулькова пара, у якої в різьблення між гвинтом 1 і гайкою 4 вміщені кульки 2.Кульки котяться канавками ходового гвинта і гайки. При обертанні гвинта кульки, перекочуючись канавкою, потрапляють в отвір гайки і, проходячи по жолобу 3, через другий отвір знову повертаються в гвинтову канавку. Таким чином кульки постійно циркулюють у процесі роботи передачі. Як правило, у кулькових парах застосовують пристрої для вибірки зазорів та створення попереднього натягу.
Гідростатична передача гвинт-гайка(рис. 2.22) працює в умовах тертя зі змащувальним матеріалом. Зношування гвинта та гайки при цьому практично відсутнє. Передача фактично безсоромна, забезпечує підвищену точність; ККД передачі дорівнює 0,99.Але в порівнянні з передачею гвинт-гайка тертя кочення передача, що містить гвинт 7 і гайку 6, має меншу жорсткість і несучу здатність внаслідок масляного шару. Мастило, нагнітається насосом 1, через фільтр 3, дроселі 4 і 5 постійного тиску, підтримуваного переливним гідроклапаном 2, отворів α і г, потрапляє в кишені б і в і зливається через зазори в різьбленні і отвір д. осьового навантаження шарами олії.
Кулачкові механізми, що перетворюють обертальний рух на прямолінійне поступальне, застосовують головним чином на автоматах. Розрізняють кулачкові механізми з плоскими та циліндричними кулачками (рис. 2.23).При обертанні кулачка 1 (рис. 2.23, α) через ролик 2, важільну передачу, зубчастий сектор і рейку рух передається супорту, який здійснює зворотно-поступальний рух відповідно до профілю кулачка. На рис. 2.23 б показаний принцип роботи циліндричних кулачків.
Пристрої для малих переміщень.У тих випадках, коли жорсткість звичайних механізмів типу рейкової або гвинтової пари не забезпечує точних переміщень (тобто коли повільний рух рухомої частини верстата переходить у стрибкоподібний з періодичними зупинками) застосовують спеціальні пристрої, що працюють без зазорів і забезпечують високу жорсткість приводу. До таких пристроїв відносяться термодинамічний, магнітострикційний приводи та привід з пружною ланкою.
Термодинамічний привід(рис, 2.24 а) являє собою порожнистий стрижень, один кінець якого кріплять до нерухомої частини верстата (станіни), а інший з'єднують з рухомою частиною верстата. При нагріванні стрижня спіраллю, навитою на нього, або при пропущенні електричного струмумалої напруги та великої сили безпосередньо через нього стрижень подовжується на величину ∆l t , переміщуючи рухому частину верстата. Для повернення рухомої частини початкове положення необхідно стрижень охолодити.
Магнітострикційний привід(рис. 2.24 б) працює наступним чином. Стрижень, виготовлений з магнитострикційного матеріалу, поміщають у магнітне поле, напруженість якого можна змінювати, змінюючи тим самим довжину стрижня на величину ∆t м. Розрізняють позитивну (зі збільшенням напруженості магнітного поля розміри стрижня збільшуються) та негативну (зі збільшенням напруженості магнітного поля розміри стрижня зменшуються) магнітострикції.Як магнітострикційний матеріал застосовують залізо, нікель, кобальт та їх сплави, тобто матеріали, які змінюють свою довжину під дією електричного або магнітного поля, а при знятті поля відновлюють початкові розміри.
Привід із пружною ланкою(рис. 2.24, в) дозволяє отримувати малі переміщення за рахунок пружної ланки типу ресори або плоскої пружини. Якщо ресора попередньо навантажується при подачі рідини з гідросистеми, то в міру вільного закінчення масла з циліндра через випускний отвір малого перерізу ресора випрямляється і вільним кінцем переміщує шліфувальну бабку.
Розглянуті приводи застосовують у прецизійних верстатах, де необхідно забезпечити високу рівномірність малих подач та точність малих періодичних переміщень.
