Introducere la mecanisme

Yi Zhang
cu
Susan Finger
Stephannie Behrens

Tabelă de materii

Capitolul 8. Alte mecanisme

8.1 Mecanisme cu clichet

O roată prevăzută cu dinți de formă adecvată, care primește o mișcare circulară intermitentă de la un element oscilant sau alternativ, se numește roată cu clichet. O formă simplă de mecanism cu clichet este prezentată în figura 8-1.

Figura 8-1 Roata cu clichet

A este roata cu clichet, iar B este un levier oscilant care poartă zăvorul de acționare, C. Un zăvor suplimentar la D împiedică mișcarea înapoi a roții.

Când brațul B se mișcă în sens invers acelor de ceasornic, zăvorul C va forța roata să parcurgă o fracțiune de revoluție în funcție de mișcarea lui B. Când brațul se mișcă înapoi (în sensul acelor de ceasornic), zăvorul C va aluneca peste vârfurile dinților, în timp ce roata rămâne în repaus datorită zăvorului fix D, și va fi gata să împingă roata în mișcarea ei înainte (în sens invers acelor de ceasornic) ca mai înainte.

Cantitatea de mișcare înapoi posibilă variază în funcție de pasul dinților. Această mișcare ar putea fi redusă prin utilizarea unor dinți mici, iar acestedient este uneori folosit prin plasarea mai multor clanțe unul lângă altul pe aceeași axă, clanțe care au lungimi diferite.

Suprafețele de contact ale roții și ale zăvorului trebuie să fie înclinate astfel încât acestea să nu aibă tendința de a se desprinde sub presiune. Aceasta înseamnă că normala comună la N ar trebui să treacă între zăvor și centrele roții cu clichet. În cazul în care această normă comună ar trece în afara acestor limite, clichetul ar fi forțat să iasă din contact sub sarcină, cu excepția cazului în care ar fi menținut prin frecare. În multe mecanisme cu clichet, clichetul este menținut împotriva roții în timpul mișcării prin acțiunea unui resort.

Forma obișnuită a dinților unei roți de clichet este cea prezentată în figura de mai sus, dar în mecanismele de avans, cum sunt cele utilizate la multe mașini-unelte, este necesar să se modifice forma dinților pentru un lacăt reversibil, astfel încât acționarea să poată fi în ambele sensuri.Următorul exemplu SimDesign de clichet include și o legătură cu patru bare.

Dacă încercați acest mecanism, puteți roti manivela mecanismului de legătură. Bascula va acționa zăvorul de acționare pentru a acționa roata cu clichet. Fișierul de date SimDesign corespunzător este:

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

8.2 Ambreiaj cu rotiță

O formă specială a unui clichet este ambreiajul cu rotiță. V-ați gândit vreodată ce fel de mecanism acționează puntea spate a bicicletei? Este un mecanism cu roți libere care este un ambreiaj cu rotire peste roată. Figura 8-2 ilustrează un model simplificat. Pe măsură ce conducătorul livrează un cuplu de torsiune membrului condus, rolele sau bilele sunt prinse în locașurile conice. Aceasta este ceea ce asigură un acționare pozitivă. În cazul în care membrul condus încearcă să acționeze dispozitivul de acționare în direcțiile indicate, rolele sau bilele devin libere și nu se transmite niciun cuplu.

Figura 8-2 Ambreiaj de depășire

8.3 Angrenaj intermitent

O pereche de elemente rotative poate fi proiectată astfel încât, pentru o rotație continuă a antrenorului, urmașul să se rostogolească alternativ cu antrenorul și să rămână staționar. Acest tip de aranjament este cunoscut sub denumirea generală de angrenaj intermitent. Acest tip de angrenaj se întâlnește la unele mecanisme de numărare, la mașinile de pictură în mișcare, la mecanismele de alimentare, precum și la altele.

Figura 8-3 Angrenaj intermitent

Cea mai simplă formă de angrenaj intermitent, așa cum este ilustrată în figura 8-3, are același tip de dinți ca și angrenajele obișnuite concepute pentru o rotație continuă. Acest exemplu este o pereche de angrenaje cu 18 dinți modificată pentru a îndeplini cerința ca urmașul să avanseze o nouăime de tură pentru fiecare tură a conducătorului. Intervalul de acțiune este unghiul de doi pași (indicat pe ambele roți dințate). Un singur dinte al dispozitivului de acționare se angrenează cu fiecare spațiu de pe dispozitivul urmăritor pentru a produce mișcarea necesară de o nouăzecime de rotație a dispozitivului urmăritor. În timpul restului unei ture de antrenor, dispozitivul urmăritor este blocat împotriva rotației în modul indicat în figură.

Pentru a varia mișcările relative ale dispozitivului de acționare și ale dispozitivului urmăritor, dinții de angrenare pot fi aranjați în diferite moduri, în funcție de necesități. De exemplu, conducătorul poate avea mai mult de un dinte, iar perioadele de repaus ale următorului pot fi uniforme sau pot varia considerabil. Mecanismele de numărare sunt adesea echipate cu angrenaje de acest tip.

8.4. Roata de Geneva

Un exemplu interesant de angrenaj intermitent este roata de Geneva prezentată în figura 8-4. În acest caz, roata condusă, B, face un sfert de turație pentru o turație a roții de antrenare, A, știftul, a, lucrând în fantele, b, provocând mișcarea lui B. Porțiunea circulară a roții de antrenare, venind în contact cu părțile circulare goale corespunzătoare ale roții conduse, o reține în poziție atunci când știftul sau dintele a este în afara acțiunii. Roata A este decupată în apropierea știftului a, așa cum se arată, pentru a asigura un spațiu de manevră pentru roata B în mișcarea sa.

