Механизмы мальтийского креста

Механизмы мальтийского креста (рис. 6.12) являются, по существу, разновидностью кулисных механизмов (см. рис. 6.10, в). Роль кулисы выполняют по очереди пазы 1 мальтийского креста 2, а роль ползуна – цевка 4.

Рис. 6.12. Механизм мальтийского креста:

1 – паз; 2 – крест; 3 – кривошип; 4 – цевка

Непрерывно вращающийся кривошип 3 своей цевкой 4 входит в паз креста и поворачивает его на угол Dj = 2p/ z, где z = 3…20 – число пазов креста. Затем цевка выходит из паза, и крест останавливается до момента входа цевки в следующий паз. После выхода цевки из паза крест оказывается «на свободе» и может самопроизвольно повернуться. Для предотвращения самопроизвольного поворота в механизм встраивается фиксатор. Обычно (но не всегда) фиксатор выполняется в виде неполного диска 5, входящего в дугообразные вырезы креста на время его "выстоя".

Таким образом, крест и приводимые им в движение детали совершают периодические (шаговые) повороты. Времена поворота и выстоя креста определяются скоростью вращения кривошипа и числом пазов креста. Движение креста, как кулисы, является неравномерным – с разгоном и торможением.

Передаточное отношение механизма мальтийского креста u ¹ const. Также и КПД механизма h ¹ const. Примерный вид графиков j = f ₁(a), = f ₂(a),, = f ₃(a), где j – угол поворота креста, a – угол поворота кривошипа, приведен на рис. 6.13.

Максимальная угловая скорость креста равна

, (6.22)

где w₁ – скорость вращения кривошипа;

(см. рис. 6.12).

Рис. 6.13. Перемещение, скорость и ускорение мальтийского креста

Максимальное угловое ускорение креста

(6.23)

где

(6.24)

В начале и конце поворота креста имеют место скачки ускорения и, как следствие «мягкие» удары, вызывающие дополнительные динамические нагрузки в механизме.

Длины кривошипа R = O₁A и стойки L = О₁О₂ связаны зависимостью R = Lsin (p/ z). Истинные размеры звеньев механизма выбираются исходя из: соображений компоновки, нагрузок в звеньях и шарнирах механизма, жесткости и точности механизма и др.

Механизм мальтийского креста широко применяется в транспортирующих устройствах технологических машин и линий, обеспечивая шаговое перемещение с плавным разгоном и торможением. На рис. 6.14, а изображена схема привода цепного линейного транспортера, а на рис. 6.14, б – схема привода кругового транспортирующего устройства – карусели.

а б

Рис. 6.14. Привод транспортирующего устройства:

а – линейного, б – кругового;

1 – цепной транспортер; 2 – мальтийский крест; 3 – кривошип; 4 – карусель;
5, 6 – зубчатая передача

Кривошип 3 мальтийского механизма закреплен на выходном валу редуктора P. Мальтийский крест в схеме а поворачивает звездочки цепного транспортера, а в схеме б поворачивает шестерню 6 зубчатой передачи. Передача позволяет изменить шаг поворота карусели по сравнению с шагом, определяемым числом пазов креста. Шаг поворота карусели, в этом случае, будет

(6.25)

где u – передаточное отношение зубчатой передачи.

В технологических машинах время выстоя транспортера используется для выполнения какой-либо операции – это рабочее время t _p, а время движения – это потери времени, холостое время t _x, поэтому стремятся увеличить t _p и уменьшить t _x.

Если кривошип мальтийского механизма, вращается с постоянной скоростью w₁ = const, то угол поворота кривошипа a_п (см. рис. 6.12), соответствующий повороту креста на один шаг

(6.26)

Угол поворота кривошипа a_в, когда крест стоит

(6.27)

Время поворота креста

(6.28)

Время выстоя креста

(6.29)

Отношение времени поворота и выстоя

(6.30)

Из этой формулы следует: чем меньше пазов у креста, тем больше полезное время выстоя креста по сравнению со временем его движения. Однако с уменьшением числа пазов усиливается «мягкий» удар, поэтому кресты с числом пазов z < 4 не делают. При z = 4 K = 1/3. Это предельное для механизма мальтийского креста соотношение времен поворота и выстоя.