Колесо с храповым механизмом. Чем секатор с храповым механизмом лучше традиционного? Принцип работы храповика

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Наверно многие садоводы задавались вопросом, в чем преимущества секаторов с храповым механизмом. Ответить можно однозначно, именно в механизме и кроется секрет успеха. Его использование дает возможность разделить требуемое усилие для обрезки крупной ветви на несколько приемов. Требуемое 20-и килограммовое усилие разбивается на несколько приемов, в зависимости от прилагаемой садоводом силы.

Этапы работы инструмента с храповым устройством механизма.

Работу любого секатора, имеющего храповой механизм можно разбить на несколько этапов. Эти этапы включаются в момент, когда лезвие прекращает свой путь в древесине. Как только оно останавливается, пружина возвращает ручку инструмента в исходное положение. Лезвие при этом остается неподвижным. От садовода требуется вновь осуществить нажатие на ручку инструмента. И так процесс будет продолжаться до той поры, пока ветка не будет удалена. Каждый раз при затруднении будет срабатывать механизм.

Основные преимущества секаторов с храповым механизмом.

• Обрезка толстых ветвей.
• Обрезка сухих ветвей и сучков.
• Чистый и ровный срез.
• Приложение минимальных усилий.

При этом инструмент позволяет производить любой вид обрезки с минимальными усилиями. А это очень удобно, если за садом следит женщина-садовод.

Имеется и один недостаток у храпового механизма садовых секаторов. Это количество приемов за которые обрезаются побеги. Представьте, что Вам требуется осенью или весной осуществить обрезку целого сада. Сколько лишних движений придется сделать таким инструментом для удаления одной ветви. А их в большом саду может огромное количество. Вместе с этим оно того стоит. Ведь обрезать толстые ветви обводным инструментом довольно затруднительно. Садовая пила тоже потребует лишних движений. Да и качество среза будет в обоих случаях ниже, чем если бы процедура производилась секатором с храповым механизмом.

Выбирая секатор с храповым механизмом, обращайте внимание на заточку лезвий. Она должна быть идеальной. При этом смотрите, чтоб сами лезвия садового

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.

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.

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.