Wprowadzenie do mechanizmów

Yi Zhang
z
Susan Finger
Stephannie Behrens

Spis treści

Rozdział 8. Inne mechanizmy

8.1 Mechanizmy grzechotkowe

Koło zaopatrzone w odpowiednio ukształtowane zęby, odbierające przerywany ruch okrężny od członka drgającego lub posuwisto-zwrotnego, nazywane jest kołem grzechotkowym. Prosta forma mechanizmu zapadkowego jest przedstawiona na rysunku 8-1.

Rysunek 8-1 Grzechotka

A jest kołem grzechotki, a B jest dźwignią oscylacyjną z zapadką napędową, C. Dodatkowa zapadka w D zapobiega ruchowi wstecznemu koła.

Ilość możliwego ruchu wstecznego zmienia się w zależności od podziałki zębów. Ruch ten może być zmniejszony przez zastosowanie małych zębów, a środek ten jest czasami stosowany przez umieszczenie kilku zapadek obok siebie na tej samej osi, przy czym zapadki są różnej długości.

Powierzchnie styku koła i zapadki powinny być nachylone tak, aby nie miały tendencji do rozłączania się pod naciskiem. Oznacza to, że wspólna normalna w punkcie N powinna przechodzić między zapadką a środkami koła zapadkowego. Jeśli ta wspólna normalna powinna przejść poza te granice, zapadka zostanie wytrącona z kontaktu pod obciążeniem, chyba że zostanie przytrzymana przez tarcie. W wielu mechanizmach zapadkowych zapadka jest przytrzymywana przy kole podczas ruchu przez działanie sprężyny.

/afs/andrew.cmu.edu/cit/ce/rapidproto/simdesign/ratchet.sim

8.2 Sprzęgło jednokierunkowe

Specjalną formą grzechotki jest sprzęgło jednokierunkowe. Czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, jaki mechanizm napędza tylną oś roweru? Jest to mechanizm wolnego koła, który jest sprzęgłem jednokierunkowym. Rysunek 8-2 ilustruje uproszczony model. Gdy kierowca dostarcza moment obrotowy do elementu napędzanego, rolki lub kulki klinują się w stożkowych wgłębieniach. To właśnie zapewnia napęd wymuszony. Jeżeli członek napędzany próbuje napędzić sterownik w pokazanym kierunku, rolki lub kulki stają się wolne i moment obrotowy nie jest przekazywany.

Rysunek 8-2 Sprzęgło jednokierunkowe

8.3 Przekładnia przerywana

Para obracających się elementów może być zaprojektowana tak, że przy ciągłym obrocie zabieraka, zwolnica będzie na przemian toczyć się z zabierakiem i pozostawać nieruchoma. Ten typ układu znany jest pod ogólnym terminem przekładni przerywanej. Ten typ przekładni występuje w niektórych mechanizmach liczących, maszynach obrazujących ruch, mechanizmach podających, jak również w innych.

Rysunek 8-3 Przekładnia przerywana

Najprostsza forma przekładni przerywanej, jak pokazano na rysunku 8-3, ma taki sam rodzaj zębów jak zwykłe koła zębate przeznaczone do ciągłego obrotu. Ten przykład to para 18-zębowych kół zębatych zmodyfikowanych tak, aby spełnić wymóg, że zwolennik posuwa się o jedną dziewiątą obrotu na każdy obrót sterownika. Przedział działania to kąt dwóch podziałek (wskazany na obu kołach zębatych). Pojedynczy ząbek na zabieraku zazębia się z każdą przestrzenią na zwolnicy, aby wytworzyć wymagany ruch jednej dziewiątej obrotu zwolnicy. Podczas pozostałej części obrotu zabieraka, zwolnica jest zablokowana przed obrotem w sposób pokazany na rysunku.

W celu zróżnicowania względnych ruchów zabieraka i zwolennika, zęby siatkowe mogą być rozmieszczone w różny sposób, stosownie do wymagań. Na przykład, zabierak może mieć więcej niż jeden ząb, a okresy spoczynku zwolennika mogą być jednakowe lub mogą się znacznie różnić. Mechanizmy liczące są często wyposażone w przekładnie tego typu.

8.4 Koło genewskie

Interesującym przykładem przekładni przerywanej jest koło genewskie pokazane na rysunku 8-4. W tym przypadku napędzane koło, B, wykonuje jedną czwartą obrotu na jeden obrót zabieraka, A, sworzeń, a, pracujący w szczelinach, b, powodując ruch B. Okrągła część zabieraka, stykająca się z odpowiednimi wydrążonymi okrągłymi częściami napędzanego koła, utrzymuje je w pozycji, gdy sworzeń lub ząb a jest wyłączony z działania. Koło A jest odcięte w pobliżu sworznia a, jak pokazano na rysunku, w celu zapewnienia prześwitu dla koła B w jego ruchu.

Rysunek 8-4 Koło genewskie

Jeśli jedna ze szczelin jest zamknięta, A może poruszać się tylko przez część obrotu w obu kierunkach, zanim sworzeń a uderzy w zamkniętą szczelinę i w ten sposób zatrzyma ruch. Urządzenie w tej zmodyfikowanej formie było używane w zegarkach, pozytywkach itp. w celu zapobiegania nadmiernemu zwijaniu. Od tego zastosowania otrzymało ono nazwę Genevastop. Ułożone jako ogranicznik, koło A jest przymocowane do wału sprężynowego, a B obraca się na osi baryłki sprężyny. Liczba szczelin lub jednostek interwałowych w B zależy od pożądanej liczby obrotów wału sprężynowego.

