Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

Технические фантазии в реальном воплощении

Рассылка закрыта

При закрытии подписчики были переданы в рассылку "Очевидное-Невероятное" на которую и рекомендуем вам подписаться.

Вы можете найти рассылки сходной тематики в Каталоге рассылок.

←   Март 2002   →
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
Автор
BorislavD

Статистика

3.316 подписчиков
-2 за неделю
←   Все выпуски   →

Технические фантазии в реальном воплощении # 43


Служба Рассылок Subscribe.Ru
Small-dimensioned issues
Технические фантазии в реальном воплощении
Код tech.tft
Выпуск No 43.
Автор и ведущий Cesiy
Малогабаритные  редукторы
(продолжение)
Small-dimensioned mechanical reductors
(continuation)
Не так уж и плохо, если зацепление внешнее.
Можно везде намучиться.
Однако, если что-то не нравится, значит, есть другой вариант, - он на подходе.
"на подходе" - это там, в глубине Ваших мыслей.
***
1. Введение.
        Будут рассмотрены кинематические схемы малогабаритных механических редукторов, как продолжение принципов, которые были представлены в выпусках номеров 32 и 33. Однако здесь показаны и частично описаны новые схемы, совершенно не похожие на приведенные ранее, и их одинаковость может быть определена только в принципах (возможностях) создания любых передаточных чисел в одной ступени. Кроме того, поскольку (и, вероятно) построение данных ниже кинематических схем произойдет и обобщенно, и в обозначенных рамках особым образом, хотя и на базе известных и частных случаев, появится также вариант автоматического вариатора (в зависимости от внешней нагрузки и располагаемого (вводимого) момента). Также будут построены кинематические схемы  на передачах внешнего зацепления, что представлялось ранее маловероятным, потому что, может быть, создавалось впечатление, что показанные принципы частного вида, и, таким образом, не могут быть распространены на весь класс механических передач. Можно будет увидеть и представить обратное, вероятно, в большей степени, чем это изложено ниже.
        Кинематические схемы передач будут идти в тексте (однако, в связи с ограничениями, накладываемые сервером, где они располагаются, отсылка их любым образом может не осуществиться), поэтому они и не раскроются сразу. Чтобы несколько скомпенсировать неудобства, описание их состава и действия будет произведено как предварительно, так и впоследствии более подробно. Всегда есть надежда на лучшее, может быть, она осуществится через 1 секунду.

2. Начало.

        Начнем с того, что придется напомнить достаточно скучную (потому что она уж слишком ясная, понятная и известная) схему преобразования, придуманную неизвестно кем. Это, например, гладкий диск с вертикально расположенной осью вращения. На его горизонтальную плоскость опирается (это проще всего!) обод круглого колеса с горизонтальной осью вращения. Относительно оси колесо может перемещаться (может не перемещаться). Таким образом, если привод соединен с горизонтальной осью, гладкий диск в результате действия и контакта получает вращение. Зацепление соприкасающихся профилей внешнее. Передаточное отношение между ними равно отношению диаметров в точке (в зоне) контакта. Оно, естественно, в этой одной ступени достаточно малое, потому что практически малы отличия размеров соприкасающихся диаметров. Так всегда казалось.

