Реферат: Изучение механизмов металлорежущих станков

--PAGE_BREAK--
 




--PAGE_BREAK--пятимерные, R=5 (например пространственные шарнирно-рычажные, кулачковые и зубчато-рычажные механизмы);

6)     шестимерные, R=6 (например пространственные шарнирно-рычажные, кулачковые и  зубчато-рычажные механизмы)
4.3. Подвижность
W
механизма.Она определяется числом степеней свободы движений в механизме, т.е. числом независимых движений на разных входных звеньях, передающих их на одно выходное звено механизма. В соответствии с этим механизмы могут быть одноподвижными (подавляющее большинство) и многоподвижными. Примерами последних являются разнообразные суммирующие механизмы станков ([3], стр.79) и промышленные роботы. Подвижность всего механизма зависит от подвижностей <img width=«27» height=«25» src=«ref-1_483773735-215.coolpic» v:shapes="_x0000_i1028"> отдельных кинематических пар (j;k), определяемых числом возможных перемещений одного звена пары относительно другого. Могут быть одно-, двух-,…, пятиподвижные кинематические пары (табл.2).

          В сложном передаточном механизме общая подвижность определяется следующим выражением:
<img width=«189» height=«30» src=«ref-1_483773950-395.coolpic» v:shapes="_x0000_i1029">                                                (4)
где   <img width=«85» height=«49» src=«ref-1_483774345-311.coolpic» v:shapes="_x0000_i1030">   — суммарная подвижность всех р кинематических пар механизма, <img width=«181» height=«25» src=«ref-1_483774656-368.coolpic» v:shapes="_x0000_i1031">;

Rå— сумма размерностей Nпростых механизмов, входящих в состав сложного, Rå= R1+ R2+…+ RN;

vп– число местных избыточных (пассивных) подвижностей в кинематических парах. Например, лишняя подвижность в паре Р12 (рис.1а) или «лишнее» вращение ролика 2 (рис.3) на рычажном толкателе 3, не влияют на положение и движение других звеньев механизма. Избыточные подвижности применяют для уменьшения трения, для компенсации перекосов и других погрешностей с целью повышения работоспособности механизмов.

ск— число жестких кинематических связей в сложном механизме. К числу кинематических связей относятся как отдельные дополнительные звенья (рычаги, кулачки, шестерни и т.п.), так и цепи дополнительных механизмов, дублирующих или дополняющих работу основных передач. Указанные кинематические связи образуют замкнутые механические контуры (замкнутые механизмы) и способствуют повышению точности, жесткости и других свойств механизмов. Примерами простейших кинематических связей являются дополнительные шатун 4 (рис.1б) и сателлит 7 (рис.5). Пример более сложной кинематической связи показан на рис.1г. Здесь от двигателя  М с помощью зубчатой пары z1/z2на вал 2 передается вращение, которое затем разделяется на два потока передачами z3/z4 , z5/z6  и  z7/z8, z9/z10, замыкаясь с помощью шестерен z11 и z12на зубчатой рейке, закрепленной на столе станка. Усилие Q  гидроцилиндра или мощной пружины 3 на вал2, благодаря косозубым зацеплениям шестерен, создает дополнительный натяг между боковыми поверхностями зубьев колес z11, z12с рейкой. В этом механизме n=7, p=14, N=7, ск=1 (один замкнутый контур), vп=0 и W= ( 14 + 7 ) + 1 – 7 ×3 = 1 (все простые механизмы – трехмерные,  Rj
=3).

          Подвижность простого механизма в соответствии с (4) равна:
W = vS  — Rj — vп                                               (5)
          Здесь ск=0, т.к. введение кинематических связей в простой механизм делает его сложным. Например, присоединение дополнительного шатуна 4 (рис. 1б) в шарнирный четырехзвенник добавляет в него две кинематические пары, поэтому N= 6 – 4 = 2 (два подобных четырехзвенника).



5. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА МЕХАНИЗМОВ.
5.1. Трансформизм. Он характеризуется передаточным отношением i
12, равным производной от параметра положения (j2, S2) выходного звена 2 по параметру положения (j1, S1) входного звена 1 (jj– угол поворота, Sj– линейное смещение звена j). Величина i
12 определяется по формулам:

<img width=«551» height=«187» src=«ref-1_483775024-2142.coolpic» v:shapes="_x0000_i1032">

здесь w1, w2, V1, V2 – угловая и линейная скорость звеньев 1 и 2.

