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

Г л а в а V РЫЧАЖНЫЕ УЗЛЫ

45. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ

В конструкциях современных машин и приборов широкое применение находят различные рычажные узлы или, — как принято говорить, — «рычажные механизмы». Наиболее рас­ пространенным примером их является простой рычажный узел (рис. 66), состоящий из стойки /, стержня 2, толкателя 3 и щупа 4. Стержень может поворачиваться вокруг точки О (цапфа во втулке) и передавать перемещение от толкателя 3 к щупу 4.

На рис. 67 дана схема более сложного устройства, встреча­ ющегося в приборах и преобразующего угол аг в а2. Последнее осуществляется с помощью стержней 1, 3- и ползуна 2, движуще­ гося по направляющей 4.

Уже из этих примеров следует, что на базе рычажных узлов возможны самые разнообразные устройства и .что они откры­ вают широкую перспективу для решения различных задач пере­ дачи и преобразований.

Основные достоинства рычажных узлов заключены в их про­ стоте, надежности, в конструкции они занимаютмало места и легко размещаются в устройствах. Изготовление рычажных узлов не сложно, и механизмы, построенные на их основе, оказы­ ваются дешевыми.

Главный недостаток их заключается в ограниченности угловых отклонений и линейных перемещений. При больших отклонениях

171

быстро растут погрешности, увеличиваются противодействующие силы, все сильнее сказываются зазоры в шарнирах, неточности

и преобразование перемещений, движений и силовых воздей­ ствий.

В нагруженных исполнительных устройствах (в машинахорудиях) с помощью рычажных узлов производят заданные тех­ нологические операции. В различных управляющих механизмах с помощью рычажных узлов осуществляются механические связи, взаимодействия и перестановки органов воздействий. Это можно видеть в различных двигателях, в строительных, транспортных и сельскохозяйственных машинах, в станках, в машинах пищевой

их элементы. Вместе с тем рычажные узлы привлекают к выпол­ нению и других задач, а именно:

а) с их помощью производят некоторые алгебраические дей­ ствия, такие как сложение, умножение, деление и получение тригонометрических функций;

в) рычажные передачи используют для преобразования исход­ ных нелинейных зависимостей в линейные, либо для получения других, более подходящих нелинейных связей ведо.мого элемента с ведущим;

г) там, где это возможно, т. е. при небольших, линейных и угловых перемещениях заменяют зубчатые, фрикционные, кулач­ ковые и другие относительно сложные передачи на более про­ стые — рычажно-шарнирные.

Такое применение рычажные узлы находят Безразличных изме­ рительных приборах, в датчиках, счетно-решающих устройствах, в пишущей и регистрирующей аппаратуре, в оптических прибо­ рах, в средствах управления и т. д. Есть основания думать, что в дальнейшем использование рычажных узлов будет неуклонно возрастать, особенно для целей построения жестко направленных нелинейных усилительных звеньев в различных системах авто­ матики.

При проектировании рычажных^узлов нагруженных и точных отсчетных устройств важно, чтобы рычаги и все остальные эле­ менты были достаточно прочны и жестки, чтобы элементы шарнир­ ных сочленений были jH3HOCO- И коррозионностойки, не имели бы недопустимых зазоров, а их центры достаточно точно располагались бы на линиях геометрических схем. Недостаточные жесткости, недопустимые 'зазоры, и погрешности воспроизведения геометри­ ческих схем. приводят к потере точности, а для нагруженных и

172

особенно для быстродействующих механизмов — к возникнове­ нию ударов и к неприемлемости характера работы.

Основными элементами конструкций рычажных узлов яв­

г) несвязанные простейшие поверхности соприкосновения или высшие пары, как например, взаимодействие цилиндров и сфер с плоскостями или же цилиндров между собой.

Объединяющим звеном каждого узла может быть основание, плата, корпус, кронштейн и т. д. Они всегда рассматриваются как неподвижные и в отличие от подвижных элементов не опре­ деляют функционально-передаточные свойства рычажных узлов.

Среди большого разнообразия конструктивных форм рычаж­ ных узлов (механизмов) наиболее простыми, известными и часто применяемыми в приборах являются следующие:

5)кривошипно-шатунный механизм;

6)кривошипно-кулисный механизм.

Существуют другие виды рычажных узлов. Они подробно описаны в литературе [6].

