Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Литвин Ф.Л. Проектирование механизмов и деталей приборов

.pdf
Скачиваний:
61
Добавлен:
27.10.2023
Размер:
27.37 Mб
Скачать

Для упрощения решения приведем реакцию R<12> к

точке

0 2 ,

заменив ее силой R<12> =

R'I 2 ) , проходящей через 0 2 ,

и

моментом

М (R( 1 2 ) ) =

х

R( 1 2 )

(рис. 8.42, б, в).

Векторы

R<12>;

R W ) и

R (H2, D) ( р И с . 8.42, в) колинеарны

(их линии

действия

параллель­

ны).

Составив

уравнения

моментов относительно

В

и D , полу­

чим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R < m . B) =

_ . M _ R < i 2 ) ;

R

( H 2 . B ) =

_ ^ _ R ( i 2 ) .

(8.109)

Уравнения

(8.109)

позволяют

выразить

реакции

 

R<H2- в >

и

R ( t f 2 , £ > ) Ч Є р Є з R ( i 2 > =

R (i2>_

д л я

определения

R<12>

воспользуемся

тем, что сумма моментов сил относительно

оси

вращения

ко­

леса

2 должна быть равна нулю. Тогда вместо уравнения (8.107)

можно воспользоваться

уравнением

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М<с> + 02М х R<12> =

0.

 

 

 

(8.110)

Введем неподвижную

систему

координат,

ось

уп

которой

на­

правлена по нормали к профилям, а ось хп — параллельно ка­

сательной

к профилям;

начало этой системы координат совпадает

с полюсом

зацепления

Р.

Реакцию

R ( 1 2 )

запишем так:

 

 

 

 

 

 

р(12) _ Y < 1 2 > i J _ V< 1 2 > !

 

 

 

 

 

 

где

\ п и )п — орты

координатных

осей;

Y^2)

 

— нормальная

со­

ставляющая реакции;

Л^1 2 ) — касательная

составляющая

реак­

ции

R(12>;

Х^ 1 2 ) — сила

трения, приложенная

к

профилю

зубца

колеса и направленная противоположно вектору

скорости

отно­

сительно движения

v ( 2 1 ) (рис. 8.42,

б). При этом

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛІ 1 2 )

= f3Y(n12)

s i g n ^ ) ,

 

 

 

 

(8.111)

где

/з — коэффициент

трения

скольжения;

уп = РМ — коорди­

ната, определяющая положение точки касания М

на оси

уп.

Направление Л^12> зависит от знака уп.

Д л я

точки

касания

N,

находящейся выше полюса зацепления, знак уп

— отрицательный,

сила трения АЧ12іЛГ > изменяет свое направление

(рис. 8.42,

б).

При касании в полюсе зацепления Л^ 1 2 ' = 0.

 

 

 

 

 

Уравнение

(8.110) можно представить в такой форме:

 

 

 

 

 

К І М 4 Нг A t 1 2 )

(rja>.tg а - У п

) =

 

Л ї ( с \

 

(8.112)

где

a — угол

зацепления;

г*2' радиус

основной

окружности

колеса 2.

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставим в уравнение (8.112) выражение (8.111), после чего

получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П 1 2 ) =

... г

,

М ( С

) .. х

 

 

^

 

(8.113)

 

 

 

 

г (2)

i + F/з tg«FIR)S I G N( У П )

 

 

 

 

 

 

 

 

Г0

 

 

 

 

Из уравнения (8.113) следует: а) при постоянной величине момента сопротивления нормальное давление на зубцы перемен­ ное; оно зависит от положения точки касания профилей на линии

зацепления; б)

наибольшее значение

У( п 1 2 ) и | R( 1 2 ) |

появляется

при касании профилей в начальной точке линии

зацепления,

когда вершина

профиля зубца колеса 2 находится

в касании

с ножкой зубца

колеса / п при этом

отрицательная

величина);

в) в ускорительной передаче при касании профилей в начальной

точке линии зацепления Y^2~> больше,

чем в замедлительной пе­

редаче;

это связано

с тем, что при уменьшении

числа зубцов" ве­

домого

колеса

возрастает

отношение

Уп

 

. После

определения

г(2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Yn2)

можно

найти

величину

и направление

реакции

R ( 1 2 ) .

 

 

 

R<12> =

r 2

) =

y f > [ / 3 s i g n ( ^ ) i „

+

jJ;)

 

(8.114)

 

 

 

 

R

(12)

 

 

 

 

 

у<12)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

COS Рз

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

Рз — угол

трения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уравнения

равновесия

колеса

/ .

