Реферат: Храповые механизмы. Чем секатор с храповым механизмом лучше традиционного? Храповый механизм

В качестве исходных данных требуется знать необходимый угол поворота храпового колеса α o и передаваемый крутящий момент на валу храпового колеса.

Предварительное число зубьев храпового колеса z пр =360 o /α o принимают z равным от 8 до 48, предпочтительно z=12 ÷ 20.

Фактический угол поворота храпового колеса (на один зуб)

α o = 360 o / z

Модуль храпового колеса, мм:

для наружного зацепления

для внутреннего зацепления

где,
M кр - крутящий момент на валу храпового колеса, Н·мм;
ψ - отношение ширины колеса к модулю, ψ = b / m .

Расчетный модуль округляют до стандартного. Проверку линейного давления производят по формуле

где,
b - ширина зуба, мм;
[σ и ] - допускаемое напряжение на изгиб для материала колеса, МПа;
q - допускаемое давление на единицу длины зуба, Н/мм. Ширина собачки b 1 Значения ψ, q, [σ и ] для различных материалов храповых колес приведены в таблице.

Храповые колеса и их собачки изготовляют закаленными и цементованными с закалкой.

Напряжение в опасном сечении а - b или с - d собачки (см. рисунок выше)

где окружная сила
P = M кр / mz

Изгибающий момент М и = Pl (здесь l - плечо изгиба); W = b 1 x² / 6; F = b 1 x.

Диаметр оси собачки: соответственно в сечении I и II

где,
[σ и ] ВИДЫ ХРАПОВИКОВ

1. Мелкомодульные храповики

Общие размеры, мм						Зацепление
Модуль, m	Шаг, t	h	h 1	r	r 1	наружное		внутреннее
						φ o	φ 1 o	φ o	φ 1 o
0,6	1,88	0,8	3	0,3	0,4	55	50	65	60
0,8	2,51	1,8
1,0	3,14	1,2
1,25	3,92	1,5	4,0	0,5	0,8	60	55	70	65
1,5	4,71	1,8
2,0	6,28	2,0	5,0
2,5	4,85	2,5

Для внутреннего зацепления брать значения D, не отмеченные звездочкой

Модуль, m	Диаметр D зацепления при числе зубьев
	20	24	30	36	45	50	60	72	90	100	120	144	180	200
0,6	-	-	-	-	-	30*	36*	43,2*	54*	60	72	86,4	108	120
0,8	-	-	-	-	36*	40*	48*	57,6*	72	80	96	115,2	144	160
1,0	-	-	-	36*	45*	50*	60	72	90	100	120	144	180	200
1,25	-	-	37,5*	45*	56,2*	62,5	75	90	112,5	125	150	180	-	-
1,5	-	36*	45*	54*	67,5	75	90	108	135	150	180	-	-	-
2,0	40*	48*	60	72	90	100	120	144	180	-	-	-	-	-
2,5	50*	60*	75	90	112,5	125	150	180	-	-	-	-	-	-

2. Храповик переключения
(число зубьев z от 12 до 30)

t = πm - шаг, мм;

h = m - высота зуба, мм.

Построение профиля. Разделить внешнюю окружность NN на z равных частей (АA = t), через точки деления провести радиусы и построить угол β = 4°. В точке С пересечения образующей угла β с окружностью SS, ограничивающей впадины зубьев, построить угол A 1 CB = 80° искомого профиля.

3. Остановочные храповики с наружным и внутренним зацеплениями
(число зубьев z от 8 до 30)

t = πm - шаг, мм;
2R = mz - диаметр начальной окружности, мм;
h = 0,75m - высота зуба, мм;
a = m - длина хорды АВ, мм.

Параметры		Модуль, m
		6	8	10	12	14	16	18	20	22	24	26	30
Храповик	t	18,85	25,13	31,42	37,70	43,98	50,27	56,55	62,83	69,12	75,40	81,68	94,45
	h	4,5	6	7,5	9	10,5	12	13,5	15	16,5	18	19,5	22,5
Собачка	h 1	6	8	10	12	14	14	16	18	20	20	22	25
	a 1	4	4	6	6	8	8	12	12	12	14	14	16

Построение профилей наружного и внутреннего зацеплений (в скобках дана величина углов при внутреннем зацеплении). Описывают начальную окружность NN и окружность оснований зубьев SS. Окружность NN делят шагом t на равные части. От любой точки деления откладывают хорду АВ = а. На хорде ВС при точке С строят угол в 30° (20°). В середине хорды ВС восстанавливают перпендикуляр LM до пересечения в точке 0 со стороной угла СК. Из точки 0 радиусом 0С описывают окружность.Точка F пересечения этой окружности с окружностью SS есть вершина угла в 60° (70°).

