Автор: Крайнев А.Ф.
Теги: общее машиностроение технология машиностроения машиноведение инженерия машиностроение механика
ISBN: 978-5-904270-43-8
Год: 2010
Текст
А. Ф. Крайнев
МАШИНОВЕДЕНИЕ
на языке схем, рисунков и чертежей
Книга 2-я. ДЕТАЛИ МАШИН, СОЕДИНЕНИЯ и МЕХАНИЗМЫ
На примерах из Компьютерного банка схем
и конструктивных решений, созданного А.Ф. Крайневым
(Институт машиноведения Российской Академии Наук)
КОНСТРУКТИВНОЕ СОВМЕЩЕНИЕ ФУНКЦИЙ
Размещение планетарного редуктора
внутри грузоподъемного барабана
(из книги А.Ф. Крайнева
“Детали машин. Тормоз
Словарь-справочник’
1992 г.)
Барабан
Планетарный
редуктор
Электродвигатель
Жесткая внутренняя
рама имеет три внешних
самоустанавливающихся опоры.
Встраивание планетарного редуктора в канатоведущий шкив
лифта (из книги Д.П. Волкова и А.Ф. Крайнева “Трансмиссии
строительных и дорожных машин” 1974 г.)
Двухвенцовый
Самоустанавливающаяся центральная шестерня
МОСКВА * ИЗДАТЕЛЬСКИЙ ДОМ «СПЕКТР»
МАШИНОВЕДЕНИЕ
на языке схем, рисунков и чертежей
(в 2-х книгах)
Книга 2-я. ДЕТАЛИ МАШИН. СОЕДИНЕНИЯ и МЕХАНИЗМЫ
На примерах из Компьютерного банка схем
и конструктивных решений, созданного А.Ф. Крайневым
(Институт машиноведения Российской Академии Наук)
МОСКВА* ИЗДАТЕЛЬСКИЙ ДОМ «СПЕКТР*
2010
УДК 621 01(035)
ЬЬК 34.4
К7Х
Издание осуществлено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментазьных
исследований по проекту' № 10-08-070-9
К78 киноведение на языке схем, рисунков и чертежей (в _-х книгахЬ Кн. 2. Детали ашин,
соединения и механизмы. - М.: Издательский дом "Спектр , 2010. - -16 с., ил.
ISBN 978-5-904270-43-8 (Кн. 2)
ISBN 978-5-904270-11-4
Впервые машиноведение представлено как совокупность основополагающих знаний (для v о .мания
машин) на понятном и доступном для инженеров и ученых всего мира языке компьютерной графики.
Данное произведение является развитием трудов автора "Механика от греческого mechanike (techne) -
искусство построения машин". Фундаментальный словарь 2000 и 2001 гг. и Идеология конструиро-
вания" 2003 г., выполнено на примерах из "Компьютерного банка схем и конструктивных решении",
создаваемого автором в течение 15 лет (сбор исходных материалов осуществлялся ?0 лет).
Приведена логика появления и развития разнообразных технических решений, полученных на про-
тяжении более чем трех тысячелетий. Систематизирована информация о 2500 конструкций машин, ме-
ханизмов, соединении, деталей и технологических процессов. Продемонстрировано преобразование са-
мых древних изобретений в сложнейшие современные системы. Выявлены взаимосвязи между творче-
ским замыслом, схемой, конструкцией и характером физического взаимодействия звеньев.
Рассмотрены в логической последовательности процессы и оборудование литейного производ-
ства, обработки материалов давлением и резанием. Дано развитие конструкций прессов, обрабаты-
вающих станков и инструментов, энергетических, транспортных, грузоподъемных, подъемно-транс-
портных, погрузочных и землеройных машин (Книга 1-я). Проанализированы тенденции совершен-
ствования деталей машин, их неподвижных и подвижных соединений, передаточных и манипулиру-
ющих механизмов, виброзащитных устройств и систем, самоустанавливающихся подвесок машин и
агрегатов (Книга 2-я). Установлена и продемонстрирована (на ряде примеров) взаимос \ словлен-
ность создания новых материалов, технологий и конструкций.
Подбор и направленность приведенных примеров конструирования рассчитаны на формн ование
у читателя творческого подхода к решению тех или иных научных и технических задач, к формули-
рованию темы и выбору методов исследований по научным специальностям 'Теория механиков и
машин , Машиноведение, системы приводов и детали машин", "Инженерная геометрия и комнью-
терная графика и др.
Богатейший источник информации предназначен для инженерно-технических и научных раоогни-
ков в качестве основного исходного материала для дальнейшего развития и совершенствования ме-
юдов синтеза структурных схем машин, систем приводов, механизмов и соединении для со; циня
НОВЫХ конструкций I. 1Я цъ 1.1НИМ
ISBN 978 5-904270-43-8 (Кн. 2)
ISBN 978 5 904270 41 4
//• рспечатка, нее аиОы коци/юнанич и
оп\ (ыикованных в данной книге. <>он\с
носн/юи шеденич читериа им.
каются то и,ко <• [нирешени.4
и иЮтс и,сгт<а и со сен нот на источник информации
ББК 34.4
® Крайнев А.Ф., 2010
А ' ООО "Издательский дом "(.'пек гр”. 2010
СОДЕРЖАНИЕ
. ИМ AID
Основные принципы конструирования ........................
Технологичность конструктивных решений ...................
Компенсационные элементы, соединения, механизмы
и подвески агрегатов ............................. 25
Направляющие, ориентирующие
и манипулирующие механизмы ....................... 40
Винтовые передаточные и суммирующие механизмы .... 44
Зубчатые зацепления и передачи ................... 51
Фрикционные механизмы, сцепные муфты и тормоза ... 59
Механизмы трансмиссий колесных и гусеничных машин.
Разветвляющие и суммирующие системы,
дифференциалы, коробки передач и вариаторы ....... 65
Виброзащитные устройства и системы ............. 101
Вибрационное технологическое оборудование .......117
Шпиндели обрабатывающих станков,
зажимные патроны и установочные приспособления ...121
Механизмы и детали систем управления .............137
Подшипники, подпятники и направляющие
соединения ...................................... 151
Уплотнения подвижных и неподвижных соединений ....175
Крепежные соединения деталей машин, аппаратов,
сооружений и приборов ............................187
СОДЕРЖАНИЕ 1-й книги
Происхождение, развитие и многообразие механизмов и машин
Взаимообусловленность совершенствования материалов,
конструкций и технологий
Машиностроительные технологии
Процессы и оборудование для обработки материалов
Производство металлических сплавов
Литейное производстство
Обработка материалов давлением. Ковка
Обработка материалов давлением. Прокатка
Обработка материалов давлением. Волочение
Обработка материалов давлением. Гибка и вальцевание
Обработка материалов давлением. Штамповка
Обработка материалов давлением. Прессование
Обработка материалов давлением. Клепка
Обработка материалов давлением. Молоты и прессы
Изготовление деталей из пластмасс. Процессы и оборудование
Дробление, измельчение, смешивание и сортировка материалов
Заготовительное разделение материалов
Обработка материалов резанием. Процессы, станки и инструмешы
Машины и оборудование
Гидро-/газодинамические роторные машины
(турбины, насосы, компрессоры)
Насосы, двигатели и компрессоры с порционным
(циклическим) перемещением жидкости или газа
Поршневые паровые двигатели
Паровые котлы
Поршневые двигатели внутреннего сгорания
Рельсовый транспорт. Паровозы, тепловозы, вагоны
Колесные и гусеничные машины. Автомобили и тракторы
Водный транспорт. Судовые приводы и движители
Воздушный транспорт. Самолеты и вертолеты
Грузоподъемные, погрузочные и землеройные машины
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А Ф Крайнева
"УГолъза, прочность и красота"-триада Марка Витрувия (I в до н.э
Исторически предопределялось появление и распространение тех или иных технических решений в соответствии с взаимс
обусловленностью конструкции материалов и технологий. Например, циклоидальное зацепление, предложенное намного
раньше, чем эвольвентное, обладает многими наилучшими функциональными качествами (КПД, сопротивление изнашиванию
контактная прочность и др.) по сравнению с эвольвентным зацеплением. Но потребовалось еще почти 150 лет, чтобы
ситуация изменилась в пользу эвольвентного зацепления после того, как был предложен эффективный способ нарезания
эвольвентных зубьев инструментом реечного типа Справедливости ради отметим также меньшую чувствительность
эвольвентного зацепления к погрешностям изготовления и деформациям валов и опор, что было в принципе установлено
еще Л. Эйлером. Эти качества и технологичность шлифования эвольвентных зубьев плоскими кругами также оказались
определяющими в соперничестве эвольвентного зацепления с передачами Новикова при использовании закаленных
материалов Передачи Новикова еще можно было применять, когда использовались материалы с невысокой твердостью
поверхности, и, может быть, в будущем они займут свое место в технике, если будет предложен соответствующий способ
их изготовления. Что касается циклоидального профиля зубьев, то он успешно применяется в компактных японских редукторах
благодаря совершенным технологическим процессам.
Другой пример касается создания несущих конструкций из композиционных материалов Во многих случаях их нельзя
считать технологичными, так как существующие процессы и оборудование не подходят для их производства, особенно
крупногабаритных и сложных по форме деталей Требуется создание новых технологических систем. Только после решения
этих проблем композиционные материалы и конструкции займут достойное место в современной технике.
Критерии совершенства конструкции впервые провозгласил Марк Витрувий (I в. до н.э.) своей знаменитой триадой
“Польза, прочность и красота*. В современной трактовке их можно охарактеризовать следующим образом:
- функциональная целесообразность (выполнение заданных функций разумными средствами);
- красота и удобство;
- технологичность (экономически оправданная промышленная воспроизводимость);
- патентная чистота.
Технически воспроизведение функций современной машины может быть представлено в виде совокупности трех
взаимосвязанных составляющих: механической, измерительной и управляющей. На вопрос, какая из трех соответствующих
систем важнее: традиционная механическая система с непосредственным воспроизведением заданного движения
или обеспечением заданного состояния, система измерения воспроизводимой функции или система управления,
можно однозначно ответить - все три составляющих одинаково важны. Они присутствовали в самых примитивных устройствах,
но решения были практически полностью механическими, если не учитывать ощущения и ум человека как составной части
системы в целом. Другое дело, изменяются средства второй и третьей составляющих в пользу электроники. Порожденная
этим привилегированность специалистов в области электроники привела к недостаточно сбалансированной подготовке
специалистов механиков традиционного плана.
Функциональная целесообразность - принцип, означающий соответствие выбранного решения поставленной задаче.
Иными словами - задача должна быть выполнена без превышения необходимых затрат. Но функция в данном случае
понимается в широком смысле, например, водопроводный кран должен не только перекрывать воду без подтечек,
но быть удобным в обращении, "вписываться" в интерьер помещения и быть просто красивым или красиво простым.
Это означает, что надо изготовлять его из высококачественных материалов, обеспечить низкую шероховатость поверхностей
и высокую точность сопряжения деталей.
Функциональная целесообразность предусматривает, в частности: обеспечение минимальной допустимой для заданной
функции прочности, минимальной жесткости и других характеристик, если их повышение сопряжено с увеличением массы,
удорожанием изготовления и эксплуатации устройства; выполнение защитных конструкций тонкостенными (в виде кожухов)
в отличие от несущих конструкций; обеспечение высокой точности и центрирования деталей только в случаях, когда это
влияет на работоспособность устройства; исключение лишних опор для деталей, которые могут самоустанавливаться;
обеспечение высокого качества только трущихся, посадочных, а также открытых для обозрения и контакта поверхностей.
Этим, однако, не ограничивается сущность функциональной целесообразности. Она воплощает в себе все последующие
производные принципы в той или иной мере, поскольку все они направлены на то, чтобы наилучшим образом решить
функциональную задачу. Поэтому нельзя ограничиваться одним решением - выбор схем и конструкций должен быть
на альтернативной основе.
Конструирование техники - это то же искусство, что и живопись или создание модной одежды. А связь между
конструкцией и внешним видом, между технологией изготовления и удобством эксплуатации и тем более между красотой
и удобством еще более сложная, чем это может представиться при самом сильном воображении (примите во внимание
разнообразие вкусов и традиций, а также массовость производства). Процесс совершенствования внешнего вида иногда
кажется оторванным от содержания устройства. Как правило, форма отстает от содержания и имеется стремление достичь
соответствия формы содержанию. Принципиальная схема автомобиля меняется намного реже, чем его внешний вид.
А кроме того, трудно определить, где кончается совершенствование содержания, а где начинается совершенствование
формы. Если благодаря новым технологиям и материалам вы улучшаете покрытия, уменьшаете зазоры между облицовочными
элементами автомобиля, повышаете аэродинамические качества, то машина сама по себе становится красивее и удобнее.
Если вы исключаете лишние элементы (молдинги и т.п.), делаете края закругленными, убираете лишние выступы и полости,
то соответственно, повышаются эксплуатационные качества машины.
Патентная чистота предусматривает наличие в данном продукте только своей интеллектуальной собственности
(официально признанной) или законно приобретенного права на использование чужой собственности. Патентоспособность
характеризует наличие в данном продукте новых решений, которые могут быть официально признаны объектами
интеллектуальной собственности. Интеллектуальная собственность - это мысли, идеи, воплощенные в технические,
ооганизационные и организационно-технические решения разнообразных задач. От посягательств конкурентов защитить
можно только те технические решения, факт использования которых может быть проверен и установлен доступными государству
гоедствами В этой связи, например, невозможно защитить опубликованный метод расчета, так как его использование
ппэктически невозможно проконтролировать, а полученные с помощью его результаты - не основания для доказательства
заимствования метода Но имеются средства (юридические и технические), хотя пока не очень надежные, защиты компьютерных
Х(ПММ для расчета и конструирования, в которых воплощены новые и известные методы. Невозможно защитить техническое
пр огр ам1Р • не опубликовано - пользователю нельзя доказать, что это не он первым придумал данное решение
^мо^ет быть защищен, например, прибор, оборудование, машина или сооружение в целом. Защите подлежит принципиальная
структура, геометрия и/или связи отдельных частей, визуально воспринимаемая характеристика объекта и д.
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ ,Напримерах из. компьютерного бан^ А Ф
НЛЛА1Н
V- мн
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ
ко-- минные предпочтения. Анализируя практику современного конструирования, можно, например, тамнтить сп>л/
Мех I--кт. и (К'.чю и« вращательного движения разработчики предпочитают устройствам, в которых присутствует
•лмчм'нр вращательное или возвратно-поступательное движение.
ннч«»<ы»< тривод каждою исполнительного звена (индивидуальный привод) или даже несколько приводов одного •"'*
'Хжудпочн-лот общему приводу с разветвленной трансмиссией.
• twu. не кинематические пары (соприкосновение по поверхности) предпочитают высшим парам (соприкосновение по линии
или в точке) особенно при ударных нагрузках. Имеются, однако, примеры ошибочных, на взгляд автора, решений двигагеля
внутреннего сгорания с высшими парами в основном механизме, в частности, демонстрируемого на одной из выставок
научных и технических достижений.
• Гибкне упругие кинематические пары, в том числе "пленочные" шарниры , в условиях ограниченных перемещений
предпочитают парам внешнего трения.
• 8 качестве материалов деталей, особенно "несиловых", там, где это возможно, предпочитают полимеры и композиты.
Кроме кожухов, облицовочных панелей, это, в частности, относится к деталям приборов, малонагруженным, но достаточно
точным зубчатым колесам (например, в любом современном принтере) и др.
Многослойные, армированные и композиционные материалы и конструкции предпочитают сплошным для тяжелонагруженных
объектов типа прессов, орудийных стволов, труб и резервуаров, а также деталей, в которых масса является одним из основных
качеств (например, наметилась тенденция вытеснения металлов и сплавов углепластиковыми композитами для несущих
деталей самолетов и автомобилей).
• Блочную конструкцию, составленную из отдельных автоматически собираемых, как правило, неразборных и практически
перемонтируемых узлов, предпочитают конструкции из отдельных последовательно присоединяемых деталей. При этом
соединение между отдельными блоками предусматривают простейшее: скользящее или упругое.
• Штампованные и штампованно-сварные детали предпочитают литым.
• Детали с местной поверхностной термической или химико-термической обработкой, а также с местными покрытиями
предпочитают деталям со сплошной обработкой.
• Неразъемные, автоматически осуществляемые соединения предпочитают разъемным соединениям. Речь идет прежде
всего о пластических соединениях в сравнении, например, с болтовыми соединениями. Однако в последнее время
под давлением "зеленых” в некоторых странах принимают законы, запрещающие применение неразборных конструкций,
особенно если в них имеются неизвлекаемые детали, подлежащие специальной утилизации.
• Уплотнение неподвижного стыка предпочитают осуществлять с помощью специальных герметиков, а не с помощью
упругих прокладок.
• В качестве уплотнения подвижного соединения предпочитают разделительное уплотнение при ограниченных перемещениях
или торцовое (осевое) при неограниченных перемещениях, чем соответственно скользящее или окружное скользящее
уплотнение.
Быстроходные малогабаритные приводы и механизмы из высококачественных материалов предпочитают более громоздким
и простым тихоходным приводам.
• Многопоточные системы с параллельным соединением приводов и механизмов предпочитают однопоточным
последовательным системам.
• Цилиндрические зубчатые и, в частности, планетарные передачи с высоким КПД предпочитают более простым червячным
передачам.
• Дисковые и многодисковые фрикционные тормоза и муфты предпочитают барабанным тормозам и муфтам.
• Самоустанавливаемость предпочитают решать прежде всего за счет конструкции механизма или фермы, а не за счет
системы управления.
• Статически определимые и достаточно деформативные системы звеньев, опор и подвески агрегатов, обеспечивающие
их самоустановку, предпочитают системам, требующим регулировки или подгонки взаимного расположения звеньев.
• Компоновку и размещение деталей и узлов в пространстве с совмещением их функций предпочитают компоновке
с раздельной реализацией функций. Речь идет о встраивании отдельных узлов в общий корпус или об использовании
свободного пространства внутри других деталей или узлов, об использовании несущей детали в качестве защитной,
о восприятии нагрузок разных направлений в одном соединении и т.п.
• Геометрические системы с короткой размерной цепью предпочитают системам с длинной размерной цепью.
• Кинематические и динамические системы с разделением функций предпочитают системам совместной реализации
различного вида движения и/или нагружения. Речь идет о предпочтении схем с независимой передачей движения или
с определенным невзаимозависимым соотношением распределения нагрузки.
• Динамические и статические системы с кратчайшим путем замыкания силовых потоков (по количеству последовательно
нагружаемых стыков, подвижных соединений и деформируемых звеньев) предпочитают системам с более длинным
путем замыкания силовых потоков.
• Системы с плавным изменением плотности силовых линий или с плавным их искривлением предпочитают системам
с резким изменением плотности или с резким перегибом.
• Симметричные геометрические формы и симметричные системы замыкания сил предпочитают несимметричным
формам и системам.
Конструктивная преемственность - один из основополагающих аспектов современного конструирования. Это становится
все более рациональным благодаря возможностям компьютера сконцентрировать колосальный объем информации. Компьютер
может запомнить каждый шаг конструктора, его коллег и предшественников. Ничто не должно уходить бесследно в небытие.
Поиск нужной информации становится все более организованным. Конструктор уже может не вычерчивать деталь или
соединение от начала до конца и тем более не делать это вручную. Обязательно используется готовый прототип, который
'извлекают” из компьютерного банка. Речь идет о прототипах с полной информацией о геометрии, материалах и технологической
проработке Процесс конструирования заключается в правильном выборе прототипа, подстановке в него известных более
совершенных решений, которые в свою очередь черпаются из постоянно пополняемого банка знаний По сути каждая новая
разработка заключается в постепенном совершенствовании прототипа Изменения не должны быть кардинальными, иначе
м',ж<-с растерять нее полезное, что было в предшествующих объектах. Самое ценное, чем обладают современные фирмы это
ин>сз1/ < кг /альная собственность В основном это завершенные и незавершенные проекты, воплощенные в жизнь или сохраненные
• елько и памяти компьютера Вт.и это дополняется еще и публикациями и патентными материалами. Только при наличии
подобного открытого банка (даже сотрудники фирмы moiyi не иметь доступа ко всем разделам) можно создавать совершенные
и конкурентшгелособные конструкции. Причем время модернизации или создания новых изделий порой имеет наиважнейшее
мшчение В этом плане без такого банка ни обойтись.
МАШИНОЮ ДЕНИС НА ЯЗЫК) СХЕМ. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из компьютерного банка А.ф. Крайнева
ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИИ
УНИФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ. ДЕТАЛЕЙ МАШИН, СОЕДИНЕНИЙ. СБОРОЧНЫХ ЕДИНИЦ
Многократное повторение деталей и элементов
в планетарной коробке передач
Фрикционные Пружины Сателлиты Отверстия
диски \ X к '
Близкие по структуре и форме блоки Фланец водила
Унификация - приведение к единообразию
технических характеристик изделий,
технологических процессов, документации
и средств общения (термины и обозначения)
Еще в древности применяли унифицированные
колеса, спицы колес и др. детали в одной
конной повозке или в изделиях одного мастера
или группы мастеров. У А.К. Нартова в его
станках и инструментах использованы
однотипные рукоятки, колеса и др. детали.
Унификация в рамках одной отрасли и всей
промышленности началась с изготовления
резьб на станках Генри Модели в начале XIX в.
Унификация позволяет увеличить серийность
и тем самым снизить стоимость изготовления
деталей и соединений. Она облегчает
обслуживание и ремонт, упрощает процесс
конструирования, но зачастую ее применяют
в ущерб равнонагруженности, равнопрочности,
минимальных потерь энергии, визуальной
выразительности формы и др. качествам.
Унифицированные детали и блоки {модули] направляющих гидроаппаратов
фирмы DENISON HYDRAULICS
Штеккеры
Гидрораспределитель.
управляемый
Регулировочная Соленоид
ручка
Переходной
элемент
- -1
Дозатор
Представленные модули имеют
одинаковые стыковочные элементы:
посадочные поверхности отверстий,
каналы и их размеры Модули
присоединяют друг к другу с помощью
унифицированных болтов, отличающихся
только по длине Потайные головки
болтов не мешают пристыковке модулей
по плоскости Имеются также переходные
детали для соединений модулей
с разными стыковочными размерами
крышки для автономного использования
модулей и общее основание
Редукционный
клапан
Основание
скреплени । модулей
друг с другом
Пример сложной (многоярусной)
компоновки гидрораспредели геля
из унифицированных блоков
С
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из ком,
—ИИРИВ—"WR—_____________________________________ номерах из компьютерного банка А ф Крайнев*
ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ
Передний
мотор-
шпиндель
БЛОЧНОЕ [МОДУЛЬНОЕ] КОНСТРУИРОВАНИЕ (на примерах станков,
составленных из унифицированных элементов, модулей, агрегатов)
Верхний суппорт
с многорезцовой
головкой
Современный агрегатный
станок в закрытом
и открытом
виде
Хотя современное
оборудование в основном
имеет внешнюю (съемную) оболочку,
стоит все же уделять внимание форме отдельных
агрегатов и форме всего устройства в открытом виде.
Г ибкая
(цепная)
направляющая
для электро-
кабелей
Задний
мотор-
шпиндель
Многосторонний станок фирмы
W1TZIG&FRANK-MARTIN GmbH
с круговым перемещением заготовки
Несколько унифицированных силовых головок
с инструментами расположены на замкнутой
раме вокруг поворотного стола, на котором
можно закреплять несколько заготовок.
Нижний суппорт
с многорезцовой головкой
Даже если агрегаты отличаются
по функции и структуре один
от другого, желательно иметь
Станина
с наклонной рабочей
поверхностью
Унифицированные
винтовые механизмы
единый стиль их исполнения.
Станина - базовая деталь для установки
и крепления на ней унифицированных
деталей и агрегатов
Наклон рабочей поверхности
способствует удалению стружки
Унифицированные
направляющие
(полозья) для линейных
подшипников качения
Станина отлита из чугуна,
а ее полости
заполнены полимером.
Благодаря этому
улучшается
демпфирование вибраций
Современная высокопроизводительная автоматическая система для шлифовальных
и доводочных работ, составленная из базовых и унифицированных компонентов
Несмотря на автономность и некоторое внешнее различие
структурных элементов (в частности, все четыре пульта
Компоновка
унифицированных
бло*он в рабочей зоне
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из компьютерного банка А Ф Крайнева 7
ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИИ
, ИЛАА1П
4 РАМ
УСТРОЙСТВА С ПЛОСКИМ
РАЗЪЕМНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ
Детали современного двигателя
внутреннего сгорания
Блок
цилиндров
Отверстия
для коренных
подшипников,
обрабатываемые
нсборе
I Многие детали машин имеют плоское
разъемное соединение Зачастую
их приходится неоднократно разбирать
и собирать (в том числе и для обработки
I отдельных поверхностей в сборе)
Для точной и однозначной фиксации
взаиморасположения частей обычно
используют штифты (применяют также
шпильки или болты, устанавливаемые
без зазора). Их должно быть не менее
двух, и они должны быть расположены
как можно дальше друг от друга
Общее основание коренных
подшипников присоединяют
по плоскости к блоку цилиндров.
Такое решение по сравнению
с традиционными
отдельными опорами
характеризуется
высокой радиальной
жесткостью.
Тонкостенный поддон
имеет довольно жесткую
конструкцию в направлении,
перпендикулярном плоскости
разъема, что позволяет
обеспечить высокое качество
стыкуемой поверхности
и равномерное уплотнение стыка.
Центрирование деталей
по поверхностям поясков или уступов
обеспечивает восприятие больших
нагрузок в плоскости разьема.но оно
в целом обычно дороже соединения
с помощью штифтов.
Поясом
Этот болт
служит только
для прижатия
деталей друг
к другу.
Установочный
штифт
Если эта крышка
выполняет только
защитную функцию
(без центрирования
подшипника
или уплотнения),
то ее можно
присоединить болтами,
установленными
с зазором, а штифты
не требуются.
Здесь можно
ограничиться чистовой
обработкой только
стыкуемых
поверхностей.
В примерах из ‘Азбуки конструирования' П И. Орлова
(1941 г ) предусмотрены конструктивные элементы,
обеспечивающие неизменность положения шатунной
крышки относительно шатуна при обработке (в сборе)
и при последующем функционировании в двигателе.
Стыковочный
уступ на
поверхности
разъема
Ml
Центрирующий
поясок
на стержне
болта
Треугольные
шлицы
облегчают
сборку и
воспринимают
боковую нагрузку
Редуктор судового
крана фирмы UCBHEPP
(70-е гт. XX в.)
Г и предай гатель
прифланиовая к крънхже
редуктора. Его положен*^
в отверстии определяет
поясок на его корпусе
Отверстие
для
штифта
Разъем
В собранном виде
с этим зубчатым колесом
зацепляется шестерня,
закрепленная на валу
гидродвигателя.
Сечение
корпуса
редуктора
Обрабатываемые
поверхности
(для установки
подшипников)
Плоскости разъема
деталей корпуса
Отверстие
для
штифта
Форма штифта
облегчает сборку и
золяет избежать
разрушения его
поверхности
при перекосах
в процессе
сборки
Примеры шатунов современных
двигателей внутреннего сгорания
Шатун для двигателя
фирмы Ford Duratec
изготовляют горячей
ковкой в виде цельной
заготовки, ------- -
затем обрабатывают
отверстия и отламывают
крышку подшипника
Поверхность излома
позволяет однозначно
и точно собрать шатун
После обработки
цилиндрической
поверхности
в этих местах —«=
разламывают или
разрывают шатун
Обрабатываемая
поверхность
НЕ
МХЦМНОВЕДенИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ и.
***—12^>мерах из компьютерного банка А Ф крайне*»
ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ
<илмт
ели
СОВМЕЩЕНИЕ ФУНКЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ ИПИ ЧАСТЕЙ ХОНСГРУКПИи Канатоведухций шкив грузового лифта со встроенным
планетарным редуктором (из книги Д П волкоаа л
А.Ф Крайнем ‘Трансмиссии строительных и дорожных
машин*. М,. Машиностроение. 1974 г.)
Редукторы и двигатели, встроенные в шкивы, барабаны. колеса
Размещение редуктора и или двигателя в барабане электрета ли
или в пригодном барабане конвейеоа известно еше с ЗО-х гт XX в
(фирмы Demag SSW. Eberhani Bauer. ACam Baumuuer. Ватад)
6 1900 г на Всемирной выставке в Париже демонстрировался
зпектромобиль Lohne»-Porsche с мотор-колесами С начала 60-х гт.
XX в. стали встраивать мощные электр»<ческне приводы в колеса
скреперов и автомобильных тягачей (Le Tourneau. General etectnc).
Известны также примеры остановки редукторов в звездочках
:д<еннчного хода (фирма МВН). в лебедках кранов и роторах
экскаваторов (Ковровский экскаваторный завод), шкивах ременных
и канатных передач шкивах тормозов (SWF). а также в корпусах
электродвигателей (Оелтад. Stahl). Практически во всех случаях
использованы малогабаритные многосателлитные плане тарные
редукторы (в том чнеле их аналоги с невращакчцимся водилом)
Получаемые при этом преимущества компактность привода
и экономия материала корпусных деталей В го же время
приходится решать ряд технологических и эксплуатационных задач
Грузоподъемная лебедка со встроенным
в барабан планетарным редуктором (из книги
4 Ф Крайнева ‘Идеология
конструирования".
М Машиностроение
2003 г.)
Электро-
дешатель
при
А, В, С внешние опоры
внутренней рамы р
Барабан
Планетарный редуктор
Жесткая внутренняя рама
имеет три внешних само-
устанавливающихся опоры
Лебедку в целом можно
свести к трехопорной
С статически
определимой системе
В связи с этим отклонения
размещении внешних опор (например,
деформировании основания) не может
сказываться на нагружении механизма.
Центральная
I шестерня
Входной
вал
Двухвенцовый
сателлит
Водило совмещено
с диском канатоеедхщето
шкива
Колесо с
внутренними
зубьями
Внешняя
консольная
опора
Защитный кожух
Центральная шестерня
1 самоус тана вливается пол действием
сип в зацеплении с сателлитами
В данном механизме диск канатоведущего шкива
выполняет роль водила планетарного редуктора
В нем размещены подшипники двухвенцоеых
сателлитов Одна из проблем изготовления такого
многосателлитного редуктора обеспечение
точности относительного положения венцов сателлита
Электромотор-колесо специального многоосного тягача (из книги Г.И. Гладова
Верхняя
и AM Петренко 'Специальные транспортные средства
Редуктор составлен из двух Обод колеса
последовательно соединенных
планетарных однорядных
механизмов это лучшая
принципиальная схема для
обеспечения компактности
и высокого КПД
(при передаточном
отношении порядка
30 50 и сравнительно
небольшой частоте
вращения входного
вала)
| Обод колеса
3
поворотная
опора
Корпус
двигателя
г”
Вал двигателя
Водило 2-й ступени
непосредственно
соединено с корпусом!
редуктора
Корпус редуктора
и обод колеса
соединены между
собой В отличие
от других решений они
конструктивно не совмещены,
а редуктор представляет собой
Тормозное устройство
*. М . ИКЦ "Академкнига". 2004 г.)
Пневматическая шина
Подшипники
Нижняя поа< тротная
Корпус тлектродни) а теля соединим
с невращакпцимися звеньями редукчнм
Племени
присоединения
мотор -колет а
к подикк ке
отдельную сборочную единицу
опоры колеса
и конструктивно совмещен с опо|чзй копе» а
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ
Н«1 примерах из компьютерное о банка Аф К|щ<»<егм
ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИИ
НМАШ
*•*' РАН
Установка сателлита и его оси
в водило планетарной передачи
КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ (ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СБОРКИ) РЕДУКТОРОВ
БЕЗ ПЛОСКИХ РАЗЪЕМОВ КОРПУСА
Сателлит
с установленным
в него подшипником
вводят в окно водила
до совмещения его
оси с осью
отверстий в водиле.
Ось сателлита
вставляют в соосные
отверстия
Перемычка —
соединяющая
диски,
выполнена как одно
целое с ними.
Между
осью и
отверстием
вставляют
втулку.
Неразборное
водило типа
“беличье колесо"
имеет диски
с отверстиями
для установки
осей сателлитов
В отличие от обычных
исполнений редукторов
здесь вал двигателя
вводят внутрь ведущей
шестерни При этом
шлицевое соединение
выполнено с зазором
и эквивалентно
глухой муфте,поэтому
требования к соосности
довольно высоки
Хотя поперечные (по отношению к опорным поверхностям подшипников)
разъемы и обеспечивают доступ к местам соединений, и в ряде случаев
облегчают сборку и разборку, все же в современных конструкциях их
стараются избегать из-за сложности обработки плоских стыковочных
поверхностей и обработки отверстий (для подшипников) в сборе.
Приходится соединять детали корпуса перед обработкой, затем разбирать
их и снова собирать вместе с подшипниками и другими деталями, а ведь
такого вида сборочные операции обычно очень дорогие. Имеются и другие
отрицательные свойства таких (традиционных) решений. Здесь и далее
приводится ряд конструкций, в которых сборку можно осуществлять осевым
или радиальным перемещением деталей или сборочных единиц в отверстия
базовой целиковой или неразборной детали.
После установки
оси и втулки
их закрепляют
относительно водила.
Если для этого
использовать, например,
пластические
замки, то получится
неразъемная
сборочная единица.
Коническо-цилиндрический редуктор
(в процессе сборки и в собранном состоянии)
Ведомый вал
(вместе
с подшипниками)
вставляют
в отверстия
корпуса,
цилиндрического
зубчатого
колеса, упругого
стопорного кольца
и подшипника,
предварительно
установленного
в корпусе.
Эту крышку устанавливают
Вал-шестерню в сборе
с подшипником
вставляют в отверстия
корпуса, конического
колеса и второго
подшипника.
Ведущая коническая
шестерня имеет
собственные
подшипниковые опоры,
Упругое
стопорное кольцо
установленные во втулке.
Коническое зубчатое
в процессе регулировки конической передачи
Втулка обеспечивает
общее центрирование
и опирание шестерни
и двигателя в корпусе
редуктора
Обеспечение осевого перемещения
(при установке) вал-шестерни
через отверстие в корпусе
В данном решении
требуемый
диаметр отверстия
больше диаметра
подшипника, ~~
поэтому введена
переходная втулка,
совмещенная
с крышкой
колесо при сборке заводят
через окно в корпусе
Рабочий каток закрепляют на ведомом >;алу.
и совмещают его
ось с осью отверстий
для подшипников
Здесь редуктор представлен
уже в собранном виде
(осталось только ввернуть
крепежные болты).
С
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из комп.™ п
I——миыерах из компьютерного банка А ф. Крайнева
ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ
Корпус
илшн
И» РАМ
Зубчатая передача (конечная в трансмиссии транспортной машины),
в которой предусмотрена возможность осевой сборки и разборки
Зубчатое колесо
закреплено
на выходном валу.
Шариковый
подшипник
Шестерня
выполнена
как одно целое
с входным валом
Шариковый
подшипник
опоры
выходного вала
Крышка
редуктора
Роликовый
подшипник
(без внутреннего
кольца)
входного вала
Роликовый
подшипник
(без внутреннего
кольца)
выходного вала
Манжетное
уплотнение
входного вала
компенсирующая
муфта - \
подвижное
соединение
приводного
вала
с входным
валом
редуктора
Поворотная
опора
редуктора -
подвижное
соединение
корпуса
с рамой
машины
Характерная особенность представленного
одноступенчатого редуктора - расположение
плоскости разъема, перпендикулярное осям валов.
Это решение обусловило компактность конструкции,
высокую жесткость валов и зубчатых колес,
технологичность основных деталей. Упростилась
и сборка: последовательно в корпус вставляют
входной вал вместе с уплотнением и шариковым
подшипником и выходной вал с зубчатым колесом
и шариковым подшипником, а затем закрывают
редуктор крышкой, в которую предварительно
вмонтированы роликовые подшипники.
Единственная специфическая деталь - замыкающая
планка, которая необходима для реализации
выбранной схемы соединения деталей.
Сечение передачи в месте соединения корпуса
с замыкающей планкой
Выходной вал имеет
подшипниковые
опоры в корпусе
редуктора,
обеспечивающие
восприятие внешних
нагрузок со стороны
колеса, закрепленного
консольно на валу.
Выходной вал
вместе с зубчатым
колесом, подшипником
и крышкой можно установить
в рабочее положение
только поворачивая его и
перемещая по сложной
траектории. X.
----Замыка(Ощая планка
при сборке стопорит
наружное кольцо
шарикоподшипника
в осевом направлении.
Это
уплотнение
можно заменить,
не разбирая
редуктора.
Паз для фиксации
положения
замыкающей планки
Сборка универсального шарнира
ПОДШИПНИК 1Г --- II
и стопорное <С f-"*-"
кольцо вставляют ]
после установки
крестовины.
Двухступенчатый зубчатый
соосный редуктор без поперечных
(относительно опорных поверхностей
подшипников) разъемов
Промежуточный нал /
с шестерней (вал-швс
Входной вал вместе с
подшипниковой опорой, крышкой
и шестерней при сборке
устанавливают в рабочее
положение осевым перемещением
Конический
подшипник
вместе
с роликами
и сепаратором
(установленный
на Выходном валу)
вставляют
• "редварительно
помещенное в корпусе
наружное кольцо
Вилка
Крестовину (в данном примере)
можно установить внутри вилки
только поворачивая ее и
перемещая по сложной траектории
Это зубчатое колесо заводят
через окно в корпусе и совмещают
его ось с осью отверстий
для подшипников промежуточного
вала, и только после этого
вставляют сам вал.
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из компью1ерного банка А Ф Крайнева
ИМА1П
ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ
РАЗМЕЩЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ СОЕДИНЕНИЙ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИХ
(на примерах сборки винтовых соединений)
Ут лубления для деталей соединения и доступность для инструмента
Углубления в деталях
Гайка /соединения должны
быть достаточных
размеров, чтобы
можно было
завести в отверстие
болт и закрутить
гайку.
Крыц
Бот
Шайба
С ИНСТРУМЕНТОМ
Закрытое герметичное соединение
деталей обшивки самолета
Соединяемые (неметаллические) детали
<8>
в нее
Пробку с открытой
головкой применяют
все реже. Здесь она
В этой детали выполнены
углубления, в которые
"утоплены" головки болтов.
гайкой, шплинтом,
шайбой
В отверстиях этой детали
нарезана резьба, а
ввернуты винты.
Болт в сборе
с
и
Углубление
для размещения
гайки
Соединяемые детали резервуара
Шпилька
Резьбовой
(стальной)
вкладыш
Стальное Гайка
кольцо
Наружная
панель
В этом
углублении
предусмотрено
место
для удобной
установки
гайки,хотя
можно собрать
такое соединение
и без него
(постепенно
сближая
[стягивая]
соединяемые
детали).
U-образные пазы
Уплотнительная
прокладка -
перегородка '
Соединяемые
детали
Сила, нагружающая
соединение
Винты для
присоединения
панелей и крышки
к соединенным
деталям
Соединение болтами, имеющими потайную головку,
не требует дополнительного пространства для ключа
рядом с головкой болта. Ключ вворачивания
болта с потайной головкой
может быть выполнен
из металлического
шестигранного прутка.
<8>
Болты с потайной головкой не имеют
Внутри головки
выполнено четырех-
или шестигранное
углубление
для установки
в него ключа.
приведена для сравнения
с более современным
выступающих элементов, что улучшает условия
пристыковки других деталей,
решением (см. слева).
Пробка (для запирания
гидравлического
канала)с внутренним
гнездом под ключ
а также делает более удобным
обслуживание изделия.
'l >60
Головки крепежных
болтов “утоплены”
по отношению к внешним
поверхностям.
Углубление
для размещения
головки болта
Взаимодействие
шестигранного
ключа и гнезда
При подведении
ключа к открытой
головке сбоку
должна быть
предусмотрена
возможность
поворота ключа
на угол, необходимый
для его перестановки
на соседние грани
гайки.
потайной
головки болта
Болт с потайной
головкой можно
завинчивать даже
при очень
большой глубине
отверстия и при
малом зазоре
между головкой
и телом детали.
Контур
ключа
Вращающий момен<
1 2 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ
СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ
На примерах из
компьютерного банка А.Ф. Крайнева
ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ
и,и лш
Пространство, необходимое для размещения механизированного инструмента,
определяется размерами инструмента и выступающих элементов соединения.
завинчивание или отвинчивание гаек
расположенных в глубокой нише в ряд
с помощью С- или S-образного ключа
l>30
TOOL
Отвертка
Момент -_
сопротивления
вращению при
завинчивании
Пневматический
гайковерт
Плечо
движущей
силы
руки
Силы,
действующие
на ключ
с открытым
зевом
Момент \
сопротивления
вращению
Сменный
наконечник
отвертки
Четырехгранное
отверстие
для хвостовика
инструмента
Многошлицевой
наконечник
и многошлицевое
углубление\
Вращающий
момент
и направление
вращения ,
(при
завинчивани) I
Вращающи
момент
Вращающий
момент
и направление
вращения
плоский шлиц.
Расстояние В
должно быть
больше, чем
расстояние
А + высота
гайки.
Плечо '
сил сопротивления
вращению гайки
самоцентрировани*
(равномерное
нагружение граней
в положении /
статического /
равновесия)
и различие \
условий \
взаимодействия Л
при завинчивании
и при отвинчивании
Силы, действующие
на выступы,
в реальных
условиях не бывают
одинаковыми.
Сила давления
отвертки на кромку
плоского шлица \
Направление момента
движущей силы
совпадает
с направлением
вращения (поворота)
гаечного ключа.
Здесь острая кромка
легко сминается
при нажатии на нее
плоскостью отвертки.
Отверстие в ключе выполнено многогранным
для того, чтобы уменьшить угол поворота
необходимый для перестановки ключа.
Вероятность смятия граней гайки при этом
возрастает и требуется более высокая точность
(минимальные зазоры) сопряжения "ключ-гайка"
Навинчивание гайки на резьбовой
конец шпильки, находящейся в углублении
Г-образный ключ
имеет паз, который допускает
размещение в нем длинной
шпильки. Другое назначение
паза - установка в нем рычага
при использовании головки,
расположенной
на другом Z*/
конце ключа. I ( Л
Силы
сопротивления
вращению шурупа приложены
к рабочим кромкам отвертки.
