книги из ГПНТБ / Лариков Е.А. Узлы и детали механизмов приборов. Основы теории и расчета

У З Л Ы

ИДЕТАЛИ МЕХАНИЗМОВ

ПР И Б О Р О В

ОСНОВЫ ТЕОРИИ И РАСЧЕТА

.

МОСКВА

«МАШИНОСТРОЕНИЕ»

1974

Гос. публичная

1 •:" v ч н о т ь у i •: •: ч р г.'--«. я

•Париков Е. А., Виляевская Т. И. Узлы и детали механизмов приборов. Основы теории и расчета. «Машиностроение», 1974,

328с.

Вкниге рассмотрены общие вопросы теории механизмов при­ боров; изложены основы теории и расчета простейших механиче­ ских передаточных узлов, таких как фрикционные, с гибкой свя­ зью, кулачковые, рычажные и винтовые; освещены некоторые осо­ бенности опорных узлов и упругих элементов приборов.

Многие сведения, приведенные в работе, публикуются впервые. Книга может служить расчетно-методическим руководством для инженеров-конструкторов, занимающихся созданием и усо­

вершенствованием приборов в различных областях техники. Она также может быть использована студентами приборостроительных вузов.

Табл. 21, илл. 144, список лит. 45 назв.

Рецензент канд. техн. наук А. Т. Драудин-Крыленко

3136—248 028(01)—74 248—74

© Издательство „Машиностроение" 1974 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Известно, что все. машины, приборы, автоматы и автоматиче­ ские системы состоят из отдельных узлов, механизмов, блоков и т. д. Их проектирование заключается в том, что после составле­ ния общих схем и проведения основных расчетов подбирают и раз­ рабатывают некоторые первичные функционально-конструктив­ ные ячейки или так называемые узлы и с помощью промежуточ­ ных деталей и связей объединяют в механизмы, блоки и другие более сложные сборочные единицы, пока не будет получено все устройство в целом, полностью отвечающее поставленной задаче и условиям его использования. Примерно, тот же путь устройство проходит и в производстве, следуя через стадии изготовления деталей, сборки простых и сложных единиц до окончательного получения машины, прибора, автоматической системы и т. д.

В общем рассмотрении настоящий процесс весьма сложен и глубок, а соответствующая теория пока отсутствует. Проектиро­ вание опирается на весь комплекс современных физико-математи­ ческих знаний, на прошлый опыт и на самые последние достиже­ ния технологии производства. Помимо того, оно почти всегда требует проведения дополнительных теоретических и эксперимен­ тальных изысканий по тем вопросам, которые непосредственно касаются проектируемого изделия.

Создаваемые устройства разнообразны и многочисленны". Функ­ ционирование или работа их частей происходит при одновремен­ ном протекании в их узлах и сборочных единицах различных физических процессов. На своем выходе они выполняют заданные операции и преодолевают отличающиеся по величине и физиче­ скому содержанию внешние сопротивления — как механические, так и немеханические. Следовательно, составные части проекти­ руемых устройств очень многочисленны и разнообразны, разли­ чаются по большому числу признаков, что ставит перед проек­ тантом и исследователем сложные методологические вопросы и важные технико-теоретические проблемы. Если ограничиться анализом" вопросов, касающихся только элементарных устройств, то таких проблем можно указать две.

i Первая проблема состоит в том, что предварительно нужно знать теорию, физико-технические свойства и возможное кон-

структивное оформление большого числа типов и видов различных по физическому действию простейших узлов, механизмов и неко­ торых других элементарных единиц, чтобы, целесообразно под­ бирая и используя их, можно было решать возникающие техни­ ческие задачи, т. е. создавать новые машины, приборы, автомати­ ческие системы и т. д. Таким образом, первая проблема касается множества исходных элементарных устройств, которые сами по себе не решают технических задач, но составляют функциональноконструктивную базу их реального воплощения.