Ки. 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 обеспечивали появление равнодействующей силы F n , 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 > что может быть обеспечено, когда ось, наоборот, находится ближе к оси колеса, а собачка сделана достаточно длинной. При этом момент силы F n прижимает собачку к храповому колесу. Соответствующее направление нормальной силы F n 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. 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 М зав отводит собачку, которая одним из своих выступов непрерывно прижимается под действием пружины 3 к зубьям колеса 2, ропуская 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.

В различных машинах для их нормального функционирования используется не только непрерывное, но и прерывистое вращательное движение. Для того чтобы его осуществлять, используются специализированные механизмы , называемые храповыми .

В технике храповыми механизмами принято называть такие кинематические устройства, которые используются для того, чтобы преобразовывать возвратно-вращательное движение в движение прерывистое вращательное, имеющее одно направление. Отличительной особенностью храповых механизмов является то, что они позволяют производить изменение величины периодических перемещений рабочих частей станков и машин различного назначения, причём в весьма широком диапазоне и достаточно тонко.

Храповой механизм можно охарактеризовать, как устройство которое периодически создаёт препятствие воздействию силы на механизм и снова создаёт условия для его движения. Кроме того, их применяют с целью устранения возможности перемещения каких-либо звеньев машин и механизмов в одном направлении. Еще одно назначение храповых механизмов состоит в том, чтобы давать связанным между собой звеньям возможность свободно поворачиваться в одном направлении. Все храповые механизмы подразделяются на зубчатые и фрикционные.

Зубчатые храповые механизмы

Основными элементами зубчатых храповых механизмов являются зубчатая рейка или зубчатое храповое колесо и ползун или коромысло, на которых закреплена так называемая «собачка ». На храповом колесе могут располагаться внутренние, наружные, а также торцевые храповые зубья . Что касается «собачек », то их в большинстве случаев делают поворотными. К колесам они прижимаются или под влиянием собственного веса, или под действием специальных пружин.

Нередко бывают ситуации, когда нужно обеспечить вращение храповика как в одну, так и в другую сторону. Для обеспечения такого функционирования устройства его собачка делается перекидной, а зубья используются прямоугольной конфигурации. Для того чтобы изменит направление вращения храповика , необходимо переключить «собачку » из одного положения в другое.

Фрикционные храповые механизмы в современной технике получили весьма широкое распространение. Они подразделяются на колодочные, кулачковые и роликовые.

Чаще всего фрикционные храповые механизмы используются тогда, когда нужно обеспечить надежное сцепление различных элементов при значительных скоростях, причем в любом их угловом положении друг относительно друга. Движение в одном определенном направлении в таких механизмах выполняется за счет того, что при заклинивании промежуточных звеньев фрикционных обойм возникает большая сила трения.

Применение храповых механизмов

Сфера применения храповых механизмов различных типов и конструкций весьма широка. Чаще всего их используют в самом разнообразном станочном оборудовании. К примеру, без храповых механизмов с наружным храповым колесом не обходится практически ни один современный поперечно-строгальный станок. В продольно-строгальном оборудовании обычно используются механизмы с торцевыми храповыми муфтами . Их устанавливают в приводах подач. В конструкции некоторых круглошлифовальных станков применяются храповые механизмы с поршневыми приводами. Они монтируются в системах радиальных подач.

Помимо станкостроения храповые механизмы используются также в приборостроении, автомобилестроении, авиастроении. Их часто можно встретить в различных отсчетных устройствах, заводных механизмах, стартерах, лебедках, домкратах и т.п.

За долгий период развития индустрии по производству механизированного оборудования было создано довольно большое количество устройств, которое может применяться для передачи усилия. Примером можно назвать храповой механизм. Он считается одним из старейших изобретений человека, так как конструкция достаточно проста и эффективна, оно считается актуальным на сегодняшний день. Рассмотрим все его особенности подробнее.

Конструкционное исполнение

Классический храповый механизм предназначен для передачи прерывистого вращения в одном направлении. Чаще всего устанавливается для зубчатого колеса. Рассматриваемое устройство храпового механизма характеризуется следующими особенностями:

1. При изготовлении заготовки применяется технология литья и ковки. За счет этого обеспечивается высокая степень надежности.
2. Наиболее важной частью любого устройства можно назвать зубчатые колеса. Они представлены колесами из металла, на поверхности которого есть зубья.
3. Количество зубьев на поверхности зависит от целевого предназначения механизма. Как показывает практика, чаще всего встречается вариант исполнения с 12 зубьями для 30-градусного поворота.
4. Для стяжных ремней-передач часто устанавливается вариант исполнения, который имеет только 6 зубьев.