         Наверное, нет непонимания этого. Наверное, нельзя представить (отсюда!) что-то ещё. Тот, кто это придумал, задачу решал методом "в лоб": если сдвигать колесо вдоль горизонтальной оси, можно менять соотношение диаметров соприкосновения и, тем самым, получить (создать) вариатор передаточного отношения. А то, что оно в диапазоне (и в одной ступени) останется малым, никаких волнений не вызывало - задача-то была решена.
        Роль вариатора была осуществлена, а роль самого редуктора выполняли другие узлы и элементы. Вероятно, думалось, что в механике другого не может быть - отсюда и отношение к ней, на грани полного бездумья (безъумья). Она же молча по этому поводу и незаметно смеялась (рис.1).
        На поверхности и на виду было, и всем было видно, что зацепление внешнее, простое, одноступенчатое, фрикционное, вариаторное, с малыми возможностями (потому что никуда не денешься), и поэтому почти никому не нужное.
        Вот если бы внутреннее, то да, может быть, там, из-за сложности, и можно что-то получить, но и там - тоже почти ничего (поэтому была попытка создания планетарных). И все передачи (чуть ли не классически!) в одной ступени имели "пшик". И более того, увидели, рассмотрев приведенные моменты инерции, что в редукторах нужно дробить и дробить передачи в ступенях (и по определенной формуле - если очень нужно), иначе приведенная инерционность вырастает так, что становится весьма трудно, особенно при попытке добиться быстродействия, например, в следящих системах. Так-таки формула минимального момента инерции вращающихся масс в зависимости от числа ступеней и передаточного отношения в них всё-таки была получена. Вот так!
        Всё это вместе взятое могло показаться достаточно сложным (лучше бросить!) на пути науки и техники, но искусство расчётчиков и конструкторов, студентов и ученых, деятелей теории машин (о других лучше не говорить) старалось умно преодолеть возникающие препятствия.
        И всё потому, что схема диск - колесо, установленные друг на друге, несмотря на массированный натиск, не трансформировалась ни во что другое. Боролись за усовершенствование деталей (и сейчас это модно). Мысленный тупик или, может быть, относительно латинского - нонсенс. Чтобы это лучше понять, вглядитесь в схему этого маленького крокодила.
Может показаться, что "он" на уровне начала каменного века (и никогда исторически не изменялся). Там обозначено: 1 - вертикальная ось диска и диск, 2 - горизонтальная ось колеса и колесо, опирающееся на диск, А - стрелка направлений возможных перемещений колеса вдоль оси 2.

3. Продолжение.

        Продолжение может оказаться (может не оказаться) более интересным. Оно будет в том и только в том, что изменив чуть кинематическую схему тела "маленького крокодила", представив её несколько по-другому, учитывая в ней рассмотренные ранее принципы, получим колоссальные, не представлявшиеся ранее, возможности кинематики, дающей (и объединяющей) почти всю теорию машин и механизмов - по привычке и скучному обычаю называющейся кратко ТММ. Абревиатура (клавиатура) из трех букв и их сочетаний ничего (как бы) не значит, не говорит и навевает тоску, пока не откроются её тайны, принципы и (главное!) возможности. Они в том, что можно (из них) составить себе такую увлекательную работу (с предварительной учёбой), процесс которой (как говорят в автоматике) затянет и не отпустит, и даст красивые пути жить культурно, научно и, может быть, денежно (по человечески).
        Потому что на раскрывающемся поле возможностей можно увидеть перспективу технических достижений и изобретений. Они займут половину жизни (может, и больше), дадут (и отнимут) силы, радость и удовлетворение открытым, созданным, достигнутым - что в наше время, как и в другое, весьма немало. Нужно это или не нужно - вопрос другой.

        Итак, рассматриваем "маленького крокодила" по-новому. Предварительно "держим в голове", что нам нужно - это получить передачу с заданной разницей в диаметрах или в числах зубьев во взаимодействующих контактных профилях. Во внутреннем зацеплении это получается само собой, если приблизить размеры соприкасающихся колес друг к другу, а кинематику представить особым образом, как это было ранее показано в предыдущих выпусках. Во внешнем - чувствуете!?-мы вошли в ТММ или в рассказ о ней, что одинаково все равно, - нужно наоборот: такие разницы в диаметрах, чтобы они существенно отличались. По возможностям и габаритам - это "ни в какие ворота". Соотношение диаметров может быть и будет близко к нулю и бесконечности.
        Но в этом "маленьком крокодиле" видим, что это и не надо. Во внешнем зацеплении (если особо не зацикливаться) можно получить передачу и необходимую разность диаметров искусственно - это, если колесо относительно диска не только крутится, но и двигается по какой-то траектории. Заранее можно сказать, что общий вид траекторных принципов отображен в самом конце - на рис.5. Общий принцип передач (и многого другого) - это не только вращение, но и движение. Что и давало раньше получение положительного эффекта.

        Если отпустить ось колеса, дать ей возможность движения, её привод получит нагрузку, пришедшую от диска, и её ось реактивно начнет движение. Здесь пора показать "измененного маленького крокодила", обозначенного на рис.2. Смотрим и понимаем! Sapienti Sat! Там всё осталось на своих местах и в тех же обозначениях, а именно: 1 - ось вращения диска, 2 - ось вращения колеса, А - стрелка возможных перемещений вдоль оси 2. Добавлено и изменено: ось 1 разбита на две части, нижняя часть оставлена ей самой и диску, в верхнюю, обозначенную как 3, вошла ось 2 и шарнирно в ней укрепилась. К оси 3 присоединен привод 4. Получилась новая схема, отличная от "предка" по рис.1, которая, в частности, может работать по-старому, однако, она получила и новые возможности.

