Егоров О.С., Подураев Ю.В. - Мехатронные модули. Расчет и конструирование (1053456), страница 33
Текст из файла (страница 33)
При торможении происходит преобразование накопленной в процессе разгона движущихся масс кинетической энергии в другие обратимые или необратимые виды энергии (потенциальную, тепловую). Используемые для этого тормозные устройства создьчот дополнительную силу и момент сопротивления, направленные против движения и совершающие отрицательную работу на участке торможения.
При этом накопленная энергия частично или полностью преобразуется (поглощается или рассеивается), постепенно снижается скорость движущихся масс по мере их приближения к заданной точке останова, устраняются их динамические нагрузки и улары, что способствует устранению отскоков и колебаний рабочих органов. В зависимости от природы сил торможения тормозные устройства разделяют на механические, гидравлические, пневматические, электрические и комбинированные.
Механические тормозные устройства подразделяют на пружинные, резиновые, эластомерные, инерционные и фрикционные; гидравлические — представляют собой устройства дроссельного регулирования; пневматические — могут быть напорными и вакуумными (применя1отся редко); к электрическим относят электромагнитные, индукционные и гистерезисные, а также порошковые тормозные устройства с сухим и жидким наполнителем фрикционного и дроссельного типов; комбинированные — включают в себя два или более типов перечисленных устройств (пневмогидравлические, пружинно-пневматические и лр-). Ко всем типам тормозных устройств предъявляют следующие основные требования: обеспечение заданного закона торможения; безударный останов и фиксация подвижных элементов в точках позиционирования; высокая надежность и долговечность конструкции; высокое быстродействие; простота н компактность конструкции; стабильность характеристик при изменении условий работы; малая чувствительность к изменению температуры, влажности, тормозимой массы, скорости; возможность настройки и доступность регулирования; удобство осмотра и обслуживания; низкая стоимость, минимальные габариты и масса.
209 7.1. (У!еханические тормозные устройства В механических тормозных устройствах силу сопротивления движению подвижного звена создают деформацией рабочих эле-;:;) ментов (упругие) или трением (фрикционные). В качестве упругих элементов наиболее часто применюот цилиндрические пружины сжатия, реже — растяжения. !'аспространенис получили резиновые и резино-металлические упругие элементы различной конфигура-:",! ции, а также пенополиуретановые упру~не элементы.
Основными рабочими элементами фрпкпионных тормозных устройств являются пары трения врагцагельного или поступательного типов. Простейшими тормозными устройствами мо!ут служить одна илн несколько цилинлрических пружин, которые устанавливают непосредственно между функциональным звеном и упорами параллельно оси его движения либо оформляют в виде отдельного конструктивного узла. Силу сопротивления пружины вычисляют по формуле: ~пр =гх=4хл~хл)=~о~~л, где х — полная деформация пружины; хс — начальная деформация (поджатие) пружины; х„— дополнительная деформация пружины; гс — начальная сила сопротивления пружины; Р',„— дополнительная сила сопротивления пружины; с — коэффициент продольной жесткости цилиндрической витой пружины из проволоки круглого поперечного сечения, Н/мм: СЫ" х Ьп(зй ' где 0 — модуль упругости 2-го рода материала пружины (для пружинных сталей б=(7,85...3) !04 МПа); г( — диаметр проволоки пружины, мм; 2) — средний диаметр витка пружины, мм; п — число рабочих витков пружины.
Останов подвижного звена произойдет при равенстве кинетической энергии подвижного звена и потенппальцой энергии упрулгт сх гой деформации пружины: 2 2 Цилиндрические пружины допускают большие деформации без значительных напряжений в их материале, сохраняют свои характеристики под воздействием продолжительной статической нагрузки, выдерживают значительные температурные воздействия. В то же время они обладают малым демпфированием, возникают труд- г1о ности при регулировании (настройке) силовой характеристики, иачъ;ьное поджатие приводит к возникновению скачка нагрузки иа тормозимые массы.
Резиновые тормозные устройства (рис. 7.1) состоят из последовательно установленных резиновых втулок 1, разделенных металлическими шайбами 2. В зависимости от конструкции тормозных устройств резиновые втулки могут работать на сжатие (рис.
7.1, и, о) или сдвиг (рис. 7.1, в). Втулки, работающие на сжатие, обладаю~ небольшой податливостью, но значительной нагрузочной способностью, втулки сдвига — наоборот большой податливостью и сравнительно небольшой нагрузочной способностью. Резина легко меняет форму при незначительном изменении усилия. В замкнутом объеме она ведет себя как несжимаемая жидкость. Поэтому для резиновых элементов, работающих на сжатие, должна быть предусмотрена возможность их деформации перпендикулярно к оси сжатия. При одноосном сжатии резинового элемента с постоянным поперечным сечением (рис.
7.1, а, б) упругая сила сопротивления равна: сЬх 6 †где с — продольная жесткость резины, Н/мм: а) Рис. 7.1 ВЕА й Š— динамический модуль упругости резины равный (0,6...1,0) 10-а МПа; А — плошадь поперечного сечения резинового элемента; Ь— высота недеформированного элемента; х — величина деформации упругого элемента;  — коэффициент ужесточения: .6=1-7' Аь, — коэффициент трения между резиной и материалом опоры ~0,12...0,15 для несмазанных поверхностей при трении резины о сталь); Кф — коэффициент формы.
