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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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

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