Чем секатор с храповым механизмом лучше традиционного? Конструкторское бюро онлайн Храповое зацепление.

Храповик коленчатого вала является давно известным механизмом, который используется не только в автомобилестроении, но и во многих отраслях промышленности. Первое зафиксированное историческое упоминание храпового механизма относится к войнам Древней Греции. Его использовали в арбалетной технике. При натягивании тетевы, храповик предотвращал соскальзывание её в обратную сторону.

Сегодня он выступает в качестве составного элемента различных механизмов и машин. Храповой механизм широко применяется в устройстве турникетов, домкратов, лебедочных механизмах и многих других. Также он нашел применение в коленчатых валах.

Храповик представляет собой механизм прерывистого движения, включающий несколько составных частей. Его основным предназначением является способность преобразовывать движения возвратно-вращательного характера в прерывистое вращение исключительно в одном направлении. Иными словами, храповик предотвращает то вращение оси, которое происходит против заданного направления.

Механизм устройства храповика представлен зубчатым колесом, зубцы которого не являются симметричными. Они оснащены упором с одной из сторон. Предотвращение обратного вращения достигается за счет собачки, прижимаемой к зубчатому колесу. Собачка может прижиматься двумя способами: наиболее часто собачка прижимается к зубчатому колесу при помощи пружины, резинового кольца, но есть и другой вариант — прижатие посредством собственного веса.

Собачка соединена с коромыслом, которое совершает раскачивающиеся движения неподалеку от центра храпового колеса, подвижным соединением. Она необходима для того, чтобы захватить храповое колесико, захватывающего коромысло при перемещении рычага из стороны в сторону.

В тот момент, когда происходит движение колеса в обратном направлении, собачка легко соскакивает на несколько зубцов колеса. В коленчатом вале этот простой, но достаточно важный механизм выполняет роль средства моментальной остановки.

Другое назначение механизма – предотвращение проворачивания вала. Так используемый в конструкции лебёдки храповик останавливают обратное провертывание барабана при подъёме груза.

При необходимости осуществления попеременного вращения вала вправо-влево, зубцы делают прямоугольной формы, а собачку перекидной. Перекидывание собачки, позволяет изменять направление вращения храповика.

Требующийся поворот храповика определяет количество зубцов. На какую долю окружности предполагается поворот храповика, столько зубцов и проектируют. Для поворота на 60 градусов потребуется 6 зубцов (одна шестая окружности), поворота на 30 градусов – 12 зубцов (одна двенадцатая полного оборота). Минимальное количество зубцов – 6.

При проектировании учитывается такая особенность, чем больше храповик, тем больше должен быть рычаг. Поэтому храповик делают максимально допустимо маленьким. Высота зубца рассчитывается в 0,35-0,4 величины шага. Профиль традиционно бывает прямоугольный, пологий или по радиусу. Проектирование механизма с двумя рычагами делает его более устойчивым, предотвращая перекос в процессе работы. Скашивание конца зубца, делает упор более надёжным.

Храповик коленчатого вала позволяет присоединить пусковую рукоятку. С его помощью происходит передача вращательного движения, идущего по направлению от рукоятки к коленчатому валу для осуществления запуска. Также происходит автоматическое отсоединение вала от рукоятки в кратчайшее время после начала работы двигателя.

Впервые о храповом механизме упоминается в древних легендах, относящихся к 400 году до нашей эры, ко времени войны между Карфагеном и Сиракузами. В приданиях говориться об арбалетах, так называемых гастрофетах, в которых использовались храповые механизмы. Вдоль гастрофета проходила канавка, в которой передвигался ползунок, предназначенный для оказания действия на стрелу. С двух сторон канавки были прикреплены зубчатые рейки, на которых и скользили храповики. Эти храповики предотвращали возможность выстрелить во время натяжения арбалета.

В XV веке Леонардо да Винчи доработал и усовершенствовал храповой механизм. Это дало возможность заметно улучшить условия работы и повысить безопасность рабочих, которые поднимали и держали на весу тяжёлые грузы. Именно поэтому храповик ещё называют ремнём безопасности XV века.

1. Устройство храповика.

или храповой механизм – это зубчатое устройство прерывистого движения, которое необходимо для замены возвратно-вращательного движения на прерывистое движение только в одном направлении. То есть, храповик даёт возможность вращаться оси в одном направлении и не допускает вращения в обратном направлении.

По форме храповик – это зубчатое колесо, имеющее несимметричные зубья с упором на одну сторону (одна сторона зубья пологая, а другая – поднутренная или отвесная). Движение колеса в обратном направлении ограничено собачкой, прижимающейся пружиной или собственным весом. Устройство храповика несложное.