Еще одним важным конструктивным элементом можно назвать собачку. Она выступает в качестве стопорного элемента. Основные свойства элемента и его схема расположения, определенные функции и размеры во многом зависят то конкретной модели и ее области применения.

Как работает храповый механизм

Распространение храпового механизма можно связать с достаточно простым механизмом и принципом действия, за счет чего обеспечивается длительный срок эксплуатации. Храповик как деталь во многом напоминает трещоточный элемент, так как во время работы возникает соответствующий звук. К особенностям принципа работы отнесем следующие моменты:

1. Основная деталь представлена крюком, рычагом или приводом. Спусковой элемент приводит всю систему в действие.
2. Вначале работы собачка находится в зацеплении с колесом, но после активации механизма основной элемент совершает осевое вращение. При этом фиксатор смещается на небольшое расстояние относительно первоначального расположения.
3. Тяга может быть представлена различными механизмами. Часто можно встретить наличие механизма, который обеспечивает регулировку силы.
4. На момент осевого вращения собачка скользит по поверхности. Из-за прерывистого движения в некоторых случаях использовать рассматриваемый механизм не возможно, так как возникает сильный гул.
5. Собачка, которая необходима для обеспечения функциональности устройства, на момент остановки осевого вращения западает в специальный паз, за счет чего осуществляется фиксация основной детали.

Основной цикл может повторяться до того момента, пока не будет достигнут требуемый результат. Примером можно назвать подъем устройства и некоторые другие цели.

Область применения

Сегодня храповик как деталь применяется при создании различных промышленных агрегатов с компонентами инженерных конструкций. При этом может обеспечиваться стабильная работа различных небольших элементов инструментов. Этот момент указывает на универсальность применения храповых механизмов.

С точки зрения технической интеграции устройство обходит многие другие варианты исполнения.

Простейший храповая деталь позволяет проводить регулировку расположение оголовки и его фиксацию.

Очень часто производители используют храповик в качестве элемента, через который проводится установка рабочих параметров. Примером можно назвать фиксацию шага реза в определенном диапазоне. Кроме этого, установка проводится при непосредственном изготовлении станочного оборудования.

В последнее время установка проводится в станках для круглой шлифовки, устройство обеспечивает радиальную подачу. Встречается механизм в домкратах и различных лебедочных системах, заводных автомобилях и других устройствах.

Разновидности механизма

В продаже встречаются самые различные фрикционные храповые механизмы. Они могут применяться для реализации самых различных задач. Среди особенностей проводимой классификации отметим следующие моменты:

1. Профилированная поверхность часто изготавливается в виде барабана или рейки.
2. Реечный вариант исполнения встречается крайне редко, так как функциональность устройства существенно снижается. Барабанные фрикционные храповые механизмы встречаются намного чаще по причине компактности и других свойств.
3. Профиль основы также классифицируется по большому количеству признаков. Чаще всего встречаются радиальные, прямоугольные и пологе варианты исполнения. Радиальные получили широкое распространение, так как они компактные и просты в установке.

В большинстве случаев зуб имеет классическую форму, за счет чего обеспечивается надежность работы.

Особенности работы двунаправленных механизмов

Многие храповые механизмы характеризуются тем, что вращение колеса или рейки проводится только в одном направлении. Также стали производить варианты исполнения, которые могут вращаться в обоих направлениях. Ключевыми моментами можно назвать следующее:

1. Вращение реализуется влево и направо. Именно этот момент существенно повышает функциональность устройства.
2. Форма зубцов прямоугольная. Только за счет этого обеспечивается равномерное вращение колеса в обоих направлениях.
3. Ключевая особенность также заключается в том, каким образом работает фиксирующая собачка. Она на момент вращения основного элемента не перескакивает, а приподнимается. За счет этого устройство становится более функциональным, но при этом и менее надежным.

Область применения подобного элемента сегодня получил весьма широкое распространение. При его изготовлении могут применяться самые различные материалы, в большинстве случаев уделяется внимание вариантам исполнения с повышенной коррозионной стойкостью.

Как самостоятельно изготовить храповик?

