Стойки для крепления измерительных приборов.

У большинства измерительных приборов и датчиков в качестве базовой поверхности, предназначенной для их крепления в измерительных приспособлениях, предусмотрена базовая цилиндрическая поверхность (смотри предшествующую лекцию), поэтому крепление таких изделий предусмотрено с помощью разрезных втулок. Учитывая малые осевые усилия, возникающие в процессе контроля, фиксация приборов в осевом направлении осуществляется только силами трения, возникающими при зажиме.

Из-за габаритов измерительных приборов часто не удается их расположить в необходимом положении по отношению к контролируемой поверхности. Поэтому в большом числе случаев используют передаточные механизмы в виде специального корпуса с элементами крепления для измерительного прибора и элементами присоединения к различного вида стойкам. Дополнительно в указанном корпусе на оси устанавливают контактные двухплечные рычаги, одно из плеч которого касается измерительного наконечника прибора, а второе контактирует с контролируемой поверхностью. Обычно предусматривается винт, ограничивающий свободный ход рычага.

В зависимости от условий контроля рычаги могут иметь различную форму. В случае использования равноплечих рычагов величина контролируемого параметра непосредственно фиксируется измерительным прибором. В случае использования неравноплечих рычагов необходимо производить коррекцию показаний прибора. Часто такие рычаги имеют третье плече, для возможности его отвода-подвода от контролируемой поверхности при нажиме пальцем контролером.

Корпус для крепления измерительного прибора обычно имеет проушину (плоский элемент радиусной форме, по центру которого поделано отверстие), через которую он с помощью винта крепится к проушине державки. Такое крепление позволяет поворачивать корпус относительно данной державки. Державка вставляется в регулировочный узел. Регулировочный узел представляет собой в большинстве случаев разрезную втулку со стяжным винтом крепления и выступом, расположенным вдоль втулки со смещением так, чтобы ода из плоскостей выступа проходила касательно к наружному диаметру втулки. В выступе имеется отверстие перпендикулярно оси втулки. В отверстие вставлен палец, перпендикулярно оси которого также просверлено отверстие, а на другом конце пальца нарезана резьба и навинчена гайка крепления. Палец может свободно поворачиваться в отверстии при незатянутой гайке. В отверстие пальца вставляется державка в необходимом положении, палец разворачивается на нужный угол относительно втулки и зажимается гай кой, одновременно фиксируя и положение державки. Разрезная втулка надевается на цилиндрическую стойку и фиксируется в требуемом положении. Такая конструкция позволяет расположить измерительный прибор при работе в любом положении.

В зависимости от конструкции прибора стойка может крепиться жестко к узлам приспособления. Для этого она закрепляется или запрессовывается во втулку с фланцем, в котором предусмотрены отверстия под крепежные винты.

В случае регулировочного перемещения стойки с ее последующей фиксацией при измерении рекомендуется в опорной плите приспособления или его корпусе в направлении регулирования (установки) при изготовлении предусмотреть Т - образный паз, а на конце стойки выполнить проточку, позволяющую установить стойку данной проточкой в паз и перемещать по пазу. Для фиксации стойки на ней выполняется резьба и навинчивается широкая опорная гайка. При завинчивании гайки и ее упоре в базовую поверхность выступ на стойке упирается в верхнюю часть паза и стойка фиксируется.

Часто конец стойки крепится в значительной по массе опоре, которая при настройке перемещается рукой котроллера и не смещается с места при проведении измерений. При необходимости перемещения измерительного прибора в процессе контроля рекомендуется на опорной плите или корпусе приспособления, где располагается стойка выполнить выступ в направлении перемещения, а на опоре - вертикальную базовую поверхность, которой она будет прижиматься к выступу. В том случае допускается перемещение стойки рукой контролера с поджатием опоры к базовым поверхностям плиты. Рекомендуется, чтобы размер базовых поверхностей опоры в направлении перемещения был бы не меньше высоты стойки.

Промышленностью для крепления индикаторов выпускаются специальные магнитные стойки, конструкция которых аналогична рассмотренным выше, а в опоре смонтированы постоянные магниты, обладающие значительной силой притяжения. При повороте рычага и установке магнитов в положение, когда их усилие притяжения взаимно компенсируется стойка свободно перемещается рукой контролера. При установке магнитов, когда их силы притяжения складываются, стойка надежно крепится к металлической опоре.

