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.