4. Конструктивное оформление прибора

Одновременно с расчетом длин плеч механизма следует приступить к разработке конструкции измерительной головки. При этом следует учитывать следующее:

Механизм прибора собирается между платами или между платой и мостами, в которых устанавливаются опоры осей. Платы и мосты должны быть так связаны друг с другом, чтобы обеспечить соосность отверстий под опоры осей и определенный гарантированный осевой зазор. Допустимое наибольшее значение осевого зазора ограничивается возможными отклонениями элементов рычажной передачи от правильной геометрической формы и погрешностями направления зубьев трибов и секторов. Здесь следует найти выражения для этих погрешностей и определить наибольшее допустимое значение осевого зазора, при котором эти погрешности имеют тот же порядок, что и остальные составляющие суммарной погрешности. Для определения погрешности направления зубьев нужно задаться нормой контакта зубчатых колес. Норму контакта следует брать такой же, как и норму плавности, однако проверить ее на столь малой длине зубьев, какие имеют место у сектора и триба, пока еще невозможно. Поэтому в качестве допустимого значения погрешности направления зубьев можно взять погрешность профиля.

В качестве подшипников для осей удобно использовать камневые втулки, особенно корундовые (рубин 2, рубин 10, лейкосапфир), твердость которых (не ниже 9 единиц по шкале Мооса) значительно выше твердости агатовых втулок (6.5 единиц). Рекомендуется использовать одномасленочные корундовые втулки с цилиндрическим отверстием типа ВКМЦ по ГОСТ 8836–68. Посадка камневой втулки в плиту должна обеспечивать некоторый, по возможности меньший натяг. Цапфы осей изготовляются по и подбираются по камневым втулкам так, чтобы имело место скольжение без качки. При этом обеспечивается зазор порядка мм. По величине суммарного радиального зазора в опорах подбирается норма бокового зазора зубчатых трибов, колес и секторов.

Для повышения точности измерительной головки в опорах осей можно использовать упорные корундовые или агатовые камни. В этом случае оси должны быть подпружинены и тогда осевой зазор убирается полностью.

Особое внимание при разработке конструкции головки следует обратить на удобство регулирования нуля, передаточного отношения, нелинейности и натяжения волоска.

5. Выбор диаметров цапф осей и расчет волоска

Принимая в первом приближении диаметр цапф осей равным мм, следует вычертить узлы механизма, состоящие из деталей, связанных с осями, и найти их веса. По весу наиболее тяжелого узла находят, исходя из условий прочности, необходимое значение диаметра цапфы. При расчете на прочность необходимо учитывать перегрузки, которые при падении головки на деревянный пол с высоты м, могут достигать .

Далее находят центры тяжести всех подвижных узлов и моменты дисбаланса. Принимая в первом приближении момент волоска равным нулю, вычисляют реакции опор от веса подвижных узлов и моменты трения в опорах. Вычисляют суммарное значение момента трения и момента дисбаланса, приведенное к оси стрелочного триба.

Пусть это значение будет . Даже минимальный момент, развиваемый волоском в конце диапазона измерения, должен быть больше, чем . Примем:

.

Далее необходимо провести по правилам теории механизмов и машин кинетостатический расчет механизма с целью определения реакций в опорах под действием веса подвижных узлов и момента волоска . По найденным значениям реакций находят моменты трения и суммарный момент трения и дисбаланса , приведенный к оси стрелочного триба. Далее, принимая

,

повторяют расчет и находят третье приближение

.

Если немногим отличается от , то принимают окончательно

,

в противном случае значение момента волоска уточняется дальше.

Максимальное значение момент волоска очевидно составляет:

,

где – полный угол поворота стрелочного триба,

– начальный угол закручивания волоска .

Теперь следует вычислить реакции в опорах механизма при , найти приведенное к оси триба суммарное значение момента трения и дисбаланса и проверить выполнение неравенства:

.

Если это неравенство не выполняется, то необходимо вновь несколько увеличить момент волоска.

Далее следует рассчитать волосок.

Волосок изготавливается из проволоки из оловянно-цинковой бронзы Бр.ОЦ–4–4 по ГОСТ 5221–50 или из другого подходящего материала. Толщина волоска находится по формуле:

где – предел прочности,

– модуль упругости материала,

и – внутренний и наружный диаметры волоска, которые выбираются из габаритных соображений,

– коэффициент запаса прочности,

– отношение шага пружины к толщине,

равное при и

равное при .

Далее вычисляется ширина волоска:

.

Полученные значения и округляются и выбирается диаметр проволоки по ГОСТ 5221–50 такой, чтобы после ее прокатки получилась лента с сечением . Диаметр проволоки должен быть наименьшим, удовлетворяющим условию:

.

После этого рассчитываются остальные параметры волоска:

шаг спирали	,
число витков	,
длину волоска	.

После этого по найденным размерам волоска находят его минимальное и максимальное значение момента:

,