Файл: Литвин Ф.Л. Проектирование механизмов и деталей приборов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 277
Скачиваний: 3
Угол поворота вала 2 и стрелки 3 определится так:
Ъ = ) \ 9 = = Л ^ ] ' [f(u)-f(Ul)]du =
г |
«*2 |
(7.12) |
|
|
|||
j f (и) du — f («О (u2 |
— Uj) |
||
|
Угол поворота стрелки 3 прямо пропорционален площади, образуемой графиком функции / (и) и прямой / (ы2 ). На рис. 7.5, б эта площадь заштрихована.
а)
ц2 а.
Смещение нулевого положения шарика фрикциона позволяет избежать зон, близких к центру диска, в которых проскальзы вание является наибольшим. На рис. 7.6 за начальное принято положение шарика, при котором его центр находится на расстоя-
Ш
Рис. 7.6
нии р 0 . Вращения от валика 2 и диска / поступают в дифферен циал. Угловая скорость стрелки 3, связанной с выходным зве
ном |
дифференциала |
|
|
|
«з = <Мді — « 2 = |
« і («ці — -у-) , |
(7.13) |
где |
г д 1 — передаточное отношение зубчатых передач, |
связываю |
|
щих дифференциал с диском / . |
|
|
|
При выводе уравнения (7.13) было принято, что угол поворота |
|||
выходного звена пропорционален |
не сумме, а разности |
углов по- |
ворота его входных звеньев; передаточное отношение самого
дифференциала |
не |
учитывалось. Приняв |
в |
зависимости (7.13) |
||
р — р 0 и |
со3 = |
0, |
найдем, что |
|
|
|
|
|
|
Ро = іліГ. |
|
|
(7.14) |
Значение р = Ро соответствует нулевому |
значению |
производ |
||||
ной в'(и) |
дифференцируемой функции |
и |
нулевому |
значению |
интегрируемой функции / (и).
Дисковый фрикцион может быть использован не только для дифференцирования и интегрирования функций, но и в качестве множительного, логарифмического и квадрирующего устройств [60].
Рис. 7.7
Грибовидный фрикцион. В грибовидном фрикционе вместо диска применяется шаровой сегмент J (рис. 7.7), вращение ко торому передается от оси / с помощью конических колес cud. Шаровой сегмент приводит во вращение ролик 2. Прижатие ро лика к сегменту производится с помощью пружины.
Угловая скорость ролика определяется зависимостью
Р |
R |
|
со2 = щ —- = |
«і — sin а. |
(7.15) |
Установка на угол а осуществляется с помощью цилиндриче ских колес а и Ь, посредством которых сегменту / сообщается поворот вокруг оси /; сегмент и конические колеса вращаются как одно целое. Грибовидный фрикцион имеет определенные кон структивные преимущества по сравнению с дисковым. Недостат ком грибовидного фрикциона является нелинейный характер зависимости со2 (фп), где ф п — угол поворота вокруг оси II, связанный прямой пропорциональной зависимостью с углом а.
17 Ф. Л . Литвин |
257 |
Это вынуждает для поворота на угол а использовать функцио нальное устройство (обычно кулачковый механизм), от которого приводится в движение цилиндрическое колесо а. Это позволяет добиться того, чтобы угловая скорость (о 2 ролика 2 и ведущего звена кулачкового механизма были связаны линейной зависи мостью.
7.4. ФРИКЦИОННЫЙ МЕХАНИЗМ ДЛЯ БЕССТУПЕНЧАТОГО ИЗМЕНЕНИЯ С К О Р О С Т И
ПОСТУПАТЕЛЬНОГО Д В И Ж Е Н И Я
На рис. 7.8 изображена схема фрикционного механизма для преобразования вращательного движения в поступательное с бес ступенчатым изменением скорости поступательного движения (автор изобретения И. Ухинг [155]). В этом механизме валу 1
* |
5 |
4 |
4 |
Рис. 7.8
сообщается вращетельное движение; поступательно перемещается каретка 3 с тремя шарикоподшипниками 2, находящимися во внутреннем касании с валом / . Оси шарикоподшипников и вала скрещиваются, образуя угол В. Установка шарикоподшипников под углом В осуществляется с помощью зубчатых колес 4, находя щихся в зацеплении друг с другом. Величину угла В можно из менять и в процессе движения. С помощью плоской пружины 5 осуществляется прижатие среднего шарикоподшипника к валу
„ Р
с усилием Рn и крайних шарикоподшипников к валу силой - у .
