Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Типовые узлы и механизмы электронного машиностроения. Учебное пособие
.pdf
ГЛАВА 8. ХРАПОВЫЕ ЗУБЧАТЫЕ МЕХАНИЗМЫ
8.1. Виды храповых механизмов
Храповые зубчатые механизмы допускают свободное относительное
движение звеньев только в одном направлении. Они используются:
а) для преобразования качательного или возвратно-поступательного
прямолинейного движения в периодическое (прерывистое) вращательное
движение в одном направлении;
б) для обеспечения свободного вращения связанных звеньев в одном
направлении (механизмы завода пружин, муфты свободного хода);
в) в качестве
стопоров – ограничителей движения в заданном
направлении.
В зависимости от вида траектории движения оси качения собачки
различают:
а) храповые механизмы с вращательным движением оси собачки
относительно оси храпового колеса (рис. 8.1 а);
б) храповые механизмы с прямолинейным движением оси собачки
(рис. 8.1 б);
в) храповые механизмы со сложным (плоским) движением оси
собачки (рис. 8.1
в).
Кроме того, иногда применяются храповые механизмы с храповой
рейкой (рис. 8.1 г).
а б
51
⋅
=
t
⋅
=
π
в г
Рис. 8.1 Схемы храповых механизмов
Храповые механизмы выполняются с наружным и внутренним
зацеплением (рис. 8.2). Наиболее часто применяются храповые механизмы
с вращательным движением оси качания собачки с наружным
зацеплением.
а б
Рис. 8.2 Храповые механизмы с вращательным движением оси собачки
8.2. Основные размеры храповых колес и собачек
Основные размеры храповых колес удобно выражать через модуль
m. В этом случае наружный диаметр и окружной шаг зубьев храпового
колеса определяются по формулам:
мм;zmD
мм, m
(8.1)
(8.2)
где z – число зубьев храпового колеса.
52
Рис. 8.3 Профили зубьев храповых механизмов
Профили зубьев храповых колес приведены на рис. 8.3. Профили а и
б – зубья нормального исполнения: без поднутрения (а) и с поднутрением
(б); профили в и г – зубья усиленные; профиль д – зубья усиленные с
поднутрением; профиль е – зубья эвольвентные симметричные для
храповых механизмов с перекидываемой собачкой для изменения
направления вращения. Поднутрение зуба
под углом α способствует
заходу собачки во впадину между зубьями под действием передаваемого
усилия. Кроме того, поднутрение зуба компенсирует уменьшение угла β
(см. рис. 8.5) при возможном контакте собачки с вершиной зуба колеса.
Высота h зуба профиля a определяется по формуле
180
⋅
zm
sin
sin
⋅
ϕ
=
h
°
cos
180
⎛
−⋅
ϕ
⎜
⎝
⎞
мм;
⎟
zz
⎠
(8.3)
высота h зуба профиля б определяется по формуле
180
⋅
zm
cos
≈
h
sin
⋅
ϕ
°
⎛
coscos
⎜
⎝
180
°
⎞
αϕα
−+⋅⋅
zz
мм,
⎟
(8.4)
⎠
где z – число зубьев храпового колеса;
m – модуль, мм;
ϕ - угол впадины;
α - угол поднутрения (рис. 8.3).
Для усиления профилей (рис. 8.3 в, д) высота зуба назначается
несколько меньшей значений, определяемых по формулам (8.3) и (8.4).
53
Основные размеры и углы зубьев профиля д храповых колес, а также
собачек храповых механизмов с вращательным движением оси собачки
можно выбирать по рис. 8.4.
Рис. 8.4 Элементы зацепления храповых механизмов
с вращательным движением оси собачки
m, мм
t, мм
h, мм
r (колесо), мм
r
(собачка), мм
1
ϕ (колесо)
(собачка)
ϕ
1
0,6
1,88
0,8
0,8
2,51
1
0,3
0,4
55°
50°
1
3,14
1,2
1,25
3,92
1,5
1,5
4,71
1,8
0,5
0,8
60°
55°
2
6,28
2
В храповых механизмах, ось собачки которых перемещается
прямолинейно, зубья храпового колеса выполняются без поднутрения,
радиус закругления впадин зубьев должен быть больше радиуса
закругления головки собачки.
