Лабораторно-практическая работа по изучению устройства токарного станка

1. Осмотреть станок и найти его основные узлы. Найти дви­гатель и передаточные механизмы, передающие движение от электродвигателя к шпинделю и суппорту. Составить соответ­ствующие упрощенные кинематические схемы.

2. Измерить высоту центров станка и расстояние от патрона до пиноли задней бабки при ее крайнем правом положении.

3. Определить детали, через которые передается движение при нарезании резьбы (зубчатые колеса, ходовой винт, маточ­ная гайка фартука). Сделать пробную установку для наре­зания резьбы, включить станок и проследить, как переме­щается суппорт. Составить кинематическую схему нарезания резьбы.

4. Внимательно осмотреть все механизмы передней бабки, обратив особое внимание на расположение подшипников шпин­деля, зубчатых колес и соединительных муфт.

5. Составить кинематическую схему передней бабки и вы­чертить графики передачи движения на всех скоростях.

6. Осмотреть суппорт, выяснить его устройство и способ установки на станке, наметить порядок его частичной разборки и выбрать необходимые инструменты.

7. Разобрать суппорт (частично). Внимательно осмотреть нее детали, проверить их состояние, выяснить дефекты, соста­вить кинематическую схему механизма фартука.

8. Собрать суппорт, устанавливая детали и части в порядке, обратном порядку разборки. Проверить правильность сборки и установки частей суппорта

9. Частично разобрать заднюю бабку и начертить ее кине­матическую схему.

10. Собрать заднюю бабку в порядке, обратном порядку разборки; установить заднюю бабку на станину токарного стан­ка и закрепить ее.

Контрольные вопросы и задачи

1. Какие машины называются технологическими рабочими машинами?

2. Из каких основных частей состоит рабочая машина? Как называются эти основные части в токарном станке?

3. Как устроена коробка скоростей изучаемого вами токар­ного станка? Сколько скоростей вращения шпинделя позволяет она получить?

4. Как устроен механизм подачи?

5. Можно ли одновременно использовать для перемещения суппорта ходовой винт и ходовой валик?

6. Как осуществляется связь движений шпинделя и суп­порта?

7. Сколько скоростей подачи можно получить на изучаемом вами станке?

8. С каким числом оборотов в минуту должен вращаться шпиндель станка, чтобы обработка валика диаметром 20 мм осуществлялась со скоростью резания 30 м/мин?

9. Выпишите возможные значения чисел оборотов шпинделя изучаемого Вами станка и определите по формуле, какие ско­рости резания могут быть получены при цилиндрическом обта­чивании валика диаметром 40 мм.

Почему нецелесообразно применять слишком малые вели­чины скоростей резания?

§ 2. Рабочие транспортные машины

Транспорт играет очень важную роль в народном хозяйстве и в жизни людей. Для нас уже стало привычным делом поль­зоваться автомобилем, Поездом, самолетом, теплоходом, трам­ваем и другими видами средств сообщения. Перевозка гру­зов и людей производится и на большие расстояния, и в пределах одного завода, совхоза или колхоза, строительного участка.

Рис. 70, а. Общее устройство грузового автомобиля:

1 — кузов; 2 — колеса; 3 — силовая передача; 4 — двигатель; 5 — рулевое управление; 6 — рессоры; 7 — рама.

Рис. 70, б. Общее устройство легкого автомобиля:

1 — кузов; 2 — колеса; 3 — силовая передача; 4 — двигатель; 5 — рулевое управление; 6 — рессоры; 7 — рама.

Как и технологические машины, транспортные машины обладают большой общностью устройства и действия. Они также состоят из четырех основных частей: двигателя, испол­нительного и передаточного механизмов и управляющих меха­низмов. Рабочий орган транспортных машин называют движи­телем. Движитель может быть колесный, гусеничный, винтовой, газо- или водоструйный.

Одной из наиболее распространенных транспортных машин является автомобиль — самоходный экипаж, предназначенный для перевозки грузов и людей по безрельсовым дорогам.

