2.Механизм мальтийского креста.

Механизмы рассматриваемого типа чаще всего используются в машинах-автоматах  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 ₂ крест вращается с переменной угловой скоростью ₃. После поворота кривошипа на угол ₁ ролик выходит из паза, и крест, повернувшись за время зацепления с кривошипом на угол 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)

Е сли 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

₁ =  - ₁

и

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

У гол поворота кривошипа за время выстоя креста

При постоянной угловой скорости кривошипа отношение времени выстоя t₀ креста ко времени его движения t₁ пропорционально отношению соответствующих углов ₀ и 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 t₀ 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 (/z) ,

где r – радиус кривошипа;

L – межосевое расстояние.

Радиус описанной окружности креста

R = L cos (/z).

Глубина паза из условия проворачивания креста

H = L – r – d/2 + ,

где d – диаметр пальца, ролика или цевки;

 - 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 – H8/f9…H9/e9.

Основные характеристики мальтийских механизмов с внешним зацеплением

z	1	1	r/L	t0/t1	TK/t0		
3 4 5 6 8 10 12 15	120 90 72 60 45 36 30 24	60 90 108 120 135 144 150 156	0,866 0,707 0,588 0,500 0,383 0,309 0,259 0,208	5,0 3,0 2,33 2,00 1,67 1,50 1,40 1,31	1,20 1,33 1,43 1,50 1,60 1,67 1,71 1,76	6,46 2,41 1,43 1,00 0,620 0,447 0,349 0,262	31,4 5,41 2,30 1,35 0,700 0,466 0,348 0,253

Механизм с 3-я прорезями стараются не делать. При z=3 во время входа в прорезь получается удар.

Лекция 9