Что такое храповик и как он устроен?

Ручная барабанная лебедка – разновидности

Ручная лебедка с барабаном – это классика жанра. Кроме общего элемента – шкива, на который наматывается трос, приспособления имеют различные типы привода.

Односкоростной шестеренчатый привод

К барабану прочно прикреплена большая, основная шестерня. На нее, и на крепление, ложится вся нагрузка. Поэтому надежность элементов должна быть на должном уровне. В зацеплении с основной, расположена ведущая маленькая шестеренка.

Соотношение количества зубьев и есть величина передаточного отношения. Проще говоря – коэффициент усиления. Ведущая шестерня составляет одно целое с приводным валом. Поскольку речь идет о ручном инструменте – на вал надета рукоятка для вращения.

Длина рычага также влияет на степень усиления. Чем плечо рукоятки больше – тем меньше усилия надо приложить.

С помощью подобных устройств можно в одиночку поднимать несколько центнеров груза или перемещать автомобиль весом 2-3 тонны. При этом скорость вращения барабана достаточно высокая.

Многоскоростной шестеренчатый привод

Конструкция состоит из двух или более пар шестерен, каждая из которых обладает коэффициентом усиления в десятки раз. При последовательном зацеплении эти коэффициенты складываются, многократно увеличивая усилие.

Обратная сторона медали – пропорциональное снижение скорости. Имея такую лебедку, вы можете осуществлять медленный вертикальный подъем грузов более тонны, но если вам придется работать с двумя мешками цемента – время подъема растянется на десятки минут.

Поэтому производители предоставили возможность использовать каждую пару шестерен в отдельности. Закрепив рукоятку на прямой паре – мы получаем среднее усилие с высокой скоростью. Перекинув ее на вторую пару – теряем в скорости, но увеличиваем силу в два раза.

Обязательным элементом всех лебедок с ручным приводом является стопор, или «собачка»

Работает он по принципу храпового механизма. После прекращения подачи усилия на рукоятку зубья звездочки упираются в стопор, предотвращая разматывание троса под тяжестью груза. Это повышает безопасность, но механизм имеет недостаток.

При подъеме он работает идеально, а вот при спуске совершенно бесполезен. Во время обратного вращения «собачку» просто откидывают в сторону, освобождая храповик.

Червячный привод

Для увеличения усилия применяется червячный механизм. Принцип расчета передаточной пары, по сравнению с плоскими шестернями несколько иной, но техника та же. Небольшая по диаметру винтовая шестерня вращает основную, закрепленную на барабане.

Преимущество конструкции – большой коэффициент усиления. Еще один плюс – конструкция самостопорящаяся. То есть, если не прикладывать усилие к рукояти – машина остановится. Это повышает безопасность и комфорт.

Ручку можно вращать в любую сторону, поднимать и опускать груз – не опасаясь за то, что он сорвется.

Серьезный недостаток конструкции – большое трение в червячной паре. Механизм нуждается в постоянной смазке, иначе износ будет просто катастрофическим. При работе «на сухую» пара может просто заклинить.

Учитывая механику процесса – есть ограничения по весу, с которым можно работать. Зато инструмент получается компактным, и часто применяется именно в домашнем хозяйстве.

Планетарный редуктор

При выдающейся компактности (механизм редуктора фактически находится внутри барабана), количество шестеренчатых пар может доходить до десяти. Усиление при такой конструкции может достигать сотен раз. Единственный недостаток – высокая стоимость изделия, поэтому в быту применяется редко.

Видео

Как самостоятельно изготовить храповик?

Техника выполнения конструкции будет зависеть от требований к системе, в которой она будет использоваться. За основу можно взять вал в виде отрезка металлической трубы, вырезку из стального листа и кусок профиля, который выполнит роль «собачки». Основная сложность будет заключаться в подгонке размеров этих компонентов, ведь только при условии оптимального схождения можно обеспечить стабильную работоспособность храпового механизма. Своими руками также следует изготовить несущую базу – для нее используют металлический каркас, собранный из тех же стальных листов. Посредством сварки к нему с двух сторон крепится вал, на который садится предварительно обработанный диск с вырезанными пазами. Для установки «собачки» следует предусмотреть ходовой зажим с пружинной системой. Инсталляция осуществляется метизами или сваркой.

Обгонные муфты

Обгонные муфты, или муфты свободного хода, автоматически сцепляют и расцепляют валы в зависимости от соотношения угловых скоростей валов. Если скорость ведущего вала больше скорости ведомого вала, то муфта сцепляет валы. При меньшей скорости ведущего вала муфта расцепляет валы, не препятствуя ведомому валу свободно обгонять Сведущий вал, откуда и происходит наименование муфт. Муфты свободного хода широко применяются в велосипедах, мотоциклах, коробках передач автомобилей, металлорежущих станках и других машинах.

