Мальтийские механизмы

Мальтийские механизмы служат для преобразования равномерного вращательного движения ведущего звена (кривошипа) в периодические повороты с остановками ведомого звена, креста. Эти механизмы в сочетании с зубчатыми передачами используют для прерывистого движения лент, в многопозиционных устройствах – автоматах и т.д.

Различают два типа мальтийских механизмов: с внешним (рис. 17.1, а) и внутренним (рис. 17.1, б) зацеплениями. Чаще применяют механизмы внешнего зацепления.

При вращении кривошипа 1 (рис. 17.1, а) его палец (цевка) В входит в паз креста 2 и, поворачиваясь на угол j_1р, поворачивает крест на рабочий угол j_2р, после чего выходит из прорези. Вращение ведомого креста прекращается. Он остается неподвижным, пока кривошип не повернется на угол 2p – j_1р до входа ведущей цевки в следующий паз креста.

б

а

Рис. 17.1

Стопорение креста в неподвижном положении происходит с помощью секторного замка. Выпуклая цилиндрическая поверхность D диска входит в соприкосновение с вогнутой поверхностью Е креста и препятствует его повороту. Диск закреплен на кривошипе 1 в определенном положении и имеет вырез для прохода крестовин ведомого звена.

В механизме с внутренним зацеплением (рис. 17.1, б) кривошип 1 и крест 2 вращаются в одном направлении, отношение угла поворота кривошипа j¢_1р к углу поворота креста j_2р значительно больше, чем в механизме внешнего зацепления. Этот механизм может иметь только одну цевку. Механизмы с внутренним зацеплением являются конструктивно более сложными, но имеют меньшие габаритные размеры и меньшие угловые ускорения креста, т.е. меньшие динамические нагрузки.

Мальтийские механизмы внешнего зацепления могут иметь несколько цевок на кривошипе, что позволяет получить равные (рис. 17.2, а) и не равные (рис. 17.2, б) интервалы перемещений и остановов за один оборот ведущего звена.

Для обеспечения плавного, безударного вращения креста в начале и конце поворота направление линейной скорости пальца кривошипа в момент входа и выхода из паза должно совпадать с осью прорези. Это условие будет соблюдаться, если углы О₁ВО₂ и О₁В¢О₂ будут равны p/2.

Угол поворота креста j_2р = 2p/z₂, где z₂ – число пазов креста.

Рассматривая четырехугольник О₁ВО₂В¢ (рис. 17.1, 17.2), получим

j_1р = p 7 j_2р или j_1р= p (17.1)

(здесь и далее верхний знак (–) – для внешнего зацепления, нижний (+) – для внутреннего).

б

Рис. 17.2.

а

Для мальтийского механизма с одной цевкой цикл соответствует одному обороту кривошипа. Время цикла t_ц состоит из времени поворота t_2р креста и времени его покоя t_2п. Отношение t_2p/t_ц называют коэффициентом времени движения

k_д = t_2p/t_ц = j_1р/2p = (z₂ 2)/(2 z₂). (17.2)

При k_д = 1 крест вращается непрерывно, без остановок.

Из (17.2) следует, что при одной цевке (z₁ = 1) коэффициент k_д зависит только от числа пазов z₂ креста. Анализируя зависимость (17.2) отметим, что прерывистое движение возможно, т.е. k_д > 0 при числе пазов z₂ ≥ 3. В механизме с внешним зацеплением при z₂ = 2 коэффициент времени движения k_д = 0. Наименьшее значение коэффициента k_д при z₂ = 3 равно 1/6.

При числе цевок z₁ > 1 (внешнее зацепление) время цикла t_ц¢ = 2p/(w₁z₁) и коэффициент времени движения

k_д = t_2p/t_ц¢ = [(z₂–2) z₁]/(2z₂) < 1. (17.3)

Из выражения (17.3) число цевок z₁ и число пазов z₂ креста должно находиться в следующей зависимости:

z₁ < 2 z₂/(z₂ – 2). (17.4)

Например, при z₂ = 4 число цевок должно быть меньше четырех, т.е. z₁ может быть равно 1, 2 или 3.

При малом числе пазов выходное звено мальтийского механизма имеет плохие динамические характеристики. Например, при одинаковой скорости кривошипа максимальное угловое ускорение креста с тремя пазами в 45 раз больше, чем у восьмипазового креста. На практике чаще всего применяют механизмы с числом пазов 4, 6 и 8.

Мальтийские механизмы могут иметь несколько цевок на ведущем звене (рис. 17.3, а) или несколько ведомых звеньев (крестов) при одной цевке (рис. 17.3, б) с числом пазов в каждом более четырех. На рис. 17.3, б представлены шестипазовые мальтийские механизмы.

Исходными данными для расчета геометрических размеров элементов мальтийского механизма являются межосевое расстояние а, число пазов z₂ = 3 … 12. Из условия, что угол О₁ВО₂ (см. рис. 17.2) равен p/2, выразим через межосевое расстояние а радиус кривошипа

r₁ = O₁B = a sin(j_2р/2) = a sin(p/z₂), (17.5)

и максимальный радиус креста

r_2max = O₂B = a cos(p/z₂). (17.6)

б

а

Рис. 17.3

Ведомое звено (см. рис. 17.1, а) мальтийского механизма вращается с переменной скоростью. Скорость креста равна нулю в начале и конце поворота. Максимальную скорость w_2max ведомое звено имеет при прохождении цевки через линию центров О₁О₂. Из равенства линейных скоростей в точке касания цевкой креста имеем

v₁ = v₂ или w₁r₁ = w_2max × r_2min, (17.7)

где r_2min = а – r₁ = a [1 – sin(p/z₂)] – расстояние от оси вращения креста, т.е. точки О₂ до цевки. Из выражения (17.7) имеем

. (17.8)

В этом положении угловое ускорение креста e₂ равно 0, а в начальный и конечный моменты его движения e_{2 нач} = w₁² tg(p/z₂); e_{2 кон} = –w₁² tg(p/z₂).

Механизмы с мальтийским крестом работают плавно, без ударов в начале и конце поворота ведомого звена.

Ширину d_п и длину ℓ пазов креста находим по формулам

d_п = (0,2 … 0,4)r₁; ℓ = r_2max – r_2min + 0,5 d_п. (17.9)

Для обеспечения низкого коэффициента трения между пальцем кривошипа (цевкой) и рабочими поверхностями креста и высокой износоустойчивости этих элементов в качестве пальца применяют ролик или стандартный подшипник качения (рис. 17.4). Трение скольжения пальца о рабочие поверхности креста заменяется при этом трением качения. Обычный материал креста – сталь 40Х, пальца – ШХ15. Диаметр оси ролика пальца кривошипа d₀ принимают (0,5 … 0,6) d_п. Для уменьшения трения в зацеплении рабочие поверхности пазов и цевки обильно смазывают.

Рис. 17.4

Дата добавления: 2014-11-29