          Для механизмов, в которых входные и выходные звенья имеют равномерные движения вместо понятия передаточное отношение i
12 удобнее пользоваться понятием ход Sjk
механизма, под которым понимают угловое (или прямолинейное) перемещение ведомого звена 2 за один оборот (или один мм) перемещения ведущего звена 1. В зависимости от типа передач ход S12равен:

<img width=«543» height=«117» src=«ref-1_483777166-1645.coolpic» v:shapes="_x0000_i1033">

         

Если механизм сложный (кинематическая цепь механизмов с nподвижными звеньями), то передаточное отношение i1nот звена 1 к звену nравно:

<img width=«200» height=«49» src=«ref-1_483778811-446.coolpic» v:shapes="_x0000_i1034">,                                         (6)
то есть передаточное отношение сложного механизма равно произведению передаточных отношений простых механизмов. Соответственно, если перемещения звеньев в механизме определяется с помощью ходов Sjkпростых механизмов, то xод S
1
nсложного механизма:
<img width=«233» height=«50» src=«ref-1_483779257-525.coolpic» v:shapes="_x0000_i1035">                                              (7)
5.2. Равномерность (линейность) механизма.Это свойство определяется постоянством хода или передаточного отношения в механизме. Если, например, j1– угол поворота входного звена, j2– угол поворота выходного звена и j2=i12j1, где i12=const, то механизм линейный; если i12¹const, то механизм неравномерный. Наличие в сложном механизме хотя бы одного простого неравномерного механизма делает весь сложный механизм тоже неравномерным.

          В таблице 3 приведены основные типы станочных равномерных механизмов, их ходы S12и передаточные отношения i12. В примечании к табл.3 указаны расчетные параметры этих механизмов.

          Нелинейность движения механизма оценивают коэффициентом неравномерности <img width=«15» height=«19» src=«ref-1_483779782-199.coolpic» v:shapes="_x0000_i1036"> равным:

<img width=«243» height=«56» src=«ref-1_483779981-688.coolpic» v:shapes="_x0000_i1037">,                                          (7)

где D— диапазон скоростей, D= Vmax/Vmin; Vmax, Vmin– скорость (наибольшая и наименьшая) на выходном звене механизма. У равномерных механизмов <img width=«39» height=«19» src=«ref-1_483780669-223.coolpic» v:shapes="_x0000_i1038">. Равномерными являются зубчатые, винтовые, фрикционные и некоторые другие механизмы.

5.3. Реверсивность механизма– свойство изменять направление движения на выходном звене при неизменном направлении движения входного  звена. Достигается это либо переключением специально вводимых в сложный механизм реверсивных устройств ([3, стр.74]), либо без переключения, так как это свойство органически присуще данному механизму (например, кривошипному или кулачковому). В переключаемых реверсивных механизмах различают два состояния и соответствующие им два передаточных отношения или хода iP1, iP2 или SP1, SP2, которые обычно одинаковы и постоянны по величине, но отличаются друг от друга знаком. В большинстве шарнирно-рычажных и кулачковых реверсивных механизмах передаточное отношение обычно переменное по знаку и величине.
5.4. Обратимость механизма. Это свойство механизма позволяет передавать движение в обоих направлениях (от звена 1 к звену n  и, при необходимости, от звена nк звену 1). Такая особенность механизмов объясняется, в основном, трением в кинематических парах. В необратимых механизмах в результате самоторможения в одной или в нескольких парах движение возможно только в одном направлении. Самотормозящими и, следовательно, необратимыми могут быть винтовые, кулачковые, некоторые зубчатые (например, червячные) и другие передачи скольжения. Напротив, передачи качения являются, как правило несамотормозящими (обратимыми), так как в зацепление между витками (зубцами) звеньев вводят тела качения (шарики или ролики) и коэффициент трения очень мал. Например, в передаче «винт-гайка качения» небольшой нажим (от руки) на гайку вдоль ее оси приводит винт во вращение. Для обратимых механизмов имеет место равенство i1n=1/in1, то есть передаточное отношение (и ход) в механизме от звена 1 к звену n  обратно передаточному отношению in1(ходу) от звена nк звену 1. Если хотя бы одна кинематическая пара в механизме самотормозящая, то механизм в целом необратимый.

5.5. Регулируемость механизма. Данное свойство определяется возможностью существенного изменения (или небольшой корректировки) какого-либо параметра движения в механизме. Изменяемыми параметрами движения могут быть: длина хода (угловой или линейный путь), скорость (угловая или линейная), направление движения и исходное положение одного из звеньев механизма. Регулировки в механизмах достигаются переключением коробок скоростей и подач, изменением относительного положения или длины одного из звеньев или заменой звеньев (сменных кулачков или шестерен и т.д.), а также введением в механизм специальных корректирующих устройств (см. [3, стр.66,67]).

          В общем случае регулируемость механизма по параметру xjна выходном звене характеризуется диапазоном DXрегулирования, DX=xmax
/
xmin
, гдеxmax

,
xmin– максимальное и минимальное значения регулируемого параметра. В качестве параметра xjобычно выбирают линейную или угловую скорость, угловую частоту (в оборотах в минуту или в двойных ходах в мин), путь (угловой или линейный) и другие характеристики.

6. ПРИМЕРЫ АНАЛИЗА МЕХАНИЗМОВ
6.1. Кулачково-рычажный механизм привода подачи поперечного суппорта токарного станка-автомата.