Рис. 2

Обгонные муфты по способу сцепления полумуфт различают храповые и фрикционные. Наиболее распространены фрикционные обгонные муфты с роликами, так как у них почти полностью отсутствует мертвый ход и работают они бесшумно. Обгонная фрикционная муфта с роликами (рис. 2) состоит из двух полумуфт — звездочки 1 и обоймы 2 -и роликов 3, расположенных в сужающихся в одном направлении пазах между звездочкой и обоймой. Каждый ролик отжимается пружиной 4 в сужающуюся часть паза. Если ведущая полумуфта – звездочка, то сцепление валов может происходить только при вращении ее по часовой стрелке, а если ведущая полумуфта — обойма, то сцепление валов может произойти при вращении ее против часовой стрелки. При указанном вращении ведущей полумуфты каждый ролик закатывается в сужающуюся часть паза и заклинивается между полумуфтами, в результате чего и происходит сцепление полумуфт и соединение валов. При обратном вращении ведущей полумуфты ролики выкатываются в более широкую часть пазов и полумуфты расцепляются. Полумуфты и ролики при передаче больших нагрузок изготовляют из стали ШХ15, а при небольших нагрузках — из сталей 20Х и 40Х.

Расчет обгонной роликовой муфты

Расчет обгонной роликовой муфты заключается в проверочном расчете роликов и рабочих поверхностей полумуфт на контактную прочность:

σннкЕпрЕпр=ЕЕzDdlαα=7°>HRC60[σн]≤150 МПа

Конструктивные особенности

Конструктивно стяжка состоит из четырех основных узлов:

  1. Прочная, износостойкая лента.
  2. Крепление храповика.
  3. Крепление ленты.
  4. Храповый механизм.

Крепление ленты и храповика изготавливается из ста

Крепление ленты и храповика изготавливается из стального прута диаметром не менее 8 мм. Точный размер прута зависит от мощности храпового механизма и ширины ремня, который используется в конкретной конструкции. Прут загибается таким образом, что образует одновременно петлю и крюк для крепления. Через петли просунут ремень и прошит прочными нитками несколько раз. Крюк соединяется с лентой максимально прочно. Предотвращается износ ленты при работе, т.к. поверхность прута не имеет острых краев.

К храповику крюк крепится при помощи отрезка ленты на расстоянии не более полуметра.

Строение храпового механизма

С виду может показаться, что устройство храповика сложное, но если внимательно изучить схему, то все становиться понятно.

В центральной оси конструкции имеется прорезь, шир

В центральной оси конструкции имеется прорезь, ширина которой немного больше ширины ремня. Ось жестко соединяется со звездочками трещотки, которые расположены по её краям. Звездочки предназначены для передачи усилия от рычага к центральной оси. Рычаг храпового устройства снижает усилие зажима, имеет запорный механизм, при помощи которого в момент крепления груза происходит передача усилия от него. Рычаг работает по принципу трещотки, т.е. натягивает только в одну сторону. После натяжки рычаг устанавливается в транспортное положение, запорное устройство начинает выполнять свое прямое назначение – удерживать стяжку от самопроизвольного раскручивания. Удерживать запорное устройство в транспортировочном положении помогают специальные пружины, которые расположены в месте соединения рычага с запором.

Расчет храпового механизма

При рассмотрении того, как работает храповый механизм следует уделить внимание тому, что самое опасное положение, когда вершина собачки упирается в вершину зуба. Подобное явление становится причиной возникновения сильного удара, за счет которого механизм изнашивается довольно быстро. Среди особенностей проводимых расчетов отметим следующее:

  1. Проводится расчет прочности кромок.
  2. Определяется окружная сила.

При проектировании могут применяться самые различные формулы, а некоторая информация берется из таблиц.

Расчет храпового механизма создает довольно много трудностей, так как в некоторых случаях выбирается требуемый параметр в зависимости от условий эксплуатации.

Храповой механизм из образовательного конструктора Lego

С помощью образовательных конструкторов можно собирать модели с храповым механизмом. В данном примере храповик собран из стандартного зубчатого колеса и собачки, состоящей из трех деталей (штифта, красного фиксатора и короткой оси). Зубчатое колесо приводится в движение ручкой. Важно подобрать такой угол собачки относительно зубчатого колеса, чтобы происходил надежный зацеп при обратном вращении.

