книги из ГПНТБ / Быстрова, В. И. Проектирование механизмов и приборов для целлюлозно-бумажных производств учебное пособие

Храповое устройство является простым средством создания прерывистого движения. Оно дает возможность получать весьма

правило, из конструктивных соображений задают шаг зубьев, рав­ ный t. Чем точнее требуется фиксация ведомой оси, тем мельче должен быть шаг t = nD/z, где D — наружный диаметр храпового колеса. Число зубьев z колеса зависит от наименьшего угла пово­ рота его (фо) за один ход собачки: г=2л:/фо. Рабочая высота зуба колеса выбирается равной h = l/2.

Расчет на прочность храповых механизмов сводится к проверке на срез и смятие оси вращения собачки, а также к ограничению удельного давления на поверхность контакта. Исходя из последнего,

колеса, Н/м. Длина зуба колеса обычно меньше соответствующего размера собачки.

В качестве материала храповых колес и собачек применяют Сталь 20Х с цементацией и закалкой до HRC 45—50 ([q] ^ 4 0 Н/м).

атакже Сталь 40, Сталь 45 и др.

§8. ШАРНИРНО-РЫЧАЖНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

Вряде случаев, в частности в счетно-решающих устройствах, возникает необходимость передачи движения, не пропорционального

заданному, а изменяющегося по какому-либо закону. Для этой цели служат шарнирно-рычажные передачи, среди которых особен­ но часто применяются кривошипно-шатунные простые и внецентровые (дезаксиальные), тангенсные, синусные, пространственные поводковые передачи.

Кривошипно-шатунные механизмы

Предположим, что ведущим звеном является кривошип / (рис. 54, а ), ведомым — ползун III, связанный с кривошипом I шатуном II, т. е вращательное движение преобразуется в поступательное (в приборах применяется и обратное преобразование). Под пере­ даточным отношением в механизмах, преобразующих вращательное

Рис. 54. Кривошипно-шатунный механизм.

а — простой, 6 — дезаксиальный.

движение в поступательное и поступательное во вращательное,

Чем больше отношение с//, тем интенсивнее меняется передаточное отношение.

Тангенсный механизм

Тангеисный механизм представлен на рис. 55. Закон движения ползуна А описывается уравнением x = atga. Передаточное от­ ношение

I

где vB— линейная скорость точки В, лежащей на поводке; vA — линейная скорость конца ползуна. Отсюда

Если х мало по сравнению с а, то отношением х2/а2 можно пре­ небречь, тогда i «l . В этом случае механизм становится пропорцио­ нальным. При возрастании х уменьшается i. Для тангенсного ме­ ханизма так же, как и для синусного, характерны незначительные потери на трение, малый износ, следовательно, высокая точность передачи движения.

91

С и н у с н ы й м е х а н и з м

Схема механизма представлена на рис. 56. Уравнение синусного

Пространственная поводковая передача

Поводковые передачи не только изменяют передаточное отно­ шение по определенному закону, но и преобразуют вращательное движение в одной плоскости во вращательное движение в другой

Рис. 57. Пространственные поводковые передачи.

а — с прямыми поводками; б —с наклонным ведущим поводком.

плоскости. Такие передачи имеют много модификаций в зависимости от наклона поводков к соответствующим осям.

Рассмотрим передачу, показанную на рис. 57,а. Здесь АА — ведущая ось, ВВ — ведомая. Если вращать ведущую ось, то ее поводок будет вращаться в вертикальной плоскости. Поводок ведомой оси будет тоже вращаться, но в горизонтальной плоскости. Каждому углу а поворота ведущего поводка соответствует угол [3

92

поворота ведомого поводка. Обозначим через U начальный размер ведущего поводка; /2— начальный размер ведомого поводка. Путь,

§ 9. ФРИКЦИОННЫЕ МЕХАНИЗМЫ

Фрикционная передача осуществляется при помощи касающих­ ся между собой фрикционных колес или катков. Необходимым условием передачи момента с ведущего звена на ведомое является прижимающая сила Р, создаваемая пружинами. От действия силы Р между звеньями l u l l (рис. 58, а) при движении возникает сила трения F = P-f, где f — коэффициент трения скольжения между звеньями / и II. Эта сила трения является окружным усилием для ведомого звена, противодействующим окружному усилию Q от по­ лезного крутящего момента.

