Какими инструментами выполняется прорезная резьба. Домовая резьба по дереву, орнаменты

И его частей: храпового колеса и собачки.

Расчет храпового механизма

Наиболее опасным для элементов останова является положение, когда собачка упирается в вершину зуба храпового колеса (рис. 1, б). Так как зацепление зубьев с собачкой происходит с некоторым ударом, то кромки зуба колеса и собачки сминаются. Прочность кромок определяют по уравнению:

где P – окружная сила, H; b – ширина колеса, см; [q] – допускаемое линейное давление с учетом динамического характера нагружения, Н/см (значения [q] для некоторых материалов приведены в таблице 1).

Храповой механизм

Рис. 1: а - схема останова; б - расчет собачки

Окружную силу определяют из уравнения:

где D - внешний диаметр храпового колеса; z - число зубьев храпового колеса; m - модуль зацепления храпового колеса; Mк - крутящий момент, действующий на валу храпового колеса.

Параметры для расчета храпового соединения

Табл. 1: Примечание. Значения [q] соответствуют механизмам для 1, 2 и 3-й групп режимов работы. Для более напряженных режимов эти значения должны быть не ниже 25-30%.

Расчет храпового колеса

Соотношение между шириной зуба b и модулем m определяется коэффициентом ψ=b/m, значения которого даны в таблице 1. Бόльшие значения коэффициента ψ принимают для , работающих со значительными ударными нагрузками. Ширину собачки при нимают на 2-4 мм шире зуба храпового колеса, чтобы компенсировать возможные неточности монтажа. Используя уравнения, приведенные выше, получаем выражение для модуля колеса:

Если число зубьев неизвестно, а известен диаметр храпового колеса, то удобнее пользоваться выражением:

При модуле храпового колеса m≥6 мм можно ограничится проверкой зуба по изгибу. Плоскость излома зуба (рис. 1, б) отстоит на расстоянии h = m от вершины зуба. Высоту расчетного сечения зуба храпового колеса с внешним зацеплением принимают a = 1,5m. Тогда момент, изгибающий зуб:

Момент сопротивления изгибу при рассмотрении зуба как балки, закрепленной с одного конца:

Напряжение от изгиба должно удовлетворять неравенству:

Принимая допускаемые напряжения [σ и ] = σ в /n для чугунов и [σ и ] = σ т /n для сталей, где значения n указаны в таблице 1, получаем выражение для модуля:

При внутреннем зацеплении зубья храпового колеса значительно прочнее, поскольку в этом случае высота расчетного сечения зуба a = 3m. Модуль определяют из выражения:

Расчет собачки храпового механизма

Собачку изготовляют обычно из стали 40Х, термообработанной (см. ) до твердости не ниже HRC 48-50. Чтобы обеспечить надежную работу соединений, собачка прижимается к храповому колесу пружиной (рис. 2, а, б) или силой тяжести специального груза (рис. 2, в). Ось вращения собачки устанавливают в таком месте, чтобы угол между прямыми, проведенными от оси колеса и оси собачки в точку контакта собачки с колесом, был близок к 90°

Работа храпового механизма

Поверхность зуба колеса, упирающуюся в собачку, делают плоской. При вращении храпового колеса в направлении, соответствующем подъему груза, собачка свободно скользит по наклонным поверхностям зубьев.

Конструкции собачек с принудительным включением

Рис. 2

Если направление вращения колеса изменяется на противоположное, то собачка, упираясь в верхнюю кромку зуба колеса, соскальзывает во впадину и прижимается к рабочей грани зуба всей торцевой поверхностью, создавая необходимый упор. При этом на собачку от окружной силы P будут действовать сила нормального давления N = Pcosα и сила R = Psinα, направленная вдоль рабочей грани зуба и стремящаяся сдвинуть собачку к основанию зуба (рис. 1, б). Кроме того, на собачку действуют сила трения fN вдоль рабочей грани и момент трения Pf ı d/2 в опоре O ı , препятствующие входу собачки в зацепление (здесь f ı – коэффициент трения между собачкой и ее осью, имеющей диаметр d). Приведенная к плоскости рабочей грани зуба сила трения от момента трения на оси собачки выражается уравнением:

Если пренебречь влиянием силы тяжести собачки и силы пружины, способствующих созданию зацепления, то для обеспечения входа собачки в зацепление с зубом должно быть удовлетворено неравенство:

откуда после преобразований получаем:

то есть беспрепятственное движение собачки к основанию зуба колеса будет обеспечено, если угол α отклонения передней грани зуба колеса будет больше приведенного угла трения собачки по зубу храпового колеса с учетом коэффициентов трения f и f ı и геометрии зацепления. Нормально на построение профиля зубьев храпового колеса при наружном и внутреннем зацеплении предусмотрен угол α = 20°, что учитывает и влияние трения в опоре O ı и возможное загрязнение, и повреждение контактных поверхностей зуба колеса и собачки.