Конструктивно храповой механизм состоит из таких элементов:

1. Храповое колесо.

2. Вал.

3. Собачка с осью, которая должна крепиться на неподвижный элемент.

4. Рычаг.

5. Иногда, в конструкции предусмотрена дополнительная стопорная собачка.

Храповое колесо – это основной элемент любого храпового механизма. По внешнему виду – это обычное колесо, в котором предусмотрены зубья. Храповое колесо изготавливают методом ковки или методом литья из разных видов стали.

Храповые механизмы отличаются между собой и по количеству зубцов на храповых колёсах. Количество зубцов определяет долю окружности, на которую предполагается делать поворот храповика. Для обеспечения поворота на шестьдесят градусов понадобится шесть зубцов (шестьдесят градусов равно одной шестой окружности). Для возможности поворачивать механизм на 30 градусов понадобиться храповик с 12 зубцами (тридцать градусов равно одной двенадцатой окружности). И так далее. Самое минимальное количество зубцов для храповика равно шести. Храповиков с меньшим количеством зубцов, обычно, не производят.

Храповое колесо крепится на специальный вал, на котором оно может свободно вращаться. Для максимальной свободы вращения пространство между валом и колесом смазывают машинным маслом. Собачка предназначается для ограничения движения храпового колеса. Она зацепляется с храповиком и задерживает его движение в сторону спуска, но при этом не останавливает движение в сторону подъёма. Для того, чтобы храповик смог крутиться в сторону подъёма, собачку необходимо вывести из зацепления с ним. Для этого собачку нужно разгрузить при помощи специального механизма.

Существуют храповые механизмы, способные обеспечить вращение как вправо, так и влево. В там случае зубцы храпового колеса делают прямоугольными, а собачку перекидной. Если собачку перекидывать с одной стороны на другую, то можно менять направление вращения храпового механизма. В некоторых вариациях храповиков предусмотрена дополнительная стопорная собачка. Она нужна для обеспечения более высокой надёжности всего механизма.

Управление собачкой производиться при помощи рычага, который способен как ввести, так и вывести её из зацепления. Чем размеры храповика больше, тем больший рычаг потребуется. Именно по такой причине храповики производят максимально маленькими (на сколько это возможно). Высота одного зубца рассчитывается как 0,3-0,4 от величины шага.

Различают два типа храповых механизмов в зависимости от типа профилированной поверхности:

1. Барабанные – рабочая профилированная поверхность являет собой окружность или её фрагмент.

2. Реечные – профилированная поверхность механизма линейна.

В зависимости от профиля храпового колеса различают такие виды храповых механизмов:

1. Храповые механизмы с прямоугольным профилем.

2. Храповые механизмы с пологим профилем.

3. Храповые механизмы с радиальным профилем.

В зависимости от количества рычагов в механизме, бывают храповики таких видов:

1. Храповики с одним рычагом.

2. Храповики с двумя рычагами.

Механизмы с двумя рычагами обеспечивают большую устойчивость и не допускают перекосов во время работы механизма.

По типу зубцов бывают храповики таких видов:

1. Храповики с прямыми зубцами.

2. Храповики со скошенными зубцами.

У храповиков со скошенными зубцами упор для собачки более надёжный, что обеспечивает более надёжное зацепление составляющих механизмов.

2. Принцип работы храповика.

Рассмотрим какой же принцип работы храповика. Рычаг с собачкой возле храповика находится в свободном вращении. Эта собачка одним своим концом находиться на храповике, а вторым – прикреплена на подвижное осевое соединение. Когда на храповой механизм воздействует тяга от другого механизма, рычаг начинает качаться в разные стороны. Во время отклонения рычага собачка просто скользит по пологой стороне зубцов, не оказывая никакого влияния на вращение храповика. Если воздействие тяги прекращается, собачка упирается на отвесную сторону зубца и препятствует обратному движению храповика. То есть, постепенно качаясь то в одну, то в другую сторону, рычаг с собачкой обеспечивает поступательные движения храпового механизма.

К примеру, рассмотрим принцип действия храповика в подъёмном механизме. Поворачивая рукоятку, можно поднять груз на определённую высоту. Но если рукоятку отпустить, то груз не упадёт, а будет удерживаться в подвешенном состоянии из-за того, что храповик находится в зацеплении с собачкой. Для того, чтобы появилась возможность опустить груз, необходимо для начала приподнять собачку (удерживать рукоятку) и спокойно в медленном темпе опустить груз, поворачивая рычаг.

3. Область применения храповых механизмов.