 

Вопросы по пройденному материалу:

 

1. Какая форма направляющих наиболее рекомендуема при создании измерительных приспособлений и приборов?

2. Что такое стойка измерительного прибора и для чего она используется?

3. Какова особенность конструкциистоек для крепления индикаторов?

4. Как обеспечивается передача сигнала измерения под углом к контролируемой поверхности?

5. В чем состоит особенность магнитных измерительных стоек?

Лекция № 5

План лекции:

1. Передаточные механизмы.

2. Классификация передаточных механизмов.

3. Рычажные механизмы.

4. Винтовые механизмы.

5. Фрикционные механизмы.

6. Механизмы прерывистого движения.

7. Кулачковые механизмы.

8. Механизмы с гибкими звеньями.

9. Зубчатые механизмы.

 

ПЕРЕДАТОЧНЫЕ МЕХАНИЗМЫ.

Большинство современных приборов представляет собой сложные комплексы, в которых сочетаются электрические, пневматические, оптические и другие измерительные цепи с механическими цепями или передаточными механизмами. От качества механизма в значительной степени зависит и качество всего измерительного комплекса. В измерительных устройствах приборов передаточные механизмы выполняют:

1. преобразование электрического (пневматического, гидравлического и т.п.) сигнала в движение механизма и передачу его на исполнительный орган,

2. преобразование измеряемых характеристик механического сигнала (перемещения, скорости, ускорения) в соответствующий электрический или иной сигнал,

3. математические операции (суммирование, логарифмирование, дифференцирование и т.п.),

4. ряд эксплуатационных операций (включение и выключение системы, переключение диапазонов, осуществление ручной или автоматической настройки, осуществление дистанционного управления при управлении измерительной системой и т.п.).

К конструкциям передаточных механизмом предъявляют слудующие требования:

1. прочность и жесткость элементов механизма при передаче усилий или моментов,

2. заданная точность преобразования движений по известной функциональной зависимости,

3. простота и надежность регулирования, высокий КПД, малая чувствительность к температурным изменениям и вибрациям,

4. технологичность конструкции, минимальные габаритные размеры и масса, наименьшая стоимость изготовления.

Все элементарные передаточные механизмы можно классифицировать по ряду признаков. Однако для их механических частей наиболее важными признаками являются конструктивный и кинематический. По данным признакам все передаточные механизмы можно разделить на 8 групп.

Первичные передаточные механизмы

Рычажные

Зубчатые

Винтовые

Червячные

С гибкими звеньями

Фрикционные

Кулачковые

Прерывистого движения

 

Каждая из групп может быть представлена более дискретным разбиением.

Рычажные механизмы

Синусные

Тангенциальные

Двойные тангенциальные

Кривошипно-шатунные

Кулисные

Шарнирные

Поводковые

Зубчатые механизмы

Колесо - триб

Сектор - триб

Рейка - триб

Винтовые

 

По виду преобразования движений механизмы можно также классифицировать:

- вращательное во вращательное (зубчатые, червячные и т.п.);

- вращательное в поступательное (винтовые, зубчатое колесо - рейка и т.п.);

- поступательное во вращательное (синусные, рейка - зубчатое колесо и т.п.);

- поступательное в поступательное (двойные синусные и т.п.).

По преобразованию скорости: с постоянным и переменным передаточным отношением.

Червячные

Фрикционные

Прерывистого движения

Колесо - червяк

Сектор - червяк

С постоянным передаточным отношением

С переменным передаточным отношением

Храповые

Мальтийские

С гибкими звеньями

Кулачковые

Плоские

Пространственные (коноиды)

С креплением конца гибкого звена

Без крепления конца гибкого звена

Цепные

С поступательно движущимся щупом

С качающимся щупом

С поступательно движущимся щупом

С качающимся щупом

 

РЫЧАЖНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

В рычажных механизмах для преобразования движения используют один или несколько равноплечих или разноплечих рычагов.

