2. vrste bregastih mehanizama

METODOLOGIJA PROJEKTOVANJA BREGASTIH MEHANIZAMA -Diplomski rad-

_________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________ Jasmin Mrkaljević Strana 3

2. VRSTE BREGASTIH MEHANIZAMA

Bregasti mehanizmi mogu biti izvedeni na različite načine. Pri tome ih također možemo i

klasificirati na nekoliko načina:

• prema obliku brijega i poluge, • prema načinu kretanja brijega i poluge, • prema načinu ostvarivanja kontakta između brijega i poluge, i sl.

2.1. Vrste brjegova i poluga

2.1.1. Vrste brjegova

Oblici brjegova (slika 2) koji se najčešće nalaze u sastavu bregastih mehanizama su:

• pločasti brijeg, • klinasti brijeg i • valjkasti brijeg

Pored nabrojanih brjegova, koji se najčešće pojavljuju u sastavu bregastih mehanizama,

mogući su i sledeći oblici brjegova: ravni pločasti, yoke brijeg, globoidalni (konveksni i konkavni), konični, sferični, inverzni brijeg, trodimenzionalni.

a) b) c)

Slika 2. Vrste brjegova, a) – pločasti brijeg, b) – klinasti brijeg, c) – valjkasti brijeg

Slika 3. Pločasti brijeg

Pločasti brijeg (slika 3) ima oblik pravougaone ploče i vrši translatorno kretanje. U svojoj površini ima urezan tzv. vodeći kanal kroz koji se kreće radno tijelo poluge – točkić, te preko njega vrši pomijeranje poluge. Poluga se može kretati translatorno ili oscilatorno u zavisnosti od potreba koje su stavljene pred mehanizam. Ovo je najjednostavniji oblik brijega. Poluga preko radnog tijela i brijeg preko dodirne površine ostvaruju kontakt i zadržavaju ga na osnovu dejstva opruge ili na osnovu urezanog vodećeg kanala.

Brijeg konstantne širine (slika 4) je omeđen polugom sa suprotnim točkićima ili površinama sa konstantnom udaljenošću. Brijeg vrši rotaciono kretanje dok poluga može vršiti rotaciono ili translatorno kretanje. Kontrola kretanja poluge na bregastom mehanizmu sa jednim brijegom je ograničena na 1800 rotacije brijega.


_________________________________________________________________________________


Slika 4. Brijeg konstantne širine ( konstantna veličina dodirnih površine )

Konjugirani, komplementarni ili brijeg sa dva diska (slika 5), je onaj koji ima dva radijalna diska

i svaki od njih ima kontakt sa radnim tijelom poluge – točkićem. Poluge sa radnim tijelom u obliku točkića se generalno koriste kod ovih brjegova.

Slika 5. Konjugirani ili komplementarni brijeg (brijeg sa dva diska)

Dva točkića na poluzi omogućavaju bolje vođenje odnosno rad mehanizma, sprječavaju

poskakivanja i trzaje, i međusobno se kontrolišu. Ovakav dizajn efektivno umiruje polugu pri većim brzinama i visokom dinamičkom opterećenju, što dovodi do niže buke i vibracija i smanjenog trošenja kontaktnih površina.

Spiralni brijeg (slika 6) ima posebne vodeće kanale urezane u svojoj površini. Ti kanali su zubčaste staze po kojima se kreću zubčasti radni članovi poluga. Poluge mogu vršiti translatorno ili rotaciono kretanje.

