Устройство для преобразования вращательного движения в поступательное. Механизмы для преобразования вращательного движения в прямолинейное или возвратно-поступательное Какие механизмы преобразуют вращательное движение в поступательное

Механизмы для преобразования вращательного движения в прямолинейное или возвратно-поступательное.

Для преобразования вращательного движения в прямолинейное или возвратно-поступательное в станках применяют кривошипные, кулисные, кулачковые, гидравлические и пневматические механизмы.

Кривошипные механизмы состоят из кривошипного диска с цапфой и шарнирно соединенного с ним шатуна. Ход ползуна, приводимого шатуном, изменяют путем перестановки цапфы кривошипа на диске в радиальном направлении.

Рис. 125.

Кулисный механизм состоит из кривошипного диска 1, кулисы 2 (рис. 125), качающейся вокруг оси 3. Другой конец кулисы связан с ползушкой 4. При вращении кривошипного диска палец 5, входящий в кулисный камень 6, заставляет кулису качаться вокруг оси 3.

Кулисный камень скользит при этом в прорези кулисы. При изменении радиуса R кривошипа путем перестановки его пальца в радиальной прорези диска изменяется ход ползушки 4.

Кулачковые механизмы разделяются на цилиндрические и дисковые. Первые состоят из цилиндра с копирным пазом или выступом, по которому при вращении цилиндра скользит палец с роликом, связанный с ползуном. Вторые представляют собой профилированные кулачки, в периферическую поверхность которых упираются пальцы с роликами. Эти пальцы связаны с ползунами, которым придают возвратно-поступательное движение при вращении кулачков.

В гидравлических приводах перемещение поршня, передаваемое ползуну, осуществляется при нагнетании масла шестеренчатым или лопастным насосом поочередно в полости цилиндра, расположенные по обе стороны поршня.

Изменение длины хода ползуна производится перестановкой упоров, воздействующих на рычаг. Последний изменяет положение золотника, который перекрывает и открывает поочередно окна каналов ввода и выпуска масла из цилиндра.

Наиболее распространенными механизмами преобразования вращательного движения в прямолинейное являются знакомые нам по рис. 1 кривошипно-шатунный и по рис. 7, д - реечный, а также винтовой, эксцентриковый, кулисный, храповой и другие механизмы.

Винтовые механизмы

Винтовые механизмы широко применяются в самых разнообразных машинах для преобразования вращательного движения в поступательное и, наоборот, поступательного во вращательное. Особенно часто винтовые механизмы применяются в станках для осуществления прямолинейного вспомогательного (подача) или установочного (подвод, отвод, зажатие) движения таких сборочных единиц, как столы, суппорты, каретки, шпиндельные бабки, головки и т. д.
Винты, применяемые в этих механизмах, называются ходовыми. Часто также винтовой механизм служит для подъема грузов или вообще для передачи усилий. Примером такого применения винтового механизма является использование его в домкратах, винтовых стяжках и т. д. В этом случае винты будут называться грузовыми. Грузовые винты обычно работают с незначительными скоростями, но с большими усилиями по сравнению с ходовыми винтами.

Основными деталями винтового механизма являются винт и гайка.

Обычно в винтовых механизмах (передачах винт-гайка) движение передается от винта к гайке, т. е. вращательное движение винта преобразуется в поступательное движение гайки, например механизм поперечного перемещения суппорта токарного станка. Встречаются конструкции, когда движение передается от гайки к винту, и винтовые передачи, в которых вращение винта преобразуется в поступательное того же винта, при закрепленной неподвижно гайке. Примером такого механизма может служить винтовая передача верхней части стола (рис. 9, а) фрезерного станка. При вращении рукояткой 6 винта 1 в гайке 2, закрепленной винтом 3 в салазках 4 стола,5, винт 1 начинает двигаться поступательно. Вместе с ним движется по направляющим салазок стол 5.

Эксцентриковые и кулачковые механизмы

Схема эксцентрикового механизма показана на рис. 9, б. Эксцентрик представляет собой круглый диск, ось которого смещена относительно оси вращения вала, несущего диск. Когда вал 2 вращается эксцентрик 1 воздействует на ролик 3, перемещая его и связанный с ним стержень 4 вверх. Вниз ролик возвращается пружиной 5. Таким образом, вращательное движение вала 2 преобразуется эксцентриковым механизмом в поступательное движение стержня 4.

