Проектирование механических преобразователей. Часть 1

Министерство образования и науки Российской Федерации Восточно-Сибирский государственный технологический университета

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ Часть 1 методические указания к практическим занятиям и курсовому проектированию для студентов специальности 190800 – Метрология и метрологическое обеспечение дневной и заочной форм обучения

Составитель: Хамханов К.М.

Каждый измерительный преобразователь является уникальным техническим устройством и поэтому при проектировании каждого измерительного преобразователя необходим индивидуальный подход, обусловленный техническим заданием. Но, с другой стороны, имеются типовые методы решения конкретных задач, а общая методика проектирования сравнима с проектированием типовых механических устройств, используемых в общем машиностроении. Это определение передаточных чисел; кинематический синтез механизма, т.е. составление кинематической схемы устройства в масштабе (эскизное проектирование); определение геометрических размеров деталей (элементов); разработка чертежа общего вида; проектирование узлов и деталей устройств и т.д. Проектирование механических преобразователей – это многовариантная задача. Здесь ограничениями являются: цена деления прибора, погрешность измерений, габариты, возможность механических взаимодействий элементов, условия эксплуатации и многое другое. Для получения общего представления о методике проектирования измерительных преобразователей в данной работе рассмотрен пример проектирования индикаторов часового типа. Ключевые слова: проект, преобразователь, прибор, индикатор.

Улан-Удэ, Издательство ВСГТУ, 2004 2

проектирование,

1. Эскизное преобразователей

проектирование

механических

В работе /1/ приведена методика кинематического анализа механических преобразователей. При кинематическом анализе определяются общее передаточное число преобразователя, передаточные числа ступеней (элементов) преобразователя. Задача эскизного проектирования это построение кинематической схемы в масштабе, где элементы преобразователя изображены в виде условных графических изображений (ИГО) со строгим соблюдением размеров. Исходными данными для данного этапа проектирования являются кинематическая схема преобразователя, передаточные числа преобразователя и его ступеней, габаритные размеры и т.д. Конструкция преобразователя должна удовлетворять следующим требованиям: равномерное заполнение внутреннего пространства корпуса; обеспечение гарантированных зазоров между подвижными элементами для исключения заеданий и заклиниваний, легкий доступ к элементам для обеспечения простоты и удобства сборки, разборки и регулировки. 2. Измерительная головка с зубчатыми передачами (индикатор) Кинематическая схема индикатора приведена на рис. 1. Пределы измерения индикатора 0…5 и 0…10 мм. Цена деления шкалы индикатора 0,01 мм.

3

Рисунок 1 Измеряемые малые перемещения от измерительного стержня 1 посредством зубчатых передач преобразуются в увеличенные перемещения конца стрелки S и отсчитываются на шкале прибора. На измерительном стержне 1 нарезана зубчатая рейка, которая входит в зацепление с колесом 2, на оси которой закреплено колесо 3. Перемещение от колеса 3 передается колесу 4, на оси которой в свою очередь закреплена стрелка 5 со шкалой с ценой деления 0,01 мм. Полный оборот стрелки 5 соответствует перемещению измерительного стержня на 1 мм. Для отсчета целых стержня на 1 мм. Для отсчета целых миллиметров служит малая стрелка 8, установленная на оси колеса 1 мм. Антилюфтовый волосок 7 (спиральная 4

пружина) находящийся на оси дополнительного колеса 6, служит для устранения мертвого хода, который влиял бы на устойчивость показаний стрелки 5 при возвратнопоступательных перемещениях измерительного стержня. Волосок нельзя устанавливать на оси колеса 4, которое совершает до 10 оборотов, т.к. угол закручивания волоска не должен превышать одного оборота. Измерительное усилие индикатора не должно превышать 0,8…2Н (0,8Н при начальном и 2Н при конечном положениях измерительного стержня). Измерительное усилие создается предварительно растянутой винтовой пружиной 9. для ограничения колебаний измерительного усилия в вышеуказанных пределах применяют длинные пружины (в пределах корпуса прибора). Эскизное проектирование индикатора начинаем с определения передаточных чисел ступеней (элементов). Определение общего передаточного числа индикатора приведено в работе /1/ и вычисляется по выражению S r λ U= = 3⋅ , x r2 r4 где S – перемещение конца стрелки 5; х – перемещение измерительного стрежня; r2 , r3 , r4 - радиусы соответствующих колес; λ - длина стрелки 5. Из рис. 1.1 и выражения (1) видно, что передаточное число индикатора определяется по двум ступеням, причем передаточные числа ступеней заранее не известны. Учитывая габариты индикатора, а именно диаметр корпуса, определяем длину стрелки λ . Корпус должен иметь определенную толщину (б = 1…3 мм), следовательно на эту величину уменьшается диаметр внутренней стенки корпуса, где устанавливается циферблат со шкалой делений и стрелка. Для исключения контакта конца стрелки с внутренней стенкой корпуса 5