ЛА|ЛИНОведение нд ЯЗЫКЕ СХЕМ. РИСУНКОВ
И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А ш >
Замкнутый
профиль
углубления
менее подвержен
разрушению
(смятию),
чем
Известны разнообразные профили
углублений,для которых могут
подходить только специальные
отвертки. Здесь приведен еще
один пример, обеспечивающий
"------ инструмента
Плечо "
действия сил
Сжатый воздух^
(от компрессора)
Головка гаечного ключа
с замкнутым профилем
паза и с выступами,
давящими только
на боковые плоскости
гайки, а не на ее кромки
(для уменьшения смятия).
Плечо сил сопротивления
вращению гайки
Крестообразное углубление
для отвертки _ ---
ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ
1ИМА1И
V PAN
Гаечные ключи и съемные рукоятки из рукописи книги
А К Нартова I еатрумъ мд^нндрум, то есть Ясное зрелище мд^инъ" 1755 г.
ГАЕЧНЫЕ КЛЮЧИ (отдельные примеры)
Многие решения, полученные при создании
первых машин, почти без изменений применяются
и в наши дни. Замкнутый четырехгранный
профиль ключа, например,был заимствован
из соединения вала с колесом, применявшегося
еще при Архимеде.
У А.К. Нартова гаечные ключи идентичны
рукояткам управления станками и ключам для
подзаводки пружин в часах. Но самое главное,
что чувствуется стремление стремление сделать
красивыми даже такие простые инструменты.
Эксцентриковый ключ
(начало XX в.) представляет
собой фрикционный механизм свободного хода
позволяет зажимать и вращать круглую
гайку или трубу диаметром до 22 мм.
Рейки со скошенными зубьями
С
Замкнутый профиль паза ключа имеет
скругленные выступы, давящие только
на боковые плоскости гайки, а не на ее
кромки (для уменьшения смятия).
и направление
вращения ключа
Кнопка переключателя
направления рабочего движения
Современный гаечный ключ профессора Йозефа
Ружечки (выпускается фирмой Cendal Indusrial Со)
Вращающий
Первый опыт
применения
ключа показал,
что он не только
не сминает кромки,
но способен работать \
с уже поврежденными
(скругленными) кромками.
Плечо пары сил
в предельном
случае контакта
ключа с двумя
противолежащими
гранями гайки
Губка поджата
пластинчатой
пружиной.
Раздвижной ключ
фирмы Zolingen
(20-е гг. XX в.)
реечным зажимным
механизмом,
включаемым
поворотом
рукоятки.
Из многообразия современных ключей
с регулируемым зевом здесь приведено
простейшее решение с переставными
губками.
Шарнир
Дуговые
выступы
Вариант замкнутого
профиля ключа со
скру 1енными
выемками (с целью
уменьшения
концентрации
напряжений в углах)
Переставной ключ с храповым (реечным)
механизмом свободного хода можно
использовать без снятия его с гайки
или головки болта, как в процессе
отвинчивания, так и при
завинчивании
1 4 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А Ф Крайней
ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ
РЕШЕНИЯ. УПРОЩАЮЩИЕ ПРОЦЕСС АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СЬОРКИ
Автоматизнрованная система
чч'тамовки и завинчивания винтов
Неизменность ориентации при транспортировке
Винты с цилиндрической головкой
перемещаются по наклонному лотку,
сохраняя единообразную
ориентацию, в отличие от винтов
с полукруглой головкой.
Подача воздуха
под давлением
Подача винтов
из чкера через
устройство
сч>«е-
Отсекатель
Механизм
поштучной
выдачи
заготовок
Отсекатель
Инструмент
для
завинчивания
болтов
Соединяемые
детали
Соединение с резьбовым
отверстием в теле детали
проще осуществить
автоматически, чем
соединение болта с гайкой.
Совмещение операций
изготовления и сборки
Исходное положение Заготовка
/Лист
Форма соприкасающихся
элементов должна
способствовать упорядочению
перемещаемых деталей
(они не должны
запутываться, зацепляться
или заклиниваться)
Детали, штампованные
из ленты, для сохранения
ориентации лучше
отделять дру от друга
в процессе сборки
Отсекатель
Эта деталь не может отделиться
под действием силы тяжести.
Процесс
замыкания
Начальное
положение
элементов
замка
при сборке сопряженные элементы выполняют с явно
Легкость отделения
(поштучной выдачи) деталей из пакета
Детали, транспортируемые в пакете, целесообразно выполнять
соприкасающимися по линии или в точках, исключая
присасывание или склеивание (происходящее, например,
при соприкосновении по конусной поверхности).
гайки
эооивка отверстия в листе
процессе установки в нем гайки
Разрушение
перемычки
Эти детали легко отделяются от пакета
Простота движения и определенность конечного
положения при сборке достигается, например,
при использовании упругих замков.
Для определенности ориентации
выраженной асимметрией, снабжают дополнительными выступами, упорами или пазами.
Шпильки желательно выполнять
”;с одиноковыми резьбовыми
концами, чтобы исключить
дополнительную операцию
' ориентирования.
Но если требуются разные
допуски резьбы на концах
шпильки, то асимметрия
должна быть явно выраженной.
Эта поверхность
имеет лыски или
шлицы для восприятия
крутящего момента
Здесь показана
не вся деталь,
а только ее
ориентирующая
часть (выступ).
Облегчение процесса центрирования
деталей при сборке
Такой конец
стержня
облегчает
центрирование
(при сборке)
и не допускает
повреждение
сопрягаемой
детали
Матрица
Высечка
Формование пластического
соединения гайки с листом
Соосные центрирующие поверхности
следует располагать из условия их
последовательного (не одновременно! <
центрирования в отверстиях.
Конусные центрирующие поверхности
Матрица
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из компьютерно, о банка А ф Крайневе
Гайка
Лист
Проточка
на конце
стержня
облегчает
введение
его
в отверстие
Относительное
центрирование
деталей
в процессе
затяжки
соединения
ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИИ
ЗАМКИ СОЕДИНЕНИЙ
Замки для удержания г о ломки винта
или гайки а Г-образном пазу
Здесь показано одно из ранних решений
ШЛИЦ крепежного винта с закладной
или ГНРАПЛ головкой в Т-образном пазу,
для инструмента
Квадратный подголовник
удерживает винт от
проворачивания.
Паз должен быть
достаточно глубоким,
чтобы можно было
вставить головку винта,
развернуть ее на 90°,
а затем ввести подголовник
в узкую часть паза.
При введении головки винта
в паз сбоку глубина паза
может быть чуть больше
высоты головки.
Замок - это тоже соединение, но его назначение заключается
в обеспечении нормального функционирования (передачи и восприятия
сил, скольжения или качения тел) основного соединения Он. например,
удерживает в постоянном соприкосновении поверхности соединения
не допускает самопроизвольной разборки соединения или обеспечивает
секретность разъединения (возможность разборки только по специальной
программе, например, по определенной траектории и ориентации
в пространстве или с помощью особого ключа или приспособления).
Замок может выполнять и некоторые другие функции, а также частично
разгружать основное соединение.
Головка винта
в начальном и рабочем
положениях (черные
и серые линии
соответственно)
Кулачок допускает -
поворот гайки
только в одну
сторону на 90°.
Рифли------
препятствуют
самопроизвольному
отворачиванию гайки.
Начало
сборки
Винт
Здесь гайку закладывают в паз
и вворачивают в нее винт. Гайка
при этом поворачивается на 90*
до упора кулачка (на ее боковой
поверхности) в плоскость лаза.
Гайка
Соединение
в рабочем
положении
Соединение в рабочем состоянии
Соосное вращательное соединение стержней
Начальное положение
и поворот кулачков
Стержень с кулачками на конце
По аналогии с предыдущими решениями
здесь стержень с кулачками на конце
вставляют в окно гнезда в другом
стержне. Если развернуть кулачки,
то выдернуть первый стержень
из гнезда уже нельзя. А вот
чтобы обеспечить удержание его
при вращении, предварительно
в паз заложили вкладыши,
а затем их прикрепили к кулачкам.
Гнездо с окном
на конце стержня
Штифт для скрепления
вкладышей с кулачками
Отверстие для установки
штифта закрыто пробкой
Осевой замо« шлицевого соединения
Сущность сборки замка та же, что и в предыдущих примерах, -
деталь с внутренними зубьями вводят в кольцевую канавку
детали с внешними зубьями и поворачивают ее так, чтобы
зубья упирались торцами и тем самым препятствовали
осевому относительному смещению деталей
Процесс размыкания
Ключ через толкатели
утапливает” штифты
Кольцевая
канавка
Первый
осевой замок
Шлицевое соединении
Деталь (соединения)
С внешними зубьями
Второй
осевой «амок
16 МАШИН'ЯЯ Д1 HHJ НА
MiuKt T.xtM рисунков И ЧЕРТЕЖ» и На
примерах из комиькн
арн<иоб«кнки АФ Кро.ьычм
Промежуточная деталь (замка)
с внутренними зубьями
Подпружиненный фиксатор
препятствует относительному
повороту деталей
Поперечное сечение осевого
замга
Штифты
не допускают
относительного
Многоштифтовой замок для обеспечения
секретности размыкания (принципиальна' т)
В данном примере штифты (в закрытом сост и замка -
схема слева) расположены так, что препятст
относительному движению (повороту или сдт товных
деталей соединения и только с помощью ел» нот о ключа
или многоподвижного механизма (в кодовом । их можно
сместить в положение,
когда относительное
движение возможно.
повороте (или сдвига)
Общая
поверхность
соединения
Шгиф1ы "утоплены
ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ
ЗАМКИ СФЕРИЧЕСКИХ ШАРНИРОВ
обеспечивают возможность сборки
(предпочтительно простыми движениями)
и не допускают самопроизвольного
разьединения в одном или множестве
относительных положений.
Рельефная
посадочная
поверхность
(для исключения
проворачиваемости)
Сферическая головка,
неподвижно соединенная
с цилиндрическим
стержнем
Вкладыш
Пластический
замок
Сферические (шаровые) шарниры с малоподатливыми
вкладышами применяют, например, в рулевых системах
автомобилей при возможных углах перекоса 5' и более
(TRW Ehrenreich) Полимерные Пластический
Палец Уплотнительный чехол вкладыши замок
Уплотнительный чехол
Сферическая головка
Эластичные подушки
из полиуретана
Детали
с внутренней
сферической
* поверхностью
скреплены
между собой
после установки
между ними
сферической
головки.
Втулка
со сферической
Внешняя цапфой
металлическая втулка
Сферический шарнир с упругой чашкой
Сферическую головку вставляют
между упругими лепестками
чашки, но она может
быть легко
выдернута из чашки
(например, при
реверсировании
нагрузки).
Пружина
Сферический шарнир с упругой головкой
Сферическая головка имеет прорезь
(или прорези), благодаря
которой ее можно деформировать
и вставить в чашку.
Вворачивая винт
с конусным концом,
устанавливают
требуемый
зазор (или натяг)
в соединении.
Самопризвольное
разъединение
после этого
невозможно.
Сферический шарнир
с разжимным
конусом
В этом варианте раздвигание
лепестков не допускает бандажное
кольцо или хомутик, надетый на них
после установки сферической головки.
__________ Бандажное
/\1 кольцо
Отгибаемые
(при сборке)
лепестки
Внутренняя
сфера “срезана
чуть выше
экваториальной плоскости, и образовано окно,
через которое нельзя выдернуть головку
без деформирования, так как диаметр окна меньше
диаметра головки.
Сферический шарнир с упругим
стопорным кольцом
В процессе осевой сборки с помощью
оправки обеспечивается разжатие
и центрирование
упругого
кольца.
Сферический шарнир с пластическим замком
' Кольцо из мягкого металла вдавливают
между поверхностью сферической головки
и конусной проточкой в
Пластический замок
используют, например,
в поршневых
гидромашинах.
Усеченный конус
проточки имеет торец,
совпадающий
с экваториальной
плоскостью внутренней
сферы.
Сферический шарнир с двойным геометрически
Геометрический замок Начальное положение
(I< эпическая реализация п^и
одноименного вида
замыкания в теории
механизмов) удерживает
Детали от разьединения
'олько за счет
। «ометрической формы
(без деформирования).
Кольцо
Сферический
подпятник-—
Упругое кольцо'в конце сборки "западает"
в проточку сферической головки, после
чего соединение становится неразборным.
Оправка остается
в специальной полости
сферического подпятника.
Шарнир предназначен
для восприятия осевых
нагрузок при небольших
перекосах (в пределах
самоустановки).
Сферическая головка
повернута на 90°,
и в нее вставляют
стержень.
сборке
Окно для
введения
головки
Деталь с внутренней
сферической
поверхностью
Установленный стержень
(вал или ось) исключает
возврат деталей
в начальное положение
и их самопроизвольное
разъединение
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ
РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева
ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКТИВ
1ИЙ
Сферический шарнир
с плоскими срезами на звеньях
Сферические шарниры (с геометрическими замками), собираемые
при поступательно-прямолинейном относительном движении звеньев
Сферический шарнир с круговым цилиндрическим пояском на головке
Поясок
Экваториальная плоскость
Инструмент
Удаляемая
часть бедра
Самопроизвольное разъединение
(вывих) здесь обычно не поправимо
’учения
гзов на
Сферическую головку
вводят в сферическую
чашку (в процессе
операции)
при положении ноги,
маловероятном для
естественных условий.
Траектории \
движения точек \
при сборке
(в данном примере
дуги окружности)
Прим
плоек
сфер»
Сферическую головку вставляют А
в чашку поступательно-
прямолинейным движением,
а затем разворачивают ✓z</4
в рабочее положение. /—/ /
Вероятность Г ' т*- /
самопроизвольного \ \ /
разъединения здесь \ ''Z /
определяется возможностью \
возврата деталей в начальное --------
положение и последующего
их прямолинейно-поступательного
относительного движения (выдергивания)
Условие возможности сборки
контур среза на сфере головки
должен совпадать с контуром
среза на сфере чашки в конце
движения сборки.
Наличие зазора допускает
некоторое несовпадение
контуров, но снижает
эффективность замыкания.
Схема установки сферического
шарнира (с геометрическим замком)
в эндопротезе тазобедренного
сустава
Сферические шарниры (с геометрическими замками),
собираемые при криволинейном относительном движении
с постоянной или переменной ориентацией в пространстве
(из книги А.Ф. Крайнева “Идеология конструирования” 2003 г.)
Круговые
контуры
плоских
срезов
Получение
выемки
на головке
Такие замки имеют
наименьшую вероятность
самопроизвольного
разъединения, так как
для разборки нужно
повторить в обратном
порядке заданные ,
траектории и /_____/
ориентации. \
Плоскость
среза
бедра /
поженив звеньев
а чале сборки
Замковая
часть
сферы
Плоский
< срез
Сферический
шарнир
в рабочем
, положении
Сферический шарнир с эллипсным
цилиндрическим пояском на головке
Проекции звеньев шарнира в начале сборки
На основе
данного принципа
рассчитывают
координаты
поверхности среза.
Головку нельзя
выдернуть через
окно, если
не привести
. в начальное
1 положение,
так как ее
диаметр больше
диаметра окна.
Сферическую чашку
с внешней
I саморежущей
\ резьбой
\ ''ч вворачивают
t в кость
с \ таза.
z Эллипсный
цилиндрический
поясок
Стержень —
с головкой
закрепляют
в отверстии
внутри
бедра.
Т“——- Контур
плоского
/ среза чашки,
принятый
(теоретически)
за режущую
кромку
Четыре замковых
“козырька”
внутренней
сферы (чашки)
удерживают
головку во всех
положениях,
кроме начального
(при сборке).
Принцип получения сопрягаемых
(при сборке) срезов на сферических
поверхностях шарнира
Если представить контур на одной сфере
в виде режущей кромки, то при заданном
относительном движении на другой
х. сфере образуется срез
-----требуемой формы.
Контуры,
к / \ совпадающие
у ./А в конце
I s' движения
ТА (сборки)
Выемка для размещения стержня
Плоский срез 8 процессе сборки
внутренней сферы имеет круговой контур окна.
Поясок '
тороидальу
ной /
формы /
Эти контуры
срезов
\ / должны
совпасть
(в конце
; движения).
Пример технологичного решения замка
сферического шарнира, собираемого
при поступательно-круговом
относительном движении
Плоскому ступенчатому
____I срезу на чашке
/ соответствует небольшая
/ V цилиндрическая выемка
I (на головке)> радиус
\ ] которой равен радиусу
у\. У / I сферы. В отличие от
/ У примера, приведенного
Ч -------' / выше, здесь головку
------Xх удерживает только один
'-"козырек".
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева
ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ
Направление установки 20
КОНСТРУКТИВНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО МОНТАЖА КОНТАКТНЫХ РАДИАЛЬНЫХ УПЛОТНЕНИЙ ВРАЩАТЕЛЬНЫХ
СОЕДИНЕНИИ Меры по предотвращению задиров скользящей кромки при установке уплотнения
(современные рекомендации) н
- 0,6 мм
Уплотнение п л
> U, 4 ММ
15.. .25
Монтажный
конус ----
Благодаря установке
дополнительной (полированной)
втулки уплотнение защищено
от задиров при его монтаже
и сокращен осевой размер
соединения (по сравнению
со схемой слева).
Приемы и приспособления
для монтажа уплотнений
фирмы SKF
Конструкция деталей и качество поверхностей соединений должны исключать возможность
повреждения элементов уплотнения (особенно его скользящей кромки) как в процессе
монтажа, так и в процессе функционирования. Поэтому желательно предусмотреть гладкие
скругленные переходные поверхности, отсутствие прямых и острых углов, отсутствие
заусенцев в местах возможного соприкосновения с уплотнением. При монтаже следует
избегать неравномерного деформирования уплотнения (например,при перекосе),
и давить можно только на его жесткий каркас (в том числе через тонкий слой эластичного)
по кольцевой поверхности или в равномерно расположенных точках. Уплотнения большого
диаметра устанавливают, нанося удары молотком поочередно в диаметрально
Перемещение уплотнения
с помощью оправки до упора
в буртик
корпуса
противоположных местах.
Толкатель
Усиленный
стальной каркас
манжетного
уплотнения
Толкатель
Перемещение уплотнения
в заданное положение без упора
в корпусе
Корпус
Через эти отверстия можно
вытолкнуть уплотнение при
разборке соединения.
Оправка [толкатель] для передачи
давления при перемещении
уплотнения /
Направляющая
оправка с гладкой
поверхностью
и скругленной
заходиой
фаской
15.. .30
Перемещение
оправки до упора
F - сила давления
—
Перемещение
крышки
Крышка
— с размещенным
в ней уплотнением
Толкатель
Корпус
Тонкая (0,25 мм)
направляющая втулка,
удаляемая после монтажа
Направляющая
Z оправка
5... 10
Чередование
ударов при
установке
уплотнения
Приемы установки уплотнений большого диаметра
При монтаже стягиваемого уплотнения (разъемного кольца без жесткого
каркаса) место соединения стягивающей пружины смещают относительно стыка
эластичного кольца.
Пружина
Установка
манжетных
уплотнений для
валов диаметром
до 3000 мм
У5 3
32
л7 л 6
Деревянный
брусок
Цельная манжета
из акрилового эластомера
Разъемная прижимная крышка
t.
Разъемная манжета из силоксанового каучука
МАШИНО^ДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ. РИСУНКОВ и ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из компьютерного банка А.Ф Крайнева
ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ
НЕРАЗБОРНЫЕ УСТРОЙСТВА.
ЯЮЩИЕ УСЛОВИЯМ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СБОРКИ
Характерные
приведенных решена
Автомобильные электробензонасосы
для распределенного впрыска топлива
Пластический Статор
замок электродвигателя
Направление потока
О^нЗИнЗ
Встроенный в крышку
Ротор неразборный обратный
электродвигателя клапан
каналами
г зыпо* «он g виде
тонкостенной трубы
с внутренними
иент рируюи^мы
поверхностями
Корпус замэ«ае' вес
цель деталей
и совди-е-ий с ~оыг _3<
пластических замков
Детали имеют
простейшую осому
и в основ-ev сопрягас—-
со смежными се’аляым
ПС ПЛОСКОСТИ
а центрируются
непосредственно
в корпусе либс на вал.
двигателя.
Штеккер
функции подтип-.'«.ОВ
и подпятников а *э<же
электроизолятзоов.
Статор
электродвигателя
Закладная
деталь
Ротор
электродвигателя
Пластический
замок
Многие детали
вытсл-е?** из -‘эс’маха
Бензи- соходитчерез
зазор межд\ котором
и статором охлаждая
Щетка
электроподвода
___Крышка
крышкз
s сбоое
Пластический
замок
Статор
Корпус
Щетки
установлены на
центрирующей еее >•
Входной
канат
Крышка —
С ВХОДНЫМ
и боковыми
каналами
Отдельные сборов -ые
единицы БыПОЛне»-Ы
неразъемными и.
в частности хитучены
питьем под давлением
и содержат закладные
детали
Детали и сборочные единицы электробензонасоса
_ (2-й пример) в процессе сборки
Выходной
канал
Встроенный
неразборный
обратный клапан
Турбина
содержит
элементы двух
ступеней насоса.
Поперечное сечение
простейшего исполнения насоса,
применяемого в системах
распределенного впрыска
топлива
Корпус
Т урбина
Ротор
в сборе с валом
и коллектором
Приведенные простые решения ео д. лк" вьл >4
технологичностью но они не мо<\т быть
(без изменения структуры и • еоме' <е.
деталей) для более мощных устройств
из-за несоответствия критерию ф\нк.а
це лесообразнсч- т и
20
МАШИН! ЛМ Д1 НИ» НА ЯЗЫКЕ !.Х»М РИ< УНК< >В И ЧЕРТЕЖЕЙ
Ни примерах из ьлжтиьюпюног О банка А 4'
ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ
ИАЛАГП
- РАН
СОСТАВНЫЕ ДЕТАЛИ И ИХ НЕРАЗЪЕМНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Соединения получаемые пластическим деформированием
Неразборный блок деталей планетарной коробки передач автомобиля
Штамповочно-
сварное
водило
Установка седла клапана
из специального материала
в литой корпус
Сварной
шов
сателлита
Пластический замок,
стопорящий ось сателлита в водиле
Сателлит
Внешнее кольцо
встроенной
муфты свободного
хода
Муфта
свободного
хода —
Пластический
замок
I
Крышка-подшипник
из антифрикционного
материала
Вставное кольцо
разжимают и плотно
присоединяют
к корпусу
Вращающийся
инструмент
с разжимными
вальцами 'X
(роликами)
Корпус
Датчик содержания
кислорода в выпускной трубе
автомобильного двигателя
Пластический
замок
Соединения деталей регулятора
давления в топливной системе
автомобиля (современное решение)
Выводы (для подогрева
и сигнала)
Пластическое
соединение
деталей
тонкостенной
оболочки
Керамический
уплотнитель
Мембрана
Клапан
Обжатие
>тонкостенного
корпуса
Пластический замок
Соединения, получаемые литьем
Отливка с закладными
Нагревательный элемент деталями, образующими маслопровод
Пластический
замок - утопленный
в тело корпуса
лепесток оболочки
Штуцер
Корпус
Упругое уплотнение
предохраняет соединение
от самоотвинчивания
Твердый электролит
на основе двуокиси циркония
Защитный колпачок
с прорезями
Корпус
Т рубка
Литьем под давлением
(полимерных изделий)
можно изготовлять сложные
цепи деталей, соединенных
гибкими перемычками.
По существу, целый
механизм можно получить
в виде одной отливки.
Сосуд с крышкой,
присоединенной к нему
гибкими элементами*
Отверстие Пробка
Корпус Перемычка
Крышка
Шарниры
в виде
тонких
перемычек
Радиус
0,75 ... 1,00 мм
Цепь деталей в виде
одной пластмассовой
— отливки собирается
в сложный механизм
(упругий зажим)
Толщина
перемычки
0,2 ... 0,8 мм
Элементы
шарнира
в виде упругого
замка
Перемычка,
эквивалентная
пружине
Соединительный
элемент,
эквивалентный
шарниру
Эти парные детали для удобства
транспортировки и последующей
сборки соединены между собой
гибкой нитью, отлитой как одно
целое с деталями.
элемент
в виде Соединительным
спирали элемент в виде ниги
Конструктивные решения из книги К. Roth. Konstruieren mil Konstruktionskatalogen. 1982
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из компьютерного банка АФ Крайними
ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКТ
НИИ
Я.МАШ
** РАН
МНОГОСЛОЙНЫЕ, СОСТАВНЫЕ, АРМИРОВАННЫЕ, КОМПОЗИЦИОННЫ! к
для обеспечения определенных сочетаний конструкционных,технологиям к. и- луатационных сш.й. ...
(прочности, твердости поверхности, эластичности, защищенности от внешней малой массы, низкого
или высокого коэффициента трения, демпфирования вибрации, шумопоглащения, теплозащиты и др )
Орудия, создаваемые по аналогии с деревянными бочками из пристыкованных дру. к другу брусков,
стянутых коваными обручами, способными противостоять внутреннему высокому давлению
Мортира "Пумхард" калибра 890 мм
изготовлена в 1425 г.
Кованые продольные полосы
кольца
9i-IN ,
— — w VENT
Jj LABU-LJ_ra,
Кованые
Пороховая камора
получена из свернутого
в трубу кованого листа
и скрепленного
с помощью
печной сварки.
Разорванные (при стрельбе) кольца
Зарядная камора,
присоединенная
к стволу
Пушка “Монс Мэг"
калибра 495 мм
изготовлена до 1489 г.
во Фландрии.
Кованые
бандажи колес
20 д IN 20IN
Лафет обшит
коваными
полосами.
' Кованый
двухслойный
ствол
6IN 3FT. 9IN
8РТ. 9jIN
Кованый двухслойный ствол имел внутренние продольные полосы, плотно состыкованные по боковым поверхностям.
Снаружи их стягивали кованые кольца, также плотно прижатые один к другому. Кольца получены гибкой из полосы, а концы
полосы соединены с помощью печной сварки. Кольца одевали в горячем состоянии, поэтому при остывании во всех стыках
был обеспечен натяг. Это был первый технологический процесс создания многослойных предварительно напряженных
стволов, цилиндров и оболочек.* Кольца в результате сборки уже были нагружены, а при стрельбе еще более растягивались.
Поскольку в то время трудно было обеспечить регламентированный натяг, при салютном выстреле из пушки “Монс Мэг"
в 1680 г. два кольца разорвались.
В 1852 г. Несмит и Армстронг создали орудие с навитой винтообразно лентой на кованый ствол. Пушка Армстронга выполнена
из стальной трубы и большого количества полос, которые свертывали в горячем состоянии и сваривали под молотом на оправке.
Внешние кольца надевали в горячем состоянии на многослойный ствол. На одном из внешних колец выковывали цапфы
для установки ствола на лафете.
Пушка Армстронга 1859 г.
Цапфы (условно
повернуты на 90’)
Измерительное
усгройс।во Витворта
Для изготовления деталей этих изделий
кроме ковки использованы и другие
виды обработки.
Резьбовое соединение
I (0ЛЬНО1ЯНу.ЫЙ стел
Стяжные кольца
Пушка Витворта 70-х гг.
XIX в , изготовленная
из полученной им специальной стали
• Пушка с многослойно навитой растянутой проволокой была создана и 1898 . к Ahi лии
Мн< <" -юиные оболочки и рамы широко применяемся н сопрем......... (а .оных и iидранличе. нь
цилиндрах и баллонах для высоких давлений. в станинах upoccoi. и др у. .рои. .них
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКf CXI М. РИСУНКОВ И 'll 1’11 Ж1 И На прим(«рах и . HiMiit.ioiopHoi о О.шка А Ф Кран........ |
И ХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ
МгЮГОС ЮННЫ. КОНСТРУКЦИИ ОБОЛОЧЕК. СТАНИН. РАМ ДЛЯ БОЛЬШИХ РАЗРЫВНЫХ СИЛ
Пресх для гидравлической штамповки по способу Губера [Huber]
,11к.,,чн АЛ Гавриленко'Механическая технолог гя металловь
Часть III Обработка металловь
и г книги
Фрагмент текста
А.П. Гавриленко
давлешемъ" 1903 г.)
Многослойный предварительно
напряженный рабочий цилиндр.
Внутренний цилиндр настолько
стянут (сжат) внешними кольцами,
что в нем при высоком давлении
жидкости возникают напряжения,
не превышающие предельно
допустимые (при разрыве).
Пневмо-
7------------т---------—
Гидроцилиндр для перемещения
рабочего цилиндра
Рабочая камера с жидкостью.
В нее помещают штамп с заготовкой.
Для этого предварительно опускают
многослойный цилиндр и сдвигают
в сторону поршень
Сварное соединение
многослойной
оболочки
с монолитной
торцовой деталью
Резервуара
Сварной им
Мадлвелвнныв
“О>в 0>ОНЛ|«/Й>4ЫН СЛОИ
/5
Вместо толстыхъ колет», можно производит!, обмотку цилиндра,
листовой сталью. Подобнымъ же образом!» можно производить
обмотку цилиндровь стальной проволокой т.чкъ, какъ это делается
въ американскихъ п апглхйскихъ оруд!яхъ. Такая обмотка произ-
водится, конечно, въ раскаленной» состояли.
Плунжер при многократных
ударах по нему бойка создает
в рабочей камере условия,
необходимые для штамповки
(в дополнение к статическому
давлению).
Поршень
с уплотнительной
набивкой
ММ
Л
Конструкция станины пресса,
известная еще с 60-х годов XX в.
и применяемая в современных прессах
для получения очень больших Верхний
сжимающих сил
сегмент
Рама станины
Нижний сегмент
Многослойная
замкнутая лента
или проволока
Детали станины рамной конструкции
обмотаны тонкой упрочненной лентой
или проволокой (десятки тысяч
слоев), которая способна воспринимать
более значительные растягивающие
силы, чем цельные конструкции.
Благодаря этому удалось существенно
уменьшить размеры станины.
Чтобы стыки деталей при нагружении
не расходились, ленту или проволоку
подвергают предварительному
натяжению. Для этого, например,
создают значительную нагрузку
(в направлении стрелок на рис.),
а в раскрывшиеся стыки устанавливают
калиброванные прокладки.
Гидравлический тоннельный пресс (развивающий силу
давления 600 МН) для листовой штамповки эластичной
средой (ВНИИМЕТМАШ - КЗТС,
70-е гг. XX в.)
Подача жидкости (масла) под
давлением в рабочую камеру
Рабочая камера ..
Эластичная (поли-
уретановая) диафрагма
Верхний ригель
Внутренний
цилиндр
Матрица
Высокопрочная
многослойная лента
Выдвижной стол —.
Привод осевого
перемещения стола
Неподвижная рама
основания имеет
торцовые элементы,
дополнительно
воспринимающие
осевую нагрузку
внутри цилиндра
Гидроцилиндры ----
подъема пресса (для
подготовительных
работ)
ни» НА Я1ЫК1 СХЕМ РИСУНКОВ И ЧЕР1ЕЖЕЙ Н.. пример..» и . компьютернит о баню. А Ф
Нижнии
риг ель
i НЛЧА111
PAH
ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ
СОСТАВНЫЕ (ИЗ МАТЕРИАЛОВ С РАЧНкншм и ж.
и-пллив с ПАРНЫМИ Изготовление формовочного стержня для литья чугунного
С ВОИС1ВАМИ) ДЕТАЛИ, ПОЛУЧАЕМЫЕ барабана (диаметром 2400 мм) со стальными спицами
В ГОРЯЧЕМ ИЛИ РАСПЛАВЛЕННОМ СОСТОЯНИИ ^из книги G Ge'9er. Handbuch der Eisen-und Stahlgiesserei
Железнодорожное колесо
с
и
чугунными ступицей и ободом
стальными спицами (60-е гг. XIX в.)
(автор тома “Литейное дело"
С. Irresberger, пер. с нем. 1935 г.)]
Стержень втулки Полость формы
для втулки
Спицы из<
стальных
труб
Концы образующих спицы колес собирают
вместе в форме, служащей для отливки
ступицы, и таким образом вплавляют их.
Бандаж одевают
в горячем
состоянии.
Модели для
формовки внутренних
приливов на барабане
Плита
с подъемными
скобами для извлечения
готовой
отливки внутреннюю
стенку разрушают
вместе со стержнем
Производство (жидкая штамповка) поршня
со сквозной пропиткой волокнистой керамической
вставки (ВНИИМЕТМАШ, конец XX в.)
Ползун пресса
Центральный верхний пуансон
Нижний пуансон
Литейный алюминиевый
сплав
Боковой пуансон
Керамическая вставка -
алюминий-кремнеземные
волокна диаметром 2...4 мм
с модулем упругости 150 GPa,
пределом прочности 1700 МРа
Боковой
пуансон
Керамическая
вставка
Составная (из разных
материалов)
отливка поршня дизеля
Верхняя часть
поршня
выполнена
из специальной
стали.
Керамическая
вставка
Нижняя
часть поршня
выполнена
из легкого
сплава.
Канал для
охлаждения
тела поршня
Чугунный стержневой
ящик имеет небольшую
конусность (расширение
вниз) для удобства его
отделения от стержня.
Стержень помещают
в приготовленную
внешнюю часть формы -
цилиндрическое
углубление (в земле)
укрепленной стенкой и
гладкой поверхностью.
Полость между
стержнем и внешней
частью формы
заполняют расплав-
ленным чугуном.
Составная направляющая
опора для штока
Направляющая
скольжения -
закладная
стальная деталь
Корпус----
изготовлен
литьем
под давлением
из легкого
сплава.
Блок цилиндров современного двигателя внутреннего
сгорания, полученный литьем под давлением
Материал корпуса - алюминиевый
сплав (имеются примеры
изготовления корпуса
из магниевого сплава)
Чугунная вставка цилиндров
со сплошными стенками
между отверстиями
(без проходов
для охлаждающей
жидкости).
Блок из алюминиевого
сплава в два
с половиной раза
легче чугунного
блока. Но он
не обладает
требуемой
жесткостью и
не имеет других
необходимых
свойств. Поэтому
предпочитают
использовать
составную конструкцию.
...4 НИЕ НА языке СХЁМ. РИСУНКОВ н_НЕРТ1ЖЕА2^^2£ммииииииииииИИШИИИИИ111И
КОМПЕНСАЦИОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, СОЕДИНЕНИЯ,
МЕХАНИЗМЫ И ПОДВЕСКИ АГРЕГАТОВ
ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ И ДЕФОРМАТИВНАЯ ПРИСПОСОБЛЯЕМОСТЬ. СОЕДИНЕНИЯ БЕЗ ИЗБЫТОЧНЫХ СВЯЗЕЙ
Неблагоприятные явления, обусловленные
избыточными связями
Деформирование трехопорного вала
из-за отклонений от соосности опор
вала
Отклонения
от соосности
из-за неточности
изготовления
Возможность вращения
(без деформирования)
только при достаточно
больших зазорах
Перекос осей в опорах трехопорного вала
вследствие его деформирования (изгиба)
при сборке Аналогичная картина получается
при воздействии силы F со стороны
присоединенного звена (например, установленного
ив двухолорюм валу зубчатого колеса).
1 F
Число и характер связей (ограничений относительного
движения) - главная характеристика модели или схемы
соединения (кинематической пары). Обычно связей больше,
чем нужно для выполнения заданной функции.
Дополнительные связи могут повышать несущую способность
соединения, обеспечивать резервирование работоспособности,
но могут и мешать приспособляться к геометрическим
и деформативным изменениям системы. Поэтому
при определенных условиях выбирают схемы
без избыточных связей. Соответствующие им соединения
обладают следующими достоинствами:
- отсутствие взаимовлияния отклонений
размеров и формы соединенных звеньев (в том
числе отклонений, получаемых от нагружения
при функционировании и от воздействий внешней
среды) или самоустанавливаемость звеньев
без (непредусмотренного) деформирования;
- простота сборки соединений (осуществление ее без
подгонки, регулировок и дополнительного деформирования).
Для функционирования резьбовых и шлицевых соединений,
подшипников качения и ряда других многопоточных устройств
(при рассмотрении только их рабочих сопряжений)
необходимо большое число повторяющихся связей,
сокращать которое не стоит.
Самоустановка звеньев при наличии зазоров
(или эластичного слоя) в соединении
L
Деформирование стержня (при сборке
мям при нагреве) из-за недостаточного
расстояния между опорами L
Перекос стержня из-за слишком
бмммого расстояния между
опорами । превышающего
нв величину AL длину стержня)
Эквивалентная
Допустимый
перекос
(~0,5°)
Радиальный зазор 8 в шарикоподшипнике
может увеличить эксцентриситет вала, но в то же
время допускает небольшой перекос шипа.
Осевой зазор
Эксцентриситет,
обусловленный
радиальным зазором
Изгиб
кривошипа
Вращательно-
поступательная
лара
Деформирование звеньев механизма
(при сборке) из-за отклонений
от параллельности сопряженных
ЯОМримостей беззазорных
шарниров
Кручение шатуна
Изгиб
коромысла
Эластичная прослойка
Такие соединения
используют обычно
только
для компенсации
перекосов без
полноповоротного
вращения.
Обозначают
их также в виде
сферической лары
Шарнирые соединения могут допускать аращател
и поступательные перемещения в уделах а .
N
— Реакции связей
Беззазорный
шарнир
(одноподвижная
вращательная
Ось
относительного
поворота \\
Нагружающий
момент
НИЕ КА ЯЗЫКЕ СХЕМ. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из компьютерного банка АФ Крайневе
КОМПЕНСАЦИОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, СОЕДИНЕНИЯ,
МЕХАНИЗМЫ И ПОДВЕСКИ АГРЕГАТОВ
i иллдш
РАН
КОМПЕНСАЦИОННЫЕ И РЕГУЛИРУЕМЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Соединения труб с компенсацией отклонений (перемещений) их
длины и/или угла между их осями
Компенсационные соединения трубопроводов
(из книги Julius Weisbach. Lehrbuch der Jngenieur-
und Maschinen-Mechanik. Braunschweig, 1857)
Соосное (телескопическое) скользящее соединение
Уплотнительная набивка, радиальное прижатие
которой осуществляют
стягиванием фланцев
с помощью болтов.
Компенсаторы теплового удлинения трубопроводов
(из книги А.П. Гавриленко “Паровые котлы’ 1900 г.)
Болт
Фланцы
Упругие медные трубки
устанавливаемые между
длинными прямыми
трубами
Сферическое соединение труб
с пересекающимися осями компенсирует
возможные угловые отклонения.
Шарнирное соединение труб
Сферический
Гибкие медные
диски (мембраны)
соединены между
собой и с фланцами
Соединение
с фланцем
получено
развальцовкой
Заклепочное
соединение
Шарнирные петли несущих лотков
Оси шарниров
труб и лотков
совпадают.
разгружен
от сил
тяжести и иных
воздействий благодаря
закреплению труб
на несущих шарнирно
соединенных
лотках (досках).
Крепежная скоба
Соединение
чугунных труб
диаметром
до 1000 мм
(Синарский трубный
завод, конец XX в )
Нажимное
кольцо
Винт Скользящее
резиновое
уплотнение
Раструб
Гладкий конец трубы
может смещаться
отно ительно раструба.
Скоба
Поступательное соединение
с разделительным уплотнением в виде
сильфона (из книги ЮМ. Никитина
'Конструирование
элементов деталей
и узлов авиационных
двигателей’ 1961 г.)
Сильфон -
тепловой
компенсатор
Фланцы
Эти вставки
могут компенсировать
и угловые отклонения.
Мембраны
Фланцы
Дистанци-
онные
штанги
Сальники
При относительном смещение льники
сохраняют свое заданное положен. 1 а го даря
связи поджимающих их гильз с фланиэми труб
Скользящее соединение труб
с уплотнительными набивками
(сальниками)
Поджимающие гильзы
Соединение труб с гладкими концами (из книги
П. И. Орлова ’Азбука
конструирования’ 1941 г.)
Зажимной Резьбовая муфта
винт
Центрирующее скользящее
соединение
U
Сильфон
МнОГО-
кольцевое
скользящее
уплотнение
Канал для
подами охлаждающего воздуха
Резиновое кольцо
в . аинцовой оболочке
____________ Нажимное
КОЛЬЦО
Соединение
дюралюминиевого
корпуса и кожуха жаровой
трубы из листовой стали
Тепловой компенсатор с двухступенчатым
уплотнением для трубопровода высокого
давления
(60-е гг. XX в.)
Толщина
> стенки
0,5 мм
Положение
муфты
требуется
дополнительно
контролировать
по сравнению с соединением
представленным выше
Соединение патрубков
труб турбореактивного
двигате*0
(60-е гг. XX • '
- Перепускная
fiarp^0*
с возможностью
Защитный
сильфон из гофрированных
мембран
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ
СХЕМ РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из компьютерного банка А.Ф Край**^.
КОМПЕНСАЦИОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, СОЕДИНЕНИЯ,
МЕХАНИЗМЫ И ПОДВЕСКИ АГРЕГАТОВ
И/ИАШ
Ы РАН
Соединения труб, компенсирующие угловые отклонения относительного положения
Соединение труб кольцевого коллектора для отвода
горячего воздуха в авиационном двигателе (60-е гг. XX в.)
Цилиндрические полумуфты
Труба
Центрирующая
втулка
Асбестовый шнур,
намотанный на трубу,
обеспечивает
достаточную
плотность
соединения
при высокой
температуре.
Благодаря
податливости
многовитковой и
многослойной
намотки уплотнение
не нарушается
при угловых отклонениях
осей соединенных труб.
Сферическое соединение тонкостенных трубок
с формованием соединительных элементов
деформированием их стенок
Стягивающий болт
Перед сборкой подготавливают
форму концов трубок для
последующей
стыковки и замыкания
пластическим
деформированием
(завальцовкой).
Внутреннее давление
(жидкости или газа)
способствует
дополнительному
уплотнению соединения.
Соединение воспламенителя с камерой сгорания
турбореактивного двигателя (из книги Ю.М. Никитина
“Конструирование элементов
деталей и узлов авиационных
двигателей” 1961 г.)
Патрубок
воспламенителя
Патрубок
жаровой трубы
Совокупность
четырех-
и трехподвижного
соединений допускает
относительные
перемещения по
всем координатам
в пространстве.
Угловое соединение “поворотный
штуцер’ (из книги П.И. Орлова
“Азбука конструирования”
1941 г.) ----
Переходник
соединений
с линейным
и поверхностным
контактом
Сферическое соединение труб системы обогрева
турбореактивного двигателя
Кольцевой буотик на
В процессе
сборки промежуточное кольцо с внешней
сферической поверхностью устанавливают
в паз охватывающей детали и разворачивают так,
что образуется геометрический замок, после чего
в отверстие кольца вставляют (с натягом)
тонкостенную трубку.
Шарнирное герметичное соединение труб
[Delanoy Jean-Mark
(Франция,
1987 г.)]