Кулачковые механизмы широко применяются в станках-автоматах и других машинах для осуществления автоматического цикла работы. Эти механизмы могут быть с дисковым цилиндрическим и торцовым кулачками. Показанный на рис. 9, в механизм представляет собой кулачок 1 с канавкой 2 сложной формы на торце, в кoторую помещен ролик 3, соединенный с ползуном 4 посредством стержня 5. В результате вращения кулачка 1 (на разных его участках) ползун 4 получает разную скорость прямолинейного возвратно-поступательного движения.

Кулисный механизм

На рис. 9, г представлена схема кулисного механизма , широко применяемого, например, в поперечно-строгальных и долбежных станках. С ползуном 1, на котором закреплен суппорт с режущим инструментом, шарнирно связана при помощи серьги 2 качающаяся влево и вправо деталь 4, называемая кулисой. Внизу кулиса соединена посредством шарнирного соединения 6, причем своим нижним концом она поворачивается около этой оси во время качаний.

Качания кулисы происходят в результате поступательно-возвратных перемещений в ее пазу детали 5, называемой кулисным камнем и получающей движение от зубчатого колеса 3, с которым она соединена. Зубчатому колесу 3, называемому кулисной шестерней, вращение передается колесом, закрепленным на ведущем валу. Скорость вращательного движения кулисного колеса регулируется коробкой скоростей, связанной с электродвигателем.

Длина хода ползуна зависит от того, в каком виде установлен на кулисной шестерне кулисный камень. Чем дальше от центра шестерни расположен кулисный камень, тем больше окружность, которую он описывает при вращении шестерни, и, следовательно, тем больше угол качания кулисы и длиннее ход ползуна. И наоборот, чем ближе к центру колеса установлен кулисный камень, тем меньше все перечисленные движения.

Храповые механизмы

Храповые механизмы позволяют в широком диапазоне изменять величину периодических перемещений рабочих органов машин. Типы и область применения храповых механизмов разнообразны.

Храповой механизм (рис. 10) состоит из четырех основных звеньев: стойки 1, храповика (зубчатого колеса) 4, рычага 2 и детали 3 с выступом, которая носит название собачки. Храповик со скошенными в одну сторону зубьями насажен на ведомый вал механизма. На одной оси с валом шарнирно закреплен рычаг 2, поворачивающийся (качающейся) под действием приводной штанги 6. На рычаге также шарнирно укреплена собачка, выступ которой имеет форму, соответствующую впадине между зубьями храповика.

Во время работы храпового механизма приходит в движение рычаг 2, Когда он движется вправо, собачка свободно скользит по закругленной части зуба храповика, затем она под действием своей силы тяжести или специальной пружины заскакивает во впадину и, упираясь в следующий зуб, толкает его вперед. В результате этого храповик, а с ним и ведомый вал поворачиваются. Обратный поворот храповика с ведомым валом при холостом ходе рычага с собачкой 3 предотвращается стопорной собачкой 5, шарнирно закрепленной на неподвижной оси и прижатой к храповику пружиной.

Описанный механизм преобразует качательное движение рычага в прерывисто-вращательное движение ведомого вала.

В строительных машинах для преобразования вращательного движения в другие виды движений с целью передачи этого движения на рабочий орган применяются различные механизмы.

Реечный механизм, винтовой и кулисный

В строительных машинах для преобразования вращательного движения в другие виды движений с целью передачи этого движения на рабочий орган применяются различные механизмы .

Реечный механизм
Конструкция: ведущее зубчатое колесо и ведомая зубчатая рейка.

Применяется для преобразования вращательного движения в поступательное.
Конструкция: ведущий винт и ведомая гайка.

Применяется для преобразования вращательного движения в поступательное.
Конструкция: ведущий кулачок и ведомый шток с пружиной.

Конструкция: эксцентрик, шатун, ползун.

Применяется для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное.
Конструкция: ведущий коленчатый вал с кривым шипом, ведомый шатун, ползун.

Применяется для преобразования вращательного движения в качающееся движение кулис.
Конструкция: ведущий диск, ползун, ведомая кулиса.
Применяется в бетононасосах.