Собачка воспринимает сжимающие, растягивающие и изгибающие нагрузки. Расчет ведут при положении собачки, упертой концом в кромку зуба колеса (рис. 1, б). Так, при сжатой собачке напряжение в опасном сечении:

где В – ширина собачки; [σ и ] с =σ т /n – допускаемое напряжение; n=5 – запас прочности.

Храповые механизмы (рис. 1, а) состоят из храпового колеса 1, укрепленного на валу 2 механизма, и собачки 3, ось 4 которой установлена на неподвижных элементах механизма. Собачка входит в зацепление с храповым колесом, препятствуя его повороту в сторону опускания груза Q. В другую сторону колесо разворачивается свободно. Для опускания груза собачку необходимо вывести из зацепления с храповым колесом. Храповый останов обычно размещают на входном (самом быстроходном) валу, где действуют наименьшие крутящие моменты. Однако для большей надежности храпового соединения, а также принимая во внимание конструктивные особенности некоторых грузоподъемных механизмов, храповое соединение в ряде случаев устанавливают на промежуточных валах и даже непосредственно на валу барабана.

Схема храпового механизма

Рис. 1: а - схема останова; б - расчет собачки

Вращение храпового колеса в сторону подъема сопровождается характерным шумом (щелчками), поскольку собачка постоянно прижимается к зубьям. Для уменьшения шума применяют конструкции бесшумных собачек, в которых специальное устройство за счет силы трения отводит собачку от храпового колеса при движении механизма в сторону подъема. Так, на рисунке 2 собачка 1 соединена с хомутом 2, прижимающимся к валу механизма пружинами 3.

Бесшумная собачка храпового механизма

Рис. 2

При вращении вала в сторону подъема хомут 2, под действием силы трения стремится повернуться в ту же сторону и отводит собачку от зубьев храпового колеса 4. При вращении вала в обратном направлении хомут вводит собачку в зацепление с зубом храпового колеса.

Работа храпового соединения характеризуется резким, ударным соединением собачки с зубом храпового колеса и мгновенной остановкой груза. Чтобы уменьшить динамические нагрузки при работе храпового соединения, иногда устанавливают на одно храповое колесо несколько собачек, расположенных так, чтобы они не могли войти в соединение с зубом одновременно. Тогда максимально возможный угол поворота храпового колеса до упора в него собачки (угол холостого хода) сокращается, храповое колесо при изменении направления вращения не успевает развить высокую скорость под действием веса груза и удар при зацеплении собачки с зубом колеса происходит более мягко. Независимо от числа собачек каждую из них рассчитывают на полную окружную силу Р.

Впервые о храповом механизме упоминается в древних легендах, относящихся к 400 году до нашей эры, ко времени войны между Карфагеном и Сиракузами. В приданиях говориться об арбалетах, так называемых гастрофетах, в которых использовались храповые механизмы. Вдоль гастрофета проходила канавка, в которой передвигался ползунок, предназначенный для оказания действия на стрелу. С двух сторон канавки были прикреплены зубчатые рейки, на которых и скользили храповики. Эти храповики предотвращали возможность выстрелить во время натяжения арбалета.

В XV веке Леонардо да Винчи доработал и усовершенствовал храповой механизм. Это дало возможность заметно улучшить условия работы и повысить безопасность рабочих, которые поднимали и держали на весу тяжёлые грузы. Именно поэтому храповик ещё называют ремнём безопасности XV века.

1. Устройство храповика.

или храповой механизм – это зубчатое устройство прерывистого движения, которое необходимо для замены возвратно-вращательного движения на прерывистое движение только в одном направлении. То есть, храповик даёт возможность вращаться оси в одном направлении и не допускает вращения в обратном направлении.

По форме храповик – это зубчатое колесо, имеющее несимметричные зубья с упором на одну сторону (одна сторона зубья пологая, а другая – поднутренная или отвесная). Движение колеса в обратном направлении ограничено собачкой, прижимающейся пружиной или собственным весом. Устройство храповика несложное.