Przykład tego mechanizmu został wykonany w programie SimDesign, jak na poniższym rysunku.

Odpowiedni plik danych programu SimDesign to:

/afs/andrew.cmu.edu/cit/ce/rapidproto/simdesign/geneva.sim

8.5 Przegub uniwersalny

Silnik samochodu jest zwykle umieszczony w przedniej części. Jak łączy się on z tylną osią samochodu? W tym przypadku, przeguby uniwersalne są używane do przenoszenia ruchu.

Rysunek 8-5 Przegub uniwersalny

Przegub uniwersalny przedstawiony na rysunku 8-5 jest również znany w literaturze fachowej jako sprzęgło Hooke’a. Niezależnie od sposobu jego konstrukcji lub proporcji, do praktycznego zastosowania ma on zasadniczo postać pokazaną na rysunku 8-6, składającą się z dwóch półokrągłych widełek 2 i 4, połączonych przegubowo z krzyżem pod kątem prostym 3.

Kierowca 2 i zwolennik 4 wykonują pełny obrót w tym samym czasie, ale stosunek prędkości nie jest stały podczas całego obrotu. Poniższa analiza pokaże, w jaki sposób można uzyskać pełną informację na temat względnych ruchów sterownika i naśladowcy dla każdej fazy ruchu.

8.5.1 Analiza przegubu uniwersalnego

Rysunek 8-7 Analiza przegubu uniwersalnego

Jeżeli płaszczyznę rzutu przyjmiemy prostopadłą do osi 2, to droga a i b będzie okręgiem AKBL pokazanym na rysunku 8-7.

Jeśli kąt między wałami wynosi , to droga c i d będzie okręgiem rzutowanym na elipsęACBD, w której

OC = OD = OKcos =OAcos
(8-1)

Jeśli jedno z ramion zabieraka znajduje się w punkcie A, to ramię zabieraka znajdzie się w punkcie C. Jeśli ramię kierującego przesunie się przez kąt do P, to ramię nadążnego przesunie się do Q. OQ będzie prostopadłe do OP; stąd: kąt COQ = . Ale kąt COQ jest rzutem kąta rzeczywistego opisanego przez nadążnego. Qn jest rzeczywistą składową ruchu naśladowcy w kierunku równoległym do AB, a prosta AB jest punktem przecięcia płaszczyzn kierowcy i naśladowcy. Kąt rzeczywisty opisany przez naśladowcę, podczas gdy kierowca opisuje kąt , można znaleźć obracając OQ wokół osi AB w płaszczyźnie okręguAKBL. Wtedy OR = długość rzeczywista OQ, aROK = = kąt rzeczywisty, który jest rzutowany jako kąt COQ = .

Teraz

tan= Rm/Om

i

tan= Qn/On

But

Qn = Rm

Hence

.

Therefore

tan=costan

Stosunek ruchu kątowego elementu nadążnego do ruchu kątowego elementu napędzającego jest określany jako element nadążny, różniczkując powyższe równanie, pamiętając, że jest stałe

Eliminując:

Podobnie można wyeliminować :

Zgodnie z powyższymi równaniami, gdy kierowca ma jednostajną prędkość kątową, stosunek prędkości kątowych zmienia się pomiędzy skrajnymi wartościami cos i1/cos. Te zmiany prędkości powodują powstawanie sił bezwładności, momentów obrotowych, hałasu i drgań, które nie występowałyby, gdyby stosunek prędkości był stały.

8.5.2 Podwójny przegub uniwersalny

Używając podwójnego przegubu pokazanego po prawej stronie na rysunku 8-7, można całkowicie uniknąć zmienności ruchu kątowego między napędem a nadążnym. Ten układ kompensacyjny polega na umieszczeniu wału pośredniego 3 pomiędzy wałem napędowym i wałem nadążnym. Dwa widełki tego wału pośredniego muszą leżeć w tej samej płaszczyźnie, a kąt między pierwszym wałem a wałem pośrednim musi być dokładnie taki sam jak kąt między wałem pośrednim a ostatnim wałem. Jeżeli pierwszy wał obraca się jednostajnie, to ruch kątowy wału pośredniego będzie się zmieniał zgodnie z wynikiem wywiedzionym powyżej. Zmienność ta jest dokładnie taka sama, jak gdyby ostatni wał obracał się jednostajnie, napędzając wał pośredni. Dlatego też zmienny ruch przekazywany do wału pośredniego przez jednostajny obrót pierwszego wału jest dokładnie kompensowany przez ruch przekazywany z wału pośredniego do ostatniego wału, jednostajny ruch któregokolwiek z tych wałów będzie przekazywał, poprzez wał pośredni, jednostajny ruch do drugiego.

Uniwersalne przeguby, szczególnie w parach, są stosowane w maszynach manymetrycznych. Jednym z powszechnych zastosowań jest wał napędowy, który łączy silnik samochodu z osią.

Table of Contents

Complete Table of Contents1 Physical Principles2 Mechanisms and Simple Machines3 More on Machines and Mechanisms4 Basic Kinematics of Constrained Rigid Bodies5 Planar Linkages6 Cams7 Gears8 Other Mechanisms 8.1 Mechanizmy zapadkowe 8.2 Sprzęgło jednokierunkowe 8.3 Przekładnia przerywana 8.4 Koło genewskie 8.5 Przegub uniwersalny 8.5.1 Analiza przegubu uniwersalnego 8.5.2 Podwójny przegub uniwersalny IndexReferences

[email protected]

.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.