8.3. Расположение собачек
Ось собачки следует располагать относительно зубьев храпового
колеса таким образом, чтобы усилие, действующее со стороны храпового
колеса на собачку, создавало момент, обеспечивающий западание собачки
во впадину между зубьями и постоянный контакт собачки и колеса во
время работы. При собачках и храповых колесах из стали и латуни угол β
54
должен быть равен или больше 10-12° (рис. 8.5). При меньших значениях
ϕβα
ψ
−−−
−⋅⋅
угла β необходимо увеличивать усилие пружины, прижимающей собачку к
колесу. При выборе величины угла β следует учитывать, что с
увеличением этого угла при одном и том же передаваемом моменте
возрастает нагрузка на ось собачки.
Рис. 8.5 Схемы расположения собачек:
I – зуб без поднутрения, собачка толкающая;
II – зуб c поднутрением, собачка толкающая;
III – зуб c поднутрением, собачка тянущая
При значительных окружных усилиях рекомендуется применение
храповых механизмов с тянущими собачками, работающих с меньшим
шумом и износом зубьев, чем храповые механизмы с толкающими
собачками. Это связано с отсутствием продольного изгиба при работе с
тянущими собачками.
8.4. Геометрический расчет храповых механизмов
с вращательным движением оси собачки
Расчетная схема храпового механизма приведена на рис. 8.6. При
заданных параметрах храпового колеса: z, m, h, α, длине собачки l, угле
головки собачки ϕ
и выбранном угле β определение угла ψ,
1
ориентирующего угловое положение головки собачки, и расстояния между
осью колеса и осью вращения собачки ОО
производятся по следующим
1
формулам:
;90
1
мм; 5,0 hzmr
(8.5)
(8.6)
вн
°=
=
55
sin
α
⋅
⋅
ααα
−
−°=
α
⋅
=
α
⋅
=
−
⋅
β
+
⋅
β
=⋅=
⋅
sin
α
=
1
rx
вн
ry
вн
=
=
zm
;
2
r
вн
22
22
xlx
21
yly
21
yx +=
111
;180
12
мм; sin
мм; cos
мм; cos
мм; sin
мм ОО
.
Если зубья храпового колеса не имеют поднутрения (α=0°), то расчет
по формулам (8.7)-(8.10) не производится, в формуле (8.12) размер х
в формуле (8.12) размер y
2=rвн
.
(8.10)
(8.11)
(8.12)
(8.13)
=0, а
2
(8.7)
(8.8)
(8.9)
Рис. 8.6 Расчетная схема храпового механизма
с вращательным движением оси собачки
Пример 1. Произвести расчет храпового механизма по рис. 8.6 при
следующих исходных данных: z=30; m=1 мм; h=1,2 мм; l=10 мм; α=10° ;
β=10° ; ϕ
=50°.
1
Диаметр храпового колеса равен
= zmD
30301
мм.
56
Угол ψ равен
=°−°−°−°=
−
ϕβα
ψ
=−⋅⋅=
−
⋅
⋅=⋅
α
′=′
−°−°=
−
ααα
=⋅=
α
=−⋅
=
β
−−°= 205010109090
1
Внутренний радиус храпового колеса равен
вн мм.
⋅⋅= hzmr
°
.
8,132,13015,05,0
Угол α
Угол α
определяется из формулы
1
⋅
zm
sin
равен
2
α
=
1
sin
r
2
вн
α
1
−°=
12
1736,0301
=
1888,0
⋅
8,132
′
°=
.7169
°
.35716910180180
Координаты конца головки собачки равны
⋅=
rx
вн
ry
вн
α
22
22
=⋅=⋅=
мм; 212,00154,08,13sin
мм. 13,80,999913,8cos
Координаты оси качания собачки равны
мм; 64,9212,09848,010cos
мм. 54,158,131736,010sin
мм. 18,315,549,64ОО
Расстояние ОО
−⋅=
β
равно
1
xlx
21
yly
21
111
=+⋅=+⋅=
22
=+=+= yx
8.5. Геометрический расчет храповых механизмов
с прямолинейным движением оси собачки
Расчетная схема механизма приведена на рис. 8.7. В механизмах
данного вида вследствие изменения угла β перемещения собачки не
пропорциональны углам поворота колеса.
57
β
α
⋅+⋅
β
α
⋅+⋅
Рис. 8.7 Расчетная схема храпового механизма с прямолинейным движением
оси собачки (точка О2)
Проектируя ломаную ОО
О на оси X и Y, получаем основные
1
расчетные формулы механизма
±= lrx
вн
= lry
вн
;cossin
,sincos
(8.14)
(8.15)
где l – длина собачки;
r
– внутренний радиус храпового колеса.
вн
В формуле (8.14) знак плюс ставят при отсчете угла α против
часовой стрелки от оси OY; знак минус – при отсчете угла α по часовой
стрелке от оси OY. Для практических расчетов вместо формулы (8.15)
удобнее пользоваться формулой (8.16)
β
ry
⋅−
⎛
−=
1cos
⎜
⎝
cos
вн
l
α
2
⎞
.
