книги из ГПНТБ / Терган, В. С. Плоское шлифование учеб. пособие

Сила характеризуется в е л и ч и н о й . Для сравнения действую­ щих сил по величине пользуются системами единиц силы. В качест­ ве единиц силы практически применяют чаще всего килограмм-си­ лу кгс). В международной системе СИ за единицу силы принят ньютон (н). Для перевода величины силы, измеряемой в кгс, в СИ пользуются соотношением: 1 кгс = 9,80665 н ( ä;9,81 н ).

Если при завертывании гайки (рис. 53) нажимать не на конец рукоятки ключа (положение А), а на его середину (положение Б), то для затягивания гайки потребуется приложить значительно боль­ шее усилие. Таким образом, помимо направления и величины, дей­

принимаются при графическом изображении, когда силу представ­ ляют в виде отрезка прямой, называемого вектором. Длина вектора в определенном масштабе характеризует величину силы, начало вектора соответствует точке приложения силы, а стрелка на конце вектора указывает направление.

На рис. 54, а вектор AB изображает силу, приложенную в точ­ ке А и направленную под углом 30° к горизонтальной плоскости. При длине вектора AB — 50 мм и масштабе 1 н = 5 мм изображае­

мая сила Р — Юн.

Рис. 54. Графическое изображение величины и направ­

Две силы, направленные по одной прямой, можно заменить од­ ной силой, равной их алгебраической сумме, при сохранении на­ правления большей из слагаемых сил. Отсюда следует, что если две силы равны по величине и направлены по одной прямой в разные стороны, то они взаимно уравновешиваются.

Чтобы сложить две силы Рі и Рг, приложенные в одной точке

равнялись бы данным силам и были одинаково с ними направлены. Диагональ полученного параллелограмма по величине и направле­ нию будет соответствовать их сумме, т. е. равнодействующей этих двух сил.

При шлифовании детали сумма сил Рх (усилие подачи) и Рг (окружное или тангенциальное усилие) вызывает прогиб шпинде­ ля. Величина и направление прогиба шпинделя зависят от величи­ ны и направления суммарной силы R (рис. 55).

Если шарику М (рис. 56), подвешенному на проволоке МО. со­ общить вращательное движение вокруг оси О, проходящей через

80

второй конец проволоки, то проволока при вращении шарика натя­ гивается. Чем больше скорость вращения шарика и чем больше его масса, тем с большей силой натягивается проволока. Сила, вызвав­ шая натяжение проволоки и возникшая в результате вращения ша­ рика, называется центробежной силой.

N

R

где m — масса вращающегося шарика, кг\ V— линейная скорость шарика, лі/сек\

R — расстояние центра тяжести шарика от оси вращения, м. В шлифовальном круге, вращающемся с большой скоростью,

возникают центробежные силы, создающие весьма значительные внутренние напряжения в материале круга.

На вращающийся шарик действует сила, равная по величине той, с которой шарик натягивает проволоку, но направленная к центру вращения. Эту силу Q, равную по величине центробеж­ ной, но обратно направленную, называют центростремительной

силой.

При перемещении одного тела по поверхности другого воз­ никает сила сопротивления движению, которую называют силой

трения.

Силы трения бывают двух видов. При вращении шпинделя шлифовального круга в бронзовых вкладышах создается трение скольжения. При трении скольжения каждая точка на шпинделе последовательно соприкасается с бесчисленным количеством точек вкладыша, лежащих на кольцевой линии, по которой эта точка пе­ ремещается.

При движении же колеса по рельсу каждая точка на поверхно­ сти колеса за один его оборот совпадает только с одной соответст­ вующей ей точкой на рельсе. Такое движение называется качением, а сопротивление, возникающее при. качении, называется трением качения. Величина силы сопротивления движению при качении зна­ чительно меньше, чем при скольжении. Поэтому на балансировоч­ ных станках используют оправки, вращению которых на направ­ ляющих препятствует сила трения качения.