длину стрелки выбираем на 1 мм меньше радиуса внутренней стенки. Отсюда длина стрелки будет равна D λ = − δ − 1мм, (2) 2 где D – диаметр корпуса индикатора; б – толщина стенки корпуса. С учетом того, что диаметры осей и валов индикаторов данного типа составляют 1…1,5 мм, делительные диаметры малых колес принимают не менее 3 мм. Таким образом, мы можем определить длину стрелки, задаться делительным диметром колеса 4 и определить передаточное число λ U2 = . (3) r4 r u (4) Тогда U 1 = 3 = . r2 λ / r4 Для определения делительных диаметров колес 2 и 3 удобнее задаться диаметром малого колеса, диаметр большего колеса вычислить при помощи выражения (4) u r3 = r2 . λ / r4 Делительным диаметром колеса 2 задаемся по условию d2 ≥ 3 мм. Определив необходимые геометрические параметры приступаем к эскизному проектированию. Сначала проанализируем кинематическую схему индикатора. На рис. 1 приведена развернутая схема, которая удобна для изучения устройства и принципа работы индикатора, но данная схема не показывает реальное расположение элементов. Из требований компактности, удобства работы и т.д. в индикаторах осевые линии стрелки и ось измерительного стержня должны совпадать, см. рис. 2. 6

Действительное, реальное, расположение элементов показано на рис. 3.

Рисунок 2. Рисунок 3. 7

8

При эскизном проектировании вычерчивается контур внутренней стенки корпуса. Во избежание заклинивания, удобства сборки и разборки индикатора необходимо обеспечивать гарантированный зазор между подвижными элементами δmin = 1…2 мм. 3. Измерительная передачей (ртотест)

головка

с

рычажно-зубчатой

Рисунок 4. 9

Цена деления шкалы прибора 1 мкм, предел измерений по шкале 0,1 мм, измерительное усилие 0,5Н. Измерительный стержень 1 с малым плечом углового рычага – сектора 2 представляет синусный механизм. Смещение измерительного стержня 1 посредством синусного механизма и зубчатой передачи, состоящей из зубчатого сектора и триба 3, преобразуется в поворот стрелки 4. Измерительное усилие создается пружиной 7. для устранения мертвого хода служит волосок 5. Пружина 6 обеспечивает неразрывный контакт рычага с измерительным стержнем. Передаточное число ортотеста определяется по выражению /1, 2/ r λ (5) U= 2 = . r1 r3 по методике, изложенной в разделе 2, определяется длина стрелки 4, делительный диаметр триба 3 (трибом называется малое зубчатое колесо с циклоидальным профилем зубьев) и определяем передаточное число λ U 2 = . По условию r1 ≥ 5 мм (выбранному по r3 конструктивным соображениям) выбираем величину r1 и затем вычисляем величину r2. u ⋅ r1 . r2 = λ / r3 Чаще всего с первого раза не удается определить размеры элементов, вписывающиеся в корпус прибора. В этих случаях путем перебора значений r1 и r3 определяются оптимальные размеры триба и плеча r1. После определения основных геометрических размеров элементов строится кинематическая схема прибора в масштабе (эскизный проект) с выполнением всех требований к прибору. 10

Список использованных источников 1. Хамханов К.М. Кинематический анализ механических измерительных преобразователей: Методическое указание для практических занятий и курсового проектирования для студентов специальности 190800 «Метрология и метрологическое обеспечение». – Улан-Удэ: ВСГТУ, 2003. 2. Элементы приборных устройств: Учебное пособие для студентов вузов. В 2-х ч. Ч.2. /Тищенко О.Ф., Киселев Л.Т., Коваленко А.П. и др. Под ред. Тищенко О.Ф. – М.: Высш.школа, 1982.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ Часть 1 методическое указание к практическим занятиям и курсовому проектированию для студентов специальности 190800 – Метрология и метрологическое обеспечение

Составитель: Хамханов К.М.

Подписано в печать 2004г. Формат 60*84 1/16 Усл. п.л. 0,7, уч. изд л. 0,6 Электронный вариант Издательство ВСГТУ. г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40, в 11

12