К

колесу /

приложены:

а) движущий

момент М<дв>;

б) реакция R<21> =

— R ( 1 2 ) ,

переда­

ющаяся, от

колеса

2;

в)

реакции

в

о п о р а х - ц ш и ю и

R(#bL )

(рис. 8.42,

а,

б). Используя

аналогичный

способ вывода,

найдем

следующие

выражения

для реакций

в опорах (рис. 8.42,

а):

 

 

£ ( 2 1 ) .

Ц{Н1, L)

° і Л ^ ( 2 і ) _

Для определения Мв> воспользуемся

уравнением

 

М ( Д В )

+ (ЛМ x R ( 2 1 ) = 0,

 

 

где

R<21> = R<21> =

_

Г<1 2 ) [/з sign {yn)

1„ +

U].

 

Раскрыв

это уравнение,

получим

 

 

y(2l)

<12)

 

 

Д{(дв)

 

 

1 п

1 п

 

 

(^tga+-fiV) sign

 

 

г(1)

1 +

п)

 

г 0

 

 

го

 

 

(8.115)

[(8.116)

(8.117)

Рассмотрев совместно уравнения (12.113) и (12.117), получим

fa

а

Уп

r d )

 

 

 

 

Уп

 

 

г (2)

где со,щ

г (1)

г(2)

sign (Уп)

СО(2)

(8.118)

МЫ.

sign (Уп)

Коэффициент потерь на трение на зубцах. Коэффициент потерь от трения скольжения зубцов определяется выражением

•Фз = 1 — Лз = 1

(8.119)

 

М ( д Е ) ш ( 1 )

Подставив (8.119) в выражение (8.118), получим

(8.120)

1 + h ( tg « + -щ-1 sign Ы

Умножим числитель и знаменатель дроби в выражении (8.120)

на 1 — /з / tg a + У/г

sign п) и при преобразованиях отбросим

г (1)

 

члены, содержащие f\, как вели­ чины второго порядка малости. В результате получим следующее выражение для мгновенного коэф­ фициента потерь:

 

 

 

 

(8.121)

 

 

 

 

 

 

Рис.

8.43

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где т — модуль зубцов;

а д

— угол

профиля

исходного

контура.

В выражении (8.121) уп sign (г/„) — положительная

величина,

которую мы обозначим через I;

I

=

 

\ уп

I расстояние

точки

касания профилей от полюса зацепления. График

функции

г|)3 (/)

представлен на рис. 8.43,

на котором / х

и / 2

 

— расстояния

край­

них точек касания от полюса зацепления;

1г

+ / 2

= /р ,

где 1р

длина рабочего участка

линии зацепления. Найдем среднее инте­

гральное значение

i|)3,с р

функции

ty3

(/);

 

г|э3.с р

представляет

высоту прямоугольника

с основанием

/ р .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

I,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\ldl+j

 

tdl

 

 

 

т з - °Р

т cos а д

\

гг

1

г 2

)

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

/

1

,

1

\*1 +

'2

 

(8.122)

 

/гг cos

а д

\

гх

 

г 2

/

 

/ р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следуя Н. И. Колчину

[44],

примем,

 

что / х

 

 

 

Отметим также,

что

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lp

=

zto

=

є я / и cos

а д

,

 

 

(8.123)

317

где а д — угол профиля исходного контура; t0 — шаг по основной окружности. В результате получим

* . . * = - ? - +

(8.124)

Приведенные выводы были получены в предположении, что зубчатые колеса находятся во внешнем зацеплении. При внутрен­ нем касании получим

=

е я ,

| 1

1

(8.125)

т з . ср —

2

3

 

При уменьшении разности чисел зубцов z±

и г 2 потери на тре­

ние также уменьшаются. По этой причине внутреннее зацепление находит широкое применение в планетарных механизмах, что

позволяет

получить приемлемые значения

к. п. д. таких

меха­

низмов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Потери на трение в опорах. При определении момента

трения

в опорах

нужно исходить

из следующей

зависимости:

 

 

 

 

М т р

= М 0 +

у ? ц г ц ,

 

 

 

 

(8.126)

где М0

— собственный момент трения опоры;

— нагрузка на

цапфу;

приведенный

коэффициент

трения

в опоре;

г ц

радиус

цапфы.