Поворотные соединения труб
(допускающие значительные
угловые перемещения осей)
Поворотное соединение
в гидравлической системе
экскаватора (70-е гг. XX в.)
Неподвижное
(паяное)
соединение
Уплотнительные
шайбы
Паяное
соединение
Винт с осевым
каналом и
боковыми
отверстиями
Стопорное Уплотнительные
кольцо
кольца
Здесь
функции
шарнира
Геометрический и сильфона раздел
замок шарнир обеспечивай', свободу
угловых перемещений и разгружает
сильфон от поперечных нагрузок,
а сильфон компенсирует продольные
отклонения и обеспечивает герметичность.
Сферическое трехподвижное
Углубление
для ключа
Антифрикционные
(полимерные)
кольца
с уплотнительными
элементами
Зажимная гайка
Соосное поворотное перекрываемое соединение труб
Уплотнения Пластическое вращательное соединение
При повороте патрубка на 180’
Слив жидкости
перекрывается
основной канал и
открывается
сливной канал
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ.
На примерах из компьютерного банка А.ф
Крайнева 2 7
КОМПЕНСАЦИОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ^ СОЕДИ
МЕХАНИЗМЫ И ПОДВЕСКИ АГРЕГАТ _
Соединения деталей, компенсирующие
угловые отклонения
«тпической формы ДЛЯ компенсации ев
кои>е^иро»« или действии рабов»»
изменения при Haip^o
Компенсационные соединения корпусов
и валов двигателя и редуктора в силовой
установке вертолета Ми-8
Сферическое соединение
обеспечивает относительное
центрирование корпусов и
компенсирует
угловые отклонения
I
Соединения деталей
центробежного компрессора
турбореактивного двигателя
"Nene" фирмы Rolls Royce
(конструкция опубликована
в 1947 г , усовершенствована
в СССР в 60-е гт. XX в )
Лопастное
колесо
Соединение лопаток
заклепкой
типа 'запонка'
Корпус
привода
Корпус
редуктора
Зубчатая
муфта служит
для передачи
вращения от
одного вала
к другому
Благодаря
узким
зубчатым
венцам она
компенсирует
угловые
отклонения
осей валов
редуктора
Упругое \
компенсационное Пружина
соединение вала привода Сферическая пята
Соединения деталей, компенсирующие
изменения относительного положения
при нагреве
Соединения в поршневом
авиационном двигателе (середины XX в.)
компенсируют различие теплового
расширения деталей из разных материалов.
Напряжения в стягивающих шпильках
при нагреве возрастают несущественно
благодаря выбранному соотношению
жесткостей деталей соединения.
Стальная гильза зажата между головкой и блоком
Стягивающая
шпилька
Блок с
гофрированной
стенкой из
алюминиевого
сплава
Головка
Алюминиевая
прокладка
Полая
шпилька
Картер
f 6
Вращающийся
направляющий
аппарат должен
быть неподвижно
соединен с колесом.
уменьшению
вибрации
Зазор 0.5 мм (до затяжки)
и менее 0.06 мм (после
затяжки)
Упругое осевое поджатие обеспечивает
гарантированное центрирование
аппарата с помощью конического
соединения (не нарушаемое при нагреве
и действии центробежных сил)
Компенсация неравномерного теплового расширения
(примеры соединений в поршневом двигателе из книги
П.И. Орлова "Основы конструирования* 1968 г.)
0,25. .0.30 мм
Серповидный
начальный
зазор
Начальная
образующая
поршня
Отверстие направляющей
втулки штока
клапана
выполнено
с небольшой
конусностью
В другом
варианте
конусным
выполняют
шток.
При
штоком и направляющей
втулкой становится равномерным
Компенсация неравномерного деформирования деталей
При нагружении
сопряженные детали
равномерно прилегают
друг к другу
Малая жесткость
втулки по ее краям
обеспечивает
компенсацию
изгиба шейки вала
на1 реве зазор между
0,01 0,02 мм
Деформирование кольца опорно-
поворотного круга приводит к полному
соприкосновению образующих
Угол между
образующими
'I изгибающий момент
F - нагружающая сила
Образующая внутренней
поверхности подшипника
эквидистантна оси вала.
Ось шейки вала
при нагружении
искривляется
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ м г
----------------- На примерах из
КОМПЕНСАЦИОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. СОЕДИНЕНИЯ,
МЕХАНИЗМЫ И ПОДВЕСКИ АГРЕГАТОВ
и 1РЕХПОДВИЖНЫЕ ВРАЩАТЕЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ШАРНИР ШАРНИР ГУКА ИЛИ КАРДАНО'
Первые конструктива
Двухподвижное сферическое
соединение
(с пересекающимися
осями) впервые
применено
в диоптре
Герона
Александрийского
(1в.) — приборе
для измерения
относительной
высоты
расположения
различных точек и
расстояния
между ними.
На этом рисунке (см. ниже)
Иоганн Лейрехон в 1624 г.
со ссылкой на Джеронимо
Кардано показал возможность
сохранения ориентации лампы
(благодаря силе тяжести)
с помощью двухподвижного
соединения.
Компас 1588 г.,
установленный
в “кардановом подвесе"
(по современной
терминологии), может
сохранять горизонтальное
положение при качке судна.
Телескоп XVU в соединен
с основанием с помощью двух
цилиндрических шарниров
с перекрещивающимися
осями /
“Шарнир Гука для телескопа
(рисунок и название
из книги Р. Виллиса
“Принципы
механизмов*
Лондон,
1842 г.)
Гироскоп Фуко (1852 г.)
в “кардановом подвесе” может
сохранять начальную
ориентацию оси вращения
ротора при изменении
положения основания.
С учетом подшипников
ротора здесь
получилось
трехподвижное
сферическое
соединение.
Двухподвижное
соединение для
принудительной ориентации
объекта известно было
задолго до Джеронимо Кардано
(1501 - 1576) и тем более
до Роберта Гука (1635 - 1703).
Использование двухподвижного
соединения для самоустановки
объекта ("сиденья императора”)
под действием силы тяжести
было опубликовано, в частности,
Джеронимо Кардано в 1550 г.
Применять двухподвижные соединения
для передачи вращения между валами
с пересекающимися, скрещивающимися
и параллельными осями стали только
в XVIIIв. По предложению Франца Рело
(1829 - 1905) такие устройства стали
называть карданными передачами
Микроскоп Роберта Гука
соединен с основанием
незамкнутой
цепью шарниров
с перекрещи-
вающимися
осями.
Универсальный шарнир современного автомобиля
имеет роликовые подшипники и состоит из вилок
и крестовины, каждая из которых представляет собой
цельную деталь (в отличие, например, от более
ранних решений).
Карданная передача (соединение двух универсальных
шарниров) применяется в автомобилях уже более 100 лет
Она позволяет передавать вращение при изменяемом
расстоянии между осями входного и выходного валов.
Для компенсации изменения длины промежуточного
вала используют шлицевое соединение.
Tasrh^h Н°Й передаче для соединения валов диаметром до 700 мм (из книги HUTTE.
( ent>UCh ,ur Eisenhuttenleute Berlin, 1961) использованы шарниры с неполными
ндрическими рабочими поверхностями, а промежуточное звено может передавать
щающий момент плоскими торцовыми поверхностями.
Конструктивная разновидность
карданной передачи для небольших
моментов и малых угловых скоростей
В ней детали имеют еще более
простую форму, чем
в аналогичной схеме
из книги hUtTE.
Пластмассовые
или бронзовые вкладыши
с цилиндрическими
и плоскими рабочими
поверхностями
Се1ментныи вкладыш
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На гщимерахи^^
ПЕРЕДАЧА КЕННЕДИ названа по имени английского
ученого сэра Александра Блэки Вильяма Кеннеди
(1847 - 1927). В этой передаче более благоприятные
условия контакта плоских поверхностей (по сравнению
с представленными выше вариантами), но вращающий
момент в ней может передаваться только
в одном направлении.
• . ' щича позволяет компенсировать
' 1*жосы до 5* и несоосности
/ю S0 мм и допускает осевые
' с-ремещиния (до 50 мм)
Допустимое направление
вращающего момента
Сегментный вкладыш
КОМПЕНСАЦИОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, СОЕДИНЕНИЯ,
МЕХАНИЗМЫ И ПОДВЕСКИ АГРЕГАТОВ
КОМПЕНСАЦИОННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ВАЛОВ
Муфта SSW (Сименс Шуккерт верке)
Входное
(ведущее)
звено
Тяги
Муфта Бухли
Замыкающее
коромысло
Выходное -
(ведомое)звено
Шарнирные муф<ы (конец XIX начало XX в ),
предназначенные для передачи движения
от электродвигателя колесной паре локомотива
при относительных перемещениях (несоосноста/)
соединяемых
Шарнирное
соединение
входного
звена и тяги
звеньев.
Муфта
Эрликон si
Шарнирное
соединение
выходного звена
и боковой тяги
Замыкающая зубчатая пара
Первоначально предполагалось использование муфт для передачи движения
между несоосными звеньями, но при наличии упругих или шаровых шарниров
(в обозначенных местах на представленных ниже схемах) муфты способны
компенсировать и перекосы осей соединяемых звеньев.
Шарнирное
соединение
входного
звена и рычага
Замыкающая
(средняя)тяга
Схема муфты SSW
Тяга
Входное
звено
Замыкающее
коромысло
Схема муфты Бухли
(при замене
зубчатой пары
замыкающей тягой)
Возможное
относительное
' ^смещение
центров (осей)-==
опор
Схема самоустановки
(в плоскости) муфты
Кандо
На схеме слева видно.
что тяги способны передавать (воспринимать) пару сил
(см. красные стрелки), но при этом допускаются качания тяг
и коромысла (см. синие штриховые стрелки),что обусловливает соответствующую свободу
относительного перемещения (кроме передаваемого вращения) соединенных муфтой валов.
На других плоских схемах штриховыми линиями показано возможное смещение центра
(оси) одной из опор соединенных валов.
Шарнирная муфта Fa. Wachter & Rieger (из журнала
Zeitschrift VDI1951, S. 515) способна передавать
небольшие моменты при значительных углах
перекоса или несоосностях валов.
Плоский
Выходное
звено
Пара сил
сопротивления
Плоский
выступ
Б-Б .Ось
Промежуточные —
шарниры
Двухподвижное
соединение
Вилка
Вкладыш
Вращающий
момент
Карданное соединение (с подшипниками качения)
для передачи значительных моментов в прокатных
станах (из книги Целикова А.И. и др.
'Машины и агрегаты металлургических
заводов’ 1981 г.)
Шарнирная муфта Kraus (из журнала
Zeitschrift VDI 1937, S. 889)
эквивалентна карданной передаче
с компенсацией продольных
перемещений валов.
Ступица
Сегментные
шпонки
Упорный шариковый
подшипник
Сферический
подшипник
(с бочко-
образными
роликами)
Крестовина
Входная
вилка
Клиновое
соединение
ступицы
с выходной вилкой
Компенсационные муфты
с плоскими контактирующими
парами, применяемые
в прокатных станах
3Q МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ Не примерах из
В-В
Вилка
Плоский хвостовик
с прорезями для обеспечения
более равномерного нагружения
в паре хвостовик-вкладыш
Эти муфты способны
передавать вращающий момент
0,05 - ЗМН м при перекосе
осей соединяемых валов до 8' -10
Синими штриховыми стрелками показаны
возможные перемещения при самоустанонке звеньев
Вкладыш
КОМПЕНСАЦИОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, СОЕДИНЕНИЯ,
МЕХАНИЗМЫ И ПОДВЕСКИ АГРЕГАТОВ
КОМПЕНСАЦИОННЫЕ МУФТЫ И АНАЛОГИ КАРДАННОЙ ПЕРЕДАЧИ
Муфта Ольд| ема может быть представлена
в виде двухкулисного механизма. Сведения
о механизме подобной структуры имеются
в записках Леонардо да Винчи (1452 - 1519).
Речь идет, в частности, об эллипсографе
Здесь тот же механизм (в обращенном
исполнении) выполняет функцию передачи
движения между параллельными валами.
При наличии осевых зазоров он допускает
и перекосы валов. В современной технике
почти не применяется из-за больших потерь
на трение и неуравновешенности
промежуточного звена.
Муфта Ольдгема
Самоустановка звеньев
при наличии осевых
в разобранном виде
Шатун Кулиса 2
‘ z
Кулиса 1
зазоров
Входной
Выходной
Промежуточное звено
КАРДАННЫЕ ПЕРЕДАЧИ ДЛЯ БОЛЬШИХ УГЛОВ
МЕЖДУ ОСЯМИ ВАЛОВ
Сдвоенный шарнир фирмы
GWB (середина XX в.)
В шаровой муфте
Rzeppa (до 1929 г.)
ДЛЯ синхронного
вращения валов
'-'ыл предусмотрен
специальный механизм
перемещения шаров
в плоскость симметрии
<при изменении угла
между осями валов
эта плоскость
Делит его
пополам).
Внутреннее кольцо
с желобами для шаров
Разновидность муфты Ольдгема в приводе встряхивающей
машины (из книги G. Geiger. Handbuch der Eisen-und
Stahlgiesserei.
1935)
Двухподвижные соединения компенсируют
несоосности и перекосы Ведущее
Ведущее
звено
осей (при несинхронном
вращении основных
звеньев).
Ведомое
звено
Небольшие
перекосы
Периодическое
изменение межосевого
расстояния (до 20 мм)
звено
Шарнир “Тракта" изобрел Фенай (патент Франции 1926 г.).
Название шарнира принято по названию переднеприводного автомобиля,
созданного Жан-Альбертом Грегуаром в 1926 г.). Шарнир успешно
применяли в ряде автомобилей и даже в электромобиле (фирма
Тренуар-Электрик", 1970 г.).
Промежуточные
самоустанавливаю-
Прорези и выступы на сопряженных
деталях плоскостных соединений
щиеся звенья
Синхронное вращение валов при изменении угла
перекоса осей соединенных валов здесь достигается
за счет симметричной ориентации крестовин —
относительно
точки
пересечения
осей.
Входной вал
Крестовина 1
Современная муфта фирмы
FKL для соединения валов
Крестовина 2
Выходной
вал
ШАРОВАЯ СИНХРОННАЯ МУФТА, ШАРНИР РАВНЫХ
УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ, ШРУС (термин, принятый в автомоби
Вал неподвижно соединен
с внутренним кольцом.
Внешнее кольцо Шарнир Birfield-Rzeppa
с желобами для шаров (после 1929 г.)
Сепаратор с шарами,
размещенными в отверстиях.
Радлально-
подвижное
центрирующее
звено
Ступица неподвижно
соединена с внешним кольцо,•
Резиновый кожух
В современной шаровой муфте
требуемая ориентация плоскости,
проходящей через центры шаров,
обеспечивается обычно за счет
перекрещивания желобов.
Здесь ведущий и ведомый валы
перекошены.но это не мешает
передавать вращение от одного вала
другому, причем с той же скоростью
В это отверстие
вставляют
другой вал,
которому нужно
передать враще>. .
от первого вала
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерно! о банка АФ Крайне»* 3 1
КОМПЕНСАЦИОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, СОЕДИНЕНИЯ, Я
МЕХАНИЗМЫ И ПОДВЕСКИ АГРЕГАТОВ___________—
MVPTN днА/юги ЖДАННОЙ ГниДА‘’И Поводковая иуфта с линейчатым тоит»^
(ислолыувтся наг?рим*к> • *мг<>л
Поводе*
Самоустанавливающееся
(’плавающее")
промежуточное звено
одна и. Самых древним соединительных
1чтрвдамть вращающий момент между валами
номие еще Героном Александрийским)
Пятиподвижная высшая (с точечным контактом)
пара обладает малой несущей способностью
Вилка
Промежуточное звено
образовано пересечением
двух круговых цилиндров
Компактное исполнение карданного
(двухподвижного сферического;? соед^-е-^к
предназначенного для передачи небольших
моментов в условиях перекоса осей входного
и выходного валов
Шарнирные пятиподвижные
муфты, способные компенсировать
не только перекосы, но и
отклонения от несоосности
Четырехзвенный
пространствен н ы й
шарнирный
механизм
Звено, обладающее “лишней"
степенью свободы (возможностью
вращения вокруг собственной оси)
Здесь имеет место
поверхностное
сопряжение звеьев
но несущая
спосообность
все же не велика
из-за существенной
неравномерности
распределения
нагрузки.
П ром ежуточ ное
звено с кольцевыми
канавками
валов
“Лапки’
на концах
трубчатых
Шарнирная муфта типа ’трилод* (с тремя роликами)
изобретена французом Мишелем Орэном в 1963 г.
и применена на автомобиле Peugeot 204. Схема муфты
с двумя сферическими роликами известна была еще
в 1 -й половине XX в.
Ролик со сферической
боковой поверхностью
Поводок
Уплотнение
Промежуточное
звено с отверстиями
Конструктивные варианты, выполненные по классической
симметричной схеме карданного соединения
Пластины с выступами
Уплотнение
• У
представленых выше вариантах муфт
вращение соединенных валов происходит
не синхронно в пределах одного оборота.
Вкладыш
Крышка
Стопорное
КОЛЬЦО
Вилка Резиновый упор
заменим через герметичную
т уплотнение)
Волновая
муфта
(простран -
Волмообразова гель 2
Муфте на основ*
четырех звеинот о
шй|жи()и(« и махани >м<|
Волновая муфта
(плоская схема)
Г ибкая
цилиндрическая оболочка
Гибкое разделительное
уплотнение
Вол»тообра «ова гель 1
Беззазорные (гибкие) соединения
для компенсации перекосов
Упругая перемычка
с утонением в середине
эквивалентная
одноподвижной
вращательной
паре
Соединение ротора
для уменьшения
динамической
Входное
и выходное
звенья
Карданное
соединение
прецессионное движение
и ив »|мщиек,я
Ротор семоут тш.аеливиетсн по отношению к (Хи врашк
•»<Ш влиянием момент инерционных Сил и упру.0.0
1 о< ipoiHunuHHH перемычек
ятЫ/и.МЕ НА ЙЛЫК1 С»М РИСУНКОМ И Ч4РПЖЕИ н .
— - — и Ни примеры и»
KOMIН НСАЦИ0ННЫ1 ЭЛ1 Ml HIM, COI ДИН! НИЯ,
МЕХАНИЗМЫ И П0ДВ1СКИ AIPIIAIOH
( И.VIA III
РАИ
ТИЦ1 BhH <A1 Nt | г Ol ДИШ НИЯ дин породили вращения при ппрекослх
«'й и отклонениях Pi соосности
•Дч'Фриыс' соединения валов в прияодп прокатных станов помнились
В 1 Й ПОЛОВИН» XIX •' ОНИ ПО.иЮНЧКН 11<'Р<'Д.Н1.П |> ,111.1НИ П'ПЬНЫО нр.нц, ЛО1ЦИО
моменты при перекосах соединяемых зленье» Для передачи движения между
щкчнч'ными валами нужно устанаплинать последовательно дна таких соединения
Валок
Зубчатая муфы г, у жим л* ином
допускает ннбо/тыни* *'-м
or раниченные боковыми
та торами между тубьями
Для компенсации
отклонении от соосности
валов требуется
соединение
двух таких муфт
(двойная муфта).
Предельный перекос осей
(при прямых сопряженных зубьях),
при котором наступает кромочный
контакт зубьев в сечении,
Элементы соединений изготовляли
ковкой. Благодаря технологичности
конструкции данное устройство
длительное время (более ста
лет) было вне конкуренции,
несмотря на известность в то время
карданной передачи и различных
видов компенсирующих муфт.
параллельном
перекоса осей
Сечения
сопряженных
зубьев
1/2 бокового
зазора между
зубьями
плоскости
Угол перекоса
____ осей
Кромочный
контакт
неблагоприятен
Двойная зубчатая муфта, аналогичная
(по функциональным возможностям)
карданной передаче (из книги HUTTE
des ingeniers
Taschenbuch.
Berlin. t 4
1954)
Внешние зубья
бочкообразные,
внутренние зубья - прямые.
стальными.
Сопряжённые
детали выполнены
Стопорный
винт
для несущей способности
Стальные ступицы
с бочкообразными
зубьями
Здесь
предусмотрено
смазывание
зубчатого
соединения.
Зубчатая гильза из высокопрочного
износостойкого полиамида
Для сочетания материалов сопряженных . не требуется
смазывания, а вот от агрессивной сре ; муф:\ защищают
специальными колпачками (на рис. не сок., мы).
Двойная зубчатая муфта для компенсации значительных
отклонений от соосности
Компенсационные спо<
1 /2 бокового
-!> зазора
номинальная линия
' миболее приемлема при
’ -’Рованных углах перекоса
Самоустанавливающаяся
зубчатая пара в смазочной
среде
А
МАШИ11ГДОДЕНИЕ на языке схем
муфты зависят от расспъ.
между зубчатыми соедс
Варианты осевой модификации
внешних зубьев в зубчатой муфте
компенсируемый угол перекоса
°<-ей сопряженных звеньев
криволинейная номинальная
иния зуба эффективна при
изменяемых углах перекоса.
и < комиьютыряою банка А
Пружина для осеиог о
силовою замыкания
Пятиподвижная пара
в цепи осево! о замыкания
Л *
КОМПЕНСАЦИОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. иОщингпии,
МЕХАНИЗМЫ И ПОДВЕСКИ АГРЕГАТОВ
Саы»н»
Эластичная
втулка
(из кожи
или
резины)
- Соединяемые
звенья
рясттространеннач
муфта
(НапсЪел)
эластично
Стягивающая стальная лента
служит для обжатия оболочки
при ее установке на консольные
пальцы соединяемых звеньев.
После монтажа ленту снимают.
Вал с эластичными муфтами,
установленный между двигателем
и автоматической коробкой передач
автомобиля Volvo (80-е гг. XX в.),
эквивалентен высокоскоростной карданной
Фланец
промежуточного
вала карданной
передачи
Нелинейный упругий
элемент
Входное звено
с тремя
Одна из первых сцепных управляем .'
резинометаллическими элемент ими
О
ПОДШИПНМВ]
угими
а XX в.)
Обод,
соединененный
с выходным
звеном,служит
для демпфирования
крутильных колебаний.
Эластичный трубчатый
элемент (замкнутая оболочка)
прмву лканизирован
торцем к выступу
входного звена
Упругая дисковая муфта
фирмы SGF (80-е гт. XX в.)
Жесткий
промеж уточный
диск
Консольные
пальцы
соединяют
трубчатый
элемент
с выходным
звеном.
сОтампоеанное (из листа) промежуточное
звено муфты в трансмиссии автомобиля
<2-» половина XX в.) Эластичная
прокладка
пальцы
входного звена
-— Консольные
пальцы
выходного звена
Эксцентриковая
эластичная втулка
Защитные
щитки
Зд»< оболочка
'вывернут внутрь
И момент инерции меньше
(2 я полонима XX м )
НА Я ТЫН CXt М РИГ ¥НМ)В И
Компенсационные муфты
с эластичной
соединительной оболочкой
Торообразная
соединительная оболочка
(вывернутая наружу)
и защитные диски придают
муфте излишний момент
инерции (фирма Stromag,
начало XX в .).
Муфта фирмы Got/e для карданной передо*
автомобиля (80 • rr XX в ) обладает
демпфированием крутильни* колебании и ыг
компенсировать значительные
отклонения
в расположении осей
соединяемых валов
Вариант оболочки,
предназначеной для
передачи вращающего
момента 800 Нм при перекосах
осей до 8’ и смещениях до 12 мм.
Трубчатый
тонкостенный
соединительный
вал из
алюминиевого
сплава
Резиновый слой превупка мзирован
к соединяемым деталям
При включении муфты время нарастания момента
увеличивается,а последующая вибрация ус . -дивается
благодаря упругим элементам и трению между
фрикционными поверхностями.
Внешние ---
фрикционные
конусы
входного
звена
С
Упругие
резиновые
слои
Входное
звено
Пневмоцилиндр
для включения муфты
ра щни1 авт внутренние конусы
0HY
ЧЬЕ |( ЖЕ И Ни примерах ит компьютерно*О банка А Ф
КОМПЕНСАЦИОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, СОЕДИНЕНИЯ,
МЕХАНИЗМЫ И ПОДВЕСКИ АГРЕГАТОВ
Вал редуктора
Резиновый
вкладыш
Упруго-эластичная муфта
фирмы KTR Kupplungstechnik
Для компенсации поперечных смещений осей соединяемых
звеньев устанавливают две муфты, разнесенные на достаточно
большое расстояние.
Диафрагменная муфта фирмы
KTR Kupplungstechnik компенсирует перекосы валов
и небольшие осевые смещения только благодаря
податливости диафрагмы при изгибе ее перемычек
между местами крепления. Крутильная жесткость
такой муфты сравнительно высока.
Вал
двигателя
входное звено
Для крепления
на валу
используют
точное
клеммное щ
соединение.
Муфта ____
Вестингауза
Упругая
многослойная
диафрагма
из армированной
резины
Промежуточный вал
Диафрагма прикреплена в двух противолежащих
точках к одной из соединяемых ступиц,а в двух
других точках - к другой ступице.
ННЫЬ ЭЛАСТИЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ВАЛОВ
Соединение двух упруго-эластичных муфт
_ « приводе тепловоза
(1-я половина XX в.) J и
АНАЛОГИ КАРДАННОЙ ПЕРЕДАЧИ
Муфга Гарди
Промежуточное эластомерное
зубчатое звено устанавливают
с небольшим преднатягом
между выступами (кулачками)
соединяемых зеньев.
Пружинная муфта (начало XX в.) -
Упругие беззазорные муфты для точной пере
в условиях несоосностей и перекосов осей в ;
Две винтовых пружинных стальных
ленты приклепаны к вилкам
входного и выходного звеньев
(с угловым смещением на 180°)
например, в роботах фирмы NOKIA
70-е гг. XX в.)
Упругий элемент
в виде винтовой пружины кручения
Упругий элемент в виде
сильфона (для крутящего
момента до 300 Н м)
Стягивающий
болт
Фрикционное неподвижное стягиваемое
(клеммное) соединение ступицы муфты с валом
Деформирование упругого элемента при перекосе осей
Упруго-эластичная муфта
Для малых
крутящих
моментов
(80 е гг.
XX в.)
Деформирование упругого элемента при параллельном
'ои.ггхтбразная
' <«»'. 1ина эластомера).у которой
I го г «мюлоложные концы загнуты
и Ч/ит(ап/147ны к соединяемым звеньям
Муфты способны также компенсировать перемещения
вдоль осей. Крутильная жесткость упругого элемента
соизмерима с жесткостью вала
<ЧС . .*1
МАШИНОв» /U НИ»
НА ЯЗЫК»
сх»м, рисунков И ЧЕРТЕЖЕЙ
На приме|>ах из компьютогичото банк.* А Ф
Крайнева
КОМПЕНСАЦИОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, СОЕДИНЕНИЯ,
МЕХАНИЗМЫ И ПОДВЕСКИ АГРЕГАТОВ
САМОУСТАНАВЛИВАЮЩИЕСЯ ПОДВЕСКИ АГРЕГАТОВ - пространственные стержневые фермы (или механизмы), соединяющие
агрегаты с основанием, воспринимающие реактивные силы и моменты, и компенсирующие отклонения формы, размеров
и относительного положения звеньев.
Пространственная статически определимая
ферма (трехповодковая структурная группа,
присоединенная к основанию) лежит в основе
ряда схем подвесок и сооружений.
Она способна воспринимать различные
сочетания сил и моментов. Для варианта
восприятия вертикальной (подъемной силы
несущего винта вертолета) и реактивного
момента редуктора она преобразована
в схему с использованием только сферических
шарниров. ----
Подвеска корпуса редуктора несущего винта вертолета
Планетарный
двухступенчатый
редуктор
момент
Одноподвижная
вращательная
пара
Трехподвижная
сферическая
пара*
Реактивный
Подъемная
Основание
сила
Соединение амортизационного
стержня с подкосом в подвеске
редуктора
Амортизационный
стержень
Выходной
вал, к которому
присоединен
Оси стержней и шарнира
пересекаются в одной точке.
Два сферических
шарнира
ту же роль, что
и одноподвижная
вращательная пара
но при более
благоприятном
нагружении.
На практике
из компоновочных условий
(стенки фюзеляжа
расположены симметрично
с двух сторон) применяют четырехповодковую схему подвески.
Получаемые при этом избыточные связи устраняют за счет
использования упругих стрежней регулируемой длины.
* Обычно вместо сферических пар применяют короткие цилиндрические
шарниры с самоустановкой в пределах зазоров и/или деформаций
упругих элементов.
Статически определимые фермы (точнее их схемы, модели, в той или иной мере отражающие реальные конструкции)
в подвесках обеспечивают перемещения в пределах отклонений размеров и положений своих звеньев при изготовлении
и сборке, а механизмы допускают кроме самоустановки звеньев еще и значительные перемещения, например,
для смягчения ударов и для виброзащиты при наличии в системе амортизатора (упругого звена) и/или демпфера
(рассеивающего энергию вибраций).
Коромыслово-кулисный механизм в шасси вертолета
Консольная
ось колеса
Подкос
Трубчатый
стержень
Амортизационная стойка
(газонаполненный телескопический
цилиндр с дросселем)
Реакция
колеса
на ось
Основание
Ось цилиндрического
шарнира проходит через
центр сферического
шарнира подкоса. Стержень
вместе с подкосом образуют
единое звено - коромысло.
Промежуточное
звено
Сферический шарнир,
используемый
в шасси самолета
Вилка
Шарнирное
двухподвижное
соединение
стержней
Трубчатый
стержень
Сферический
вкладыш
Полая
(трубчатая)
ось
Полая
(трубчатая) ось
36 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И
ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева
КОМПЕНСАЦИОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, СОЕДИНЕНИЯ,
МЕХАНИЗМЫ И ПОДВЕСКИ АГРЕГАТОВ
^устанавливающиеся опорные системы
АГРЕГАТОВ и машин
Подшипниковая опора конвертера
и ее соединение с основанием
Подвеска конвертера (для выплавки стали)
На торце каждой из опор
конвертера смонтированы
редукторы и приводы.
По сути опора
представляет собой
многофункциональный
агрегат и требует
специального
опирания
на основание.
Ее подвеска
выполнена
трехточечной,
способной
Тяжелая емкость
присоединена
кольцу.
Опорное кольцо установлено
на двух самоустанавливающихся
опорах, из которых одна (левая)
воспринимать как силы,
так и моменты сил.
Замыкающий болт
допускает в пределах
Это соединение воспринимает
боковые нагрузки, допускает
допускает осевые перемещения,
по аналогии с двухопорной балкой.
зазоров движения
самоустановки опоры.
повороты и вертикальные
перемещения.
Четырехточечное соединение кузова
автомобиля (повышенной проходимости)
с его рамой
Кузов
Упругая подвеска -
соединение
рамы
с колесом
(условное
обозначение)
“Короткие" цилиндрические
шарниры К, L, М и N,
расположенные в вершинах ромба,
эквивалентны четырехподвижным
кинематическим парам.
Деформирование [кручение] рамы
мало сказывается на нагружении кузова.
Fm и Fn -
силы,
действующие
на раму
со стороны
кузова
Рама в виде двух
продольных
балок,
неподвижно
соединенных тремя
поперечинами
Несмотря на идеализированный
характер представленной здесь схемы,
в ней имеются избыточные связи,
которые можно компенсировать, например,
упругими прокладками под двумя опорами
(на одной диагонали ромба).
Диагональное
нагружение
рамы
(силы F) и
существенно
больше сил F. и F.)
2 4
Подвеска кузова самосвала на шарнирно-сочлененном шасси
Опирание кузова
Кузов
в транспортном режиме
Кузов
Кузов
Гидроцилиндр
Кузов
Т777Л
Дорожное полотно
Самоустановка
передних и задних
колес относительно
дорожного полотна
благодаря повороту
частей шасси вокруг
горизонтальной оси
(вид спереди)
Двухподвижное
шарнирное
соединение
кузова с задней
частью шасси
Кузов наклоняется
вместе с задней
частью шасси.
Задние
колеса
Передние
колеса
Шарнирно-сочлененные
части шасси
Серьга
разгружает 6
гидроцилиндр
от сил тяжести
и инерции кузова
Опирание кузова в рабочем
режиме
При относительном Двухподвижное шарнирное
повороте частей соединение передней
шасси положениеи задней частей шасси
кузова (в транспортнок
Режиме) определяется
Центрами шарниров А
и Н Центр тяжести
кузова смещается .
^значительно, С
и тем самым \
т-Леспечивается
теобходимая
УСТОЙЧИВОСТЬ
<0' прокидывания)
На примерах из компьютерного банка А.ф. Крайнев.» 37
^машиноведение на языке схем, рисунков и чертежей
• ОМ ПЕНСА . ИОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. СОЕДИНЕНИЯ.
"| МЕХАНИЗМЫ И ПОДВЕСКИ АГРЕГАТОВ
EZliJME СИСТЕМ*» СОЕДГ'О'ИЯ АГРЕГАТОВ С ОЕ-ОБА^.'ЕМ
схема соедхел двигателя редуггооа
оабсхче :, ус~роЛс’ва »» установка <» -а основа-иг
заме, с~а>-г~е платформе)
без
Умиверсалэмь? шарнир
осевых ограничений.
Од-о из первых решений грузоподъемной небеден в виде
единого блока имеошего статически определимую
таое
Хотя лебедку ~рикрепг=ют к платформе четырьмя
болтами схема отирание получается статически
определимой Впечатление избыточности числа опор
выходного вала обманчиво Если рассматривать в целом
систему с учетом внутренних и внешних опор, то она
'карданное соединение
’'х'рухтивно обе
может быть сведена к двухопорной балке АВ.
шарнир 'с пальме*/ шаровая
муфта) двухподвижная
сферическая пара
Один из распространенных
сферических шарниров
используемых в подвесках
агрегатов Он эквивалентен
трехлодвижной сферической
ларе. Если убрать
опоры зала могут
быть одинаковыми
с осевыми зазорами.
Соединение корпуса
редуктора, также как
и корпуса двигателя
с основанием,
нагружено радиальной
силой и моментом сил.
Каждая
из четырех
внешних
опор------Д—
эквивалентна
сферической
паре
(в пределах .
зазоров).
реакций основания
Пара сил
Плечо сил
Основание
Плечо сил
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ
Корпус
редуктора
Корпус
двигателя
Корпус
двигателя
Реакция опоры Г
направлена вдоль стержня
Пример конструктивного исполнения
и обозначение пятиподвижной
кинематической пары с силовым
замыканием (элементы пары
прижаты пружиной или силой тяжести)
Восприятие сил
и момента сил
соединением
корпуса
редуктора
с основанием
ограничители
осевых перемещений
(предусмотреть боковые
зазоры) то получится
четырехподвижная пара.
Одноподвижная
пара здесь
представлена
в виде двух
разнесенных
сферических
опор (в том
числе
“плавающей" опоры)
РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А Ф КрайнМ*
Это соединение эквивалентно
пятиподвижной паре. Оно имеет
только одно ограничение
относительного движения звеньев
вдоль стержня. По всем остальным
направлениям допускаются
небольшие перемещения
(по дугам окружностей и угловые).
Свободное вращение стержня
вокруг своей оси - местная
подвижность, она не влияет на
относительную подвижность
соединяемых звеньев.
Пятиподвижна'’
пара
с геометрическим
замыканием имев
двухстороннк*
связь ОДНОГО
(KOpnVt‘
агрегата) с ДРУ^Л
(основание**1
Восприятие момента сил
соединением корпуса двигателя
с основанием
Вращающий момент на валу
двигателя
Примеры рационального трехточечного опирания
корпуса агрегата на основание
В статически определимом соединении (
число связей опор равно шести (по числу
степеней свободы корпуса агрегата
в пространстве). При оценке схемы опор
не учитывают дублирующие связи и местные
подвижности. Опоры целесообразно
располагать наиболее удаленными друг
от друга и ни в коем случае
на общей
прямой.
Желательно
чтобы силы
проходили
внутри (
опорного '
контура.
Хотя формально --
здесь достаточно связей,
чтобы воспринимать силы
и момент сил, одноподвижная
пара функционирует
в условиях перекоса
из-за консольногоХ^^к
приложения Уг
сил. I \ д
Шарнирная
опора корпуса -
одноподвижная
вращательная пара
Пятиподвижная
опора
КОМПЕНСАЦИОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, СОЕДИНЕНИЯ,
МЕХАНИЗМЫ И ПОДВЕСКИ АГРЕГАТОВ
Н.МЛШ
** PAH
шарнирные компенсационные подвески и муфты
Неподвижное ПОДВЕСКА АГРЕГАТА ДВИГАТЕЛЬ-
соединение Dcnuw
или единый Опопы йуплмлгп ЕДУКТОР
вал
Опоры
вала
двигателя входной
Опоры
выходного
редуктора
Опоры входного
вала
редуктора
Неподвижное
соединение
или единый
выходной вал
Замыкающее
звено
подвески
Опоры
исполнительного
устройства
вала
Пара сил
(реакций)
подвески
Опоры —
выходного
вала
Выходной
вал
опор
Тяга
Плечо
пары сил
Возможна установка
противовеса
или пружины для разгрузки
На этой схеме видно,
что тяги способны
передавать (воспринимать)
пару сил, но при этом
допускаются качания тяг
----------- и коромысла,
что обусловливает
соответствующую свободу
относительного перемещения
(кроме передаваемого вращения)
соединенных муфтой валов.
Известен целый ряд
и других муфт или подвесок,
допускающих возможное
относительное смещение
центров(осей)соединенных
звеньев.
выходного вала от сил тяжести агрегата.
Компенсирующая Компенсирующая
Рама тележки
двигателя
вал
подвеска
двигателя
Поводе*.
(тяга)
Установка привода
колесной пары на
тележке тепловоза
Зубчатая
передача
(редуктор)
подвеска
редуктора
Опора
кронштейна
К промежуточному звену шарнирно
присоединены все четыре поводка (тяги)
Попарно они присоединены также
к ведущему и ведомому звеньям
Приводное
колесо
Регулировочные
прокладки
Кронштейн
корпуса агрегата
(двигатель-
редуктор) соединен
с рамой тележки.
Приводной
выполнен
в виде
трубы.
Ось
колесной
пары
установлена
внутри
вала с зазором
Ось колесной
пары
Рама
тележки
Зазор (35 мм)
между осью
и валом
достаточен для их
относительного
перемещения.
Зубчатое
колесо
Возможное
относительное
\ " смещение
\ центров
кьД (осей)
=^1 опор
Шарниры имеют
короткие и упругие
втулки Они
обеспечивают
перекосы осей
в пределах
деформации втулки
Компенсирующая подвеска
конструктивно не отличается от муфты,
но она соединяет между собой
невращающиеся звенья Благодаря
этому упрощается внутренняя
структура агрегата и снижается
масса вращающихся звеньев. Кроме
того,может быть существенно облегчена
сборка как самого агрегата,так и его
монтажна основании.
При этом (реактивный) момент.
на восприятие которого рассчитывают
подвеску, обычно равен моменту
муфты (при одном выходном
звене)
В схеме подвески
двигателя эта опора
должна выполнять роль
пятиподвижной пары
Требуемая подвижность
достигается в пределах
зазоров и деформаций
соединения Тем
не менее при монтаже
начальное положение
соединений агрегата
и рамы регулируют
с помощью набора
прокладок
Приводной вал
(выходной
вал редуктора)
в виде трубы
ХОДОВАЯ ТЕЛЕЖКА ТЕПЛОВОЗА
Опора приводного Корпус
вала на корпусе
двигателя
Соединение корпуса
двигателя с рамой
тележки
Здесь рама
тележки опирается
на ось колесной
пары через
пружины. РьС*4 -
Приводное колесо
Приводной вал
присоединен
к одной из пар
поводков
(тяг)
Кронштейн
корпуса
агрегата
(двигатель
редуктор)
Схема
самоустановки
(в плоскости)
м>фты
Ведущее
звено /
Шарнирная муфта
(по схеме Альстом)
МАШИНОВЕДЕ НИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ
РИСУНКОВ и ЧЕРТЕЖЕЙ На Примах из компьютерного банка АФ Кр.шнее.1
НАПРАВЛЯЮЩИЕ, ОРИЕНТИРУЮЩИЕ И МАНИПУЛИРУЮЩИЕ
МЕХАНИЗМЫ
НАПРАВЛЯЮЩИЕ МЕХАНИЗМЫ
Инверсор французского
инженера Ш. Поселье
(предложен в 1864 г.,
опубликован в 1873 г.)
при малых собственных
размерах способен
вычерчивать дугу
окружности
большого
радиуса. <$’
О
Пантограф английского математика
Дж. Сильвестра(1814 - 1897)способен
воспроизводить траекторию т. F, подобную
траектории
А.-образное прямило русского ученого
П.Л. Чебышева (1821 - 1894) позволяет
преобразовывать вращение кривошипа ас
или коромысла ОВ в движение точки
по прямой линии (приближенно
на некотором
участке).
М шатуна
3 4 5 6 7
2 С М
т. Е в заданном масштабе.
Траектория т.
> л
8.9
1Г10
Траектория т. F
C.I*'
в
32
Опорная ферма i
с-водимая под
Тяга стрелы -
второе коромысло
механизма.
5
' 6
из
Противовес
звено
L
Поворотная
платформа -
основание
(стойка)
механизма
Приводной гидроцилиндр
для сближения выходных
(опорных) звеньев
О
А
Русский ученый
Л.И. Липкин
опубликовал
такое решение
в 1870 г., поэтому
данный механизм
называют иногда
инверсором
Поселье-Липкина.
Гусек - шатун
двчхкоромыслового
механизма.
Подвешенный
груз перемещается
практически
горизонтально
даже без
корректирующего
движения
подъемного каната.
Особенности
пантографа:
ABCD - параллелограмм,
а треугольники
СВЕ и FDC
подобны.
Начало созданию направляющих механизмов
(воспроизводящих прямые или кривые линии
или заданные положения точками звена,
образующими кинематические пары только
с подвижными звеньями) положил Джеймс
Уатт. П.Л. Чебышев, Ш. Поселье,
Л.И. Липкин и многие ученые, включая
И.И. Артоболевского, поставили синтез
направляющих механизмов на научную основу.
Стрела крана -у,
одно из коромысел
механизма.
Эпоху направляющих механизмов
и механизмов для решения различных
математических задач можно считать
завершившейся. хотя многие изобретения
такого типа находят и, видимо, будут
находить применение в ряде машин.
Ча смену им приходят многоподвижные
механизмы с новыми приводами
и системами управления.
