Теорія механізмів і машин, Конічні, черв’якові та кулачкові механізми
Конічна зубчаста передача
Якщо кут між осями дорівнює 90°, то конічну зубчасту передачу називаютьортогональною. У загальному випадку в неортогональній передачі кут, доповнений до 180° до кута між векторами кутових швидкостей і ланок 1 і 2 називають міжосьовим кутом Σ (рис. 1.18, а).
Рис.1.18. Схеми конічних зубчастих передач
Зв'язок між векторами та кутових швидкостей 1 і 2 характеризується співвідношенням
= +. (1.3)
Положення вектора щодо векторів і визначається кутами w1 і w2; сума яких дорівнює міжосьовому кутку Σ:
Якщо через точку Про перетину осей 001 і 002 провести вектор він збігається з миттєвою віссю ОР відносного руху провідного і веденого ланок і визначатиме конічні поверхні аксоідів, званих початковими конусами. При позначенні параметрів, що належать до початкового конуса, використовують індекс w. Кути δw1 і δw2 початкових конусів обчислюють при вирішенні векторного співвідношення (1.3) з використанням теореми синусів (рис.1.18 а):
Відношення модулів кутових швидкостей і є передатним відношенням:
.(1.5)
Приватним випадком неортогональної передачі є плоска конічна передача, в якій поверхня одного з початкових коліс є площиною і кут при вершині δwс = 90° (рис. 1.18, б).
Формування коліс, розмірів зубів і розташування їх елементів проводять щодо базової конічної поверхні на кожному колесі, званої ділильним конусом . При проектуванні конічних передач кути δ1 і δ2 ділових конусів приймають збігаються з кутами δw1 і δw2 початкових конусів, що спрощуєрозрахункові співвідношення. Зуби утворюють на колесі зубчастий вінець, який розташовується між конусом вершин з кутом δаі конусом западин з кутом δf (рис. 1.19).
Мал. 1.19. Елементи конічного зубчастого колеса
При виготовленні заготовок коліс використовують базову відстань А та розміри В до вершини конуса та С – до базової площини. Поверхню, що відокремлює зуб від западини, називають боковою поверхнею зуба . Перетин бічної поверхні зуба з співвісною поверхнею називаютьлінієюзуба. Лінія зуба може збігатися з утворює ділового співвісного конуса (прямі зуби) або мати кут β нахилу лінії зуба на ділильній поверхні. Розрізняють види конічних коліс, що відрізняються формою ліній зубів на розгортці ділительного конуса (рис. 1.20): а – з прямими; б - тангенціальними; в – круговими; г, д, е – криволінійними зубами. Прямозубі передачі використовують для роботи при легких навантаженнях та невисоких швидкостях (зазвичай при частоті обертання менше 100 об/хв). Для роботи в режимі максимальних навантажень, при високих швидкостях та для забезпечення максимальної плавності роботи та безшумності застосовують передачі з криволінійними зубами.
Мал. 1.20. Види конічних зубчастих коліс
Гіперболоїдні зубчасті передачі
Гіперболоїдною зубчастою передачею називають передачу з осями, що схрещуються, аксоїдами її зубчастих коліс є однопорожнинні гіперболоїди обертання, осі яких не перетинаються.
Для забезпечення точкового торкання ліній зубів можна застосувати простіші за формою поверхні ніж гіперболоїди обертання, що спрощує виготовлення зубчастих коліс. Наприклад, круглі циліндри, що торкаються тільки в одній точці, що лежить на лінії найкоротшої відстані між осями коліс, або конусиз несхожими вершинами.
Гіперболоїдну зубчасту передачу, початкові поверхні зубчастих коліс якої – круглі циліндри, називаютьгвинтовою зубчастою передачею (рис. 1.21, а).
Мал. 1.21. Гіперболоїдні зубчасті передачі
Якщо в якості початкових поверхонь зубчастих коліс вибрати конуси з вершинами, що не збігаються, то отримаємогіпоїдну зубчасту передачу (рис.1 21, в).Черв'якова передача являє собою гіперболоїдну передачу, початкові та ділильні поверхні зубчастих коліс якої відмінні від конічних, і шестерня (черв'як 1) (рис. 1.21 б) має гвинтові зуби, а ланка 2 називається черв'ячним колесом.
На відміну від косозубих циліндричних передач для гвинтових зубчастих коліс не є обов'язковою рівність кутів нахилу гвинтових ліній та різноманітність їх напрямків.
Черв'ячну зубчасту передачу, яка є окремим випадком гіперболоїдної, використовують для передачі обертання між осями, що схрещуються, з постійним ставленням швидкостей ланок. Найчастіше кут схрещування осей вибирається рівним 90º.
Відомі два різновиди черв'ячного зачеплення: з циліндричним черв'яком (рис. 1.22 б) (поверхня витків такого черв'яка є гелікоїдом); з глобоїдним черв'яком (рис. 1.22, в), формою якого зачеплення названо глобоїдним.
