Introduktion till mekanismer

Yi Zhang
med
Susan Finger
Stephannie Behrens

Innehållsförteckning

Kapitel 8. Andra mekanismer

8.1 Rattmekanismer

Ett hjul som är försett med lämpligt formade tänder och som tar emot en intermittent cirkelrörelse från en oscillerande eller fram- och återgående medlem kallas för ett ratthjul. En enkel form av spärrmekanism visas i figur 8-1.

Figur 8-1 Rattlås

A är ratchethjulet och B är en oscillerande hävstång som bär på drivspaken C. En extra spärr vid D hindrar hjulet från att röra sig bakåt.

När armen B rör sig moturs kommer spärrklocka C att tvinga hjulet genom en bråkdel av ett varv beroende på B:s rörelse. När armen rör sig tillbaka (medurs) kommer spärrklocka C att glida över tändernas spetsar medan hjulet förblir stillastående på grund av den fasta spärrklocka D, och kommer att vara redo att driva hjulet framåt (moturs) som tidigare.

Mängden bakåtriktad rörelse som är möjlig varierar med tandarnas stigning. Denna rörelse kan minskas genom att använda små tänder, och detta sätt används ibland genom att placera flera kugghjul sida vid sida på samma axel, med olika långa kugghjul.

Kontaktytorna för hjul och kugghjul bör vara lutande så att de inte tenderar att lossna under tryck. Detta innebär att det gemensamma normalvärdet vid N skall passera mellan spärrhaken och spärrhjulets centra. Om denna gemensamma normal skulle passera utanför dessa gränser skulle spaken tvingas ur kontakt under belastning om den inte hålls kvar av friktion. I många spärrmekanismer hålls spärren mot hjulet under rörelsen av en fjäder.

Den vanliga formen på tänderna i ett spärrhjul är den som visas i figuren ovan, men i matningsmekanismer som används på många verktygsmaskiner är det nödvändigt att ändra tandformen för att få en vändbar handtag så att drivningen kan ske i båda riktningarna.Följande exempel på en spärrmekanism i SimDesign omfattar även en länk med fyra stänger.

Om du prövar den här mekanismen kan du vrida på veven i länkmekanismen. Vippan kommer att driva drivkranen för att driva spärrhjulet. Motsvarande SimDesign-datafil är:

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

8.2 Överkörningskoppling

En speciell form av en ratchet är överkörningskopplingen. Har du någonsin funderat på vilken typ av mekanism som driver cykelns bakaxel? Det är en frihjulsmekanism som är en överkörningskoppling. Figur 8-2 visar en förenklad modell. När föraren levererar vridmoment till den drivna delen kilas rullarna eller kulorna in i de avsmalnande fördjupningarna. Det är detta som ger den positiva drivningen. Om den drivna delen försöker driva drivdonet i de angivna riktningarna blir rullarna eller kulorna fria och inget vridmoment överförs.

Figur 8-2 Överkörningskoppling

8.3 Intermittent växelverkan

Ett par roterande delar kan utformas så att, vid kontinuerlig rotation av drivdonet, följaren växelvis rullar med drivdonet och förblir stationär. Denna typ av arrangemang är känd under den allmänna termen intermittent växling. Denna typ av växelverkan förekommer i vissa räkneverk, rörliga bildmaskiner, matningsverk och andra.

Figur 8-3 Intermittent växling

Den enklaste formen av intermittent växling, som illustreras i figur 8-3, har samma typ av tänder som vanliga kugghjul konstruerade för kontinuerlig rotation. Exemplet är ett par 18 tänders kugghjul som modifierats för att uppfylla kravet att efterföljaren ska gå ett nionde varv framåt för varje varv som drivkraften gör. Verkningsintervallet är vinkeln med två steg (anges på båda kugghjulen). Den enstaka tanden på drivkugeln griper in i varje utrymme på följaren för att åstadkomma den erforderliga rörelsen med ett nionde varv av följaren. Under återstoden av ett drevvarv är följaren låst mot rotation på det sätt som visas i figuren.

För att variera de relativa rörelserna för driv- och följarexemplet kan de inbördes tänderna ordnas på olika sätt för att passa behoven. Exempelvis kan drivdonet ha mer än en tand, och viloperioderna för efterföljaren kan vara enhetliga eller variera avsevärt. Räkningsmekanismer är ofta utrustade med sådana växlar.

8.4 Genèvehjulet

Ett intressant exempel på intermittent kugghjul är Genèvehjulet som visas i figur 8-4. I detta fall gör det drivna hjulet, B, ett fjärdedels varv för ett varv med drivhjulet, A. Stiften, a, som arbetar i slitsarna, b, orsakar rörelsen av B. Den cirkulära delen av drivhjulet, som kommer i kontakt med de motsvarande ihåliga cirkulära delarna av det drivna hjulet, håller det i sitt läge när stiften eller tanden, a, är ur funktion. Hjulet A skärs bort nära stift a som visas, för att ge hjul B spelrum i sin rörelse.

