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

Так как рабочий интервал преобразований по х простирается от 0 до 22 мм, то как следует из рис. 93, по углу ос он займет диа­ пазон от а о = 18° 57' до а т а х = 210° 44'. Соответствие между х и а показано непосредственно на рисунке.

Таким образом, для заданного I (х) найден рычажный переда­ точный узел — кривошипно-шатунный, определены его пара­ метры у и 7, указан интервал работы ( а т а х — а 0 ) .

54.КОНТРОЛЬ ПО ТОЧНОСТИ И ОТКЛОНЕНИЯМ

Предположим, что фактор измерения х, указанный форму­ лой (175), подается навход цепи преобразования (рис. 89) без вся­

точно. Поэтому на ее выходе заданное формулой (176) значение ср получаем с некоторой ошибкой Дер.

перекосы и смещения осей, неточности в геометрических формах высших пар.

210

а для самой погрешности, т. е. для ее текущего значения, отнесен­ ного к координате л", найдем

выдвигаться разные требования, но среди них, в первую очередь, нужно указать на два.

Первое требование состоит в том, что необходимо .достигнуть требуемой точности преобразования. Оно характерно для измери­ тельных устройств, для которых допускаемая погрешность [Аср] обычно мала. Помимо того, величина [Аф] указывается не по фактору измерения х или по его выходному значению ф, а по из­ меряемой величине р в виде допускаемой ошибки [Ар]. По этим причинам для получения выражения погрешности можно записать

Д Ф ^ ф = * ^ ) ф

и, следовательно, допускаемое значение

212

Из выражения (188) следует, что хотя [Ар] фиксировано, но числовое значение допускаемой погрешности не является постоян­ ным и меняется вдоль интервала преобразования вместе с измене­ нием производной, что усложняет задачу проектанта, так как накладывает определенные ограничения на выбор вида функции ср по формуле (176).

Второе требование заключается в том, что достаточно, если выходная функциональная зависимость (176) осуществляется хотя бы приближенно. Главная цель состоит в получении под­ ходящего характера изменения функции ср, а не в точности пре­ образования. Поэтому допуск для условия (187) может быть до­ вольно большим и его следует указывать, как обычную постоян­ ную прямо по выходной величине ср.

Рассмотрим теперь, как может быть выполнено каждое тре­ бование.

В первом случае, чтобы неточности преобразования были малы, необходим особо тщательный подбор рычажного узла по его функ­

Для непосредственной проверки условия (189) необходимо вы­ полнить вычисления, взяв достаточное число точек вдоль всего интервала преобразований от xQ до ,vm a x . Требуемая точность цепи преобразования достигается, если правая сторона превосходит левую по абсолютному значению во всех точках. Возможности та­ кого превосходства не очень велики. Их можно получить при удачном подборе узла по его функциональному множителю и на­ значением соответствующих допусков. Таким образом, фор-

213

Г л а в а VI ВИНТОВЫЕ УЗЛЫ

55. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Конструкция всякого винтового передаточного узла основана на кинематической паре винт—гайка (рис. 94). Ее главная задача состоит в преобразовании вращательных движений в поступатель­ ные и моментов в силы.

Если гайка закреплена 'неподвижно, то вращающийся винт движется относительно нее поступательно вдоль своей оси. Точно так же при вращении гайки, либо перемещается она сама, если

разные связи выхода со входом.

Ведущий элемент всегда совершает вращательные движения, ведомый — поступательные. Обратное преобразование для обыч­ ных винтовых пар невозможно. Ему препятствует тормозящее действие сил трения по работающим поверхностям элементов.

рах. Объясняется это тем, что винтовая пара обладает рядом достоинств.

Винтовой узел позволяет преобразовывать очень быстрые вра­ щательные движения ведущего элемента в очень медленные пря­ молинейные перемещения ведомого, т. е. она может иметь до­ вольно малое передаточное отношение.