Автомобиль состоит из следующих основных частей: двига­теля, исполнительного механизма с рабочим органом, переда­точного механизма и механизмов управления (рис. 70, а и б).

На автомобилях, как на большинстве транспортных машин, применяют двигатели внутреннего сгорания.

Двигатель преобразует химическую энергию топлива в механическую энергию, затрачиваемую на передвижение ав­томобиля. Его устанавливают либо в передней, либо в задней части автомобиля в зависимости от требуемого распределения веса на передние и задние колеса. Устройство двигателя рас­сматривается в § 5 данной главы.

Исполнительным механизмом автомобиля можно считать его ходовую часть. Исполнительный механизм совершает полезную работу, используя подводимую от двигателя энер­гию.

Передаточный механизм автомобиля — силовая пере­дача — преобразует механическое движение в процессе пере­дачи мощности от двигателя к ведущим колесам.

Механизмы управления — это устройства, позво­ляющие управлять автомобилем. При их помощи можно изме­нять направление движения автомобиля, уменьшать его ско­рость и останавливать.

Двигатель, ходовая часть, силовая передача и механизмы управления, соединенные вместе, образуют самодвижущуюся тележку.

К этой тележке с целью перевозки грузов и пассажиров прикрепляется кузов, конструкция которого соответствует назна­чению автомобиля (грузовой, легковой, автобус и др.).

Ходовая часть является основанием автомобиля, на кото­ром устанавливаются его механизмы.

Ходовая часть автомобиля представляет собой тележку, со­стоящую из рамы, к которой при помощи рессор прикреплены передний и задний мосты с колесами.

Передний мост автомобиля называют управляемым, так как при помощи его совершается поворот автомобиля. Передний мост, применяемый на грузовых автомобилях, изо­бражен на рисунке 71. К балке передней оси 17 шарнирно при­соединены поворотные цапфы 12, на осях которых на подшипниках установлены ступицы 18 колес. Обе цапфы соединены между собой, чем обеспечивается согласованный поворот управляемых колес.

Задний мост представляет собой пустотелую балку, на концах которой установлены на подшипниках ступицы колес. В балке заднего моста расположены механизмы пере­дачи к ведущим колесам.

Передний и задний мосты автомобиля соединены с рамой при помощи рессор, имеющих большое значение для обеспече­ния плавности хода автомобиля. Рессоры смягчают удары, воспринимаемые колесами автомобиля от неровностей дороги, и передают тяговую силу от колес на раму. Они состоят из на­бора стальных листов разной длины, соединенных стяжным болтом. Один из листов (коренной) имеет ушки, которыми рессора соединяется с рамой.

Для предотвращения раскачивания кузова на рессорах в числе частей, соединяющих мосты автомобиля с кузовом и рамой, имеются амортизаторы, которые гасят колебания. Существуют различные конструкции амортизаторов — на совет­ских автомобилях используются преимущественно гидравли­ческие. Кинетическая энергия колеблющегося кузова преобра­зуется в амортизаторе в теплоту.

Автомобильное колесо имеет металлический обод, на который надевается эластичная пневматическая шина, зна­чительно смягчающая толчки при движении. Обод соединен с диском, а диск шпильками и гайками прикреплен к ступице, установленной на оси с подшипником.

Управление тележкой автомобиля (ходовой частью) осуществляется при помощи рулевого управления (рис. 71).

Рис. 71. Рулевое управление:

1 — рулевое колесо; 2 — вал; 3 — червяк; 4 — картер рулевой передачи; 5 — вал сошки; 6 — сошка;

7 — регулировочный винт вала сошки; 8 — ролик; 9 — стопорная шайба; 10 — продольная рулевая шайба;

11 — поворотный рычаг продольно рулевой рукоятки; 12 — цапфа; 13 — поворотные рычаги поперечной рулевой тяги;

14 — поперечная рулевая тяга; 15 — наконечники поперечной рулевой тяги; 16 — шкворень; 17 — передняя ось;

18 — ступица колеса; 19 — тормозной барабан; 20 — пробка.

