7.2. Реакции, действующие на качающуюся часть станка

Пусть установка имеет секторный подъемный механизм и уравновешивающий механизм толкающего типа (рис.7.1). Влиянием движения частей автоматики и всего оружия на амортизаторе на положение центра масс качающейся части будем пренебрегать.

На качающуюся часть при выстреле будут действовать следующие силы и моменты:

- момент динамической пары;

- сила отдачи;

- вес качающейся части;

- сила уравновешивающего механизма;

- реакция шестерни вала на сектор подъемного механизма;

- реакция вертлюга на цапфы.

Неизвестными являются реакции по величине, a по ветчине и направлению. Для их определения составим следующие уравнения равновесия:

(7.1)

(7.2)

(7.3)

где и - соответственно горизонтальная и вертикальная составляющие реакции ;

- радиус начальной окружности сектора подъемного механизма;

- угол зацепления;

- угол между вертикалью и линией» соединяющей цен­тры цапф и шестерни;

- угол между направлением силы и горизонтом;

- плечи силотносительно оси цапф.

Величина есть момент неуравновешенности качающейся части. Тогда из уравнения (7.3) получим, что

. (7.4)

Из этой зависимости видно, что для уменьшения реакции необходимо уменьшать плечи момент и увеличивать радиус .

Учитывая, что максимальные значения сил и действуют в разное время, в предварительных расчетах реакцию определяют обычно для нескольких моментов. Наибольшее из полученных значений и принимается в основу дальнейших расчетов прочности деталей подъемного механизма.

По известной реакция U из уравнений (7.1) и (7.2) находим значение составляющих реакции , действующей на цапфы:

(7.5)

(7.6)

Тогда

Рис. 7.1. Реакции, действующие на качающуюся часть при выстреле.

Рис. 7.2. Реакции, действующие на вращающуюся часть при выстреле.

, (7.7)

а на каждую цапфу

, (7.8)

Направление реакции определяется углом , составленным линией действия силы и горизонтом:

. (7.9)

По реакции рассчитывается прочность цапф, цапфенных обойм и других элементов.

7.3. Реакции, действующие на вращающуюся часть станка

Реакции, действующие на вращающуюся часть станка (рис.7.2), определяются также из уравнений равновесия. Очевидно, при выстреле в сочленениях вертлюга возникают реакций ,, выражения для которых примут следующий вид

; (7.10)

; (7.10)

, (7.10)

где - вес вращающейся части;

- размеры.

7.4. Секторный подъемный механизм

Механизм вертикальной наводки, имеющий в числе своих звеньев зубчатую пару, состоящую из шестерни и зубчатого сектора, называется секторным подъемным механизмом. Он состоит из исполнительной зубчатой, самотормозящейся червячной и конической пар.

Для обеспечения высоких скоростей наводки и непрерывного сопровождения цели в механизмах с ручным наведением червячная пара, как правило, отсутствует. В этом случае для производства резкой остановки, например, при изменении направления наводки, а также обеспечения несбиваемости предусматриваются тормозные устройства в виде фрикционных зажимов.

Червячная пара располагается в кинематической цепи перед коренной парой или возможно ближе к ней для того, чтобы исключить действие нагрузок от выстрела и инерционных моментов со стороны качающейся части на большое число звеньев механизма. Последние в этом случае будут находиться только под действием сил возникающих при наводке, но они настолько малы, что размеры указанных деталей могут быть установлены, исходя из служебных условий и конструктивных соображений.

Рассмотрим порядок расчета секторного подъемного механизма, для чего воспользуемся схемой на рис. 7.4. Общее передаточное число механизма должно удовлетворять условию

, (7.11)

где n - число оборотов маховика в минуту;

- скорость вертикальной наводки в градусах за секунду, обычно задаваемая тактико-техническими требованиями.

Известно, что

, (7.12)

где - передаточное число конической пары;

- передаточное число червячной пары;

- передаточное число зубчатой пары.