Мал. 1.22. Черв'якові зубчасті передачі
Залежно від напрямку лінії витка черв'яка передачі бувають з правим і лівим напрямком лінії витка. Залежно від форми гвинтової поверхні черв'яка передачі бувають з архімедовим (архімедова спіраль), конволютним (подовжена або укорочена евольвента) або евольвентним черв'яком. Черв'ячне колесо є косозубим колесом із зубчастим вінцем спеціальноїгорлоподібної форми, що охоплює черв'як і утворює як би нескінченну гайку. Роботу черв'ячної передачі можна представити як безперервне вкручування гвинта - черв'яка в нескінченну гайку - черв'ячне колесо. Черв'як, як правило, є провідною ланкою, а черв'ячне колесо – веденим. Зворотна передача руху (за рідкісним винятком) неможлива через ефект самогальмування. На рис. 122 а представлена черв'ячна зубчаста передача з черв'яком циліндричної форми.
На відміну від гвинтової передачі, складеної з циліндричних коліс з гвинтовими зубами, в черв'ячному зачепленні поверхні зубів мають не точковий, а лінійний дотик, що дозволяє використовувати таке зачеплення для передачі значних навантажень. Іншою важливою перевагою черв'ячної передачі є можливість забезпечення передатного відношення від 20 до 500. Крім того, черв'ячна передача, як і інші косозубі передачі, має високу плавність і безшумність обертання.
Черв'якові передачі мають і суттєві недоліки:
1) ККД цих передач порівняно з ККД інших передач низький і становить 0,5. 0,7;
2) підвищене ковзання контактуючих профілів викликає їх знос і вимагає застосування для вінців черв'ячних коліс антифрикційних матеріалів;
3) значне виділення теплоти у зоні зачеплення черв'яка з колесом потребує інтенсивного охолодження передачі;
4) велика осьова сила, що діє на черв'як, вимагає постановки його на підшипники, здатні сприймати ці реакції.
Кулачкові механізми та їх класифікація
p align="justify"> Робочий процес багатьох машин викликає необхідність мати в їх складі механізми, рух вихідних ланок яких має бути виконано строго за заданим законом і узгоджено з рухом інших механізмів. Найбільшпростими, надійними та компактними для виконання такого завдання є кулачкові механізми. Відтворення руху вихідної ланки – штовхача – вони здійснюють теоретично точно. Їхню вхідну ланку називають кулачком. Закон руху штовхача, який задається передавальною функцією, визначається профілем кулачка і є основною характеристикою кулачкового механізму, від якого залежать його функціональні властивості, а також динамічні та вібраційні якості.
Загальне уявлення про кінематичні схеми кулачкових механізмів можна отримати на прикладі газорозподільних механізмів двигунів внутрішнього згоряння, показаних на рис. 1.23.
Рис.1.23. Кулачкові газорозподільні механізми
Ці механізми служать для відкриття та закриття клапанів, що дозволяє наповнювати циліндри двигунів горючою сумішшю (або повітрям), випускати відпрацьовані гази та надійно ізолювати камеру згоряння від навколишнього середовища під час тактів стиснення та робочого ходу.
Кінематичні схеми механізмів газорозподілу наведено на рис. 1.23 а, б, е, а конструктивне оформлення їх ланок 1 і 2 - на рис. 1.23, в, г, д, ж, з, в.
Залежно від особливостей конструкції, функціонального призначення машини та інших факторів застосовують різні види кулачків (рис. 1.24), основними з яких є: а, б – плоскі з поступальним переміщенням кулачка; в, г – циліндричні; д, е, ж - дискові; з - конічні; та – гіперболоїдні; до - коноїдні. Тягач кулачкового механізму (див. рис. 1.24) здійснює рух: а, в, г, д, ж, з - поступальний; б, е, і - обертальне; до – поєднання двох поступальних.
Мал. 1.24. Кулачкові механізми
Контакт елементів у кінематичній парі може забезпечуватись геометричним.замиканням за рахунок наявності пазів (див. рис. 1.24, б, ж, і), роликів, що охоплюють (див. рис. 1.24, г) і т.п. або силовим замиканням пари шляхом впливу сили: тяжкості, пружності пружин (див. рис. 1.23 в, д, ж, з), тиску рідини або повітря і т.п.
Робоча поверхня штовхачів, що сприймає навантаження від кулачка, схильна до зносу. Щоб зменшити зношування та збільшити надійність і довговічність механізму, використовують черевики різної конструкції; найбільше застосування отримали (див. рис. 1.23): а, в – роликові; е, ж - тарілчасті з плоскою; б, д – циліндричної і з, u – сферичної контактними поверхнями, а також гострі зі сферою малого радіусу (бо кінець штовхача не може бути виконаний абсолютно гострим, тобто точковим). При виконанні черевика у вигляді роликів частково виключається тертя ковзання, замінюючи його тертям кочення, зменшується знос елементів кінематичної пари та підвищується надійність механізму.
Загальна кількість можливих поєднань кулачків, штовхачів, черевиків, способів замикання кінематичної пари та їх конструктивного оформлення велика. Найбільш доцільне поєднання вибирається з урахуванням великої кількості факторів. Вдале рішення отримують на основі досвіду експлуатації та даних про надійність та довговічність кулачкових механізмів різноманітних машин.