Механизмы для преобразования движения. Типы передач для поступательного движения Схема перехода поступательного движения в вращательное

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 .

К атегория:

Ремонт промышленного оборудования

Механизмы передачи вращательного движения

Общее понятие о передачах между валами

Между валами двигателя и рабочей машины, а также между органами самой машины устанавливают механизмы для включения и выключения, изменения скорости и направления движения, носящие общее название - передачи. Передачи вращательного движения широко применяются в механизмах и машинах. Они служат для изменения частоты и направления вращения, обеспечивают непрерывное и равномерное движение.

Вращательное движение в машинах и механизмах передается посредством гибких передач - ременных, цепных и через жесткие передачи - фрикционные, зубчатые. В ременных и фрикционных передачах используются силы трения, а в зубчатых и цепных - непосредственное механическое зацепление элементов передачи. Каждая из передач имеет ведущее звено, сообщающее движение, и ведомые звенья, через которые движение передается от данного механизма к другому, связанному с ним.

Важнейшей характеристикой передач вращательного движения является передаточное отношение, или передаточное число.

Отношение угловой скорости, частоты вращения (числа оборотов в минуту) и диаметров одного из валов к соответствующим величинам другого вала, участвующего в совместном вращении с первым валом, называется передаточным отношением, которое принято обозначать буквой и. Отношение частоты вращения ведущего вала к частоте вращения ведомого называют передаточным числом, которое показывает, во сколько раз ускоряется или замедляется движение.

Ременные передачи

Этот вид гибкой передачи наиболее распространен. По сравнению с другими видами механических передач, они позволяют наиболее просто и бесшумно передать крутящий момент от двигателя или промежуточного вала к рабочему органу станка в достаточно широком диапазоне скоростей и мощностей. Ремень охватывает два шкива, насаженных на валы. Нагрузка передается силами трения, возникающими между шкивом и ремнем вследствие натяжения последнего. Эти передачи бывают с плоским ремнем, с клиновым ремнем и круглым ремнем.

Различают ременные передачи: открытую, перекрестную и полуперекрестную.

В открытой передаче валы параллельны друг другу и шкивы вращаются в одном направлении. В перекрестной передаче валы расположены параллельно, но при этом ведущий шкив вращается, например, по часовой стрелке, а ведомый - против часовой стрелки, т. е. в обратном направлении полуперекрестную передачу применяют между валами, оси которых расположены в разных плоскостях под углом друг к другу.

В приводах машин применяются плоские ремни - кожаные, хлопчатобумажные цельнотканые, хлопчатобумажные шитые, тканые прорезиненные и клиновидные. Используются также шерстяные тканые ремни. В станках применяются главным образом ремни кожаные, прорезиненные и клиновидные. Для уменьшения скольжения ремня вследствие недостаточного трения из-за небольшого угла обхвата применяют натяжные ролики. Натяжной ролик представляет собой промежуточный шкив на шарнирно укрепленном рычаге. Под действием груза на длинном плече рычага ролик нажимает на ремень, натягивая его и увеличивая угол обхвата ремнем большого шкива.

Рис. 1. Передачи с плоским ремнем:
а - открытая: б - перекрестная, в - полуперекрестная, с - с натяжным роликом

Диаметр натяжного ролика не должен быть меньше диаметра малого шкива. Натяжной ролик следует устанавливать у ведомой ветви не слишком близко к шкивам.

Передача клиновыми (текстропными) ремнями широко распространены в промышленности, они просты и надежны в эксплуатации. Основное преимущество клиновых ремней - лучшее сцепление их по шкивом и относительно малое скольжение. Причем габариты передачи получаются значительно меньше по сравнению с плоскими ремнями.

Для передачи больших крутящих усилий применяют многоручьевые клиноременные приводы со шкивами обода, которые оснащены рядом канавок.

Клиновидные ремни нельзя удлинять или укорачивать, их применяют определенной длины.

ГОСТ предусматривает для клиноременных приводов общего назначения семь сечений клиновых ремней, имеющих обозначения О, А, Б, В, Г, Д и Е (О - самое малое сечение).

Номинальная длина клиновых ремней (длина по их внутреннему периметру) от 500 до 1400 мм. Угол натяжения ремня равен 40°.

Клиновидные ремни подбирают по сечению в зависимости от передаваемой мощности и предусматриваемой скорости вращения.

Передачи с широким клиновидным ремнем получают все большее распространение. Эти передачи дают возможность бесступенчато регулировать скорость вращения рабочего органа на ходу под нагрузкой, что позволяет установить оптимальный режим работы Наличие такой передачи в станке позволяет механизировать и автоматизировать процесс обработки.

