Учебное пособие 786

d - Диаметр сечения, мм;

σс - напряжение сжатия (или растяжения), вычисляемое по формуле

где Fx - сила, вызывающая сжатие или растяжение, Н . Напряжение кручения МПа, вычисляемое по формуле

где Т - крутящий момент, Н мм;

Wp - полярный момент сопротивления сечения вала,

мм3 ; [σи] - допускаемое напряжение изгиба (для углеродистых

сталей можно принять [σи ] - 40 - 60 МПа, для легированных сталей -70-80 МПа, для винипласта - 12 - 15 МПа).

где Мну, Миz - изгибающие моменты в расчетных плоскостях Oxу и Oxz в рассматриваемом сечении; при плоском изгибе значение MР равно изгибающему моменту в плоскости изгиба. Проверке подлежат те сечения, где расчетный момент MР, достигает наибольшего значения, а также места резкого уменьшения диаметра вала. При выборе опасных сечений учитывают, что в участке вала, охватываемом деталью, напряжения изгиба меньше расчетных, так как вал и ступица детали изгибаются вместе. Если оказывается, что условие (13) статической прочности вала не выполнено, то вал конструируют заново, учитывая поперечные размеры. При жестких требованиях к габаритам всего узла бывает необходимо сохранить исходные размеры вала, тогда применяют материал с более высокими характеристиками прочности.

9

3.Вопросы к домашнему заданию

1. Что такое кинематические пары и кинематические цепи?

2.Какие существуют основные виды механизмов?

3.Как определяются первая и вторая передаточная функция механизма?

4.Какую передаточную функцию имеют зубчатые механизмы?

5.Каким образом определяется передаточное отношение для последовательно соединенных зубчатых передач?

6.Чему равен коэффициент полезного действия для последовательного и параллельного соединения механизмов?

7.Как определяются полярные моменты сопротивления?

8. Что такое деформация и напряжение при растяжении вала?

9.Каким будет условие прочности при совместном действии изгиба и кручения?

10.Какие механические характеристики служат для количественной оценки свойств материалов, определяющих сопротивление деформации?

11.Как определяется передаточное число и чему оно равно для заданных зубчатых механизмов?

4. Лабораторные задания и методические указания по их выполнению

Задание № 1. Построить кинематическую схему механизма лабораторной установки.

Методические указания по выполнению первого задания

После ознакомления с лабораторным стендом, содержащим различные механизмы: винт-гайка, зубчатые и

10

Для выполнения задания следует воспользоваться сведениями, приведенными в /3, с. 116 - 121/, и учесть, что развиваемый крутящий момент от двигателя при мощности P1 и угловой скорости вращения ω1 равен

Указания по оформлению отчета

Отчет оформляется в виде пояснительной записки на листах формата А4 (210 х 297 мм). Необходимо дома подготовить заготовку по всей работе. Заготовка должна содержать все пункты домашних заданий и результаты их выполнения, цель и содержание работы, все пункты лабораторных заданий и свободные места для их выполнения. Титульный лист выполняется в виде отдельной обложки, в которую вкладывается отчет.

5. Контрольные вопросы к лабораторным заданиям

1.От чего зависит напряжение при кручении вала?

2.Как определяется крутящий момент вала?

3.Oт чего зависит коэффициент полезного действия зубчатой и червячной передач?

4.Как влияет число заходов и шаг резьбы на скорость перемещения механизма винт-гайка?

13

5 Чему равен предел прочности для сталей, бронз, конструкционных текстолитов и полиамидов?

6.Как определяется предел прочности материала из диаграммы растяжения?

7.Запишите закон Гука при кручении и растяжении.

9.Как определяется предел текучести материала?

10.Как рассчитывается напряжение при изгибе?

11.Запишите закон Гука при сдвиге.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 ИССЛЕДОВАНИЕ КУЛАЧКОВЫХ МЕХАНИЗМОВ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

1.Общие указания по выполнению работы

1.1.Цель работы

Исследовать профили кулачков для кулачковых механизмов с поступательно движущимся и качающим толкателем. Определить законы движения толкателя, его функцию положения и проанализировать их в зависимости от угла поворота кулачка.

Освоить методику расчета контактных напряжений, возникающих между кулачком и роликом толкателя, провести выбор материалов для кулачковых механизмов с учетом условия прочности.

1.2. Общая характеристика работы Основным содержанием практической работы является

исследование законов движения кулачковых механизмов с поступательным и вращательным движениями кулачка, построение профилей кулачков и расчет контактных напряжений между роликом толкателя и кулачком. При исследовании механизмов используется лабораторный стенд, ранее применяемый при выполнении лабораторной

14

работы № 1. Фактически кулачковый механизм связан с исполнительным устройством, обуславливающим перемещение частей цилиндрического СВЧ волновода.

