4.1.8. Упругие направляющие
Направляющие должны быть прочными, жесткими, износоустойчивыми, иметь высокую долговечность, низкую виброактивность, малые габаритные размеры и стоимость.
Направляющие выбираются с учетом многих факторов: скорости и диапазона возможных перемещений, значения и направления нагрузки, условий эксплуатации, требований к моментам сил сопротивления, точности направления движения, долговечности, стоимости, габаритных размеров и т.д.
Упругие направляющие применяют в приборах с ограниченным диапазоном перемещений подвижной части (см. рис. 4.1.15).
Рисунок 4.1.15
При приложении нагрузки Р к подвижному блоку 1 плоские пружины 2 изгибаются, позволяя подвижному блоку 1 перемещаться в горизонтальном направлении относительно основания 3. 4 – крепежные накладки, которые крепят пружины, а 5 – накладки, повышающие устойчивость пружин в продольном направлении (увеличивают допустимую нагрузку Q).
Достоинства:
-отсутствие износа в связи с отсутствием внешнего трения;
-низкие требования к точности изготовления детали.
-низкая стоимость и высокая технологичность. Недостатки:
-значительные габариты;
-маленькая величина перемещения ∆х;
-переменное измерительное усилие;
-дополнительная сила упругости при перемещении блока.
82
Рисунок 4.1.16 - Плоские пружины упругих направляющих и опор. У10А (≈50HRс) - основной материал пружинной ленты.
I ≈ bh3
12
∆= 1 Pl 3 3 EI
∆P = 3∆l 3EI + ∆1
Напряжение изгиба с учетом двухстороннего закрепления пружин:
|
|
|
|
|
3У |
h |
|
∆X |
≤ [σ]≈150МПа |
|||
σ |
и |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
1 |
− m3 |
l |
l |
|
, |
|||||
где m – отношение длины накладки к вылету пружины,
h – толщина пружины (для конкретного параллелограмма),
∆Х – расстояние, на которое перемещается подвижный блок в одну сторону. Правильность выбора параметров параллелограмма проверяется через напряже-
ние изгиба σи.
δ ≤ [δ] (150…170 МПа)
Устойчивость параллелограмма относительно продольных нагрузок можно увеличить в 15…20 раз за счет установки накладок на пружину.
Жесткость в рабочем направлении увеличивается при этом в 1,5…2 раза. Увеличение рабочей жесткости параллелограмма не должно приводить к изме-
нению измерительного усилия прибора более чем на 10%.
83
4.1.8.1 Упругие направляющие для прямолинейного движения
Точность направления, легкость и плавность движения, и малый износ упругих направляющих – важнейшие факторы, определяющие точность работы, надежность и срок службы точных механизмов приборов. Направляющие на плоских пружинах обеспечивают весьма точную прямолинейность направления движения в горизонтальной плоскости, перпендикулярной плоскости пружин. В вертикальной плоскости направление менее точное.
Причинами неточности движения ползуна в направляющих являются погрешности направляющих и изгиб плоских пружин. На прогибы влияют внешние силы и вес движущихся частей.
Прогиб (перемещение) детали можно рассчитать по формуле: x=Ql3/3EI,
где Q – нагрузка, прикладываемая к детали; l – длина пластины; E – модуль упругости материала пружины; I – момент инерции поперечного сечения пружины
(см. рис. 4.1.17).
Рисунок 4.1.17
Упругие направляющие на плоских пружинах предусмотрены двух типов: без накладок (см. рис. 4.1.18) и с накладками (см. рис. 4.1.19).
84