На рис. 2, б показана передача с широким клиновидным ремнем, которая состоит из двух обособленных раздвижных ведущего и ведомого шкивов. Ведущий шкив при помощи ступицы закреплен консольно на валу электродвигателя. На ступице закреплен неподвижно конус. Подвижной конус закреплен на стакане, соединенном при помощи шлицев со ступицей, и прижат пружиной. Ведомый шкив также состоит из подвижного стакана и неподвижного, конусов со ступицей, соединенной с валом привода. Управление передачей осуществляется специальным устройством (на рисунке не показано) путем перемещения стакана подвижного ведомого конуса. При приближении конусов ремень удаляется от оси вращения шкива, одновременно приближаясь к оси вала. Ведущий шкив, преодолевая сопротивление пружины, изменяет передаточное отношение и частоту вращения ведомого шкива,

Рис. 2. Передачи с клиновидным ремнем:
а - нормального сечения, б - шариком

Цепные передачи

Для передачи вращательного движения между удаленными друг от друга валами применяется помимо ременной цепная передача Как показано на рис. 3, а, она представляет собой замкнутую металлическую шарнирую цепь, охватывающую два зубчатых колеса (звездочки). Цепь в отличие от ремня не проскальзывает, кроме того, ее можно применять в передачах также при малом расстоянии между валами и в передачах со значительным передаточным числом.

Рис. 3. Цепные передачи:
а - общий вид, б - однорядная роликовая цепь, в - замок, г - пластинчатая цепь; а-межосевое расстояние, Р - шаг цепи

Цепные передачи передают мощность от долей лошадиных сил (велосипедные цепи) до тысячи лошадиных сил (многорядные цепи повышенной прочности).

Цепи работают с большими скоростями, доходящими до 30 м/с, и передаточным числом и - 15. Коэффициент полезного действия цепных передач составляет в отдельных случаях 0,98.

Цепная передача состоит из двух звездочек - ведущей и ведомой, сидящих на валах, и бесконечной цепи, надетой на эти звездочки.

Из различных видов цепей наибольшее распространение имеют Цепи однорядные и многорядные роликовые и пластинчатые.

Роликовые цепи допускают наибольшую скорость до м/с, пластинчатые - до 30 м/с.

Роликовая цепь состоит из шарнирно соединенных пластинок, между которыми помещаются ролики, свободно вращающиеся на втулке. Втулка, запрессованная в отверстия внутренних пластинок, может поворачиваться на валике. Расстояние между осями двух соседних валиков или, иначе, шаг цепи должен равняться шагу звездочки. Под шагом звездочки понимают длину дуги, описанной по верху ее зубьев и ограниченной вертикальными осями симметрии двух смежных зубьев.

Валики плотно запрессовываются в отверстиях наружных пластинок. На одном из звеньев цепи делают замок из двух валиков, соединительной пластинки, изогнутой пластинки и шплинтов для крепления пластинок. Чтобы снять или установить цепь, ее размыкают, для чего сначала разбирают замок.

Пластинчатая цепь состоит из нескольких рядов пластин с зубцами, соединенных между собой втулками и шарнирно укрепленных на общих валиках.

В цепных передачах сохраняется постоянным передаточное число: кроме того, они очень прочны, что позволяет передавать большие усилия. В связи с этим цепные передачи применяют, например, в таких грузоподъемных механизмах, как тали и лебедки. Цепи большой длины используются в эскалаторах метро, конвейерах.

Фрикционные передачи

Во фрикционных передачах вращательное движение передается от ведущего к ведомому валу посредством плотно прижатых друг к другу гладких колес (дисков) цилиндрической или конической формы. Фрикционная передача применяется в лебедках, винтовых прессах, станках и ряде других машин.

Рис. 4. Фрикционные передачи:
а - с цилиндрическими колесами, б - с коническими колесами

Рис. 5. Одинарный торцовый вариатор

Чтобы фрикционная передача работала без скольжения и таким образом обеспечивала необходимую величину силы трения (сцепления) Т, поверхность ведомого колеса покрывают кожей, резиной, прессованной бумагой, древесиной или другим материалом, который может создать надлежащее сцепление со стальным или чугунным ведущим колесом.

Во фрикционных передачах применяют цилиндрические колеса для передачи движения между валами, расположенными параллельно, а конические - между пересекающимися валами.

В оборудовании находят применение фрикционные передачи с регулируемым передаточным числом. Одна из простейших таких передач показана на рис. 5.

Для изменения передаточного числа они оснащены устройствами, перемещающими одно из колес (дисков) вдоль вала и в соответствующем месте его закрепляющими. Уменьшение таким устройством диаметра D ведомого колеса до рабочего диаметра D, обеспечивающее увеличение частоты вращения ведомого колеса. В результате уменьшается передаточное число По мере удаления ведущего колеса от оси ведомого передаточное число, наоборот, увеличивается. Такое плавное регулирование скорости называется беоступенчатым, а устройство, осуществляющее регулирование - ваумаюром скоростей.

