Глава пятая

ЖЕСТКИЕ ВАРИАТОРЫ СКОРОСТИ

I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

К группе жестких вариаторов скорости отнесены вариаторы, у которых передача усилий осуществляется не трением, а посредством заклинивания отдельных деталей специальных устройств предназначенных для этой цели, например, муфт свободного хода, храповых механизмов, зубчатых передач.

Жесткие вариаторы скорости позволяют осуществить передачу больЩих мощностей, а некоторые из них при этом сохраняют постоянное передаточное отношение. К недостаткам рассматриваемых вариаторов скорости следует отнести сложность их конструкций.

В группе жестких вариаторов скорости различают статические и инерционные вариаторы. Работа инерционных вариаторов скорости, в отличие от статических, основана на использовании сил инерции движущихся деталей, специально для этого предназначенных.

Рассмотрим некоторые устройства, применяемые для регулирования скорости и передачи усилий в жестких вариаторах.

2. ХРАПОВЫЕ И ФРИКЦИОННЫЕ МЕХАНИЗМЫ Схемы храповых механизмов

Применение храповых механизмов в общих схемах вариаторов скорости не дает возможности получить строго постоянной угловой скорости на выходном валу и, как правило, за период одного оборота ведущего вала движение ведомого получается неравномерным, пульсирующим.

Сказанное легко установить, анализируя работу храпового механизма по рис. 102.

На ведущем валу этого механизма, вращающемся с постоянной угловой скоростью, неподвижно закреплен кривошипный диск / с винтовым механизмом для регулирования размера радиуса /-J кривошипа.

Коромысло 3, на котором установлена собачка 4, соединяется через шатун 2 с пальцем кривошипа.

Колебательное движение коромысла 3 преобразуется во вра- • щательное храпового колеса 5 с неравномерной угловой скоростью Шз в период рабочего хода и остановкой в период холостого хода. График угловой скорости со ведомого вала в зависимости от времени t показан на рис. 103, а. Закон изменения cog, периоды рабочего /р и холостого ходов за период 1, соответствующий одному обороту ведущего вала, могут быть различными и зависят от

Рис. 102. Схема вариатора с храповым механизмом.

Рис. 103. График зависимости (<й = ДО для вариатора

с храповым механизмом; а -с периодом остановки; б - с

периодом остановки равным ----------------им дг"-

мин >0-

нулю; в - с пульсирующим движением при V "

схемы кривошипно-шатунного механизма. Изменение величины осуществляется изменением радиуса кривошипа г.

Период холостого хода можно сократить до нуля путем введения дополнительного храпового механизма (рис. 104). Храповые колеса, жестко соединенные с зубчатыми колесами, передают примерно одинаковое по скорости, но разное по знаку движение валам, на которых они установлены. По желанию, один из валов может быть использован как ось для поддержания храпового механизма. График = f (t) для рассматриваемого механизма показан на рис. 103, б.

Угловую скорость ведомого вала можно получить более равномерной, если храповый механизм, показанный на рис. 104, сдвоить, а их кривошипы сместить на 90° один относительно другого.

Из графика (рис. 103, в) угловой скорости а)2 = /(/) видно, что собачка каждогв из храповых механизмов в соответствующий период времени, опережая по скорости вращение вала, захватывает сопряженное с ней храповое колесо и сообщает ему движение

Рис. 104. Схема вариатора со сдвоенным храповым механизмом.

до тех пор, пока скорость вала не станет меньше той, которая может быть передана валу другим механизмом.

Регулировку угла поворота храпового колеса, не изменяя скорости собачки и угла поворота а коромысла, можно осушест-

вить шитком, как это показано на рис. 105. Поворачивая щиток / и фиксируя его в желаемом положении посредством рукоятки 3 в отверстиях неподвижного сектора 2, можно перекрыть один или несколько зубьев храпового колеса в пределах угла поворота собачки. Оставшееся число зубьев определяет угол поворота храпового колеса.