1.      Механизм преобразует вращение В1 сменного кулачка 1 (рис.3) в поступательное движение П7 суппорта 7. Промежуточные звенья:

2-ролик, 3 и 4– коромысла с зубчатыми секторами, 5- шатун,

6-коромысло с регулируемой длиной  lx
рычага, 7- ползун (суппорт), 0- стойка.

2.      Число подвижных звеньев n=7; кинематических пар p=11, три из которых двухподвижные (v12, v34, v67). Суммарная подвижность –

vΣ = 8 ×1 + 3 ×2 = 14.

3.      Простых механизмов в сложном N= 11 – 7 = 4 (кулачково-рычажный с звеньями 0, 1, 2, 3; зубчато-рычажный с звеньями 0, 3, 4; шарнирный 4-звенник с звеньями 0, 4, 5, 6; рычажно-ползунный с звеньями 0, 6, 7). Размерность всех простых механизмов (все они плоские): R1=R2= R3= R4= 3

4.      Общая подвижность механизма по формуле (2)  W=14-4×3-1=1. Здесь v=1 – местная подвижность ролика 2 в паре v23с коромыслом 3.

5.      Механизм неравномерный, так как содержит шарнирно-рычажные передачи.

6.      Механизм реверсивный, так как реверсивна кулачковая передача.

7.      Механизм необратимый, так как необратима кулачково-рычажная передача.

8.      Механизм регулируемый, так как изменением длины lxрычага в коромысле 6 корректируется длина хода Нх суппорта 7, а заменой кулачка 1 изменяется длина хода и скорость подачи суппорта.
6.2. Промышленный робот (рис. 4)

1.     В основании 0 размещен приводной двигательМ1, в подвижной стойке 4 установлены двигатели М2, М3, а на конце руки 6 закреплен пневмодвигатель ПД, ротор 7 которого непосредственно связан со схватом робота. Остальные звенья: 1-шестерня, 2-поворотная платформа, жестко связанная с шестерней, 3 и 5 –ходовые винты.

2.     Число подвижных звеньев n=7, кинематических пар Р=10 (одна из них двухподвижная v12), суммарная их подвижность vS=9×1+1×2=11.

3.     Степень сложности N= 10 – 7 = 3. Промышленный робот содержит 3 простых передаточных механизма: зубчатый с подвижными звеньями 1-2 (R1=3) и два винтовых, с подвижными звеньями 3-4 и 5-6 (R2=R3=2).

4.     Общая подвижность механизма W= 11 – (3 + 2 ×2) = 4, то есть робот 4-подвижный: три подвижности (В2, П4, П6) реализуются от двигателей М1, М2, М3, вращающих входные звенья 1,3,5, а одна подвижность (В7) осуществляется непосредственно (без передаточного механизма) от неполноповоротного пневмодвигателя ПД.

5.     Механизм равномерный, нереверсивный, необратимый (содержит винтовые пары скольжения) и регулируемый (направление движения изменяется двигателями, а исходное положение и длина перемещений — путевыми упорами, переключающими двигатели).
Рис. 3 Семизвенный плоский механизм привода подачи суппорта
Рис. 4. Четырехподвижный  промышленный робот с

цилиндрической координатной системой


6.3. Суммирующий механизм (рис. 5)

1.     В этом механизме ведущими являются валы 1 и 3, ведомыми– вал 7. Цепь передач от вала 1 к валу 7 состоит из червячной передачи z1/z2и планетарной передачи, в которой  вал 2 жестко связан с осями сателлитов 5 и 6, образуя так называемое водило. Последнее передает вращение через шестерни 5 и 6 на вал 7. Вторая цепь (от вала 3) состоит из передач z3/z4, z8/z5, z5/z7и дублирующих передач z8/z6, z6/z7.

2.     Число подвижных звеньев n=7, кинематических пар Р=14 (из них шесть пар –двухподвижные, зубчатые); одна пара (2;4) – пассивная поэтому общая подвижность vå=(14–1)+6=19

3.     Сложность механизма N=13-7=6 (две червячных и четыре конических передачи с размерностями Rj=3)

4.     Общая подвижность W=19+1–6×3=2. Здесь ск=1 – один замкнутый контур конических передач.

5.     Механизм равномерный, нереверсивный, необратимый и нерегулируемый.
Рис. 5. Конический дифференциал: М1, М2 – электродвигатели соответственно

для ускоренного и рабочего хода, 1– вал с червяком z1, 2- вал с закрепленным

на нем водилом В и шестерней z2, 3- вал с червяком z3, 4- ступица с закрепленными

на ней шестернями z4и z8, 5 и 6 – сателлиты, свободно насаженные на водило В,

7- выходной вал с шестерней z7; пара (2;4) – избыточная, v24=1.




    продолжение
--PAGE_BREAK--