В следующем примере перекидная собачка используетс

В следующем примере перекидная собачка используется в модели механического вентилятора, собранного из набора Lego Education EV3. В момент поднятия груза храповой механизм препятствует случайному разматыванию нити. Далее собачка перекидывается на другую сторону, чтобы не мешать работе вентилятора.

В примере с катапультой на противоположном конце от собачки установлен длинный рычаг. Под весом длинного конца рычага собачка упирается в зубчатое колесо и блокирует вращение оси. Катапульта выстрелить не может. Стоит надавить на длинный рычаг вверх и собачка выйдет из зацепления, разблокировав ведущую ось.

Инструкцию к катапульте можно скачать по этой ссылМеханическая катапульта из Lego EV3

Инструкцию к катапульте можно скачать по этой ссылке.

Область применения

Сегодня храповик как деталь применяется при создании различных промышленных агрегатов с компонентами инженерных конструкций. При этом может обеспечиваться стабильная работа различных небольших элементов инструментов. Этот момент указывает на универсальность применения храповых механизмов.

С точки зрения технической интеграции устройство обходит многие другие варианты исполнения.

Простейший храповая деталь позволяет проводить регулировку расположение оголовки и его фиксацию.

Очень часто производители используют храповик в качестве элемента, через который проводится установка рабочих параметров. Примером можно назвать фиксацию шага реза в определенном диапазоне. Кроме этого, установка проводится при непосредственном изготовлении станочного оборудования.

В последнее время установка проводится в станках для круглой шлифовки, устройство обеспечивает радиальную подачу. Встречается механизм в домкратах и различных лебедочных системах, заводных автомобилях и других устройствах.

Особенности работы двунаправленных механизмов

Одной из ключевых черт классического храповика является вращение колеса или рейки только в одну сторону. Но есть также и отдельный класс механизмов, которые сохраняют тот же эксплуатационный эффект, но действуют иначе. Вращение у двунаправленных систем реализуется и влево, и вправо. Причем зубцы обязательно должны быть прямоугольными – только в этой конфигурации можно обеспечить равномерность смещения колеса. Главная же особенность храпового механизма двунаправленного типа заключается в системе перемещения «собачки». Она не переходит и не сползает по поверхности колеса, а перекидывается. Это расширяет возможности управления системой, но и усложняет ее, делая менее надежной.

Введение

Дано задание описать технологический процесс ремонта храпового механизма: для этого необходимо выбрать слесарный и измерительный инструмент, оборудование, приспособления для выполнения процесса ремонта, определить правила по безопасной работе.

Храповые механизмы преобразуют колебательное движение в прерывистое вращательное (реже поступательное). Он применяется в металлорежущих станках для поперечной подачи, в велосипедах, грузоподъёмных машинах, в конструкции дачных инструментов (секаторы), в гайковёртах, а также в поперечно-строгальных станках для поперечной подачи и в других механизмах промышленного оборудования (рисунок 1).

В поперечно-строгальных станках стойка 1 и поперечина 2 подвергаются изгибу и скручиванию; чем шире заготовка, тем деформации больше. Деталь устанавливается на столе, имеющем возвратно-поступательное движение, а суппорты с резцами закрепляются на неподвижных стойках. При такой конструкции величина и характер усилий, возникающих в суппортах и стойке станка, не зависят от длины строгания. Поскольку суппорты имеют только движение подачи, удобно обрабатывать деталь одновременно несколькими инструментами, что очень важно для крупногабаритных заготовок.

Собранный и отрегулированный храповой механизм станка должен обеспечивать возможность подачи в обоих направлениях и регулирование подачи в пределах от одного зуба храповика до числа зубьев, соответствующего максимальному углу качания собачки.

Храповой механизм используется и как стопорное устройство в лебёдках и других подъёмных машинах, предохраняя вал ручной лебёдки от проворачивания. У лебедки при подъеме груза храповик с собачкой не даёт барабану провертываться обратно. В этом случае он состоит только из храповика, стопорной собачки и стойки. Храповые механизмы могут быть с наружным, внутренним и торцовым зацеплением. Угол поворота храпового колеса регулируют обычно изменением положения кривошипного пальца путём его радиального перемещения в пазу ведущего диска. Храповые механизмы могут использоваться в качестве стопорных устройств, разрешающих движение ведомых звеньев в одном направлении и препятствующих их движению в противоположном.

Храповые колёса и собачки выполняют из сталей 35, 50, 25ХГСА с закалкой и 15Х, 20Х, 12ХН13 с цементацией и закалкой до твёрдости НRС 45-52. Это конструкционные, качественные и высококачественные стали, с добавлением хрома, марганца, кремния, содержание углерода в этих сталях колеблется от 0,12% до 0,5%.