Обычно сила трения создает вредные сопротивления движению, вызывающие увеличенный расход энергии, а также нагрев и уси­ ленный износ трущихся деталей. Поэтому в механизмах стремятся уменьшить силы трения и заменить трение скольжения трением ка­

чения.

Однако трение необходимо, например, во всевозможных механиз­ мах торможения. В этих случаях используют трение скольжения и подбирают такие пары трущихся поверхностей, которые создают большое сопротивление трения, т. е. характеризуются большим к о- э ф ф и ц и е н т о м т р е н ия .

Сила трения, возникающая между изделием и магнитной плитой шлифовального станка, противодействует сдвигу изделия по отно­ шению к плите. Эту силу определяют по формуле Т = pQ, где р — коэффициент трения, Q — усилие притяжения изделия к магнитной плите под действием магнитного поля (см. главу V).

На деталь, установленную на столе станка, действует сила инер­ ции в тот момент, когда происходит изменение направления движе­ ния стола (реверсирование), силу инерции определяют по формуле:

^ин = тп • а (я),

где т — масса детали, кг; а — ускорение (замедление), м/сек2.

Сила трения должна быть больше сил резания, стремящихся сдвинуть деталь со стола станка, и сил инерции. При больших мас­ сах детали силы инерции становятся очень большими, поэтому де­ таль нужно надежно крепить к столу.

На каждую частицу тела действует сила земного притяжения. Все эти силы практически параллельны, а их равнодействующая представляет собой вес рассматриваемого тела. Точку приложения этой равнодействующей (силы тяжести) называют центром тяжести тела (ц. т.).

На рис. 57 показаны три шлифовальных круга, поставленных наружными цилиндрическими поверхностями на горизонтальную плоскость. Масса первого круга (рис. 57, а) распределена равно­ мерно, его центр тяжести совпадает с геометрическим центром кру­ га (точка С) и при повороте круга относительно горизонтальной плоскости не меняет своего положения. Такое состояние называют

безразличным равновесием тела. Центр тяжести второго круга

(рис. 57, б) расположен на вертикальной прямой выше геометриче­ ского центра, и круг находится в неустойчивом равновесии: стоит слегка толкнуть круг, и он покатится по плоскости. Центр тяжести

82

Величину давления, равную 1 кгс на 1 см2, называют техниче­ ской атмосферой и обозначают ат.

Если известна площадь F и удельное давление жидкости на эту площадь р, то можно определить величину силы Р, с которой жид­ кость давит на эту площадь

Р — р.' F кгс I' « .

На жидкость, помещенную в замкнутый сосуд или систему, рас­ пространяется закон Паскаля: внешнее давление, оказываемое на поверхность жидкости, передается жидкостью во все стороны с оди­ наковой силой. Это свойство обеспечивает получение больших уси­ лий на поршне гидроцилиндра в прессах, станках и других силовых механизмах, в которые поступает жидкость под давлением.

§ 3. ПОНЯТИЕ О ДЕФОРМАЦИЯХ

Представим себе прямолинейный стержень, один конец которо­ го зажат в тисках. Если на другой его конец повесить гирю, то стер­ жень прогнется. Величина прогиба будет изменяться в зависимости от веса гири, от сечения и длины стержня.

Изменение формы или размеров тела под действием приложен­ ных к нему сил называют деформацией тела.

Если после прекращения действия силы форма тела и размер полностью восстановится, то такую деформацию называют упругой. Если же после прекращения действия силы тело остается деформи­ рованным, то такую деформацию называют остаточной, или плас­ тической.

Различают следующие виды деформаций: растяжения и сжатия, кручения, изгиба.

Д е ф о р м а ц и ю р а с т я ж е н и я и с ж а т и я испытывает тело, к которому приложены силы вдоль оси, например стержень болта, затянутого гайкой, канат грузоподъемных механизмов и т. п.