Развитие теории, построение расчета и разработка методики синтеза узлов и механизмов больше всего связаны с их преобразо­ вательными свойствами, со структурой, формами и размерами устройств, с возможностями изготовления в производстве. Одно­ временно освещаются пути обеспечения работоспособности, надеж­ ности и долговечности каждой детали и части изделия. Таким образом, создаются начальные основы конструирования и воспро­

среди существующего множества и физического многообразия простейших узлов и механизмов. Для этого нужно совершен­ ствовать их классификацию и типизацию, развивать теорию и выделять наиболее общие признаки и преобразовательные свой­ ства элементов, что позволило бы потом сравнительно легко и быстро находить самые подходящие из них для наиболее простого и приемлемого решения той "или иной задачи проектирования.

Обе проблемы важны, тесно связаны и в своем развитии опи­ раются друг на друга. Их значение для практики очень велико, однако до сих пор им все еще уделяется недостаточное внимание.

Создавшееся положение объясняется естественными, на наш взгляд, причинами. Сейчас наибольшие усилия направлены на развитие общих основ таких важных и сложных областей техники, как автоматика, радиоэлектроника, вычислительная и лазерная техника. Разумеется, определенное внимание уделяется и эле­ ментам, из которых состоят представляющие эти области устрой­ ства, но не общим задачам создания самих элементов.

По той же причине развитию теории механических узлов и механизмов придается еще меньшее значение. Последнее имеет место главным образом в приборостроении, где механические устройства были потеснены больше всего. Объясняется это тем, что основная задача приборных устройств заключается в полу­ чении и переработке первичной информации, выдаче вторичной и формировании команд управления, которые обычно протекают при малых или исчезающих внешних сопротивлениях и легче осуществляются немеханическими средствами. Большие внешние сопротивления, к тому же чаще механические, как правило, присущи машинам, поэтому роль механических устройств там значительнее, им больше уделяется внимания.

4

С развитием теории и практики автоматического управления и совершенствования логических решающих устройств нужно ожидать все большего объединения малонагруженных информа­ ционно-преобразовательных узлов и механизмов со средне и сильно нагруженными механическими исполнительными органами. Будет создаваться относительно новый тип изделий, в которых узлы и механизмы разной физической природы и конструктивного офор­ мления расположатся в непосредственной близости и окажутся связанными одним процессом функционирования. Деление на приборную и машинную части станет неуместным, потребуется более широкий подход к вопросам проектирования и одинаковое внимание к нагруженным и малонагруженным элементам подоб­ ного устройства. В определенной мере такая необходимость суще­ ствует уже и сейчас.

Большая народнохозяйственная значимость и целесообраз­ ность создания надежных, универсальных по применимости и разнообразных по принципу действия составных частей и ячеек, на основе использования которых можно строить машины, при­ боры, автоматические системы и т. д., признаётся всеми и не может оспариваться. В этом направлении постоянно делаются усилия со стороны специальных организаций и отдельных исследователей, однако еще не проведены обобщения, которые позволили бы по­ дойти к названным проблемам достаточно обоснованно. Все еще нельзя указать общую методику выбора того или иного типа про­ стейшего из элементов среди множества известных, который лучше всего отвечал бы поставленной задаче на проектирование, не определены границы применимости каждого из них,- не выяснены возможности надежной работы в разных условиях и не освещены многие другие стороны. Для большинства из используемых типов еще не разработана удовлетворительная теория и не подкреплена в достаточной мере экспериментальными данными. Между тем, создаются и внедряются новые типы и виды элементарных уст­ ройств, работающих на разных физических явлениях. Таким образом, проблема общего рассмотрения становится более острой, и вряд ли можно не соглашаться с тем, что она является одной из основных; от теоретического и конструктивного уровня реше­ ния этой проблемы В значительной мере зависит дальнейшее раз­ витие главных высших объектов техники: машин, приборов, авто­ матических систем и автоматов.

