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

В тех случаях, когда необходимо обеспечить постоянную вы­ борку зазоров, возникающих от износа деталей в процессе экс­ плуатации прибора, применяется установка подпружиненных ро­ ликов. Под действием пружины один из роликов поджимается к направляющей, при этом выбираются зазоры и обеспечивается тре­ буемый постоянный натяг в сопряжениях направляющей с роли­

женной на рис. 14.17, в, один из роликов установлен на коро­ мысле /, которое может качаться вокруг оси 2. Пружина 3 прижи­ мает ролик к поверхности D направляющей. На рис. 14.17, г при­ жим ролика 1 к цилиндрической направляющей 2 обеспечивается разворотом эксцентричной цапфы вокруг своей оси. Разворот цапфы производится пружиной 3 через коромысло 4. Применение подпружиненных роликов несколько усложняет конструкцию и прибегают к этому только при проектировании приборов повышен­ ной точности или в узлах с большим сроком службы при невозмож­ ности проведения дополнительных регулировок в процессе экс­ плуатации.

При малом ходе ползуна в случае необходимости уменьшения габаритов прибора вместо роликов могут быть установлены лишь секторы; неиспользуемые участки поверхности отбрасываются. Примером такой конструкции является датчик вибраций (рис. 14.18) с направляющими поступательного движения на сек­ торах, такой вид направляющих был предложен В. М. Алексее­ вым, В. Я. Северток, В. А. Шефовым.

Постоянный магнит 2 датчика запрессован в кольцах 3, выпол­ няющих роль полюсов магнита. В кольцах закреплены полуоси 4 из немагнитного материала. Постоянный магнит с полуосями и две пружины 13 образуют колебательную систему датчика, совершаю­ щую при вибрациях поступательные перемещения относительно корпуса 1. Д л я регистрации перемещения магнита используется индукционная катушка 5, помещенная в корпусе. По электриче­ ским сигналам, поступающим с этой катушки, можно судить о ха­ рактере движения подвижной части системы.

Направляющие описанного датчика позволяют уменьшить силу трения и величину застоя при изменении направления движения подвижной массы. Это достигается тем, что при поступательных перемещениях полуосей 4 возникает не трение скольжения, а тре-

ограничителей и устраняют опасность случайного проскальзы­ вания.

Направляющие с трением упругости. Преимущество напра­ вляющих с трением упругости — почти полное отсутствие сил трения. К недостаткам нужно отнести ограниченность вели­ чины хода и низкую виброустойчивость.

Отсутствие подвижных сопряжений в таких направ­ ляющих обеспечивает высо­ кие эксплуатационные каче­ ства: при сколь угодно про­ должительной работе детали не изнашиваются, смазка не требуется.

На рис. 14.19 изображен узел с направляющими из­ мерительного стержня микрокатора. Шток / жестко со­ единен с двумя стальными мембранами 2, установлен­ ными в корпусе 3. Дляуменьшения жесткости мембран в них сделаны кольцевые прорези. Поступательное пе­ ремещение штока обеспечи­ вается упругой деформацией мембран.

Другой пример примене­ ния направляющих с трением упругости (схема 17, табл.

14.1) — прибор для определе­

ния микротвердости (рис. 14.20). Нажимной шток 4

перемещается в вертикальной

плоскости на двух плоских пружинах /. Под действием заранее установленного груза 5 алмазный наконечник 6 оставляет отпеча­ ток на исследуемом образце 7. Для подъема штока служат арре­ тир 3 и рукоятка 2. Для замера отпечатка здесь же установлен микроскоп 8 с измерительной сеткой.

Применение двойного пружинного параллелограмма (схема 18) позволяет добиться того, что перемещения объекта будут проис­ ходить в одной плоскости; кроме того, продольные перемещения объекта не будут сопровождаться поперечным сдвигом.

Рис. 14.21

Представим, что движение сообщается только звеньям внутрен­ него параллелограмма и CD, EF занимают положения CXD и EXF. Звено СЕ, совершая криволинейное поступательное перемещение, займет положение СХЕХ, сместившись из плоскости Я , проведен­ ной через СЕ перпендикулярно плоскости чертежа. На рис. 14.21, б изображены звенья обоих параллелограммов в двух положениях. Вначале звенья занимают положения 0хАВ02 и CXDFEX (изобра­ жены пунктиром). Пусть теперь движение сообщается только звеньям внешнего параллелограмма. Звенья внутреннего паралле­

На рис. 14.21, в изображена схема двойного пружинного парал­ лелограмма, с помощью которого столик СЕ совершает перемеще­ ния в одной плоскости. Звенья CD, EF, ОхА и 02В — четыре оди­ наковые по своим размерам пружины. Пунктиром на рисунке изоб­ ражены положения звеньев после перемещения столика на вели­ чину 2s. В целях повышения точности работы столика перемеще­ ния звеньев СЕ и А В связаны между собой кинематически. Такие направляющие нашли применение в микроскопах МИРЭ, МИГЭ и МПЭ, выпускаемых ЛОМО, где они используются для переме­ щения объектива. С помощью таких направляющих достигаются сохранение точности фокусировки и отсутствие поперечных сме­ щений объектива при его продольных перемещениях. Уход из плоскости перемещения столика составляет 0,3ц. на длине в 50 мм. Рекомендации по проектированию столика с двойным пружинным параллелограммом и обеспечению точности его работы были раз­ работаны И. М. Долинским [27].