93

Передача движения возможна только при условии F^>Q, тогда необходимая величина силы Р будет

Рис. 58. Фрикционные передачи.

применяются только при малых вращающих моментах. Поджимаю­ щая сила Р целиком действует на опоры, вызывает износ детален. Для ее уменьшения следует выбирать материалы колес с большим коэффициентом трения f.

Кинематический расчет фрикционных механизмов

Ф р и к ц и о н н ы й м е х а н и з м ш а р и к о в о г о т и п а пред­ ставлен на рис. 58, б. Ведущее звено — диск 1. Вращение передается через фрикционное сцепление шарикам 2 и 3. Последние связаны

94

с ведомой осью также фрикционно. Обойма 5 с шариками 2 и 3 имеет возможность перемещаться продольно относительно валика 4.

Определим передаточное отношение механизма. При отсутствии проскальзывания между звеньями окружные скорости вращения

ловые скорости обратно пропорциональны радиусам вращенияЕсли радиусы шариков одинаковы, то i2—3 = со2/о)з= 1. Передаточное отношение между шариком 3 и валиком 4 будет

рис. 58, в. Ролжк 2 может перемещаться вдоль оси 4, меняя при этом положение точки касания с диском 1. При вращении диска

Рис. 59. Фрикционные механизмы с плавным изме­ нением передаточного отношения (вариаторы).

95

движение передается на ролик 2 и, следовательно, на ведомую ось 4, а затем на другие элементы механизма. Передаточное отно­ шение i\-i =wi/co4 = rp//?, где гр — радиус ролика; -радиус на диске.

Грибовидный фрикцион работает аналогично предыдущему, от­ личие лишь в способе ввода радиуса вращения. Шаровой сегмент / (рис. 58, г) вращается вокруг оси тт, которая может поворачи­ ваться относительно оси пп на угол а так, что при повороте обра­ зуется радиус p= J?sina, где R — радиус сферы сегмента; а — угол поворота оси. Для передачи движения необходима прижимающая сила Р, которая прикладывается к ролику. Передаточное отноше­

ние f 1—2 = &>i/(x)2 = гр/р-

Фрикционные механизмы конструктивно просты и дешевы в изготовлении. Позволяют быстро и удобно осуществлять вклю­ чение и выключение механизма, дают возможность плавно менять передаточное отношение, а также создавать реверсивные переда­ чи с переменными числами (рис. 59), предохраняют передаточный механизм от повреждений при перегрузках, не имеют мертвого хода.

Благодаря перечисленным особенностям фрикционные меха­ низмы нашли широкое применение в счетно-решающей технике. С их помощью можно производить интегрирование, умножение, возведение в степень, логарифмирование. Кроме того, их приме­ няют в лентопротяжных механизмах различных самописцев, для, создания беззазорных отсчетных устройств и т. п.

§ 10. ПЕРЕДАЧИ ГИБКИМИ СВЯЗЯМИ

Передачи гибкой связью применяются в приборах и автомати­ ческих устройствах в тех случаях, когда требуется передать вра­ щение на сравнительно большие расстояния либо преобразовать вращательное движение в поступательное или поступательное во вращательное. Они состоят из ведущего и ведомого звеньев, кото­ рые могут быть выполнены в виде колес, барабанов, шкивов, ро­ ликов и т. п., связанных между собой с помощью гибких тел. В качестве последних применяются стальной канатик, гладкая или перфорированная стальная лента, шнур шелковый, хлопчатобу­ мажный, нейлоновый, кожаный, а также ремни и цепочки. Особен­ но широкое применение нашли ленточные передачи.

Ленточные передачи

Ленточные 'передачи осуществляются с помощью ленты, изго­ товленной из высокоуглеродистой стали, имеющей толщину 0,05— 1,5 мм при ширине 2—60 мм, и роликов, закрепленных на вра­ щающихся осях. С помощью ленточных передач можно передавать вращательное движение или преобразовывать вращательное в по­ ступательное движение. Передача может осуществляться как по линейному закону, так и нелинейному.