В рулевое управление входят механизмы рулевой передачи и ру­левого привода.

Рулевая передача состоит из рулевого колеса 1, вала 2 с чер­вяком 3, вала сошки 5 с роликом сошки 6 и картера 4. При вращении рулевого колеса червяк, вращаясь, поворачивает вал сошки с роликом, в это время нижний конец сошки передви­гается вперед или назад, увлекает за собой привод и поворачи­вает колеса.

Рулевой привод соединяет сошку 6 с поворотными цап­фами 12 и состоит из продольной рулевой тяги 10, поворотных рычагов 11 и 13 и поперечной рулевой тяги 14. Рулевые тяги и рычаги соединяются при помощи шарниров с шаровыми пальцами. Шарниры позволяют рычагам и тягам располагать­ся и работать под различными углами один к другому.

Легкость управления автомобилем зависит от общего пере­даточного числа рулевого управления — отношения угла пово­рота рулевого колеса к углу поворота переднего колеса авто­мобиля.

Тормозная система служит для остановки автомобиля и обеспечивает необходимую безопасность движения. Она состо­ит из тормозных механизмов и тормозных приводов к ним.

Тормозные механизмы устанавливаются на всех автомоби­лях возле колес, а также еще и на карданном валу силовой передачи (центральный тормоз). Тормозной механизм колес (рис. 72) состоит из тормозного барабана, соединенного с ко­лесом, и тормозного диска 2, прикрепленного к фланцу моста. На тормозном диске установлены тормозные колодки 3, опира­ющиеся на опорные пальцы 4.

Рис. 72. Устройство тормозного механизма колес:

1 — тормозной барабан; 2 — тормозной диск; 3 — колодки; 4 — опорные пальцы колодок;

5 — разжимное приспособление (тормозной цилиндр); 6 — пружина колодок; 7 — регулировочные эксцентрики.

Торможение колеса происходит следующим образом: при нажатии на тормозную педаль разжимное приспособление 5 раздвигает колодки и прижимает их накладками к внутренней поверхности тормозного барабана. Возникающая сила трения скольжения останавливает колесо. При этом колеса автомобиля или совсем прекращают катиться по дороге, или замедляют свое вращение. Между колесами и дорогой возникает трение скольжения, сила которого значительно превосходит силу тре­ния качения. Вследствие этого автомобиль быстро расходует кинетическую энергию своего движения и останавливается. Для растормаживания автомобиля необходимо отпустить тормозную педаль. В этом случае пружина в оттянет колодки от тормоз­ного барабана и освободит колесо.

Приводы тормозных механизмов бывают механическими, гид­равлическими и пневматическими, с ручным или ножным управ­лением.

Механический тормозной привод применяется чаще всего для тормозов с ручным управлением (ручной тормоз). Тормоз­ные приводы с ножным управлением (ножной тормоз) обычно бывают гидравлическими или пневматическими.

В устройстве и работе гидравлического и пневматического тормозных приводов используется свойство жидкостей и газов передавать давление равномерно во все стороны, (закон Пас­каля). При этом сила давления пропорциональна площади, на которую действует жидкость или газ. Для поршня гидравли­ческого тормозного цилиндра сила давления Р равна

где р — давление жидкости или газа на поршень, кГ/см^{2 1};

F_п — площадь поршня, см².

Гидравлический тормозной привод (рис. 73) состоит из главного цилиндра 1, соединенного трубопроводами 2 с тормоз­ными цилиндрами 8.

Рис. 73. Тормозная система автомобиля с гидравлическим приводом:

а — общий вид; б — схема;

1 — главный тормозной цилиндр; 2 — трубопроводы; 3 — тормозные цилиндры колес; 4 — поршень; 5 — шток;

6 — тормозная педаль; 7 — нагнетательный клапан; 8 — резервуар; 9 — пружина; 10 — тормозная колодка;

11 — поршни тормозного цилиндра; 12 — барабан; 13 — пружина.

Вся система заполняется специальной тормозной жидкостью (смесь из 50% касторового масла и 50% диацетонового спирта).