Опорно-
направляющий
(центрирующий)
механизм пусковой
ракетной установки
60-е гг. XX в.)
Выход-юе звено
Опорная
ферма 1
Опорная
ферма 2
О
11
—10
9 8-
Этот кран
("Каяр") один
из представителей
семейства портальных
кранов (выпускаемых
с 20-х гг. XX в.)
на основе одного
видов прямила
П.Л. Чебышева.
Конец гуська
перемещается
по прямой
линии
при изменении
вылета стрелы.
Выходные (опорные) звенья
перемещаются аналогично
губкам четырехстороннего
захватного устройства
Пятизвенный задающий
механизм, воспроизводящий
движения опорных звеньев
Направление движения
под действием силы
тяжести противовеса
Четырехзвенный
замыкающий
^механизм
согласующий
движения опорных
звеньев
*л*Е.М/УКА ЯЗЫКЕ СХЕМ РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ На примера» hi » ом/иллириек и Гм»»х<» А Ф Краи»<»>«*^
да
НАПРА
IIMI (>1’И1 Н1ИРУЮЩИ1 И МАНИПУЛИРУЮЩИЕ МЕХАНИЗМЫ
MWtMAtH
1РИВОДМ1JX
(1л»| Тф< >| *Mfl
I HOC ТИНОДНИЖНЫЙ МП/4НИ1М H'fi'dr /«МхИ
я ' ''Лр'-мянхм/ тремяжнря/ и ислыгегельим/ < <*»</.,</
Поршень
иддс ,и; /• гфа
ГидроциЛИНДрЫ
Г идроцилиндры
Выходное звено
или
Привод 1
Привод 5
Выходное звено
Привод 2
Привод 3
Рычаг
Привод 1
звено
РыЧШ
Одноподвижные
упругие пары
Выходное
звено
По этим трубопроводам
рабочая жидкость
распределяется
и направляется
к гидроцилиндрам
Корректирующий
привод
Дуговыми стрелками показаны возможные места
установки вращательных приводов В данной схеме
только три привода могут быть установлены на основании
Гидроцилиндры, управляемые
с помощью компьютера, поднимают
и опускают, поворачивают платформу
раскачивают ее например, также
как поворачивается и раскачивается
настоящий самолет, корабль
(для подготовки морских пехотинцев;
или испытываемый прибор
в действительных условиях
Удивительно’
Платформе
можно
задать любые
леремеше- ия
Привод
больших
перемещений
ПРи«ОД з
• ОСНОВНОМ
вращения
•“«ОДНОГО шеиа
'•наруг (Я и А( )
СТЮАР1А
(базовый вариант)
опубликована
в 1965 Г
Привод
больших ----
кинематические пары перемещении
р шдаваемые угловые перемещения
тненьев кинематической цепи
АКМС - выходное
звено с центром
вращения С
(трехнодвижной пары)
Т. А движется
по сфере
Привод 2
Минимальное общее
число приводов
здесь должно
быть равно /♦
шести. Три
дополни-
тельных ( '
привода
позволяют расширить
рабочее пространство
повысить КПД устройства.
В 1992 г. В.А. Глазунов,
используя методы
винтового исчисления,
составил наиболее
полную классификацию
схем механизмов
параллельной структуры
с различным числом
степеней свободы Лк ,
и различным
числом соединенных
параллельно
кинематических цепей.
Трехподвижное соединение
преобразующее прямолинейные
движения приводов
во вращательное движение
выходного звена
Центральная
трехподвижная
лара w у
ОТДЕЛЬНЫЕ РАЗНОВИДНОСТИ МЕХАНИЗМОВ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ
(из книги А Ф. Крайнева “Идеология конструирования". М Машиностроение 2003 г )
Шестиподвижный механизм, содержащий 6 вращательных приводов, установленных
на основании. Все кинематические цепи имеют вращательные (цилиндрические и сферические)
пары
Каждая из параллельных кинематических цепей
в шестиподвижном механизме должна обладать шестью
степенями свободы (в данном примере одна степень
свободы “лишняя", но она допускает самоустановку
стержня из условия минимизации потерь на трение).
Трехподвижный манипулятор
высокой точности
ч Микроперемещение
) намного меньше
перемещения *,
привода благодаря
преобразующему
механизму С КО.
Корректирующий
привод
Одна из трех
кинематических
цепей манипулятора
Конструктивное исполнение
манипулятора с упругими
парами ——---------г-
/ \ “Лишняя" степень
Привод 4 V свободы
_ Привод 6
Изменение Т И Zj
расстояния MN
(при повороте звена МК)
равноценно перемещению
звеньев в поступательном
приводе (на схеме вверху).
Выходное
трехподвижный стол
Двухподвижная-----
упругая пара
НП11ЧГЯ IH 1>быИ И1ПСр«><
НИIMHM гшрдлляльной
‘•но обе< лечить пмсокую
ш* тки получи тытыт окую точность перемещпний
<Хн«>П>11«Л*М <»ОГ О КЛНГ М«Х,ШИ IMOB
ни«ыпа*л Д Стюарта. -отн на первое решение
М11иО вида был получен гмкчп л 1955 г В. Гяуфом
I ы 10 пет ДО публикации Стюарта) Многие из ранее
нчмч тны* механизмов с двумя и более степенями
свободы по сути представляют собой параллельное
соединение незамкнутых кинематических цепей
Здесь расположены насос
и гидрораспределитель Они
обеспечивают подачу жидкости
в гидроцилиндры
в соответствии
с командами
компьютера
МАЦ)ИН( )Ы-дг КИ1 НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ I кт примерах из компьютерного банка А Ф Крайнова
н<м*тп
где
л.омритиРУЮШИЕ И МАНИПУЛИРУЮЩИЕ МЕХАНИЗМЫ
НАПРАВЛЯЮЩИЕ, ОРИЕНТИРУЮЩИЕ _______ х__
МЕХАНИЗМЫ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ,
л <ъ КРАЙНЕВЫМ и В А. ГЛАЗУНОВЫМ м конце % х
СИНТЕЗИРОВАННЫЕ А Ф КРАИНС
Шестиподвижный манипулятор
для передачи движения
в герметизированное
пространство
Т рехподвижное
трехприводное
соединение
О
Трехподвижное
двухприводное
соединение
Разделительное
(сильфонное)
уплотнение
Разделительная
(герметичная)
стенка) 7
zo
F
соединение,
эквивалентное
сферическому
шарниру
А. В, С... - кинематические пары
~ движущая сила или вращающий момент приводного соединения
Трехподвижное
одноприводное
соединение
Система относительного
манипулирования в станке
для лазерной обработки
FVUQE - механизм
ориентирования зеркал
для манипулирования
лучем ।
KLOMN - I
пятизвенный плоский
механизм для
перемещения
объектива
Мх^ |
N/ Nz
О — центр масс выходного
звена и перемещаемого груза
то~ масса выходного (с грузом)
Зеркала
йтлучате/н.
пятизвенный
ABRST -
сферический механизм
для манипулирования
столом
[К
/ Приводы
объектива
Три параллельных кинематических цепи
обеспечивают пространственное относительное
манипулирование луча и заготовки
Трехприводной механизм
с поступательным движением
выходного звена (для небольших
Шестиподвижный манипулятор для микроперемещений
на основе многоподвижных упругих соединений
Расположение осей/центров
Конструктивное исполнение
перемещений)
Выходное звено
(рабочий стол)
М
U
Фрагмент конструктивного
исполнения кинематической
цели с упругими парами
Вращающий
момент
привода
Привод
поступа-
тельного
движе-ия
V, и
шестиподвижной кинематической
цепи с упругими парами
Двухподвижная
сферическая
("рюмочка”)
кинематических пар трехприводного
соединения / g
Ь fz
фу
v, Расположение
осей/центров
кинематических
пар двухприводного
соединения
Z
Одноподвижная
вращательная
пара
Благодаря
противовесу
приводы в основном
разгружены
от силы
тяжести
стола.
Выходное звено
(рабочий стол)
Присоединение
трехприводной
кинематической цепи
к выходному звену
(рабочему столу)
Плечо
рычага
Силу F?
воспринимают
только тяги
VH, PR и MN.
Разделительное
(сильфонное)
уплотнение
Моменты
Л гТу ,7 г
воспринимаются
(в ОСНОВНОМ)
парами тяг
КГ (Л
PR. VW
РР MN
соответственно
ДВ//ПОДВИЖНЫе
/прут не сф*»гл* «лскис
.,ирииг/ы (’рюмочки*)
Z
О
еу
‘’y'Pz
Приводной
рычаг можно
поворачивать
вокруг любой
из осей коордтнат
Выходное
звено
Основание
D, Е - точки
присоединения
приводов
I 1'2 > силовые воздействия приводов
А, В, ( одноподвижные упругие пары
О центр сферической пары.
Образованной выходным звеном
и приводной кинематической
цепью
'х
оси координат
центр промежуточной
оси вращения в промежуточных
осей/центров кинематических пар
’«>< производимые линейные перемощения
,|си ’'Мходного «вена (центра < феричог кого шлрнирА
I УГ Л()1ин 111ни
. ’’•ромощения «вяньпп
кинематической цепи
координаты
гуФ/ ''Л/.с/Ру гуФх
сферической пары
—t кинематических парах
Ф< Фу
МА.ОИЖЛЛ/ПНИТ НАЯтМИ C/fM РИСУНКОЦИ •ИРГГЖТи ..
TWW ИГ-Г* - ---*.—*. ---------11 примерах И • компьютерною г, А ф К|ыинр1“
НАПРАВЛЯЮЩИЕ, ОРИЕНТИРУЮЩИЕ и манипулирующие механизмы
ШКАГМЭМЫС ОСКККНВЛЕ ОРМЕНТМЮвАКИЕм ВЫХОДНЫХ ЗВЕНЬЕВ
^ --Г— отлув*в с иишчмым рабочим сатины
0ЦЧГШ1 т~т «**аэобего»м»л содоми или стам)
€ с__ОСГПМОЯО («омам XX • )
Улраадаамаа малраалаюма опора
машине дм norpyaawa саа*
(«МТИП1М по пмту — аап<ур устройств
и npwодна тотжо дда miobim» gre
Направляющие
для боковых
щитов
Рама
ма^’чь,
А. В, С, G - поступательные пары и вершины Принципиально возможные схемы прессов для двух- или трехсторонне о
-мИТЫ
тапыко ностугате/weae
^ары с направляюиуыи
клинового механизма
на его основе
построена схема
опалубки {рис. слева
Боковые щиты
перемещаются
вручную вдоль
направляющих
до получения
заданного
сечения. После
стопорения щитов
и размещения
арматуры
образованное
внутреннее
пространство
заполняют бетоном.
(ребра) формуемых прямоугольных тел;
X, Y, Z - оси координат
Форма внутренней полости
зависит от сопротивления
прессуемого материала
вдоль осей.
функцию направляющей.
При перемещении звеньев
форма внутренней полости
не изменяется.
с двумя
уголковыми
элементами
Г идроиили»->др
для сообщения
относите" ан» л
движений
двух*ором»слов=.м
механизмам
Щитовая опалубка
для стеновых панелей
Зубчатая тара
обеспечивает
взаимозависимость
движений
двухКО0ОМЫ словЫХ
механизмов
Параллелограммный
поступательно
направляющий механизм
Боковые щиты могут
перемещаться, оставаясь
параллельными друг другу.
Это обеспечивается
благодаря соединению
щитов с помощью
параллелограммного
механизма.
сжатия прямоугольных тел (из рыхлого материала) при минимальном
числе гидроцилиндров (из книги А.Ф. Крайнева ‘Механика машин" 2001 г.)
Гидроцилиндр осуществляет
Силовое (упругое) замыкание
В конечном положении
щитов внутреннее ----
пространство может
превратиться в точку.
С помощью этих
гидроцилиндров
можно изменять
соотношение сторон
прямоугольного сечения
полости.
Силовое (упругое)
замыкание
Неподвижный
щит
Щиты,
поступательно
подвижные
в плоскости
Рабочая камера
(замкнутая
полость)
Гидроцилиндр 2
Гидроцилиндр 3
<С'
поступательно перемещаемые
в пространстве
Прямолинейно
перемещаемый
щит
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А Ф Крайнев
43
----—' - " ~;Т_ЦНЬ|Е и СУММИРУЮЩИЕ
ВИНТОВЫЕ ПЕРЕДАТОЧНЫЕ
МЕХАНИЗМЫ
Винтовые механизмы в привода
Канат
Подпятник
Стабилизатор
Кронштейн
Винт
Гайка
Гайка
Винт
Дат*«Н1
'РИМвр.|Х и,
Неподвижный
опорный столб
Станина
с гладким
отверстием
для винта \
Бадья
с грузом
Ползунно-
кулисный
механизм
соединяет
гайку со
стрелой
Деревянный винт,
приводимый во вращение
Рукоятка
ДЛЯ нращинин
Типо-
графский
винтовой
пресс
(из книги
Витторио
Цонка
1607 г.)
Винтовой механизм в системе
управления стабилизатором
самолета Як-40 (2-я половина XX в.)
Гайку и винт (или их подшипники)
соединяют с относительно
перемещаемыми звеньями с помощью
двухподвижного сферического
шарнира (карданного соединения).
Винтовая пара благодаря этому не
перекашивается даже при угловых
перемещениях звеньев в пространстве
Гайка
с винтовой
нарезкой
/ в отверстии
и двумя
рукоятками
Тяга
(к датчику
обратной
связи)
Привод^*—<
(мотор,
редуктор)
Выключавши
Канаты для
подвешивания и
подъема грузов
Карданно*
соединение
корпуса
привода с
основанием
(килем)
Винтовой
нажимной механизм
Рычаг для
поворота
платформы ’
(по аналогии с
ьегряными мельницами;
МАШИНАД1НИ1 НА ЯЗЫК, GX, МL РИСУНКОВ И Ч|(1((Л(
ПЕРВЫЕ ВИНТОВЫЕ ПЕРЕДАЧИ
Устройство для перемещения (подъема)
грузов по описанию из книги Паппа
Александрийского (конец III в ),
в которой он ссылается на книгу Герона
Александрийского “Механика" (I в.)
Направляющая
Ползун имеет выступ(зуб),
зацепляющийся с винтом.
Варианты поворотного грузоподъемного
крана с винтовым механизмом для
изменения наклона стрелы [по гравюрам
Жака Бессона (преемника Леонардо да Винчи
на посту “королевского инженера
и математика"), опубликованным через 9 лет
после его смерти Бероальдом (Лион, 1578 г.)]
Всего было 60 изобретенных или
усовершенствованных Ж. Бессоном
приборов и машин, в т.ч. первый в истории
токарно-винторезный станок с суппортом,
перемещаемым винтовым
механизмом.
Гайка имеет
л вращательное
соединение i I
> со стрелой. Д
Сила
натяжения
каната
Винтовой домкрат по гравюре 1430 г
(из книги М. Бертело “К истории
механического искусства и
артиллерии в конце средних веков".
Париж, __ Гайка-доска
1881 г.)
Винт
Эта схема приводного вращательного
соединения положена в основу многих
современных механизмов.
При вращении винта гайка
"аднимается или опускается вдоль
на к?лиХТЙСТВУеТ Через ролики
в tv ип У (СТРеЛУ) И наклоняет ее
или ппИ ИИУЮ СТ°Р0Ну' п°Днимая
ГРУЗ СхУеСмаай ПОД»«^нный
груз. Схема нагружения здесь
устойчи«гНаЛЬНа ИЭ*3в ”РО<5лемь.
ХнХ™ Г * —
:..
С1РВЛЫ И подвешенных тру
винта
Ролики V*
Приводной винт
ы - Стрела
Карданное соединение гайки
с кронштейном
(стабилизатора)
’ у Приводной вал
/Т Невращающиеся винты -
штоки насоса
Здесь использован зубчатый (цевочный)
реверс с неполными смещенными на
180° венцами (показан только один венет.
U cj н мА Ствол
орудия
Устройство для изменения наклона
стрелы грузоподъемного крана Жака
Бесона на основе ползунно-
кулисного механизма
Ось углового
перемещения
стрелы
двухцилиндрового насоса (из книги
Агостино Рамелли “Различные и
искусные машины ". Париж, 1588 г )
Два винтовых механизма присоедини
параллельно к приводному валу
с помощью цевочных передач. Один в
имеет правую резьбу, а второй винт
левую, поэтому при вращении гаек
в одном направлении они перемещают
в противоположные стороны.
Реверсированием приводного вала
получают их возвратно-поступательное
движение. _ „
Гайка конструктивно
5 совмещена с цевочным колесом
j / <----------Шестерня
JiUMiiniHHiHuuiiHiiii
ВИНТОВЫЕ ПЕРЕДАТОЧНЫЕ И СУММИРУЮЩИЕ МЕХАНИЗМЫ
Маховик
ПРИМЕРЫ винтовых
ПЕРЕДАЧ конца XIX в.
Общий
шарнир
рычагов
для ручного
привода
Здесь использована
такая же схема,
что и в подмоет?
Леонардо да Винчи
Замыкающая
сила,-
действующая
на станину
Ролик при
повороте
рычагов давит
на плунжер
с силой,-
многократно
преобразо-
ванной
в механизме.
Винт имеет правую
и левую резьбы.
При его вращении
сопряженные с ним
гайки сближаются
или удаляются одна
от другой.
Пробивной пресс
У и измерительный
инструмент
| (из книги
О. К. Стародубцева
“Атлас чертежей
к технологии
металлов".
С.-Петербург,
1902 г.)
Измерительный
винт
Винт нагружен осевыми
растягивающими силами,
поэтому проблемы его
устойчивости не существует
даже при сравнительно
большой длине.
Гайка шарнирно
присоединена
к рычагу.
ВИНТОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ
2-й половины XX в.
В
Ручка для вращения
измерительного винта
Шкала
расстояния
между
концами
винтов
Установочный
(упорный)винт
Гайки
размещены
в теле корпуса
(скобы).
СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ САМОЛЕТОВ
Винтовой механизм в системе управления
стабилизатором самолета Як-40
Принципиально данный механизм изменения
наклона стабилизатора аналогичен одной
Одна из основных задач, решаемых при конструировании винтовых
механизмов, - обеспечение нагружения винта и винтовой пары строго вдоль
оси (без боковых сил и моментов). Это особенно важно для обеспечения
устойчивости длинного винта при его осевом сжатиии. Даная задача решается
сравнительно просто при размещении и относительном центрировании
гайки и винта в едином корпусе и при отсутствии консольной нагрузки
на выдвигаемый конец винта. В иных случаях гайку и винт (или их подшипники)
соединяют с относительно перемещаемыми звеньями с помощью
двухподвижного сферического шарнира (карданного соединения).
Винтовая пара, размещенная между такими соединениями, не перекашивается
даже при угловых перемещениях звеньев в пространстве.
Винтовой механизм в системе изменения загрузки в ветвях проводки
управления самолета Ил-86
Гайка установлена
на подшипниках в корпусе.
Корпус
проушина
карданного
соединения
винта
Винт центрируется относительно элементов гайки.
Тяга
(к датчику
обратной связи)
Шлиц-шарнир применяют вместо поступательной
пары (скользящей шпонки, шлицевого соединения
или параллельной направляющей). Он удерживает
от вращения винт при его движении. Вращательные
пары шлиц-шарнира характеризуются малыми
потерями энергии, но при значительном моменте
сил трения в винтовой паре они перекашиваются.
из схем Жака Бессона.
Стабилизатор
Кронштейн
Проушина
карданного
соединения
гайки
Привод
(мотор-
Карданное
соединение
корпуса
привода с
основанием
(килем)
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах
из
компьютерного банка А.Ф Крайнева Д >>
ВИНТОВЫЕ ПЕРЕДАТОЧНЫЕ И СУММИРУЮЩИЕ МЕХАНИЗМЫ
—---------------------- ————— - —
ДВУХПРИВОДНЫЕ (СУММИРУЮЩИЕ) ВИНТОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Винтовой механизм в системе управления
стабилизатором самолета Ил-76
Конструирование представленных винтовых
механизмов подчинено принципу резервирования
деталей, соединений и приводов.
Шлиц-шарнир
исключает
Два привода (в каждом из двух параллельно
Подкос
Винт
Тормоз
Упор
Уплотнение
Редуктор
Упор
Электродвигатель
Корпус
Упоры
Направляющие
Радиальный
подшипник 1
Рабочая
гайка 2
Рабочая
гайка 1
Стакан
(средняя
гайка)
Карданное
соединение
Рукоятка
ручного
привода
Радиальный
подшипник 2
Ролики каретки
допускают
только поступательное
движение винта.
Винт не вращается
на всех режимах.
Стяжной
стержень создает
предварительное
продольное _
сжатие винта,
что разгружает
его от внешних
(растягивающих)
сил и способствует ~
благоприятному
распределению
нагрузки между
витками при осевом
деформировании
взаимодействующих
деталей винтовой пары
Проушина
карданного
соединения
винта
Винт выполнен
полым. Внутри
него имеется
стяжной стержень
и расположен
нагреватель.
Карданное
соединение имеет
сферические
подшипники
скольжения.
вращение
винта.
Упорные
подшипники
Основание
(киль)
Стабилизатор может
наклоняться с помощью
винтового механизма
на угол +2 ...-8°.
Винтовой механизм
в системе управления
стабилизатором
]Н самолета Ил-86
установленных подъемников) могут работать
как совместно, так и индивидуально. Это нужно для
получения двух режимов движения и для обеспечения
резервирования. При неработающем одном
из приводов движение с меньшей (в 2 раза) скоростью
будет передаваться от другого привода.
Предусмотрены также рукоятки ручного привода.
Для отключения привода в предельном положении
предусмотрены конечные выключатели.
Их дублируют механические упоры.
В рабочем положении исключается самопроизвольное
движение благодаря самоторможению в винтовой
паре и дублирующих тормозных устройств.
В крайних положениях шарниры рычага и подкоса
располагаются на одной прямой и силовое замыкание
происходит только через эти звенья. Винтовой
механизм при этом разгружен от внешних сил.
В самой конструкции винтовой пары предусмотрены
дублирующие гайки. При недопустимом износе
бронзовых (рабочих) гаек движение будет
передаваться через среднюю стальную гайку.
Опора на
основании
(киле)
С этим зубчатым
колесом зацепляется
шестерня редуктора,
передающего движение
от электро-
гидравлического /
привода. /
совместной
работе
приводов
гайки
вращаются
в разные
стороны. (
При одном'
включенном
приводе
вращается
только
одна х
гайка. LL
Ь Рычаг
/ передает
I движение
стабилизатору
/ через
I подкос.
Унифицированные J1,
приводы гайки (вверху)
и винта (внизу)
\ Механизмы
\ конечных
выключателей
46
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА
ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ
И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева
ВИНТОВЫЕ ПЕРЕДАТОЧНЫЕ
И СУММИРУЮЩИЕ МЕХАНИЗМЫ
СМАЗЫВАНИЕ вин
Винтовии механизм (вертикального перемещения)
и сверлильном станке Р. Робертсона
Нажимной винтовой механизм с принудительным
смазыванием (из книги ЛА Королева “Прокатные
станы" 1958 г.)
(созданном в период
между 1821 г. и 1836 г.)
Цепные
передачи
Ременная передача привода
Консоль
!b- " ' ! bi Л II iliil
шиш 11
Смазывание 1
пластичным
материалом \
Реечная
передача
Опорная
направля-
ющая
стойка к
Гайка, Г
вращаемая
вручную,
с фиксацией
положения
благодаря
самоторможению
Винт кроме обеспечения
вертикального перемещения
совмещает в себе функции
несущей колонны и оси
поворота консоли.
Line
Гидростатическая винтовая передача (из доклада
Н Mizumoto, S. Okazaki, Т. Matsubara and М. Usuki
Ал Active Restruction System for Hydrostatik Lead Screw
ТРАП 430k 10
Винт
Гайка
Гайка
3...4
Подача
масла под
давлением
Наряду с прямоугольным
и трапециевидным профилем
для нажимных и подъемных
механизмов применяют --------
несимметричный профиль резьбы.
Р сферы пяты R сферы винта
1150 1155
Гидростатическая передача
12 отв.
06 сверлить
во впадинах
резьбы
28
п Винт
30
на международной конференции по теории машин
и механизмов в Севилье в 1987 г.)
Управляющие
Корпус гайки Изменяемые зазоры (сечения каналы
Резьбовая Дросселей) в рабочих Резьбовая
втулка 1 каналах “Плавающее” кольцо втулка 2
винт-гайка (принципиальная схема) F-,
Неподвижная
гайка* _ _-----------В---------------0-------
Канавка
Вращающийся
винт*
Подача масла
под давлением
на поверхности
витка(вдоль
винтовой линии)
для образования
распределительных
карманов.
При данном направлении
нагружающих сил и F,
давление масла с левой
стороны витка (винта)
возрастает, а с правой -
уменьшается.
В зависимости от соотношения давлений р} и />,
при нагружении передачи “плавающее" кольцо
изменяет сечения дросселей в рабочих каналах,
и тем самым получаются требуемые давления
масла с противоположных сторон витков винта.
Данное решение позволяет задавать
определенную жесткость винтовой пары и
и беззазорность(при реверсировании нагрузки)
* Систему подвода масла проще осуществить
в неподвижной детали
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫК1 СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из компьютерного банка А. Ф Крайнева 47
ВИНТОВЫЕ ПЕРЕДАТОЧНЫЕ И СУММИРУЮЩИЕ МЕХАНИЗМЫ
ВИНТОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ С ТЕЛАМИ КАЧЕНИЯ
Шариковая винтовая передав
(из книги П К. Худякова
и А. И. Сидорова “Атласъ
конструктивными чертежей
деталей машинъ" 1902 г.)
Поперечное
сечен
Ролики
подшипника
и е
Корпус
о
Ролики
’ гайки
Несущее
кольцо
(водило)
гайки
Роликовая пинтовая
передача для
“подъемных кресел" (лифта)
И П Кулибина, 1795 г
льное сечение
Канал Везеру
шариков
Г I
Винт
< .''If
Винт
Силы, действующие на шарики
со стороны винта и гайки
Между витками
нарезки винта
и гайки предусмотрен
боковой зазор
для размещения
в нем шариков.
Угол
давления
в местах
контакта
шарика
близок
к нулю,
а значит,
КПД передачи
довольно высок.
В продольном
сечении "i.
угол давления
равен нулю,
а в попереч-
ном он равен
углу подъема
винтовой
линии.
Ролики
гайки
Несущее
кольцо
Роликовый
подшипник
Гайка выполнена
в виде кольца с роликами
(установленными
на консольных осях
в кольце), через которые
она взаимодействует
с витками винта.
Гайка установлена
в корпусе на роликовом
подшипнике.
Вплоть до наших дней
многократно появлялись
предложения, основанные
на таком же принципе.
Одно из таких решений
роликового винтового
механизма представлено
на след. стр.
Гайка
Винт
П р о д
Гайка Канал возврата шариков (в начало рабочей зоны)
oj ЙотЛс,)
Современные шариковые винтовые
и обычно имеют винтовые
канавки полукруглого профиля (дорожки
качения для шариков). Шарик примерно
наполовину заглублен в канавку винта
и частично утоплен в канавку гайки.
Угол давления в местах контакта
довольно велик, поэтому —
КПД передачи несколько ниже,
чем в схемах с малым углом
давления (см рис. выше).
Тем не менее таким передачам
отдают предпочтение блат одаря
более высокой несущей способности
(при одинаковых размерах)
и технологичности конструкции
Принципиальная схема
(из книги В.А. Добровольского
и др. “Детали машин" 1962 г.)
Канал
возврата
шариков
Винт
Угол давления
-45'
Схемы взаимодействия шарика
с гайкой и винтом
в поперечном
(по отношению
к винтовой линии)
сечении
Двухточечный
контакт шарика
Г айка
Четырехточечмый
контакт шарика
Соотношение сил
в нагруженной
беззазорной перед**'*
48
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах
ИЗ КОМПЫСИирнсмо fMHKH А Ф КриИНВВЦ
ВИНТОВЫЕ ПЕРЕДАТОЧНЫЕ И СУММИРУЮЩИЕ МЕХАНИЗМЫ
ЛтЬЪлА
&UWVVb(
(лнЗъ ои^оиил,
ВИНТОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ
С РЕГУЛИРУЕМЫМ
(БОКОВЫМ) ЗАЗОРОМ
В ВИНТОВОЙ ПАРЕ
ИЛ1ДП1
W РАН
Винтовая передача (из книги
П.К. Худякова и А. И. Сидорова
“Атласъ конструктивныхь
чертежей деталей машинъ" 1902 г.).
1*1 «АЛЛ-СМЛО
Стягивающий и направляющий болт
Вал
Упругая винтовая
направляющая
для шариков
Регулировочный
фланец
Шестерня с четырьмя
винтовыми зубьями
или четырехзаходный
винт (червяк)
Рейка с косыми
зубьями
Винт может быть, например, даже
однозаходным, а рейка может иметь
прямые зубья.
Приводные
ролики имеют
перекрещива-
ющиеся оси.
Гладкий
^линдр
За*ат между
Уликами.
Канал возврата
Винтовая прорезь
А Ф Крайнева 49
Шариковая фрикционная передача (в частности,
для стеклоподъемного механизма
автомобиля) [—корпус гайки
цсртЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка
Машиноведение на языке схем, рисунков и
Гайка выполнена
из двух частей,
стянутых болтами. Между
частями гайки установлена
многослойная прокладка.
Изменяя толщину прокладки,
можно регулировать величину
осевого зазора в винтовой паре
(осевой “игры" или “люфта"
при реверсировании). В данном
примере можно компенсировать
износ,извлекая (при ремонте)
отдельные листы прокладки.
Циклические отклонения размеров
и формы резьбы предусмотрено
компенсировать за счет пластического
деформирования прокладки. Однако
полного устранения зазоров (по всей
длине винта) можно достичь только
при использовании упругой прокладки.
РЕЕЧНЫЙ (ЗУБЧАТЫЙ, ВИНТОВОЙ) МЕХАНИЗМ применяемый
в системе рулевого управления современных автомобилей
ВИНТОВЫЕ ФРИКЦИОННЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Движущая сила ролика в точке контакта направлена
наклонно к образующей цилиндра, поэтому цилиндр
втягивается роликами и ему сообщается (за счет трения)
винтовое движение.
Используя данный
принцип, братья
М. и Р. Маннесманы
в 1885 г. предложили
способ винтовой
прокатки труб.
В современных передачах, предназначенных для получения
точных перемещений, стремятся полностью устранить зазоры.
Принципы остаются
теми же,что и в решении
представленном выше,
но вместо прокладки
устанавливают пружину.
Т2
На схеме слева зазоры
устраняют относительным
поворотом частей гайки
(в процессе сборки на оправке). Здесь использованы соединения,
у которых числа зубьев z( и z2 отличаются на единицу, поэтому
перестановка в одну сторону в каждом из них на один зуб приводит
к относительному повороту равному разности шагов Dt = - 1, (пример из книги
Д.Н. Решетова и др. “Детали и механизмы металлорежущих станков" 1972 г.)
Силы прижатия
шариков к валу
можно увеличить,
растягивая упругую
направляющую
(гайки), например,
с помощью
винтовой пары.
0....| ВИНТОВЫЕ ПЕРГ ДАТОЧНЫЕ И СУММИРУЮЩИЕ МЕХАНИЗМЫ
«'AN I
НЕСООСНЫЕ. ПЛАНЕ ТЛРНЫ1 МНОГОСАТЕЛЛИТНЫГ ВИНТОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ. ФРИКЦИОННЫ. ИЛИ С ЗАЦЕПЛЯЮЩИМИ^
3Bt НЬЧМИ (принципиальные схемы) Простейшая винтовая (планетарная) фрикционная передача
I айка выполнена
п виде роликов
С ОСЯМИ,
размещенными
в водиле.
Роликовый ВИНТОВОЙ
механизм
Функция роликов га же, что
и в передаче
И П Кулибина
(стр. 48)
Сателлит (однозаходный винт)
Подшипник сателлита
Т
Ось сателлита
Водило
Подпятник сателлита
Центральный
двухзаходный
винт
Регулировочный
винт (для осевого
положения сателлита)
Оси
роликов
могут быть
неподвижными
или совершать
поступательно-круговое
движение (вместе с водилом).
'|И< <И . • .нгнпик,!. : ;>1 _
максимально возможным
из условия соседств
Углы подъема винтоВм,
линий одинаковы
у сателлитов и винта
Винтовая планетарная передача (зацеплением) на основе
зубчатого механизма с тремя центральми колесами
(одна из пар выполена винтовой)
Выбрана симметричная схема размещения
и нагружения звеньв. а функции водила
перераспределены между другими звеньями).
Волновая винтовая передача для осуществления привода
в герметичном пространстве.
Несоосные винтовые передачи с подвижными
осями винтов называют планетарными.
По аналогии с зубчатыми механизмами можно
получать многосателлитные винтовые
механизмы и составлять всевозможные их
схемы. Если сателлит винтовой пары не
передает вращающий момент третьему звену,
то такая передача относится к фрикционным.
Исключение составляет передача
с сателлитами,имеющими кольцевые выступы,
взаимодействующие с винтовой резьбой по
аналогии с реечно-винтовой передачей (см.
пред. стр.). Многосателлитные винтовые
механизны обладают широкими
функциональными возможностями, они могут
иметь высокую несущую способность
и жесткость (благодаря многопоточности
передачи энергии). Их можно легко сделать
беззазорными (например,смещая сателлиты
в осевом направлении один относительно
другого). По технологичности они уступают
традиционным винтовым передачам.
При проектировании многосателлитных
винтовых механизмов соблюдают условия
сборки по аналогии с зубчатыми механизмами,
а контактирующие поверхности также выбирают
взаимоогибаемыми. Для фрикционных
винтовых пар обычно достаточно равенства
углов подъема винтовых линий.
Гибкая Гибкий подшипник
оболочка
Кулачок
Гайка
Г ибкая
оболочка
Герметичная стенка,
разделяющая две среды
Гибким фланец
Ведомый
ползун
(гайка)
Ведущий
аолнообразова т ель
(кулачок с гибким
подшипником)
В волновой винтовой передаче благодаря
- малым (в основном радиальным’
перемещениям звеньев достигается
высокий КПД. При равенстве числа
заходов винтовых звеньев пот\ча"
волновую фрикционную передачу
для очень медленно! о поступательноо?
движения При кольцевой каре ’к’4
на одном звене и дау \.«аходнон нннтет'й
резьбе на друг ом получают передз*б
зацеплением
50
МАШИНОВСДЕНИ! НА ЯЗЫК f < XI М РИСУНКОВ И Ч1Р1ГЖ1И На примерах из компьюгернОг о банка АФ Крайнее.»
ЗУБЧАТЫЕ ЗАЦЕПЛЕНИЯ И ПЕРЕДАЧИ
ТЫЕ ЗАЦЕПЛЕНИЯ
Перициклоида
Эпициклоида
Эвольвента
Циклоидальное ------
зацепление предложено
(математически обосновано
и осуществлено)
Ф. Лагиром в 1674 г. Г"
Его повсеместно V
применяли до конца
XIX в.
Циклоидальное
цевочное
зацепление
использовалось
до недавнего
времени
в механизмах
поворота
грузоподъемных
кранов
и экскаваторов.
Здесь на рисунках из книги R. Willis.
Principles of mechanism. London,
1842 демонстрируются
известные в то время д'Х
зубчатые зацепления. /
Циклоидальные профили зубьев
Эквидистанта
к перициклоиде
На этой модели гиперболоидной передачи
Демонстрируется возможность получения
Различных передач с перекрещивающимися
осями зубчатых колес (винтовой зубчатой
оередачи, червячной, гипоидной и других
передам > ~
Линия
зацепления
Нарезание зубьев методом
обкатки - воспроизведения
реального зацепления между
инструментом
и заготовкой
Гипоциклоида \-/
Модель косозубого
колеса в виде —
набора тонких
зубчатых дисков. г—
В реальной передаче
зубья имеют винтовые
рабочие поверхности
клиновидных до циклоидальных профилей зубьев
_____ (из книги Phillippe de Lahire. Memoire sur
les Epicycloides
Pans, 1694)
Эвольвентное зацепление предложено Леонардом
Эйлером в 1756 г. Эйлер акцентировал внимание
на неизменности передаточного отношения при
изменении межосевого расстояния. Передача
оказалась менее чувствительной к погрешностям
изготовления и деформациям валов, но уступала
передаче с циклоидальными зубьями по КПД и
несущей способности, и поэтому ее не применяли
до конца XIX в. Только благодаря изобретению
зуборезного инструмента с прямобочным профилем
(долбяка в виде рейки, червячной фрезы, а затем
и прямобочного шлифовального круга)
стало возможным преобладающее
применение эвольвентных зубчатых
передач в XX в. и в настоящее время.
ПОВЫШЕНИЕ
КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ
в XX в достигалось за счет следуют»*'
- выбора смещений исходного
контура (многие конструкторы еще
помнят знаменитые таблицы
Бакингема);
- модификаций исходного контура
обеспечивающих плавность
пересопряжений зубьев и плавность
сопряжений поверхностей зубьев
при их обработке;
- упрочнения поверхностей зубьев
с последующей чистовой обработкой
- многопоточности передачи энергии
(благодаря применению планетарных
передач).
Зубчатая передача Новикова
изобретена в 1954 г. Она представляет
собой косозубую передачу с выпуклыми
профилями зубьев на одном колесе и
вогнутыми профилями зубьев на другом
колесе. Благодаря этому получаюн я
малые контактные напряжения При
этом торцовое перекрытие равно нулю,
а зубья перекатываю гея друг но другу
в осевом направлении,и плавность
пересопряжения зубьев дог. гиг пл. •
за счет осевого перекрытия Несмотря
на последующие усонершенгшов .ню ।
передача Новикова не получили
распространения в силу
технологических причин для
шлифования зубьев требуется
специальный инструмент Кроме ।
она чувствительна к. отклонениям
межосеного расстояния и об/т тдаег
повышенной ниб()О.1к г иггь . тт.ю
из-за периодичгт гЫП ,< ; ’«• г.ю
точки контакт г ндг, •
По КПД и несущей < и
При использовании е ы .П.г-
колес (И ИСШЛИфОн I I.г
Превосходит О',ы гоуи,
передачу
ф 51
ЗУБЧАТЫЕ ЗАЦЕПЛЕНИЯ И ПЕРЕДАЧИ
ВИНТОВЫЕ ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ (в которых оси колес расположены под углом, но не пересекаются между собой)
Червячная передача Леонардо да Винчи
отличается от своего прототипа (известного еще
при Архимеде) формой червяка и является
прообразом современной глобоидной передачи
Деревянный винт,
приводимый во вращение
Барабан
лебедки
Колесо
с радиальными
выступами-зубьями
Витки червяка соприкасаются
с зубьями колеса по большой поверхности. В модифицированном червяке вдоль
витка предусмотрены клиновые срезы и притупления кромок для локализации
пятна контакта и создания условий для гидродинамической смазки.
Червячная передача между валами
с перекрещивающимися в пространстве
осями (III в. до н.э.)
Зубчатое колесо с торцевыми
выступами
Принципиальная схема
глобоидной передачи 1953 г.
Червяк
Глобоидная передача
по сравнению с обычной
червячной передачей имеет
более высокую несущую
способность и более высокий
КПД из-за благоприятных
условий смазки.
При передаточном
отношении от 10 до 63 она
имеет КПД = 0,9...0,6.
Червячные редукторы
Червячная передача характеризуется большими
углами давления и значительным скольжением
зацепляющихся винтовых зубьев, поэтому
ее КПД сравнительно низок. Благодаря малым
размерам и массе червячные редукторы
применяли довольно широко.
Из наиболее распространенных в наши дни
машин с червячными редукторами в первую
очередь можно назвать лифты и эскалаторы.
Почти во всех случаях стараются избегать
самоторможения в редукторах (когда-то
в грузоподъемных машинах его наличие было
обязательным условием обеспечения
безопасности),так как оно может быть
гарантировано только при очень низком
рабочем КПД. Глобоидную передачу
практически не применяют из-за ее более
сложной конструкции. Технологии
изготовления обычных исполнений в мире
настолько отработаны,что перестраивать
производство не считается целесообразным.
Ребристая
поверхность
корпуса нужна
для улучшения
тепло-,
отвода
Современный червячный
редуктор
фирмы SITI
Входной вал
Выходной
полый вал
Простейшее компактное исполнение
червячного редуктора (90-е гг. XX в.)
Стальной шлифованный червяк
В разобранном виде
Червячное колесо
из антифрикционного
материала
Стальное червячное колесо
с азотированными зубьями
Современный
червячный редуктор
поворотного стола
фирмы NIKKEN
Эксцентриковая
опорная втулка \
с подшипниками ,
червяка.
Поворачивая
ее в корпусе
редуктора,
можно
регулировать
(устранять)
боковой зазор
в зацеплении.
Твердосплавный
шлифованный червяк
52 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева
ЗУБЧАТЫЕ ЗАЦЕПЛЕНИЯ И ПЕРЕДАЧИ
И/ИАШ
к*' ГАН
ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ И ПЕРЕСЕКАЮЩИМИСЯ
ОСЯМИ КОЛЕС
Примеры первых
конструктивных
решений
(III в до н.э.)
Цевочно-зубчатая передача
Цевочная шестерня,
l приводимая
} во вращение
Направления —
вращения валов
Обод -
большое колесо
со вставными —
зубьями
Соединение
граненого вала
> с колесом -
прообраз
современного
профильного
содинения
Шипы валов
для установки
в подшипниках
Колесо в виде диска
с торцовыми
выступами-зубьями
Клиновое соединение
зуба в ободе колеса
с
Цевочно-зубчатая передача
пересекающимися осями -
прототип конического
зубчатого редуктора
Цевочная шестерня
Редуктор - понижающая передана, которая
преобразует малый вращающий момент
(двигателя) в большой момент выходного
звена при соответствующем понижении
угловой скорости.
Наиболее распространены цилиндоические
многоступенчатые зубчатые передачи
(с параллельными осями колес). Они
имеют наивысший КПД. и высокую
несущую способность. Малыми размерами
и массой характеризуются многопоточные
(многосателлитные) планетарные передачи.
В трансмиссии машины выгодно располагать
редуктор в конце кинематической цепи.
В этом случае все промежуточные детали,
соединения и механизмы (муфта сцепления,
коробка передач, карданные передачи,
дифференциал) рассчитывают на восприятие
меньших нагрузок.
Для передачи движения между валами
с пересекающимися осями применяют
конические зубчатые передачи, а между
валами со скрещивающимися осями -
гипоидные передачи. Они уступают
цилиндрическим передачам по несущей
способности, КПД и технологичности
конструкции.