В этом заключено главное преимущество винтовой передачи перед всеми остальными. Поэтому ее в первую очередь применяют для получения всякого рода точных небольших перемещений, •установок и измерения длин.

215

Винтовая пара является хорошим и эффективным преобразова­ телем моментов в силы, позволяя получать значительные усилия на прямолинейно перемещающемся элементе при относительно малых движущих моментах на вращающейся части.

Так как на практике винтовые пары часто должны строиться с небольшими углами подъема спиралей резьбы (не более 5—6°), то это влечет за собой стопорение силами трения и создает необра­ тимость или жесткую направленность для преобразований, не позволяя ведомому прямолинейно движущемуся элементу меняться ролью с вращающимся ведущим. Подобные свойства иногда не­ обходимы, и тогда используют винтовые узлы.

Конструкция винтовой пары очень проста, занимает мало места, исключительно надежна в работе, а изготовление ее доступно почти каждому производству.

Недостатками винтового узла являются:

большие потери на трение в резьбовом сопряжении гайки с вин­ том и, следовательно низкое значение к. п. д. передачи;

большой износ сопрягаемых трущихся поверхностей.

Износ и потери на трение могут ограничивать применение вин­ товых пар при больших числах оборотов и длительной работе, либо требуют особого внимания и тщательности при подборе мате­ риалов для их элементов;

при изготовлении очень трудно добиться достаточно точного сопряжения рабочих поверхностей резьб винта и гайки. Неизбежен какой-то зазор между этими поверхностями, что приводит к так называемому мертвому ходу по вращению ведущего элемента, т. е. для того, чтобы выбрать зазор, ведущий элемент должен сде­ лать заметный поворот на какое-то количество градусов, и только после,этого, ведомый придет в прямолинейное перемещение. Мерт­ вый ход может быть значительным,, создавая ошибку передачи. Он" особенно ощутим при реверсе или перемене направления вра­ щения ведущего элемента.

Трудно указать машину или прибор, где для тех или иных целей не применялись бы винтовые пары. Но прежде всего и больше всего их применяют как узлы креплений.

В механизмах машин винтовые пары применяются в устрой­ ствах поднятия грузов, в конструкциях прессов обработки дав­ лением, для получения сил нагружения в испытательных и при­ жимных конструкциях, для получения перемещений в точных делительных устройствах станков, механизмах установки, на­ стройки, отладки, регулировки и т. д.

В приборах винтовые пары часто используют для тех же целей, что и в машиностроении, но обычно при значительно меньших на­ грузках. Особенно большое применение они нашли в различных устройствах измерения длин или размеров, а также как преобра­ зователи вращений в перемещения в узлах точной выставки небольших расстояний между деталями чувствительных эле­ ментов.

216

56.КОНСТРУКТИВНЫЕ ФОРМЫ

Самой простой и самой распространенной конструктивной фор­ мой винтового узла является сопряжение винт—гайка. Пример его использования показан на рис. 95, где зубчатая пара 6 при­ водит во вращение винт 5, а от него гайка 2 перемещает каретку 3

Рис. 95. Механизм перемещения каретки

по направляющим 4. Перемещение винта в осевом направлении исключено с помощью упоров 1, а гайка 2 фиксирована в теле каретки 3.

В отдельных случаях малоточных неответственных устройств винт может фиксироваться и располагаться в опоре лишь с одного конца, а второй поддерживается самой гайкой.

Если гайка закреплена неподвижно (рис. 96), то имеем тот редкий случай, когда ведущая по вращению деталь является одно­ временно ведомой по осевому перемещению. Такое передающее устройство оказывается наиболее точным, и принцип его действия используется в различных микрометрических конструкциях.

В тех случаях, когда выходное прямолинейное перемещение должно быть особенно малым при значительном повороте ведущего элемента, применяют дифференциальные винтовые механизмы.

217

Направление резьбы у них одно и то же, например, правое и по­ тому при правом вращении винт 1 перемещается влево и втягивает в себя винт 3. Следовательно, суммарное выходное перемещение винта 3 окажется разностью ходов винтов / и 3 и может быть сде­ лано каким угодно малым' и- с любым знаком.