Мальтийский механизм применяется для преобразования непрерывного вращающегося движения в прерывистое вращающееся движение.
Конструкция: ведущий диск с рычагом, ведомая мальтисса.

Храпповой механизм применяется для преобразования вращательного движения в прерывистое вращательное движение, но с остановкой и торможением.
Конструкция: ведущий элемент - храпповик, ведомый - собачка (остановочный элемент).

Липецкий колледж транспорта и дорожного хозяйства

Исследовательская работа студентов группы К2-14

Тема: «Исследование работы механизмов для преобразования движения

Липецк

2015/2016 учебный год

Содержание

1.Введение (исторические основы вопроса преобразования движения)

2. Актуальность исследования (прикладной характер гипотезы),

3. Цель исследования

3. Способы и методы исследовательской работы

6. Выводы и предложения

7. Презентация проекта

1. Введение

Механизмы для преобразования движения

Краткий обзор истории развития простых механизмов

Согласно существующей в механике классификации ДПЭ относится к семейству простейших механизмов, веками верой и правдой служившим человеку, таким как колесо, блок, рычаг, ворот.

Все они изначально приводятся в действие мускульной силой человека и практическая их ценность состоит в многократном умножении (усилении) исходного мускульного воздействия. Каждый из этих механизмов прошел длительное испытание практикой и временем и по сути они стали своеобразными "кирпичиками " (элементарными звеньями) из которых построено великое множество разнообразных сложнейших механизмов. Особое место среди этих механизмов занимает, безусловно, колесо; потому что именно с его помощью было осуществлено непрерывное преобразование механической энергии, использующее в качестве источника силу тяжести.

Речь идет конечно же о преобразователе, известном как водяное колесо , впоследствие ставшим гидротурбиной (что увеличило эффективность механизма, оставив прежним принцип действия).

Широчайшее применение данного типа преобразователя объясняется очень просто: его идеальной сопрягаемостью (в простейшем случае - посредством одной общей оси вращения) с важнейшими мельничным жерновом , а позже - электрогенератором .

Интересно также применение водяного колеса в "инверсном (обратном) включении" для подъема воды, используя "входную" мускульную силу человека.

Однако не все же нагрузки имели вращательный характер (например, для мощных кузнечных мехов лучше бы подходил преобразователь возвратно-поступательного типа), и тогда приходилось прибегать к промежуточным преобразователям (типа кривошипно-шатунного механизма) , которые вносят свои потери в процесс преобразования и увеличивают сложность и стоимость системы. Многие примеры необходимости применения промежуточных преобразователей при переходе от вращательного движения к возвратно-поступательному мынаходим в древних рисунках и гравюрах.

На рисунке внизу, например, показано сопряжение вращающегося водяного колеса с поршневым насосом - механической нагрузкой, требующей возвратно-поступательного движения приводного механизма.

Таким образом становиться очевидной полезность и востребованность

для многих практических применений преобразователей энергии возвратно-поступательного типа, приводимых в движение той же силой тяжести.

Наиболее подходящим простым механизмом в этом случае является рычаг.

Рычаг, в полном смысле - усилитель силы. Поэтому он и нашел широчайшее применение при подъеме тяжестей, например, в строительстве (классический пример - строительство пирамид египтянами). Однако, в этом применении

"входным" воздействием служили те же мускульные усилия людей, а режим работы рычага был, конечно же, дискретным.

Есть еще один интересный практический пример применения рычага как преобразователя энергии: это древняя боевая метательная машина - требушет.

Требушет интересен новым принципиальным отличием от классического применения рычага: он приводится в действие уже силой тяжести (а не мускульной силой) падающей массы. Однако признать требушет преобразователем энергии, с возможностью подсоединения полезной нагрузки не представляется возможным. Во первых это механизм единичного (разового) действия, во вторых чтобы его зарядить (поднять груз) требуется все та же мускульная сила (хотя и усиленная с помощью блоков и воротов).

Тем не менее, творческая мысль ищет новые пути в попытках сопряжения рычага с полезной нагрузкой и использования при этом силы тяжести в качестве исходной движущей силы.

Механизмы, преобразующие движение: зубчато-реечный, винтовой, кривошипный, кулисный, кулачковый. Их детали, характеристики и особенности целевого использования в различных отраслях производства и легкой промышленности. Схемы их работы в различных машинах.