Применение храповых механизмов очень широкое. Их используют во многих конструкциях и приборах, например, в , турникетах, замках наручников, гаечных ключах, заводных механизмах часов, отвёртках, механизмах заднего хода велосипедов, строгальных станках, обгонных муфтах, шифровальных машинах (например, «Энигма»),защитных устройствах электроинструментов и в транспортных средствах (в механизме коленчатого вала).

Храповой механизм в основном используется как задерживающее устройство. В подъёмных машинах, оснащённых лебёдкой, зубчатое колесо храповика соединяется с барабаном лебёдки, а собачка предотвращает обратное раскручивание барабана под давлением со стороны груза. В механических часах с пружинным заводом храповик предотвращает самостоятельное раскручивание заводной пружины.

В транспортных средств также используются храповые механизмы. Они необходимы для обеспечения моментальной остановки всего механизма и предотвращения его прокручивания в обратном направлении. Храповой механизм в коленчатом вале даёт возможность присоединения пусковой рукоятки. С помощью храпового механизма передаётся вращательное движение от рукоятки к коленвалу, что обеспечивает его запуск. Кроме того, храповик обеспечивает отсоединение коленвала от рукоятки в автоматическом режиме после запуска двигателя в самые короткие сроки.

Для прерывистого перемещения рабочих органов станков используют механизмы периодического действия, которые за часть полного периода (цикла) своей работы сообщают исполнительному механизму прерывистое движение, повторяющееся в каждом цикле. Такие устройства необходимы для подачи стола на строгальных и долбежных станках, поворота многоинструментальных головок, поперечной подачи шлифовальной бабки, поворота нарезаемого зубчатого колеса на следующий зуб и т. д. Во всех указанных случаях рабочий орган станка совершает в определенный момент прерывистое перемещение. Обычно для периодических прерывистых движений узлов и деталей станков применяются следующие механизмы: храповые, кулачковые, мальтийские, с муфтами обгона, электрического действия, гидравлического и пневматического действий.

Храповые зубчатые механизмы подразделяются на механизмы с наружным зацеплением (односторонние и двусторонние) и механизмы с торцовым зацеплением. Храповые механизмы применяются для получения периодических (прерывистых) движений подач в строгальных и долбежных станках, поворотов револьверных головок, цикличных движений в автоматах. Они удобны в тех случаях, когда периодические перемещения строго ограничены временем перебега или обратного хода резца.

Основные схемы храповых механизмов показаны на рис. 39. Ведущим звеном является собачка 1, совершающая возвратно-качательное движение, а ведомым - храповое колесо 2, которое может быть с наружным (рис. 39, а), внутренним (рис. 39, б) и торцовым (рис. 39, в) зацеплениям и. При каждом цикле качания собачка поворачивает храповое колесо на заданное число зубьев и отходит в исходное положение, проскальзывая по зубьям храповика.

В механизме с наружным храповым колесом (см. рис. 39, а) при равномерном вращении кривошипа К, связанного с ним шатуна Ш Н рычаг Р Г получает непрерывное качательное движение относительно точки 0 2 . С рычагом Р Г связана собачка 1, упирающаяся в зубья колеса z 2 . П ри качании коромысла по стрелке, а-б (в сторону б) собачка приподнимается, скользит по спинкам зубьев и колесо не поворачивается. Принцип действия других конструкций аналогичен.

На рис. 39, г показан храповой механизм с поршневым приводом, содержащим цилиндр Ц, поршень П и шатун Ш Н. Храповые колеса и собачки изготовляются из сталей 15Х, 20Х, которые цементируются и закаливаются.

Основные размеры храповых колес (мм):

где D - наружный диаметр храпового колеса, мм; m - модуль, мм; z - число зубьев храпового колеса; Р - шаг, мм; α - угол поворота храпового колеса, градус; α 1 - число зубьев, захватываемых собачкой.

Кулачковые механизмы по виду движения разделяются на механизмы радиального и аксиального движения.

Наибольшее распространение получили плоские кулачковые механизмы, которыми легко осуществлять разнообразные функции управления при сравнительной компактности и несложной конструкции. Через плоские кулачковые механизмы преобразуется вращательное движение кулачка в поступательное движение толкателя. В механизмах с цилиндрическими кулачками барабанного типа (рис. 40, а) или торцового типа (рис. 40, б) ведущим звеном является кулачок 1 с пазом, по которому перемещается ролик толкателя 2. Такие механизмы применяются в станках-автоматах и полуавтоматах для осуществления автоматического цикла работы. Максимальная длина хода (по кривой кулачка) для барабанных кулачков составляет до 300 мм, для дисковых плоских кулачков 100-120 мм.