96

В зависимости от типа связи ленты с роликом существуют два вида ленточных передач: передачи с гладкими роликами и закре­ пленной на них лентой (рис. 60, а), широко применяемые вследст­ вие их высокой точности (недостатком таких передач является сравнительно малый угол поворота — до 300°) и передачи с глад­ кими роликами и свободной лентой (рис. 60, б), позволяющие осу-

Рис. 60. Ленточные передачи.

й — с закрепленной лентой; б — со свободной лентой.

ществлять повороты около 360°. Применение таких передач огра­ ничено проскальзыванием ленты на роликах. Ленточные передачи могут передавать движение на значительные расстояния (1,5—2 м).

ГЛАВА 8. НАПРАВЛЯЮЩИЕ И ОПОРЫ

Опорами и направляющими называются устройства, обеспечи­ вающие заданное относительное движение деталей и узлов. Су­ ществуют направляющие для вращательного и прямолинейного движения.

В основе конструирования всех направляющих лежат два мето­ да: кинематический и машиностроительный. Кинематический метод исходит из чисто теоретических предпосылок, абстрагированных от реальных условий, при которых должны работать направляю­ щие. Такой метод дает возможность определить, сколько точек опоры надо взять, чтобы обеспечить заданное направление. Он за­ ключается в том, что две детали, сконструированные для совмест­ ной работы, имеют общее число точек касания и степеней относи­ тельной свободы, равное шести. Кинематический метод конструиро­ вания направляющих приемлем в тех случаях, когда нагрузки на направляющие невелики. В противном случае используется маши­ ностроительный метод, учитывающий все реальные факторы. Здесь имеют место линии и поверхности касания деталей, в отличие от предыдущего метода, обеспечивающего точки касания направля­ ющих.

§ 1. ТРЕНИЕ В НАПРАВЛЯЮЩИХ

Виды трения

Трение — сложное явление, возникающее при взаимодействии материалов, сопровождающемся механическими, физико-химиче­ скими, электрическими и другими процессами.

Различают трение внешнее и внутреннее. Внутреннее трение связано с несовершенной упругостью твердых тел либо вязкостью жидкостей и газов. Внешнее трение представляет собой сопротив­ ление, возникающее между телами при их относительном переме­ щении. Оно характеризуется тремя тесно связанными между собой процессами: взаимодействием поверхностей твердых тел, измене­ ниями в поверхностных и глубинных слоях материалов и разруше­ нием поверхностных слоев, при котором неровности более твердой поверхности внедряются в более мягкую поверхность.

Основной характеристикой трения является сила трения, на­ правленная в сторону, противоположную сдвигающему усилию. Трение в механизмах может быть как полезным (во фрикционных механизмах, при обработке материалов резанием, шлифованием и т. д.), так и вредным, вызывая потери энергии на нагрев, а также износ трущихся поверхностей. Основные виды внешнего трения: представлены на схеме 1.

Схема 1. Осноппы: виды внешнего трения

98

Трение скольжения возникает в том случае, когда одна и та же поверхность одного тела поступательно перемещается по поверх­ ности другого тела.

Разновидностью трения скольжения является трение верчения. Оно характеризуется тем, что точки, расположенные в плоскости касания двух тел, описывают концентрические окружности вокруг оси верчения.

При трении качения одно тело перемещается по другому таким образом, что в соприкосновение входят последовательно располо­ женные друг за другом точки.

Сухое трение имеет место в том случае, когда поверхности тре­ ния покрыты твердыми пленками, менее прочными, чем основной материал.

Граничное трение наблюдается при контакте поверхностей, покрытых жидкими пленками, однако толщина пленок невелика

(-<0,1 мкм).

Жидкостное трение возникает при движении поверхностей, по­ крытых жидкими пленками, толщина которых такова (^0,1 мкм), что в пленках проявляются объемные свойства жидкостей. В ме­ ханизмах наиболее распространены граничное и жидкостное трения.

Трение в направляющих для прямолинейного движения

Рассмотрим движение ползуна в направляющих под действием движущей силы Q (рис. 61, а). Все силы сопротивления (без сил трения) приведены к одной равнодействующей силе Р, направлен­ ной в сторону, противоположную движению ползуна под некоторым

направлениями сил Р и Q и направлением движения ползуна;

i2, а1, а2— координаты точек приложения сил Р и Q; М, К — точ­ ки приложения реакций Ni и N2.

99