Зубчатые передачи

Зубчатые передачи имеются почти во всех сборочных единицах промышленного оборудования. С их помощью изменяют по величине и направлению скорости движущихся частей станков, передают от одного вала к другому усилия и крутящие моменты, а также преобразуют их.

В зубчатой передаче движение передается с помощью пары зубчатых колес. В практике меньшее зубчатое колесо принято называть шестерней, а большее - колесом. Термин «зубчатое колесо» относится как к шестерне, так и к колесу.

В зависимости от взаимного расположения геометрических осей валов зубчатые передачи бывают: цилиндрические, конические и винтовые. Зубчатые колеса для промышленного оборудования изготовляют с прямыми, косыми и угловыми (шевронными) зубьями.

По профилю зубьев зубчатые передачи различают: эвольвентные, с зацеплением Новикова и циклоидальные. В машиностроении широко применяют эвольвентное зацепление. Принципиально новое зацепление М. А. Новикова возможно лишь в косых зубьях и благодаря высокой несущей способности является перспективным. Циклоидальное зацепление используется в приборах и часах.

Цилиндрические зубчатые колеса с прямым зубом служат в передачах с параллельно расположенными осями валов и монтируются на последних неподвижно или подвижно.

Косозубые колеса монтируют на валах только неподвижно. Работа косозубых колес сопровождается осевым давлением, а потому они пригодны для передачи лишь сравнительно небольших мощностей. Осевое давление можно устранить, соединив два косозубых колеса с одинаковыми, но направленными в разные стороны зубьями. Так получают шевронное колесо, которое монтируют, обращая вершину угла зубьев в сторону вращения колеса. На специальных станках шевронные колеса изготовляют целыми из одной заготовки.

Шевронные колеса отличаются большой прочностью, их применяют для передачи больших мощностей в условиях, когда зубчатое зацепление испытывает во время работы толчки и удары. Эти колеса также устанавливают на валах неподвижно.

Рис. 6. Зубчатые зацепления:
а - цилиндрическое с прямым зубом, б - то же, с косым зубом, е - с шевронными зубьями, г - коническое, д-колесо-рейка, е - червячное, ж -с круговым зубом

Конические зубчатые передачи различают по форме зубьев: прямозубые, косозубые и круговые.

На рис. 6, г показаны конические прямозубые, а на рис. 6, ж круговые зубчатые колеса. Их назначение - передача вращения между валами, оси которых пересекаются.

Конические зубчатые колеса с круговым зубом применяются в передачах, где требуется особая плавность и бесшумность движения.

На рис. 6, д изображены зубчатое колесо и рейка. В этой передаче вращательное движение колеса преобразуется в прямолинейное движение рейки.

Зубчатая передача с зацеплением Новикова. Эвольвентное зацепление является линейчатым, так как контакт зубьев практически происходит по узкой площадке, расположенной вдоль зуба, почему контактная прочность этого зацепления сравнительно невысока.

В зацеплении Новикова линия контакта зубьев обращается в точку и зубья касаются только в момент прохождения профилей через эту точку, а непрерывность передачи движения обеспечивается винтовой формой зубьев. Поэтому данное зацепление может быть только косозубым е углом наклона f = 10-30°. При взаимном перекатывании зубьев контактная площадка перемещается вдоль зуба о большой скоростью, что создает благоприятные условия для образования устойчивого масляного слоя между зубьями, благодаря чему трение в передаче уменьшается почти в два раза, соответственно повышается несущая способность зубьев.

Существенным недостатком рассмотренного зацепления является повышенная чувствительность к изменению межосевого расстояния и значительным колебаниям нагрузок.

Основные характеристики зубчатых колес. В каждом зубчатом колесе различают три окружности (делительную окружность, окружность выступов, окружность впадин) и, следовательно, три соответствующих им диаметра.

Делительная, или начальная, окружность делит зуб по высоте на две неравные части: верхнюю, называемую головкой зуба, и нижнюю, называемую ножкой зуба. Высоту головки зуба принято обозначать ha, высоту ножки- hf, а диаметр окружности - d.

Окружность выступов - это окружность, ограничивающая сверху профили зубьев колеса. Обозначают ее da.

Окружность впадин проходит по основанию впадин зубьев: диаметр этой окружности обозначают df.

Рис. 7. Схема движения контактной площадки и основные элементы зубчатого колеса:
а - эвольвентное зацепление, б - зацепление Новикова, в - основные злементы зубчатого колеса

Необходимо отметить, что в таблице не приведены характеристики широко применяемых корригированных зубчатых колес, у которых относительные размеры зуба и другие показатели иные, чем вытекающие из приведенных формул, а также колеса, в основе размеров элементов которых лежит двойной модуль.

