CC BY
127
ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ
УДК 621.83.069.2
Л.В. Шенкман, С.Н. Козлова ХРАПОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ СВОБОДНОГО ХОДА БЛОЧНОЙ КОНСТРУКЦИИ
Механизмы свободного хода (МСХ) любой конструкции играет роль механического диода, обеспечивая передачу крутящего момента в одном направлении. Широкий спектр конструкций таких механизмов (роликового, сухарного, клинового и эксцентрикового типов) говорит об обширной области применения таких механизмов в промышленности. Они находят применение в приводах стартеров, трансмиссиях станков, в комплексных гидротрансформаторах, задних мостах автомобилей с блокирующимся дифференциалом и т.д.
В связи с развитием механических бесступенчатых инерционно-импульсных передач, где механизмы свободного хода несут наибольшую нагрузку [1], выяснилась неудовлетворительная надежность и низкий КПД существующих МСХ. Это объясняется тем, что все вышеперечисленные
МСХ работают по принципу фрикционного замыкания. Единственная разновидность механического диода, замыкающегося с помощью тангенциальных сил - это храповые МСХ. Недостатки таких МСХ: большие усилия поджима собачек, невысокие допустимые обороты храповиков и низкая прочность зуба храповика при малых шагах зубьев. Включение храповых МСХ сопровождается большими ударными нагрузками.
Как альтернативу вышеупомянутым МСХ следует рассматривать блочную конструкцию МСХ, свободную от недостатков храповых МСХ и обладающего их преимуществами. Это оригинальная конструкция, не использовавшаяся и не исследовавшаяся ранее.
Конструкция храпового МСХ блочного типа [2] представлена на рис. 1.
Рис. 2. Блочный МСХ из четырех секций
Технология машиностроения
63
Храповик состоит из нескольких дисков с зубьями постоянного шага. Профиль зубьев образован окружностью радиусом Яр с центром, отстоящим от оси храповика на величину П. Диски жестко соединены между собой так, что зуб последующего диска смещен относительно предыдущего в одну сторону на величину у = ї / п, где
п - число дисков. Таким образом, этот МСХ обладает храповиком с малым шагом зубьев, но последние благодаря своим размерам способны выдерживать большие ударные нагрузки. Торец АС зуба храповика образован окружностью радиусом Яс = ОС. Каждому диску соответствует своя собачка 2, прижимаемая к зубу храповика отдельной пружиной 3.
Стремление максимально уменьшить шаг храповика МСХ привело к созданию еще ряда модификаций блочных МСХ. Так благодаря поиску конструкции МСХ с минимальным обратным ходом при обратном импульсе появился механизм, показанный на рис. 2.
Конструкция представляет собой дальнейшую модификацию предыдущего варианта. Здесь храповик состоит из четырех дисков 1 с шагом зубьев ї. Смещение каждого диска на угол р = ї / п относительно соседнего позволяет получить минимальный зазор между торцем зуба храповика и собачкой при возникновении обратного импульса.
Особенностью конструкции [3], изображенной на рис. 3 является торец АВ профиля зуба храповика, выполненный по логарифмической спирали, описываемой уравнением:
Г = сев/,
где Г - длина собачки. в - угол поворота собачки, / - коэффициент трения между торцами зуба храповика и собачки.
Торец собачки выполнен ступенчатым, длина каждой ступени определяется из соотношения ї/п, а высота ступени И=И/п, где п - число принятых ступеней.
Подобная конструкция обеспечивает надежное замыкание собачки с зубом храповика даже в том случае, если между торцем собачки и торцем
зуба образуется угол при условии, что а < /. Кроме того, МСХ сработает даже если собачка войдет в замыкание с зубом только одной или двумя ступенями.
Рис. 3. МСХ со ступенчатой собачкой
На рис. 4. показан храповой МСХ [4] с еще меньшим обратным ходом храповика.
Каждый храповой диск 1 этого механизма имеет зубья, выполненные с угловым шагом /=360/г, где 2 - число зубьев храпового диска.
Диски, как и в предыдущих конструкциях, жестко соединены между собой и каждому из них соответствует свой пакет 2 собачек 3, установленных с шагом 0 = у/т , где у - угловой шаг собачек в одном пакете; т - число собачек в пакете.
Пакеты собачек так же, как и в предыдущих конструкциях, жестко соединены между собой, причем торец собачек предыдущего пакета смещен относительно торца собачек последующего пакета на величину ф=в/т.
После сборки весь механизм обеспечивает минимальный обратный ход:
/=360/ (гт2).
Однако самый малый обратный ход храпового МСХ блочного типа можно обеспечить с помощью конструкции, приведенной на рис. 5.
Храповик 1 этого МСХ имеет п зубьев с шагом /=360/ п. Размеры зубьев определяются из условия прочности. На корпусе 3 располагается (п + 1) собачек 2, имеющих шаг:
^=360/ (n +1).
В этом случае минимальный обратный ход МСХ составляет:
360 ^тЬ = п(п +1)
Если такие блоки храповиков, собачек и корпусов в количестве К соединять по принципу кон-
Храповой МСХ любой конструкции обладает высокой жесткостью при включении. Настолько высокой, что эта жесткость значительно превышает таковую у всех МСХ фрикционного типа. При замыкании храпового МСХ возникают высокие нагрузки на все его элементы, в частности, на собачки, оси собачек и пружины.
В связи с этим была разработана конструкция, способная выдерживать эти нагрузки и обеспечивающая достаточную надежность МСХ. В этом механизме, изображенном на рис. 6, осью собачки 1 является сама собачка с соответствующим профилем ее закрепления в обойме храповика 2. При работе инерционного трансформатора поджим собачек к зубьям храповика осуществляется за счет центробежных сил инерции, увеличивающихся с ростом частоты вращения обоймы храповика.
Наиболее нагруженная область применения храпового МСХ блочной конструкции - работа в составе бесступенчатой механической инерцион-
струкции, показанной на рис. 2, можно получить минимальный обратный ход:
360
^тЬ = п(п + 1)-К ’ для опытной конструкции с параметрами п = 9, К = 3.т . = 1,33°.
• тт ’
но-импульсной передачи. МСХ блочной конструкции обладает малым шагом замыкания, но при этом обеспечивается прочность зуба храповика при обратном импульсе. Экспериментальные исследования показали, что данная конструкция может работать при высоких оборотах и выдерживать большие ударные нагрузки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Баженов С.П. Бесступенчатые передачи тяговых и транспортных машин. ЛГТУ, Липецк, 2003 г.
2. Свид. №5227 РФ МКИ Б16Н 27/02 Микрохраповый механизм. /Бондалетов В.П., Леонов А.И. За-явл. 23.07.96 г. Опубл. 16.10.97 г. бюлл. №10 - 2с.
3. Свид. №13405 РФ МКИ Б16Н 27/02 Микрохраповый механизм. /Бондалетов В.П., Любкин А.В., Крылов С.В. Заявл. 16.03.99г. Опубл. 10.04.2000г. бюлл. №10 - 2с.
4. Свид. №12445 РФ МКИ Б16Н 27/02 Блок микрохраповых механизмов. /Бондалетов В.П. и др. Заявл. 11.05.99г. Опубл. 10.01.2000г. бюлл. №1 - 2с.
Авторы статьи
Шенкман Людмила Владиславовна, канд. техн. наук, доцент каф. теории и конструирования машин (Ковров-ская гос. технологическая академия), e-mail: [email protected]
Козлова Светлана Николаевна, канд. техн. наук, доцент каф. теории и конструирования машин (Ковров-ская гос. технологическая академия), e-mail: [email protected]