 

Л

 

 

 

 

 

Собственный момент трения М0

в опоре

вызывается

погреш­

ностями

сборки, затяжкой

подшипников. Значение М0

опреде­

ляется экспериментально как момент трения в опоре при отсут­ ствии внешней нагрузки. С учетом потерь на трение в опорах движущий момент, который нужно приложить к колесу 1, опре­

делится приближенным

уравнением

 

 

 

 

Л1(с) +

М(В)

+ M(D)

+

f(fi)R(H2, B)r(B)

+

f(D) +

RlH2,

D)r(D)

 

 

 

 

(1 — ^З . ср) «12

 

 

'

+ M(0K)

+

+

/

K)rkK)

+

fkL)RlHU

L)r[L)-

(8.127)

Для определения радиальных нагрузок на цапфы нужно вос­ пользоваться уравнениями (8.109) и (8.115). Приближенное зна­

чение | R<12> | определяется

выражением

 

|R(I2M =

l R ( 2 1 M -

7

^ - -

(8.128)

 

 

c o s Рз

 

Передача сил и потери на трение при использовании пружинного устройства для выборки мертвого хода. Схема зубчатого меха­ низма с пружинным устройством представлена на рис. 8.36. На рис. 8.44 представлена упрощенная схема передачи сил, при

изображении

которой мы пренебрегли силой трения

на

зубцах

и приняли, что полная реакция совпадает с направлением

нормали

к профилям

зубцов. Рассматривается

(рис. 8.44,

б) прямой ход

механизма

(профиль колеса 1 давит

на профиль

у—у

колеса 2

и приводит

во вращение колесо 2).

 

 

 

 

К колесу 3 (рис. 8.44, а) приложены: реакция R(13>, переда­ ющаяся от колеса 1; момент сил упругости М<П Р'2 3 >, передающийся от колеса 2 посредством пружины; реакция R(23> = — R ( 1 3 ) , передающаяся от колеса 2. Напомним, что колесо 3 подвижно относительно колеса 2- (см. п. 8.12). Очевидно, что

Рис. 8.44

К колесу 2 (рис. 8.44, б) приложены: реакция R<1 2)j переда­ ющаяся от колеса /; момент сопротивления М ( С ) и момент сил упругости М ( П Р ' 3 2 ) , передающийся от колеса 3 посредством пружин (при прямом ходе моменты М ( С ) и М ( П Р , 3 2 ) одного направления); реак­ ция R( 3 2 ) = — R<23>, передающаяся от колеса 3; реакции в опорах, передающиеся от стойки (на рисунке не изображены). Из построе­ ний рис. 8.44, б следует:

| ц 0 2 ) | = л ?

^

+

,

( 8 Л 3 0 )

К колесу / приложены:

реакция

R(3 1 ) = — R ( 1 3 > , переда­

ющаяся от колеса 3; реакция

R( 2 l > =

— R( 1 2 >, передающаяся от

колеса 2; движущий момент МВ>; реакции в опорах, передающиеся от стойки. Силы, действующие на колесо / , на рисунке не изобра­ жены.

При

обратном ходе изменяется направление вращения колес.

Направления

реакций, действующих на

колеса, не изменяются;

не меняются

и направления

моментов сил упругости М< П Р - 2 3 ) И

до(пр,з2).

0 д Н а К о направление

момента

сил сопротивления М<с>

изменяется на противоположное. Вследствие этого величина реакции

! R ( i 2 ) | = -11мМ.

(8.131)

Коэффициент потерь на трение на зубцах при наличии пружин­ ного устройства для выборки мертвого хода определяется урав­ нением

4>8.ср = т г e f 3 ( 2 Y ±

l ) ( - j r ± - ^ - ) .

(8.132)

В записи (2у ±

1) верхний и нижний знаки отвечают

прямому

и обратному ходу;

в записи ^ у - ±

- j - ^ верхний знак

отвечает

внешнему, нижний — внутреннему

зацеплению.

 

Подробный вывод формулы (8.132) приведен в работе [74]. Упрощенный вывод формулы (8.132) основывается на таких представлениям. При прямом ходе давление на зубцы ведомого

колеса создается не только моментом Л4( с ) , но и моментом М<П Р'3 2 >

=

= у М ( с ) . Вследствие этого возрастает нормальное давление

на

профиль зубцов ведомого колеса, и коэффициент потерь на трение при зацеплении колеса 2 с колесом / определится как сумма такого вида:

ф В Д - T l ) 3 . c p ( M ( c ) ) + ^ . c p ( M ( n P - 3 2 ) ) .