Величина деформаций при растяжении тем больше, чем боль­ ше величина прилагаемой силы и длина растягиваемого тела и чем

Под действием двух вращающих моментов, направленных в разные стороны, вал закручивается на угол, величина которого зависит от

имеющие одну или несколько опор и нагруженные сосредоточенны­ ми или распределенными силами.

На практике существуют также сложные деформации тела. Сложным деформациям подвергается, например, ходовой валик то­ карного станка, который одновременно испытывает деформации кручения и изгиба.

Каждому виду деформации соответствует вид внутренних на­ пряжений. Под напряжением о понимают отношение внутренней

84

силы Р, действующую на небольшую часть мысленно проведенного' сечения, к величине площади F этого сечения:

_ Р_

°F '

§4. ДВИЖЕНИЕ И ЕГО ВИДЫ

Шлифование плоскости на плоскошлифовальном станке с пря­ моугольным столом происходит в результате вращательного движе­ ния шлифовального круга и возвратно-поступательного движения детали вместе со столом станка в поперечном направлении относи­ тельно оси вращения круга.

Чтобы установить некоторые основные закономерности движе­ ния, выделим какую-нибудь точку на поверхности круга и просле­ дим за ее перемещением. Мысленно представим себе плоскость, ус­ тановленную на столе станка перпендикулярно к оси вращения кру­ га и проходящую через взятую точку. При вращении круга точка опишет на этой плоскости путь в виде окружности, который назы­ вают траекторией движения данной точки. Если включить продоль­ ное движение стола, то траекторией движения любой точки шлифу­ емой детали будет прямая линия.

При установившемся процессе шлифования любая точка на по­ верхности детали движется равномерно. Путь, пройденный ею за одну секунду, есть скорость движения ѵ этой точки

где 5 — длина траектории, описанной рассматриваемой точкой; t —-время движения.

Если путь выразить в метрах, а время в секундах, то скорость будет выражаться в м/сек, если путь — в мм, то скорость — в

мм/сек.

Скорость движения любой точки на поверхности вращающего­ ся круга можно определить двумя способами. Пусть расстояние от данной точки до оси вращения равно г и время, за которое де­ таль делает один оборот, равно і. Путь, пройденный этой точкой за один оборот детали, будет

5 = 2кг,

тогда

2т.г V — — .

t

Полученную скорость называют окружной скоростью вращения или линейной скоростью, она относится только к точкам, располо­ женным на расстоянии г от оси вращения.

Часто скорость вращательного движения выражают величиной угла, на который данная точка повернулась вокруг своей оси вра­ щения за время 1 сек. Выраженную таким образом скорость назы­ вают угловой скоростью вращения. Угловую скорость определяют по формуле

85.

ü) V

где cp— угол поворота вращающейся точки, град (рад); іо — угловая скорость, град/сек (рад/сек); і ■— время, сек.

Угловая скорость точек вращающегося тела не зависит от рас­ стояния их от оси вращения.

Угловую скорость также измеряют числом оборотов в секунду или мунуту и обозначают буквой п. Зная линейную скорость ѵ (м/сек) точки на поверхности вращающегося тела диаметром D (мм), можно определить число оборотов в минуту

И наоборот, зная число оборотов в минуту и диаметр вращающе­ гося тела, можно найти линейную скорость точки

V =

Очень часто в шлифовальных станках используют возвратно­ поступательное движение, при котором траектория любой движу­ щейся точки представляет собой прямую линию, причем направ­ ление движения непрерывно меняется на 180°.

Скорость движения стола шлифовального станка обычно изме­ ряют в мм/мин.

Рассмотренные виды вращательного и поступательного движе­ ния являются только частными случаями движения тела. Исследо­ вание многообразных форм движения является предметом раздела технической механики, называемого кинематикой.

§ 5. РАБОТА. МОЩНОСТЬ

Чтобы переместить груз по горизонтальной плоскости, нужно приложить усилие для преодоления силы трения.