В главном цилиндре находится поршень 4 с уплотнительной манжетой, который перемещается под действием штока 5, соединенного с тормозной педалью 6. При нажатии тормоз­ной педали поршень главного цилиндра нагнетает тормозную жидкость через клапан 7 в тормозные цилиндры колес. При от­пускании педали поршень возвращается в исходное положение возвратной пружиной 9. Эта же пружина удерживает другой клапан, через который жидкость возвращается в главный ци­линдр по окончании торможения. Для запаса жидкости имеется резервуар 8, расположенный в одной отливке с главным ци­линдром. Резервуар и цилиндр соединены между собой отвер­стиями, через которые жидкость перетекает из резервуара в ци­линдр и обратно.

В тормозных цилиндрах установлено по два поршня 11 с уплотнительной манжетами. Через отверстие в середине цилиндра в пространство между поршнями нагнетается тормоз­ная жидкость. Под давлением жидкости, достигающим приблизи­тельно 70—80 кГ/см², поршни расходятся и прижимают тормозные колодки 10 к тормозному барабану 12.

Колодки и поршни тормозных цилиндров по окончании тормо­жения возвращаются в исходное положение под действием стяжной пружины 13 колодок.

Движущие силы. Между приведенными во вращение веду­щими колесами автомобиля и дорогой (рис. 74) возникает сила трения скольжения, называемая силой сцепления, величина кото­рой равна

где G₂ — часть веса автомобиля, приходящаяся на задние ведущие колеса, кГ;

φ — коэффициент трения скольжения или сцепления шин с до­рогой.

Следовательно, благодаря тому, что между шинами и дорогой существует трение скольжения, колеса не проскальзывают отно­сительно дороги, а взаимодействуют с ней и движут автомобиль. Это взаимодействие состоит в том, что колеса автомобиля дейст­вуют на дорогу с некоторой силой, зависящей от того крутящего момента, который к ним подведен от двигателя. Согласно закону действия и противодействия следует: с какой силой колеса дейст­вуют на дорогу, с такой же силой (Р_с), но в обратном направле­нии дорога действует на колеса. Тяговая сила Р_с от колес пере­дается через рессоры на автомобиль. Наибольшая тяговая сила данного автомобиля, очевидно, не может быть больше силы сцеп­ления его ведущих колес с дорогой, иначе, если колеса привести во вращение с силой большей, чем сила сцепления, они будут проскальзывать, а автомобиль не сдвинется с места.

Рис. 74. Схема возникновения тяговой силы на ведущих колесах автомобиля.

Необходимая тяговая сила в каждый момент определяется теми сопротивлениями, которые встречает движущийся автомо­биль. Это сила сопротивления качению колес автомобиля F_к=Gf, сила аэродинамического сопротивления F_w=kSυ², сила сопротивления разгону автомобиля F_к=ma и сила сопротивле­ния, возникающая при движении автомобиля на подъем, F_h=Gα.

В приведенных формулах G — общий вес автомобиля, f — коэф­фициент сопротивления качению колес, m — масса, a — ускорение, k — коэффициент сопротивления воздуха, υ — скорость движения, S — лобовая площадь, α — уклон дороги.

Величину этих сил можно с достаточной точностью определить, пользуясь теми сведениями о явлениях, сопровождающих трение качения, аэродинамическое сопротивление, разгон автомо­биля и его движение на подъем, которые известны из курса физики.

Чтобы на колесах возникла сила Р_с, к ним необходимо под­водить крутящий момент М_к, равный

где r — радиус колеса автомобиля, м.

Двигатель внутреннего сгорания автомобиля развивает необ­ходимую мощность М_е и крутящий момент N_е лишь при опреде­ленном числе оборотов его вала (1800—2200 об/мин), в то время как колеса автомобиля в разных условиях должны вращаться с разной скоростью. Для изменения скорости вращения колес при почти неизменной скорости вращения вала двигателя слу­жит силовая передача автомобиля, в состав которой входят сцепление, коробка передач, карданная передача, главная передача, дифференциал, полуоси (рис. 75).