Перечисленные выше узлы могут быть названы плоскими, так как в исходном положении их схема располагается в плоскости,

«плоский» характер. При появлении отклонений по независимой переменной, ведущий и ведомый элементы некоторых из них (как например, у поводковой передачи) выходят из плоскости, но это не меняет однозначность функциональной связи. Суще­ ственно пространственные узлы или узлы с двумя и большим числом входных величин здесь не рассматриваются.

Основной функционально-преобразовательной характеристи­ кой всякого рычажного узла следует считать его передаточное отношение, понимаемое как отношение дифференциала переме­ щения на выходе к дифференциалу на входе. Дифференциалы могут быть линейными и ут'ловыми, следовательно, передаточное отношение может иметь размерность.

Особенностью передаточного отношения i рычажных узлов является то, что онообычно меняется при переходе от одного положения ведущего звена к другому, т. е. оказывается функцией входной величины. Таким образом, связк выхода со входом нели­ нейна.

173

Ясно также, что всякий рычажно-шарнирный узел будет точно осуществлять свое теоретическое передаточное отношение i только тогда, когда его конструкция разработана и выполнена в строгом соответствии с принятой геометрической схемой, а все элементы достаточно жестки против действующих сил. Небольшие отклонения от схемы, погрешности элементов, их недостаточные жесткости искажают фактическое передаточное отношение мел­ кими неточностями, которые потом бывает трудно учесть или нейтрализовать.

Задача расчета и проектирования рычажного передаточно-прё-

в) найти интервал работы подобранных узлов по их аргу­

ниваний; д) подобрать длины и формы рычагов, разместить и сконструи­

ровать шарниры и ползуны, указать конфигурации взаимодей­ ствующих высших пар;

е) определить методами теории сопротивления материалов размеры поперечных сечений тел рычагов, обеспечив им доста­ точную жесткость.

Отсюда видно, что задача является не только сложной и труд­ ной, но и достаточно общей, так как почти то же самое требуется при разработке и других по роду и природе узлов.

46.ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ОТНОШЕНИЯ УЗЛОВ

Здесь рассмотрим методику -получения передаточных отно­ шений наиболее часто применяемых рычажных узлов, а также их особенности, графические представления и те свойства, которые используются затем при решении задач синтеза механизмов.

Синусный «механизм». Синусный узел или, как принято назы­ вать, — «механизм» представлен на рис. 68. В некоторых устрой­ ствах конструктивно он может выглядеть несколько иначе (рис. 69), но связь выходной величины с входной у него одна и та же

h — a sin а.

Однако, как следует из дальнейшего, более рбщей. является схема, представленная на рис. 70, по которой прямолинейное пере­ мещение h толкателя происходит под углом у к линии А А. Функ­ циональная связь выходной величины с входной здесь очевидна

sina = h cos у- , a

174

откуда при помощи дифференцирования, считая, что h является

.входной, а а — выходной величиной, получаем для передаточ-

Рис. 68. Синусный «механизм» преобразования h

ва

ного отношения

тельной входной величины — и от угла у, характеризующего принятую конструкцию узла.

175

Однако нетрудно видеть, что конструкция узла может быть сделана такой, в которой переменной входной величиной наряду .

с - j , принимается и угол у. Тогда через посредство выходной

зуют преобразовательные свойства .обычно применяемого синус­

_ 176

Синусный узел в обычном исполнении встречается в некоторых авиационных, счетно-решающих и других приборах.

житель ic (-^-; у\ испытывает разрыв в бесконечности. Но еще

Рис. 72. Нормальный тангенсный узел

задолго до этого изменения передаточного отношения делаются

—0 рекомендуется, чтобы

°W < ±50н-55°.

Тангенсный узел. Кон­ струкция тангенсного узла от синусного внешне от­ личается мало, — в основ­ ном формой рабочей по­

верхности поводка и фор­ Рис. 73. Тангенсный узел с параметром v

мой наконечника ведущего элемента (рис. 72). Однако различие в передаточных отношениях

их значительно, что используется при проектировании. Подобно синусному, тангенсный узел применяется для преобразования поступательного перемещения' во вращательное, а в счетногрешающих устройствах — для обратной задачи, т. е. для получе­ ния функции тангенса.

Обычно начало отсчетов для перемещения h и угла поворота а

определяется конкретными условиями поставленной задачи. Огра­

Дифференцируя это равенство по независимой переменной h, находим выражение для передаточного отношения тангенсного узла

178

более ±45°. С таким ограничением она может заменять зуб­

Для поводкового узла важно, чтобы в реальной конструкций была точно воспроизведена та геометрия взаимодействия поводков