Для приведения в действие рабочих органов, а также для преобразования одного вида движения в другой применяют кривошипно-шатунные, кулачковые и другие механизмы.

Кривошипно-шатунный механизм. Такой механизм преобразует вращательное движение в поступательное. В неподвижных подшипниках станины вращается вал с кривошипом, связанный шарниром с одним концом шатуна. Другой конец шатуна при помощи шарнира соединен с ползуном, скользящим в неподвижных прямолинейных направляющих. Если кривошип вращается непрерывно, то ползун совершает возвратно-поступательное движение. В течение одного оборота кривошипа ползун совершает два хода - сначала в одном, а затем в обратном направлении.

Кривошипно-шатунный механизм применяют в паровых машинах, двигателях внутреннего сгорания, поршневых насосах и т. д. Положение кривошипа в верхней точке поступательного хода называют мертвой точкой. Для перехода кривошипом этого положения, когда он является ведущим звеном механизма, предназначен маховик - колесо с тяжелым ободом, насаженное на кривошипный вал. Кинетическая энергия маховика обеспечивает непрерывное движение кривошипно-шатунного механизма.

Кулачковый механизм. Такой механизм преобразует вращательное движение в поступательное в различного рода автоматах, металлорежущих станках и других машинах. Кулачек, вращаясь вокруг оси, сообщает толкателю возвратно-поступательное движение.

Движение толкателя зависит от профиля кулачка. Если профиль кулачка представляет дугу окружности, описанной из центра, то толкатель на этом участке будет неподвижным. Такой кулачковый механизм называют плоским.

Преобразование вращательного движения в прямолинейное

Кулисные механизмы

Кулачковые механизмы

Шарнирно-рычажные механизмы

Кривошипно-шатунные механизмы

Кривошипно-шатунные механизмы служат для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот. Основными деталями кривошипно-шатунного механизма являются: кривошипный вал, шатун и ползун, связанные между собой шарнирно (а). Длину хода ползуна можно получить любую, зависит она от длины кривошипа (радиуса). Если длину кривошипа мы обозначим через букву А, а ход ползуна через Б, то можем написать простую формулу: 2А = Б, или А = Б/2. По этой формуле легко найти и длину хода ползуна и длину кривошипа. Например: ход ползуна Б = 50 мм, требуется найти длину кривошипа А. Подставляя в формулу числовую величину, получим: А = 50/2 = 25 мм, то есть длина кривошипа равна 25 мм.

а - принцип действия кривошипно-шатунного механизма,

б - одно-коленчатый вал, в - много-коленчатый вал,

г - механизм с эксцентриком

В кривошипно-шатунном механизме вместо кривошипного вала часто применяют коленчатый вал. От этого сущность действия механизма не меняется. Коленчатый вал может быть как с одним коленом, так и с несколькими (б, в).

Видоизменением кривошипно-шатунного механизма может быть также эксцентриковый механизм (г). У эксцентрикового механизма нет ни кривошипа, ни колен. Вместо них на вал насажен диск. Насажен же он не по центру, а смещено, то есть эксцентрично, отсюда и название этого механизма - эксцентриковый.

В некоторых кривошипно-шатунных механизмах приходится менять и длину хода ползуна. У кривошипного вала это делается обычно так. Вместо цельного выгнутого кривошипа на конец вала насаживается диск (планшайба). Шип (поводок, на что надевается шатун) вставляется в прорез, сделанный по радиусу планшайбы. Перемещая шип по прорезу, то есть удаляя его от центра или приближая к нему, мы меняем размер хода ползуна.

Ход ползуна в кривошипно-шатунных механизмах совершается неравномерно. В местах "мертвого хода" он самый медленный.

Кривошипно-шатунные - механизмы применяются в двигателях, прессах, насосах, во многих сельскохозяйственных и других машинах.

Кулисные механизмы

Возвратно-поступательное движение в кривошипных механизмах можно передавать и без шатуна. В ползунке, которая в данном случае называется кулисой, делается прорез поперек движения кулисы. В этот прорез вставляется палец кривошипа. При вращении вала кривошип, двигаясь влево и вправо, водит за собой и кулису.