⎟
(8.16)
⎠
В начальном положении механизма, определяемом упором 1
(рис.8.7), угол α=α
α
…αn и β2; β3…βn. Углы αn и βn соответствуют конечному положению
2;α3
, угол β=β1. Последующие значения этих углов равны
1
механизма, определяемому регулируемым упором 2. Обычно углы
360
α
…αn назначают кратными
2;α3
, где z - число зубьев храпового
z
колеса.
58
При известных значениях внутреннего радиуса храпового колеса r
−
=
βαγ
−
±
βαγ
−
±
δϕγ
ψ
+
−
ψλγ
ϕ
−
−
вн
,
расстояния y и длины собачки l, подставляя в уравнение (8.16)
необходимые значения углов α , определяют углы β. Затем по формуле
(8.14) находят абсциссы x оси собачки. Перемещения оси собачки
определяются как разность соответствующих абсцисс. Наибольшее
перемещение s равно
.
xxs
1 n
(8.17)
В механизме собачка контактирует с храповым колесом по впадине
зуба, а не по боковой стороне зуба (рис. 8.8).
Рис. 8.8 Схема положения собачки относительно храпового колеса
При заданных значениях угла впадины между зубьями ϕ (45-60°),
углов λ
угол между нижней гранью собачки и линией О
и δn, принимаемых равными 2-2°30′, угол головки собачки ϕ1 и
1
(или О3О4) ψ
1О2
определяются в результате расчета по следующим формулам:
90
°=
°= 90
=
=
111 .
nn
;
111
nnn
;
;
В формулах (8.18) и (8.19) перед углами α
и αn знак минус ставится
1
(8.18)
(8.19)
(8.20)
(8.21)
при отсчете угла против часовой стрелки от оси OY; знак плюс – при
отсчете по часовой стрелке.
Пример 2. Произвести геометрический расчет храпового механизма
по рис. 8.7 и 8.8 при следующих исходных данных: z=60; m=1 мм; l=30 мм;
y=37 мм; ϕ=60° ; α
=60° ; αn=24° ; δn=2° ; λ1=2°.
1
Высота зубьев колеса равна
⋅
zm
ϕ
⋅
sin
=
h
sin
180
°
cos
⎛
−⋅
ϕ
⎜
⎝
°
⎞
⎟
zz
⎠
⋅
601180
=
⋅
sin
°
60sin
180
60
°
⎛
−°⋅
60cos
⎜
⎝
180
60
°
⎞
2
=
⎟
мм
⎠
59
Внутренний радиус храпового колеса
=
=
=⋅+°⋅=⋅
β
α
=⋅+°⋅−=⋅
β
α
−
′°=
′
=
βαγ
′°=°+
δϕγ
ψ
вн мм.
−⋅⋅= hzmr
−⋅⋅
2826015,05,0
Углы β
и βn определяются из формул
1
β
β
ry
cos
⎛
1cos
−=
1
⎜
⎝
⎛
1cos
−=
n
⎜
⎝
⋅−
вн
l
ry
cos
⋅−
l
α
α
2
⎞
1
⎟
⎠
β
1
2
⎞
nвн
⎟
⎠
β
1
2
6cos2837
°⋅−
⎛
1
−=
⎜
⎝
′
5417
°=
⎛
1
−=
⎜
⎝
′
0222
°=
30
30
⎞
⎟
⎠
24cos2837
°⋅−
9524,0
=
;
2
⎞
⎟
⎠
9250,0
=
.
Абсциссы оси собачки равны
+⋅+=
вн мм;
вн мм.
lrx
+⋅−=
lrx
11
22
50,319524,0306sin28cossin
36,169250,03024sin28cossin
Перемещение оси собачки равно
14,1536,1650,31
=−=
xxs
1
n
Углы γ
и γn равны
1
−−°=
βαγ
111
nnn
Угол ψ и угол головки собачки ϕ
nn
ψλγϕ
111
°=−−=
=
′
°=+−=
′
°−
мм.
°−°−°
°−°+°=−+°=
равны
1
°−°−
;5166541769090
′
′
.04910222249090
°=
;04332600491
′
′
.5330043325166
°=
8.6. Конструкция зубчатых храповых механизмов
Храповые зубчатые механизмы применяются в часовых механизмах,
различных реле, в шаговых искателях телефонных станций, в счетных
механизмах электрических счетчиков и др. Примеры конструкций
храповых механизмов приведены на рис. 8.9.
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]