Для того чтобы существенно сэкономить на создании механизма можно изготовить храповик своими руками. Расчет храпового механизма проводится в зависимости от требований, которые предъявляются к системе. Изготовить храповый механизм своими руками можно следующим образом:

1. В качестве основного элемента можно использовать металлическую трубу. На используется для создания вала, который будет применяться для непосредственной передачи вращения. При выборе трубы следует уделить внимание тому, чтобы толщина стенки была требуемой величины. В противном случае он не сможет выдержать требуемую нагрузку.
2. Из стального листа вырезается небольшой кусок профиля, который играет роль фиксирующей детали. Рекомендуется уделять внимание сплавам с повышенной прочностью и износостойкостью. В большинстве случаев уделяется внимание варианту исполнения, который прошел закалку для повышения твердости поверхностного слоя.
3. Больше всего проблем возникает в случае подгонки основных элементов друг к другу. Только в этом случае устройство будет работать правильно. Именно поэтому при работе приходится использовать точные измерительные инструменты. Примером можно назвать микрометр или штангенциркуль.
4. Несущая база изготавливается из металлических листов, которые соединяются между собой при применении технологии сварки. Подобная база создается в зависимости от особенностей будущей конструкции.
5. Колесо должно иметь на рабочей поверхности зубья, за счет которых обеспечивается зацепление. Этот элемент соединен с валом зачастую при помощи шпонки, которая характеризуется высокой надежностью. Колесо изготовить самостоятельно достаточно сложно, так как поверхностный слой должен характеризоваться высокой надежностью и прочностью. Чаще всего храповое колесо снимается с других механизмов или заказывается у мастера, который предоставляет соответствующие услуги.
6. Вал крепится посредством сварки. Подобный тип соединения характеризуется повышенной прочностью и длительным эксплуатационным сроком. Нужно уделять довольно много внимания качеству сварочного шва, так как даже незначительные дефекты могут стать причиной возникновения существенных проблем. Собачка изготавливается при применении пружины и ходового элемента. Пружину можно снять с других механизмов, ходовая деталь отвечает за смещение собачки относительно зуба.

В целом можно сказать, что процесс изготовления рассматриваемой конструкции характеризуется довольно большим количеством сложностей. Только при наличии требующихся навыков и инструментов можно достигнуть поставленных задач. Храповой механизм чертеж можно скачать в интернете. При применении правильно разработанного проекта может быть уверенным в том, что все детали идеально подойдут друг к другу.

Расчет храпового механизма

При рассмотрении того, как работает храповый механизм следует уделить внимание тому, что самое опасное положение, когда вершина собачки упирается в вершину зуба. Подобное явление становится причиной возникновения сильного удара, за счет которого механизм изнашивается довольно быстро. Среди особенностей проводимых расчетов отметим следующее:

1. Проводится расчет прочности кромок.
2. Определяется окружная сила.

При проектировании могут применяться самые различные формулы, а некоторая информация берется из таблиц.

Расчет храпового механизма создает довольно много трудностей, так как в некоторых случаях выбирается требуемый параметр в зависимости от условий эксплуатации.

Расчет храпового колеса

Провести расчет храпового колеса можно самостоятельно. Среди особенностей процедуры отметим нижеприведенные моменты:

1. Во все случаях проводится расчет коэффициента, который представлен соотношение ширины зуба к показателю модуля. Большие значения применяются для устройств, во время работы которых может возникать существенная ударная нагрузка. Ширина собаки составляет 2-4 мм, за счет чего компенсируется вероятность неточности проведения монтажных работ.
2. При расчетах могут применяться самые различные формулы, все зависит от того, какие данные известны в начале расчетов.
3. Проводится расчет сопротивления на изгиб при рассмотрении зуба как балки, так как на него будет оказываться высокая нагрузка.

Можно встретить просто огромное количество различных формул, которые могут применяться при проведении расчетов.

Расчет собачки храпового механизма

Устанавливаемая собачка храповика выступает в качестве важного элемента конструкции. Среди особенностей его изготовления отметим нижеприведенные моменты:

1. При создании подвижной собачки механизма применяется сталь 40Х, которая дополнительно обрабатываются термическим методом для повышения твердости. Рассматриваемый материал после термической обработки становится более защищенным от воздействия окружающей среды.
2. Для обеспечения надежной фиксации применяется специальная пружина или вес.
3. При установке собачки уделяется внимание тому, что ось ее вращения располагается так, чтобы ее контактная поверхность соприкасалась с зубом под углом 90 градусов или близким к нему. За счет этого обеспечивается более высокая надежность фиксации.

Работа рассматриваемого устройства определяет то, что не приходится выполнять периодической обслуживание. При длительной эксплуатации есть вероятность быстрого износа поверхности. Кроме этого, со временем пружина может потерять свои основные свойства.