На рис. 106, а показан график = / {t) для механизма, показанного на рис. 105. Из графика видно, что в момент начала зацепления собачки с зубцом храпового колеса будет происходить удар, так как в этот период скорость собачки значительно больше нуля при скорости храпового колеса равной нулю.

Другой способ регулирования угла поворота храпового колеса при неизменном угле качания коромысла с собачкой показан на рис. 107. Ролик 2 собачки 3 в период поворота коромысла 4 встречается с неподвижной шиной / и катится по ней. Плоскость качения

Рис. 105. Схема храпового механизма с регулируемым холостым ходом в начальный период движения коромысла.

Рис. 106. График зависимости <о, = f(t) для вариатора с храповым

механизмом:

а -с холостым ходом в начальный период движения коромысла; б -с холостым ходом в конце периода движения коромысла.

ШИНЫ устанавливается так, чтобы в заданном положении собачка вышла из зацепления с храповым колесом и продолжала свое перемещение вхолостую. График иУ2~ f (О Дя этого механизма показан на рис. 106, б.

Вывод собачки из зацепления при большом давлении на зубец сопряжен с износом вершин зубьев колеса и собачки, а также с ударом под действием сил упругости напряженных деталей механизма при мгновенном снятии нагрузки.

Рассмотренные выше устройства позволяют регулировать угол поворота храпового колеса ступенчато, на величину, кратную шагу зубьев. Регулирование на величину меньшую, чем угол, соответствующий шагу, осуществляется дифференциальными собачками, каждая из которых может быть установлена на отдельной оси (рис. 108) или на одной общей оси (рис. 109). Как в первом, так и во втором случаях собачки должны располагаться относительно зубьев со смешением на величину, равную:

Рис. 107. Храповый механизм с холостым ходом в конце периода движения коромысла.

где -шаг зубьев; -число собачек. При этом угол поворота колеса может быть отрегулирован

на величину ......

360° = -

Расположение собачек на одной оси увеличивает габариты механизма ло ширине, а - при расположении на разных осях требует более сложной конструкции коромысла.

Рис. 108. Храповый механизм с дифференциальными бобачками, закрепленными на разных осях: а - две собачки; б - трн собачки.

Рис. 109. Храповый механизм с дифференциальными собачками, закрепленными на одной оси: а-две собачкн; б -трн собачки.

Расчет размеров зубьев храповых колес н собачек

Зубья храповых колес рассчитываются на изгиб по формуле

(5.1)

где т - модуль колеса;

Мкр - крутящий момент на валу храпового колеса;

2 -число зубьев колеса; [<з]и - допускаемое напряжение на изгиб (табл. 16).

Таблица 16

Допускаемые линейные давления и допускаемые напряжения на изгиб для деталей храповых механизмов

t = - - отнощение, которым следует задаться в пределах

от 1,5 до 3,5; b - ширина колеса. Данные для построения зубьев храповых колес и собачек приведены в табл. 17.

Зубья храпового колеса следует проверить на линейное давление, по формуле

2Л1„„

(5.2)

Значения [р] даны в табл. 16.

Опасное сечение собачки проверяется на сложное сопротивление

(5.3)

где Р = - окружное усилие;

Ма=Р1 - момент, изгибающий собачку (рис. ПО).

Таблица П

Размеры (в мм) зубьев храповых колес и собачек и их построеняе

\J7 = -g--момент сопротивления опасного сечения собачки;

F =\)Х - площадь опасного сечения собачки;

[<з]и - допускаемые напряжения на изгиб для материала собачки (табл. 16).

Механизмы с фрикционными зажимами

Конструкция храпового механизма с дифференциальными собачками упрощается применением зажимов, захватывающих гладкие цилиндрические колеса силами трения. Принципиальная схема такого механизма показана на рис. 111, а.

Передача движения от зажима 1 к гладкому цилиндрическому колесу 2 осуществляется при условии

Nf>F = P,

(5.4)

Рис. по. Схема храпового механизма к расчету основных размеров деталей на прочность.