При разном направлении резьб осевые перемещения винтов 1 и 3 складываются и на выходе получаем их сумму. Если винту 3 придавать собственное независимое вращение, то на его выходе получим сумму или разность перемещений, пропорциональных входным вращениям. В этом случае дифференциальный винтовой узел превращается в суммирующее решающее устройство.

Три только что рассмотренных узла являются основными и указывают пути получения других более сложных винтовых устройств.

Наличие зазора между резьбовыми поверхностями (и его след­ ствия—мертвого хода) является большим недостатком винтовой пары. Особенно остро он ощущается в случаях, когда входное вращение должно изменяться на обратное. Для уменьшения мерт­ вого хода и даже для полной его ликвидации, конструкции гаек выполняют так, чтобы во время сборки и отладки, а затем и в про­ цессе эксплуатации можно было устранять зазоры между работаю­ щими поверхностями резьб путем поджима резьбы цангами, пру­ жинами (рис. 98) или же за счет применения сдвоенных или раз­ резных гаек, которые стягиваются до полного устранения зазоров.

Для заметного уменьшения сопротивления по резьбовым по­ верхностям применяют винтовые пары, в которых трение сколь­ жения в значительной мере устранено и заменено трением каче­ ния. Схема такой конструкции показана на рис. 99. Здесь силовое замыкание между винтом и гайкой происходит через шарики, за­ полняющие винтовые канавки винта и полости гайки. По мере поворота и продвижения винта вдоль своей оси шарики вытес­ няются в обводной канал и с другой его стороны заполняют при­ ходящие новые полости. Таким путем повышается к. п. д. до 90% и больше.

218

Недостаток шариковинтовых узлов заключается в их слож­ ности и трудности изготовления, но там, где фактор уменьшения потерь на трение и особенно получения легкости важен они нахо­ дят все большее применение. Их можно встретить в приводах автомобилей, самолетов, в станкостроении и т. д.

57. РЕЗЬБЫ И ТОЧНОСТИ

Выбор типа резьбы для винтовой пары в первую очередь опре­ деляется назначением проектируемого узла, требованиями к точ­ ности его работы, затем необходимостью иметь легкий ход и дру­ гими условиями, которые известны только в каждом конкретномслучае. Выбор производят, опираясь на сведения, полученные из опыта применения различных резьб, и на справочные нормы, которые созданы в процессе производства за многие де­ сятки лет.

В соответствии с этим для нагруженных силами ходо­ вых и других винтов, при­ меняют резьбы с трапецеи­ дальным профилем сечения и относительно малыми углами наклона боковых рабочих по­ верхностей винтовых греб­ ней, т. е. трапецеидальные резьбы по ГОСТ 9484—60 —

крупные, нормальные и мелкие. Благодаря относительно малому углу наклона профиля (рис. 100, а = 15°) изготовление таких резьб не затруднительно и не влечет сильного возрастания момен­ тов трения.

Согласно ГОСТ 9562—60 для изготовления трапецеидальных резьб гаек и сопрягаемых с ними винтов установлены классы точ­ ности и отвечающие им поля допусков. Для гаек — классы 1-ый, 2-ой й 3-ий, а для винтов — 1-ый класс при скользящей посадке, 2-ой — при посадке движения и 3-ий — при ходовой. Выбор классов производится в зависимости от требований точности. Од­ нако, она, а так же легкость хода винтовой пары обусловлены длиной резьбового соединения и тем, как устраняется зазор в нем.

Трапецеидальные резьбы могут быть одно-, двух- и многозаходными, но количество последних все же не делается больше 5—7.

Трапецеидальные резьбы находят преимущественное примене­ ние и в приборостроении для построения достаточно точных и долговечных узлов.

Для винтов, работающих в прессах при больших односторон­ них нагрузках, используют упорные резьбы.

219