(8.133)

В ""формуле (8.133) через ij4! tp) обозначен коэффициент

на тре­

ние профилей колес 1 к 2.

 

Колесо / находится одновременно в зацеплении с колесами 2

и 3. Профили зубцов колес 1 и 3 будут прижаты друг к другу

усилием, определяемым

А1<ПР'23>, и коэффициент потерь на трение

при зацеплении колес J и 3 определится так:

 

да=,гр3.ср(пр-23)).

 

(8.134)

Суммарный коэффициент потерь на трение при зацеплении

колеса / с колесами 2

и

3

определится уравнением

 

І . с р =

гра.ср(Л1«=)) + 2гр3 .с р (уИ("Р)).

(8.135)

Индексы 23 й 32 в обозначении М<ПР>

опущены.

 

Учитывая, что М<П Р>

=

уМ<с\ можно

записать,

что

^ С Р

=

(2?+1ИЗ.СР (Л1<с >),

(8.136)

где фз.ср (Л4<с>) определяется выражениями (8.124) и (8.125) в за­ висимости от того, является ли зацепление внешним или внутрен­ ним.

При обратном ходе момент на ведомом колесе, создаваемый пружинами, и момент сопротивления противоположны по знаку. Вследствие этого нормальное давление на профили зубцов колес / и 2 уменьшится, и в формуле (8.133) сумма (2у - f 1) должна быть

заменена

разностью

(2у — 1).

Для

определения

давлений в опорах колес J я 2 приведем

реакции,

приложенные к профилям зубцов, к центрам вращения

колес. В результате к точке О х колеса / (рис. 8.45, с) будут прило­ жены силы R'2 1 ) = R<21> и R<31> = R'3 1 >. Определив результиру­ ющий вектор

R(D = R(2D + R(3i),

(8.137)

легко найти направление и величины реакций в опорах

колеса / .

Для этого нужно использовать уравнения, аналогичные (8.115). Таким же образом может быть определен (рис. 8.45, б) резуль­

тирующий вектор

R(2) = R02)+ Ц(12)>

проходящий через точку О2 колеса 2.

Для определения реакций в опорах колеса 2 нужно восполь­

зоваться уравнениями,

аналогичными

(8.109).

 

 

О с н о в н ы е

о б о з н а ч е н и я , п р и н я т ы е

в гл. 8

а д — У г о л

профиля исходного контура (сечения исходной рейки

плоскостью,

перпендикулярной

направлению

зубцов)

«и — угол

профиля

инструментальной

рейки

общем случае

«и =h а д)

 

 

 

 

 

 

а — угол зацепления

в передаче

(у корригированных колес при

21 Ф. Л . Литвин

321

 

& в

— уґол давления в точке В ножки профиля, вступающей в ка­

 

aQ

сание с вершиной профиля зубца другого колеса

 

 

— угол давления

в точке G сопряжения эвольвентного профиля

 

 

с переходной

кривой

 

 

угол

радиуса-вектора

эволь­

 

6 = t g a

а = inv a — полярный

 

 

вентного профиля

(рис.

8.1)

 

 

контура

 

 

 

£ — коэффициент смещения

 

исходного

 

 

 

£ s

= £х +

£2

— суммарный

коэффициент

смещения

 

 

 

А — межцентровое

расстояние

 

 

 

 

 

 

 

В — точка профиля ножки, вступающая в зацепление с вершиной

 

с0

профиля головки зубца сопряженного колеса;

 

 

 

— коэффициент высоты скругленной части головки зубца исход­

 

 

ного

контура

(рис.

8.9)

 

 

 

 

 

 

 

 

/ 0

— коэффициент

высоты

головки

 

зубца

исходного

контура

 

 

(рис.

8.9)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G — точка сопряжения эвольвентного участка профиля с переход­

 

 

ной

кривой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т — модуль зубцов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г0

— радиус

основной

(развертываемой)

окружности

колеса

 

/д — радиус

делительной

окружности

колеса

(центроиды

 

гн

при зацеплении с исходной рейкой, имеющей угол профиля осд)

 

радиус

начальной

 

окружности

колеса

(центроиды

колеса

 

 

в передаче, используемой для передачи вращательного дви­

 

 

жения)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ге

и rt

— радиусы

окружности

выступов

и

впадин

колеса

 

ЇД и % — толщина

зубца

по делительной

и

начальной

окружностям

to, tR

и tH

— шаг между соседними одноименными профилями,

измеренный

 

 

соответственно по дуге основной, делительной и начальной

 

 