Тихоходные зубчатые колеся изготовляют из чугуна или углеродистой стали, быстроходные - из легированной стали. После нарезания зубьев на зуборезных стенках зубчатые колеса подвергают термической обработке, чтобы увеличить их прочность и повысить стойкость против износа У колес из углеродистой стали поверхность зубьев улучшают химико-термическим способом - цементацией и потом закаливанием. Зубья быстроходных колес после термической обработки шлифуют или притирают. Применяется также поверхностная закалка токами высокой частоты.

Чтобы зацепление было плавным и бесшумным, одно из двух колес в зубчатых парах в отдельных случаях, когда это позволяет нагрузка, выполняют из текстолита, древеснослоистого пластика ДСП -Г или капрона.

Для облегчения зацепления зубчатых колес при включении посредством перемещения по валу, торцы зубьев со стороны включения закругляют.

Червячные передачи. Червячные передачи позволяют получить малые передаточные числа, что делает их применение целесообразным в случаях, когда требуются небольшие частоты вращения ведомого вала. Имеет существенное значение и то, что червячные пере-

Дачи занимают меньше места, чем зубчатые. Червячная передача состоит из червяка, насаживаемого на ведущий вал или изготовляемого заодно с ним, и червячного колеса, закрепляемого на ведомом валу. Червяк представляет собой винт с трапецеидальной резьбой Червячное колесо имеет вогнутые по длине винтовые зубья.

По числу зубьев различают червяки однозаходные, двухзаходные и т. д. Однозаходный червяк за один оборот поворачивает колесо на один зуб, двухзаходный червяк - на два и г. д.

Недостатком червячных передач являются большие потери передаваемой мощности на трение. Для уменьшения потерь червяк изготовляют из стали и его поверхность после закалки шлифуют, а червячное колесо изготовляют из бронзы. При таком сочетании материалов трение уменьшается, следовательно, меньше становятся потери мощности; кроме того, уменьшается износ детали.

Из бронзы в целях экономии обычно делают не все червячное колесо, а только обод, надеваемый затем на стальную ступицу.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве винтового устройства для преобразования вращательного движения в поступательное. Устройство состоит из винта (1), корпуса (2) с крышками (3), резьбовых роликов (9), зацепляющихся с резьбой винта (1). Резьбовые ролики (9) зафиксированы от осевого смещения относительно корпуса за счет установленных в сепараторах (11) шаров (12), упирающихся в крышки (3) корпуса посредством сферического поднутрения (Г), выполненного на торцах каждого резьбового ролика, и кольцевого паза (В), выполненного на внутренней торцовой поверхности каждой крышки. Упругие кольца (10) имеют возможность поворота в пазах (Е) резьбовых роликов (9) относительно оси винта. Для обеспечения сборки устройства ширина L П паза «Е» резьбовых роликов была больше ширины L К колец минимум на 1,5...2 шага резьбы винта. Возможны два исполнения устройства, в одном из которых резьбовые ролики дополнительно связаны с корпусом зубчатыми зацеплениями, а в другом не связаны. Благоприятная кинематика в местах контакта шара с крышкой и роликом, а также возможность перекатывания колец по пазам «Е» резьбовых роликов обеспечивают высокий КПД, малую интенсивность износа и высокую долговечность. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве механической винтовой передачи для преобразования вращательного движения в поступательное.

Известна планетарная роликовинтовая передача (см. Решетов Д.Н. «Детали машин», учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов, 4-е издание, М.: Машиностроение, 1989 год, стр.314), состоящая из винта, гайки и установленных между ними резьбовых роликов. Ролики своими торцовыми шейками установлены в сепараторах. Чтобы исключить самопроизвольное вывинчивание роликов, они дополнительно связаны по торцам с гайкой зубчатыми зацеплениями. Витки роликов находятся в резьбовых зацеплениях с витками винта и гайки. При этом на винте выполняют наружную многозаходную резьбу, а на гайке - внутреннюю многозаходную резьбу.

Основным недостатком данной планетарной роликовинтовой передачи является технологическая сложность изготовления на внутренней поверхности гайки, закаленной до высокой твердости, высокоточной многозаходной резьбы (как правило, пяти или шестизаходной). В основном по этой причине освоение производства планетарных роликовинтовых передач, которые по большинству эксплуатационных параметров превосходят другие передачи для преобразования вращательного движения в поступательное, затруднено. В мире изготовление планетарных роликовинтовых передач освоили только несколько фирм.