Допустим, что величина прилагаемой силы равна Р, а путь, ко­ торый груз прошел под действием этой силы, равен S, тогда произ­ ведение P ’S будет количеством работы W, затраченной на переме­ щение данного груза. За единицу работы принят 1 кгс- м, т. е. рабо­ та, производимая силой 1 кгс на пути в 1 м. В СИ работа измеряет­ ся в джоулях (дж), 1 джоуль = 1 н- 1 м.

Чтобы оценить эффективность источника энергии, определяют работу, которую он выполняет за одну секунду, т. е. его мощность. Единицей мощности является кгс-м/сек. Часто мощность измеряют ■более крупной единицей — киловаттом (кет), равным 102 кгс-м/сек.

преодоление полезных сопротивлений (например, сопротивления металла резанию) и вредных (например, сопротивления трению). Если обозначить работу, затрачиваемую на преодоление полезно-

,86

Муфты служат для соединения валов между собой, а также ва­ лов со смонтированными на них деталями. Для соединения валов, которые во время работы не разделяются, применяются постоянные муфты. На рис. 60, а показана постоянная муфта, соединяющая два соосно установленных вала.

Если монтаж соединяемых валов ведется без соблюдения их строгой соосности, то в этом случае используют упругие муфты. В металлорежущих станках чаще всего валы соединяют сцепными муфтами — кулачковыми (рис. 60, б) и зубчатыми, допускающими периодическое соединение и разъединение валов. В качестве сцеп­ ных муфт часто используются соответственно обработанные торцы соединяемых зубчатых колес.

Недостатком зубчатых и кулачковых муфт является невозмож­ ность включения их на ходу. В тех случаях, когда необходимо вклю­ чать передачу на ходу, применяют фрикционные муфты (рис. 60, в). Вращение полумуфт осуществляется за счет трения конусов / и 2.

Чтобы не сломался вал или другая деталь при перегрузке меха­ низма станка, на ведущем валу этого механизма ставится предо­ хранительная муфта. На рис. 60, г показана такая муфта со шпиль­ кой. Диаметры шпильки 1 рассчитывают так, чтобы при превыше­ нии предельно допустимого крутящего момента шпилька срезалась.

На рис. 60, д представлена пружинно-шариковая предохрани­ тельная муфта (в разомкнутом состоянии), которая автоматиче­ ски восстанавливает нарушенное соединение валов, когда переда­ ваемый крутящий момент снижается до установленного предела.

В механизмах ускоренной подачи при холостых ходах приме­ няются муфты обгона (рис. 60, е). Вал 7 муфты жестко связан с корпусом муфты 6. При рабочей подаче происходит заклинивание трех роликов 4, которые перемещаются подпружиненными плунже­ рами 5, и втулка 3, посаженная на вал 2, начинает вращаться, ув­ лекая за собой вал. Если вал 2 от другого привода начнет вращать­ ся в ту же сторону с большей скоростью, то ролики расклинивают­ ся и валы будут вращаться независимо.

Механические передачи. К механическим передачам относят ре­ менную, фрикционную, цепную, зубчатую, винтовую, реечную, ро­ ликовую, червячную.

Р е м е н н а я п е р е д а ч а служит для сообщения вращатель­ ного движения от одного вала к другому при значительных расстоя­ ниях между валами. На валах закрепляются шкивы, между кото­ рыми натягивают гибкую ленту — ремень. Ремень может быть плос­ ким и клиновидным, сшитым и бесшовным. При вращении шкива А (рис. 61) за счет силы трения между шкивом и ремнем начинает двигаться ремень. Ремень заставляет вращаться шкив Б силой тре­ ния, возникающей между ремнем и шкивом Б. Шкив А, передаю­ щий движение, называют ведущим, а шкив Б, получающий движе­ ние, — ведомым.

Шкивы с валами могут вращаться в одну сторону—прямая пере­ дача (рис. 61, а) или в разные стороны — перекрестная передача

89