Рассмотрены вопросы расчетов кулачковых механизмов разных типов, определены перемещения, скорости и ускорения выходного звена по заданному закону движения входного звена и форме профиля кулачка. Нормальная работа кулачкового механизма возможна лишь при непрерывном контакте толкателя с кулачком. Это достигается геометрическим или силовым замыканием.

Вработе анализируются различные законы движения толкателя: равномерное, равнопеременное и синусоидальное, рассмотрены вопросы выбора радиуса ролика толкателя и расчеты на прочность.

Впроцессе работы необходимо соблюдать общие правила по технике безопасности при работе с электроустановками с напряжением до 1000 В.

2.Домашнее задание и методические рекомендации

по их выполнению

Задание № 1. Изучить основные законы движения и классификацию кулачковых механизмов, в заготовку отчета занести основные виды кулачковых механизмов.

Методические указания по выполнению первого задания

При выполнении задания изучить материал /1 с. 17, 2 с. 17; 3, с. 319 - 332; 4, с. 225 -227/. Анализируя задание, следует учитывать, что кулачковые механизмы предназначаются для воспроизведения заданного закона движения рабочих звеньев или для сообщения им требуемых перемещений с остановами заданной продолжительности. Кулачковые механизмы образуются путем силового замыкания звеньев: кулачка и толкателя (коромысла). Кулачок обычно пред-

15

ставляет собой диск (или цилиндр), профиль которого очерчен определенной кривой, которая строго задает движение толкателю. В зависимости от вида движения сопряженное с кулачком звено называется либо толкателем (рис. 1 а, 1 б), либо коромыслом (рис. 1 в, 1 г). Кулачок и коромысло соединяют со стойками с помощью вращательных пар с поступательной парой. Для уменьшения потерь на трение толкатель или коромысло снабжают цилиндрическими роликами. Конструктивно силовое замыкание звеньев осуществляется за счет сил упругости - предварительно деформированной пружины. Механизмы используют для преобразования вращательного (рис. 1 а, 1 в) или возвратнопоступательного движения (рис. 1 б) входного звена 1 в возвратно-поступательное (рис. 1 а, 1 б) или возвратновращательное (рис. 1 в) движение выходного звена 2 даже с остановками заданной продолжительности. Наибольшее распространение получили механизмы с вращающим кулачком (рис. 1 а, 1 в). При повороте кулачка 1 на угол φ толкатель 2 (рис. 1 а) перемещается на величину S. В зависимости от профиля кулачка перемещение S может быть разной функцией угла поворота φ, S = S(φ).

Для кулачкового механизма с качающим толкателем поворот кулачка 1 на угол φдает угловое перемещение ψ, т.е. ψ=ψ(φ). На рис. 2 приведена диаграмма перемещения толкателя как функции угла поворота кулачка. При повороте кулачка на угол φу происходит подъем толкателя (фаза удаления). Затем во время поворота на угол φу толкатель останавливается - наступает фаза дальнего стояния. Следующая фаза - фаза возврата, во время которой толкатель возвращается в исходное положение (угол поворота φу) после чего останавливается в фазе ближнего стояния ( угол поворота φб). По назначению кулачковые механизмы можно разделить на функциональные, воспроизводящие заданный

16

В первом случае задается закон перемещения толкателя, во втором - время прохождения каждой из четырех фаз (или углы

φу, φб, φб, φr), максимальное смещение Sмax толкателя и угловая скорость кулачка. Зависимость S = f (φ) получают двойным интегрированием выбранной функции изменения

аналога ускорения

а = ω2·d2S/dφ2 .

Рассмотрим следующие законы движения толкателя; равномерное V = const, равнопеременное а = const и синусоидальное а = Sinφ (где V - скорость, а - ускорение).

синусоидальном (3) движениях. При равномерном движении наблюдается мгновенное изменение в точках 0 и А, что вызывает теоретически бесконечно большие значения ускорений толкателя, это явление носит название жесткого удара. Из-за упругости звеньев ускорение толкателя 0 в А в действительности конечно, но силы в контакте кулачка и толкателя возрастают в 4 - 5 раз по сравнению с нормальным.

Это влечѐт за собой вибрации и повышенный износ трущихся элементов звеньев. Учитывая это, равномерное движение толкателя может быть применено лишь в тихоходных механизмах. При равномерном движении (линия 2) толкатель сначала совершает равноускоренное движение, а затем - равнозамедленное. Ускорения толкателя имеют конечное значение. Но при смене знака ускорения возникает так называемый мягкий удар из-за разрыва третьей производной перемещения толкателя; при мягком ударе силы в контакте возрастают в 2 - 3 раза. Из рассматриваемых законов наиболее совершенен синусоидальный график изменения ускорения, при котором наблюдается плавное

18