Недостатки механизмов с ВКП

Достоинства механизмов с ВКП

Структурные схемы простейших механизмов с высшими КП

Фрикционными механизмами или передачами сцепления называются механизмы с высшей парой, в которых передача движения в высшей паре осуществляется за счет сил сцепления или трения в зоне контакта.

Кулачковым механизмом называется механизм с высшей парой, ведущее звено которого выполнено в форме замкнутой криволинейной поверхности и называется кулачком (или кулаком).

Зубчатыми механизмами называются механизмы, звенья которых снабжены зубьями (зубчатый механизм можно определить как многократный кулачковый, рассматривая зацепление каждой пары зубьев, как зацепление двух кулачков). Рабочие поверхности зубьев должны быть выполнены так, чтобы обеспечивать передачу и преобразование движения по заданному закону за счет их зацепления.

Мальтийские механизмы относятся к шаговым механизмам и обеспечивают одностороннее прерывистое движение, применяются, например, в машинах-автоматах. Состоят из кривошипа с цевкой (роликом) и креста.

Условия, которым должны удовлетворять рабочие поверхности высших пар, формулируются в разделе теории механизмов - теории зацепления или теории высшей пары, это:

- Наличие общей нормали, т.е. профили подбираются так, чтобы они имели общую нормаль – сопряженные профили. Усилие в ВКП передается по нормали, а вторая составляющая усилия создает скольжение профилей относительно друг друга.

- Условием существования высшей кинематической пары является условие неразрывности контакта звеньев, которое заключается в том, что проекции скоростей звеньев в точке контакта на контактную нормаль к профилям должны быть равны. Это условие обеспечивается, если скорость относительного движения контактных точек лежит на касательной (в пространстве в касательной плоскости). При выполнении этого условия профили не отстают друг от друга (нарушение контакта приведет к исчезновению пары), и не внедряются друг в друга (что при принятом допущении об абсолютно жестких звеньях, невозможно).

- Все механизмы с ВКП малозвенны, следовательно, позволяют уменьшать габариты машины в целом.

- Механизмы с ВКП более точно воспроизводят передаточную функцию.

- Обеспечивают большое разнообразие законов движения выходного звена.

- Механизмы с ВКП должны иметь силовое или геометрическое замыкание (зубчатые колеса – геометрическое, кулачковый механизм - силовое).

- Контактные усилия в ВКП гораздо выше, чем в НКП, что приводит к износу, т.е. 2 профиля теряют свою форму и как следствие, свое главное достоинство.

Угол давления в высшей паре

Угол давления – это угол между скоростью в точке контакта и нормалью к профилю (т.е. направление силы). Обычно этот угол обозначают или. И в одной точке контакта два профиля имеют разный угол давления.

Учитывая, что мощность в ВКП передается по нормали, а по касательной – скольжение запишем формулу определения мощности

Если, то - так называемое явление заклинивания, скорость есть, усилие есть, но ведомое звено не трогается с места. Т. е. заклиниванием называется положение, при котором никакая по величине сила, приложенная к ведомому звену, не может привести его в движение.

Так как в процессе движения в реальных условиях участвуют разнообразные силы терния, то заклинивание наступает гораздо раньше, чем угол давления достигнет. Поэтому в различных механизмах допустимый угол давления стандартизован и обозначается или.

Основная теорема зацепления (теорема Виллиса)

Рассмотрим два тела 1 и 2, совершающих вращательное движение соответственно вокруг центров с угловыми скоростями образующие высшую КП.

1. Отметим на общей нормаль контактную точку.

2. Проведем радиусы векторы точки для тел 1 и 2:.

3. Определим скорость в контактной точке,.

4. Так как вектор, то и,.

5. Опускаем соответствующие перпендикуляры на нормаль, и исходя из условия существования высшей КП:.

6..

7. - полюс зацепления – это точка пересечения линии центров с общей нормалью к профилям в точке контакта. Опустим перпендикуляры из центров на общую нормаль и отметим точки: (по третьему признаку подобия – по трем углам).

8. Как углы со взаимно перпендикулярными сторонами и, следовательно из:, из:.

9., из подобия треугольников:,

10. Следовательно: Таким образом, полюс относительного вращения звеньев лежит на линии центров и делит ее на отрезки обратно пропорциональные угловым скоростям.

Теорема Виллиса. Передаточное отношение между звеньями, совершающими вращательное движение прямо пропорционально отношению угловых скоростей и обратно пропорционально отношению расстояний от центров вращения до полюса.

Равенство векторов скоростей по направлению для тел, совершающих вращательное движение, возможно только на линии соединяющей центры вращения тел. Поэтому полюс относительного вращения должен лежать на этой линии. Т. о. полюс – это единственная контактная точка, в которой отсутствует проскальзывание.

Формулировка анализа. Контактная нормаль к профилям высшей пары пересекает линию центров в полюсе относительного вращения звеньев.

Формулировка синтеза. Профили в высшей кинематической паре должны быть выполнены так, чтобы контактная нормаль к ним проходила через полюс относительного вращения звеньев.

Так как положение полюса на линии центров определяет передаточное отношение механизма, то профили удовлетворяющие основной теореме зацепления обеспечивают заданный закон изменения передаточного отношения или являются сопряженными.