        Линия осей 1 и 3 (и их элементов) может служить в качестве особого передающего вала, несущего нагрузку, вращающегося как одно целое при условии, что колесо оси 2 неподвижно. Если при этом привод 4 начинает действовать, он разрывает передачу нагрузки по валу, вносит дополнительное вращение и дополнительное действие, получаемые от привода и от колеса на оси 2.
        Здесь можно представить, что работают одновременно две схемы:  по рис.1 и по рис.2. Относительно рис.2 - это, в частности, передающий вал, по рис.1 - это возможность изменения положения колеса в направлении стрелки А. Передающий вал вращения не передает в каком бы положении ни находилось колесо 2, если не действует привод 4. Потому что в этом случае колесо только обкатывается по диску и в точке контакта с ним не создает никакого усилия.
        Включение привода 4 приводит к передаче вращения от оси 3 к оси 1. Процесс передачи следующий.
Представим, что относительно оси 2 имеется некоторый нагрузочный момент. Диаметр d2 колеса на оси 2 равен диаметру d1 диска в точке контакта. При действии привода 4 колесо на оси 2 начнет обкатываться по диску. При этом ось 3 получает вращение вместе с движением и вращением оси 2. Эффект такой, что на линии осей 3 и 1 ось 3 вращается, а ось 1 не вращается (вал 3-1 разорван), однако, по диску оси 1 обкатывается колесо оси 2, вместе с тем оно вращается вокруг оси 2.

Здесь неожиданно наступают следующие интересные моменты. Они кратко такие:

  • Затормозив ось 3, можно перейти к самому простому частному варианту - к схеме по рис.1,
  • освободив ось 3, получаем самое общее решение и многочисленные возможности - как это показано на рис.2. Далее исследуются и показываются варианты, заложенные в схеме по рис. 2.
Затормозив ось 1, получаем передачу вращения от привода 4 к оси 3. Эта передача совсем не похожа на вриант по рис.1. Она обладает следующими легко представляемыми качествами:
  • например, если d1 = d2, то передаточное отношение  i = 1, а n3 = n4, где n4 - число оборотов привода 4, n3 - число оборотов относительно оси 3,
  • или, например, если d1 = 2*d2 (d1/d2 = 2), то есть колесо сдвинуто соответственно влево - i = 2,
  • или, например, если d1 = 1/2*d2, ось 3 получает убыстрение вращения относитеьно оси 2 (режим мультипликатора).
  • или, в общем случае, колесо на оси 2 автоматически "находит" то свое положение, при котором передаточное отношение создает равенство приведенных моментов на оси 3 и на оси 2,
Создавая момент на оси 3, мы производим действие подтормаживания и, соответственно, вводим тем самым одно из условий работы передачи по рис.2 при заторможенной оси 1.
  • поскольку привод 4 и колесо на оси 2 имеют инерционные массы, вследствие центробежных сил положение колеса на оси 2 будет определяться не только моментом на оси 3, но также скоростью вращения привода 4:
  • например, увеличив скорость привода 4, получим сдвиг колеса по оси 2 влево, тем самым замедлив (!) скорость на оси 3 (и увеличив момент на ней).
  • Примечание: балансировка масс привода 4 и колеса на оси 2 относительно оси 3 производится автоматически за счет возможности привода 4 изменять свое положение на оси 2.
Освободив ось 1 от полного торможения получим:
  • автоматическое достижение равного соотношения приведенных моментов по осям 1 и 3,
  • при этом произойдет автоматический выбор передаточного отношения между осями 1 и 3  (1 и 2),
  • замедление вращения диска на оси 1 такое, что несмотря на внешнее зацепление по диаметрам d1 и d2, один полный оборот колеса, "идущего" по диску, не приведет к получению тех же точек контакта через один оборот, поскольку диск одновременно повернется на некоторый угол - и тем самым равенство диаметров d1 и d2 в точке контакта не создаст передаточное отношение i = 1, а приведет в этом случае к более глубокой редукции,
  • автоматический выбор соотношения диаметров d1 и d2 и выбор редукции, что даст уравновешивание приведенных числа оборотов и моментов на входном и выходном валах.
        Таким образом, маленький крокодил вырос и достаточно просто превратился из зародыша в себе подобного большого крокодила, с многофункциональным организмом, обладающим в среде механики большей подвижностью и приспособляемостью. Его развитие не остановилось и продолжается.