Рис. 75. Схема устройства силовой передачи автомобиля:

1 — сцепление; 2 — коробка передач; 3 — карданная передача; 4 — главная передача; 5 — дифференциал; 6 — полуось.

Тяговая сила на колесах автомобиля является величиной переменной. Изменяя тяговую силу на колесах, мы часто одно­временно сообщаем автомобилю другую скорость движения. Для этого применяются коробки передач различных конструк­ций (вспомним, что в токарном станке такие механизмы назы­вались коробкой скоростей и коробкой подач). Число ступеней в коробке зависит от типа автомобиля.

Характеристикой коробки передач является передаточное число показывающее отношение числа оборотов ведущего вала n₁ к числу оборотов ведомого n₂ на данной передаче .

Согласно основному правилу механики уменьшение числа оборотов ведущих колес (проигрыш в пути) сопровождается увеличением крутящего момента, а вместе с тем и тяговой силы на колесах (выигрыш в силе). Благодаря этому двигатель может все время работать с наивыгоднейшим числом оборотов, разви­вая примерно постоянный крутящий момент, который коробка передач изменяет так, как этого требует режим работы машины в целом.

На рисунке 76 изображена трехступенчатая коробка передач. Первичный (ведущий) вал коробки передач установлен в двух подшипниках. Передний подшипник расположен в торце колен­чатого вала двигателя автомобиля, а задний — в картере ко­робки передач. Шестерня 1 (зубчатое колесо) первичного вала постоянно сцеплена с передней шестерней 9 промежуточного вала. Блок шестерен, образующий промежуточный вал, вращает­ся на игольчатых подшипниках, установленных на оси.

Вторичный (ведомый) вал 5 коробки передач передним кон­цом опирается на роликовый подшипник, установленный в торце шестерни 1 первичного вала, а задним концом — на шариковый подшипник. По шлицам вала скользит шестерня 4. Для включе­ния заднего хода служит промежуточная шестерня 10, располо­женная на самостоятельной оси и вращающаяся на ней.

Все шестерни и валы с подшипниками располагаются в литом корпусе (картере) коробки передач.

Графики передачи крутящего момента коробкой передач, при­веденные на рисунке 76, в, дают представление о порядке вклю­чения в зацепление отдельных шестерен. Например, для получе­ния второй передачи необходимо муфту 2 передвинуть вправо и соединить ее с полумуфтой шестерни 3. Тогда крутящий момент с ведущего вала через шестерню 1 перейдет на шестерню 9 и далее на шестерню 8 и шестерню 3, свободно вращающуюся на ведомом валу 5. Муфта 2 с помощью шлицев соединена с ведо­мым валом и, будучи в то же время сцеплена с шестерней 3, приводит вал во вращение.

На рисунке 76 все шестерни изображены в нейтральном положении (передачи крутящего момента от ведущего вала к ва­лу 5 не происходит). При включении той или иной передачи необ­ходимо каждый раз отсоединять двигатель от силовой пере­дачи, чтобы избежать поломки зубьев переключаемых шестерен. Для этой цели служит муфта включения, называемая сцеп­лением.

Рис. 76. Коробка передачи автомобиля:

а — продольный разрез; б — сечение по шестерне заднего хода; в — кинематическая схема;

г — графики передачи крутящего момента в коробке; д — схема включения шестерён для получения заднего хода;

1 — шестерня ведущего вала; 2 — муфта включения второй и третьей передач;

3 — шестерня постоянного зацепления второй передачи; 4 — шестерня первой передачи;

5 — ведомый вал; 6, 7, 8, 9 — блок шестерен промежуточного вала; 10 — промежуточ­ная шестерня заднего хода.

Сцепление (рис. 77) — это фрикционная муфта, которая передает вращение благодаря трению, возникающему на ее сжа­тых дисках. Она дает возможность быстро разобщать и плавно соединять двигатель с последующими механизмами силовой пере­дачи. Когда сцепление выключено, передача движения от двига­теля к ведущим колесам прекращается, автомобиль останавли­вается или катится по инерции. Плавное включение сцепления обеспечивает медленное нарастание передаваемого крутящего момента. Автомобиль благодаря сцеплению трогается с места пли изменяет скорость движения плавно, без рывков.

