МГТУ им. Н.Э. Баумана
РЕФЕРАТ
Москва 1999
Храповые механизмы находят широкое применение в шаговых двигателях,
грузоподъемных устройствах и различных отраслях техники. Храповой механизм
— устройство, допускающее вращение оси в одном направлении и исключающее
вращение этой же оси в противоположном направлении. Он состоит из храпового
колеса и собачки. Собачка 1 обычно прижата к колесу пружиной 2 (рис. 1).
Реже используют храповые механизмы, в которых собачка взаимодействует с
поступательно перемещающейся рейкой. Храповые колеса и собачки изготовляют
из сталей 35, 50, У10А, 15Х, 20Х, 25ХГСА. При значительных нагрузках, а
также для уменьшения износа их либо подвергают объемной закалке, либо
цементируют, а затем закаливают. В приборах храповые колеса изготовляют
также из латуней ЛК80-Э и ЛС63-3 и бронзы Бр.КМцЗ-1. Иногда и собачки
изготовляют из латуни. Используют также сплавы алюминия.
Рис.1
Пружины храпового механизма создают момент, прижимающий собачку к
храповому колесу. Однако этот момент не предназначен для преодоления сил и
моментов, которые могут действовать на собачку от храпового колеса. Усилие
пружины оказывается для этой цели недостаточным. Оно лишь вводит собачку в
зацепление с храповым колесом. Поэтому положение оси С собачки выбирают с
таким расчетом, чтобы окружная сила F и вызываемая ею сила трения F
обеспечивали появление равнодействующей силы Fn, момент которой на плече Са
прижимал бы собачку к храповому колесу, а не выводил ее из зацепления (рис.
1). Это достигается в том случае, если угол a положения оси собачки больше
угла j трения. Для обеспечения этого неравенства необходимо удалить ось С
собачки от оси храпового колеса (см. собачку, показанную выше колеса).
Однако при этом следует опасаться переброса собачки на другую сторону
храпового колеса, особенно после некоторого износа собачки. В таких случаях
храповой механизм может срываться. Поэтому недопустимо и слишком большое
удаление оси С собачки от оси храпового колеса. У собачки, показанной слева
от
колеса, для надежного функционирования храпового механизма также необходимо
выполнять неравенство к > j, что может быть обеспечено, когда ось,
наоборот, находится ближе к оси колеса, а собачка сделана достаточно
длинной. При этом момент силы Fn прижимает собачку к храповому колесу.
Соответствующее направление нормальной силы Fn можно обеспечить
поднутрением передней грани зубьев храпового колеса на угол a. Тогда ось
собачки может располагаться на касательной к средней окружности зубьев
храпового колеса (рис. 2). Для обеспечения прижатия собачки к зубьям
храпового колеса в этом случае необходимо, чтобы угол поднутрения был
больше угла трения. Часто a выбирается равным 10°. У этой конструкции при
малом окружном шаге зубьев зуб храпового колеса получается ослабленным.
Рис.2
Окружная сила, действующая на диаметре d храпового колеса, F = 2M/d, где М
— крутящий момент на оси храпового колеса; d — диаметр впадин зубьев
храпового колеса, d == mz; z — число зубьев храпового колеса; т — модуль, т
= pt/p , рt — окружной шаг зубьев храпового колеса по окружности впадин. На
основании расчета по среднему допускаемому давлению можно определить модуль
зубьев храпового колеса:
Рис. 3 где [p]— допускаемое давление на единицу ширины зуба храпового колеса; определяется по справочнику; y = b/т, b — ширина колеса.
На рис. 3 показана конструкция храповика часового механизма. Вместо
храпового колеса использовано обычное колесо с зубьями часового профиля.
Это упростило конструкцию, так как сократилось число колес в механизме.
Собачка 1 имеет несколько выступов и удерживается на оси винтом 4. На рис.
3, а показано положение собачки относительно колеса 2 при подзаводке часов.
Момент Мзав отводит собачку, которая одним из своих выступов непрерывно
прижимается под действием пружины 3 к зубьям колеса 2, пропуская их. Выступ
собачки захватил конец Д пружины 3, деформируя последнюю. Конец Г пружины
закреплен неподвижно. На рис. 3, б показано стопорящее положение собачки,
когда она удерживает колесо 2. Зуб колеса упирается в один из выступов
собачки. При переходе из положения а в положение б храповое колесо немного
поворачивается, благодаря чему ослабляется напряжение заводной пружины
после ее тугого завода. Это способствует увеличению срока службы заводной
пружины и стало возможным благодаря применению собачки с несколькими
выступами.
Рис.4
Рис. 5
Храповые механизмы могут обеспечивать преобразование вращательного движения в колебательное или наоборот. На рис. 4 показана конструкция храпового механизма электрических часов, в которой толкающие собачки 1 и 3 преобразуют качания якоря 2 в прерывисто-вращательное движение храпового колеса 4. При движении якоря как в прямом, так и в противоположном направлениях собачки попеременно захватывают и толкают зубья храпового колеса (рис. 4, а, 6). На рис. 5 даны условные обозначения храповых механизмов для схем (ГОСТ 2.770—68): а — односторонний храповой механизм с наружным зацеплением; б — двусторонний храповой механизм с наружным зацеплением; в — односторонний храповой механизм с внутренним зацеплением.
Кулисный механизм (рис. 6, а) наиболее часто применяют для преобразования
вращательного движения кривошипа 1 в качательное движение кулисы 3. Камень
кулисы 2 перемещается вдоль нее по направляющим. Кулисные механизмы могут
быть использованы также для преобразования равномерного вращательного
движения в неравномерное вращательное движение при а < r (рис. 6, б).
Кулисы с камнем применяют также в тангенсных , синусных и других
механизмах для замены высших кинематических пар низшими.
Зависимость угла поворота a кулисы от угла поворота b кривошипа (рис. 6,
а) такова:
tg a = r sin b/(a + r cos b)
После дифференцирования этого выражения по времени и преобразований
получаем выражение для угловой скорости кулисы w3=w1r(a cos b + r)/(a2 + r2 +2 a r cos b)
где w3 = da/dt ; w1 = db/dt = const. Отсюда передаточное отношение
Рис. 6
i12 = w1/w2 =(a2 + r2 + 2 a r cos b )/[r(a cos b + r)]. Дифференцируя по
времени выражение для w3, получаем угловое ускорение кулисы e3=d2a/dt2.
.После преобразований
Наиболее характерным является применение кулисных механизмов в
устройствах для получения прерывистого движения, например в разнообразных
производственных автоматах, работающих по определенному циклу, в
киноаппаратуре и др. В таких устройствах используют мальтийский крест
(рис. 6, в). Лопасти 2 креста, имеющие пазы, представляют собой кулисы.
Число лопастей не менее 3. При вращении кривошипа 4 поворот креста
происходит только тогда, когда цевка 3 кривошипа перемещается в пазу
лопасти креста. Крест поворачивается на угол 2a при повороте кривошипа на
угол 2b. На угле поворота кривошипа 2p—2b крест неподвижен. Характер
изменения кинематических параметров движения креста (рис. 6, в) — угла
поворота a, угловой скорости w и углового ускорения e — показан на рис. 6,
г.