1. Синусные механизмы. Служат для преобразования поступательного движения во вращательное. Применяются в сильфонных манометрах, центробежных тахометрах, электроконтактных датчиках, автоматических и счетнорешающих устройствах. Взаимосвязь между ходом ползуна h и углом поворота рычага a определяется по зависимости

,

где l - длина плеча рычага,

a₀ - начальное угловое положение рычага.

Передаточное отношение механизма

.

Рекомендуется, чтобы предельное значение a = 2 a₀ £ 60⁰.

2. Тангенциальные механизмы. Служат для той же цели. Имеют переменный радиус точки контакта ползуна и рычага.. Взаимосвязь между ходом ползуна h и углом поворота рычага a определяется по зависимости

,

где l - расстояние от ползуна до оси вращения рычага,

a₀ - начальное угловое положение рычага,

r - радиус головки ползуна.

Передаточное отношение механизма

.

Рекомендуется, чтобы предельное значение a = 2 a₀ £ 60⁰.

3. Двойные тангенциальные механизмы. Служат для преобразования поступательного движения в поступательное. Используются в механизмах передачи перемещений от измеряемой поверхности к наконечнику измерительных приборов. Взаимосвязь между ходом ползуна h₁ и воспринимающим стержнем h₂ при острых наконечниках ползуна и стержня определяется по зависимости

,

где l₂ и l₁ - величина плеч рычага. Передаточное отношение механизма . В большинстве механизмов наконечники ползуна (r₁) и стержня (r₂) имеют сферическую форму и передаточное отношение более правильно определять по зависимости .

4. Кривошипно - шатунные механизмы. Служат для преобразования поступательного движения в вращательное. Применяются в сильфонах, манометрах, мембранных приборах и там, где используются гибкие (пружинные) элементы. Взаимосвязь между ходом ползуна h и поворотом кривошипа a определяется по зависимости

,

,

где a и b - размеры шатуна и кривошипа. Передаточное отношение механизма

,

где k = a / b. Обычно k = 0.2...0.33.

5. Кулисные механизмы. Служат для преобразования вращательного движения в вращательное. Применяются в механизмах прерывистого действия (подающих с возвратно - поступательным движением). Взаимосвязь между углами поворота кривошипа a и кулисы b определяется по зависимости

,

где k = d / r,

d - межцентровое расстояние между осями вращения звеньев механизма.

Передаточное отношение механизма

.

Рекомендуется принимать a = ±45°, при этом U₁₂» const.

6. Шарнирные четырехзвенные механизмы. В большинстве случаев используются в пантографической форме, когда l = d и r₁ = r₂. Используются для плоско - параллельного перемещения измерительных приборов и узлов приспособления при настройке. При указанных параметрах передаточное отношение U = 1.

7. Поводковые механизмы. Применяются для передачи вращательного движения в основном при расположении осей вращения под углом к друг другу (в большинстве случаев при расположении осей поводков под углом 90⁰. Просты по конструкции, однако допускаемые углы поворота ведущего поводка a = ±60⁰. Взаимосвязь между углами поворота ведущего a и ведомого b поводков определяется по зависимости

,

где a и b - размеры расположения поводков,

g - угол расположения поводка.

Передаточное отношение механизма

.

 

ВИНТОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ.

Предназначены для преобразования вращательного движения в поступательное, реже поступательного во вращательное. Винтовые механизмы подразделяются на:

- с вращающейся гайкой и поступательно движущимся винтом (регулировочные механизмы);

- с вращающимся винтом и поступательно движущейся гайкой (приводные механизмы);

- с неподвижным винтом и вращающейся и перемещающейся гайкой (фиксационные механизмы);

- с неподвижной гайкой и вращающимся и перемещающимся винтом (регулировочные механизмы).

В винтовых механизмах в основном используют однозаходные резьбы. В случае, когда поступательное движение преобразуется во вращательное, то есть когда угол наклона витка резьбы должен превышать t > 15°, обязательно используют многозаходные резьбы (3...4 захода).

В винтовых механизмах в основном используют винтовые пары 5 класса с зазорами, соответствующими посадкам с основными отклонениями H / g и H / f. Используют в основном метрические (используются в основном в регулировочных механизмах с ручным приводом), трапецеидальные и прямоугольные резьбы.