Конические зубчатые передачи и соосный цилиндрический редуктор
полноприводном автомобиле (повышенной проходимости) Tatra 813
Конический зубчатый редуктор
в разветвляющем узле допускает поперечное
качание “полуосей" при зависимой подвеске.
Данное решение использовали еще в 30-е гг. XX в.
(встроенный в колесо) в грузовом
(70-е гг. XX в.)
Конечный редуктор на рисунке внизу выполнен соосным
с многопоточной передачей энергии через промежуточные
колеса. По сути это частный вариант планетарного
многосателитного механизма (с невращающимся водилом).
Он немного уступает по своим качественным показателям
варианту с ведомым водилом.
Пневматическая
шина колеса
Соединения
с центральными
колесами-----з
дифференциала
Шланг для подачи
воздуха
Правая “полуось
А
I
о
< >
РИСУНКОВ И 41 РП.ЖЕЙ. 11,1
Колодочный
барабанный
тормоз
Невращающееся
водило служит
консольной опорой для
колоса и воспринимает
реактивный момент.
чехол
Конический
подшипник
опоры
т колеса
Канал для
подкачивания
воздуха
в шину при
движении
машины
Центральное
колесо
с внешними
зубьями
Подвижное
соединение
каналов
Конический
подшипник
опоры
колеса
Промежуточное
колесо
(эквивалент
сателлиту)
*^'авлякл
л‘-'»ую “полуось-
Центральное
колесо
с внутренними
зубьями
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ,
нриморах из компьютерного банка А Ф. Крайнева 53
ЗУБЧАТЫЕ ЗАЦЕПЛЕНИЯ И ПЕРЕДАЧИ
ПЛАНЕТАРНЫЕ ПЕРЕДАЧИ
Впервые планетарную передачу предложил Джеймс Уатт.
Это была рычажно-зубчатая повышающая передача с приводным
водилом (кривошипом) и сателлитом, неподвижно соединенным
с шатуном и ведомым центральным колесом. Ее передаточное
отношение равнялось 1/2.
Соосный планетарный редуктор изобретен в 1791 г. монахом
Давидом. Редуктор исключительно прост: всего две пары
зубчатых колес и ведущее водило позволяет теоретически
получать сколь угодно большое передаточное отношение.
Если сам Джеймс Уатт еще в 80-е гг. XVIII в. восторгался
возможностью повысить (с помощью своей передачи) скорость
вращения выходного вала (в то время такая проблема была
из-за тихоходности паровой машины), то редуктором Давида
многие начинающие конструкторы восторгаются до сих пор,
а напрасно. Редуктор Давида характеризуется исключительно
низким КПД и применяли только его отдельные модификации,
в том числе в составе более сложных схем. Разновидностью
Ведомое Неподвижное
зубчатое зубчатое
колесо колесо
При числах зубьев зацепляющихся колес 99 и 100,
100 и 101 можно получить передаточное
отношение 10000, но КПД не достигнет и 1%.
редуктора Давида можно считать передачу завода Пекрун,
которая отличается только тем, что зубчатые зацепления в ней
внутренние.
Планетарная передача Джеймса (название по книге
Н.Ф. Руденко “Планетарные передачи” 1947 г.)
с несколькими сателлитами характеризуется малыми
габаритными размерами благодаря многопоточной
(параллельной) передаче энергии. КПД редуктора при
вращающемся водиле выше из-за передачи части нагрузки
в переносном движении по сравнению с редуктором,
имеющим неподвижные оси колес.
Сателлит
может \
свободно
вращаться/
на оси.
Центральное
колесо
с внешними
зубьями
обычно соединено
с приводным валом.
Передача Джеймса
применяется
наиболее широко.
Центральное колесо
с внутренними зубьями
обычно неподвижно.
Редуктор Гемпажа в 1897 г. экспонировался
на Всемирной выставке в Париже.
Предположительные параметры: мощность привода
до 40 л. с., передаточное отношение 40... 100,
КПД 0,75...0,8.
По данной схеме в последующем
стали выполнять передачи
с цилиндрическими
колесами (3k
по классификации
В.Н. Кудрявцева).
b
Водило обычно
соединено
с ведомым валом.
Главная проблема
в планетарных
многосателлитных
передачах - это обеспечение
равномерного распределения
нагрузки между сателлитами.
Ниже приведены отдельные примеры
решения данной проблемы.
а
Водило
/, // — входной
и выходной валы;
a, d, е — центральные
колеса;
Ь, С — зубчатые венцы
сателлитов
Мощность привода до 100000 л.с. ,
' передаточное отношение до 8.
В редукторе фирмы Штокихт
[Stoeckicht] (с шевронными
зубьями) использована “плавающая
подвеска центральных
колес с помощью
зубчатых муфт.
Сателлит-
Ось
сател-
лита
В редукторе фирмы
Ренк [Renk] (здесь
представлены
только основные
его детали) обод
центрального
колеса -_____
с внутренними
зубьями
выполнен
достаточно
податливым
и установлен
в корпусе
на пружинных
многослойных
гильзах.
Сателлит
Водило
Центральное
колесо
с внешними зубьями
_ (g) ^4 '-'4 ъ*"*
54 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ и
_!._________---------------изКОМ|1ью,ерн„го дКрайнею
ЗУБЧАТЫЕ ЗАЦЕПЛЕНИЯ И ПЕРЕДАЧИ
FY и .маш II
РАЯ II
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ [РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ, СУММИРУЮЩИЕ] ЗУБЧАТЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Дифференциальный зубчатый механизм
(дифференциал) предложил американский
инженер Робертс в 1834 г. В отличие
от известных в то время планетарных передач
у него все звенья были выполнены
вращающимися. Используемое при этом
свойство распределять вращающие моменты
в заданном соотношении было присуще
и первым передачам. Здесь приведены примеры
на которых в середине XIX в. демонстрировались’
особенности таких механизмов (в том числе
и в учебной практике).
дифференциал в динамометре
Батхельдера [Batchelder]
(из журнала
Dinglers
Polhtechn. i Центральные
Journal, * колеса
1844).
Конический (симметричный)
Окружная
сила
на шкиве
Водило -
рычаг,
на котором
подвешивают
груз. Момент
силы тяжести
груза
равен сумме
вращающих
моментов
на шкивах -
центральных
колесах.
Дифференциальный (планетарный, несимметричный)
зубчатый цилиндрический механизм (из книги Julius Weisbach.
Lehrbuch der Jngenieur- und Maschinen-Mechanik.
Braunschweig, 1857)
Центральное колесо
с внутренними
зубьями
Зубчатая передача
с неподвижными
Центральное
которого
соответствует
деформации
листовой пружины
О величине окружной силы
на ременном шкиве можно судить
по деформации листовой пружины.
Симметричный дифференциал распределяет/суммирует силы
подобно равноплечему рычагу (момент на водиле в 2 раза
больше момента на центральном колесе), а в несимметричном
дифференциале соотношение моментов аналогично
неравноплечему рычагу (в приведенной схеме моменты
на центральных колесах пропорциональны их начальным
радиусам, а в сумме равны моменту на водиле).
Дифференциальный зубчатый механизм в расточном
станке Рочестера (из книги Н.Ф. Руденко
‘Планетарные
передачи" 1947 г.)
Основная функция данного механизма - суммировать движения
двух независимых источников на одном выходном звене.
Вращающемуся шпинделю через дифференциал и гайку
передается осевое движение.
Передача
движения
подачи
Передача
вращения
шпинделю
Шпоночное
соединение
для передачи
вращения шпинделю
Шпиндель имеет
продольные шпоночные
канавки и винтовую
канавку для сопряжения
с гайкой.
Это центральное колесо вращается вместе со шпинделем.
Дифференциал составлен
из двух одинаковых
планетарных механизмов
(рядов). Водилу
первого ряда
сообщается
движение
от коробки
подач, а водило
второго ряда
неподвижно.
Гайка вращается
вместе с винтом
шпинделя при
отключенной передаче
движения подач.
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ и ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева
ЗУБЧАТЫЕ ЗАЦЕПЛЕНИЯ И ПЕРЕДАЧИ
Выходной
вал
Центральное коническое
колесо, соединенное
с выходным валом
Корпус передачи, сдвигаемый
Коническая фрикционная рычагом вдоль оси
Входной
вал
Рычаг переключения______
с одного режима на другой
Центральное
коническое колесо,
соединенное с
входным
валом и
махови-
ком
КОНСТРУКТИВНЫЕ РАЗНОВИДНОСТИ ПЛАНЕТАРНЫХ ПЕРЕДАЧ
Планетарные передачи с коническими зубчатыми
колесами вначале применялись довольно широко.
Причем это относилось как к редукторам,
так и к многоскоростным и реверсивным механизмам.
К настоящему времени массовое применение таких передач
осталось только в трансмиссиях автомобилей -
симметричный конический дифференциал практически
не имеет конкурентов уже более 100 лет.
В реверсивном механизме Даймлера,
используемом для судового привода (конец XIX в.), соосная
коническая передача либо блокируется - вращается как одно
целое (режим “Вперед”), либо ее звенья вращаются свободно
и не передают движение выходному валу (режим “Стоп”),
либо реверсируется вращение выходного вала (режим “Назад”).
Планетарные редукторы с внецентроидным циклоидальным
(цевочным) зацеплением
Мотор-барабан фирмы SSW [Сименс-Шуккерт Верке]
со встроенным редуктором (30-е гг. XX в.)
Неподвижная ось
Электродвигатель
Ведомый вал
Ведущее водило (эксцентриковый вал)
Ведущая шестерня
Соосный
редуктор
Поперечное сечение
редуктора фирмы SSW
Ведомым может быть общее
водило и/или цевочное колесо
Ведущая
шестерня
Эксцентриковые
валы сообщают
планетарное
движение
сателлиту.
Общее
водило
Вентилятор
Водило -
сдвоенный
эксцентрик
Зубчатое колесо, -
установленное
на эксцентриковом
валу
Сателлит
Общее водило —
Центральное —
цевочное колесо
Поперечное сечение
редуктора —
// Сателлит
If имеет зубья
' с профилем,
выполненным
по эквидистанте
к укороченной
перициклоиде.
Неподвижное
центральное колесо
с внутренними
зубьями
или цевками
Центральное
цевочное
колесо
Схема редуктора с малой
разницей чисел зубьев
зацепляющихся колес
Муфта или механизм
(параллельных кривошипов)
для передачи вращения
сателлита ведомому валу
При разнице чисел зубьев зацепляющихся колес
в один зуб за каждый оборот водила ведомое
звено повернется всего на один угловой шаг
зубьев сателлита или центрального колеса
(в зависимости от того, какое из колес является
ведомым. При числах зубьев зацепляющихся колес
99 и 100 можно получить передаточное отношение
100 и КПД около 0,8.
муфта для сцепления корпуса передачи
с входным валом (через маховик)
или для остановки корпуса
Современный планетарный редуктор, специально созданный
для встраивания в приводные шарниры манипуляторов,
состоит из двух последовательно соединенных передач:
цилиндрические зубчатые пары сообщают вращение
эксцентриковым валам сателлита, зацепляющегося
с цевочным колесом.
Передаточные отношения
выпускаемых редукторов
57...192 при КПД
соответственно 0,94.. 0,75
Полый /
ведущий /
вал /
Ведомое
цевочное
колесо
Эксцентриковый
вал
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева
ЗУБЧАТЫЕ ЗАЦЕПЛЕНИЯ И ПЕРЕДАЧИ
^чдТЫЕ РЕДУКТОРЫ, СОСТАВЛЕННЫЕ ИЗ НЕСКОЛЬКИХ МЕХАНИЗМОВ
двухступенчатый
зубчатый
соосный редуктор
(80-е гг. XX в.)
Входной
вал вместе с
опорой, крышк
и шестерней
при сборке
устанавливают
в рабочее положение
осевым перемещением.
Это зубчатое колесо
соединяют с промежуточным валом
при их расположении внутри корпуса.
Разработка вертолета начата в 1954 г.,
с 1957 по 1980 гг. его выпускали серийно,
на нем установлен ряд мировых рекордов,
разработчики награждены призом
им. И.И. Сикорского, конструкция отличается
оригинальными и совершенными решениями.
Приведенное здесь конструктивное решение
можно считать одной из наиболее удачных
разработок планетарных механизмов в XX в.
Редуктор выполнен по замкнутой схеме,
в которой оси сателлитов 1-го механизма
перемещаются медленно, благодаря чему
центробежные нагрузки на подшипники
сателлитов не велики. Снижение некоторых
качеств по сравнению с последовательным
соединением ступеней незначительно.
Максимальный достигаемый КПД данного
редуктора 0,95...0,97 (здесь повышение КПД
на 1% равноценно возможности брать на
борт дополнительно одного человека).
Выходной вал соединен с втулкой
несущего винта вертолета и сообщает
ему вращение.—~*—
Корпус редуктора
^Ращение
Годному
Центральному JrS
KOnor'vj llS-c
п
Ответвление
трансмиссии
к хвостовому
(рулевому)
винту
Через 4 шестерни
^ногопоточной передачи
азотУРбинных двигателей.
Полый
входной
вал
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
МЕХАНИЗМОВ
Здесь последовально соединены две пары
цилиндрических зубчатых колес. Зубья
выполнены косозубыми (по винтовой линии).
Их несущая способность и плавность хода
зацепления выше, чем у прямозубых колес.
Соосное исполнение предопределило
компактность редуктора и более широкие
возможности его компоновки
с другими узлами и агрегатами.
Хотя здесь нет поперечных
разъемов, собирают редуктор
в основном из отдельных блоков.
Выходной вал вместе
с зубчатым колесом, подшипником и крышкой
при сборке устанавливают в рабочее
положение, поворачивая его и перемещая
по сложной траектории (см. стр. 11).
Промежуточный вал
с шестерней (вал-шестерня)
ЗАМКНУТАЯ СИСТЕМА СОЕДИНЕНИЯ МЕХАНИЗМОВ
Выходной вал, передающий вращение
Шарикоподшипник несущему винту
с трехточечным
контактом
Мощность приводных
двигателей 4780 кВт
Водило 1-го
механизма.
j-Невращаю-
щееся водило
2-го механизма
Сателлит 2-го
механизма
Центральное колесо
многопоточной
передачи вращения
(от двигателей)
Центральное
колесо
с внешними
зубями
1 -го механизма
Полый
входной вал
Редуктор привода несущего
винта вертолета Ми-6А
1AX1Z3,
Корпус —
редуктора
2-й (соосный
замыкающий)
механизм
Центральное
колесо с
внутренними
зубьями 2-го
механизма
1-й (планетарный
разветвляющий)
механизм
Шарикодшипник
(с трехточечным
контактом)
входного вала
Роликовый подшипник'
выходного вала
Сателлит
1 -го механизма
Центральное
колесо
с внешними
зубьями
2-го механизма
Труба внутри вала замыкает^
масляную полость и позволяет
обойтись без нижних подвижных уплотнений.
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.ф. Крайнева 57
ЗУБЧАТЫЕ ЗАЦЕПЛЕНИЯ И ПЕРЕДАЧИ
HMAIII
РАН
ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КЛАССИЧЕСКИХ
ПЛАНЕТАРНЫХ ПЕРЕДАЧ В ДРУГИЕ
КОНСТРУКТИВНЫЕ ВИДЫ
Волновая зубчатая передача
изобретена в 1959 г.
Уэлтоном Массером (США).
Ее появление можно считать логическим
завершением процесса изобретения
передач для больших передаточных
отношений. Сначала были созданы
планетарные зубчатые передачи с малой
разностью чисел зубьев зацепляющихся
колес, затем появились различные решения
передач с промежуточными звеньями.
Их кинематическая аналогия очевидна,
но волновая передача может иметь более
высокие качественные показатели
благодаря самоприспособляемости гибкого
звена к жесткому звену (в соответствии
с принципом наименьшего действия).
звеньями появились как альтернатива планетарным
Передачи с " в был0 изо6ретено множество такого типа решений.
ИзТсложности конструкций они практически не применялись. Тем не менее их
можно рассматривать как переходные к волновой передаче, достаточно представить
объединение промежуточных звеньев в единое [сплошное] гибкое звено
Неподвижное колесо
с циклоидальными зубьями
Ведомое водило
[сепаратор]
Эксцентриковый
вал или кулачок
Промежуточные
звенья (ролики
или плунжеры)
Центральное
жесткое колесо
с внутренними
зубьями -
Водило
с роликом
называют
волнообразователем
или генератором волн.
Гибкая оболочка выполнена
как одно целое с сателлитом,
соединяет его с выходным
валом и представляет собой
эквивалент муфты [механизма
параллельных кривошипов]
в планетарной передаче.
Гибкое колесо
выполняют из стали
или композиционного
материала.и толщина
его стенки составляет
- 1/100 от диаметра
Сателлит - гибкое колесо
имеет на 1 - 2 зуба меньше,
чем жесткое колесо.
Волнообразователь обычно выполняют
симметричным в виде двух роликов
или в виде эллиптического кулачка
с гибким подшипником качения.
Пара сил,
давления
гибкого
колеса
на кулачок
Роликовый
волнообразователь
Самоприспособляемость гибкого
колеса при нагружении (модель)
3°на Зона давления
зацепления на волнообразователь
Момент
нагрузки
гибкого
колеса
Пара сил
давления гибкого
колеса на ролики
Гибкий
подшипник
Направление
вращения
гибкого колеса
Кулачок
Момент
нагрузки
гибкого
колеса
Вращающий
момент
входного вала
Жесткое
колесо
Кулачок соединен
------------ с входным валом, с помощью
муфты, допускающей
самоустановку звеньев
отношение волновой передачи обычного
стальным гибким колесом принимают в
। до 10000
Неподвижное
колесо
Передаточное
исполнения со
пределах от 80 до 300, а для сдвоенной передачи
Схема планетарной
передачи завода Пекрун -
прототипсдвоенной >
волновой
передачи.
Неподвижное
зубчатое
колесо
Ведущее
водило
Волнообразователь
с двумя гибкими
подшипниками_____
Двухвенцовый
сателлит
Ведомое
центральное
колесо
Сдвоенное
। ибкое колесо
в виде кольца
Передаточное отношение
так же как и в передаче Давида, может быть
очень большим. При этом КПД за счет
использования внутреннего зацепления
получается немного выше.
58 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖГЙ
____-т^шжеи На примерах из
компьютерного банка А.Ф. Крайнева
ФРИКЦИОННЫЕ МЕХАНИЗМЫ, СЦЕПНЫЕ МУФТЫ И ТОРМОЗА
КАНАТНЫЕ и ременные передачи
Прототипом представленных здесь решений
является лучковый привод станков,
а еще в древности также выполняли подобные
устройства для добывания огня за счет трения
На примере из книги Джеронимо Кардано
(De rerum varietate libri XVII. 1583) видна
возможность увеличения угла охвата
гибким звеном (канатом) рабочих шкивов
фрикционной передачи Но Кардано
не акцентирует внимание на
повышении тяговой способности
передачи, а отмечает лишь
возможность получать встречное
вращение шкивов
при уменьшении -ладл
скорости
ведомого 5*
шкива
Фрикционные канатные механизмы XVI в.
Рисунок из книги архитектора Витторио Цонка
(Novo Teatro di Machine et Edificii. Padua, 1607)
Замкнутый канат фрикционной передачи несколько раз оги ает
ведущий вал и благодаря этому передача позволяет перемещать
большие грузы (здесь для правки листов металла)
Замкнутый -
канат
Торцовые
зубчатые
колеса
Ведущая, -
цевочная
шестерня
Ведомый
вал
Ведущий
шкив
Зубчатый реверс фрикционная (канатоведущая) передача
Гоняя лошадь по кругу,
задают однонаправленное
вращение ведущему
валу вместе с шестерней.
Ведомый шкив
Поворачивая рычаг, вводят в зацепление
одно из торцевых зубчатых колес с ведущей
шестерней и заставляют вращаться ведомый
С помощью канатов
грузу сообщают возвратно-
поступательное движение
\ Выглаживаемый кованый
металлический лист уложен
на плоском столе.
вал в ту или иную сторону.
ФОРМУЛА ЭЙЛЕРА
с
' I ‘ 2 “ Ч
F, — окружная
суммарная сила
трения,
определяющая
величину тяговой
способност и
(возможного
вращающего
момента Т )
С — основание
натурального
логарифма
трения
«
ремнем
— коэффициент
— угол огибания шкива |
Леонард Эйлер в 1783 г.
установил зависимость между
силами F, и F\
в набегающей и сбегающей
ветвях гибкого тела (ремня,
маната). Знаменитая формула
Эйлера использовалась и используется
тысячами исследователей
и конструкторов для обеспечения
требуемой тяговой способности
Ременных передач, канатоведущих
Шкивов, ленточных конвейеров
РЕМЕННАЯ ПЕРЕДАЧА была самым распространенным механизмом
в трансмиссионном (групповом) приводе машин, начиная от станков
Генри Модели и до широкого внедрения индивидуального
элетропривода в 20-е гг. XX в В трансмиссии первого автомобиля
Карла Бенца (1886 г.) она не только смягчала неравномерности
нагружения, но и выполняла роль фрикционного сцепления
Ремень обязательно
должен быть хорошо
натянут и плотно
прижат к обоим шкивам,
иначе сил трения
будет недостаточно,
чтобы передавать
значительные силы.
Натягивают ремень,
например.
перемещая /
опоры вала
Реакция боковой стенки
клиновидной канавки
Сила прижатия ремня, вызванная
его натяжением, такая же.
как в плоскоременной передаче
Клиноременная передача при тех же
размерах, что и у плоскоременной,
способна передавать намного большую
окружную силу благодаря более
сильному прижатию ремня к рабочим
поверхностям шкива.
а следовательно,
и увеличению
сил трения
^машиноведение НА ЯЗЫКЕ СХЕМ.
РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из компьютерного банка А Ф Крайнева 59
ФРИКЦИОННЫЕ МЕХАНИЗМЫ, СЦЕПНЫЕ
МУФТЫ И ТОРМОЗА
Ленточные тормоза
автомобиля (начало XX в.)
Рычаг натяжения ленты -
ФРИКЦИОННЫЕ ТОРМОЗА
Такого типа колодочный тормоз
Первые тормоза появились во времена зарождения
техники. Сначала тормозом называли стержень,
втыкаемый в отверстие вращающейся оси колеса
включения тормоза
Лента
Тяга
Тормозной барабан
Рама машины
Барабан
Пневмоцилиндр
Колодка
Колодка
Неподвижная (на раме
машины) опора ленты
Обод колеса
со спицами
Обод колеса выполняет роль
тормозного барабана.
Опора, 'Х
с которой’
шарнирно
соединены
колодки
Многолистовая
рессора
Часть ленты
приклепана
к поворотной
колодке.
Рычажная
система
управления
тормозом
Вентилируемый тормозной
диск закреплен на колесной оси
Цапфа колеса
и тормозного
барабана
Управляющий
тросик
Опора рычага
на раме
автомобиля
Стягивающий
механизм
В дисковом тормозе
можно дегко
осуществить
кратчайшее замыкание
прижимных сил,
поддерживать
постоянным зазор
в паре трения
и обеспечить
равномерный износ
колодок и диска.
Тем не менее,
в железнодорожном
транспорте определя-
ющим фактором
явилась возможность
использовать ободы
колес в качестве
тормозных барабанов.
Тормозная
лента
---Барабан
неподвижно
соединен
с колесом
Колодка Ленточные тормоза автомобилей (30-е гг. XX в.)
/// Барабанный
у тормоз для
автомобиля был
изобретен Луи Рено
(Франция, 1902 г.).
Управляющий
рычаг
Стальная лента.
с приклепанной
к ней накладкой
Здесь колодка
и рычаг шарнирно
соединены с опорой
Пружина
В начале XX в.
в автомобилях
предпочтение отдавалось
ленточным тормозам.
На экскаваторах
и грузоподъемных
кранах их использовали
вплоть до 60-х гг.
Неравномерное
изнашивание,
одностороннее
радиальное нагружение -
основные недостатки,
которые наряду
с другими причинами
(технологического
и эксплуатационного
характера) привели
к тенденции
вытеснения ленточных
тормозов колодочными,
сначала барабаными,
а затем и дисковыми.
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕ.Д РИСУНКОВ и ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайне».,
Пружина
растормаживания
Тормозной барабан 'ЖХ
с внешней рабочей ifcX
поверхностью
Тормозная лента
Разжимной рычаг
Возвратная ________
пружина
был применен, например,
в автомобиле Зигфрида Маркуса
(1875 г.) л
' ' Опора рычага
Управляющий на раме
) рычаг автомобиля
Барабанный колодочный тормоз автомобиля
с пневмоуправлением
Рычаг
Пневмоцилиндр
или непосредственно в грунт, для остановки экипажа
С XVI в. для плавного торможения использовали
фрикционные тормоза. Существенное развитие
конструкции тормозов получило с появлением
транспортных машин. В грузоподъемных машинах
еще очень долго наряду с фрикционными
тормозами применяли стопоры,например,
в виде храповых механизмов, считая трение
недостаточно надежным для удержания груза.
В качестве фрикционных материалов вначале
использовали дерево, кожу, чугун, сталь.
Только в XX в. появились специальные материалы.
На смену асбестотканным лентам пришли
композиционные (металлокерамические) материалы,
получаемые методами порошковой металлургии.
Прижимной рычаг с шарнирно присоединенной колодкой
Дисковый колодочный вагонный тормоз
фирмы BSI (1-я половина XX в.)
Пневмоцилиндр с помощью рычажного
механизма зажимает диск с обеих сторон
тормозными колодками (при торможении)
Тормозной барабан с внутренней рабочей
поверхностью и внешними ребрами
для охлаждения
ФРИКЦИОННЫЕ МЕХАНИЗМЫ, СЦЕПНЫЕ МУФТЫ И ТОРМОЗА
ДИСКОВЫЕ. ФРИКЦИОННЫЕ ТОРМОЗА ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН
Дисковый тормоз современного автомобиля
(принципиальная схема)
Трубопровод
для подвода
рабочей жидкости
к гидро-
цилиндрам
тормоза
Г идроцилиндры
во время
торможения
прижимают
колодки
к диску.
Опора (суппорт)
тормоза не может
вращаться.
Тормозные
колодки
— Опора колеса
Защитный
кожух
Тормоз гоночной машины
с регулируемым прижатием колодок
Диск соединен со ступицей специальными
сухарями, допускающими его свободное
тепловое деформирование.
Тормоз с вентилируемым
диском (Audi, конец XX в.)
Поршень малого диаметра действует
при слабом нажатии на педаль.
При сильном нажатии действуют
все поршни.
О
о
О
каналами
Опора
колеса
Верхний
рычаг
подвески
Рулевая
тяга
Средняя тормозная
колодка зажимается
дисками с обеих сторон.
Гайка \
с самозатяги-
вающейся
резьбой
Вохдухозаборник
для подачи воздуха
к суппорту
Суппорт X*
Ступица
Каналы для
воздушных потоков
Тормоз фирмы Alcon с диском
из углеродно-полимерного
композита, устанавливаемый
на автомобилях Boxster и
Porsche 911
Гладкий диск и диск с
спекаю! (в азоте при температуре
ЮОО'С), а затем единую деталь
нагревают и выдерживают
в вакууме при температуре 1400”С.
Направления
Дисковый тормоз для автомобиля
изобретен Фридериком
Ланчестером (Англия, 1902 г.).
Первый дисковый тормоз на
автомобиле установлен в 1954 г.
(гоночная машина Jaguar D-Type)
Суппорт - неподвижная
С-образная скоба
со встроенными
гидроцилиндрами.
Наибольшая
эффективность
торможения достигается
при установке
гидроцилиндров
с обеих сторон диска.
Число гидроцилиндров
достигает восьми.
совершенствования
Поиск компоновочных вариантов с диском
наибольшего диаметра, встраиваемым в обод
колеса автомобиля
(70-е гг. XX в.)
Различие в средних
радиусах трущихся
поверхностей
Технологичность 1-го варианта обусловила
его широкое распространение, несмотря на
функциональные преимущества 2-го варианта.
-—''Вращающийся диск
прикреплен к колесу
автомобиля.
Современный двухдисковый тормоз фирмы
Delphi способен развивать тормозной момент
в 1,7 раза больший по сравнению с обычным
однодисковым исполнением.
Шести- или восьми-
поршневой суппорт
может иметь каналы
для подвода
охлаждающего
воздуха к тыльной
ребристой
поверхности колодки.
Тормозной диск
(диаметром 360 или 370 мм)
из композиционного
материала, устанавливаемый
на автомобиле Mersedes SLR,
весит всего 6,4 кг
(стальной диск весит 15,6 кг),
выдерживает нагрев
до
на
ЮОО'С и рассчитан
пробег 300 тыс. км
Поршень —
тормозного
гидроцилиндра
Скоба суппорта —
Передний тормоз гоночной
машины Ferrari F399 1999 г.
Направление
движения
машины
Тормозные диски
установлены
на ступице
с возможностью
осевой
самоустановки.
Вид сверху
Ступица
колеса
Тормозной
суппорт
1МОЗНСН4
Датчик
износа
диска
Лопатки
турбины
внутри диска
Датчик
температурь
Воздухо-
заборник
для подачи
воздуха
вну>рь диска
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ,
РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ
Ни примерах из компьютерною
тнка А Ф
ФРИКЦИОННЫЕ МЕХАНИЗМЫ, СЦЕПНЫЕ МУФТЫ И ТОРМОЗА
нлхлп!
V- рдн
ФРИКЦИОННЫЕ СЦЕПЛЕНИЯ (В АВТОМОБИЛЯХ)
Ведущий
вал
Самозатягивающееся ленточное сцепление Даймлера широко
Однодисковое сцепление фирмы
De Dion & Bouton (1904 г.). В нем
использован графит для смазывания
дисков. Данную конструкцию стали
широко применять после изобретения
в 1920 г. фирмой Ferodo асбестовых
накладок (в настоящее время
их использование запрещено).
использовалось на автомобилях до Первой мировой войны.
Фрикционная лента несколько раз
огибает шкив, и достаточно приложить
небольшую силу к сбегающей ветви, как
лента плотно затягивается (за счет трения)
на шкиве и заставляет его вращаться
вместе с ней. Это, пожалуй, единственный
пример многовитковой ленточной муфты.
На других машинах использовали одно-
витковые ленточные муфты и тормоза.
На экскаваторах (с групповым приводом)
их было множество вплоть до 60-х гг. XX в.
Особенно широко использовали в виде
накладки (на стальной ленте) асбесто-
тканную ленту фирмы Ferodo с 1920 г.
Фрикционные материалы на основе
асбеста к концу XX в. были повсеместно
в мире запрещены к использованию,
как опасные для здоровья людей, особенно
в виде пылевидных продуктов износа.
Первое коническое [конусное] сцепление
появилось на автомобилях Готлиба Даймлера
в 1889 г. Его непрерывно совершенствовали
и использовали вплоть до 20-х гг. XX в.
Но вот в других машинах конические сцепные
муфты применяли еще очень долго.
До сих пор конические муфты-синхронизаторы
используются в коробках передач автомобилей.
Механизм
управления
сцеплением
Ведомый
вал \
Маховик
Набегающая
ветвь ленты
шарнирно
присоединена
к маховику
На сбегающую ветвь
ленты воздействует
механизм \
управления
сцеплением. \
Ведомый
вал
Маховик
Выжимной
подшипник
Ведомый
фрикционный
диск
Пружина
Нажимной диск
Рычажный
механизм
выключения
сцепления
"Сцепление Вестона" (разработано
английским профессором Хеле-Шоу
в начале XX в.) аналогично
многодисковому сцеплению Пилэна
(1911 г.).
Педаль выключения
Маховик сцепления
сцепления Пружина
Ведомый и ведущий диски
Маховик
Ведомый диск
Детали сцепления с диафрагменной [мембранной]
пружиной (фирма Шевроле, конец 30-х гг. XX в.)
Опорные кольца
Нажимной диск
Диафрагменная
пружина
Ведомый диск современного сцепления автомобиля со встроенным
фрикционным демпфером крутильных колебаний
Фрикционная
Вид А Фрикционные накладки
Демпфер
крутильных
колебаний
Сегментная
упругая
пластина
Заклепка
Пружина
Ведомый
диск
Ступица
Демпфер
Диски
демпфера
Пружины
демпфера
Ведомый
диск
62
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ,
РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А ф Край»
ФРИКЦИОННЫЕ МЕХАНИЗМЫ, СЦЕПНЫЕ МУФТЫ И ТОРМОЗА
САМОУПРАВЛЯЕМЫЕ СЦЕПНЫЕ ФРИКЦИОННЫЕ МУФТЫ
Механизмы свободного хода
Центробежная муфта (1-я половина XX в.)
Многодисковая фрикционная муфта
Рычаг,
ИМАШ
РАН
й на ведущем
Барабан (шкив)
Центробежная сила
преодолевает
сопротивление
пружины
и прижимает
колодку
к барабану.
Колодка
Пружина
возвращает
колодки
в исходное
положение
при снижении
скорости вращения
ведущего вала.
валу
Колодки при достаточно
большой скорости вращения
прижимаются к барабану
благодаря центробежным
силам и передают ему
вращение
(от ведущего вала)
благодаря силам
трения.
Если барабан
выполнить
неподвижным,
то-есть прикрепить
к корпусу, то такая
муфта превратится
в центробежный тормоз,
способный уменьшить
скорость ведущего вала.
закреплен на ведомом валу.
Роликовый механизм
свободного хода с большим
числом контактирующих пар
(из книги П.И. Орлова ‘Основы
конструирования’ 1968 г.)
Ролик
Звено с
клиновыми
элементами
Пружина
Обойма
Нагрузка распределяется на большое
число контактирующих пар.
Ролики удалось разместить
близко один к другому
благодаря применению
U-образных пружин
(штампованных из листа).
Угол клина 2у принимают
от 4с30' до 6°30f
Пружина поджимает ролики
в осевом направлении и создает
необходимый для заклинивания
начальный момент сопротивления.
свободного хода Пружина
фрикционные Для начального
направлениях моментов Т, и Т2
пакет фрикционных дисков сжимается
с помощью передачи винт-гайка
и муфта блокируется. При изменении
направлений моментов муфта рассцепляется.
Механизм свободного хода с поверхностным контактом звеньев
Режим заклинивания
может наступить только
при указанном
направлении
моментов Г, и Т2.
При изменении
направлений
моментов возможен
режим свободного
скольжения.
Т, и Т2 -
вращающий момент
и момент
сопротивления
вращению
Благодаря поверхностному контакту
серповидного заклинивающегося звена
с роликом и обоймой нагрузочная
способность сравнительно высока.
Роликовый механизм свободного хода
в системе параллельного подключения
газотурбинных двигателей (вертолет
Ми-6, 1957 г.)
Обойма имеет высокую
радиальную жесткость,
так как расклинивающие
силы в местах контакта
роликов довольно велики.
Механизмы, установленные на валах двигателей, обеспечивают совместную работу обоих двигателей и суммирование
их вращающих моментов. В случае остановки одного из двигателей (например, при аварии, запуске или управляемом
выключении) он автоматически отключится от трансмиссии благодаря соскальзыванию звеньев в механизме свободного хода.
В случае остановки обоих двигателей они отключаются от трансмиссии и несущий винта может свободно продолжать
вращение в режиме планирования вертолета.
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А Ф. Крайнева
63
ФРИКЦИОННЫЕ Ml ХАНИЗМЫ, СЦЕ ИНЫЕ МУФ1ЫИ IOPMO3A
САМОУПГАКПЧ» МЫ1 СЦН1НН1 ФРИКЦИОННЫГ МУФТЫ
IMW («ободною /од;«
। нл ри<унклх ил кнИ1И Робертя Виллис л Принципы
механизмов Лондон IR4? i демонетрируеи я переход
с 1 ,»мо мхн оно! о ус тройечта к. фрикционной муф»е
свободною хода Нес омненно с подует упомянуть
и \}мпот»ой механизм также извес тный еще в древности
. Jin муфта по с.п'тий с,ути ближе;
> I опременнои Муфте; г; чечевице
образными кулачками,
муф 1 а
свободного хода
Звхммной
КупдЧОК
Направляющий
канат
Каретка с захватным
устройством
Это захватное устройство
фрикционной муфты свободного хода
Его применяли еще при Архимеде,
применяют и сейчас п ловителях
лифтов Аналогичное устройство
использовалось сравнительно недавно,
например, при подъеме затонувшей
атомной подводной лодки.
Листовая
пружина
Управляющий канат
(для растормаживания)
чем шариконля
Листовые
пружины
прототип
кольца
ЛИ', ИЛ И/ ’ 1
Обс'/и мни-
прижатие
кулачка к колм/у
и гем самым
создав г
начальное
условие для
заклинивания
Кулачки из за
сил трения мс</т
поворачиваться
и заклиниваться
между
сопряженными
с ними звеньям/
Такую муфту использовали
Николаус Отто и Эйген
Ланген (Германия)--------
в своем первом двигателе
(т 867 г ) для преобразования
возвратно-поступательного
движения в импульсное
однонаправленное вращение
Одно из первых решений
шариковой муфты ------
с круглым наружным кольцом.
Ее использовали в велосипедах
и стартерах двигателей
внутреннего сгорания.
Шарики заклиниваются
между наклонными
поверхностями,
благодаря чему
звездочка и обойма
неподвижно
соединяются
между собой.
В этой муфте, применяемой в автоматической
коробке передач автомобиля (Германия. 80-е гг. XX в
I несущая способность существенно
повышена за счет увеличения радиуса
/ кривизны чечевицеобразных гулачкое
(по сравнению с роликовой муфтой,
САМОНАЖИМНОЕ УСТРОЙСТВО
аналогично муфте свободного хода, но в нем
«уланки имеют торцовые рабочие поверхности.
Его создали еще во времена увлечения
изобретателей фрикционными вариаторами.
В приведенном ниже примере его
используют в сервоприводе современной
многодисковой муфты
Управляющая
муфта включается
электромагнитом
и приводит в действие
самонажимное устройство,
которое сжимает
основные диски
муфты
Вращающий
момент----
Ведущее
звено
Направление Г
свободного
вращения------<
Угол
давления
Угол трения т
Плечо сил
давления
Реакция
со стороны
ведомого звена
Лепесток пружины
обеспечивает
начальное условие j
заклинивания. А
Направление
вращающего
момента
при заклинивании
роликов
Эта картина взаимодействия
кулачка с кольцами
аналогична схеме
из книги Р. Виллиса.
I представленной
выше
Силы давления
КОЛЕС
Фиксатор
Муфта свободного
хода обеспечивает
движение "накатом"
Управляющая
муфта
Центробеж»*^
выключатель
фиксатора
Элик сромас нит
Входное
ТПТ’НО
MAUMNQBtНИ» НА CXI М РИСУНУОН И 41 PTUM И Ни пцимИм» и . ком
ПЫХЦДЖН* №(4«о П|'У»|
СОВРЕМЕННЫЕ МЕЖОСЕВЫЕ МУФТЫ ВНЕДОРОЖНЫХ
АВТОМОБИЛЕЙ ДЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ЗАДНИХ
Вязкостная муфта [вискомуфта]
блокируется при относительном
вращении дисков из за повышения I
вязкости специальной жидкости'
Выходное
звено
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН.
РАЗВЕТВЛЯЮЩИЕ И СУММИРУЮЩИЕ СИСТЕМЫ, ДИФФЕРЕНЦИАЛЫ,
КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ И ВАРИАТОРЫ
Триумфальная |
карета кайзера ।
Максимилиана
по рисунку |
Альбрехта
Дюрера 1515 г.
...*.
Трансмиссия
для передачи
вращения
колесам
(от рук человека)
ПЕРВЫЕ ТРАНСМИССИИ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
Даже в древних носилках, повозках и каретах появлялись
интересные решения, которые успешно "перекочевали"
в паровозы и автомобили (колесо, рессора, поворотный
шарнир управляемого колеса и др.). Попытки сделать
колесо повозки приводным начались еще в XVI в. (намного
раньше И. Кулибина, о самобеглой коляске которого знает
каждый школьник). Вначале речь шла об использовании
только мускульной силы человека. Эта идея в последующем
успешно была реализована лишь в велосипеде.
А здесь на старинном рисунке (1515 г.) немецкого ученого
и художника Альбрехта Дюрера представлена карета
с четырьмя колесами, вращаемыми людьми,
находящимися на колесном шасси. Предполагалось
вращать колеса через механизм параллельных кривошипов,
цевочно-зубчатые и зубчатые передачи. Причем ведущим
звеном в каждой бортовой ветви трансмиссии является
шатун, которому человек собщает движение, подобное тому,
которое передается кривошипу поршневого двигателя.
Для поворота кареты необходимо было прекращать
передачу вращения колес, расположенных с одной стороны,
как это предусмотрено, например, в трансмиссии
спроектированного в 1884 г. Эдуардом Деламар-
Дебутвилем автомобиля (см. рис. внизу) и как это
делается во многих гусеничных машинах.
Что касается А. Дюрера, то он не ограничился данным
вариантом и через 11 лет предложил еще, по крайней мере,
два решения ручного привода и передачи движения
колесам. В одном случае люди шагают рядом с экипажем
и руками сообщают движение колесам через червячные
Первый в мире паромобиль (артиллерийский тягач) создал Никола
Жозеф Кюньо (1725 - 1804) во Франции. Наиболее удачный вариант
его повозки был испытан в 1769 г. В нем движения шатунов парового
двигателя сообщалось переднему управляемому колесу отдельными
толчками (при движении шатуна вниз). Далее эти толчки
через (храповой) механизм свободного хода преобразовывались
в однонаправленное вращение колеса.
К первым наиболее существенным достижениям в создании
механизмов трансмиссий машин, например, относятся:
- дифференциальный механизм американца Робертса (1834 г.);
- зубчатая коробка передач Хилля (1843 г.);
- система привода задних колес автомобиля с присоединением
их к дифференциалу через карданные
передачи. В другом случае человек, используя силу рук
и ног, как бы взбирается по непрерывной лестнице -
приводному колесу, подобно тому, как это делали рабы
еще в Древнем Риме для вращения водоподъемных колес.
Во всех вариантах А. Дюрера согласованно вращать
колеса и добиваться при этом суммирования энергии
большого числа людей практически было не реально.
В 1649 г. часовщик из Нюрнберга Йоханн Хауч создал
экипаж, который был использован при коронации Карла
Густава Шведского. Внутри кузова находился пружинный
привод с зубчатой передачей, способный работать 3/4 часа
(по другим источникам, там были спрятаны двое слуг,
приводивших экипаж в движение).
