Механизм мальтийского креста.

Механизмы рассматриваемого типа чаще всего используются в машинах-автоматах I класса для осуществления транспортного периодического перемещения ОО. В тех случаях, когда перемещение происходит по дуге окружности, т.е. в машинах револьверного типа, механизмы прерывистого вращательного движения (механизмы поворота) применяются непосредственно; при необходимости осуществлять линейное перемещение с остановками эти механизмы включаются в кинематическую цепь соответствующего привода, например, ленточного конвейера.

В машинах-автоматах указанного выше типа объект обработки должен точно фиксироваться в определенном положении во время выполнения технологической операции. Поэтому механизмы поворота используются в совокупности с механизмами фиксации, если они сами не выполняют эту функцию.

Наиболее часто в машинах-автоматах химических производств для получения прерывистого одностороннего вращения используются мальтийские механизмы, рычажно-храповые механизмы в различных модификациях, а также механизмы неполных зубчатых колес.

Мальтийские механизмы различают: по виду зацепления – с внешним и с внутренним зацеплением; по числу водил (кривошипов) – с одним или несколькими водилами; по виду паза – с прямолинейным или криволинейным пазом; симметричные и асимметричные.

Наибольшее распространение получили мальтийские механизмы с внешним зацеплением, одним водилом, прямолинейным пазом, симметричные.

Мальтийский механизм с внешним зацеплением позволяет осуществлять прерывистое вращательное движение ведомого звена в сторону, обратную направлению вращения ведущего звена, и фиксацию ведомого звена в период его выстоя. Механизм (см. рис.10, а) состоит из двух подвижных звеньев – кривошипа (водила) 2 и креста (шайбы) 3, соединенных вращательными парами со стойкой 1. На конце кривошипа установлен ролик (палец, цевка), который в определенные моменты времени входит в пазы креста и поворачивает последний. В том случае, если при входе ролика в паз окружная скорость центра ролика направлена по оси паза, т.е. угол между осями кривошипа и паза равен 90^о, жесткого удара не будет. Однако, как показывает опыт эксплуатации этих механизмов, при большой угловой скорости кривошипа (400 об/мин и более) появляются значительные динамические нагрузки, которые вызывают быстрый износ пазов креста. Точность фиксации положения ведомого звена невысока.

При вращении кривошипа с постоянной угловой скоростью w ₂ крест вращается с переменной угловой скоростью w ₃. После поворота кривошипа на угол j ₁ ролик выходит из паза, и крест, повернувшись за время зацепления с кривошипом на угол y ₁, останавливается, пока ролик вновь не войдет в зацепление со следующим пазом. Заодно с кривошипом вращается фиксирующий сектор, который в период выстоя креста входит в соответствующее дугообразное углубление креста и, таким образом, предотвращает его поворот под действием сил, приложенных к кресту или к деталям, соединенным с ним.

В период поворота креста его кинематический эквивалент – кривошипно-кулисный механизм (рис. 10, б), в котором сохраняется длина кривошипа r, а расстояние между осями вращения кривошипа и кулисы L равно межосевому расстоянию мальтийского механизма. Таким образом, угловое перемещение креста, его угловую скорость и ускорение следует рассчитывать по формулам для кривошипно-кулисного механизма с качающейся кулисой

 

 

Рис. 10. Мальтийский механизм с внешним зацеплением:

а – схема механизма; б – эквивалентный кривошипно-кулисный механизм; в – циклограмма (1 - стойка; 2 – кривошип; 3 – крест)

Если крест симметричный (имеет постоянный угловой шаг), то при z пазах

 

 

Из прямоугольного треугольника АВС (рис. 8. 1, б), который соответствует начальному положению звеньев мальтийского механизма, т.е. входу пальца кривошипа в паз креста,

откуда

j ₁ = p - y ₁

и

 

 

Из последнего уравнения следует, что в мальтийском механизме число пазов z ³ 3. Обычно используются мальтийские механизмы с z = 4…12.

Угол поворота кривошипа за время выстоя креста

При постоянной угловой скорости кривошипа отношение времени выстоя t ₀ креста ко времени его движения t ₁ пропорционально отношению соответствующих углов j ₀ и j ₁:

 

 

Принимая во внимание, что в машинах-автоматах револьверного типа основные технологические операции выполняются во время остановки креста, т.е. когда транспортное движение отсутствует, и полагая, что t ₀ известно, кинематический цикл T _КМ мальтийского механизма будет соответствовать рабочему циклу T _Р автомата и его можно рассчитать по формуле

 

 

Циклограмма мальтийского механизма с z = 4 показана на рис., в.

Из формулы (8. 1) следует, что при заданном t _о меньшую длительность рабочего цикла автомата обеспечивает использование мальтийского механизма с небольшим z; с увеличением z время T_Р возрастает и в пределе при z ® ¥ получим T_Р = 2 t _о.

В некоторых случаях для уменьшения времени поворота между мальтийским механизмом с небольшим числом пазов и поворотным столом вводят зубчатую передачу, что ухудшает условия позиционирования последнего, и требует установки специального устройства, фиксирующего положение стола. Помимо того, использование мальтийского механизма с малым z при большой угловой скорости кривошипа нежелательно из-за значительных инерционных сил, которые будут нагружать не только элементы кинематических пар мальтийского механизма, но и передачу, соединяющую его с поворотным столом.

Размеры звеньев мальтийского механизма с внешним зацеплением связаны соотношениями

r = L sin (p/z),

где r – радиус кривошипа;

L – межосевое расстояние.

Радиус описанной окружности креста

R = L cos (p/z).

Глубина паза из условия проворачивания креста

H = L – r – d/ 2 + D,

где d – диаметр пальца, ролика или цевки;

D - минимальный зазор между пальцем и дном паза.

Если кривошип (водило) и крест (шайба) устанавливаются на валах не консольно, то на их размеры накладываются ограничения, обусловленные размещением валов кривошипа и креста (соответствующие диаметры d _в, d _ш):

d _в < 2 (L – R);

d _ш < 2 (L – r – d /2).

Крест мальтийского механизма при малых его размерах выполняется цельным, а при больших – составным.

Детали креста и оси роликов изготовляются из стали 40Х (ГОСТ 1050-74^*), закаленной до твердости HRC 50 – 58. Ролики изготовляют из стали ШХ 15 (ГОСТ 801-78) с закалкой до твердости HRC 58 – 62 или из стали 20Х (цементованной и закаленной до HRC 56 – 62).

Посадка ролика (пальца, цевки) в паз креста – H 8/ f 9… H 9/ e 9.