4. Усовершенствования.

        Большой крокодил проходит этапы усовершенствования. Его хвост - один из важных узлов организма. Заставляем его работать, а не "волочиться" впустую. Относительно скелета, представленного на рис.2, - это левая часть оси 2.
Ставим на неё ещё одно колесо и смотрим, что получилось. Дополнение представлено на рис.3.

        Это действительно только дополнение, так как почти ничего не изменилось. Появилось лишь колесо 5 с диаметром d5, посаженное на ось 2. Если дать ему опору и зацепление с обкатываемой поверхностью, оно внесет не только ограничение в работу механизма, но и позволит создать новое (дополнительное) управление. В чем оно, вероятно, видно из схемы по рис.3.
        Привод 4 и колесо 5 заставляют весь механизм работать только в одном режиме: производить обкатку по опоре с одновременным вращением вокруг оси 3. Колесо 2 "сидит" на оси 2 и вращается так же, как и колесо 5 (двигаясь вместе с осью и вдоль неё). В этом "и зарыта собака".
        Дело не в помогающем колесе 5, а в рабочем колесе 2. С его помощью (и с помощью представленного механизма) можно создать те же условия и качества, что были показаны ранее во внутреннем зацеплении.
        Действительно, ось 2 позволяет создать любые условия движения и вращения колеса 2. Если, например, диаметры d2 и d5 не намного отличаются друг от друга, при обкатке колеса 5 по опоре на полный оборот колесо 2 совершит тоже полный оборот. Поскольку угол поворота оси 3 при этом будет определен, колесо 2, обкатываясь по диску, заставит его повернуться на сектор, равный по дуге угла величине своей окружности минус угол поворота оси 3. Если этот "минус" близок к величине окружности колеса 2, поворот диска произойдет на очень малую величину. Таким образом, внешнее зацепление даст возможность получить значительные передаточные числа в одной ступени при близких контактных диаметрах.
        При сдвиге колеса 2 влево диск 1 получит ещё меньший угол поворота - вплоть до полной неподвижности, хотя обкатка по нему колеса 2 идёт. Это значит, что поворот колеса 2 вокруг оси 2 будет равен углу поворота оси 3 (если на оси 1 есть нагрузка). Сдвинув немного колесо 2  в ту или иную сторону по оси 2, получим микровращение диска и оси 1. Такой эффект по рис.1. был недостижим.
        То же самое можно получить при изменении соотношения диаметров колес d2 и d5.
        Относительно схемы по рис.3 есть ещё многие другие особенности, здесь не показанные. Например, привод может быть установлен по оси 3. Et al. И т. д. Таковы вкратце особенности. Остальное требует более подробной разработки.

5. Модификации.

        Они могут быть относительно любого элемента и принадлежать не только схеме, но и  конструкции. Одна из них представлена на рис.4. Это схемное решение, несмотря на кажущуюся конструктивность. Подробности не приводятся.

На рис.5 представлена более глубокая модификация, однако нужно придумать, куда направить "хвост крокодила".
 


Сделать это не очень сложно.
Возможны другие качественно-количественные преобразования.
"Маленький крокодил" разросся, превратился и в большого, и в другие варианты. Начинается их постепенное размножение.
Произойдет естественный отбор, исходя из реальных условий, поставленной задачи и обозначенных схем.
В последующем возможен синтез передач внутреннего зацепления и настоящей кинематики.
Если достаточно такого начального рассмотрения, желаю удачи в собственной более подробной разработке!
Если не нравится, значит, есть другой вариант, - он на подходе.
 

Ведущий и автор Cesiy                     Архив Рассылки                       Рассылка 'Технические фантазии в реальном воплощении'
 
 
 
 
 
 

http://subscribe.ru/
E-mail: ask@subscribe.ru 		Отписаться
Убрать рекламу
В избранное