Figura 8-4 Roata de Geneva

Dacă una dintre fante este închisă, A se poate deplasa doar o parte din revoluție în ambele sensuri înainte ca știftul a să lovească fanta închisă și astfel să oprească mișcarea. Dispozitivul în această formă modificată a fost folosit la ceasuri, cutii muzicale etc., pentru a preveni derularea. Din această aplicație a primit numele de Genevastop. Dispus ca un opritor, roata A este fixată pe arborele cu arcuri, iar B se rotește pe axa butoiului cu arcuri. Numărul de fante sau de unități de interval din B depinde de numărul de rotații dorit pentru arborele arcului.

Un exemplu al acestui mecanism a fost realizat în SimDesign, ca în imaginea următoare.

Fișierul de date SimDesign corespunzător este:

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

8.5 Articulația universală

Motorul unui automobil este de obicei amplasat în partea din față. Cum se leagă acesta de puntea spate a automobilului? În acest caz,articulațiile universale sunt folosite pentru a transmite mișcarea.

Figura 8-5 Articulația universală

Articulația universală, așa cum este prezentată în figura 8-5, este cunoscută în literatura de specialitate ca și cuplajul lui Hooke. Indiferent de modul în care esteconstruit sau proporționat, pentru utilizare practică are, în esență, forma prezentată în figura 8-6, constând din două furci semicirculare 2și 4, îmbinate cu știfturi la o cruce în unghi drept 3.

Figura 8-6 Forma generală pentru o articulație universală

Motoristul 2 și urmașul 4 fac revoluția completă în același timp, dar raportul de viteze nu este constant pe toată durata revoluției. Următoarea analiză va arăta cum se pot obține informații complete despre mișcările relative ale conducătorului și ale urmașului pentru orice fază a mișcării.

8.5.1 Analiza unei articulații universale

Figura 8-7 Analiza unei articulații universale

Dacă planul de proiecție este luat perpendicular pe axa 2,traiectoria lui a și b va fi un cerc AKBL așa cum se arată în figura 8-7.

Dacă unghiul dintre arbori este , traiectoria lui c șid va fi un cerc care se proiectează ca elipsaACBD, în care

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

Dacă unul dintre brațele conducătorului se află în A, un braț al urmăritorului se va afla în C. Dacă brațul conducătorului se deplasează prin unghiul până la P, brațul urmăritorului se va deplasa până la Q. OQ va fi perpendicular pe OP; prin urmare: unghiul COQ = . Dar unghiul COQ este proiecția unghiului real descris de urmăritor. Qn este componenta reală a mișcării următorului pe o direcție paralelă cu AB, iar linia AB este intersecția planurilor planurilor conducătorului și următorului. Unghiul real descris de urmăritor, în timp ce conducătorul descrie unghiul , poate fi găsit prin rotirea lui OQ în jurul AB ca axă în planul cerculuiAKBL. Atunci OR = lungimea adevărată a lui OQ, iarROK = = unghiul adevărat care este proiectat ca unghiul COQ = .

Acum

tan= Rm/Om

și

tan= Qn/On

But

Qn = Rm

Hence

.

Deci

tan=costan

Raportul dintre mișcarea unghiulară a urmăritorului și cea a conducătorului se găsește ca urmăritor, prin diferențierea ecuației de mai sus, reținând că este constantă

Eliminând:

În mod similar, poate fi eliminat:

Conform ecuațiilor de mai sus, atunci când conducătorul are o viteză unghiulară uniformă, raportul dintre vitezele unghiulare variază între extremele cos și1/cos. Aceste variații ale vitezei dau naștere la forțe de inerție, cupluri, zgomot și vibrații care nu ar fi prezente dacă raportul vitezelor ar fi constant.

8.5.2. Articulația universală dublă

Prin utilizarea unei articulații duble prezentate în dreapta în figura 8-7, variația mișcării unghiulare între conducător și urmăritor poate fi evitată în întregime. Acest aranjament de compensare constă în plasarea unui arbore intermediar 3 între arborele conducător și arborele urmăritor. Cele două furci ale acestui arbore intermediar trebuie să se afle în același plan, iar unghiul dintre primul arbore și arborele intermediar trebuie să fie exact același cu cel dintre arborele intermediar și ultimul arbore. Dacă primul arbore se rotește în mod uniform, mișcarea unghiulară a arborelui intermediar va varia în conformitate cu rezultatul dedus mai sus. Această variație este exact aceeași ca în cazul în care ultimul arbore se rotește uniform, antrenând arborele intermediar. Prin urmare, mișcarea variabilă transmisă arborelui intermediar prin rotația uniformă a primului arbore este exact compensată de mișcarea transmisă de la arborele intermediar la ultimul arbore, mișcarea uniformă a oricăruia dintre acești arbori va transmite, prin intermediul arborelui intermediar, o mișcare uniformă celuilalt arbore.

Articulațiile universale, în special în perechi, sunt folosite în multe mașini. O aplicație obișnuită este la arborele de transmisie care leagă motorul unui automobil de osie.

Tabloul de materii

Cuprins complet1 Principii fizice2 Mecanisme și mașini simple3 Mai multe despre mașini și mecanisme4 Cinematica de bază a corpurilor rigide constrânse5 Legături plane6 Came7 Angrenaje8 Alte mecanisme8.1 Mecanisme cu clichet 8.2 Ambreiaj cu rotiță 8.3 Angrenaj intermitent 8.4 Roata de Geneva 8.5 Articulația universală 8.5.1 Analiza unei articulații universale 8.5.2 Articulația universală dublă IndexReferințe

[email protected]

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.