История

Храповой механизм начали использовать в технических устройствах давным-давно. В Древней Греции инженеры использовали зубчатую рейку со стопорной защелкой в механизме заряжания гастрафета.

Гастрафет был более совершенным и дальнобойным ору Древнегреческий гастрафет

Гастрафет был более совершенным и дальнобойным оружием, по сравнению с луком, но для натягивания тетивы требовалось больше сил. После заряжания храповой механизм не давал тетиве распрямиться раньше времени. Позже подобное устройство получило латинское название «арбалет» (лат. arcaballista — «arcus» — дуга, «ballisto» — бросаю). Подробно о метательных машинах древности читай здесь.

Большие и тяжелые парусные корабли, бороздящие моря и океаны, издревле начали оснащаться шпилем, или кабестаном (франц. cabestan). Шпиль (кабестан) представляет собой корабельный механизм типа ворот для наматывания цепи или каната на барабан. Шпиль используется для опускания или поднятия якоря (якорный шпиль), а также для швартовки корабля к пристани (швартовочный шпиль).

Корабельный шпиль

Некоторые шпили могли оснащаться храповым механизмом для предотвращения нежелательного разматывания якорной цепи или швартовочного троса.

Собачка храпового механизма в корабельной терминологии называется палом. Так… Вернемся на начало статьи и посмотрим на определения. Ведь в английском языке собачка обозначается словом «pawl», что означает «защелка, фиксатор, стопор». Интересно, что в русском морском словаре используется английский термин для этой детали.

Согласно Морскому этимологическому словарю Николая Ткаченко «Слово pal (пал, защелка, собачка) образовалось в первобытном языке от старинного корня polo (пал, защелка, собачка), потом оно через индоевропейский перешло в романские, германские и в балтно-славянские языки, потом через лат., фр., и голл. слово это перешло в русский, и сейчат это бывшее голландское слово пал применяется в русском морском языке: пал (pawlbit, pawl of the capstan) — прямой или выгнутый металлический брусок, сидящий на оси и не допускающий вращения шпиля или ворота в сторону, противоположную той, в которую его вертят при работе; иногда его называют задержником; палгед (pawl head) — нижняя часть баллера шпиля, на которую насаживаются откидные стопора, называемые палами; палгун (pawl rim, pawl ring) — фундамент шпиля, прикрепленный к палубе и имеющий по окружности зубчатую рейку, по которой передвигаются палы при вращении шпиля».

Как работает храповый механизм

Распространение храпового механизма можно связать с достаточно простым механизмом и принципом действия, за счет чего обеспечивается длительный срок эксплуатации. Храповик как деталь во многом напоминает трещоточный элемент, так как во время работы возникает соответствующий звук. К особенностям принципа работы отнесем следующие моменты:

  1. Основная деталь представлена крюком, рычагом или приводом. Спусковой элемент приводит всю систему в действие.
  2. Вначале работы собачка находится в зацеплении с колесом, но после активации механизма основной элемент совершает осевое вращение. При этом фиксатор смещается на небольшое расстояние относительно первоначального расположения.
  3. Тяга может быть представлена различными механизмами. Часто можно встретить наличие механизма, который обеспечивает регулировку силы.
  4. На момент осевого вращения собачка скользит по поверхности. Из-за прерывистого движения в некоторых случаях использовать рассматриваемый механизм не возможно, так как возникает сильный гул.
  5. Собачка, которая необходима для обеспечения функциональности устройства, на момент остановки осевого вращения западает в специальный паз, за счет чего осуществляется фиксация основной детали.

Основной цикл может повторяться до того момента, пока не будет достигнут требуемый результат. Примером можно назвать подъем устройства и некоторые другие цели.

Сфера применения

На храповиках базируются и промышленные агрегаты с компонентами инженерных конструкций, и работа мелких фурнитурных элементов для инструмента. Это говорит об универсальности устройства и его гибкости с точки зрения технической интеграции. Например, простейший храповый механизм для касок позволяет осуществлять регулировку ремня оголовка через колесико, передающее движение системе фиксации.

В инструментах данное устройство служит как средство установки определенных рабочих параметров. В конструкции секатора, в частности храповик позволяет четко фиксировать шаг реза в рамках заданного диапазона. Если же говорить о более ответственных направлениях, то на первый план выйдет станочное производственное оборудование. Поперечно-строгальные агрегаты оснащаются наружными колесами храповиков, которые выдерживают большие физические нагрузки. В круглошлифовальных станках данное устройство задействуется в целях обеспечения радиальных подач – монтаж производится в комбинации с поршневыми приводами. Помимо этого, храповики используют в лебедочных системах, домкратах, стартерных и заводных механизмах.