передачи (Альбер де Дион, 1893 г.),
-переднеприводное шасси (в 1909 г. Джон
Уолтер Кристи разработал трансмиссию
переднеприводного автомобиля; в 1926 г.
Жан-Альберт Грегуар создал
переднеприводной автомобиль
с изобретенными Фенаем шарнирами),
- шаровые муфты равных угловых скоростей
(Альфред Рцеппа, 1929 г.);
- планетарная коробка передач и планетарный
механизм поворота (Вильсон, 1917 г.)
Французы считают началом эпохи
автомобилестроения 1884 г., в котором
Эдуард Деламар-Дебутвиль опубликовал
процесс сборки автомобиля и его
испытания. Он получил патент № 160267
с приоритетом 12 февраля 1884 г.
Тем не менее, первыми в мире создателями
автомобиля признаны Карл Бенц и Готлиб
Даймлер, осуществившие промышленное
производство своих творений в 1886 г.
Чго касается дифференциала, то Эдуард
Деламар-Дебутвиль использовал вместо него
бортовые фрикционные муфты, которые
8 последующем стали широко применять
8 гусеничных машинах, обеспечивая
при этом функции управляемого поворота.
Шатун
Чертеж трансмиссии автомобиля Эдуарда Деламар-Дебутвиля (1884 г.)
Цепная передача к приводному колесу L" ~ ~
cJ\.emiexe ^Ycnlute &ulamo£ife eftapult асМ>о/сик a&xplt&tan
^Louazd eJ c/fttdancLn
Кривошип Бортовые
механизма двигателя дисковые муфты
выполняют роль дифференциала.
При разности скоростей качения
колес они могут проскальзывать.
г
Планетарный зубчатый-----
механизм передает движение
выходному валу только
при заторможенном водиле.
Ленточный
тормоз с деревянными накладками
в действительности выполняет роль
сцепления. При выключенном тормозе
кинематическая цепь разомкнута.
С G&t. u
МАШИНОВЕДЕНИЕ на ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ и ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева 65
---- -----------------------------------------------------—---- .. ~у.' --
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
I i НАЛДП1
I PAN
1
В трансмиссиях транспортных машин основными компонентами считаются: сцепные муфты, валы, соединительные муфты,
разветвляющие механизмы, ступенчатые, непрерывно-ступенчатые передачи для регулирования скорости движения и редукторы
Из всех известных разветвляющих механизмов наиболее знаком и близок для многих из нас (особенно для автомобилистов)
дифференциальный механизм [дифференциал]. Обычно термин дифференциал (от лат. differentia- разность, различие)
в технике вызывает определенные ассоциации с обеспечением различных скоростей вращения колес автомобиля при повороте
и в то же время с неприятными явлениями, связанными с пробуксовкой одного из колес при существенном различии их
сцепления с дорожным полотном. Совершенствование дифференциалов осуществляется по следующим направлениям:
1. Для быстроходных колесных машин (автомобилей) предпочтение отдается зубчатым коническим дифференциалам.
Реже используют зубчатые цилиндрические дифференциалы с "парными" сателлитами.
2. Простейший путь уменьшения возможности пробуксовки ведущего колеса - это увеличение трения внутри дифференциала.
Если сопротивление относительному проворачиванию звеньев постоянно на всех режимах, то чем оно больше, тем ниже КПД
и больше скольжение шин из-за различия проходимого пути при обычном транспортном режиме по неровной дороге
и особенно на поворотах.
3. Наиболее приемлемое решение блокируемого дифференциала - это отдельное выполнение блокирующего устройства,
включаемого только при рассогласовании скоростей звеньев при явной пробуксовке одного из ведущих колес (представьте
себе, если блокировка произойдет на крутом повороте, да еще и при высокой скорости - на первое место уже выходит
не изнашивание шин и перегрузка звеньев, а устойчивость и управляемость машины). В этой связи предпочтение отдают
самовключаемым вязкостным муфтам [вискомуфтам] или автоматически включаемым (с помощью специальной системы
управления) фрикционным многодисковым муфтам.
4. В качестве межосевого дифференциала используют обычно симметричный конический дифференциал, симметричный
цилиндрический дифференциал или несимметричный цилиндрический дифференциал. В последнем случае обеспечивается
заданное распределение вращающих моментов (например, при различных нагрузках на оси) либо равенство моментов
за счет подбора передаточных отношений в кинематических ветвях (в том числе с учетом направления момента).
5. С целью уменьшения нагрузки на дифференциал (и блокирующее устройство) в кинематическую цепь вводят конечные
[бортовые] передачи - эквивалент главной передачи, но установленные за дифференциалом, а не перед ним.
6. Для обеспечения динамического режима (на высокой скорости) поворота быстроходных гусеничных машин представляется
перспективным использование несимметричного дифференциала. При этом происходит самоприспособляемость системы
в зависимости от сцепления с дорожным полотном (при высоком КПД и без уменьшения скорости движения машины).
Еще в 40-е гг. XX в. в гусеничных машинах (немецкий танк “Тигр”) использована замкнутая система с двумя несиметричными
дифференциалами, позволяющая совместно с многоскоростной передачей иметь большое число режимов поворота машины.
7. Обеспечение высокой устойчивости движения по неоднородному покрытию дорожного полотна и особенно при повороте
полноприводного скоростного автомобиля достигается при установке заднего межколесного дифференциала с автоматически
изменяемыми параметрами. В современных автомобилях используются системы с автоматическим индивидуальным
притормаживанием приводного колеса при уменьшении его сцепления с дорожным полотном.
Ступенчатую коробку передач одним из первых запатентовал Д. Уатт в 1784 г. (во второстепенном пункте к патенту
на паровую машину), хотя и был противником установки паровой машины на колеса. Стоит отметить,что Леонардо да Винчи
еще раньше нарисовал коробку передач с радиальным введением в зацепление зубчатых колес (с “накидной” шестерней).
Кстати, подобные схемы использовались до середины XX в. в станках. В трансмиссиях стационарных машин, начиная
с 1800 г. (Г. Мосли) для изменения скорости применяли ременные (фрикционные) передачи с многоступенчатыми шкивами.
К. Бенц в патенте 1886 г. предусмотрел передачу с перекидным ремнем для функции сцепления и для реверсирования движения
(заднего хода). Л. Панар и Э. Левассор в своем автомобиле 1991 г. установили двухступенчатую зубчатую коробку передач.
Планетарные многоскоростные механизмы стали применять с начала XX в. Конструкторов в первую очередь
привлекала их компактность, получаемая благодаря передаче энергии несколькими параллельными потоками (зубчатыми
парами). Но это свойство было известно и ранее при использовании планетарных редукторов. Главное же достоинство
в многоскоростных передачах видели в возможности использования тормозов вместо сцепных муфт. Для первых планетарных
многоскоростных механизмов предпочитали использовать двух- и даже трехвенцовые сателлиты. Затормаживая одно
из центральных колес или водило, можно получить редуктор с вращением выходного вала с той или иной скоростью или
можно реверсировать движение (для получения вращения в обратном направлении). Из-за технологических трудностей
обеспечения точного относительного положения венцов сателлитов такого типа схемы в последующем применяли сравнительно
редко. В 20-е гг. XX в. появились первые многоскоростные передачи, составленные из однорядных (с одновенцовыми
сателлитами) планетарных механизмов с внешним и внутренним зацеплением. Наиболее удачным решением в этом плане
является коробка передач Вильсона (1917 г.). В ней впервые получаются замкнутые передачи на отдельных режимах движения
выходного звена. Замкнутые передачи позволяют передавать энергию двумя или тремя потоками, если параметры механизмов
выбраны правильно. В противном случае может иметь место циркуляция энергетического потока, высокие нагрузки и низкий КПД.
Простейшую двухскоростную передачу Вильсона стали использовать в планетарных механизмах поворота гусеничных машин.
Перспективным направлением является применение автоматизированных преселективных коробок передач. В них
переключение с одного режима на другой происходит без разрыва энергетического потока. Пока нагружена одна кинематическая
цепь, происходит переключение в другой параллельной цепи и переход с одного режима на другой осуществляется быстро
и без существенных потерь энергии (по сравнению, например, с гидротрансформатором в автоматических коробках передач).
Устройства, позволяющие плавно регулировать передаточное отношение трансмиссии, появились почти одновременно
со ступечатыми коробками передач. Достаточно отметить вариатор сорости для паромобиля Р. Тревитика (патент 1802 г.)
и фрикционный вариатор Ч. Ханта (патент 1877 г.). Несмотря на активность изобретательской мысли, фрикционным
вариаторам предпочитали многоступенчатые коробки передач и гидравлические передачи. Первые гидротрансформаторы
применяли в танках в 40-е гг. XX в. В конце 50-х гг. XX в. американские конструкторы стали активно использовать
автоматические гидромеханические непрерывно-ступенчатые передачи в автомобилях. В 1969 г. 90% выпускаемых в США
легковых автомобилей имели разнообразные по конструкции автоматические коробки передач, а фирма Allison выпустила
140 тыс. гидромеханических передач для грузовых автомобилей, автобусов и специальных машин Благодаря новым
фрикционным и смазочным материалам в конце XX в. осуществлены успешные разработки вариаторов для трансмиссий
автомобилей. В наши дни фрикционные вариаторы слегка потеснили гидротрансформаторы благодаря более высокому КПД
и экономии топлива в двигателях внутреннего сгорания. Электромеханические (однопоточные и многопоточные) передачи
разрабатывались и находили применение в транспртных машинах с начала XX в. Наиболее активно
стали разрабатывать такие передачи для электромобилей и гибридомобилей в конце XX в.
06 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнев,.
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
ИАААГП
РАЯ
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ (ДИФФЕРЕНЦИАЛЫ] В
ТРАНСМИССИЯХ АВТОМОБИЛЕЙ
Ведущее водило
Сцепление
передачу присоединен
Межосевой
симметричный
дифференциал
К правому
переднему
/колесу
Сцепная
зубчатая
муфта
Независимая
подвеска
Симметричные дифференциалы
в современном полноприводном
автомобиле (повышенной проходимости)
Сателлит подобно-------
равноплечему рычагу
распределяет вращающий
момент поровну между
левым и правым
зубчатыми колесами.
Установка конического
дифференциала в трансмиссии
переднеприводного автомобиля
по патенту Уолтера Кристи, 1909 г
Привод
от двигателя
(через коробку
передач)
Коробка
передач
Передний
межколесный
симметричный
дифференциал
Цилиндрическая, С
зубчатая передача
соединяет выходной
вал коробки
передач с водилом
дифференциала.
Дифференциал
скомпонован
с коробкой передач
и разветвляет
движение к колесам
автомобиля.
Принципиальное решение
переднеприводного автомобиля
с поперечным расположением
двигателя предложено Робертом
Швенке в 1902 г. А вот здесь
представлена детально
проработанная Уолтером Кристи
(в дальнейшем знаменитого
конструктора танков) трансмиссия
такого автомобиля.
По аналогичной схеме выполняли
трансмиссии довоенных советских
танков серии БТ, а также
выполняют многие —,
современные автомобили.
В 30-е гг. на танках
и тракторах появились компоновки
дифференциала с тормозами
и муфтами механизмов поворота.
В это же время в автомобилях
повышенной проходимости стали
применять по три дифференциала
(в том числе один межосевой).
Г Сцепная
зубчатая муфта
подключения
привода к задним
колесам
Правое колесо
катится
медленнее
левого
колеса.
Зубчатый дифференциал
изобретен американским
инженером Робертсом в 1834 г.
В паромобиле впервые дифференциал
применил Амеде Болле-старший
в 1873 - 1881 гг. Классическая схема
трансмиссии автомобиля с осевым
расположением двигателя
и дифференциалом между задними
колесами создана Рене Панаром
и Эмилем Левассором в 1891 г.
Конический дифференциал
с разветвлением на два
колеса через карданные валы
применил граф Альбер де Дион
в 1893 г.
Этот вал соединен (через карданную передачу)
со ступицей левого переднего колеса.
Этот вал соединен
со ступицей правого
\ переднего колеса.
Зубчатые передачи в ветвях
кинематической цепи изменяют
соотношения вращающих моментов
на промежуточных и выходных звеньях
Карданный вал
передает вращение т
от центрального 4=
колеса дифферециала
колесу автомобиля,
компенсируя при этом
перемещения осей
колес (при действии
подвески и повороте).
Движение колес при повороте машины
Действие дифференциала "
обусловлено Левое колесо при повороте машины направо
равновесием сателлита проходит больший
Силы сопротивления ПУТЬ и поэтому
Приводная / вращается
сила —"''х быстрее, ДЕД
г \ нем правое ..gO?
FC' L колесо. if я
Сюда через карданную
задний межколесный дифференциал.
Применяется в автомобилях с 80-х гг. XX в
Входное звено - водило
дифференциала
Самоблокирующая вязкостная муфта [вискомуфта]* -
. многодисковая фрикционная муфта, заполненная специальной
жидкостью. При существенной относительной скорости
oW. Дисков муфты вязкость жидкости повышается и силы трения
(сцепления) между дисками увеличиваются. В результате
хiзвенья дифференциала почти
. /не проворачиваются
. I х относительно
\ ДРУГ ДРУга
-Двигатель расположен
поперек оси автомобиля. Симметричный
I । дифференциал
fl выравнивает нагрузку
Wo о" о ?о\ j между колесами и
Q W допускает их вращение
WWH-1 ~В с разными скоростями.
Самоблокирующая
вязкостная муфта
[вискомуфта|*
установлена между
звеньями
Дифференциала.
к заднему межколесному дифференциалу
-МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева
67
Ml ХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
1'А31Ч 1НЛ| ННЫ» ТРАНСМИССИИ КОЛЕСНЫХ МАШИН
1 раш мио им попнопринодног о
автомобиля Mitsubishi Pajero III (конец XX в )
Понижающая передача
включается в кинематическую
цепь зубчатой муфт ой.
Карданный вал 2
Этот нал соединен
со ступицей правит о
передне! о колеса
Самоб локирующая
вязкостная муфта
1вискомуфта1 гтт
Г
IWI
Цепная передача
(с зубчатой
цепью)
Этот вал соединен
со ступицей левого переднего колеса.
Сцепная зубчатая муфта подключает привод к задним колесам
(включением межосевого дифференциала в кинематическую
цепь) в положении,показанном на схеме. При сдвиге зубчатой
втулки на схеме вправо подключаются напрямую только
передние колеса (штатный дорожный режим).
Задний межколесныи "
дифференциал
Этот вал соединен
со ступицей левого
заднего колеса.
Карданный вал 1
Передний
межколесный
симметричный
дифференциал
Можосевой несимметричный дифференциал планетарный
однорядный зубчатый механизм (при ведущем водиле)
распределяет вращающий момент между передними и задними
колесами в соотношении чисел зубьев центральных колес 33 67
Этот вал соединен со ступицей
правого заднего колеса.
Раздаточная коробка в трансмиссии автомобиля
Mercedes-Benz ML содержит планетарный
зубчатый механизм с ‘парными сателлитами"
межосевой дифференциал (конец XX в ).
Понижающая передача планетарный
зубчатый однорядный механизм
включается в кинематическую цепь
зубчатой муфтой (в положении,
показанном на схеме). При сдвиге
муфты вправо входной вал
напрямую соединяется
с межосевым дифференциалом.
Входной вал (от двигателя)
Межосевой дифференциал (при ведущем центральном колесе
с внутренними зубьями) распределяет вращающий момент между
передними и задними колесами примерно поровну
(при отношении чисел зубьев центральных колес, равном двум
Рычаг переключения
сдвигает зубчатый венец
муфты вправо или влево
для штатного или замедленного
(при увеличенном в несколько
раз вращающем моменте)
движения автомобиля
Понижающая
передача
□
Входной нал
(ОТ ДЛИНЫ елн)
Выходной вал 2
(к заднему
межколесном>
дифференциалу)
Меж. осевой
дифференциал
Выходной вал 2
• *- (к заднему
межколесному
дифференциалу)
Цепная передача
(с зубчатой
цепью)
ВЫХОДНОЙ И.Hl 1 (К ПНр<>ДН1'Му
можкошч ному дифференциалу)
Цепная
передав
зубчатой
целые»
68 ыхшинсниинт HAM.UKI .мм ионм.п и 41 не ». и .......ч>,4ф
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
И ЛЛ A UI
РАН
ПРОТИВО
Корпус-водило
его
Водило
Сателлит
Подача рабочей
Выходное звено 2
Входной вал
(от двигателя)
Коническая
шестерня
Шарнирная
муфта 1
Шарнирная
муфта 2
Выходное
звено 1
Цилиндрические
зубчатые колеса
Выходное звено 1 -
центральное колесо
дифференциала
Многодисковая
фрикционная
муфта
Центральные
(кулачковые) колеса
Управляемый
дроссель---
Выходной
вал 2
Входное
звено -
водило
Выходной
вал 1 l
При выполнении
дифференциала в виде
шестеренчатого
насоса можно изменять
сопротивление
проворачиваемости
звеньев
Промежуточный
вращающийся
диск
Нажимной
диск
Датчик угловой
скорости
водила
ДИФФЕРЕНЦИАЛЫ С
ПРОБУКСОВОЧНЫМИ
СВОЙСТВАМИ
Промежуточные
элементы __
Симметричный дифференциал в виде двух зацепляющихся
между собой зубчатых колес и подвижного корпуса
Входное
звено -
водило г
Z-образная
ч пружина
Входной
вал4 .
Современный симметричный конический дифференциал
с управляемой блокировкой
Здесь использована одна из разновидностей
известных уже в 20-е гг. передач
с промежуточными элементами (плунжерами,
роликами, кольцами). Для дифференциалов
число кулачков (зубьев) на центральных
колесах одинаково. При ведущем водиле
сопротивление проворачиванию звеньев велико
Схема Stoewer положена в основу
дифференциалов некоторых типов
колесных тракторов. Но их конструкция
существенно отличается от приведенной здесь.
В 30-е гг. были известны также аналогичные
решения с торцовыми кулачками и осевым
перемещением промежуточных элементов.
Конический дифференциал
с повышенным сопротивлением
относительному проворачиванию
звеньев (автомобили Ford и Chevrolet
90-х гг. XX в.)
Коническое .--Ч
зубчатое колесо \
Толкатель
Кулачковый дифференциал автомобиля
(современная конструкция по схеме Stoewer 30-х гг. XX в.)
Выходное
звено 2
Это самый простой
дифференциал, но в
в муфтах на всех режимах
имеют место относительные
перемещения
и постоянные
потери энергии
Принудительную
блокировку дифференциала
вначале применяли п—
на колесных тракторах, 1|
а в конце 30-х гг. -
на автомобилях
повышенной
проходимости. !!
Обычно два подвижных I р—
звена дифференциала
соединяли между
собой кулачковой или
зубчатой сцепной муфтой
(при выключенном
сцеплении). В современных
решениях используют
фрикционную муфту,
включаемую принудительно
или автоматически без остановки
машины.
"" " Сателлит
Центральные колеса
Упорный (роликовый
подшипник
Поршень
Пружина (в данном примере)
или клиновой механизм (например,
в колесных тракторах 60-х гг. XX в. ) сжимает
пакеты фрикционных дисков, благодаря чему
увеличивается
сопротивление
относительного
проворачивания
звеньев.
центральное колесо дифференциала
жидкости от насоса
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ. РИСУНКОВ И
ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева (5Q
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
СИММЕТРИЧНЫЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЫ С ВИНТОВЫМИ ЗУБЧАТЫМИ КОЛЕСАМИ
Коническое
зубчатое колесо
Детали водила
Сателлит
звено
Выходной вал 2
Детали водила
Центральная
часть водила
со встроенными
разжимными
пружинами л
Силы
в двух зацеплениях
Равновесие
сателлита
при условии
пробуксовки
Равновесие сателлита
в обычном режиме
Центральное
колесо 2 --
Силы
в одном зацеплении
л Внешнее
* сопротивление
вращению
Центральное
колесо 1---
Выходной
вал I
В этом примере вместо
подшипников для сателлитов,
предусмотрены специальные
полости в водиле с опорными
поверхностями и окна
для размещения зубчатых
зацеплений.
Входной
вал\
\ Возникновение
торцовых реакций
со стороны водила
и увеличение сопротивления
относительному
проворачиванию звеньев
Водило - входное
Воздействие водила
на сателлит
Центральные колеса - выходные звенья
Дифференциал с параллельными осями
зацепляющихся колес
Сателлиты -
попарно зацепляющиеся
между собой колеса
Дифференциал с перекрещивающимися осями зацепляющихся колес
Дифференциал Torsen (от англ,
torque sensing - “чувствительный
к вращающему моменту”)
запатентован в 1958 г. Верманом
Глезманом. В 1982 г. его серийно
стала выпускать фирма Gleason
Corporation, а с 1983 г.
применяют в автомобилях
повышенной проходимости.
Причем используют
как симметричное исполнение,
так и межколесный
несимметричный дифференциал
с внешним и внутренним
зацеплениями винтовых колес.
Энергетический поток при разветвлении распределяется пропорционально
сопротивлению в ветвях. В этом варианте параметры каждой из ветвей подобраны
такими, что момент на входе, обусловленный трением при относительном движении
и направлении энергетического потока от ведущего вала к колесу автомобиля,
больше момента при обратном направлении потока. Такое различие можно получить
в винтовой, червячной или замкнутой передаче. Но при этом нельзя допускать
самоторможение, иначе дифференциал не станет выполнять основную функцию.
При точной реализации данного принципа колесо с легкостью отслеживает различие
проходимого пути (в отдельные моменты оно приводится в движение дорожным
В винтовом зацеплении
имеют место значительные
осевые силы, большие
скорости скольжения
и с, шественное внутреннее
сопротивление относительному
проворачиванию звеньев.
полотном), а при малом внешнем сопротивлении
в ветви сохраняется внутреннее сопротивление,
не позволяющее останавливаться
другому колесу.
Входной вал
Выходной
вал 1
Коническая
шестерня
Центральное
колесо 2
Сателлиты
с винтовыми
зубьями
Выходной вал 2
Коническое
зубчатое
колесо
Зубчатая
прямозубая
передача сателлитов
непосредственно
связывает две ветви
дифференциала
и не влияет на внутреннее
сопро» ив лен не вращению.
70 МАьиИНОЬЕДЕяИЕ МА ЯЗЫКЕ
С/ЕМ РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ
На примерах из компыгнариого баи» л А Ф Крайнее*
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
< НАЛА ПТ
РАН
МЬЖОСЬВЫЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ И ПЕРЕДАТОЧНЫЕ СИСТЕМЫ КОЛЕСНЫХ МАШИН
p,i ууночнач коробка фирмы GKN в трансмиссии Можосевой дифференциал (при ведущем водиле)
полноприводного автомобиля содержит межосевой постоянно распределяет вращающий момент между
симметричный конический дифференциал передними и задними колесами примерно поровну,
и самоблокирующую сцепную муфту.
Входной вал
(от двигателя)
Выходной вал (к заднему
межколесному дифференциалу)
Выходное звено (к переднему
межколесному дифференциалу)
Входное звено -
водило
дифференциала
Межосевой
дифференциал
Входной вал
(от двигателя)
Выходное звено (к переднему
межколесному дифференциалу)
О
□
О
Системы автоматического подключения к приводу
дополнительных движителей
Принципиальная схема одного из предложений
70-х гг. XX в.
Планетарный
механизм замыкает
кинематическую
цепь при
торможении
центрального
колеса а
Самоблокирующая вязкостная муфта [вискомуфта]
установлена между центральными колесами дифференциала.
При существенной относительной скорости дисков муфты
(например, при пробуксовке одного из колес автомобиля)
вязкость специальной жидкости в муфте повышается, а силы
трения (сцепления) между дисками возрастают настолько,
что дифференциал может вращаться как единое целое.
Принудительное
замыкание
тормоза
Тормоз включается
центробежным
регулятором (при
существенной
разности
скоростей
со1 и <в2)
Внешняя фрикционная система “движитель 1 - дорожное
полотно - движитель 2” (с передаточным отношением,
примерно равным единице)
Многодисковая муфта для включения полного
привода современного автомобиля Nissan X-Trail
От электронной системы
управления двигателем
От датчиков угловых скоростей
колес (колесных датчиков ------►
антиблокировочной
системы - АБС)
К объединенному блоку
управления АБС, противобуксовочной
системой и системой динамической
с<абилизации
'л датчика температуры муфгы. При длительном
/движении в тяжелых условиях и возможном перегреве
муфты предусмотрено автоматическое ее отключение
и переход на переднеприводной (штатный) режим.
Когда основной движитель (например, передние колеса,
постоянно подключенные к приводу) начинает пробуксовывать,
то дополнительные движители (задние колеса) замедляют
вращение или даже совсем останавливаются. При этом
начинается рассогласование скорости вращения приводного
вала и входного звена заднего межколесного дифференциала.
Относительное вращение этих звеньев через управляющую
систему приводит к включению в кинематическую цепь
планетарного механизма (схема слева) или многодисковой
фрикционной муфты (схема внизу). При этом приводной вал
соединяется с медленно вращающимся или остановившимся
дополнительным движителем.
Электронный
блок
управления
приводом колес
Электромагнит
Основные диски муфты Управляющие диски
Само-
нажимное
кулачковое
устройство
Приводной
вал
Выходной вал
(к заднему
межколесному
дифференциалу)
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И
ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
МЕЖОСЕВЫЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ И ПЕРЕДАТОЧНЫЕ СИСТЕМЫ КОЛЕСНЫХ МАШИН
Система подключения заднего межколесного дифференциала к приводному валу в трансмиссии
современного полноприводного автомобиля Volvo V70 AWD I
Приводной Фиксатор
вал
143
ОМ
Центробежный
выключатель
фиксатора
Вязкостная муфта
[вискомуфта]
Шариковый
фиксатор
относительного
положения звеньев
Муфта свободного хода
обеспечивает движение "накатом"
(размыкает кинематическую цепь)
Многодисковая сцепная
муфта работает в жидком
трансмиссионном масле.
Приводной
вал
Муфта свободного
хода
Выходной
вал
Вязкостная муфта [вискомуфта]
(применяется в автомобилях
с 80-х гг. XX в.) срабатывает
(замыкает кинематическую цепь)
при относительном вращении
дисков из-за повышения вязкости
специальной жидкости между ними.
Задний
межколесный
дифференциал
Нажимной поршень муфты
Поршни насоса
Приводной
вал
„ . ни Пружина
Система фирмы Haldex, используемая для подключения заднего
межколесного дифференциала в полноприводных автомобилях Volkswagen
и других фирм
ООО
> о о
Торцовый
кулачок
гидроцилиндра
Торцовый кулачок
насоса
о о о о о
о о о о о
Пружины
для
размыкания дисков
Муфта срабатывает (присоединяет задний межколесныи
дифференциал к приводному валу) при одномоментном
относительном повороте на угол более 45°. Ее быстродействие
0,2 с. За это время масло из насоса (через каналы и клапаны
поступает в гидроцилиндр и давит на нажимной поршень.
Система Real Time 4WD
автомобиля HondaCR-V
Насосы
Задний
межколесный
дифференциал
Гидравлический самоуправляемый
межколесный дифференциал
Versatrak, разработанный
фирмой Steyr-Daimler-Puch
по заданию General Motors
Шестеренчатый
насос
Входной
канал
Диски муфты Гидроцилиндр
О
№
относительном повороте роторов
Н
Впускной
клапан
Выпускной
клапан
Шестерни
с внутренним
зацеплением
Приводное
зубчатое колесо
Выходной
канал
При
насосов жидкость под давлением поступает
в управляющий (нажимной) гидроцилиндр.
Его поршень воздействует (через упорный
подшипник) на диски муфты и сжимает их.
О
Нажимной
поршень
гидроцилиндра
Здесь роторы насосов установлены ---------
на выходных валах, соединенных с левым
и правым задними колесами автомобиля.
При вращении приводного зубчатого колеса
относительно выходных валов насосы перекачивают
жидкость из масляной ванны в нажимные
гидроцилиндры многодисковых фрикционных муфт.
Муфты соединяют приводное колесо с выходными
валами. Особенность системы такова, что если одно из
колес автомобиля вращается быстрее (пробуксовывает),
то оно практически отсоединяется от привода,
а вращающий момент передается более нагруженному колесу.
72
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из компьютерного банка А.Ф Крайнев.
*!
МЕХАНИЗМЫ 1РАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
ДИФФЕРЕНЦИАЛЫ. ПРЕОБРАЗУЕМЫЕ В ПЕРЕДАЧИ
с ОДНОЙ СТЕПЕНЬЮ СВОБОДЫ 7
Дифференциал гусеничного трактора Клетрак (30-е rr. XX в )
Этот механизм в обычных условиях выполняет функцию
симметричного дифференциала. Другое предназначение
такого механизма - осуществление поворота машины
При включении одного из тормозов дифференциал
превращается в две планетарные передачи с ведущим водилом
Для одного из выходных валов получается передача с двумя ’
внешними зацеплениями колес (положительное
передаточное отношение при остановленном водиле)
а для другого выходного вала получается передача с тремя
внешними зацеплениями (отрицательное передаточное
отношение). При этом выходные валы вращаются
с различными угловыми скоростями (по величине
и направлению). В результате трактор может круто
повернуться (на месте). Слегка притормаживая один
из тормозных шкивов, можно исключить пробуксовку
одной из гусениц или плавно повернуть машину.
Задний распределительный механизм
(‘активный дифференциал’)
полноприводного
легкового автомобиля
Mitsubishi Lancer
Evolution VI’ (конец XX в.)
Выходной вал 1
ИЛМИ1
РДМ
Коническая
зубчатая
передача
Входной
(ведущий) вал
Ленточный
- тормоз 2
Выходной
вал 2
'Парные" сателлиты
зацепляющиеся
между собой
(и с центральными
колесами) шестерни
Дополнительный
венец
сателлита
Тормозной
шкив
- Здесь условно
не показана
вторая опора
сателлита
в водиле.
Входной (ведущий) вал-
Коническая зубчатая
передача
Центральные зубчатые колеса
установлены на выходных валах,
приводящих в движение приводные
звездочки гусеничного хода.
Ведущее водило
Ленточный тормоз 1
(ЮМ(и
В МЩ,
Л°полнител>
(замыкающие
передачи
Многодисковые
фрикционные муфты
Дифференциал с
"парным" сателлитом
имеет ведущее колесо
с внутренними зубьями
и ведомые
звенья - водило и
центральное колесо
с внешними зубьями.
Здесь к водилу
дифференциала
присоединен один
из выходных
валов.
<>ВЕ11
Затормаживаемое
зубчатое
колесо
Этот механизм функционально и по структуре схож
с приведенным выше. При включении одной из
фрикционных муфт он превращается из дифференциала
в передачи с разными передаточными отношениями
для каждого из выходных валов. Но эти отношения
одного знака, поэтому один из валов вращается чуть
быстрее, а другой чуть медленнее, чем при обычном
режиме (при отключенных обоих муфтах).
Evolution VIII вместо дифференциала с "парным" сателлитом
ный конический дифференциал (без принципиального
манизма), а в модификации Lancer Evolution IX вместо
низма а целом использован самоблокирующийся дифференциал
Данный механизм не служит
для осуществления поворота,
а лишь помогает рулевому
управлению выполнять
более устойчивый поворот.
При движении прямо он
позволяет избежать
пробуксовки колес.
Механизм
управляется только
автоматически.
Подробно его
действие дано —
на следующей стр.
Здесь общий корпус
фрикционных муфт
неподвижно
соединен со вторым
выходным валом
Гидроцилиндр
управления
одной из муфт
ЯЗЫКЕ СХЕМ РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф Крайнева 73
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
АВТОМАТИЧССкИ УПРАВЛЯЕМЫЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛ АВТОМОБИЛЯ
кин|'мц>и‘1О( кая схема трансмиссии легкового автомобиля Mitsubishi Lancer Evolution УЦконец XX в )
Ведущий вал Передний
симметричный
межколесный
дифференциал
К левому
переднему
колесу
К правому
переднему колесу
□
3
Совершенствование системы управления машинами предопределило
возможность использования приципиальной схемы управляемо! о
дифференциала тихоходных гусеничных машин в современном скоростном
автомобиле (при автоматическом управлении).
Самоблокирующая сцепная
муфта (вискомуфта)
Межосевой
симметричный
дифференциал
ом
149
|\ф|
От датчика продольного ускорения
От датчика поперечного ускорения
Приведенный ниже механизм
отличается от самоблокируемого
дифференциала тем, что правое
и левое колеса при его включении
вращаются с разными скоростями
в определенном соотношении
(соответственно распределяется
и вращающий момент).
чисел
К левому
заднему
колесу
Карданная
передача
Блок
управления
При отношении
зубьев центральных
колес равном двум
и приведенной схеме
соединения этот
дифференциал
симметричный \
и кинематически \
полностью
эквивалентен
коническому
дифференциалу.
Автоматически
управляемый
распределительный
механизм
От датчика угла поворота рулевого колеса
От датчика степени открытия дроссельной заслонки
От индикатора переключения режимов асфальт/гравий/снег
От индикатора включения ручного тормоза
От датчиков угловых
скоростей колес (колесных датчиков
антиблокировочной системы - АБС)
От насоса с гидроаккумулятором
Г идрораспределитель
Включение одной из сцепных фрикционных
муфт приводит к образованию между выходными
валами ("полуосями”) механической передачи
(замкнутой передачи с неподвижным звеном,
обладающей одной степенью свободы)
с фиксированным передаточном отношением.
Включением другой муфты изменяют передаточное
отношение на обратнопропорциональное.
Колеса с правой стороны
дижутся по скользкому
покрытию.
К правому заднему колесу
Дополнительная (замыкающая) передача 1 Сцепные фрикционные муфты
Дополнительная (замыкающая) передача 2
Сохранение скорости
и направления движения
при различном сцеплении
левых и правых колес
с дорожным полотном
В этой ситуации автоматически
включается дополнительная
передача 1. При этом левое
заднее колесо вращается
медленнее правого, но развивает
большую тяговую силу
(см стрелки на схеме).
Правое колесо частично
пробуксовывает, но в целом
обеспечивается прямолинейное
движение без снижения
скорости на опасном участке
Обеспечение устойчивости
поворота за счет различных
режимов привода левого
и правого задних колес
В процессе правого
(или левого) поворота
при скольжении передних
колес или при спортивном
стиле вождения
автоматически включается
дополнительная передача 1
(или 2) и обеспечивается
“избыточная
поворачиваемость"
автомобиля
В связи с разностью тяговы*
сил задних колес создается
дополнительный момент
спобствующнй ускоренному
(крутому) повороту машины
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
(ИМДГП
рлн
РАЗВЕТВЛЕННЫЕ ТРАНСМИССИИ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН С УПРАВЛЯЕМЫМИ БОРТОВЫМИ ВЕТВЯМИ
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ, УСТАНАВЛИВАЕМЫЕ
МЕЖДУ ГРУППАМИ ПРИВОДНЫХ КОЛЕС
Бронеавтомобиль Panhard EBR (на вооружении
армии Франции с 1950 г. по 1987 г.)
Полноприводные автомобили (повышенной проходимости)
стали выпускать еще в 30-е гг. XX в. Четырехколесные
машины обычно имеют три дифференциала:
один межосевой и два межколесных. Благодаря этому
достигается равномерное расределение вращающего
момента между колесами, полностью исключается
пробуксовка колес при повороте или при движении
по неровной дороге, но если одно из колес не встречает
сопротивления вращению, то оно вращается
быстрее, чем при обычном режиме, а все остальные
колеса останавливаются. Чтобы этого не происходило,
дифференциалы выполняют с повышенным
сопротивлением относительному вращению звеньев.
Место Эти колеса опускаются
водителя-механика при движении по бездорожью.
При этом улучшение проходимости машины
сопровождается большими потерями энергии
и повышенными нагрузками на детали.
Приемом, обеспечивающим сочетание функциональных
свойств дифференциала и отсутствия буксования,
является его принудительная или автоматическая
блокировка. Для уменьшения потерь при движении
по хорошей дороге отключают привод к части колес
путем размыкания кинематической цепи.
Здесь встроенные муфты и тормоза позволяют
отключить привод нескольких или всех колес
правого борта и осуществить плавный или крутой
К переднему поворот машины вправо.
Разветвляющий механизм трансмиссии (между группами
колес, расположенных вдоль бортов бронеавтомобиля)
Механизм реверса
позволяет получать на каждой
передаче две скорости
движения вперед
и две скорости
назад.
К средним и заднему
колесам правого борта
Дисковые муфты
переключения передач
К переднему
левому колесу
Здесь встроенные муфты
и тормоза позволяют
отключить привод
нескольких или
всех колес левого
борта
и осуществить
плавный или
крутой поворот
машины влево.
на общей оси,
вращаются в разные
стороны.
Привод
от двигателя
К средним и заднему
колесам левого борта
Компоновка механизмов трансмиссии
Цилиндрическая
Конические конечная(бортовая)
зубчатые передачи передача
Коробка передач позволяет
получать несколько
режимов вращения ее
выходного вала.
Разветвляющий
механизм содержит
коробку передач,
двухступенчатый
реверс, межбортовой
дифференциал
и механизмы
поворота (отключения
и торможения
группколес
каждого
из бортов).
Каждое из колес
имеет независимую
подвеску. Оно установлено
на рычаге - качающемся
корпусе зубчатой передачи.
Ось качания рычага
подвески
Корпус бронеавтомобиля
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного оанк,, АФ
. И .МАШ
' А «
ь-лпРГНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИИ КОЛЕСНЬ
ПЛАНЕТАРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ПОВОРОТА ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
Одно из первых конструктивных решений планетарного
механизма поворота (30-е гг. XX в.)
Сцепная муфта,
блокирующая
механизм
4Кулачковый
(отжимной)
механизм
управления
муфтой
"^Выходной
вал
механизма
поворота
Рычаг
управления
муфтой
Корпус
бортового
редуктора
Входной
вал
Ведущая звездочка
в гусеничных машинах используют несколько видов
разветвленных трансмиссий, обеспечивающих
режимы поворота путем передачи движения только
на одну гусеницу или вращением ведущих звездочек
с разными скоростями. Дополнительно может
осуществляться торможение отключенной от привода
звездочки. Разветвление трансмиссии выполняют как
в виде неподвижного соединения, так
и с использованием дифференциала. Простейший
механизм поворота вначале содержал сцепную муфту
и тормоз. И только в механизме Вильсона (одного из
первых изобретателей планетарных коробок передач)
вместо сцепной муфты был установлен планетарный
редуктор, включаемый с помощью тормоза.
Представленная здесь конструкция - развитие
механизма Вильсона. В ней установили сцепную
муфту, с помощью которой можно блокировать
планетарный редуктор. Данное решение получило
широкое распространение в танках и гусеничных
тракторах и используется вплоть до наших дней.
При этом ленточные тормоза были заменены на
многодисковые, а вместо системы тяг и рычагов
используют гидравлическую систему управления.
* Первая планетарная четырехскоростная коробка
передач и ответвленные от нее планетарные
механизмы поворота (без муфты, с двумя тормозами)
были установлены Вильсоном в 1917 г. на английском
танке Mk.V (с двигателем мощностью 150 л.с.)
Размещение механизмов в корпусе машины
и пример осуществления
режима поворота
(середина XX в.)
Плавный поворот
в режиме работы
левого
ходоуменьшителя
——I-----——I---------
Правый механизм
заблокирован,
а в левом механизме
включена понижающая
планетарная
_ передача (редуктор,
-----ходоуменьшитель).
поворота —
Здесь расположен двигатель
Правый механизм поворота
Бортовой редуктор
Коробка передач
с выходным
валом, соединенным
с двумя механизмами
поворота (с разных сторон)
Корпус коробки
"евый механизм
Барабан ленточного
тормоза (для остановки Задаваемая скорость левой гусеницы
выходного вала)
передач
Задаваемая скорость правой гусеницы
□□
Развитие систем поворота гусеничных машин
без разветвляющих дифференциалов (2-я половина XX в.)
Одним из направлений совершенствования трансмиссий является
увеличение числа режимов в планетарном механизме поворота
Вильсона. Так в танке Т-64 параллельно установлены две
многоскоростные коробки передач (7 режимов переднего хода
и задний ход) отдельно для привода правой и левой гусениц.
В каждой из коробок можно получать следующий ряд передаточных
отношений: 8,173: 4,400; 3,485; 2,787; 2,027; 1,467; 1,000 и -14,350.
Если одновременно осуществлять в каждой из ветвей трансмиссии
одинаковые режимы, то получается семь режимов движения вперед
и один режим движения назад. Можно отключить одну из ветвей
и тогда один из бортов начнет отставать. При этом радиус поворота
будет зависеть от внешнего сопротивления движению, а в целом
это скажется на падении скорости движения. Если запять разные
режимы движения то можно получить определенное множество
ралтусов поворота (от 1,365 м до 7,205 м).
Если увеличивать скорость движения одной гусеницы
при уменьшении скорости другой гусеницы, то можно
при переключения/ обеспечить заданную скорость движения машины
Для эффективного управления здесь нужен бортовой компьютер,
fc дайной системе реализован принцип конструктивного
/г ИЯ фу»,К ии: получение режимов трогания, прямолинейного
движения поворота и остановки машины с использованием
соы/е шгммы/ общей коробки передач и механизма поворота. В общем
к'4/ усе с коробкой передач размещен также бортовой редуктор
Бортовая коробка передач (вариант схемы)
Многодисковые фрикционные муфты и тормоза с!...с4
(с гидравлическими приводами) с5, сб - остановочные
тормоза (с механическим сервоприводом)
Водило механизма
М3 - выходное
звено коробки
передач
Приводной
вал для
звездочки
гусеничного
хода
□ С
О. /
Q,
сб
У
QQ
ТВ
Ml М2 М3 М4
Входной вал коробки передач - ответвление от вала
двигателя)
плане гарный механизм с “парным” сателлитом
' однорядные планетарные механизмы
1 бортовой планетарный редуктор
п<!Р(,даточным отношением 5.454
76 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ РИСУНКОВ И ЧЕРТГЖГИ и
-----------------—П-ГТИШ»—- Н„,.ри>.№.,из< б,н„ д ф Крайниа
механизмы трансмиссий колесных и гусеничных машин
нлиш
*»'• РАН
разветвленные и разве вленно-замкнутые трансмиссии гусеничных машин с дифференциалами
несимметричный' машины (из книги М.К. Кристи и В.И. Красненькова «Новые
1if? И- Задика и М.А. Крейнеса. 1935-1936^7}МеханиЗМа ЗК (по начальным буквам фамилий изобретателей
разветвляющий механизм выполнен в щ^де двух несимметричных дифференциалов. При движении прямо (включены сцепные
муфты 1 и ДиФФ I _ мпмоыт И ВеСЬ механизм вращается как одно целое. Для осуществления поворота
выключают одну из му . н ы выходных валов распределяются в соответствии с равновесием одного включенного
кинематическую цепь несимметричного ди ференциала. При замедлении одной из гусениц другая гусеница ускоряется,
и поворот происходит ез уменьшения средней скорости машины. Тормозной режим одной из гусениц можно усилить
включением тормоза. При этом дифференциал преобразуется в редуктор.