При этом резьбовая гайка рассматриваемой планетарной роликовинтовой передачи выполняет следующие функции:

Воспринимает осевую силу с исполнительного механизма и передает ее через ролики на винт;

Удерживает ролики от перемещения в радиальном направлении от оси винта к гайке;

Участвует в преобразовании вращательного движения в поступательное.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для преобразования вращательного движения в поступательное (см. Козырев В.В. Конструкции роликовинтовых передач и методика их проектирования: учеб. пособие / Владимир. гос. ун-т. - Владимир: Редакционно-издательский комплекс ВлГУ, 2004. с.8-9, рис.1.7), которое выбрано в качестве прототипа. Данное устройство состоит из винта, корпуса с крышками, который совершает поступательное движение, резьбовых роликов, которые установлены в корпусе с возможностью поворота вокруг собственных осей, двух колец с внутренними коническими фасками и подшипников, установленных между кольцами и крышками. На каждом резьбовом ролике нарезана резьба, витки которой находятся в зацеплении с витками винта, а на торцах выполнены конические фаски, которые взаимодействуют с внутренними коническими фасками колец. Корпус устройства не имеет внутреннюю многозаходную резьбу и внутренних зубчатых венцов, а резьбовые ролики - наружных зубчатых венцов. В каждом подшипнике тела качения установлены в сепараторе.

При работе устройства винт вращается, резьбовые ролики вращаются только вокруг собственных осей (нет вращательного движения осей резьбового ролика вокруг оси винта), а корпус движется поступательно вдоль оси винта. Рабочая осевая сила произвольного направления передается с винта на резьбовые ролики за счет зацепления витков резьбы этих деталей, с резьбовых роликов на соответствующую втулку за счет контакта конических фасок резьбовых роликов и втулки, а с втулки на соответствующую крышку через соответствующий подшипник.

Данное устройство имеет следующие недостатки:

Шейка резьбового ролика - отверстие в крышке образуют подшипник скольжения с низким КПД и высокой интенсивностью износа;

При вращении резьбового ролика между его коническими фасками и сопрягаемыми фасками колец возникает трение скольжение из-за разных по величине радиусов точек контакта;

Из-за малой площади контакта между сопрягаемыми коническими фасками резьбовых роликов и колец устройство имеет малую контактную прочность, а из-за трения скольжения в указанном сопряжении малую нагрузочную способность и долговечность;

Устройство имеет большие радиальные габариты;

Резьбовые ролики вращаются только вокруг своей оси, что снижает передаточную функцию устройства и диапазон ее изменения.

Задачей изобретения является повышение КПД, нагрузочной способности и долговечности устройства для преобразования вращательного движения в поступательное за счет замены трения скольжения на трение качения в месте сопряжения деталей устройства, а также уменьшение радиальных габаритов и расширение диапазона изменения передаточной функции устройства.

Поставленная задача достигается тем, что устройство снабжено, по меньшей мере, двумя кольцами, на торцовых поверхностях каждого резьбового ролика выполнены поверхности под ключ и сферические поднутрения, центры которых расположены на оси резьбового ролика, а на его цилиндрической резьбовой поверхности - кольцевые пазы, число которых равно количеству колец, причем на внутренней торцовой поверхности каждой крышки выполнен кольцевой паз, профиль которого является дугой окружности, кольца установлены в пазах резьбовых роликов, а число шаров в каждом ряду равно количеству последних, при этом каждый шар в каждом ряду взаимодействует с одной стороны со сферическим поднутрением резьбового ролика на соответствующем торце, с противоположной стороны - с кольцевым пазом соответствующей крышки, а ширина кольцевых пазов на резьбовых роликах больше ширины колец не менее чем на 1,5...2 шага резьбы винта. Возможно исполнение устройства, для которого оно снабжено закрепленными в отверстии корпуса с разных его сторон втулками с внутренними зубчатыми венцами, которые зацепляются с наружными зубчатыми венцами, выполненными на концевых участках каждого резьбового ролика.

Изобретение поясняется прилагаемыми чертежами, где:

На фиг.1 показан общий вид устройства;

На фиг.2 показан разрез А-А на фиг.1 для 1-го исполнения устройства;

На фиг.3 показан разрез А-А на фиг.1 для 2-го исполнения устройства с дополнительными зубчатыми зацеплениями между резьбовыми роликами и втулками корпуса.

Устройство для преобразования вращательного движения в поступательное, см. фиг.1, состоит из винта 1 и узла, совершающего поступательное перемещение с базовыми элементами «Б», которые предназначены для соединения указанного узла с исполнительным механизмом. Указанный узел, см. фиг.2, состоит из корпуса 2 и двух крышек 3, которые соединены с корпусом винтами 4 с пружинными шайбами 5. По меньшей мере, между одной крышкой 3 и корпусом 2 устанавливается набор регулировочных прокладок или компенсатор 6. Возможны и другие исполнения указанного узла, которые обеспечивают сборку и работу устройства.