Поворот — храповик

Поворот храповика на 45 может быть получен при помощи механизма, показанного на фиг. Собачки имеют принудительное зацепление с зубьями храповика 6, ибо каждая из них соединена пружиной с рычагом. Рычаги свободно посажены на ось храповика.   Поворот храповика на ползуба влечет одновременно с переключением тарелочных шестерен передвижение ремня на нек-рую величину, строго согласованную с таким изменением передаточного числа конусов, которое должно обеспечить нормальное натяжение ровницы при соответствующем изменении диаметра катувлки. Образование конусов намотки у катушки с ровницей достигается систематич. Это уменьшение высоты подъема достигается передвижением рейки Вг ( влево) на одну и ту же величину с каждым ходом каретки, что допускается прорезом кулисы. Благодаря этому передвижению ( осуществляемому тем же поворотом храповика на ползуба с помощью зубчатого колеса, сидящего на одной оси с храповиком) рабочая длина рейки Лх уменьшается, а с уменьшением ее длины сокращается ход каретки, так как предельный угол наклона рейки достигается при меньшем ходе каретки.  

Поворот храповика собачкой происходит по той причине, что при отходе движка назад храповик удаляется от собачки, которая, поворачиваясь на оси, под действием особой пружины перескакивает по храповику на один зубец.  

При повороте храповика на один зубец вместе с ним поворачивается винт 14, а так как винт 14 осевого перемещения не имеет, то при вращении винта происходит подача державки с резцом.  

Выбор профиля храповика.  

Весь угол поворота храповика разбивается на ряд промежуточных положений, обычно через 2 — 3, среди которых обязательно должны быть все фиксированные позиции контроллера.  

Принцип конструкции устройств, позволяющих регулировать угол поворота храповика при неизменном размахе собачки, поясняется фиг. Угол а качания рычага с собачкой остается постоянным; он соответствует тому наибольшему углу, на который собачка должна поворачивать храповик за двойное качание.  

После установки натяжных пружин всех кареток путем поворота храповика на определенное число зубьев, необходимо проверить равномерность напряжения натяжных скоб. При наличии разницы в напряжении нужно ее устранить.  

Резцедержавка подается вперед на 0 002 мм при повороте храповика на один зуб. При полном использовании профиля кулачка резцедержавка переместится на 1 мм, после чего подается сигнал о необходимости переналадить приспособление и сменить резец.  

Таким образом, за каждый двойной ход ползуна происходит поворот храповика 2 на 90 по часовой стрелке.  

Из рис. 302, б видно, что собачка препятствует повороту храповика в обоих направлениях.  

Органическим недостатком храпового механизма является его динамичность, так как остановка механизма происходит в большинстве случаев после поворота храповика в сторону опускания груза на некоторый угол, в худшем случае на один жаг. За это время груз приобретает некоторую скорость и кинетическая энергия груза при его остановке передается на механизм в форме удара зуба храповика о собачку. Для доведения до минимума этого нежелательного явления не следует делать шаг зубьев храповика больше, чем это необходимо по условиям прочности зуба.  

В делительном устройстве шлицешлифовального станка модели 345 угол рпч-маха собачки остается постоянным ( 100), и угол поворота храповика, связанного со шпинделем изделия, регулируется перекрытием соответствующего числа его зубьев. Схема этого устройства представлена на фиг. Устройство работает следующим образом.  

Для этого или меняют храповик ( ставят храповик с большим числом зубьев), или изменяют величину перемещения собачки, установив ее так, чтобы вместо поворота храповика на два зуба она поворачивала храповик на один зуб.  

Замедленное перемещение шлифовальной бабки может также производиться гидроцилиндром с храповым механизмом г 80, которые расположены в корпусе маховика. При повороте храповика на один зуб подача бабки составляет s 0 0025 мм.  

Разновидности механизма

В продаже встречаются самые различные фрикционные храповые механизмы. Они могут применяться для реализации самых различных задач. Среди особенностей проводимой классификации отметим следующие моменты:

  1. Профилированная поверхность часто изготавливается в виде барабана или рейки.
  2. Реечный вариант исполнения встречается крайне редко, так как функциональность устройства существенно снижается. Барабанные фрикционные храповые механизмы встречаются намного чаще по причине компактности и других свойств.
  3. Профиль основы также классифицируется по большому количеству признаков. Чаще всего встречаются радиальные, прямоугольные и пологе варианты исполнения. Радиальные получили широкое распространение, так как они компактные и просты в установке.

В большинстве случаев зуб имеет классическую форму, за счет чего обеспечивается надежность работы.

Теги

Adblock
detector