совпадать с соответствующими плоскостями брусьев / и 2 или, по крайней мере, быть параллельны им; г) плоскости С, Е, D и F брусьев должны быть параллельны друг другу и перпендикулярны

Для обеспечения отмеченных требований целесообразно сначала

убрусьев 1, 2 и крепежных планок 3, 4, 5, 6 шлифовать при одной установке плоскости Р и В (рис. 14.22, б), а затем плоскости А и S. Перед шлифованием плоскостей С, D, Е и F брусьев / и 2 собрать

их в один пакет со вспомогательным брусом 7 толщиной h (рис. 14.22, в), а затем шлифовать так, чтобы выдержать требова­ ние «г».

Припуск для обработки

Наиболее часто встречается сочетание материалов сталь— бронза. При невысоких требованиях к износостойкости и стабиль­ ности сил трения выбор марки бронзы и стали, а также термообра­ ботка стальных деталей не имеет существенного значения. На пер­ вый план тогда выступают стоимость или дефицитность бронзы той или другой марки, сталь же применяется со средним содержанием углерода (например, стали 30, 40 или 45, ГОСТ 1050—60).

При проектировании направляющих с повышенными требова­ ниями к точности основное внимание уделяют характеристике тре­ ния данной пары материалов, так как плавность хода в первую очередь зависит от различия между коэффициентами трения при движении и покое. Подбору материалов в этом случае придается особое значение. Часто для объективной оценки той или иной ком­ бинации материалов приходится прибегать к эксперименту.

В направляющих с трением качения в качестве роликов при­ меняются, как правило, стандартные шарикоподшипники. В шари­ ковых направляющих используются покупные шарики, также изго­ товляемые на предприятиях подшипниковой промышленности. Поэтому материал приходится выбирать только для собственно на­ правляющих. В этом случае очень большое значение имеет твер­ дость рабочих поверхностей, и выбор материала определяется возможной для него термообработкой, целью которой является получение поверхностей с максимальной твердостью (HRC 5» 62). В зависимости от размеров и конфигурации деталей применяют сплошную закалку, поверхностную закалку с помощью токов вы­ сокой частоты, цементирование или азотирование.

Для направляющих с трением упругости чаще всего приме­ няется лента из стали 65Г (ГОСТ 1050—60) или 60С2 (ГОСТ 2283—69), или любой другой пружинящий материал. При проекти­ ровании направляющих такого вида производится расчет на проч­ ность и жесткость, в результате которого согласуются необходи­ мые деформации пружин, их размеры и допускаемые напряже­ ния.

14.3. ТОЧНОСТЬ Н А П Р А В Л Я Ю Щ И Х

Одной из первых работ, посвященных точности направляющих, явилась работа С. Т. Цуккермана [131 ] .

В зависимости от назначения направляющих к ним предъяв­ ляются следующие требования по точности: а) соблюдение переме­ щения в одной плоскости (это важно для сохранения фокусировки при перемещении объекта); б) сохранение параллельности самой себе некоторой прямой, выбранной на каретке; в) малая разность продольных перемещений для различных точек каретки; г) малая величина поперечных смещений. Погрешности направляющих возникают вследствие ошибок формы направляющих, зазоров в кинематической паре и упругих деформаций.

Направляющие кинематического типа. Конструктивная схема направляющих изображена на рис. 14.23, а. Определим погрешно­ сти положения объекта М, вызванные погрешностями формы ва­ ликов 1 к 2 и прогибом валика 1. Контакт каретки с валиками / и 2 происходит первоначально в точках А, Е, В, D и С. Представим, что в точке А возникает погрешность Д/ц формы валика 1 (рис. 14.24, а, б). Дл я того чтобы при такой погрешности ввести каретку в касание с валиками, поступим так:

б) для того чтобы каретка коснулась валика / и в точке В, сохранив касание с ним в точках А', Е и D, сообщим каретке пово­ роты вокруг осей z и х на углы Ayz и Аух;

а валика 2 в точке С.

Введем в рассмотрение систему координат х, у, z (рис. 14.23 и 14.24), ось у которой определяет направление прямолинейного дви­ жения каретки, а ось х проходит через точки А и Е; система х, у, z жестко связана с направляющим валиком 1. Обозначим через 2|3 угол между направляющими плоскостями каретки, а через а — угол, образуемый вектором касательной t с осью z. Из построений рис. 14.24, а следует, что а = р; однако для угла, образуемого касательной t с осью z, целесообразно ввести обозначение, отлич­ ное от Р; это позволит впоследствии распространить общие зависи­ мости на случай кинематических направляющих упрощенного вида.

Обозначим через As<B> смещение точки В каретки, вызванное поступательным перемещением каретки на величину Asn и пово­ ротами на углы Ауг и Аух. Вектор смещения As<B> точки В опре­ деляется уравнением