Slika 6. Spiralni brijeg


_________________________________________________________________________________


U praksi se može sresti da je sama poluga, tj. njen vrh ozubljen, i koristi se kao radno tijelo ili

da se doda radno tijelo u obliku ozubljenog točkića. Ugaona brzina poluge je određena rastojanjem između urezanog zubčastog kanala i same konture – ivice brijega. Ova vrsta brjegova koristi se kod ručno upravljanih sistema.

a)

b)

Slika 7. Cilindrični brijeg a) – cilindrični brijeg s urezanim kanalom za vođenje,

b) – cilindrični brijeg s vanjskom (narezanim) vođicom - šinom

Cilindrični brijeg ili valjkasti brijeg (slika 7), vrše rotaciono kretanje oko svoje ose, a pogonjeni član mehanizma, poluga, vrši translatorno ili rotaciono kretanje. Kod bregastih mehanizama se najčešće primjenjuju poluge sa radnim tijelom u obliku točkića. U slučaju brzog trošenja radijalnih točkića, da bi se izbjeglo njihovo trošenje i da bi se reduciralo klizanje i trošenje uzrokovano različitim brzinama kretanja, koriste se ojačani konični točkići koji se slabo troše.

Postoje dvije vrste cilindričnih brjegova. Cilindrični brijeg sa urezanim vodećim kanalom u svojoj površini prikazan je na slici 7.a., dok cilindrični brijeg sa vanjskom vođicom je prikazan na slici 7.b. Vođica svojim izgledom podsjeća na šinu koja se nalazi na vanjskoj površini cilindričnog brijega.

a) b)

Slika 8. Globoidalni brijeg a) – konkavna površina brijega, b) – koveksna površina brijega


_________________________________________________________________________________


Globoidalni brijeg rotira oko svoje ose i kroz urezani ili narezani kanal vrši vođenje poluge

preko radnog tijela poluge – točkića. Sličan je izgledom i radom cilindričnom brijegu. Globoidalni brijeg, kao i cilindrični brijeg, može imati urezan kanal za vođenje radnog tijela poluge – točkić u svojoj površini ili može da ima na svojoj površini vođicu u obliku zakrivljene šine.

Pored ove podjele može se napraviti i podjela po obliku profila brijega pa može biti konkavni (slika 8.a.) i konveksni (slika 8.b.) oblik brijega.

Sve vrste globoidalnih brjegova imaju dug životni vijek, male vibracije i buku, slabo trošenje kontaktnih površina, slab zamor površine i veliku preciznost u radu pri velikim brzinama.

Ova vrsta brjegova je ekonomična za sve vrste bregastih mehanizama.

Kada je riječ o koničnim brjegovima (slika 9), oni vrše rotaciono kretanje dok poluga vrši translatorno kretanje. Pored translatornog kretanja poluge ona može vršiti i rotaciono kretanje kao i sam brijeg.

Slika 9. Brijeg u obliku konusa

Ova vrsta brjegova se slabo upotrebljava iz razloga kompleksne proizvodnje. Njihova upotreba je ograničena na područja gdje je potrebna promjena smijera kretanja na ograničenom prostoru. Vodeći kanal je usječen u radijalnu konturu brijega, kroz koju se kreće radno tijelo poluge – točkić.

Slika 10. Brijeg u obliku sfere

Sferični brijeg (slika 10), kao što sam naziv kaže, ima rotirajuće tijelo u obliku sfere, koja svojim kretanjem uzrokuje oscilatorno kretanje poluge. Osa rotacije poluge je okomita na osu rotacije brijega. Ograničenja koja se odnose na ovu vrstu brjegova su slična oganičenjima konusnih brjegova.


_________________________________________________________________________________


Slika 11. Inverzni brijeg Inverzni brijeg je karakterističan primjer brjegova. Element koji odgovara poluzi bregastog

mehanizma je korišten kao pogonski član. Na slici 11 je prikazan bregasti mehanizam sa oscilatornom polugom čija je uloga pokretanje cijelog mehanizma, i translatornim gonjenim članom čija je površina za vođenje radnog tijela poluge – točkića, zakrivljena.

Trodimenzionalni (3D) brijeg, ima zakrivljenu dodirnu površinu koja rotira oko longitudinalne ose i relativno se kreće duž te ose u odnosu na ose translacije poluga. Pozicija poluga zavisit će od ugla nagiba brijega u odnosu na osu poluge i pozicije u kojoj se brijeg nađe pri translatornom kretanju. Ova vrsta brjegova ima ograničenu upotrebu iz razloga velikih troškova proizvodnje, pojave frikcionih sila i zahtijeva za velikim radnim prostorom.

