книги из ГПНТБ / Литвин Ф.Л. Проектирование механизмов и деталей приборов
.pdfфункции от |
времени, |
диск 4 с круговой диаграммой |
приводится |
во вращение часовым |
механизмом. |
|
|
Важное |
значение |
имеет применение шарнирных |
механизмов |
в качестве прямолинейных направляющих, у которых точка шатуна перемещается по траектории, мало отличающейся от прямой ли нии. Такие направляющие механизмы часто используются в запи-
Рис. 5.35
сывающих устройствах. При таком применении желательно, чтобы перемещение точки шатуна, в которой помещено перо, и угол поворота ведущего звена^были связаны зависимостью, близкой к линейной.
На рис. 5.36 представлена схема кривошипно-ползунного ме ханизма, используемого в качестве записывающего при электри
ческих измерениях. Датчиком является поворотная рамка /, помещенная между полюсами постоянного магнита и снабженная грузиками. При изменении измеряемой величины меняется величина силы тока, протекающего по обмотке рамки. Вследствие этого проис ходит поворот рамки-кривошипа 1. На шатуне 2 имеется ролик 3. перемещающийся в прямолинейных направляющих 4. На другом конце шатуна помещено перо 5, регистрирующее на движущейся
11* |
163 |
Рис. 5.37
бумаге изменения измеряемой величины. На рис. 5.37 |
представ |
||||||||
лены траектории точки D шатуна, выбираемой на различном уда |
|||||||||
лении |
от точки |
В — центра вращательной |
пары, |
соединяющей |
|||||
шатун 2 и кривошип / (рис. 5.36). |
|
|
|
|
|
|
|||
На |
рис. 5.38, |
а представлена |
схема |
рычажного |
|
механизма, |
|||
позволяющего |
сообщить звену 3 |
прямолинейно-поступательное |
|||||||
перемещение |
в направлении а—а. |
Звенья |
1, 2, |
5 |
и |
стойку 6 |
|||
(рис. 5.38, б) |
можно рассматривать |
как |
звенья |
кривошипно-пол- |
зунного механизма. Обычно при проектировании механизма выби рают OA = AD = АВ = АС, но это не обязательно. Звено 3 (4 —его кулисный камень) будет совершать прямолинейно-поступа-
Рис. 5.38
тельное перемещение в направлении а—а, при равенстве треуголь
ников |
ОАВ и |
ACD. Это будет достигнуто, если OA = AD и |
АВ = |
АС. |
|
Простейшие |
четырехзвенные механизмы (четырехшарнирный, |
кривошипно-ползунный и кулисный) используются в киноаппа ратуре как грейферные механизмы. На рис. 5.39 представлены четырехшарнирный грейферный механизм и траектория, воспроиз водимая точкой звена, совершающего сложно-плоское движение.
Мальтийский механизм (рис. 5.40) основан на схеме кулисного механизма и используется для преобразования непрерывного вра
щательного движения в прерывистое. В |
отличие |
от кулисного |
в мальтийском механизме ограничивается |
длина |
направляющих |
кулисы. Из одного и того же кулисного механизма можно образо вать две разновидности мальтийского механизма: с внешним за цеплением (рис. 5.41, а), с внутренним касанием (рис. 5.41, б). Ведомое звено 2 мальтийского механизма с внутренним зацепле нием вращается в том же направлении, что и кривошип /; в мальтий ском механизме с внешним зацеплением вращения звеньев / и 2 совершаются в противоположных направлениях.
Рассмотрим подробнее принцип работы мальтийского меха низма. На рис. 5.40 изображен мальтийский механизм с четырьмя пазами. Кривошип / снабжен цевкой а, входящей в паз звена 2 (оно называется мальтийским крестом). Звено 2 будет приводиться
во вращение кривошипом 1 до тех пор, пока кривошип из положе ния О х а не перейдет в новое положение, совершив при этом пово рот на угол 2а. После этого цевка кривошипа выходит из паза и движение креста прекращается.
Звено 2 будет находиться в по-
Рис. 5.39 |
Рис. 5.40 |
кое до тех пор, пока звено / не совершит полный оборот и цевка а не окажется в прежнем положении. После этого цевка а снова войдет в паз звена 2 (соседний по отношению к первому) и криво шип / снова приведет в движение звено 2.
Д л я |
фиксации |
звена |
2 в период его выстоя на звене |
/ преду |
смотрен |
выступ |
ADB, |
входящий в соответствующую |
выточку |
звена 2._ В начале движения креста окружности выступа и выточки
совпадают, затем в процессе движения между ними образуется
зазор. После |
поворота звена / на угол 2а линия 0гА переходит |
в положение |
0гА', а 0ХВ переходит в положение, которое зани |
мала линия ОуА в начале движения. Звено 2 совершит при этом поворот на угол 2р и соседняя выточка d2—d2 займет положение,
которое ранее |
занимала |
выточка d-c—dx. В этот |
момент |
точка В |
фиксирующего |
выступа |
ADB вступает в касание |
с точкой с вы |
|
точки d2—d2, |
и выступ ADB скользит по выточке |
d2—d2, |
запирая |
крест до входа цевки в паз. К началу нового цикла движения креста
кривошип совершит полный оборот, к точке с выточки |
d2—d2 |
подойдет точка А выступа, фиксация креста прекращается |
и он |
вновь может быть приведен в движение. Из сказанного ясно, что одному циклу движения креста соответствует угол поворота 2а при внешнем зацеплении (рис. 5.40 и 5.41, а) и 2л—2а при внут реннем зацеплении (рис. 5.41, б).