Сцепная муфта 1
ВХОДНОЙ I —,
——\ Дифференциал 1
Тормоз 2
Тормоз
Выходной вал 1
1 Дифференциал 2
Сцепная
муфта 2
Тяговый
режим
для левой
гусеницы
Приводная
звездочка 1
Включена муфта 1
Ведущее
звено
Приводная
звездочка 2
Тормозной режим
для правой
гусеницы
Выходной вал 2
Сплошными стрелками показаны направления моментов,
а шриховыми - направления угловых скоростей.
Замкнутая двухпоточная* система механизмов поворота (пример из книги Д.П. Волкова
Трансмиссии строительных и дорожных машин".
и А.Ф. Крайнева
Структурная схема
Двигатель.
Выходной
вал 2
М., Машиностроение, 1974 г.)
Несимметричный
дифференциал 2
Несимметричный
дифференциал 1
Кинематическая схема
Входной вал
Коробка--6- -| Несимметричный
передач дифференциал 2
m-n
f-d
с], с8 - бортовые
фрикционные
тормоза
с2, сЗ,...с7 -
сцепные муфты
и тормоза
замыкающего
механизма
с, d. е. f, m, n -
зубчатые колеса
замыкающего механизма
i с~ передаточное
отношение
зубчатой пары е-С
повороты через дополнительные понижающие передачи (включением муфт с4. с 7 и тормоза с2 или с4 с2 или с с2).
Выходной;
вал 1 /
Выходной
вал 2
Выходной
вал 1
Несимметричный Замыкающий --------
Дифференциал 1 механизм
Здесь можно соединить оба дифференциала в единый разветвляющий (дифференциальный) механизм
(влечением муфт с4 с7 или сЗ~с7) с заданным соотношением моментов на выходных валах,
то-есть получить аналогичные режимы, что и в системе ЗК. Также можно заблокировать дифференциалы
вместе или раздельно (муфтами с5 и сб). Кроме того предусмотрены режимы движения прямо или
кнутая трехпоточная* система механизмов поворота немецкого танка Тигр (1942 г.) _ бОрТОвые фрикционные
тормоза Несимметричный
От первичного дифференциал 2
вала
коробки
передач
Вал Двигателя
коробка
пеРедач
Несимметричные
дифференциалы
суммируют
движения
от двигателя через
коробку передач
и от двигателя
через
замыкающий
механизм
Выходной
вал 1 I
От выходного вала
коробки \
передач
(8 режимов
вперед и
4 назад)
*ОДной вал 1 \ Выходной вал 2
фи*си^ТИ мехаиизм задает -------*4
вРащени ННЬ1е соотношения скоростей
^ФФеоА Солнечнь*х зубчатых колес
с^танцИ^1”08 Различных
ЧемУ можТ Вкл,Очения мУФт). благодаря
а также по° 0Суи1ес’ЙЛЯТь движение прямо,
каждой 'учать №а Режима поворота
6 *°Робке Ст^пени изменения скорости
^ВиженирПеРелач и Разворот на месте
нейтп=ГУСениц 6 разные стороны
ьной передаче). потоков замкнутых контурах
^Ш^^°ВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ. РИСУНКОВ и ЧЕРТЕЖЕЙ.
cl
Выходной
101
45
Несимметричный
дифференциал 1
1100
19
‘По числу энергетических
Числа зубьев
зубчатых колес
ж,19 53.’
116
-р 36
____100
с2 сЗ,...с5 - сцепные муфты
замыкающего механизма
На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева
i/ппсгных И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИИ КОЛЕСНЫХ И I гос
О' илипп
пт
МНОГОСКОРОСТНЫЕ
ЗУБЧАТЫЕ МЕХАНИЗМЫ
(КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ)
Автомобильная коробка породам
с осевым введением в зацепление
зубчатых колес
(из книги Jean Perignon.
Theone et thechnologie
des engrenages. \
Pans. 1932) Ji
Педаль
сцепления
Дисковое
сцепление
Вилка
переключения
с фиксатором
положения
Рычаг
переключения
передач
Входной
вал
Выжимной
подшипник
Выходной
вал со
скользящими
вдоль шлицев
зубчатыми
колесами
На каждой ступени изменения скор/ули
вводится в действие зубчатая ne(xw» ч
с требуемым передаточным отношением
При этом переключение осущестляют
осевым смещением зубчатых колес,
вводя таким образом в зацепление
соответствующую пару (на схеме слева)
либо соединяя свободно установленное
на валу зубчатое колесо с валом или
с другим колесом с помощью муфты
(на схемах внизу). У Леонардо да Винчи
имеется рисунок коробки передач
с радиальным введением в зацепление
зубчатых колес (с “накидной" шестерней)
Кстати, подобные схемы использовались
до середины XX в. в станках. Среди
сцепных муфт известны решения
с подвижной внутренней шпонкой (уже
не применяются), зубчатые и кулачковые
муфты. Для удобства включения (на ходу)
их зубьям или кулачкам придается
специальная форма. С середины XX в.
в основном применяют коробки передач
с синхронизаторами скорости
(небольшими фрикционными муфтами,
облегчающими включение зубчатых
муфт) и с многодисковыми
фрикционными муфтами.
Ряд зубчатых венцов на полом
Характерное конструктивное исполнение многодисковой
свободно вращающемся валу
фрикционной муфты в коробке передач 60-х гг. XX в.
Синхронизаторы в автомобильной коробке
передач фирмы Дженерал Моторе (50-е гг. XX в.)
Через окна в диске \ Фрикционный
вводят в зацепление секторный конический
зубчатый венец муфты. синхронизатор
Для включения передачи гидроцилиндр
прижимает ведущие диски к ведомым,
и благодаря трению
передается
вращающий
момент.
Зубчатое колесо
может свободно
вращаться на валу,
а при включении
муфты оно
вращается
вместе с валом
Синхронизаторы в коробке передач автомобиля
фирмы Фиат (70-е гг. XX в.)
Зубчатая втулка
Зубчатое
колесо 1
Фрикционный
конический
Пружинный
шариковый
фиксатор
Подшипник
Вал
Зубчатый венец
синхронизатора
Зубчатый венец муфты
Зубчатое
колесо 2
Пружина служит
для возвратного
движения поршня.
В ТИДрОЦН!
Нажимной диск
Пет канАп'
рабочая
жидкое’*
Поршень
гидроцилиндра
Ведущий
вал
синхронизатор
Через этот клапан
рабочая жидкость
выливается
из гидроцилиндра
при выключении
муфты (клапан открывается
благодаря центробежной силе)
78
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫК! CXI М РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ
На примерах из компьютерного банка АФ Мм»*
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИЙ КОЛЕГнму ы г-^
*илЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
^ГОСКОРОСТНЫЕ ЗУБЧАТЫЕ МЕХАНИЗМЫ С НЕПОДВИЖНЫМИ
^поомеханическая коробка передач (с несоосными
Вал 1
(входной)
ГАП
Фрикционная
муФтг\' 8
Вал 3
Фрикционная
P муфта 2
Вал 4
От двигателя
II
III
IV
Режимы
движения
вперед
Барабанный
колодочный
тормоз
1-3-5
1-4-5
1-3-6
1-4-6
Зубчатая
муфта 6
из двух рядов
Зубчатая
муфта 5
Зубчатая
муфта 7
скомпонована
Фрикционная
муфта 3
ОСЯМИ КОЛЕС
валами) погрузчика (60
К переднему
межколесному
дифференциалу
~-е
— Вал 2
Кинематическая схема
Г идротрансформатор
Вал 2
Включены
муфты
1,2,3,4 - фрикционные
многодисковые муфты;
5,6 - сцепные зубчатые муфты
7- зубчатая муфта
для подкючения задних колес
Вал 3
Вал 4
m-s
Задействованы
зубчатые пары
Барабанный
колодочный
тормоз '
f-g, k-m, о-р
f-g-n, о-р
f-g, k-m-s
f-g-n,
а,Ь,с,...- зубчатые колеса
О
а
Тл
си-
а
•ь
Вал 1
(входной)
к:
яйО
ГЛ
фрикционная
муфта 4
Коробка передач
последовательно соединенных зубчатых колес
и сцепных муфт, размещенных между этими
рядами. Валы выполнены короткими и жесткими,
что благоприятно сказывается на условиях
работы зацеплений и деталей. Но при этом
на каждом из режимов задействовано несколько
зубчатых пар и включено несколько сцепных
муфт, поэтому потери энергии сравнительно
велики, а управление сложное.
Режимы
движения
назад
II
III
IV
2-3-5
2-4-5
2-3-6
2-4-6
d-г-с,
e-f-g, k-m,
d-г-с, e-f-g-n,
d-r-c, e-f-g, k-m-s
d-г-с, e-f-g-n, m-s
о-р
о-р
К заднему
межколесному
дифференциалу
К переднему
межколесному
дифференциалу
Коробка передач с тремя параллельными кинематическими
цепями и общим сцеплением (современного автомобиля Volvo S80)
Выходной
вал
Промежуточный
вал ! и II передачи
Выходной вал
Промежуточный вал
III и IV передачи
Здесь, как и в представленном выше
решении, валы выполнены короткими
и жесткими, а вот на каждом режиме
в работе участвуют всего две пары
зубчатых колес и одна сцепная
муфта (кроме общего сцепления).
С
п
к
Годной
вал
4 J
Промежуточный вал
III и IV передачи
Включена Зубчатые
Режим сцепная муфта пары
I 1 а-p, m-s
II 2 b-g, m-s
III 3 c-k, n-s
IV 4 d-j, n-s
V 5 e-f, m-s
Задний ход 6 a-p-г, o-s
На схеме:
зубчатые колеса р, g, е, k, j, г
установлены свободно;
зубчатые колеса a, b, с. d, m.
п, о, s закреплены на валах;
I, 2. 3, ... - сцепные зубчатые муфты
с синхронизаторами
. машин0ВЕдЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, рисунков и чертежей
На примерах из компьютерного банка
А.Ф. Крайнева 79
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
. И,«AHI
v глн
Автоматическая гидромеханическая коробка передач (с несоосными валами) легкового автомобиля
малого класса (Мерседес-Бенц-А160 CDI, 2000 г.)
Фрикционная
муфта 5
Г парораспределитель
Фрикционная
муфта 4
Фрикционная
муфта 3
Вал 1
Вал 2
Главная (зубчатая)
передача p-r-q (условно
показана в плоскости
вне зацепления)
Замыкание
фрикционных муфт I, 2,...5
соответствует включению
1-й, 2-й,... 5-й передач.
а,Ь,с....- зубчатые
колеса
Вал 3
Промежуточное колесо г,
зацепляющееся с колесами
m и t (см. схему внизу),
здесь условно не показано.
Выходной вал 1
(к правому
приводному
колесу)
Дифференциал
р—-----т Выходной вал 2
(к правому
приводному
Фрикционная муфта 2
Сцепная муфта,
блокирующая
гидротрансформатор Входное звено Механизм свободного хода
Г идротрансформатор
Фрикционная муфта заднего хода
Представленная здесь коробка
передач - самая компактная в мире
среди аналогов (автоматических
пятиступенчатых коробок).
При мощности привода 66 кВт (90 л.с.)
и максимальном вращающем
моменте на входном валу 180 Н м
она имеет длину 315 мм и массу 68 кг
(вместе с гидротрансформатором
и дифференциалом).
Фрикционная муфта 1
Эта схема приведена для представления
о месте расположения и соотношения
размеров коробки передач
по отношению ---------
к автомобилю в целом.
Силовой агрегат
(двигатель с
коробкой передач
и дифференциалом)
Режимы включения, передаточные отношения и кинематическая схема
При переключении с одной передачи на другую
одна муфта размыкается, вторая замыкается.
Г Замкнута фрикционная муфта Зубчатые пары Передаточное отношение
1 c-d, e-k, s-n 3,27
2 c-d, e-k, g-f 1,92
1 3* a-m 1,26
1 4* b-f 0,88
1 5” c-d 0,70
Муфта
заднего хода c-d, e-k, t-r-m -3,39
* Длительно работающие передачи характеризуются
более высоким КПД (энергетический поток проходит
всего через одну зубчатую пару, а в кратковременно
работающих передачах - через три пары).
а
Г идронасос
Главная
передача p-q
(передаточное
отношение
-3.61)
Дифференциал
Муфта
заднего хода
Гидротрансформатор
Входной вал Сцепная муфта
I I
8Q МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф Крайнева
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
ПРЕСЕЛЕКТИВНАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ. Механическая коробка передач с двумя фрикционными сцеплениями, параллельным
соединением кинематических цепей и с электронным управлением - перспективное решение в современных трансмиссиях
автомобилей (по сравнению с автоматическими передачами на основе гидротрансформатора)
Представленная здесь коробка передач создана концерном Volkswagen для автомобилей Audi ТТ 3,2 quattro
и Golf R32. Впервые идея подобной схемы была реализована в 80-е гг. на спортивных автомобилях Porsche,
но в то время управление коробкой было полностью ручным.
Сцепление А может соединить
Муфта включения заднего R 6
5 Муфта включения
/ V передачи
входное звено с центральным
валом (для включения
I. Ill или V передачи).
хода или VI передачи
Трубчатый вал
Сцепление В
может соединить
входной вал
с трубчатым валом
(для включения
II. IV. VI передачи
или заднего хода).
Входное
звено
\
Центральный
вал---------
Под действием __
пружин одно из
сцеплений (А) разомкнуто,
а другое (В) замкнуто.
Из данного состояния
сцепления выводятся
с помощью гидроцилиндров.
Гидроцилиндры
Переключение с одного
режима на другой происходит
без разрыва энергетического
потока. Пока нагружена
одна кинематическая цепь,
происходит переключение в другой цепи
и переход с одного режима на другой
осуществляется быстро и без существенных
потерь энергии (по сравнению, например,
с гидротрансформатором). Процесс
Зубчатое
колесо w,
установленное
на выходном валу*
Муфта
включения
III или
1 передачи
переключения автоматизирован -
электронная система только помогает
водителю, но не заменяет его.
*Выходной вал и примыкающие к нему
зубчатые пары показаны на схеме
условно в общей плоскости справа.
Муфта включения
II или IV передачи
Режимы работы, включаемые элементы управления
и кинематическая схема
Включены Зубчатые Передаточные
Режим сцепные муфты пары** отношения
1 А- 1 п - г 3,45
11 В-2 а - и 2,05
III А- 3 m - q 1,45
IV В - 4 k-p 1,11
V А- 5 h - е 1,08
VI В-6 k-d 0,92
Задний В - R a - b - с -3,14
ход
**На режимах I, II, III и IV передачи в кинематическую
цепь входит также зубчатая пара f - W.
На режимах VI, V передачи и заднего хода
в кинематическую цепь входит также зубчатая пара g - W.
/ - передаточное отношение зубчатой пары с . .-/
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерно, и А.ф
Крайнева 8 1
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
НЛХД1П
** PAN
(ЗУБЧАТЫЕ) МЕХАНИЗМЫ
Водило
МНОГОСКОРОСТНЫЕ ПЛАНЕТАРНЫЕ
Многовенцовый сателлит
Тормоз сЗ для
включения
передачи
заднего хода
и Выходной
(ведомый)
вал
Входной
I | (ведущий)
--------- вал —
Из множества примеров планетарных
коробок передач (для автомобилей и
тракторов), появившихся в первые
десятилетия XX в. здесь приведено только
два. В коробке передач Адамса
использован механизм с многовецовыми
сателлитами. Затормаживая одно
из центральных колес или водило, можно
получить редуктор с вращением выходного
вала с той или иной скоростью или можно
реверсировать движение (для получения
обратного хода). Из-за технологических
трудностей (точного расположения венцов
сателлитов) такого типа схемы
в последующем применяли сравнительно
редко. Другой вид механизмов (с “парным”
сателлитом) хотя и получил
распространение, но по КПД уступает
однорядным планетарным механизмам,
используемым в коробке передач
Вильсона и во многих многоскоростных
передачах, созданных на ее основе.
Первая планетарная четырехскоростная
коробка передач Вильсона была установлена
в 1917 г. на английском танке Mk.V
(с двигателем мощностью 150 л.с.).
Она осуществляла так же режим заднего хода.
Коробка передач Адамса (начало XX в.)
Из условия соосности
здесь каждая пара
колес имеет
в сумме 30 зубьев.
О.
Выходной
(ведомый)
вал
Тормоз C1 для
Многовенцовый сателлит включения
Самозатягивающееся ленточное сцепление первой передачи
Даймлера широко использовалось на автомобилях Тормоз с2 для
до Первой мировой войны. Здесь оно служит для блокировки включения
механизма в целом (для получения прямой передачи). второй передачи
Коробка передач Вильсона для мотовоза
(30-е гг. XX в.), обеспечивающая
получение 4-х режимов движения вперед
и одного - назад „ ,
Сцепная муфта
* Планетарные однорядные
механизмы в порядке ---
их расположения на схеме
(слева направо)
Тормозе! включает третий
механизм* для получения
первой передачи.
Колодочные (барабанные) тормоза
с рычажным ручным и ножным
(педальным) приводом
с5
Тормоз с2 включает
в замкнутую цепь второй
и третий механизмы* для
получения второй передачи.
Тормоз сЗ включает
в замкнутую
кинематическую
цепь первый, второй и третий механизмы
для получения третьей передачи.
Выходной
вал
о
□ о
Компрессор
Выходной вал
Масляный
насос
Входной/
вал
Коническая сцепная
муфта с4 для блокировки
механизма и получения
прямой передачи
с4 сЗ с2 с! с5
о^,
Вибро-
защитная
опора
Тормоз с5 включает
в замкнутую цепь третий
и четвертый планетарные
механизмы*
с отрицательным общим
передаточным отношением
(для режима заднего хода).
Входной
вал
В коробке передач
Вильсона
имеется ряд
прогрессивных
(по современным
представлениям)
конструктивных
решений:
подшипники
без колеи
(в сателлитах), ,
торцовое
уплотнение,
трехточечный
шарико-
подшипник,
опора качения
с раздельным
восприятием осевых
радиальных сил и ДР
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф Крайнева
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
Передачи на основе планетарных механизмов с “парным" сателлитом (составленным из двух зацепляющихся колес)
Двухпоточная гидромеханическая передача, последовательно соединенная с коробкой передач (см. след, стр.)
в трансмиссии трактора Caterpillar D8 с двигателем мощностью 225 л.с. (60-е гг. XX в.)
В представленной здесь
двухпоточной передаче
энергетический поток
разветвляется (в дифференциале)
и следует по двум параллельным
ветвям, а затем суммируется
на выходном валу. Так как
через гидротрансформатор
(обладающий сравнительно
низким КПД) проходит
только часть потока, то общий
КПД получается более высоким.
Это утверждение справедливо
только в определенном
диапазоне передаточных
отношений. В данном примере
при больших скоростях движения
машины потери энергии
действительно не высоки, а вот
коэффициент трансформации
уменьшается и разгонные
характеристики хуже, чем при
передаче всего потока
через гидротрансформатор.
Маховик--------
с двумя
зубчатыми
венцами
(внешним -
для стартера
и внутренним -
большим
центральным
колесом
дифференциала)
Разветвляющий
механизм
(дфференциал)
двухпоточной
передачи имеет
два центральных
колеса: малое
с внешними зубьями
и большое с внутренними
зубьями, а также водило
с “парными” сателлитами.
и насосного колес), равным 5
Входной
вал
Гидротрансформатор с максимальным коэффициентом
трансформации (отношением моментов турбинного
й
Насосное колесо соединено
с водилом дифференциала.
Общая кинематическая схема
двухпоточной гидромеханической
передачи и коробки передач
Выходной вал
соединен с входным
валом коробки передач
(см. след, стр.)
с помощью муфты.
Г идротрансформатор
Два реактивных колеса неподвижно
присоединены к корпусу.
I
2
-----Турбинные колеса
гидротрансформатора
соединены между собой
и с малым центральным
колесом дифференциала
(выходным звеном
двухпоточного
механизма).
Задействованы планетарные
зубчатые механизмы
Режимы
движения Включены L Передаточное
вперед тормоза отношение
I cl - с5 Ml - М3 - М5* 2,23
II cl - сЗ Ml - М3** 1,275
111 cl - с4 Ml - М3 - М4* 0,811
Режимы движения назад I с2 - с5 М2 - М3 - М5* 1,81
II с2 - сЗ М2 - М3** 1,04
III с2 - с4 М2 - М3 - М4* 0,66
Нейтральная
передача сЗ - -
к,
I
Входной
вал - вал
двигателя
Разветвляющий
механизм
(дифференциал)
с "парным”
сателлитом
установлен
в замыкающей
ветви передачи.
Соединительная
муфта __
Многодисковые
фрикционные тормоза
с1...с5, управляемые
с помощью кольцевых
гидроцилиндров
Ml М2 М3 М4 М5
Входной
вал
коробки
передач
Приводной
вал для
агрегатов
машины
Последовательно-параллельное соединение
(два последних механизма образуют замкнутый контур)
Последовательное соединение двух механизмов
Ml, М3 и М5 - однорядные
планетарные механизмы;
М2 и М4 - планетарные механизмы
с “парными" сателлитами;
Ml, М2 и М3 имеют общее водило:
М4 и М5 имеют общее водило.
Выходной
вал
коробки
передач
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. К
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
I i КЛАЛ til
| V РАН
Коробка передач, последовательно присоединенная к гидромеханической двухпоточной передаче
(см пред. стр. )
Многодисковые фрикционные
тормоза
Планетарные механизмы
с "парными" сателлитами
стали применять
в многоскоростных передачах
и реверсах с середины XX в.
По кинематическим
возможностям они уступают
однорядным передачам.
Так при ведомом водиле
величина передаточного
отношения уменьшается на 1
(в однорядном механизме
увеличивается на 1)
по сравнению с вариантом
при неподвижном водиле.
Да и КПД обычно на 1...3%
ниже, чем в однорядном
механизме.
Привлекательной оказалась
возможность
конструктивного
совмещения звеньев
и получаемая при этом
блочность конструкции
(см вариант внизу справа)
особенно при их
совокупном использовании
с однорядными механизмами
В настоящее время
механизмы с "парным"
сателлитом встречаются
в автоматических коробках
передач автомобилей
Упрощенное
поперечное сечение
Штифты для восприятия
окружных сил тормоза
Многодисковые фрикционные
тормоза
ж
Гидро,
аппаратура
системы
управления
тормозами
Кольцевые
поршни
тормозных
гидро-
цилиндров
Ml
Общее водило
механизмов
Ml, М2 и МТ
Входной
вал
М2
М3
М4
MS
Центральное колесо
с внутренними зубьями
Пружина
возвратного
движения
кольцевых
поршней
Ml, М 3 и М 5 однорядные
планетарные механизмы
М2 и М4 планетарные механизмы
с “парными" сателлитами
Выходной
влп
Общее водило
механизмов М4 и М5
"Парный •
сателлит
составлен
из двух
зацепляющихся
колес
На этом примере коробки
передач демонстрируются
возможности унификации
и конструктивного
совмещения
звеньев
Унифицированные
детали и
элементы
Фрикционный
диск тормоза
Центральное /
колесо с
внешними
зубьями
Общее водило
(трех механизмов)
в сборе с сателлитами
34 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ
На примерах из компьютерного банки А Ф
Крайнев*
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
Маховик
Насос
Главная
зубчатая
передача
(редуктор
на выходе)
Конический
дифференциал
Вал
двигателя
Зубчатый
венец (для
1МИ
ИПНСГРУКТИВНОЬ СОВМЕЩЕНИЕ ЗВЕНЬЕВ В МЕХАНИЗМАХ С “ПАРНЫМ’ САТЕЛЛИТОМ
г.шо^пное исполнение коробки передаче управляемыми сцепными муфтами и тормозами и >у >
Шестискоростная (с режимом заднего хода) трансмиссия переднеприводного автомобиля
пп патенту US 6 729 990 В1, выданному на имя ZF Friedrichshafen AG в 2004 г. ,
» яа лисковая (тарельчатая) пружина Поршни кольцевых гидроцилиндров для замыкания тормозов с2 и с
Возвратная дисковая (тарельчснаи/ пружина
Многодисковый тормоз с2
Многодисковая муфта с!
Поршень
для замыкания муфты с I
Входное звено - центральное
колесо с внутренними зубьями
Поршень
для замыкания муфты с5
Возвратная дисковая пружина
муфты с4
z Поршень (в виде тонкостенной
штампованной детали)
для замыкания муфты с4
И
cl подсоединяет
Водило
редуктора
Планетарный редуктор (/ = 1,51)
с неподвижным центральным
колесом (с внешними зубьями)
и ведомым водилом
Функции
сцепных муфт
и тормозов
Передаточное
отношение коробки
передач (с учетом
редуктора
на входе)
Выходное звено
коробки
передач
Входной
вал—_
Конический
дифференциал
Выходные звенья,соединяемые с приводными
колесами с помощью “полуосей” и шаровых муфт
Многодисковый тормоз сЗ
Многодисковая муфта с4
Многодисковая муфта с5
Сателлит
Водило четырехзвенного
планетарного механизма
Включение с4 - с5
обеспечивает блокировку
четырехзвенного
планетарного механизма.
Ь - центральное колесо с внутренними
зубьями
“Парный” сателлит |
ПИ
с4
Планетарный
редуктор
(/= 1,51) на
входе
h
Главная
передача
Кинематическая схема и режимы, получаемые
при включении сцепных муфт и тормозов
Данная трансмиссия содержит планетарный
редуктор на входе, четырехзвенный планетарный
механизм и главную передачу на выходе. Все
они последовательно соединены между собой,
вреда точные отношения изменяются только
Я‘агодаря переключениям в четырехзвенном
механизме. При включении ci сЗ планетарный
редуктор на входе не участвует в работе.
1* всех режимах КПД достаточно высок.
Сочетания —*- с2 - с5 4,28 2,39 1,51 водило h к входному валу. с2 останавливает водило h. сЗ останавливает
— с! - с5 - с5
с4
включенных сЗ - с5 1.14 0,86 центральное колесо а I
сцепных муфт и тормозов сЗ - с4 с4 подсоединяет к редуктору
сЗ - С1 0,68 центральное колесо а 2 с5 подсоединяет
с2 - с4 -3.4 к редуктору центральное колесо а I
МЛиМ.-ЯЯД.ИИ! НА ЯЗЫК! . :Х, М. РИСУНКОВ И ЖЕИ II.....„ор.,х..............
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
«ИЛЧА1П
РАН
СТРУКТУРНЫЙ И СИЛОВОЙ АНАЛИЗ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ С КОНСТРУКТИВНО СОВМЕЩЕННЫМИ ЗВЕНЬЯМИ
овременная 8-скоростная (при движении вперед) автомобильная коробка передач (с режимом заднего хода)
на основе соединения планетарных механизмов с "парным’ сателлитом и с постоянной внешней опорой
Механизм свободного хода
Постоянная Трехзвенный механизм
внешняя опора с “парным" сателлитом
С1 ...сб - сцепные
управляемые
муфты и тормоза
Моменты, передаваемые промежуточными звеньями
указаны без учета знака.
Т - вращающий момент входного вала
Выходной вал
Четырехзвенный
механизм
с\“парным"
сателлитом
5-я передача (/ = 1.231) - замкнутое соединение обоих
механизмов (с незначительной циркуляцией энергии)
0.731Т 0.5Т
1-я передача (/ = 4,596) - последовательное соединение
6-я передача (/ = 1,0) - блокировка всей
коробки передач и совместное вращение
входного и выходного валов
2-я передача (/' = 2,724) - последовательное
соединение механизмов
3-я передача (/ = 1,863) - действует 1-й механизм
7-я передача (/ = 0,824) - замкнутое соединение обоих
механизмов (с незначительной циркуляцией энергии)
Суммарный момент 1,863Т
8-я передача (/ = 0,685) - действует 2-й механизм
0,315Т
4-я передача (/ = 1,464) - замкнутое соединение
обоих механизмов 2 464Т
-1,464Т
0,4641\
Передача заднего хода - действует 2-й механизм
2,176Т
Анализ приведенных схем свидетельствует
о рациональности соединений механизмов на всех режимах
- малые моменты сцепных муфт и тормозов.
- высокий КПД благодаря отсутствию циркуляции энергии (или
незначительной циркуляции) в замкнутых передачах
2,464Т
Небольшая циркуляция энергии в замкнутом
контуре (КПД чуть ниже, чем на других режимах)
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева
86
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
ГАИ
^НОТОСКОРОСТНЫЕ (ЗУБЧАТЫЕ) ПЕРЕДАЧИ. СОСТАВЛЕННЫЕ ИЗ ОДНОРЯДНЫХ (С ОДНОВЕНЦОВЫМИ САТЕЛЛИТАМИ)
ПЛАНЕТАРНЫХ МЕХАНИЗМОВ
Гидромеханическая коробка передач фирмы Allison Transmission в трансмиссии одноосного базового тягача
с двигателем мощностью 470 кВт (США. 60-е гг. XX в.) двухскоростная передача Подвод рабочей
жидкости
Нажимные поршни Планетарный
муфты с 1 и тормоза с2 механизм
С двитателем мощностью 470 кВт (США, 60-е гг. XX в.)
Американские конструкторы обладают богатейшим опытом в создании
многоскоростных планетарных передач. В 1969 г. 90% выпускаемых
в США легковых автомобилей имели разнообразные по конструкции
автоматические коробки передач, а фирма Allison выпустила
140 тыс. гидромеханических передач для грузовых автомобилей,
автобусов и специальных машин.
-,о,
Гидротрансформатор*
Входной вал г—т—
ЕЙ
Q
Вал 2
для смазывания
и управления
Зубчатая передача
с неподвижными
осями колес
Четырехскоростная
сЗ с4 с5
Пружина
муфты 1
cl, сЗ - сцепные блокирующие
муфты; с2, с4, с5, сб - тормоза
(cl- сб - включение заднего хода)
оо
оо
Q
с7
/ ,Q, Q
Вал 1 Вал 2
Г идрозамедлитель
Механизм
свободного
хода
Г идронасос
о
Выходной I
вал коробки *0
передач
Вал 1
О
с7 - сцепная
муфта, блокирующая
гидротрансформатор
Коническая
передача
Карданная
передача
Каналы внутри вала
Водило J /
Дифференциал
Конечный [бортовой] (-----;
планетарный редуктор Е
Система подвода и отвода рабочей жидкости
за последние 40 лет претерпела изменения только в части схемы распределения
потоков и конструкций измерительных и управляющих устройств здесь
не показанных) - ряд функций механических элементов переданы электронной
системе управления.
Г идротрансформатор*
с2
сЗ
с4
сб
Канал подвода/отвода
рабочей жидкости
к гидрозамедлителю
Сцепная
блокирующая
муфта с 7
Пружина
тормоза с2
От гидрораспределителя
к тормозу сб
Зубчатая
передача
привода насоса
Клапан быстрого
размыкания муфты с!
От гидрораспределителя
к тормозу с2 (к гидроцилиндру
К сцепной
муфте сЗ
Каналы подвода
смазочного
материала
к трущимся парам
Система подпитки
1 идро трансформатора,
Циркуляции и охлаждения Система откачки
Рабочей жидкости масла из картера
Гидро трансформатор в трансмисиях оддон
Фанспортных машин стали применять еще в 30-е гг. XX
а отечны венном танке Т-28 он был установлен в 1939
—.. МА1ПИНоведеиие НА языке СХЕМ, РИСУНКОВ И
П Подвод
I рабочей
Т жидкости
' от насоса
К сцепной муфте с7,
блокирующей
гидротрансформатор
К тормозу с5
К сцепной
муфте с 1
От гидрораспределителя
От гидрораспределителя
к тормозу с4
в.
ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка
А.Ф. Крайнева
87
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
i ИЛ\А1П
елн
Автоматическая гидромеханическая коробка передач (с планетарными однорядными механизмами)
фирмы Allison Transmission Division, предназначенная для автобусов (90-е гг. XX в.)
Г идротрансформатор
Г идрозамедлите,
Вал 2
Г идронасос
Масляный фильтр
Насосное
колесо \
Планетарный
зубчатый
механизм М I
Фрикционный
тормоз 4
Сцепная муфта,
блокирующая
гидротрансформатор
Гидроаппаратура ’
системы управления
Планетарный
зубчатый механизм М2
Разъем для
подсоединения
электронной системы
управления
Механизм
свободного
хода
Реактивное
колесо /
Турбинное
колесо
Фрикционная
। муфта 2
Конструктивная схема
Фрикционный
тормоз 3
Выходной
вал
Фрикционная
муфта 1
Входной вал Коническая зубчатая
\ передача
Коробки передач на основе однорядных механизмов
проектируют в соответствии с двумя направлениями:
- число механизмов выбирают равным числу управляющих
тормозов (на каждой передаче включается один тормоз,
как в коробке Вильсона, а прямая передача получается
блокировкой механизма с помощью муфты);
- число механизмов меньше числа управляющих муфт
и тормозов (на каждой передаче нужно включать два, как
в данном примере, или три фрикционных сцепных устройства).
Упрощение конструкции зубчатых передач во втором случае
приводит к усложнению системы управления.
Элементы
электро-
магнитного
управления
Режимы —5"
работы
Задействованы
механизмы
Включены сцепные муфты и/или тормоза Получаемое передаточное | отношение
1-4 Ml- М2 2,01
1-3 М2 1,38
1-2 - ** 1,00
2-4 Ml -1,66
колесо
Насосное
колесо
Фрикционный
^тормоз 4
Фрикционный
тормоз 2
Фрикционный
тормоз 3
Реактивное
колесо
Кинематическая схема
Выходной вал
Вал 3
Гидронасос
- Сцепная муфта, Входной Фрикционная
блокирующая вал „ муфта 1
Турбинное гидротрансформатор
Механизмы образуют замкнутую
передачу (М2 замыкается
на выходной вал).
Механизм М2 заблокирован
и вращается как одно целое
(прямая передача).
Г идрозамедлитель
Механизм
свободного
хода
Вал 4
Планетарный зубчатый механизм
М1 (с отношением чисел зубьев
центральных колес 1,66)
Планетарный зубчатый механизм М 2
(с отношением чисел зубьев
центральных колес 2,7)
88 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ.
На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева
механизмы
ТРАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
< ЯМАМ
V- Г*Я
ЯПОНСКИЙ СТИЛЬ КОНСТРУИРОВАНИЯ (на примере планетар»*
„ передач гм
Каналы подвода жидкости
к гидроцилиндрам
тормозов и муфты
М4
М5
фрикцион-
ный
тормоз с!
материала
Ml
Ml. М2. М3. М4.
М 5 планетарные
однорядные
зубчатые механизмы
Давление в гидросистеме погрузчика 210 бар
Пружина
тормоза
Входной
вал
Представленную коробку передач
устанавливают на погрузчиках
Фирмы Komatsu Forklift
(грузоподъемностью до 48 тыс. кг)
А'* » схемы коробки передач и
"''‘"«'t ли стиля конструирования
асгамлены на (.лед стр
Мощность дизеля 221 кВт при частоте
Мщения 2100 мин ’,
вращающий момент (на входном валу
горобки передач) 1177 Н м
Выходной
вал
зубчатой
передачи
. , жт-14 Н ПОИМНП.1Х и । компьютерно!о банка А Ф Крайнева 89
•^ШИНОВЕДЕНИЕ НА СХЕМ,
Фрикционный
тормоз с2
Фрикционный
тормоз сЗ
фрикционная
Нажимной поршень
г идроцили ндра
тормоза с I
М2 М3
л*д»”*и‘'4
«знал
подход3
муфта с4
фрикционный
тормоз с5
фрикционный
тормоз сб
Выходной
вал
коробки
передач
Зубчатая
передача
(с непод-
вижными
. осями
| колес)
Общий корпус *----_
коробки передач
и зубчатой передачи
(с неподвижными осями колес)
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
СТРУКТУРНЫЙ И СИЛОВОЙ АНАЛИЗ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ,
конструктивная схема которой представлена на пред. стр.
Редуктор- Фрикционные сцепные устройства с1...с6
реверс с! с2 сЗ с5 сб
0,45Т
0,69Т,
Четырех-
скоростная
передача
Планетарные однорядные
зубчатые механизмы
Последовательное соединение частных схем
редуктора-реверса
и четырехскоростной
передачи
Ml
2,9
Отношения чисел зубьев центральных
колес механизмов
М2 М3
2,25 2,25
М4
1,9
М5
1,9
Режимы нагружения
при движении вперед
Включен тормоз с2
задействован механизм
М2
0,85Т
1,30Т
□ СЗ
Характерные черты схемных и конструктивных
решений (для японского стиля конструирования)
- компактность компоновки деталей
при максимально возможном заполнении ими
внутреннего пространства корпуса;
- подвод смазочного материала ко всем подвижным
и многим неподвижным соединениям;
- предпочтительное уменьшение нагрузки
при соответствующем увеличении скорости;
- предпочтительная многопоточная передача энергии;
- определенность центрирования валов
быстровращающихся и нагруженных в процессе
вращения центральных звеньев на двух
подшипниковых опорах (все они центрированы
относительно корпуса непосредственно или через
другие соосные звенья);
- обеспечение самоустановки только для звеньев,
нагруженных при неподвижном состоянии
(центральные колеса с внутренними зубьями,
соединенные с дисками фрикционных тормозов,
центрируются в основном по боковым поверхностям
зубьев сателлитов);
- максимально возможная унификация механизмов,
основных звеньев и деталей, совмещение функций
деталей и соединений;
- предпочтительные соединения: плоские стыки
корпусных деталей (без центрирующих кольцевых
выступов) и их центрирование с помощью штифтов.
2,251]
0,31Т
0,24Т
-3,251]
г с4
Входной вал
О
Включен тормоз сб, механизмы М3. М4 и М5
образуют замкнутую двухконтурную передачу (М 4
и М5 замыкаются на выходной вал). Энергия
передается тремя параллельными потоками, КПД
передачи не ниже, чем КПД одного механизма.
Включен тормоз с5, механизмы М3 и М4
образуют замкнутую одноконтурную передачу
(М4 замыкается на выходной вал). Энергия
передается двумя параллельными потоками, КПД
передачи не ниже, чем КПД одного механизма.
Включена сцепная фрикционная муфта с4, механизм
М3 заблокирован и вращается как одно целое
(прямая передача), КПД равен 1.
Выходной
вал выполнен
консольным, имеет
подшипниковую опору,
расположенную в корпусе.
На основных звеньях
обозначены моменты
в относительных
единицах (Т{ и Гц).
Входной вал центрируется в двух подшипниковых
опорах (в корпусе и на выходном валу).
Опора
выходного вала
7(|- вращающий
момент входного звена
четырехскоростной
передачи
0,3/7..
0,3/7,,
0,69Тц
д
О о
9 “
Схема центрирования входного и выходного валов
Выходной
вал
-0,557,,
0
7,- вращающий
момент входного вала
редуктора-реверса
Режимы нагружения
при движении назад
Включен тормоз с 1,
задействован механизм
MI
Цветом выделены
нагруженные звенья.
Q Q
II"
0,69Т.
0,45Т.
,0 |
с5
0,31Тц
0,697,
0,247//
Включен тормоз сЗ,
задействован механизм М 3
Опоры входного вала
Радиальные силы (обозначены стрелками) здесь
незначительны, они обусловлены только
неуравновешенностью звеньев и неравномерностью
распределения
нагрузки
между
сателлитами. 1
д
V
О СЗ
90
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
Г идро-
трансформатор
Сцепная
блокирующая
(гидро-
трансформатор)
фрикционная
муфта \
НЕМЕЦКИЙ СТИЛЬ КОНСТРУИРОВАНИЯ (на примере гидромеханической передачи фирмы Zahnradfabrik)
Принципы конструирования многих механизмов основаны немецкими конструкторами,
например, в 20-е гг. XX в. они всерьез занялись конструированием планетарных передач
без избыточных связей. Здесь мы обратим внимание только на одну черту данного стиля -
простота конструктивных решений механизмов изменяемой структуры и рациональность
схемы на каждом режиме.
с4
..Планетарный
механизм М2
Планетарный
механизм М3
Выходное
звено
с2 сЗ
Входное^,
звено
Сцепные Планетарный
фрикционные механизм Ml
муфты (с 1, с2, сЗ)
Фрикционные тормоза (с4, с5, сб)
с5 сб
(Промежуточный) вал 1 имеет две
опоры, установленные в корпусе.
Двухопорные центральные валы
Входное звено имеет одну
подшипниковую опору, установленную
в корпусе, а вторую - на валу 1.
Механизм
свободного
хода
* Кинематический
и силовой анализ
приведен в книге
А.Ф. Крайнева
“Идеология
конструирования".
2003 г.
Г идронасос /
Г идрозамедлитель
По уровню конструкторской мысли и технологичности
(в целом) данная разработка превосходит
представленные выше американские и японские
исполнения при сопоставимых функциональных
возможностях.
Входное звено
Сцепная
блокирующая
муфта
j j3 - зубчатые муфты с узкими
внешними венцами для компенсации
перекосов звеньев
Сцепные фрикционные
Гидрозамедлитель муфты
Г идротрансформатор
Входное
звено .
Механизм
свободного хода
Зубчатая передача
Г идронасос
с2 сЗ
с4
/ Фрикционные
тормоза
с5 сб
3.^
Вал 1
а,
Выходное
звено имеет
две опоры,
установленные
в корпусе.
Выходное
/И звено
(Промежуточный) вал 2 имеет две
опоры, установленные на смежных
валах.
Вал 1 Вал 2 /
Планетарный
механизм М 1
Планетарный механизм М.
Планетарный
механизм f
Центрирование в подшипниках
предусмотрено только для валов,
все остальные звенья планетарных
механизмов самоустанавливаются
под действием сил в зацеплениях
и фрикционных парах Перекосы
осей при самоустановке компенсируют
зубчатые муфты с узкими венцами
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
глн I
НОВОЕ НАПРАВЛЕНИЕ В ПРОЕКТИРОВАНИИ ПЛАНЕТАРНЫХ МНОГОСКОРОС**2*“^®^
В коробке передач фирмы 71 Fndrtchschafen AG при переключениях остается минимальное число выключенных сцвПНы
Фрикционных муфт и тормозов на каждом режиме, что снижает потери <
Приоритет 29 июня 2005 г.
