Введение.
К качеству продукции и экологическим условиям её производства предъявляются всё более высокие требования. Приборы и экспериментальные установки используются для получения объективной информации о критериях оптимизации конструкторских работ и технологических процессах, о связи конструктивных и технологических параметров с параметрами состояния изделий.
Экспериментальная установка представляет собой устройство, предназначенное для получения наиболее полной информации об исследуемом явлении или процессе на основе адекватного их воспроизведения в условиях максимально удобного за ними наблюдения и возможности оперативного управления.
В основе работы приборов и экспериментальных установок лежит процесс измерения. Этот процесс характеризуется, с одной стороны, восприятием измеряемой физической величины, а с другой - присвоением ей определённого числового значения.
Экспериментальные установки можно разделить по ряду признаков:
по методам измерения;
по принципу измерения;
по назначению;
по точности передачи информации;
по характеру применения;
Требования, предъявляемые к отдельным механизмам приборов, тесно связаны с назначением всего прибора. Основные требования это:
точность выполнения заданных функций;
высокая надёжность механизма;
технологичность механизма;
Назначение основных деталей механизма (Функциональная модель)
1) Рукоятка. Рукоятка предназначена для преобразования усилия рук рабочего в крутящий момент, воздействующий на винт, преодолевающий моменты сил сопротивления вращению. Представляется рычагом цилиндрической формы.
2) Винт. Винт предназначен для создания длительного осевого сжимающего усилия посредством преобразования вращательного движения в поступательное движение и подведенного момента благодаря взаимодействию с гайкой по винтовой поверхности. Представляется в виде сложной детали цилиндрической формы с винтовой поверхностью.
3) Гайка. Гайка предназначена для выполнения функции передачи вращения винту. Усилие, сжимающее винт, через гайку передается на чувствительный элемент, то есть пружину. Представляется втулкой с внутренней резьбой на сквозном отверстии, наружной цилиндрической поверхностью.
4) Пружина. Пружина служит чувствительным элементом, который воспринимает усилие от сжатия винта.
5) Червячный механизм. Червячный механизм служит для существенного увеличения крутящего момента. Ведущим звеном является червяк. Червячная передача без смазки и вибрации обладает эффектом самоторможения и является необратимой.
6) Рычаг. Рычаг служит для передачи усилия от винта на исследуемый образец и увеличения этого усилия.
Рис. 1. Эскиз рукоятки и модель её нагрузок.
2) Винт. В передаче винт-гайка вит должен предотвращать:
износ винта;
разрушение винта по опасным сечениям или витков резьбы;
отсутствие необходимого самоторможения винта (может возникнуть при большом угле профиля резьбы);
потеря устойчивости при максимально выдвинутом положении.
Рис. 2. Схема нагрузки витков резьбы винта
3) Гайка. В передаче винт-гайка должно предотвращаться:
разрушение гайки по опасным сечениям корпуса гайки, витков резьбы;
проскальзывание гайки внутри корпуса, что не является критическим, но ведет к неудобствам в эксплуатации механизма, а также может снизить сопротивление гайки разрушению.
Рис. 3. Схема нагрузки витков резьбы гайки.
4) Пружина. Расчет пружин сводится к расчету на касательные напряжения и сравнения этих напряжений с допустимыми.
Рис. 4. Основные геометрические параметры витой цилиндрической пружины
5) Червячный механизм. Расчет червячных передач сводится к расчету на контактные напряжения и напряжения изгиба зубьев червячного колеса.
Рис. 5. Силы в зацеплении червячной передачи.
6) Рычаг. Критерием работоспособности рычага является способность передавать усилие от винта на испытываемый образец, при этом не испытывая изгиб.
Рис.6. Схема нагрузки рычага
Рис. 7. Общая схема установки 3. Математическая модель
Исходные данные:
максимальное усилие, кН = 50;
максимальная деформация пружины, мм = 200;
режим работы – длительный
тип резьбы – трапецеидальная;
материал винта – сталь 50
материал гайки – бронза