Техника - молодёжи 2000-09, страница 53

его конец. Тогда другой повернется на угол, пропорциональный сжатию. При достаточном усилии угольник выпрямляется в полоску. Наблюдательный экспериментатор заметит, что она при этом приобрела форму желоба, который и обеспечивает продольную устойчивость полоски.

Можно и не перегибать, а легонько взять за край бумажную ленту — она сама прогнется под собственным весом. Сжимайте пальцы. Провисшая лента оживает, поднимается, распрямляется, смещая зону перегиба к свободному концу. Поиграем, сжимая и разжимая полоску. Она кивает и выпрямляется в такт игре. Забавно. Но вполне объяснимо реагирование на усилие — следствие упругости бумажной ленты.

Упругие элементы (пружины, мембраны, сильфоны и т.д.) известны давно, но скрытые в них резервы по оптимизации конструкции используются мало. Бросается в глаза их способность запасать энергию впрок, чтобы затем отдать ее для обратного хода механизма. Очевидна и компенсация неточных размеров и ходов механизмов. Специалист добавит высокую демпфируемое^, т.е. способность гасить вибрации. Но главное свойство упругого элемента заключается в способности совмещать функции двух и более деталей, заменять несколько простейших кинематических пар. Это свойство позволяет существенно упрощать конструкции, экономить материалы, снижать трудоемкость изготовления. Оно похоже на энергетическую память формы никель-титановых сплавов — ни-тинолов. которые так и называют — сплавы памяти. Детали из нитинолов, имеющие заданную форму при температуре 20°С, при нагреве превращаются в причудливые фигуры, «вспомнив» формы, приданные им ранее горячим деформированием. После охлаждения детали снова принимают невинный вид. Память упругих элементов может проявляться и при механическом воздействии.

Вот перед нами трубка Бурдона — запаянное с одного конца металлическое полукольцо, сообщающееся с источником давления (рис. 4). Овальное или эллиптическое сечение трубки под действием внутреннего давления деформируется в окружность. При этом продольные волокна металла, стремясь сохранить свою первоначальную длину заставляют полукольцо разгибаться. Это свойство более века используется в манометрах для регистрации давления жидкости или газа. Но трубку Бурдона можно применить в совершенно ином назначении: в качестве стопора или фиксатора вращающихся и поступательно движущихся частей машин Например, при подаче давления свободный конец трубки распрямляется, входит в гнездо карусели и удерживает ее от вращения. Когда давление сбрасывается, трубка под действием упругих сил возвращается в исходное положение и освобождает карусель. Замена шарнирно-рычажных фиксаторов трубкой Бурдона значительно упрощает механизмы и облегчает их дистанционное (на расстоянии) управление. Если полукольцо Бурдона многократно повторить, то получим цилиндрическую пружину с поперечным ходом (при сжатии расширяется, при растяжении сжимается). Но расширение настолько мало по сравнению с продольным сжатием, что практически не находит применения в механизмах. Гораздо эффективнее эластичная оправка, на которую при растяжении

можно надеть, а при возврате в первоначальное свободное положение — закрепить несколько различных деталей (рис. 5).

Бесшарнирная конструкция как нельзя кстати подходит для передач в вакууме. В его бездыханной среде настолько возрастает трение и уменьшается теплоотвод, что трущиеся детали «схватываются». Хотя вредное явление схватывания и использовано изобретателями в сварке трением но от этого механизмам не легче: в вакууме нужно работать, а не свариваться!

...Однажды я заметил, как мальчик, играя, сжимал и отпускал коробку из-под сигарет. Ее крышка то открывалась, то закрывалась. Как тут удержаться и не попробовать самому. Крышка запрыгала веселее: размах колебаний достигал 90°. Мы так увлеклись, что, в конце концов, смяли «игрушку». На коробке остались следы изгибов в местах сжатия. Задумался: где это я уже видел? Ну, конечно! Мальчишеские игрушки из целлулоида, которыми давным-давно развлекались в школе: забавные хлопушки из фотопленки, прыгающие лягушки и чертики. Нажмешь на такую целлулоидную лягушку — и ноги ее разъедутся, отпустишь — лягушка подпрыгнет. Хлопушка еще веселее. Громко щелкает до тех пор, пока на целлулоиде не появится трещина. Веселое оригами! Оригами, в переводе с японского, — формирование чудесных фигурок: корабликов, журавликов, голубей, пилоток., перегибанием листа бумаги.