При прочих одинаковых условиях максимальное ускорение ведомого звена, а следовательно, и инерционная нагрузка меньше в мальтийском механизме с внутренним зацеплением. Сущест венным недостатком мальтийского механизма с внутренним за цеплением является необходимость консольного расположения опор кривошипа / по отношению к кресту 2 (по одну сторону от плоскости креста 2). По этой причине мальтийские механизмы с внутренним зацеплением применяются несравненно реже, чем мальтийские механизмы с внешним зацеплением.
Рассмотрим кинематику и условия передачи сил в мальтийском механизме с внешним зацеплением. Функции перемещения, ско рости и ускорения креста определяются выражениями (5.50)— (5.52). В этих зависимостях нужно принять, что угол поворота кривошипа изменяется в промежутке я — а ^ ф = ^ я -f-a (рис. 5.41, а); при этом
|
|
|
cosa = -^- = *,. |
|
|
(5.132) |
||||
Из |
зависимости |
(5.45) |
следует, |
что при ц> = п — at|> = p = |
||||||
= ~2 |
а. Согласно построениям |
рис. 5.40 угловой |
шаг пазов |
|||||||
|
|
|
2P = |
2 ( |
- f - a ) |
= |
- ^ - , |
|
(5.133) |
|
где г — число пазов. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Отсюда следует: |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
^ = cosa = |
sinp = |
s i n ( - i L ) . |
|
(5.134) |
||||
Соотношение времени движения и покоя креста |
определяется |
|||||||||
выражением |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
*дв |
_ |
2a |
_ |
V 2 |
г |
) |
г - 2 |
|
|
|
t„ |
~ |
2 я - 2 а |
~ |
|
, |
2л |
~~Т+2' |
(О.ісю; |
|
Обозначив |
через |
і — ґ д в |
-f- tn |
время |
полного |
цикла, |
получим |
|||||||||||
|
|
{ № |
_ |
2 а |
_ |
г — 2 |
. |
_ |
2я —2сс |
_ |
г + 2 |
' |
|
n K V |
|||||
|
|
|
t |
~~ |
2л |
~ |
2г |
' |
t * |
|
2JT |
_ |
2z |
|
|
P . lcto) |
|||
|
В начале движения креста имеет место мягкий удар, так как |
||||||||||||||||||
его |
ускорение |
согласно |
выражению |
(5.52) |
мгновенно |
изменяется |
|||||||||||||
от |
нулевого |
значения до |
значения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
2 |
А, (1—№) sin а |
|
|
2 |
Я |
|
|
|
2 , |
/ |
я |
\ |
, |
||||
«*> = |
( 1 - 2 > . с о . а + Х ' ) ' |
= |
|
7 ! |
^ |
" |
= |
~ Ш |
1 Ш |
( ~ ) |
• ( |
5 - 1 3 7 ) |
|||||||
|
При |
выводе |
выражения |
(5.137) |
из |
зависимости |
(5.52) |
было |
|||||||||||
принято, |
что кривошип |
/ |
вращается |
равномерно и е х = 0 . Знак |
минус в выражениях (5.52) и (5.137) указывает, что направление
углового ускорения є 2 противоположно |
направлению отсчета |
|
углов а|з поворота креста. Дл я уменьшения |
удара кривошип маль |
|
тийского механизма приводят в движение |
от пары |
эллиптических |
колес или вспомогательного шарнирного механизма, |
и угловая ско |
рость вращения кривошипа становится переменной. При таком приводе сохраняется средняя угловая скорость вращения криво
шипа, |
но |
уменьшается |
мгновенное значение угловой скорости |
|
(Ох (ф) в начале движения |
креста при ф = |
а. |
||
В |
ряде |
случаев работа мальтийского |
механизма происходит |
при достаточно большой скорости вращения кривошипа, возни
кает необходимость в учете динамической нагрузки. |
Усилие |
R12, |
|||||||
передаваемое кресту, |
определяется |
из зависимости |
|
|
|||||
|
|
|
|
R12 |
= М*-'*е* |
, |
|
(5.138) |
|
|
|
|
|
|
102А |
|
|
|
|
где |
е 2 — у г л о в о е |
ускорение |
звена |
2, определяемое |
выражением |
||||
(5.52), 10гА — расстояние центра А цевки от центра |
02 |
вращения |
|||||||
кулисы (рис. 5.41, а), |
12 |
— момент |
инерции креста |
относительно |
|||||
0 2 , |
М2—приведенный |
|
момент сопротивления на валу |
звена |
2. |
||||
|
При движении |
звена |
с ускорением динамический |
момент |
1гг2 |
с учетом выражения (5.52) окажется положительной величиной, общий момент на валу звена 2 представит сумму статического и динамического моментов. Усилие R12, передаваемое цевкой кри вошипа кресту 2, изменяется в процессе движения, так как пере менным является не только угловое ускорение, но и плечо /о2Л,
определяемое выражением |
(рис. 5.41, а) |
|
|
||
lo>* = г Щ |
= г / 1 + |
2 Я Г Ф + Я 2 |
• |
(5-І39) |
|
Для определения |
наибольшего |
значения |
функции |
R12 (ф) |
|
можно воспользоваться |
аналитическим решением, найдя |
значение |
Ф, при котором d ™ --~ О, либо графическим решением, построив
функцию Rl% (ф).