Конструктивно храповой механизм состоит из таких элементов:

1. Храповое колесо.

2. Вал.

3. Собачка с осью, которая должна крепиться на неподвижный элемент.

4. Рычаг.

5. Иногда, в конструкции предусмотрена дополнительная стопорная собачка.

Храповое колесо – это основной элемент любого храпового механизма. По внешнему виду – это обычное колесо, в котором предусмотрены зубья. Храповое колесо изготавливают методом ковки или методом литья из разных видов стали.

Храповые механизмы отличаются между собой и по количеству зубцов на храповых колёсах. Количество зубцов определяет долю окружности, на которую предполагается делать поворот храповика. Для обеспечения поворота на шестьдесят градусов понадобится шесть зубцов (шестьдесят градусов равно одной шестой окружности). Для возможности поворачивать механизм на 30 градусов понадобиться храповик с 12 зубцами (тридцать градусов равно одной двенадцатой окружности). И так далее. Самое минимальное количество зубцов для храповика равно шести. Храповиков с меньшим количеством зубцов, обычно, не производят.

Храповое колесо крепится на специальный вал, на котором оно может свободно вращаться. Для максимальной свободы вращения пространство между валом и колесом смазывают машинным маслом. Собачка предназначается для ограничения движения храпового колеса. Она зацепляется с храповиком и задерживает его движение в сторону спуска, но при этом не останавливает движение в сторону подъёма. Для того, чтобы храповик смог крутиться в сторону подъёма, собачку необходимо вывести из зацепления с ним. Для этого собачку нужно разгрузить при помощи специального механизма.

Существуют храповые механизмы, способные обеспечить вращение как вправо, так и влево. В там случае зубцы храпового колеса делают прямоугольными, а собачку перекидной. Если собачку перекидывать с одной стороны на другую, то можно менять направление вращения храпового механизма. В некоторых вариациях храповиков предусмотрена дополнительная стопорная собачка. Она нужна для обеспечения более высокой надёжности всего механизма.

Управление собачкой производиться при помощи рычага, который способен как ввести, так и вывести её из зацепления. Чем размеры храповика больше, тем больший рычаг потребуется. Именно по такой причине храповики производят максимально маленькими (на сколько это возможно). Высота одного зубца рассчитывается как 0,3-0,4 от величины шага.

Различают два типа храповых механизмов в зависимости от типа профилированной поверхности:

1. Барабанные – рабочая профилированная поверхность являет собой окружность или её фрагмент.

2. Реечные – профилированная поверхность механизма линейна.

В зависимости от профиля храпового колеса различают такие виды храповых механизмов:

1. Храповые механизмы с прямоугольным профилем.

2. Храповые механизмы с пологим профилем.

3. Храповые механизмы с радиальным профилем.

В зависимости от количества рычагов в механизме, бывают храповики таких видов:

1. Храповики с одним рычагом.

2. Храповики с двумя рычагами.

Механизмы с двумя рычагами обеспечивают большую устойчивость и не допускают перекосов во время работы механизма.

По типу зубцов бывают храповики таких видов:

1. Храповики с прямыми зубцами.

2. Храповики со скошенными зубцами.

У храповиков со скошенными зубцами упор для собачки более надёжный, что обеспечивает более надёжное зацепление составляющих механизмов.

2. Принцип работы храповика.

Рассмотрим какой же принцип работы храповика. Рычаг с собачкой возле храповика находится в свободном вращении. Эта собачка одним своим концом находиться на храповике, а вторым – прикреплена на подвижное осевое соединение. Когда на храповой механизм воздействует тяга от другого механизма, рычаг начинает качаться в разные стороны. Во время отклонения рычага собачка просто скользит по пологой стороне зубцов, не оказывая никакого влияния на вращение храповика. Если воздействие тяги прекращается, собачка упирается на отвесную сторону зубца и препятствует обратному движению храповика. То есть, постепенно качаясь то в одну, то в другую сторону, рычаг с собачкой обеспечивает поступательные движения храпового механизма.

К примеру, рассмотрим принцип действия храповика в подъёмном механизме. Поворачивая рукоятку, можно поднять груз на определённую высоту. Но если рукоятку отпустить, то груз не упадёт, а будет удерживаться в подвешенном состоянии из-за того, что храповик находится в зацеплении с собачкой. Для того, чтобы появилась возможность опустить груз, необходимо для начала приподнять собачку (удерживать рукоятку) и спокойно в медленном темпе опустить груз, поворачивая рычаг.