А нельзя ли использовать принцип «оригами» в настоящих механизмах? Вот один из них: предельно простой механизм — захват П-образной формы для плоских деталей (рис. 6, а). Плечи захвата могут подниматься при поперечном сжатии центральной его части и опускаться при ее освобождении. Плавные перегибы плеч увеличивают их угловой ход и повышают циклическую выносливость захвата. Отсутствие шарниров исключает кинематические пары трения и обеспечивает упругий захват деталей различных форм и размеров. Диапазон размеров определяется длиной плеч. Если длина плеч равна половине зева в исходном положении, то при полном раскрытии захвата длина зева вдвое превышает первоначальную Это означает, что отношение наибольшей и наименьшей длин захватываемых деталей равно двум. При длине плеч, равной зеву, диапазон длин деталей равен трем, а при длине плеч, равной удвоенному зеву, — пяти! Подумать только, длина удерживаемой детали в пять раз больше зева! Анаконда, проглатывающая антилопу, кажется жалкой в сравнении с таким «прожорливым» захватом.

Еще проще — всего с одним перегибом — захват грейферного типа, от немецкого greifen — хватать. Он хватает по тому же принципу преобразования поперечного сжатия в поворот плеч-челюстей (рис. 6, б). Его челюсти, как у цветка львиный зев, образованы плавным изгибом пластины, имеющей вырез в центральной части.

\ J (| трубка A FVV Бурдона

Если отогнем плечи пластины в разные стороны, то получим S-образный механизм. Прогиб его центральной части вызывает однонаправленный поворот плеч (рис. 6, в). Такие качательные движения совершают дозаторы заслонки трубопроводов, отсекатели деталей. Остановимся подробнее на работе отсекателя для поштучной подачи цилиндрических деталей (рис. 6, г). Он состоит из С-образной упругой заслонки с отогнутыми плечами, толкателя и вертикальной трубки. В нижней части трубки имеется боковое окно, в которое своей кромкой входит верхнее плечо заслонки. Нижнее плечо перекрывает выход трубки. Трубка заполняется деталями. При сжатии толкателем центральной части заслонки нижнее ее плечо открывает трубку, и одна деталь падает вниз, в позицию обработки. Следующая деталь удерживается верхним плечом заслонки. При обратном ходе толкателя все наоборот: трубка снизу перекрывается, а верхнее плечо освобождает деталь, и та опускается на нижнее плечо. Цикл повторяется с частотой хода толкателя. Отсекатель прост, и надежно работает в вакууме и агрессивных средах.

На первый взгляд, упругодеформируемые механизмы машут «крылами» вопреки классической теории сопротивления материалов (сопромата). Из этой науки известно, что при поперечном сжатии жесткого профиля его торцы поворачиваются на очень малый угол — всего в несколько угловых секунд. Явление это называется депланацией. Любое превышение «секундного» угла приводит к разрушению профиля — таков неумолимый вывод сопромата. Но вот парадокс! При депланации — угловые секунды, а при сжатии упругого профиля поворот плеч на 90° — в тысячи раз больше. Не в первый раз практика опережает теорию, но, заметим, новые явления не противоречат физическим законам.

Сегодня известно несколько десятков уп-ругодеформируемых механизмов. Всех их объединяет общий признак: тонкостенный упругий элемент А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, 3, И... (смело продолжайте до конца весь алфавит-образной формы, сжимаемый в поперечном направлении толкателем. Реагируя на сжатие, плечи, крылья, полки или стенки поворачиваются и совершают сложные движения: берут заготовки, перемещают ползуны, закрывают и открывают каналы, распределяют потоки деталей Самый удивительный признак этих механизмов — отсутствие шарниров, обязательной принадлежности любого рычага. Функции шарнира выполняет перегиб плеч. Механизм чрезвычайно прост — вместо многозвенной рычажной системы один-единственный упругий элемент. Отсутствие шарниров — тех же узлов трения — по

ТЕХНИКА-МОЛОД ЕЖИ 9 2 0 0 0

51