К наружной торцовой поверхности каждой крышки 3, см. фиг.2, крепится Г-образная втулка 7, которая удерживает с осевым и радиальным зазором маслоотражатель 8, а на внутренней торцовой поверхности крышки выполняется кольцевой паз «В», профиль которого является дугой окружности.

Внутри корпуса, см. фиг.2, установлены резьбовые ролики 9, количество которых обычно из условия соседства выбирают наибольшим для повышения нагрузочной способности устройства (минимальное количество резьбовых роликов равно трем). Витки резьбы роликов 9 зацепляются с витками резьбы винта 1. На торцах каждого резьбового ролика 9, см. фиг.2, выполняют сферические поднутрения «Г», центр которых расположен на оси резьбового ролика, и отверстия «Д» под ключ, а на цилиндрической резьбовой поверхности - пазы «Е», количество которых не менее двух. В пазы «Е» резьбовых роликов 9 устанавливают кольца 10 из пружинной стали, которые с малой силой поджимают резьбовые ролики к винту. При этом ширина L П паза «Е» больше ширины L K кольца 10 на 1,5...2 шага резьбы винта (резьбового ролика) для обеспечения сборки устройства.

Между каждой крышкой 3 и резьбовым роликом 9, см. фиг.2, расположен один ряд установленных в сепараторе 11 шаров 12, число которых равно количеству резьбовых роликов. При этом каждый шар 12 с одной стороны взаимодействует с кольцевым пазом «В» крышки 3, а с противоположной стороны - со сферическим поднутрением «Г» резьбового ролика 9.

В описанном выше устройстве резьбовые ролики имеют две степени свободы: каждый ролик может вращаться вокруг собственной оси; все ролики вместе с сепараторами могут вращаться относительно оси винта. Отсюда устройство может иметь непостоянное осевое перемещение корпуса с роликами и шарами при равномерном вращении винта (переменную передаточную функцию). Устройства для преобразования вращательного движения в поступательное с переменной передаточной функцией можно использовать, например, в запорных механизмах, домкратах и так далее.

Чтобы предлагаемое устройство имело постоянную передаточную функцию, необходима дополнительная связь между резьбовыми роликами и корпусом, например зубчатыми зацеплениями. Эта связь снижает количество степеней свободы резьбовых роликов до единицы. В этом случае, см. рис.3, на концах каждого резьбового ролика 9 выполняют наружные зубчатые венцы «Ж», а в отверстии корпуса 2 закрепляются втулки 13 с внутренними зубчатыми венцами «И».

Рассмотрим, как общий случай, порядок сборки устройства, в котором резьбовые ролики дополнительно связаны с корпусом зубчатыми зацеплениями. На винте обычно выполняют цилиндрическую поверхность «К», которая упрощает сборку, см. рис.3. Правую крышку 3, см. рис.3, с рядом шаров 12 в сепараторе 11 устанавливают на винт с левого его торца. В пазы «Е» резьбовых роликов 9 устанавливают кольца 10, и этот узел с левого торца винта, см. рис.3, вводят на его цилиндрическую поверхность «К». С помощью ключа резьбовые ролики попеременно ввинчивают на винт до тех пор, пока их резьба полностью не окажется в зацеплении с резьбой винта. Далее в приспособлении винт устанавливают вертикально, а под крышку 3 подводят базовый элемент приспособления, обеспечивающий перпендикулярность крышки к оси винта. В кольцевой паз «В» крышки устанавливают шары в сепараторе. Затем с помощью ключа резьбовые ролики попеременно ввинчивают на винт до взаимодействия поднутрения «Г» каждого ролика с соответствующим шаром. Так как при ввинчивании резьбовых роликов на винт они занимают вдоль его оси различные положения необходимо, чтобы ширина L П паза «Е» резьбовых роликов была больше ширины L K колец 10 минимум на 1,5...2 шага резьбы винта. Чтобы зафиксировать положение резьбовых роликов относительно винта и правой крышки, сверху на ролики устанавливают второй ряд шаров с сепаратором и поджимают собранный узел специальной гайкой, которую наворачивают на винт. Затем сверху на указанный узел устанавливают корпус, в котором закреплена левая втулка 13 с внутренним зубчатым венцом, зубья которого вводят в зацепление с наружными зубьями роликом. Винт с собранным узлом без правой крышки и шаров с сепаратором извлекают из приспособления, и вводят правую втулку 13 с внутренним зубчатым венцом в отверстие корпуса и на зубья роликов, а затем закрепляют эту втулку в корпусе, например с помощью цилиндрического штифта. С той же стороны к роликам подводят шары с сепаратором и правую крышку, которую соединяют с корпусом резьбовым соединением. Затем, отвернув специальную гайку, винтами 4 с пружинными шайбами 5 соединяют корпус с левой крышкой через компенсатор или набор регулировочных прокладок. Измерив момент холостого хода, определяют надо ли регулировать устройство с помощью компенсатора или набора регулировочных прокладок.