а - принудительная кулиса, б - эксцентрик с пружинным роликом,

в - качательная кулиса

Вместо кулисы можно применить стержень, заключенный в направляющую втулку. Для прилегания к диску эксцентрика стержень снабжается нажимной пружиной. Если стержень работает вертикально, его прилегание иногда осуществляется собственным весом.

Для лучшего движения по диску на конце стержня устанавливается ролик.

Кулачковые механизмы

Кулачковые механизмы служат для преобразования вращательного движения (кулачка) в возвратно-поступательное или другой заданный вид движения. Механизм состоит из кулачка - криволинейного диска, насаженного на вал, и стержня, который одним концом опирается на криволинейную поверхность диска. Стержень вставлен в направляющую втулку. Для лучшего прилегания к кулачку, стержень снабжается нажимной пружиной. Чтобы стержень легко скользил по кулачку, на его конце устанавливается ролик.

а - плоский кулачек, б - кулачек с пазом, в - кулачек барабанного типа,

г - серцевидный кулачек, д - простейший кулачек

Но бывают дисковые кулачки другой конструкции. Тогда ролик скользит не по контуру диска, а по криволинейному пазу, вынутому сбоку диска (б). В этом случае нажимной пружины не требуется. Движение ролика со стержнем в сторону осуществляется самим пазом.

Кроме рассмотренных нами плоских кулачков (а), можно встретить кулачки барабанного типа (в). Такие кулачки представляют собой цилиндр с криволинейным пазом по окружности. В пазу установлен ролик со стержнем. Кулачок, вращаясь, водит криволинейным пазом ролик и этим сообщает стержню нужное движение. Цилиндрические кулачки бывают не только с пазом, но и односторонние - с торцовым профилем. В этом случае нажим ролика к профилю кулачка производится пружиной.

В кулачковых механизмах вместо стержня очень часто применяются качающиеся рычаги (в). Такие рычаги позволяют менять длину хода и его направление.

Длину хода стержня или рычага кулачкового механизма можно легко рассчитать. Она будет равна разнице между малым радиусом кулачка и большим. Например, если большой радиус равен 30 мм, а малый 15, то ход будет 30-15 = 15 мм. В механизме с цилиндрическим кулачком длина хода равняется величине смещения паза вдоль оси цилиндра.

Благодаря тому, что кулачковые механизмы дают возможность получить разнообразнейшие движения, их часто применяют во многих машинах. Равномерное возвратно-поступательное движение в машинах достигается одним из характерных кулачков, который носит название сердцевидного. При помощи такого кулачка происходит равномерная намотка челночной катушки у швейной машины.

Шарнирно-рычажные механизмы

Часто в машинах требуется изменить направление движения какой-либо части. Допустим, движение происходит горизонтально, а его надо направить вертикально, вправо, влево или под каким-либо углом. Кроме того, иногда длину хода рабочего рычага нужно увеличить или уменьшить. Во всех этих случаях применяют шарнирно-рычажные механизмы.

На рисунке показан шарнирно-рычажный механизм, связанный с другими механизмами. Рычажный механизм получает качательное движение от кривошипно-шатунного и передает его ползуну. Длину хода при шарнирно-рычажном механизме можно увеличить за счет изменения длины плеча рычага. Чем длиннее плечо, тем больше будет его размах, а следовательно, и подача связанной с ним части, и наоборот, чем меньше плечо, тем короче ход.

2. Актуальность исследования (прикладной характер гипотезы)

Работа с различными механизмами стала сегодня неотъемлемой частью нашей жизни. Мы используем механизмы преобразования движения, не задумываясь, а как они выполнены, почему облегчают нашу жизнедеятельность.

Актуальность темы нашей работы определяется тем, что в настоящее время роль таких механизмов в современной жизни не оценена в полном объеме, в процессе обучения по нашей профессии такие механизмы имеют важное значение.