Figur 8-4 Genèvehjulet

Om en av slitsarna är stängd kan A bara röra sig en del av varvtalet i endera riktningen innan stift a träffar den stängda slitsen och på så sätt stoppar rörelsen. Anordningen i denna modifierade form användes i klockor, speldosor etc. för att förhindra överspolning. På grund av denna tillämpning fick den namnet Genevastop. Hjul A är fastsatt i fjäderaxeln och B vrider sig runt fjädertunnelns axel. Antalet slitsar eller intervallenheter i B beror på det önskade antalet varv för fjäderaxeln.

Ett exempel på denna mekanism har gjorts i SimDesign, som i följande bild.

Den motsvarande SimDesign-datafilen är:

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

8.5 Kardanleden

Motorn i en bil är vanligen placerad i framdelen. Hur ansluts den till bilens bakaxel? I det här fallet används universalleder för att överföra rörelsen.

Figur 8-5 Kardanled

Kardan som visas i figur 8-5 är också känd i litteraturen om lödare som Hookes koppling. Oavsett hur den är konstruerad eller proportionerad har den för praktisk användning i huvudsak den form som visas i figur 8-6, som består av två halvcirkelformade gafflar 2 och 4, som är stiftförbundna till ett rätvinkligt kors 3.

Figur 8-6 Allmän form för en kardanled

Drivdelen 2 och följaren 4 gör ett fullständigt varv samtidigt, men hastighetsförhållandet är inte konstant under hela varvet. Följande analys kommer att visa hur fullständig information om de relativa rörelserna hos drivare och följare kan erhållas för varje fas av rörelsen.

8.5.1 Analys av en kardanled

Figur 8-7 Analys av en kardanled

Om projektionsplanet tas vinkelrätt mot 2:s axel kommer vägen för a och b att vara en cirkel AKBL asshown i figur 8-7.

Om vinkeln mellan axlarna är , kommer banan för c ochd att vara en cirkel som projiceras som ellipsenACBD, där

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

Om en av förarens armar befinner sig vid A, kommer en av följarens armar att vara vid C. Om den drivande armen rör sig genom vinkeln till P, kommer den följande armen att röra sig till Q. OQ kommer att vara vinkelrätt mot OP; därför är vinkeln COQ = . Men vinkeln COQ är en projektion av den verkliga vinkeln som beskrivs av den följande armen. Qn är den reella komponenten av följarens rörelse i en riktning som är parallell med AB, och linjen AB är skärningspunkten mellan förarens och följarens plan. Den verkliga vinkeln som följaren beskriver, medan föraren beskriver vinkeln, kan hittas genom att roteraOQ runt AB som en axel i cirkelns planAKBL. Då är OR = den sanna längden av OQ, ochROK = = den sanna vinkeln som projiceras som vinkel COQ = .

Nu

tan= Rm/Om

och

tan= Qn/On

But

Qn = Rm

Hence

Därför

tan=costan

Förhållandet mellan följarens och förarens vinkelrörelse är följande: följare, genom att differentiera ovanstående ekvation och komma ihåg att är konstant

Eliminera:

På samma sätt kan elimineras:

Enligt ekvationerna ovan, när föraren har en enhetlig vinkelhastighet, varierar förhållandet mellan vinkelhastigheterna mellan ytterligheterna cos och1/cos. Dessa variationer i hastigheten ger upphov till tröghetskrafter, vridmoment, buller och vibrationer som inte skulle förekomma om hastighetsförhållandet var konstant.

8.5.2 Dubbel kardanled

Med hjälp av en dubbel led som visas till höger i figur 8-7 kan variationen i vinkelrörelse mellan drivare och följare helt undvikas. Detta kompenserande arrangemang är att placera en mellanliggande axel 3 mellan driv- och följeaxlarna. De två gafflarna på denna mellanaxel måste ligga i samma plan, och vinkeln mellan den första axeln och mellanaxeln måste vara exakt densamma som vinkeln mellan mellanaxeln och den sista axeln. Om den första axeln roterar enhetligt kommer den mellanliggande axelns vinkelrörelse att variera i enlighet med det resultat som härletts ovan. Denna variation är exakt densamma som om den sista axeln roterar enhetligt och driver den mellanliggande axeln. Den variabla rörelse som överförs till den mellanliggande axeln genom den första axelns enhetliga rotation kompenseras därför exakt av den rörelse som överförs från den mellanliggande axeln till den sista axeln, och den enhetliga rörelsen hos någon av dessa axlar kommer genom den mellanliggande axeln att överföra en enhetlig rörelse till den andra axeln.

Universella leder, särskilt parvis, används i många maskiner. Ett vanligt användningsområde är den drivaxel som förbinder en bils motor med axeln.

Innehållsförteckning

Fullständig innehållsförteckning1 Fysiska principer2 Mekanismer och enkla maskiner3 Mer om maskiner och mekanismer4 Grundläggande kinematik för begränsade styva kroppar5 Plana kopplingar6 Kammar7 Kugghjul8 Andra mekanismer 8.1 Rattmekanismer 8.2 Överkörningskoppling 8.3 Intermittent växling 8.4 Genèvehjulet 8.5 Universalleden 8.5.1 Analys av en universalled 8.5.2 Dubbel universalled IndexReferenser

[email protected]

.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.