1. Трапецеидальная резьба по ГОСТ9484-81. Наиболее широко употребима для подвижных винтовых пар.Может иметь 1,2 и 3 заходов. Основные параметры трапецеидальной резьбы:

d - наружный диаметр,

Р - шаг резьбы,

H - теоретическая высота резьбы, определяется из соотношения H = 1.866Р,

h₁ - рабочая высота резьбы (H₁ = 0.5Р),

d₂ - средний диаметр резьбы (d₂ = d - 0.5Р),

d₁ - внутренний диаметр резьбы (d₁ = d - Р),

a - угол профиля резьбы (a = 30°).

Обозначение Трап 60´12, где 60 - наружный диаметр резьбы в мм, 12 - шаг резьбы в мм. Применяются во всех механизмах перемещения, особенно с электрическим приводом.

 

2. Прямоугольная резьба. Размеры не оговорены нормативными документами. Используется в винтовых парах при значительных осевых усилиях обычно с числом заходов z ³ 3. Обозначается Спец. 30´3´5 (d´z´P).

Используемые в винтовых механизмах гайки имеют на менее 5 витков. Для снижения влияния на измерения осевого зазора в винтовой пара обычно используют беззазорное перемещение, которое осуществляется за счет сборных конструкций гаек и их предварительной регулировке при сборке.

1. Использование гаек с разжимным клином. Гайка изготавливается из двух половин: одна половина прямоугольная, а вторая имеет скос по внутренней стороне. Первая половина крепится неподвижно с помощью винтов, а также штифтов или шпонок к перемещаемому узлу приспособления. Вторая половина крепится только винтами, вставленными в продольные пазы на данном узле. Между ними устанавливается клин с большим поперечным пазом, не касающийся винта. Клин может перемещаться в поперечном направлении при вращении регулировочных винтов. Регулировка зазора осуществляется при полной сборке элементов соединения с винтом следующим образом: ослабляются винты, крепящие вторую половину гайки; затягиваются регулировочные винты клина и он разжимает гайки в осевом направлении; затягиваются винты второй половины гайки.

2. Использование поворотных гаек. Гайка также изготавливается из двух половин, которые базируются по отверстию в корпусе, прикрепленному к перемещаемому узлу приспособления. В упорных фланцах гаек выполнены радиусные пазы, через которые с помощью винтов они крепятся к корпусу. Выбор осевого зазора осуществляется за счет ослабления винтов крепления одной из половин гаек и ее поворота в базовом отверстии корпуса до получения беззазорного соединения. После этого крепежные винты вновь затягиваются.

 

ФРИКЦИОННЫЕ МЕХАНИЗМЫ.

1. С постоянным передаточным отношением.

Используются из - за простоты конструкции, когда нет необходимости жесткой связи перемещения элементов соединения, например, при передаче вращения при параллельном и перпендикулярном расположении осей ведущего или ведомого валов, или при необходимости предохранения работы привода, например, предохранительные муфты. Рабочие поверхности обычно быстро изнашиваются и требуют возможности перемещения в направлении износа под действием поджимных элементов (например пружин), или частой регулировки.

При передаче движения между дисками с параллельными или пересекающимися осями передаваемый крутящий момент равен

,

где Q - усилие прижатия роликов кгс,

D₁ - диаметр ведущего ролика в м,

f - коэффициент трения,

b - коэффициент запаса или степень надежности (2.5...4).

Большое влияние на работу механизма оказывает коэффициент трения f в паре материалов ведущего и ведомого дисков. Для приводных механизмов обычно рекомендуются пары трения: резина - сталь (f = 0.46), чугун - кажа (f = 0.2), сталь - латунь (f = 0.19).

Для предохранительных муфт предельное значение крутящего момента для свободного расположения фрикционного диска можно определить как

,

где r₂ и r₁ - размеры фрикционного диска в м. Наиболее рекомендуемые пары трения: чугун - чугун (f = 0.15), сталь - латунь (f = 0.14...0.19), феродо (асбоцементная смесь, армированная с пропиткой смолой) -чугун (f = 0.3).

2. С переменным передаточным отношением.

Используется в лобовых фрикционных вариаторах роликового типа при передаче небольших по величине крутящих моментов, часто от приводного электродвигателя с разрыванием кинематической цепи за счет поднятия ведущего ролика без остановки электродвигателя.