Устройство для преобразования вращательного движения в поступательное работает следующим образом. Винт 1, см. фиг.3, вращаясь, приводит в движение резьбовые ролики 6, которые совершают планетарное движение, обкатываясь по зубчатым венцам втулок 13. Резьбовые ролики зафиксированы от осевого смещения относительно корпуса за счет шаров, упирающихся в крышки корпуса. Это и является механизмом преобразования вращательного движения винта в поступательное движение корпуса совместно со всеми деталями, установленными в нем. При этом шары 12 будут катиться по кольцевым пазам «Г» крышек и совершать дополнительное верчение относительно оси роликов под действием сил трения. Кольца 10 будут катиться по пазам резьбовых роликов, воспринимая радиальную нагрузку с винта на ролики. Осевая нагрузка будет передаваться с крышки корпуса через шары на резьбовые ролики вдоль их осей.

В заявляемом устройстве рабочая осевая сила передается с крышки корпуса непосредственно через шары на ролики вдоль их осей практически как в упорном подшипнике. В устройстве-прототипе при передаче осевой силы есть дополнительное сопряжение, которое работает с трением скольжения, а также установка резьбовых роликов осуществляется на подшипниках скольжения. Следовательно, заявляемое устройство обеспечивает более высокий КПД, меньший износ контактирующих поверхностей и большую долговечность. Кроме того, резьбовые ролики в заявляемом устройстве совершают планетарное движение, для которого можно получить больший диапазон измерения передаточной функции.

1. Устройство для преобразования вращательного движения в поступательное, содержащее винт, установленные в корпусе, имеющем крышки, с возможностью поворота вокруг собственной оси резьбовые ролики, которые имеют резьбовое зацепление с винтом и с каждой стороны своими торцами упираются в крышку через ряд шаров, установленных в сепараторе, отличающееся тем, что устройство снабжено, по меньшей мере, двумя кольцами, на торцовых поверхностях каждого резьбового ролика выполнены поверхности под ключ и сферические поднутрения, центры которых расположены на оси резьбового ролика, а на его цилиндрической резьбовой поверхности - кольцевые пазы, число которых равно количеству колец, причем на внутренней торцовой поверхности каждой крышки выполнен кольцевой паз, профиль которого является дугой окружности, кольца установлены в пазах резьбовых роликов, а число шаров в каждом ряду равно количеству последних, при этом каждый шар в каждом ряду взаимодействует с одной стороны со сферическим поднутрением резьбового ролика на соответствующем торце, с противоположной стороны - с кольцевым пазом соответствующей крышки, а ширина кольцевых пазов на резьбовых роликах больше ширины колец не менее чем на 1,5...2 шага резьбы винта.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено закрепленными в отверстии корпуса с разных его сторон втулками с внутренними зубчатыми венцами, которые зацепляются с наружными зубчатыми венцами, выполненными на концевых участках каждого резьбового ролика.

Реечная зубчатая передача состоит из зубчатого колеса 1 и рейки 2 (рис. 35, а). Передача выполняется с прямыми, косыми и шевронными зубьями и служит для преобразования вращательного движения в поступательное или наоборот. При неподвижной рейке зубчатое колесо катится по рейке, т. е. совершает вращательное и поступательное движения. Такие передачи применяются в механизмах основных движений и вспомогательных перемещений; например, в механизмах продольной подачи суппорта токарных станков, в сверлильных станках для перемещения шпинделя и в других стайках. Они имеют довольно высокий КПД. Большие зубчатые колеса изготовляют из серого чугуна марок СЧ20-СЧЗО, а рейки из стали 45. Скорость (мм/мин) поступательного движения зубчатого колеса определяется из уравнения:

Перемещение рейки за один оборот червяка s = πmk. Перемещение рейки за один оборот колеса в паре колесо-рейка s = πmz.

В этих уравнениях: k - число заходов червяка; n - частота вращения, об/мин; m - модуль, мм; z - число зубьев колеса.

Червячно-реечные передачи содержат червяк 1 и рейку 2 (рис. 35, б). Ведущим элементом может быть только червяк 1. Червячно-реечная передача обеспечивает большую плавность при передаче движений, обладает большой жесткостью, широко применяется в продольно-строгальных, тяжелых фрезерных и горизонтально-расточных станках. Конструкция червяк-зубчатая рейка имеет точечный контакт и применяется для вспомогательных движений. При расположении червяка и червячной рейки под углом к оси рейки или параллельном расположении осей узел можно использовать в основных движениях станков. Червяки изготовляют из сталей 15Х, 20Х с цементацией и закалкой, а рейки - из антифрикционного чугуна. Червяки рекомендуется полировать, так как это повышает работоспособность передачи.