2.1.2. Vrste poluga Oblici poluga (slika 12) koje se najčešće nalaze u sastavu bregastih mehanizama su:

• poluga sa špicastom dodirnom površinom, • poluga sa točkićem i • poluga sa ravnom ili sferičnom dodirnom površinom tzv. gljivasta poluga.

Poluga sa špicastom dodirnom površinom (slika 12.a.), ostvaruje kontakt sa dodirnom površinom brijega u tački. Iako je jednostavna za dizajniranje i izradu, ovaj tip poluge nije praktičan iz razloga pretjeranog trošenja dodirne površine zbog pojave trenja u dodirnoj tački. Istrošenost dodirne površine uzrokuje nepravilan rad mehanizma i potrebno je izvršiti zamjenu poluge. Ovo je uticalo na ekonomičnost proizvodnje i upotrebe ove vrste poluge. Da bi se pokušalo smanjiti brzo trošenje dodirne površine poluge izvršeno je redizajniranje poluge i došlo do dizajna koji je podrazumijevao izmjenjive dodirne površine. Izmjenjivi dio se proizvodio u obliku kuglice i igle koje su termički obrađene radi povećanja površinske tvrdoće. Pri izboru oblika poluge nastoji se odabrati geometrijski jednostavniji oblik, a zadato kretanje postiže se ispravnim profilisanjem brijega u skladu sa izabranim oblikom poluge. Sljedeći tip poluge jeste poluga čije radno tijelo je točkić (slika 12.b.). Poluga i brijeg su ostvarivali kontakt preko radnog tijela – točkića. Kao i kod prethodne vrste poluge, radno tijelo – točkić je termički obrađen radi povećanja površinske tvrdoće. Trošenje dodirne površine točkića je smanjeno u odnosu na prethodni slučaj poluge, a pri njegovoj istrošenosti uslijedila je njegova zamjena novim. U kontaktu sa dodirnom površinom brijega, radnog tijela – točkića, dolazi do pojave kotrljanja odnosno trenja kotrljanja, pri nižim brzinama kretanja brijega, dok pri većim brzinama kretanja brijega evidentna je pojava proklizavanja tj. trenja klizanja. Kod valjkastih bregastih mehanizama promjena brzine kretanja radnog tijela poluge – točkića je rezultat rotacionog ubrzanja, uzrokovanog kretanjem točkića kroz kanal za vođenje sa različitim prečnicima zaobljenja kontura kanala.


_________________________________________________________________________________


a) b) c) d)

Slika 12. Poluge sa različitim dodirnim površinama a) – poluga sa špicastom dodirnom površinom, b) – poluga sa točkićem,

c) – poluga sa ravnom dodirnom površinom, d) – poluga sa sferičnom dodirnom površinom Sljedeći tip poluge jeste poluga sa ravnom i sferičnom dodirnom površinom (slika 12.c. i 12.d.), tzv. gljivasta poluga. Kod oba slučaja gljivaste poluge, dodirne površine su termički tretirane. Sferična dodirna površina gljivaste poluge ima veliki radijus koji omogućava kompenzaciju u slučaju mimoilaženja dodirnih površina, što nije slučaj sa gljivastom polugom sa ravnom dodirnom površinom. U slučaju savijanja rubova dodirnih površina gljivaste poluge moguće je izvršiti ojačanja različitim oblicima podupirača.

a) b)

Slika 13. Položaj ose translatornog kretanja u odnosu na centar rotacije brijega a) – ekscentričnost, b) - centričnost

Osa translatornog kretanja poluge u odnosu na centar rotacije brijega može biti ekscentrična ili centrična, tj. da osa translatornog kretanja poluge i centar rotacije brijega leže na istoj osi (slika 13). Često, pomijeranje ose tj. upotreba ekscentriciteta, ima za cilj da se poboljša iskorištenje performansi mehanizma. To iskorištenje se ogleda kroz reduciranje sila opterećenja, smanjenje zamora kao i smanjenje veličine brijega. Ekscentricitet bi trebao biti na onoj strani bregastog mehanizma koja će obezbijediti bolje djelovanje sila komponenti mehanizma, koje imaju tendenciju da zataje pri translatornom kretanju poluge.