Учитывая, что применяются в основном однозаходные червяки (), общее передаточное число механизма

, (7.13)

где - количество зубьев соответствующего элемента пар.

Pиc. 7.4. Расчетная схема секторного подъемного механизма.

Рис. 7.5. Секторный поворотный механизм.

В соответствии с общими правилами, изложенными в курсе «Детали машин», задаются количеством зубьев коренной шестерни и более.

Для определения шага зацепления между сектором и коренной шестерней пользуются формулой

, (7.14)

где - окружное усилие в зацеплении при выстреле, опре­деляемое по формуле (7.4);

- коэффициент формы зуба;

- ширина зуба;

- допускаемое напряжение на изгиб.

Значения коэффициента формы зуба приводятся в справочной литературе.

Ширина зуба , где – коэффициент длины зуба; - модуль зацепления.

Величина допустимого напряжения на изгиб принимается в зависимости от выбранного материала.

По величине шага определяют модуль зацепления

. (7.15)

Полученное при расчете по последней формуле значение модуля округляется до ближайшего значения по ГОСТ, после чего уточняется величина шага

По шагу и модулю зацепления находится число зубьев сектора (на полной окружности)

, (7.16)

где - радиус начальной окружности сектора.

Число зубьев сектора определяется, исходя из диапазона углов вертикальной наводки, по формуле

. (7.17)

Тогда передаточное число коренной пары

.

Для расчета передаточного числа i_ч червячной пары конструктивно задаются отношением радиусов начальных окружностей коренной шестерни и червячного колеса

Тогда, имея в виду, что червячное колесо располагается на одном валу с шестерней, окружное усилие на червячном колесе определяется из уравнения моментов на коренном валу

. (7.18)

Далее, пользуясь известными формулами из курса деталей машин, рассчитывают шаг, модуль и число зубьев червячного колеса. Это число должно быть не менее 24 (в последнем случае зацепление необходимо корректировать).

При однозаходном червяке передаточное число червячной пары

Для обеспечения самоторможения передачи угол подъема винтовой линии червяка принимают около 4,5°, если радиальные опоры червяка - подшипники скольжения, а осевая опора – подшипник качения, и 3,0...3,5°, если все опоры червяка - опоры качения.

Передаточное число конической пары

.

После определения передаточных чисел производится расчет деталей механизма на прочность известными методами сопротивления материалов и определяется усилие на маховике при накате.

Применительно к секторному подъемному механизму при наводке установки можно выделить следующие периоды:

• ускоренного движения;

• установившегося движения;

• замедленного движения.

При установившемся движении максимальный суммарный момент статических сопротивлений будет складываться из момента сопротивления трения в цапфах и момента неуравновешенности качающейся части относительно цапф, то есть

, (7.19)

где - коэффициент трения в подшипниках скольжения;

- радиус цапф;

- наибольшее значение нагрузки на цапфы до выстрела.

Тогда момент на маховике в период установившегося движения

, (7.20)

где - передаточное число механизма;

- коэффициент полезного действия.

КПД прямозубых цилиндрических колес можно определить по следующей зависимости

. (7.21)

Тогда КПД зубчатой передачи

, (7.22)

где - для подшипников скольжения;

- для подшипников качения.

Для конической зубчатой передачи прямозубой цилиндрической передачи при одинаковых условиях работы.

Так как червячная передача представляет комбинацию винтовой и зубчатой передач, установленную на подшипниках, то КПД её можно определить по зависимости

, (7.23)

где - угол подъема винтовой линии червяка;

- угол трения.

На основании (7.20) усилие на маховике при наводке

, (7.24)

где - радиус рукоятки маховика.

Приближенное значение усилия на маховике в период разгона (без учета моментов инерции промежуточных звеньев механизма) определяется по следующей зависимости:

(7.25)

где - момент инерции качающейся части относительно оси цапф;

- время разгона.