Зубчатые передачи и их классификация.

Зубчатыми передачами называются механизмы с высшими кинематическими парами, в состав которых входят зубчатые колеса, рейки или секторы - звенья, снабженные профилированными выступами или зубьями. Зубчатые передачи бывают простые и сложные. Простая зубчатая передача - трехзвенные механизм, состоящий из двух зубчатых колес и стойки, в котором зубчатые колеса образуют между собой высшую пару, со стойкой - низшие (поступательные или вращательные).

Простые зубчатые передачи классифицируются:

· по виду передаточной функции (отношения)

- с постоянным передаточным отношением;

- с переменным передаточным отношением;

· по расположению осей в пространстве

- с параллельными осями;

- с пересекающимися осями;

- с перекрещивающимися осями;

· по форме профиля зуба

- эвольвентным профилем;

- с циклоидальным профилем;

- с круговым профилем (передачи Новикова);

· по форме линии зуба

- с прямым зубом; прямозубые колёса применяют при невысоких и средних скоростях, когда динамические нагрузки от неточности изготовления невелики, в планетарных, открытых передачах, а также при необходимости осевого перемещения колёс.

- косозубые; косозубые колёса имеют большую плавность хода и применяются для ответственных механизмов при средних и высоких скоростях

- шевронные; шевронные колёса имеют достоинства косозубых колёс плюс уравновешенные осевые силы и используются в высоконагруженных передачах

- с круговым зубом;

· по форме начальных поверхностей

- цилиндрические;

- коническое;

- гиперболоидные;

· по форме и виду зубчатых колес

- червячные;

- с некруглыми колесами;

- винтовые.

· по величине воспринимаемого смещения

- положительные ()

- нулевые ()

- отрицательные ()

Выбор параметров зубчатых передач обусловлен конструктивными и технологическими условиями.

Основной недостаток зубчатых передач с эвольвентным профилем (цилиндрических, конических, планетарных, волновых) – высокие контактные напряжения в зубьях. Они велики потому, что контактируют два зуба с выпуклыми профилями. При этом площадка контакта очень мала, а контактные напряжения соответственно высоки. Это обстоятельство сильно ограничивает "несущую способность" передач, т.е. не позволяет передавать большие вращающие моменты.

Решая проблемы проектирования тяжёлых тихоходных машин, таких как трактора и танки, М.Л. Новиков в 1954 году разработал зацепления, в которых выпуклые зубья шестерни зацепляются с вогнутыми зубьями колеса. К тому же выпуклый и вогнутый профили (обычно круговые) имеют близкие по абсолютной величине радиусы кривизны. За счёт этого получается большая площадка контакта, контактные напряжения уменьшаются и появляется возможность передавать вращающие моменты примерно в 1,4 ¸ 1,8 раза большие. К сожалению, при этом приходится пожертвовать основным достоинством эвольвентных зацеплений – качением профилей зубьев друг по другу и соответственно получить высокое трение в зубьях. Однако для тихоходных машин это не так важно.

Конические передачи передают вращающий момент между валами с пересекающимися осями (чаще всего под углом 90⁰). Их зубья бывают прямыми, косыми, круговыми и обычно имеют эвольвентный профиль.

Червячная передача имеет перекрещивающиеся оси валов, обычно под углом 90°. Она состоит из червяка – винта с трапецеидальной резьбой и зубчатого червячного колеса с зубьями соответствующей специфической формы. Движение в червячной передаче преобразуется по принципу винтовой пары. Изобретателем червячных передач считают Архимеда.

Достоинства червячных передач:

- большое передаточное отношение (до 80);

- плавность и бесшумность хода.

В отличие от эвольвентных зацеплений, где преобладает контактное качение, виток червяка скользит по зубу колеса. Следовательно, червячные передачи имеют "по определению" один фундаментальный недостаток: высокое трение в зацеплении. Это ведёт к низкому КПД (на 20-30% ниже, чем у зубчатых), износу, нагреву и необходимости применять дорогие антифрикционные материалы.

Кроме того, помимо достоинств и недостатков, червячные передачи имеют важное свойство: движение передаётся только от червяка к колесу, а не наоборот. Никакой вращающий момент, приложенный к колесу, не заставит вращаться червяк. Именно поэтому червячные передачи находят применение в подъёмных механизмах, например в лифтах. Там электродвигатель соединён с червяком, а трос пассажирской кабины намотан на вал червячного колеса во избежание самопроизвольного опускания или падения.

Это свойство не надо путать с реверсивностью механизма. Ведь направление вращения червяка может быть любым, приводя либо к подъёму, либо к спуску той же лифтовой кабины.

Эвольвентная зубчатая передача

Эвольвентная зубчатая передача - цилиндрическая зубчатая передача, профили зубьев которой выполнены по эвольвенте окружности.

Эвольвента окружности и ее свойства

Эвольвента окружности - это плоская кривая, которая описывается точкой прямой при ее перекатывании по окружности, прямая при этом называется производящей, окружность – основной (базисной, отсюда и обозначение). Т.е. эвольвента – это развертка окружности. Построение эвольвенты должно обеспечивать в любом положении равенство дуги окружности и прямой.

Дата добавления: 2014-01-11