В современном мире изучение механизмов преобразования движения является важной частью всего курса обучения по профессии «Машинист крана», так как зная основные принципы работы исполнения действующих органов, подъемных механизмов, работы двигателя внутреннего сгорания, преобразования движения в ходовой части автомобиля. Поэтому гипотезой нашего исследования будет следующая версия. При активном изучении работы подобных механизмов активнее происходит выполнение практических работ на различных видах производственных практик. (учебное вождение на автомобиле, учебная практика на автокране)

Многие интересуются и увлекаются изучением, конструированием и моделированием различными механизмами, в том числе и механизмами преобразования движения

Наверное, каждый человек хотя бы один раз в жизни задумывался над тем каким способом облегчить свою жизнь и создать необходимые удобства в обработке материалов, управление транспортом, строительстве

Всегда вызывало у людей множество вопросов проблемы работы подобных механизмов. Исследуя историю вопроса мы пришли к выводу, что подобные механизмы совершенствуются с развитием техники

3. Цель исследования

Цель работы

Цель работы - изучить, какую роль механизмы преобразования движения играют в современной технике

Основная цель работы - ответить на вопрос почему важно подробно изучать механизмыпреобразования движения в процессе овладения профессии «Машинист крана», также хотим доказать, что активное изучение подобных машин и механизмов помогает успешно проходить различные практические работы.

4. Задачи исследовательской работы

Для достижения поставленной цели нам необходимо решить следующие задачи:

Задачи работы:

1.Изучить литературу по теме механизмов преобразования движения

2.Выяснить значение терминов кривошипно-шатунный механизм, кулачковый механизм, шарнирный механизм другие виды механизмов.

3. Найти примеры в технике, жизни бытовое применение, собрать материал для упорядочивания данных, изготовить модель механизмов

4.Провести наблюдение за работой подобных механизмов в практической работе

5.Сравнить полученные результаты

6.Сделать выводы о проделанной работе

5. Практические основы исследовательской работы (модели, проекты, наглядные примеры)

фото

6. Выводы и предложения

Исследование может быть полезно и интересно студентам профессиональных учреждений, которые изучают подобные механизмов,а также всем, кто интересуется техникой.

Своей работой мы хотели привлечь внимание студентов к проблеме изучения механизмов преобразования движения.

В процессе работы над исследованием мы приобрели опыт … Думаю, что полученные мной знания позволят мне избежать ошибок / помогут правильно …

Результаты исследования заставили меня задуматься …

Больше всего сложностей вызвало у меня …

Исследование в корне изменило мое мнение / представление о …

Преобразование вращательного движения осуществля­ется разнообразными механизмами, которые называются пере­дачами. Наиболее распространенными являются зубчатые и фрикционные передачи, а также передачи гибкой связью (на­пример, ременные, канатные, ленточные и цепные). С помощью этих механизмов осуществляется передача вращательного движения от источника движения (ведущего вала) к приемнику дви­жения (ведомому валу).

Передачи характеризуются передаточным отношением или передаточным числом.

Передаточным отношеньем i называется отношение уг­ловой скорости ведущего звена к угловой скорости ведомого зве­на. Передаточное отношение может быть больше, меньше или равно единице.

Передаточным числом и двух сопряженных звеньев назы­вается отношение большей углевой скорости к меньшей. Пере­даточное число передачи всегда больше или равно единице.

В целях унификации обозначений передаточные отношения и передаточные числа всех передач мы будем обозначать буквой «и», в некоторых случаях с двойным индексом, соответствую­щим индексам звеньев передачи: .

Заметим, что индекс 1 приписывают параметрам ведущего звена передачи, а индекс 2 - ведомого.

Передача, у которой угловая скорость ведомого звена меньше угловой скорости ведущего, называется понижающей в противном случае передача называется повышающей.

В технике наибольшее распространение получили: 1) зубча­тые, 2) ременные и 3) цепные передачи.

1. Общие сведения о простейших зубчатых передачах их основных видах, а также конструктивных элементах зубчатых ко­лес, реек и червяков известны из курса черчения. Рассмотрим зубчатую передачу, схематически изображенную на рис. 2.17.

В месте соприкосновения зубчатых колес I и II скорости то­чек первого и второго колеса одинаковы. Обозначив модуль этой скорости v, получим . Следовательно, можно записать так: .

Из курса черчения известно, что диаметр делительной окружности зубчатого колеса равен произведению его модуля на число зубьев: d = mz. Тогда для пары зубчатых колес:

Рис.2.17

2. Рассмотрим ременную пе­редачу, схематически изображен­ную на рис. 10.6. При отсутствии

рис.2.18

проскальзывания ремня по шки­вам ,следовательно, для ременной пе­редачи .