окружностей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tn — t0

— шаг между соседними одноименными профилями,

измеренный

 

 

по общей нормали к профилям

 

 

 

 

 

окруж­

від, г% — дуговая ширина впадины

по делительной и начальной

 

 

ностям

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 9

ЦИКЛОИДАЛЬНОЕ ЗАЦЕПЛЕНИЕ

9.1. О Б Щ И Е СВЕДЕНИЯ . ЦИКЛИЧЕСКИЕ К Р И В Ы Е

В п. 8.1 было отмечено, что циклоидальное зацепление, пред­ шествовавшее эвольвентному, было впоследствии почти полностью вытеснено из плоских зацеплений. Исключение составили часовые механизмы, в которых часовое зацепление применяется до сих пор. Это нельзя объяснить консервативностью, привычкой к тра­ дициям и т. д., особенно по отношению к СССР, где часовая про­ мышленность создавалась заново. Эвольвентное зацепление не нашло применения в часовых механизмах главным образом из-за худших условий передачи сил в ускорительных механизмах (см. п. 9.3). В машиностроении циклоидальное зацепление приме­ няется сейчас в виде цевочного, в колесах Рута [72], в винтовых насосах и в винтовых компрессорах [ПО]. В приборостроении цевочное зацепление применяется в счетчиках оборотов, но в по­ следнее время с ним успешно конкурирует эвольвентное зацепление (см. гл. 8).

Циклические кривые образуются как траектории точек, свя­ занных с окружностью, перекатываемой без скольжения по другой окружности. На рис. 9.1, а изображена эпициклоида, описывае­ мая точкой М окружности радиуса г, перекатываемой по непо­ движной окружности радиуса гх\ окружности радиусов г и ^ находятся во внешнем касании. На рис. 9.1, б изображено обра­ зование гипоциклоиды как траектории точки М окружности ра­ диуса г, перекатываемой по неподвижной окружности радиуса гг\ в отличие от случая, изображенного на рис. 9.1, а, окружности радиусов г и гх находятся не во внешнем, а во внутреннем касании.

Опуская доказательство, отметим, что в случае г — -у- и если

перекатываемые окружности находятся во внутреннем касании, гипоциклоида вырождается в прямую линию, проходящую через центр Ог окружности rt.

Легко показать, что линия РМ, соединяющая производящую точку М и мгновенный центр вращения Р перекатываемой окруж­ ности в относительном движении (рис. 9.1), является нормалью к образуемой кривой (к эпициклоиде или к гипоциклоиде). Это следует из того, что скорость \ м точки М направлена по касатель-

21*

323

ной к ее траектории и перпендикулярна радиусу РМ мгновенного вращения точки М. Поэтому РМ —нормаль к траектории точки М, На рис. 9.1 производящая точка М принадлежит перекатывае­ мой окружности г. При выборе точки М вне или внутри окруж­ ности г траекторией точки М при перекатывании этой окружности по гх явится: а) эпитрохоида (удлиненная или укороченная эпи-

Нормаль

Р

Рис. 9.1

Гипоциклоида

 

циклоида), если окружности г и гх находятся во внешнем касании; б) гипотрохоида (удлиненная или укороченная гипоциклоида), если перекатываемые окружности находятся во внутреннем каса­ нии.

9.2. ТЕОРЕМА КАМУСА

Теоремой Камуса формулируются условия, при которых цик­ лические кривые являются взаимоогибаемыми: при перекатыва­ нии по центроидам колес 1 и 2 (рис. 9.2) вспомогательной центро­ иды 3 точка М, жестко связанная с центроидой 3, воспроизводит в

 

системах

sx

и

s2

две кривые

а—а

 

и р—р\ являющиеся

взаимооги­

 

баемыми кривыми в относительном

 

движении систем

sx

и s2 .

Предпо­

 

лагается,

что

системы

sx

и

s2

 

жестко

связаны

с

центроидами

 

/ и 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Будем считать заданными абсо­

 

лютные движения

звеньев 1

и

2,

 

следовательно, заданными

являют­

 

ся центроиды

1

и 2 этих

звеньев.

Рис. 9.2

Выберем некоторую

вспомогатель­

 

ную центроиду 3, которую будем

перекатывать по центроидам / и 2. Центроиды

1,

2

и

3 в

каж­

дый момент времени имеют общий мгновенный центр

Р

вра­

щения в относительном движении. При перекатывании

центроида

3 находится с центроидой /

во внешнем,

а

с

центроидой

2 —

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