Для определения связи между скоростью |
v3 каретки 3 и уг |
||||||||||
ловой скоростью |
a>i вала |
/ |
воспользуемся |
планом |
скоростей, |
||||||
построенным |
для |
точки |
М, |
|
в которой средний ролик |
касается |
|||||
вала. Ролик |
участвует в двух движениях: а) в переносном посту |
||||||||||
пательном вместе с кареткой 3 со скоростью |
б) в |
относитель |
|||||||||
ном |
вращательном |
со скоростью \ { 2 ) вокруг |
своей оси. |
Скорость |
|||||||
в абсолютном движении точки М |
|
CTTP |
|||||||||
ролика |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
"" + v<2 ) = |
v ( 1 ) , |
(7.16) |
|
|
|
|||
где V(I) |
скорость точки |
М вала / . |
|
|
|
||||||
Скорость |
v£2 ) |
= v ( 3 ) , |
где |
v < 3 ) — |
|
|
|
||||
скорость поступательного |
движения |
|
|
|
|||||||
каретки |
3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Основываясь на плане |
скоростей, |
|
|
|
|||||||
получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
0 (3) |
= ш і Г і |
sin В. |
|
(7.17) |
|
|
|
||
Изменяя |
значение |
угла |
скрещи |
|
|
|
|||||
вания В, можно управлять величи |
|
|
|
||||||||
ной |
и |
направлением |
скорости и<3> |
|
|
|
|||||
поступательного перемещения |
карет |
|
|
|
|||||||
ки |
3. |
Изменение |
скорости |
|
и<3) — |
Рис. 7.9 |
|
||||
бесступенчатое. Исходя из кинемати |
|
|
|
||||||||
ческих |
соображений, |
можно |
|
было бы ограничиться одним шари |
коподшипником. Наличие трех шарикоподшипников и то, что
они |
находятся |
с валом |
не во внешнем, а во внутреннем |
каса |
||
нии, |
позволяет |
повысить |
нагрузочную |
способность механизма. |
||
На рис. 7.9 представлен |
пример использования |
рассмотренного |
||||
фрикционного механизма |
в качестве |
механизма |
подачи |
свер |
||
лильного станка. |
|
|
|
|
ГЛАВА 8
ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ КОЛЕСА С ЭВОЛЬВЕНТНЫМ ЗАЦЕПЛЕНИЕМ1
8.1. О Б Щ И Е С В Е Д Е Н И Я
Эвольвентное зацепление, впервые предложенное Л . Эйле ром, нашло впоследствии необычайно широкое применение в ма шинах и приборах. Это объясняется достоинствами такого вида зацепления: а) простота формы зуборезного инструмента, работаю щего по методу обкатки, способствует повышению точности его изготовления; б) при изменении вследствие погрешностей монтажа межцентрового расстояния колес их передаточное отношение остается постоянным; в) применение коррекции позволяет впи сываться в заданное межцентровое расстояние и повысить проч ность зубцов; для нарезания корригированных колес применяется стандартный зуборезный инструмент.
Эвольвентному зацеплению предшествовало циклоидальное. Часовое зацепление, являющееся разновидностью циклоидаль ного зацепления, до сих пор применяется в часовой промышлен ности и вряд ли в этой отрасли приборостроения будет вытеснено эвольвентным зацеплением. Это объясняется тем, что в часовых механизмах зубчатые передачи используются для увеличения скорости вращения ведомого вала; в ускорительных передачах условия передачи сил более благоприятны при использовании циклоидального зацепления (см. п. 9.3). В машиностроении цикло идальное зацепление применяется в винтовых насосах и компрес сорах. Разновидность циклоидального зацепления — цевочное зацепление — применяется (см. п. 9.5) как в машиностроении, так и в приборостроении.
В машиностроении эвольвентное зацепление было частично вытеснено зацеплением Новикова [52, 72]. В приборостроении зацепление Новикова до сих пор не нашло применения вслед ствие более низкой точности по сравнению с эвольвентным. Но
и в машиностроении нельзя рассчитывать |
на полное |
вытеснение |
||
эвольвентного зацепления, так как зацепление |
Новикова более |
|||
чувствительно |
к погрешностям монтажа, |
требует |
применения |
|
более сложного |
зуборезного инструмента, |
имеет |
большие по ве |
личине циклические погрешности.
1 Принятые обозначения приведены в конце главы.