_________________________________________________________________________________


2.2. Vrste kretanja brijega i poluge

U tabeli 1 biti će prikazana podjela bregastih mehanizama u odnosu na vrstu kretanja brijega i poluge. Tabela 1. Podjela mehanizama s obzirom na način kretanja brijega i poluge

Bregasti mehanizam sa rotirajućim brijegom i polugom sa ravnom dodirnom površinom koja vrši translatorno kretanje.

Bregasti mehanizam sa rotirajućim brijegom i polugom čije radno tijelo je točkić, koja vrši rotaciono kretanje.

Bregasti mehanizam sa rotirajućim brijegom i polugom sa ravnom dodirnom površinom, koja vrši rotaciono kretanje.

Bregasti mehanizam sa brijegom koji vrši translatorno kretanje i polugom čije radno tijelo je točkić, koja vrši translatorno kretanje.

Bregasti mehanizam sa brijegom koji vrši translatorno kretanje i polugom čije radno tijelo je točkić, koja vrši rotaciono kretanje.

Bregasti mehanizam sa brijegom koji vrši translatorno kretanje i polugom sa ravnom dodirnom površinom, koja vrši rotaciono kretanje.

Prostorni bregasti mehanizam sa valjkastim brijegom, koji vrši rotaciono kretanje i polugom čije radno tijelo je točkić, koja vrši rotaciono kretanje.

Prostorni bregasti mehanizam sa valjkastim brijegom, koji vrši rotaciono kretanje i polugom čije radno tijelo je valjak ( konus ili točkić ), koja vrši translatorno kretanje.


_________________________________________________________________________________


2.3. Način ostvarivanja kontakta izme đu dodirnih površina brijega i poluge

Uspostavljanje i održavanje stalnog kontakta dodirnih površina poluge i brijega (slika 14) može se ostvariti tzv. pozitivnim vođenjem, što je slučaj kod valjkastih brjegova gdje točkić se kreće po profilisanoj površini – kanalu ili kod konjugovanih brjegova, dejstvom opruge, upotrebom brijega konstantne širine i pod uticajem gravitacije. Dosadašnja iskustva pokazuju da pri upotrebi bregastih mehanizama kod kojih se ostvaruje kontakt izemeđu radnog tijela poluge – točkića i brijega, vođenjem kroz profilisani kanal (valjkasti bregasti mehanizmi), se ne dobija velika tačnost vođenja iz razloga pojave zazora između dodirnih površina radnog tijala – točkića i profilisanog kanala. Klizanje, trošenje, buka i vibracije mogu se javiti pri velikim brzinama kretanja valjkastog brijega. Velike brzine kretanja i veliki teret, koji opterećuje valjkasti bregasti mehanizam, mogu uzrokovati iskakanje radnog tijela poluge – točkića iz profilisanog kanala. Da bi se izbjeglo iskakanje radnog tijela – točkića iz profilisanog kanala i smanjilo trošenje i zamor kontaktne površine, mogu se upotrijebiti radna tijela poluge – točkići konusnog oblika ili točkići sa krunicom.

a) b) c)

d) e)

Slika 14. Ostvarivanje stalnog kontakta između brijega i poluge a) – vođenje točkića pomoću kanala, b) – pomoću konjugovanih brjegova,

c) – pomoću dejstva opruge, d) – pomoću brijega konstantne širine (kinematičko zatvaranje), e) – pomoću dejstva gravitacije

2. vrste bregastih mehanizama

Documents