Для устранения вредного влияния зазоров в ответственных зубчатых передачах (например, в передаче, связывающей реечное зубчатое колесо с датчиком) применяют пружинные компенсаторы (рис. 35, в). Такое зубчатое колесо состоит из двух дисков 2 и 3 с зубчатыми венцами. Диск 2 сидит на ступице диска 3 и удерживается от осевого смещения стопорным кольцом 1. Под действием пружины 4 диск 2 стремится повернуться относительно диска 3. В результате этого зазор между зубьями ведомого и составного колес полностью устраняется.

Червячно-реечная передача с гидростатической смазкой применяется в приводах подач и приводах установочных перемещений при длине хода подвижных узлов свыше 3 м. Передача содержит червячную рейку, зацепляющийся с ней цилиндрический червяк, на витках которого в зоне зацепления выполнены карманы, которые сообщаются, например, с гидростатическими упорными подшипниками. Передача может работать на скоростях до 6 м/мин. Аналогично выполняются гидростатические передачи винт- гайка.

Передачи винт-гайка с трением скольжения служат, как и реечные, для преобразования вращательного движения в поступательное. Основными элементами винтовой передачи являются ходовой винт 1, и гайка 2 (рис. 36, а).

Винтовые передачи применяют в механизмах подач и вспомогательных механизмах станков. Ходовые винты и гайки станков обычно имеют трапецеидальную однозаходную или двухзаходную резьбу. Низкий КПД ограничивает применение этих передач в приводах главного движения. Точность перемещений рабочего органа зависит от точности изготовления винта и гайки, а также от точности сборки. Ходовые винты изготовляют из качественных сталей, а гайки из антифрикционных сплавов - бронз и чугунов.

Для устранения зазора применяют регулируемые гайки. Конструкция гайки (рис. 36, б) содержит неподвижную 3 и регулируемую часть 2. В осевом направлении с помощью гайки 1 прижимают витки гайки 2 к виткам винта и устраняют зазор. Второй вариант регулируемой гайки 1 показан на рис. 36, в. Подвижную часть 3 гайки смещают с помощью клина 2, который при регулировании перемещается винтом 4. В устройстве с упругим регулированием (рис. 36, г) тарельчатые пружины 2 смещают подвижную часть гайки 1 относительно неподвижной 3 Недостатком упругого регулирования является увеличение нагрузки на витки винта.

В токарно-винторезных станках применяют раздвижную гайку (маточную) (рис. 36, д). Гайка состоит из двух частей 1 и 2, которые перемещают по направляющим 4 с помощью рукоятки 6, диска 5 и штифтов 3. Когда гайка открыта (как показано на рисунке), витки гайки расцепляются с витками винта, и рабочий орган может беспрепятственно перемещаться. Такая конструкция гайки необходима для обеспечения раздельного привода от винтовой и реечной пары. На рис. 37 представлены схемы некоторых вариантов выполнения винтовых пар.

Кривошипные механизмы. Кривошипно-шатунный механизм (рис. 38, а) при равномерном вращательном движении кривошипа 0 1 А обеспечивает прямолинейное возвратно-поступательное движение ползуна В с переменной скоростью.

Двойной кривошипно-реечный механизм (рис. 38, б) применяется на зубодолбежном станке 5А14 для сообщения возвратно-поступательного движения штосселю с долбяком. При вращении кривошипа К П шатун-рейка приводит в возвратно-вращательное движение реечное зубчатое колесо z 1 вал II и зубчатое колесо z 2 . Колесо z 2 возвратно-вращательным движением сообщает прямолинейное возвратно-поступательное движение рабочему органу р 0 .

Кулисные механизмы (рис. 38, в, г) встречаются в приводах главного движения долбежных и поперечно-строгальных станков; они. могут быть с качающейся или вращающейся кулисой.

Скорость ползуна кривошипно-кулисных механизмов - величина переменная, но при расчетах используют среднюю скорость рабочего хода и коэффициент увеличения скорости. Частота движения ползуна (дв. ход/мин) при заданной скорости рабочего хода и длине хода определяется из уравнения:

При вращении кривошипа 0 1 A кулисного механизма (рис. 38, в) кулиса К а совершает качательное (возвратно-вращательное) движение и через шатун ВС сообщает рабочему органу Р 0 прямолинейное возвратно-поступательное движение. Изменяя длину кривошипа, 0 1 A регулирует длину хода. В кулисном механизме с вращающейся кулисой (рис. 31, а) палец кривошипа К П1 входит в радиальный паз вращающейся кулисы К В, закрепленной на валу II. Кривошип К П2 посредством шатуна соединен с рабочим органом. При равномерном вращении вала I вследствие смещения осей валов I и II вал II получает неравномерное вращение, что обеспечивает более равномерную скорость движения рабочего органа Р 0 на заданном участке его пути.

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.