Храповые механизмы

МГТУ им. Н.Э. Баумана



РЕФЕРАТ



Москва 1999
[pic]
   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
[pic]
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:
[pic]



         [pic]
                       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.
[pic]


[pic]
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)
[pic]
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
[pic]


  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.