. Ниже делается ограниченная попытка общего анализа широко употребительных, но пока не точных понятий «узел» и «механизм». Для них приводятся более точные определения, и они рассма­ триваются как главные составные ячейки любого высшего устрой­ ства. Не делается различий по признаку природы физического явления, на котором строится узел или механизм: механический он или не механический. Показано, что "элементарные устройства — «узлы» и «механизмы» возникают естественным путем при расчле­ нении задач на проектирование высших объектов. При анализе

5

\

/

1. АЛГОРИТМ СИНТЕЗИРОВАНИЯ

Проектирование и последующее производство машин, прибо­ ров, автоматических систем и автоматов — это реализация раз­ личного рода задач, которые возникают перед человеком в его практической деятельности и которые он стремиться разрешить с помощью естественных сил природы. Задачи многочисленны и разнообразны. Одни из них просты и без особого труда воспроиз­ водятся через элементарные устройства, другие очень сложны и требуют большого комплекса разнохарактерных изделий, рабо­ тающих на несходных физических явлениях. Однако почти всегда конечные задачи или цели, ради которых строятся машины, при­ боры и т. д., достаточно ясны, и общее содержание их легко фор­ мулируется. Значительно более труден и сложен процесс их реа­ лизации, т. е. конкретизация каждой задачи, указанной общей целью, расчленение ее на составляющие, подбор материальных средств, установление взаимосвязей и размеров частей, обеспече­ ние надлежащего функционирования их, отыскание и присоеди­ нение источников питания, выяснение естественных наиболее простых и доступных для производства путей осуществления, получение работоспособных, экономически целесообразных устройств, либо эффективно действующих комплексов последних.

Накопленный в прошлом опыт и существующая практика убеждают, что как бы не были сложны задачи, каждую из задач можно представить рядом менее сложных, их, в свою очередь, — еще более элементарными, — вплоть до наипростейших, когда дальнейшее деление невозможно или для целей проектирования нецелесообразно. Именно на расчленении сложного по нисходя­ щей линии, а затем на объединении простейших по восходящей покоится современный синтез и производство всякого устройства. Можно полагать, что такая практика сохранится и в будущем.

В общем случае процесс расчленения задачи не может быть простым и даже однозначным, а повседневный опыт показывает, что в одинаковой мере должны учитываться как математические, так и материальные или конструктивные стороны проектирова­ ния. Первая из них позволяет достигать точности и определен­ ности решения поставленной задачи, вторая — реальности и рабо­ тоспособности соответствующего устройства.

7

Математическая или функциональная сторона процесса расчле­ нения задачи проектирования имеет две особенности.

Первая особенность состоит в том, что в самом начале общая задача создания машины,'прибора, автоматической системы или автомата всегда выступает в чисто идеальном виде, т. е. вне вре­ мени, в отрыве от материальных средств воспроизведения и без учета тех сопротивлений, которые придется преодолевать, и воз­ можных искажений и погрешностей от несовершенства конструк­ ций, с которыми нужно будет мириться. Ясно и точно формули­ руется лишь конечная цель, конкретное выражение которой ука­ зывается только для общего выхода с помощью абсолютных величин и заданных воздействий, представляющих главное содер­ жание задачи проектирования. Однако пока нет функциональной схемы, выходные данные нельзя отнести к чему-либо определен­ ному и указать способы их преобразований, следовательно, невоз­ можны расчеты и конструирование, выполним лишь математи­ ческий анализ, постепенно расчленяющий все задание на последо­ вательность относительных функций и раскрывающий систему проектирования устройства. Конструктивная, динамическая и точностная стороны проявляются впоследствии: после подбора материальных средств, воспроизводящих функциональности, и выполнения основных расчетов. Таким образом, на первом этапе

тремя видами простейших операций: операциями действия, пре­ образований и операциями состояний. Другие операции, по-ви­ димому, не существуют.

Для их описания могут быть предложены три типа резко раз­ личающихся по математическим свойствам функций. Назовем каждую из таких операций и отвечающую ей функцию ступенью расчленения. Так как согласно первой особенности процесс расчле­ нения или математизации задачи на проектирование может быть произведен только на основе статических и безразмерных пред­ ставлений, то функции ступеней расчленения оказываются так же безразмерными и не зависящими от времени.

Операции действия и состояний. Наиболее важными и чаще всего используемыми являются операции действия. В механиче­ ских устройствах ими оказываются удары, быстрые или медленные перемещения некоторыхдеталей и масс, переключения, измене­ ние положений и т. д. В немеханических — резкие или постепен­ ные нарастания напряжений, токов, посылка импульсов, световые вспышки и многие другие явления.

Для усиления производимого эффекта большинство операций действия производится быстро — скачкообразно, так что реаги­ рующие на такое управление органы или элементы устройств прак-

8