3. Область применения храповых механизмов.

Применение храповых механизмов очень широкое. Их используют во многих конструкциях и приборах, например, в , турникетах, замках наручников, гаечных ключах, заводных механизмах часов, отвёртках, механизмах заднего хода велосипедов, строгальных станках, обгонных муфтах, шифровальных машинах (например, «Энигма»),защитных устройствах электроинструментов и в транспортных средствах (в механизме коленчатого вала).

Храповой механизм в основном используется как задерживающее устройство. В подъёмных машинах, оснащённых лебёдкой, зубчатое колесо храповика соединяется с барабаном лебёдки, а собачка предотвращает обратное раскручивание барабана под давлением со стороны груза. В механических часах с пружинным заводом храповик предотвращает самостоятельное раскручивание заводной пружины.

В транспортных средств также используются храповые механизмы. Они необходимы для обеспечения моментальной остановки всего механизма и предотвращения его прокручивания в обратном направлении. Храповой механизм в коленчатом вале даёт возможность присоединения пусковой рукоятки. С помощью храпового механизма передаётся вращательное движение от рукоятки к коленвалу, что обеспечивает его запуск. Кроме того, храповик обеспечивает отсоединение коленвала от рукоятки в автоматическом режиме после запуска двигателя в самые короткие сроки.

Храповик коленчатого вала является давно известным механизмом, который используется не только в автомобилестроении, но и во многих отраслях промышленности. Первое зафиксированное историческое упоминание храпового механизма относится к войнам Древней Греции. Его использовали в арбалетной технике. При натягивании тетевы, храповик предотвращал соскальзывание её в обратную сторону.

Сегодня он выступает в качестве составного элемента различных механизмов и машин. Храповой механизм широко применяется в устройстве турникетов, домкратов, лебедочных механизмах и многих других. Также он нашел применение в коленчатых валах.

Храповик представляет собой механизм прерывистого движения, включающий несколько составных частей. Его основным предназначением является способность преобразовывать движения возвратно-вращательного характера в прерывистое вращение исключительно в одном направлении. Иными словами, храповик предотвращает то вращение оси, которое происходит против заданного направления.

Механизм устройства храповика представлен зубчатым колесом, зубцы которого не являются симметричными. Они оснащены упором с одной из сторон. Предотвращение обратного вращения достигается за счет собачки, прижимаемой к зубчатому колесу. Собачка может прижиматься двумя способами: наиболее часто собачка прижимается к зубчатому колесу при помощи пружины, резинового кольца, но есть и другой вариант — прижатие посредством собственного веса.

Собачка соединена с коромыслом, которое совершает раскачивающиеся движения неподалеку от центра храпового колеса, подвижным соединением. Она необходима для того, чтобы захватить храповое колесико, захватывающего коромысло при перемещении рычага из стороны в сторону.

В тот момент, когда происходит движение колеса в обратном направлении, собачка легко соскакивает на несколько зубцов колеса. В коленчатом вале этот простой, но достаточно важный механизм выполняет роль средства моментальной остановки.

Другое назначение механизма – предотвращение проворачивания вала. Так используемый в конструкции лебёдки храповик останавливают обратное провертывание барабана при подъёме груза.

При необходимости осуществления попеременного вращения вала вправо-влево, зубцы делают прямоугольной формы, а собачку перекидной. Перекидывание собачки, позволяет изменять направление вращения храповика.

Требующийся поворот храповика определяет количество зубцов. На какую долю окружности предполагается поворот храповика, столько зубцов и проектируют. Для поворота на 60 градусов потребуется 6 зубцов (одна шестая окружности), поворота на 30 градусов – 12 зубцов (одна двенадцатая полного оборота). Минимальное количество зубцов – 6.

При проектировании учитывается такая особенность, чем больше храповик, тем больше должен быть рычаг. Поэтому храповик делают максимально допустимо маленьким. Высота зубца рассчитывается в 0,35-0,4 величины шага. Профиль традиционно бывает прямоугольный, пологий или по радиусу. Проектирование механизма с двумя рычагами делает его более устойчивым, предотвращая перекос в процессе работы. Скашивание конца зубца, делает упор более надёжным.

Храповик коленчатого вала позволяет присоединить пусковую рукоятку. С его помощью происходит передача вращательного движения, идущего по направлению от рукоятки к коленчатому валу для осуществления запуска. Также происходит автоматическое отсоединение вала от рукоятки в кратчайшее время после начала работы двигателя.