Для сплошных цилиндрических резиновых элементов с диаметром Ю и высотой Ь коэффициент Д. К = —; для резиновых втулок с наружным диаметром Ю и внугф = йй' ренним диаметром Н коэффициент .0-Н ф ч) Условие прочности резиновой втулки при сжатии: Р --А-'[ ]- где [а] — допускаемое напряжение сжатия резины. Для резины средней твердости [а] =(2,5...5,0) МПа. Для резинового элемента, работающего на сдвиг (рис. 7.1, в) упругую силу сопротивления определяют по формуле: Р = сх, где с — коэффициент жесткости резины на сдвиг, Н/мм; 2а. бл Н 1п— 2) Условие прочности резиновой втулки, работающей на сдвиг, имеет вид: т„— ь ]т], Г \ий где [т] — допускаемое напряжение сдвига для резины при ударной кратковременной нагрузке, Для резины средней твердости И=(1...2) МПа. Максимальное напряжение сдвига имеет место на внутренней поверхности резиновой втулки.
резино-металлические тормозные устройства обладают высокой надежностью, простотой конструкции и технологии ее изготовления, удобством обслуживания, большой энергоемкостью. К недостаткам следует отнести чувствительность к изменению температуры и влажности, наличие большой силы отдачи. Фрикционные тормозные устройства используют как для торможения и позиционирования в промежуточных точках, так и для удержания (фиксации) функциональных звеньев. Главной особенностью фрикционных устройств является то, что они преобразуют значительную часть кинетической энергии в тепловую, которая рассеивается в окружающее пространство.
Следовательно, фрикционные устройства накапливают небольшое количество потенциальной энергии, обусловливающей силу отдачи, а фрикционные устройства без упругих элементов полностью поглошают подведенную кинетическую энергию. Конструкции фрикционных тормозных устройств весьма разнообразны, Они могут быть как автономными поступательного и вращательного движения, так и встроенными в пневмо- или гидро- двигатель, управляемыми и неуправляемыми, нормально замкнутыми и разомкнутыми, одно- и двустороннего действия. Однако независимо от типа и конструкции они содержат одну или несколько фрикционных пар, при относительном движении элементов которых возникает сила трения, направленная в сторону, противоположную смещению. Обычно одно из звеньев фрикционной пары удерживают или укрепляют неподвижно относительно корпуса или другого узла, по отношению к которому осуществляется торможение.
Упруго-фрикционное тормозное устройство с цилиндрической пружиной и разрезной конической втулкой изображено на рис. 7.2. При перемещении штока 6 с коническим буртиком сегменты 5 скользят по внутренней цилиндрической поверхности корпуса 2 прижимаясь к ней с возрастающей силой вследствие сжатия пружины, расположенной между конической втулкой 4 и винтовой регулировочной втулкой (. 1 2 3 4 5 Рис. 7.2 213 Сила сопротивления перемещению стержня равна: тР п)7 С Т. где г„р — сила упругости пружины: Р„= с(хе + х,); Ä— сила сухого трения между сегментами и корпусом; 2Р„е Т(1 — 7'„тяп) )', . = )гн ' у = ,7, ~фа Гн — сила нормалыюго давления между сегментами и корпусом; / — коэффициент трения скольжения между цилиндрическими поверхностями сегментов и корпуса (табл.
7.1); Я~ — коэффициент трения скольжения между коническими поверхностями штока б„ втулки 4 и сегментов 5 (табл. 7.1); а — угол между образующей корпуса и осью штока. После снятия нагрузки обратный ход штока происходит под действием силы упругости пружины. Таблица 71 '2,. Допускаемое давление и коэффициент трения Фрикционный конусный тормоз И Вч (рис. 7.3) состоит из вращающегося 1 конуса ! с рабочим звеном, посту- 2 пательно движущегося конуса 2 и 3 пружины 3. Усилие пружины, необходимое для останова подвижного звена, находят по формуле (35): 2КТ ьчпа Рис. 7.3 пР г) г ср 'г где Л'=1,25...1,5 — коэффициент, учитывающий эксплуатационные условия; Т вЂ” вращающий момент на конусе 1; 7 — коэффициент трения скольжения материалов ко- нусов (табл.
7.1); а — угол наклона образующей конуса. Во избежание заклинивания конусов его принимают: а > р = агсф, где р — приведенный угол трения. Обычно принимают а>12'.„15'. Из условия износостойкости 7 ж 2КТ Р,'„. Т. у находят средний диаметр поверхности трения: 2КТ '"'Й ~ где 7 — давление между конусами; [4 — допускаемое давление между конусами (табл. 7.1); ц~ — коэффициент рабочей ширины дисков: у = — = 0,15...0,25. рр Ширину поверхности трения находят по формуле; 2КТ хР Т'[0) С другой стороны: р Р~ + Рз рр где Р1 И Рз — наименьШИй И наибольший диаметры поверхности ~рения соответственно: Р, = Р, — Ь ° гйпа;,Рз . Р + Ь ° э[па.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