Наибольший крутящий момент, который можно передать при помощи сцепления, равен

Рис. 77. Схема устройства и действие сцепления:

а — сцепление включено; б — сцепление выключено;

1 — вал автомобильного двигателя; 2 — маховик двигателя (ведущий диск муфты); 3 — ведомый диск муфты;

4 — пружины; 5 — ведущий вал коробки передач; 6 — фрикционные накладки; 7 — нажимной диск;

8 — корпус механизма; 9 — педаль управления муфтой.

Здесь D_ср — средний диаметр фрикционной накладки ведомого диска, м;

F — сила трения, кГ, равная

где Р — сила давления пружин, сжимающих диски, кГ;

n — число поверхностей трения, участвующих в передаче кру­тящего момента;

F_c — коэффициент трения, зависящий от материала дисков. В муфте, изображенной на рисунке 58, n=1, а на рисунке 77 n=2.

В некоторых автомобильных и мотоциклетных муфтах n=2; 4 и больше.

На пути от двигателя к колесам крутящий момент преобра­зуется не только в коробке передач, но и в редукторе ведущего моста (рис. 78). Этот передаточный механизм называется редук­тором, а не коробкой передач, так как шестерни в нем находятся всегда в постоянном зацеплении друг с другом и его устройство не допускает их переключения. В передаче крутящего момента участвуют следующие части ведущего моста: главная пере­дача, дифференциал и полуоси.

При помощи главной передачи, дифференциала и полуосей крутящий момент от коробки передач передается к ведущим ко­лесам автомобиля. В этом случае изменяется по величине и на­правлению передаваемая к колесам сила.

На рисунке 78 изображен одноступенчатый редуктор, назы­ваемый главной передачей. Его ведущая шестерня 1 установлена в специальном стакане на подшипниках 9. Ведомая шестерня 6 передачи соединена с коробкой 10 дифференциала, которая установлена на двух подшипниках 8 в картере заднего моста.

Рис. 78. ведущий мост:

а — устройство; б — кинематическая схема;

1 — ведущая шестерная главной передачи; 2 — ведущее колесо;

3 — корпус ведущего моста (картер); 4 — ось сателлитов;

5 — полуось; 6 — ведомая шестерная; 7 — подшипник полуоси;

8 — подшипник коробки дифференциала;

9 — подшипник ведущей шестерни; 10 — коробка дифференциала;

11 — сателлиты.

В главной передаче используются конические шестерни, позволяющие не только изменять величину крутящего момента, но и передавать вращение с одного вала на другой под углом. Этот угол на большинстве автомобилей равен 90°.

Дифференциал 10 дает возможность ведущим колесам вра­щаться с разной угловой скоростью, когда они проходят пути неодинаковой длины, например на поворотах.

Полуоси 5 связывают дифференциал с ведущими колесами 2. Полуоси — это стальные валы, соединенные одним концом с шестернями полуосей, а другим концом — со ступицей колеса.

Коробка передач соединяется с ведущим мостом при помощи карданной передачи (рис. 79). Валы этих механизмов располо­жены в разных плоскостях, и расстояние между ними во время движения автомобиля постоянно меняется.

Рис. 79. Схема устройства карданного шарнира и расположение карданной передачи на автомобиле:

1 — промежуточный вал; 2 — главный вал; 3 — подвесная опора промежуточного вала; 4 — универсальные шарниры;

5 — вилки шарнира; 6 — ось шарнира (крестовина).

Передача крутящего момента в таких условиях возможна лишь при наличии в механизме специальных шарниров 4, уста­новленных между валами 1 и 2.

На карданном валу всех современных автомобилей уста­навливают два шарнира. Один шарнир сообщает валу переменную скорость вращения. Для устранения возникающей неравно­мерности на противоположном конце вала устанавливается дру­гой универсальный шарнир.