8.2.Э В О Л Ь В Е Н Т А И ЕЕ Р А З Н О В И Д Н О С Т И
Под эвольвентой, не оговаривая этого особо, понимают раз вертку круга. Эвольвента может быть образована как траектория точки М прямой линии, перекатываемой без скольжения по ок ружности радиуса г 0 , называемой основной окружностью (рис. 8.1). В начале обкатывания точка М обкатываемой прямой занимает положение М0. В зависимости от направления обкаты вания могут быть образованы правая и левая эвольвенты, общей точкой которых является М0. Эта точка является началом эволь-
Эвольбенты
Рис. 8.1
венты (ниже основной окружности эвольвента не существует). В другом направлении эвольвента не ограничена и может иметь
какое |
угодно число |
витков. |
|
|
|
|
|
|
||
Для вывода уравнения эвольвенты обратимся к построениям |
||||||||||
рис. 8.1, |
из которых |
следует: г = ОМ |
= r0 cos a; MP |
= |
r0 |
t g a ; |
||||
М0Р |
= г0 |
(0 + а) . Так |
как |
прямая |
линия |
перекатывается |
по |
|||
основной окружности без скольжения, то М0Р |
= MP. |
В |
резуль |
|||||||
тате |
получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r = |
- ^ - ; |
0 = tga — a. |
|
|
|
(8.1) |
|
|
|
|
|
cos a ' |
ь |
|
|
|
4 |
> |
Зависимости (8.1) |
определяют эвольвенту |
в полярной |
форме; |
г и 0 — радиус и полярный угол эвольвенты; a — вспомогатель
ный параметр; <р = 0 - f a |
— угол равернутости |
эвольвенты. |
|
|||
Докажем, что нормалью к эвольвенте в текущей точке М |
||||||
является |
касательная |
MP |
к основной окружности, проведенная |
|||
из точки |
М. При |
перекатывании прямой линии |
по основной |
ок |
||
ружности |
мгновенным центром вращения является точка |
Р. |
||||
Скорость |
точки |
М |
перекатываемой прямой |
перпендикулярна |
мгновенному радиусу вращения РМ, а элементарное перемещение точки М происходит по касательной к эвольвенте в точке М. От сюда следует, что направление мгновенного радиуса вращения РМ совпадает с направлением нормали к эвольвенте в точке М.
Центром кривизны эвольвентного профиля в текущей точке М является точка Р. Это следует из того, что по отношению к эволь венте окружность радиуса г0 является эволютой — геометриче ским местом центров кривизны эвольвенты. Радиус кривизны
эвольвентного |
профиля |
|
|
|
...... РМ = /"оф = - т 0 ( O f a ) - r0 tg а. |
(8,2) |
|
. В |
начальной, точке М 0 эвольвентного профиля радиус |
кривизны |
|
равен |
нулю. |
|
|
В.некоторых случаях удобно пользоваться уравнениями, оп |
|||
ределяющими |
эвольвенту в,,лрямоухольной системе |
коордиаат. |
Радиус-вектор |
эвольвенты |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
г = |
( Ш |
= |
~0Р + ~Р~М. |
|
|
(8.3) |
||
Переходя |
к |
проекциям |
на |
прямоугольные |
оси |
координат |
|||||
(рис. 8.1), получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
х |
= r 0 |
(cos ср + ф sin |
ф); у = r0 |
(sin ф — ф cos |
ф). |
(8.4) |
|||||
Легко установить, что начало М0 |
эвольвентного |
профиля |
|||||||||
является |
особой |
точкой, |
так |
как |
при |
ф = 0 |
= -щ- |
== 0. |
|||
На рис. 8.2, а, б представлены |
способы |
образования |
удлиненной |
и уко |
роченной эвольвент. Эти кривые образуются как траектории точки М прямой
линии, перекатываемой без скольжения по окружности радиуса г0; в |
отличие |
||||||
от случая образования обычной эвольвенты точка М смещена относительно пере |
|||||||
катываемой прямой на величину h. |
|
определяются |
в полярной |
форме |
|||
Удлиненная |
и укороченная эвольвенты |
||||||
уравнениями такого |
вида: |
|
|
|
|
|
|
|
|
\ |
г0 + h ) |
cos а |
|
|
|
|
|
8 = ф — а = |
r ° + h |
t g a — а . |
|
(8.5) |
|
Верхний знак относится к удлиненной, |
нижний — к |
укороченной |
эволь |
||||
венте. |
(8.5) являются |
обобщенными |
уравнениями эвольвенты. |
Из них |
|||
Уравнения |
|||||||
как частный случай можно получить обычную эвольвенту, |
приняв h = |
0. По |
|||||
лезно отметить, что при Л = г0 |
удлиненная эвольвента переходит в архимедову |
||||||
спираль (рис. 8.2, в), выражаемую уравнениями |
|
|
|||||
|
|
r = / y p ; |
Є = ф |
~ . |
|
(8.6) |
|
Уравнения (8.6) можно получить из выражений (8.5), если представить |
|||||||
последние в форме |
|
|
|
|
|
|
|
г = К ( ' о |
+ /*)2 + ('оф)2 ; |
6 = |
ф - а г с Ц |
) , |
|
||
а затем принять h = |
г0. |
аналогичное |
приведенному |
выше, придем к вы |
|||
Используя |
доказательство, |
воду, что линия РМ, соединяющая мгновенный центр вращения Р с текущей точкой М обкатываемой прямой, является нормалью к обобщенной эвольвенте.
8.3. О Б Р А З О В А Н И Е Э В О Л Ь В Е Н Т Ы О Г И Б А Н И Е М
В предыдущем параграфе было рассмотрено образование эвольвенты развертыванием окружности. Эвольвента может быть
образована так же, |
как огибающая |
в относительном движении: |
а) прямолинейного |
профиля зубца |
инструментальной рейки; |
б) эвольвентного профиля зубца инструментального колеса — долбяка. При доказательстве этого положения ограничимся слу чаем образования эвольвенты как огибающей прямолинейного профиля зубца инструментальной рейки. Образование эвольвенты