Принцип работы дискового кулачка (рис. 40, в) торцового типа состоит в следующем. Дисковый кулачок 1 равномерно вращается от привода вокруг оси О 1 . На поверхность профильного кулачка опирается ролик 2 с рычажным механизмом, заканчивающимся ползуном С, связанным с рабочим органом Р 0 . При равномерном вращении ролик 2 будет качаться соответственно профилю кулачка и через рычажный механизм, и ползун С передает прямолинейное возвратно-поступательное движение рабочему органу Р 0 . Материалами для кулачков обычно служат стали 50 и 40Х с поверхностной закалкой, при нагреве токами высокой частоты (ТВЧ) и закалке до твердости НRС 52-58.

Мальтийские механизмы . На рис. 41, а изображена схема мальтийского механизма, где ведущим звеном является вал I с кривошипом 1, а ведомым шестипазовый диск 2 - мальтийский крест, жестко закрепленный на валу II. При каждом обороте кривошипного вала I палец кривошипа 1 входит в один из пазов мальтийского креста и сообщает ему прерывистый поворот на угол 2α = 360°/z, где z - число пазов креста. Для плавного поворота креста, без жестких ударов в начале и конце поворота, должно удовлетворяться условие α + β = 90°, где β - половина центрального угла пальца креста.

На рис. 41, б изображен мальтийский механизм, состоящий из кривошипа и креста, его передаточное отношение зависит от числа пазов креста, которых может быть от 3 до 8:

В четырехпозиционном мальтийском механизме при равномерном вращении кривошипа 2, закрепленный на нем ролик 1 в определенный момент входит в один из четырех пазов мальтийского креста 4 и поворачивает его на 90°. За каждый последующий полный оборот кривошипа 2 вал с мальтийским крестом сделает только 1/4 оборота. Диск 3, жестко связанный с кривошипом, служит для фиксации положения креста в каждой из его четырех позиций.

Фиксирующие устройства. Многие перемещаемые узлы и детали станков при их установке в рабочее положение должны точно координироваться относительно других узлов и деталей станка. Для этого применяют фиксаторы. Круглый конический фиксатор (рис. 42, а) дает точную фиксацию, так как зазор между коническими поверхностями штифта 1 и втулки 2 отсутствует. Плоский конический фиксатор (рис. 42,6) обеспечивает большую жесткость и точность фиксации. Клин 1 подтягивается винтом 2 для устранения зазора между корпусом 3 и фиксатором 4. Фиксаторы применяют, например, для фиксации в рабочее положение поворотной револьверной головки на токарно-револьверном станке или автомате, для обеспечения соосности осей шпинделя и соответствующего гнезда револьверной головки, для установки режущего инструмента. Поворотный шпиндельный блок многорезцового токарного автомата должен точно координироваться относительно режущих инструментов так, чтобы прутковые и инструментальные шпиндели располагались соосно. Фиксаторы также необходимы для поворотных столов, делительных и других устройств.

Механизмы обгона являются разновидностью дифференциальных механизмов. Их применяют в тех случаях, когда необходимо передавать два вращательных движения от двух независимых источников на один вал, а также используют для обеспечения медленных рабочих и быстрых холостых движений. Механизмы обгона конструируют в виде храповых, роликовых или шариковых муфт.

Колесо 2 храповой муфты обгона (рис. 43, а) получает медленное вращение РХ (рабочий ход) против часовой стрелки. Оно свободно сидит на валу 4 и имеет на пальце собачку 3. Храповое колесо 1 при помощи шпонки жестко посажено на вал, который может быстро вращаться в том же направлении со скоростью XX (холостой ход). При рабочем ходе колесо 2 через собачку 3 вращает храповое колесо 1, ас ним и вал 4. При включении холостого хода от отдельного электродвигателя или другого устройства вал 4 получает быстрое вращение. В этом случае храповик будет обгонять собачку, и тогда медленное движение от колеса 2 на вал передаваться не будет.

Колесо 2 роликовой муфты обгона (рис. 43, б) свободно сидит на диске 3 с угловыми вырезами, в которые помещены ролики 1.

Контакт роликов с кольцом осуществляется подпружиненными пальцами 4. Диск получает быстрое, а кольцо медленное движение в одном направлении. Кольцо 2 непрерывно медленно вращается и увлекает за собой ролики 1, которые, перекатываясь, заклиниваются в угловом пазу между кольцом и диском 3, который получает таким образом медленное вращение. При этом можно сообщить быстрое вращение валу, несущему диск 3, который, обгоняя кольцо 2, расклинивает ролики 1.

Муфты обгона используют в токарных, многорезцовых, сверлильных и других станках для передачи рабочих и ускоренных движений, а также для ручной подачи и других целей.

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.

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