Механизмы центральных фотозатворов. Важным по своему значению примером применения рычажных механизмов в фотоап паратуре является механизм центрального фотозатвора. Он пред назначен для открытия и закрытия затвора перед световым пото ком, направляемым от объекта на фотографический материал.
Время срабатывания механизма затвора при минимальной вы держке составляет в зависимости от типа затвора V250—V500 С
для любительской фотоаппаратуры. При столь малом времени сра батывания возникают значительные динамические нагрузки на звенья.
Схемы механизмов центральных фотозатворов весьма разно образны. Ограничимся описанием схемы линзового фотозатвора
ФЗ-22/1 к фотоаппарату Зенит-3, |
4 |
и 5. Механизм |
состоит из |
|||||||
трех подвижных звеньев (рис. 5.42, |
а): ведущего звена |
/, приводи |
||||||||
мого |
в движение пружиной кручения; кольца 2, совершающего |
|||||||||
качательное |
движение |
вокруг 0 |
2 , |
отсекателя 3, |
связанного |
вра |
||||
щательной парой 03 с кольцом 2 |
и парой класса |
IV 0 4 |
со стойкой. |
|||||||
На |
кольце |
2 помимо |
изображенного |
отсекателя |
располагаются |
|||||
еще |
четыре |
отсекателя |
(на рисунке |
не показаны). |
Через |
0 з ' \ |
||||
0 3 П ) , |
. . ., 0 |
з У ) отмечены центры вращательных пар, |
соединяющих |
|||||||
соответствующие отсекатели с кольцом, а через |
0\1\ |
|
. . ., 04V > — |
центры пальцев стойки, которые вместе с пазами отсекателей обра зуют кинематические пары' класса IV. Ведущее звено / приводит в движение кольцо 2, вступая в контакт сначала с серповидным штифтом а, а затем со штифтом b (см. ниже). Штифт с расположен на стойке механизма, и в него упирается звено / в крайнем по ложении.
Для лучшего понимания действия механизма фотозатвора рас
членим полный цикл движения |
на три части: открытие объектива; |
|||
выстой отсекателей; закрытие |
объектива. |
В положении |
звеньев |
|
на рис. 5.42, а (оно принято за |
начальное) |
отсекатели закрывают |
||
объектив. После поворота ведущего звена / на угол ф = |
ф і отсе |
|||
катели полностью открывают объектив (рис. 5.42, б); |
звено |
/ |
||
приводит в движение кольцо 2, |
вступая плоскостью Пі в |
контакт |
||
с серповидным штифтом а. При повороте на угол ф ! ^ |
ф s$ |
ф 2 |
||
(рис. 5.42, в) ведущее звено 1 не приводит |
в движение кольцо |
2, |
так как плоскость Я х |
и штифт а не касаются друг друга. Кольцо 2 |
|||
продолжает движение |
под |
действием накопленной |
кинетической |
|
энергии, объектив остается |
открытым. После поворота на угол ф 2 |
|||
(рис. 5.42, в) |
плоскость Я 2 |
вступает в контакт со штифтом Ь. |
||
При повороте |
ведущего звена на угол ф 2 ^ ф ^ Ф3 |
ведущее звено, |
совершая движение в прежнем направлении, приводит во враще ние кольцо 2 в обратном направлении, отсекатели начинают
закрывать объектив. Ведущее звено / касается при этом плоскостью
Я 2 штифта Ь кольца 2. Полное |
закрытие |
объектива происходит |
после поворота ведущего звена |
/ на угол |
ср = ср3 (рис. 5.42, г). |
Кольцо 2 и отсекатели 3 возвращаются в прежнее положение, ве дущее звено / занимает крайнее положение, упираясь в штифт с.
Звено / возвращается в начальное положение поворотом |
на |
угол |
|||
Ф = Фз в направлении, |
обратном |
первому, |
взводится |
пружина |
|
кручения, плоскость П1 |
упирается |
в штифт |
а кольца 2, |
и |
меха |
низм фотозатвора подготовлен к действию.