с4
Входной с 3
в.»1 • т ... . _ ')'."*эе—---I
С1...с5 сцепные
___ муфты
и тормоза
Выходной
вал
IX
энергии при холостом относительном врлщОИии д
Моменты, передаваемые промежуточными
звеньями, указаны без учета знака.
Т вращающий момент входного вала
5-я передача (i 1,298) замкнутое трехконтурно^
соединение всех четырех механизмов (замыканио
входной и на выходной валы
без циркуляции -0.42Т ГТ ГТ,
энергии) 0.28Т I *“ I °
427 ГТ ГТ
Г* I |°’298Т
0.44Т
-2.1
-2
Передаточные отношения
механизмов (при остановленном водиле)
-3.7
-1.298Т
1-я передача (i 4.7)
4-й механизм (в порядке
расположения на схеме)
2-я передача (i - 3.133) -
последовательно соединены
2-й и 4-й механизмы.
Неподвижное
звено
-4.77
0,737 0.147 0,12Тя
6-я передача (/ = 1.0) - включение трех муфт
- блокировка всех механизмов и совместное
их вращение
7-я передача (i = 0,837) - замкнутое соединение
1 -го и 2-го механизмов (замыкание на входной вал
без циркуляции энергии)
-0.16Т
0,57
-3.1337
Неподвижное
звено
2,457
-0.8377 0,3377
/ 0,327 0.687 £
Блокировка 1-го механизма (вращается как одно целое)
3-я передача (т = 2.143) - замкнутое
соединение 3-го и 4-го механизмов
(замыкание на входной вал г-г-
беэ циркуляции энергии)
8-я передача (/ = 0,667) -
действует 2-й механизм.
-0.6677
-0 837Т
-О.ЗЗТ
1.1437
0.557 0.457
Блокировка 1 -го и 2-го механизмов
(вращаются как одно целое)
4-в песикдячя (I = 1.7) - замкнутое соединение
2-го и 3-го механизмов
0.71
0.667Т |
Блокировка 1-го механизма (вращается как одно целое
Передача заднего хода (i - -3,280) - последовательно
замкнутое соединение 2-го. 1 -го и 4-го механизмов
с незначительной циркуляцией энергии
Блокировка 3-го механизма -4.28Т
(вращается как одно целое)
1.097 0.687
-----------------.-------
без циркуляции энергии)
0.677
ЛН
итденных схем свндетельст
«ногти соединений м«п.ти;
ГVI благодаря отсутствию циркули
«мои цир«упч(1н»<) в лам» нуты х пер
всех ре*>***м
•и (***
НА ЯЗЫКЕ СХЕМ. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ Нм примем* ил к омпыо тарного Лам»л
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИИ КОЛЕСНЫХ И
С. W. HUNT.
Counter-Shift for Driving Machinery.
No. 19T.4T2.
Patented Nov. 27. 1877
Выходное
звено
Радиус 1
Входное
звено
Поворотный
фрикционный ролик 4
Шкив
ременной
передачи
Радиус
2
Нажимная
листовая
пружина
ВАРИАТОРЫ СКОРОСТИ (бесступенчато регулируемые передачи)
Здесь приведено всего несколько примеров из многообразия
фрикционных вариаторов, изобретенных в XIX и XX вв.
В вариаторе Чарльза Ханта фрикционный ролик поворачивают
вокруг его поперечной оси и при этом изменяются радиусы 1 и 2
взаимодействующих с ним входного и выходного звеньев
тороидальной формы. Изменение соотношения радиусов качения
звеньев приводит к плавному изменению передаточного отношения.
В вариаторах других изобретателей использовался аналогичный
принцип, но звенья имеют иную форму и расположение. Например,
простейший лобовой вариатор имел колесо постоянного радиуса 2,
перемещаемое по торцу колеса с изменяемым радиусом 1.
В процессе создания первых вариаторов было придумано устройство
для автоматического изменения степени прижатия звеньев при
изменении вращающего момента (для уменьшения потерь энергии).
Несмотря на активность изобретательской мысли, фрикционным
вариаторам предпочитали многоступенчатые коробки передач
и гидравлические передачи. Благодаря новым фрикционным
и смазочным материалам в конце XX в. осуществлены успешные
разработки вариаторов для трансмиссий автомобилей. С 20-х гг.
XX в. стали появляться конструкции импульсных вариаторов,
но они так и не получили серьезного практического применения.
Приводные колеса
Один из проектов трансмиссии автомобиля
Фрикционный ролик
в поворотной опоре
Входное
звено
Входное сдвоенное
фрикционное торовое
колесо
Вариатор фирмы Hayes, серийно выпускаемый
для автомобилей
в 30-е гг. XX в.
Выходное
фрикционное
торовое колесо 2
Самозатягивающее
нажимное устройство
Механизм поворота ''
тя.ей фрикционных
(Юликов и восприятия
реактивного момента
Общий
выходной
вал
Выходное
Фрикционное
торовое колесо 1
Самозатягивающее нажимное устройство
и самоустановка роликов при управляющем
воздействии на их оси
Торовое—
колесо 1
Радиус 2
Шарик (или J
к
валу затягивается
Радиус 1 | I
Торовое
колесо 2
ролик) при
увеличении
момента на
в клиновой зазор между
торцами звеньев и разжимает
При этом сила нажатия
соответственно возрастает.
Г идравлический
управляющий
А-А
Направление
самоустановки
ролика
Управляющее
воздействие
на ось ролика
механизм
Торовое
колесо
Ролик
Направление
самоустановки
ролика
Воздействие
гидроцилиндра
приводит к
повороту оси ролика
и изменению передаточного отношения.
Равенство давлений в гидроцилиндрах
обеспечивает синхронную самоустановку
роликов и равномерное их нагружение.
На схеме слева нагрузка распределяется
между двумя симметрично расположенными
механизмами (комплектами промежуточных
фрикционных роликов).
МАШИНОВЕДЕНИЕ
НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева 93
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
i И ЛА A III
4 PAH
КЛИНОРЕМЕННЫЕ И ЦЕПНЫЕ ФРИКЦИОННЫЕ ВАРИАТОРЫ В
ТРАНСМИССИЯХ АВТОМОБИЛЕЙ
Входной вал
Дифференциал
Клиновой ремень
Пружина
Поршень
Датчик угловой скорости
Маховик
Реверс
К реверсу
Муфта
реверса
Самозатягивающее
нажимное устройство
Тормоз включения
передачи заднего хода
“Главная”
зубчатая
передача
Управляющий
гидроцилиндр
ведомого шкива
Пластинчатая —
шарнирная цепь
Управляющий
гидроцилиндр
ведущего
шкива
Передаточное
отношение равно
отношению радиусов
дуг, по которым ремень
взаимодействует
со шкивами (г2/гу).
Его изменяют, сдвигая
конусы одного шкива
и одновременно раздвигая
конусы другого шкива.
Конический
зубчатый
реверс
Ведущий
шкив
Клиновой
ремень
Рычаг
подвески
Муфта прямого
включения -
блокировки
реверса
Многодисковая
сцепная
муфта--------;
Клиноременный
вариатор плавно
регулирует передаточное
отношение
от 2,47 до 0,547.
Датчик угловой
скорости 2
Пластинчатый
металлический
ремень (фирмы
Van Doorne \
Transmission)
Приводное
колесо
Масляный
насос \
Входной
вал
Г идро-
распределитель
Стальная
лента
Вакуумная камера
Центробежный / I
___регулятор /
От центрального
блока управления
От рукоятки
управления
Тормоз
включения
передачи
заднего
хода
Электронный
блок
управления
Мощность привода
193 л.с., вращающий
момент 280 Н м
Диапазон регулирования
передаточного
отношения вариатора 6
Трансмиссия Multitronic
автомобиля Audi А6
(конец XX в.)
Кинематическая схема
(конструкцию
см. на след,
стр.)
Реверс - плане,ар
блокируемая лере*
- парным" сателлитом
Управляют*11'
гидроцилинДР
ведомого шхива
От датчиков
угловой
скорости
** Ги 2
Входной
вал \
Трансмиссия Variomatic в малолитражном
автомобиле DAF 600 (в 1958 г. было выпущено
около 50 тыс. таких машин)’
Мощность привода 20 л.с.; диапазон I
регулирования передаточного отношения
вариатора 4,5
Конический
зубчатый реверс
Пластина
Управляющий гидроцилиндр
ведущего шкива
Ведомый
шкив вал
' ' Ведомый
Клиноременные вариаторы
позволили обойтись без карданных передач
при использовании независимой подвески.
Раздвигаемые/сдвигаемые
конусы шкива
Трансмиссия CVT автомобиля
Honda Civic (конец XX в.)
Мощность привода 114 л.с.
Муфта прямого включения
блокировки реверса
Дифференциал________________
Разработчики братья Губертус и Виллем Ван Доорн (Голландия)
94 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
Трансмиссия Multitronic автомобиля Audi А6 (конец XX в.).
Общий корпус \
Конструкция (кинематическую схему см. на пред, стр.)
Фрикционный тормоз включения
передачи заднего хода
Реверс - планетарная блокируемая
передача с “парным” сателлитом
Зубчатая передача
\\ \ Самозатягивающее нажимное устройство
. Рабочая полость 1 гидроцилиндра
Управляющий гидроцилиндр ведущего шкива
Рабочая полость 2 гидроцилиндра
Конус 1 ведущего шкива
Пластинчатая шарнирная цепь
Конус 2 ведущего шкива
Масляный насос
________—— От рукоятки
управления
Г идрораспределитель
Левый выходной
вал
Дифференциал /
“Главная” зубчатая передача
Электронный
блок управления
Продольное
сечение места
взаимодействия
Конус 1
ведомого шкива
Конус 2
ведомого
шкива
Управляющий Пружина
гидроцилиндр
ведомого шкива
Ведомый вал вариатора
Поршень
гидроцилиндра
ведомого шкива
цепи со шкивом
Втулка
Пластины
цели
Пружина
I
шарнира
Опорный
плунжер
Тангенциальное
сечение места
взаимодействия
цепи со шкивом
|н fQT< 11
Рабочая
поверхность
шкива
Подвижное шлицевое
соединение шариковые
направляющие
Представленная здесь конструкция фрикционного вариатора
с гибким звеном (пластинчатой шарнирной цепью) - одно
из совершенных и конкурентноспособных решений плавного
регулирования передаточного отношения. По сравнению
с гидромеханической передачей вариатор обладает более
высоким КПД (при автоматической системе управления).
По сравнению с клиноременным вариатором (со стальным
ремнем фирмы Van Doorne Transmission) цепной вариатор
может иметь меньшие диаметры шкивов благодаря более
высокой гибкости огибающей их цепи.
Что же касается известных цепных вариаторов с ребристыми
шкивами и подвижными пластинами цепи, то они, строго
говоря, относятся к другому классу механизмов
(с дискретным изменением передаточного отношения) и
уступают фрикционным вариаторам по плавности хода
и другим обусловленным этим фактором характеристикам
(виброактивности, уровню шума, износостойкости деталей)
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И
ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из компьютерного банка Аф Крайнева 95
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
I И Лк A III
Ч* r*M
Маховик
Входной
вял
ФРИКЦИОННЫЕ ВАРИАТОРЫ С ПЕРЕМЕЩАЕМЫМ СОПРЯЖЕНИЕМ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
Тороеые фрикционные вариаторы в трансмиссиях легковых автомобилей
Последовательное соединение вариаторов позволяет
увеличить диапазон регулирования (пример 90-х гг. XX в )
Синхронизирующий (тросовый) механизм
Вариатор 2
Вариатор 1
Водило
Входной
вал
~~
Выходные валы
Сцепная
зубчатая
муфта
Масляный
нлс.ос
В двухпоточной передаче только часть энергетического
потока проходит через вариатор. поэтому КПД выше
чем в однопоточной передаче, но при этом диапазон
регулирования соответственно уменьшается.
Сот’ерштчтетнонлнием сопряжения пары ролик торовое
колесо с 19Г8 < занимались инженеры японского
отделения крупнейшей подшипниковой корпорации NSK
В качестве материала деталей использована
подшипниковая сталь с цементацией поверхностного
слоя Разработан также новый смазочный материал,
способный противостоять без разрушения и выдавливания
при действии больших сжимающих сил (в месте контакта).
Выходной
вал
Нажимное
Устройство
Тормоз
включения
передачи
заднего
хода
Двухпоточняя передача авиационной
фирмы Curtis Wright (США. 1963 г.)
Торовый вариатор Дифференциал
тямкнут на входной вал х (суммирующий
планетарный
механизм)
Сцепная
муфта
включения
первого
вариатора
Дифференциал
Реверс —
планетарная
блокируемая
передача
с "парным"
сателлитом
Модель обеспечения высокой несущей способности
масляного слоя (пленки)
по представлению
разработчиков
Молекулы в свободном
счх:птянии
В масляной
пленке
। несколько
мкм)
Сцепная блокирующая муфта
последовательного включения
вариаторов в режиме переднего
хода
Торовый вариатор с гидравлическим управлением
(поперечное сечение), разработанный фирмой JATCO
Направления самоустановки роликов
Ролик 2
Коромысло 2
Осевое
смещение
ролика
приводит
к повороту
коромысла
и обкатыванию
ролика по дуге
другого радиуса
Торовое колесо
Г идроцилиндр 1 —
Устройство для
предварительного
прижатия ролика
Управляющий
(гидравлический)
механизм
Коромысло 1
Ролик 1 V.
Гидроцилиндр 2
Сила давление до 100 кН
ь скрепляются в прочные
(при сжатии) цепочки.
Автоматическая передача плавного регулирования на основе вариатора Extroid для автомобиля
с двигателем мощностью до 300 л.с. (совместная разработка фирм NSK, JATCO и Nissan 1999 г.)
Сцепная блокирующая Гидротрансформатор Параллельно соединенные вариаторы
Роли*
(тросовый)
механизм
Вмуэюй
►Veecv т мметарнля
передачи мдне-о х/дз
Упорный
подшипник
Основные детали
вариаторе
Торовое
колесо
MAYN'TО6ЕДЕ^*е НА <13ЫкЕ СХЕМ
РНСУКков
И ч£рт£ХЕИ -Ча прымеоах из
кожгъютеоюго банка А Ф Кр**“’ева
Сме*>«-ля б хжирчющля муфта
нажимное
Зчбчатая
передача
Выходной
вал
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
КТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ТРАНСМИССИИ
Электромобили в конце XIX в.
были широко распространены
(в США к 1900 г. их выпущено 1585,
а автомобилей с ДВС - всего 936).
На электромобиле в 1899 был
установлен рекорд скорости 106 км/ч
(гонщик и конструктор К. Женатци).
Электромобиль Brougham фирмы Electric Vehicle
Коническая
передача,
допускающая
поворот оси
колеса по
Рукоятка
регулирования
скорости
Привод передних управляемых
колес от одного электродвигателя
аналогии с
шарнирной
Рулевой
рычаг
Педаль
тормоза
Свинцово-
кислотный
аккумулятор
массой 545 кг
Каждое из
передних колес
приводится
отдельным —
Переключатель
режимов электропривода
Листовая
рессора
Управляемые
электро- Тормозное
двигателем.
устройство
задние колеса
В 1900 г. Фердинанд Порше разработал и представил на Всемирной выставке в Париже переднеприводной легковой
концепт-кар - электромобиль с мотор-колесами (с индивидуальными, встроенными в колеса приводами).
Двух- и трехпоточные электромеханические передачи
(с непрерывным или непрерывно-ступенчатым регулированием скорости)
Выполняя одну из параллельных ветвей трансмиссии электрической (в виде
системы генератор-двигатель), обеспечивают непрерывное регулирование
передаточного отношения при сравнительно небольших затратах энергии.
Двухпоточная передача с электрическим разветвлением потоков
энергии [прицип предложен Ентцем в 1903 г. (США), конструкция
разработана Гроуном в 1923 г. (Германия) и применена
на легковом
автомобиле].
Трехпоточная передача с дифференциальной
электромашиной (с двумя электрическими
потоками) С.П. Лебедева и Н.Е. Голубкова
(1955 г.) ---------------------------
Управляемое
электрическое соединение
Электромашина 1
с вращающимся статором
Входной вал
Механический
дифференциал
Механический
дифференциал
Выходной
вал
— Ротор электромашины 2
неподвижно соединен
с вращающимся статором
электромашины 1.
Выходной
вал
Электромашина 1
Выходной вал
Электромашина 2
Электромашина 1
Входной
вал
Выходной
вал
Дифференциальная электромашина 1
Управляемое
электрическое соединение
Электро-
машина 2
Прямая
передача
(вкл. с2)
и реверс
(вкл. d)
—
с2
Выходной
вал
Входной
вал
Величина энергетического потока в регулируемой ветви зависит
от выбранной схемы и параметров. Стремление уменьшить эту
величину приводит к уменьшению диапазона
изменения передаточного отношения.
Существенное увеличение диапазона
возможно лишь при циркуляции энергии.
Входной вал
Управляемое
электрическое соединение
। — I I __L_------------
Двухпоточная передача
Фольмера, используемая
в автобусе с мощностью
двигателя 84 л.с. (Германия, 1927 г.
Суммирующий механизм
и разомкнутых сцепных
устройствах с 1 и с2),
реверс (при включении
тормоза с 1) или
прямая передача
(при включении
муфты с2)
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А Ф. Крайнева 97
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
Электромашина I
Электромашина 2
Приводной вал (от двигателя
внутреннего сгорания)
Механическое
разветвление
К бортовому
редуктору
и приводной
звездочке
левой гусеницы
Суммирующий
планетарный
механизм привода
левой гусеницы
Управляемое
электрическое соединение
Суммирующий
планетарный
механизм привода
правой гусеницы
Редуктору
и приводное
звездочко
правой гусеницы
Дв\\поточная передача в трансмиссии
трактора мощностью 350 л.с.
Челябинского тракторного завода
(проектный вариант. 60-е гг. XX в.)
Редуктор-
' реверс
В этой схеме совмещены функции
планетарных механизмов поворота
с функциями суммирующих устройств.
Благодаря этому может быть
обеспечено непрерывно-ступенчатое
регулирование скорости раздельно
каждой из гусениц. В целом здесь
осуществлено замыкание
электрической ветви на входной вал.
Энергетический поток в ней только
в небольшом диапазоне скорости
меньше подводимого потока.
Двухскоростная —
передача
сЗ |
с4 А
с1...с10 - сцепные управляемые муфты и тормоза
Трехпоточная передача с изменяемыми параметрами суммирующего механизма
(из книги П.Н. Иванченко и др. “Электромеханические передачи" 1962 г.)
Управляемое
электрическое соединение
Двухскоростная
передача
Редуктор в электро-
механической ветви
вал
Электро-
машина 1
Приводной
(входной)вал
Суммирующий
(двухлоточный) механизм
с тремя степенями свободы
План угловых скоростей,
энергетические
и силовые характеристики
передачи, переключаемой
с двухпоточной
на трехпоточную
(по схеме внизу слева)
Электромашина 2
Выходной
В трехпоточной передаче энергетический поток в электрической ветви
меньше, чем в двухпоточной передаче.но диапазон регулирования
скорости небольшой. Здесь диапазон параллельной передачи энергии
расширен благодаря введению в цепь двухскоростной передачи.
Электромашина 1
Электромашина 2
Управляемое
Передача, переключаемая с двухпоточной на трехпоточную
(из книги А.Ф. Крайнева “Механика машин" 2001 г.)
О
Выходной
вал
0)
/ —
Бл.л одаря возможности переключения муфт с 1 и с2
диапазон улирования скорости при параллельных
потоках энергии и при малых моментах (в режиме
циркуляции) существенно расширен
0,5
угловая скорость
передаточное
отношение
ПрИВОДНОИ
(входной)вал
-2
СО/СО ।
СОп / СО ]
Wm/0)|
W0/C°l
1,0
Вкл. с!
Вкл. с2
\1//(
Х0)о/°)
(0n/W|
р/р}
Выкл. с2
Выкл. cl
0,6
т/т
вращающий момент
мощное II.
()./7 Ре*им
циркуляции
энер| ии
98 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫК! ( Xf М, РИСУНКОВ И
*н I’ll +1 И На примерах и i компьютерно! о банка А Ф Крайнее.'
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
1ИССИИ ГИБРИДОМОБИЛЕЙ
Гибрндомобиль имеет комбинированный привод
от д|ни птеля внутреннею сгорания (ДВС ) и от
а н»м родаишталя Его трансмиссия может быть
представлена как результат 100-летнего развития
з»к>ктромеханических передач (на примерах,
приведенных выше). Особенность гибридомобиля
♦ак•помается в наличии мощного аккумулятора,
способного подзаряжаться при работающем ДВС.
Это обусловливает автономность системы
и возможность привода от электродвигателя
(совместно с ДВС или при неработающем ДВС).
Дополнительные особенности трансмиссии
- отсутствие сцепления и гидротрансформатора.
Их функции выполняет “электрический
вариатор”- управляемое соединение электромашин
в параллельной ветви переключаемой
механической системы. Как и в более ранних
передачах электрические машины способны
работать в обращенных режимах: генераторном/
тяговом/тормозном (с рекуперацией энергии).
Гибридомобиль меньше расходует горючего
и меньше загрязняет среду. Тем не менее многие
его считают переходным на пути создания
транспортных средств без ДВС.
Далеко не все из выпускаемых до сих пор машин,
называемых “гибридными”, обладают всеми
перечисленными свойствами и возможностями.
Трансмиссия привода передних колес гибридомобиля
Lexus RX 400h
(2004 г.)
Приводной
вал
(от ДВС
мощностью
211 л.с.
И«МАШ
***' РАЯ
К электроприводу
задних колес
(след стр )
Макс, мощность
123 кВт,
частота вращения
4500 мин’
Блок
управления
Г
о
Планетарный
редуктор
с неподвижным
водилом
нРаспределитель
Демпфер
Электро-
генератор —“
приводится
во вращение
от ДВС через
планетарный
разветвляющий
механизм.
Планетарный
разветвляющий
механизм или
повышающая
передача (при
остановленном
звене 01)
Электродвигатель
передает движение
передним
колесам через
многоступенчатый
редуктор
и дифференциал.
Начало эпохи гибридомобилей в мае 2004 г.
ознаменовалось решением жюри конкурса
International Engine Of The Year 2004 присудить
приз за лучший силовой агрегат создателям
минивэна Toyota Prius, серийно выпускаемого
с 1997 г. (признанного уже в усовершенствован-
ном виде “автомобилем года” в 2005 г.).
Эти валы
соединены
со ступицами колес.
Планетарные механизмы
Электродвигатель
Аккумулятор
нРаспределитель -
Электродвигатель
мощностью
33 кВт
Трансмиссия первого в мире гибридомобиля
Toyota Prius
Блок
управления
Электро-
генератор
Демпфер
Электрогенератор
Цепная передача
Морзе (бесшумная,
с зубчатой цепью)
Симметричный
конический
дифференциал
Главная
(понижающая)
передача
Планетарный
(разветвляющий или
суммирующий)
механизм
Эти валы
соединены со ступицами
колес (через карданные
передачи).
IF
Демпфер
Приводной
вал (от ДВС
мощностью
72 л.с.)
Передний межколесный
симметричный
дифференциал
Зги валы соединены со сiулицами колес.
Приводной
вал (от ДВС)
Двухступенчатый
редуктор -
главная
1 (понижающая)
передача
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И
ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева 99
МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
ИМАЛ1
*•' ГАН
Электропривод задних колес гибридомобиля
Lexus RX 400h (упрощенное изображение).
Трансмиссию привода передних колес см на стр. 99
Структурная схема
компактно размещенные
в едином корпусе,
последова те льно
соединенные
электродвигатель,
двухст упенчатый
зубчатый редуктор
и разветвляющий
дифференциал
Входной вал редуктора,
приводимый от ротора
электродвигателя
Трансмиссия заднеприводного гибридомобиля
Lexus GS 450h
2004 г."
Синхронный электродвигатель
переменного тока
Напряжение 650 В.
макс мощность 50 кВт,
вращ момент до 130 Нм.
частота вращения
до 5120 мин '
Блок
управления
Приводной
вал от ДВС V
»
Электродвигатель
мощностью 147 кВт
/ С1
с2
Распределитель
мощностью
296 л.с. а
Г
Д Электрогенератор
Синхронизаторы
Главная
Симметричный
конический
дифференциал
•Аналогичная
схема
применена
в полноприводном седане
Lexus LS 600h 2008 г.
Зубчатый *
редуктор
Выходной
вал
Разветвляющий Двухскоростная
механизм передача
Выходные
Т валы
с2
Дифференциал
Электродвигатель
передача
Г’
Один из вариантов (совместной разработки фирм Bosch
и Get rag) гибридной
силовой установки
на основе
преселективной
коробки
передач
Эти валы
соединены
со ступицами колес
(через карданные передачи).
Электро-
генератор
Блок
управления
Синхронизаторы •*“
S
Режимы работы агрегата ECVT
-зарядка аккумулятора от электромашин раздельно
или совместно, в том числе при работающем ДВС
и/или благодаря рекуперации энергии при замедлении
движения;
-однопоточная передача энергии от ДВС
и/или от электромашины 2;
-двухпоточная электромеханическая передача энергии
с регулируемым
электрическим
потоком
Агрегат ECVT - "электрический вариатор",
разработанный совместно концернами
Daimler-Chrysler, BMW и General Motors в 2006 г."
Варианты включения сцепных
управляемых устройств и
получаемых соединений
Ч Распределитель I-
Электромашина 2
с4
Блок
управления
Электромашина 1
Демпфер \\
М2 О1
М3
Выходной вал
При включении муфты с I "
блокируется механизм М2,
оба механизма Ml. М2 и
ротор электромашины 1
вращаются как одно целое
вместе с входным валом
При включении
тормоза сЗ
механизм М3
превращается
в редуктор,
последова те льно
присоединенный
к электромашине 2
При включении тормоза с2
механизм М 2 превращается
в редуктор.последовательно
присоединенный
к электромашине 1,
оба механизма и
электромашина 1 образуют
передачу с замыканием
системы “электромашина 14-
механизм М2" на выходное
звено 01.
Здесь проанализирован один из вариантов.
приведенных в патенте US 7 238 131 В2, выданном концерну General Motors в 2007 г
При включении
муфты с4
блокируется
механизм М3,
ротор
электромашины 2
вращается
как одно целое
с выходным валом
Входной
вал
100 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах
из компьютерного банка А.Ф. Крайнева
ВИБРОЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ
пружина в виде набора колец с клиновым поперечным
сечением в буфере для железнодорожного
транспорта Стяжной стержень
ПРОСТЕЙШИЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ СМЯГЧЕНИЯ
УДАРОВ И ДЛЯ ДЕМПФИРОВАНИЯ ВИБРАЦИИ
Железнодорожный буфер (из книги HUTTE des ingenieurs
У Taschenbuch. Berlin, 1936) в соединении подвижного состава.
илча । нм р
пружины
Кольца с клиновым сечением
к
чг
650
г - сила
сжатия
Т елескопический
направляющий цилиндр
Рассеиваемая
энергия
Деформация пружины
Витая ленточная
пружина сжатия
(полученная
свертыванием ленты
переменного сечения и
последующей закалкой)
Силы трения при деформировании
пружины приводят к существеному изменению
характеристики при реверсировании нагружения
и рассеянию энергии колебаний. трения
покоя
Витки пружины обладают отличной один от другого жесткостью.
Зависимость между силой упругости пружины и относительными
перемещениями получается нелинейной. Благодаря этому
эфективность виброзащиты повышается (с ростом амплитуды
колебаний при приближении к резонансу меняется жесткость
системы и соответственно частота собственных колебаний).
Фрикционные
накладки
Двухсторонний буфер с уменьшением энергии
отдачи
-Клиновои
механизм
уменьшения
t___________________________________________ отдачи
Диск
Вертикальные
колебания
Пружинные опоры со встроенными
фрикционными демпферами
Момент трения
Сила нажатия
Упругий
стержень
Опорная
пружина
Соединение
винт-гайка
При сжатии опорной пружины
упругий стержень (или соединение
винт-гайка на схеме справа)
заставляет поворачиваться диски,
прижатые к фрикционным
накладкам. Благодаря трению
энергия вертикальных колебаний
превращается в тепло. /
Момент трения
Сила
Опорная
пружина
Фрикционные
накладки
Пружина
Направляющие элементы
Равноплечий
рычаг
Основная
пружина
Отдача (удар при обратном ходе пружины) смягчается
благодаря сопротивлению возврата шариков в клиновом
механизме.
Современный демпфер системы Magnetic Ride
в автомобильном
амортизаторе
Магнитные
частицы
(3...10 мкм)
с покрытием
от слипания
выстраиваются
вдоль силовых
линий магнитного
поля и тем
самым изменяют
вязкость жидкости
при ее прохождении Канал демпфера
через канал демпфера. Электромагнитная
Благодаря этому можно непрерывно катушка
регулировать сопротивление движению штока.
Цилиндр
Шток
Поршень
Фрикционный демпфер в подвеске
железнодорожной платформы (20-е гг. XX в )
Ползун с подшипниками
оси колес при сжатии
пружин перемещается
относительно платформы.
Пружина постоянно прижимает
диск к рычагу демпфера, благодаря чему
рычаг притормаживается и соответственно
уменьшается раскачивание платформы
I О ОС
О^о о1
Рычаг
демпфера
Фрикционная
накладка
на рычаге
Нажимной диск
А.Ф, Крайнева
И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютнпнпгп 6..,
101
ВИБРОЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ
ПМАШ
* ГАН
ВИб^ЗАЩИТНЫ! ОПОРЫ С НЕЛИНЕЙНОЙ ЖЕСТКОСТЬЮ (2-я половинп XX п )
Нелинейные \npv> нс ЛПОМГН1Ы ПОЗВОЛЯЮТ автоматически избеннь
,'е ч' । ч . \ пений При приближении частоты внешних воздвЙс твий
к *,irvt' ёр(ч ’кеш,|.А колебаний меняется жесткость системы
Резинометаллическая опора
имеет металлические элементы каркаса
разделенные слоем или слоями резины
и еоотвгнтненне частом собственных колебаний
Здесь приведено
Упрут ая опора в виде
паралчельнот о соединения
винтовой пружины
и пнеемобаллона
Пневматический баллон (подвески
автомобиля) фирмы Continental
грузоподъемностью от 5 до 35 кН
при возможном ходе до 300 мм
Р
Пневмобаллон
(гибкая
оболочка,
заполненная
газом)
Пр\ жина кроме
основной
функции
выполняет
роль каркаса
для пневмобаллона
Резинометаллическая многослойная
опора с деформированием слоев
в стесненных условиях
По мере сжатия резиновых слоев
«ихние слои становятся жеще
из-за боковых ограничений
'Оверхмости углубления
Стальная прокладка
По такому же
принципу
выполняют
упругие шарниры
подвесок
автомобилей.
одно из первых
простых решений
унифицированной
виброизолирующей
опоры станины
технологического
оборудования.
Станина
Резинокордная
оболочка
Упор-
Канал для
подачи
газа
Каркас
Сферическая
резинометаллическая
опора для изменяемого
направления действия сил
Буфер
Стальная
чашка
Резиновый
слой
Стальной
диск----
Резинометаллическая опора с
демпфером
Станина
При вибрации
газ перетекает
через дроссели
из одной полости
в другую, и тем
самым замедляется
относительное
движение
элементов
опоры.
Фундамент
пневматическим
Внутренний
/ дроссель
Фундамент
слои
Внешний
дроссель
Элементы
каркаса
Резиновый слой
Демпфирование (рассеяние энергии) вибрации происходит.
в ч»с’«ссти благодаря внутреннему трению в эластичных элементах
относительном скольжении деталей.
F
Тарельчатая пружина с изменяемой
(ступенчато по мере деформирования)
жесткостью
Пружинная опора
с фрикционным демпфером
Скользящая
Сила прения
опора
бкжоеш# смл
Коническая пружина
имеет нелинейную
зависимость между
силой сжатия
и перемещением.
При нагружении
в первую очередь
существенно
деформируются
пакеты,
обладающие
меньшей жесткостью.
Увеличение нагрузки
пакеты г
Силы трения (
Корпус
Уменьшение нагрузки
Эластичный сердечник
Работа сил трения
(скольжения
между деталями)
Преобразователь
поступательного
перемещения
во вращения
Сила
трения покоя
Кольцевая упруго-демпфирующая
опора вала (из диссертации
В.А. Антипова. 2005 г.)
Многослойная
гофрированная
стальная
прокладка
Маховик х
замедляет\
перемещение'
опорной
поверхности \
при воздействии
силы F.
Подшипник -1
вала
трение между нитями
* проволоками j троса или между
гофрированными кольцами приводит
• эффект немому демпфированию вибрации
Упруго-инерционная опора
Инерционный
момент сопротивления
вращению
1Q2 МАшИнОввДЕ нИЕ ИД ЯЗЫКЕ СХЕМ РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из компьютерного банка АФ Крейне**
ВИБРОЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ
Эластичная композиционная муфта фирмы SGF
Резиновое
тело
муфты
Консольные пальцы
входное о
лоеодка
Нейлоновые
или вискозные
петли внутри ,,
резинового тела
Консольные
пальцы выходного поводка
-10 -5
ТркН м
1.0
0.8
0,6 /
oj )
0.2 у '
' 5
*—4- -0,4
-0,6
1-0,8
МУФТЫ С НЕЛИНЕЙНОЙ ЗАВИСИМОСТЬЮ МЕЖДУ МОМЕНТОМ
И УГЛОМ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ПОВОРОТА ЗВЕНЬЕВ ПРИ КРУЧЕНИИ
Тяговый режим
Муфта с вискозными
петлями
Муфта с нейлоновыми
петлями
Муфта
с эксцентриковыми
резиновыми втулками
Тормозной режим
Совместная разработка
фирм Daimler-Benz
и SGF
Петельный
комплект
<р| 2, град.
Г, - вращающий момент
угол закручивания
Муфта Биби с пружинными
соединительными элементами
(20-е гг. XX а.)
Жесткие звенья /“П
не звенья /~П
Консольные ч
пальцы
входного
и выходного
поводков
Кулачковое
Эксцентриковые
резиновые втулки
(подушки)
ленточнаяz
пружина
в начале
нагружения
Окружные силы
Упоры
Змеевидная
ленточная
пружина
в начале
нагружения
Угол поворота (закручивания),
ограниченный зазором
зацепление
с боковым
зазором \
Торсион со ступенчато изменяемой жесткостью
2
Внутренний
тонкий вал
Рессорные муфты
фирмы Geislinger (из журнала
Antriebstechnik. 1984, № 9)
- вращающий
момент и момент
При закручивании листового пакета листы
смещаются один относительно другого.
Из-за скачкобразного изменения сил трения ступентато
изменяется
Трубчатое звено
вступает в работу
только при
существенном
закручивании
внутреннего вала.
Листовой пакет
Наборный торсион фирмы Peugeot
для легкого грузового
автомобиля
По мере прилегания
пружинной ленты
к зубу жесткого звена
жесткость соединения
возрастает.
сопротивления
вращению
листов
Многолистовои пакет
при нагружении муфты
постепенно прилегает
к поверхности жесткого звена.
жесткость и демпфируются колебания.
Пакет из
различной
длины
Муфта фирмы
Demag (20-е гг. XX в.)
Пакеты винтовых
пружинных гильз при
нагружении втягиваются
и расклиниваются
между поверхностями
соединенных
звеньев
Уменьшение нагрузки
нагружающий момент
угол закручивания
Соединение зубчатого венца с корпусом
обладает нелинейной жесткостью,
и благодаря этому, а также трению гильз
при деформировании осуществляется
эффективная виброзащита.
Пружинные пакеты
телескопических
гильз в планетарном
редукторе фирмы Renk
(2-я половина XX в.)
Работа сил трения
(скольжения
между гильзами)
Увеличение
нагрузки
Характеристика
соединения звеньев
с помощью
пакетов -------
пружинных гильз
Корпус
Жесткий
вкладыш
Пружинный
пакет
стальных -
гильз
Зубчатый
венец
При нагружении гильзы деформируются
и плотно прилегают к жестким звеньям,
из-за чего
жесткость
соединения
возрастает.
Реактивный
момент
Силы,—.
сжимающие
пакеты гильз
Момент
нагрузки
зубчатого венца
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И
ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из компьютерного банка А.Ф Крайнева
103
ВИБРОЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ
ВИБРОЗАЩИТНЫЕ
ПОДВЕСКИ И ОПОРЫ СТАЦИОНАРНОГО
ОБОРУДОВАНИЯ
Подвеска
и направляющие
опоры-демпферы
в стиральной
машине (конец
XX в.)
Пружины, на которых подвешен
внешний барабан, воспринимают
нагрузку, но при этом почти
не передают вибрацию барабана
на корпус.
Двух-
скоростной
реверсивный
привод (электро-
двигатель) барабана
*Проблема уравновешивания упрощается
в современных стиральных машинах благодаря
применению "прямого привода"' - электродвигателя,
который установлен соосно и соединен с барабаном.
В этом месте
к внешнему
барабану
прикреплен груз для
уравновешивания
привода
, и других частей.
Канатная подвеска корпуса прибора
канат корпус н
Основание прибора УСтРойств0
Внутренний
неуравновешенный
(из-за смещающегося
к одной из его
сторон белья)
вращающийся
барабан
Кольца,
прикрепленные
к корпусу прибора
Обод, прикрепленный
к основанию
успокаивают
вибрацию барабана
и одновременно
выполняют роль
направляющих
опор.
Для обеспечения
эффективной виброзащиты
используют соединения
несущей пружинной
подвески и устройства
с квазинулевой
жесткостью.
Пружинная
опора
каркаса
Сиденье
Каркас''
Пружинные подвески
рабочих сидений
Параллельные
листовые пружины
Гибкий элемент
Кулачок
Пружина
механизма,
корректирующего
жесткость подвески
Пружина
жесткостью
механизмом
Сила нагружения F
НИ
,ОТОР°М
прУ*иН
1та*отС”"
Пружина 1 постоянно
воспринимает момент Т.
Пружина 2
в особом
положении
Несущая
пружина
сжатия
Пружинное соединение
корпуса соосного
привода с основанием
Пружина /
растяжения для получения
квазинулевой жесткости
Опорное устройство
для точных приборов
предложенное .
Г.С. Юрьевым
(90-е гг. Qr
XX в.)
При дальнейшем повороте
корпуса суммарная
жесткость пружин будет
уменьшаться.
Четырехзвенный
механизм подвески
Пружина 2 в начальном
положении
частично
воспринимает ГЬ
момент Т.
растяжение
не влияет
на жесткость
подвески при
расположении
тт А. В и С
на одной
прямой.
Сила нагружения F1
Линейная -
характеристика X—4—
несущей пружины
сжатия участок, на ю
жесткости
вычи"
Прогиб крайних
перемычек приводит к продольному
сжатию средней перемычки, при котором
наступает потеря ее устойчивости, благодаря
чему достигается получение квазинулевой жесткости
Пружина
сжатия
в основном
воспри-
нимает «
момент сил
1 04 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ
/ - момент, воспринимаемый
основанием через пружины
Участок, на котором
пружина растяжения
почти не участвует
в работе
Самоустанавливаю
щаяся подвеска
корпуса |
соосного Q4
привода
Нелинейные упругие системы с устройствами, обладающими квазинулевой жесткостью
Квазинулевая жесткость получается при потере устойчивости равновесия упругого звена.
Только в одном (особом) положении жесткость равна нулю. После прохождения особого
положения жесткость возрастает. Для получения устройства с квазинулевой
используют, например, обычные пружины с преобразующим
/ Здесь
S пружина 2
не участвует
в восприятии момента
<.Л’' Платформа
для установки прибора
Средняя перемычка
Крайние F
перемычки \ 1
Датчик ускорения Q
примерах из компьютерного банка А.Ф. Крзг1^^,
ВИБРОЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ
Рессоры
Рама автомобиля
Места контакта листов
в начале сборки рессоры
Хомуты для стягивания
листов в общий пакет
и крепления к шарнирной
опоре
Рама
автомобиля
Шарнирная опора превращает
рессору в балансир
для выравнивания нагрузки
между колесами.
Верхняя рессора
Поперечный рычаг
Продольные тяги
допускают вертикальные перемещения
мостов и передают продольные силы.
Тяга и рычаг для восприятия
реактивного момента сил (при торможении)
ИНЕЙНАЯ ЖЕСТКОСТЬ ЗВЕНЬЕВ И ДЕМПФИРОВАНИЕ ВИБРАЦИИ
Подвеска автомобиля на двух поперечных
многолистовых рессорах (20-е гг. XX в.)
Поперечный рычаг для восприятия боковых
нагрузок допускает вертикальные перемещения
колеса относительно рамы.
Рулевая тяга
Колесо
13-листовая рессора в балансирной подвеске
задних колес современного самосвала _____
фирмы MAN специально выполнена для
бездорожья и способна воспринимать нагрузку
до 13 т. Увеличение числа листов в пакете приводит
к получению существенно нелинейной жесткости
рессоры и повышению демпфирующих качеств.
При изгибе листы трутся друг о друга, и благодаря этому
быстро прекращается раскачивание после отдельных толчков.
Энергия вибраций преобразуется в тепло из-за трения листов.
Нелинейно изменяемая жесткость позволяет избегать
резонансных явлений и ограничивать амплитуду
раскачивания машины.
х- Резиновая прокладка
Коренной лист
Промежуточный лист
Одну из проушин присоединяют
Малолистовая рессора, характеризуемая к Раме чеРез серьгу
ступенчато изменяемой жесткостью
Резиновый слой
Зазор
Резиновый упор
Опорный лист, вступая в действие,
увеличивает жесткость рессоры в 4 раза.
Однолистовая рессора
Резинометаллическая
шарнирная опора
Желобчатое сечение
рессоры из композиционного
материала (пластмасса,
армированная стекловолокном)
придает ей необходимую
жесткость при изгибе.
До сборки листы рессоры имеют разную кривизну.
Чем меньше лист, тем больше он изогнут
(при отсутствии нагрузки). В процессе сборки
листы плотно прижимают друг к другу. Все это
делают для того, чтобы обеспечить равномерное
нагружение и совместную работу
всех листов.
Силы сжатия
пакета листов
Шарнирное присоединение рессоры
к раме
Резинометаллическое соединение
обеспечивает возможность поворота
и удлинения рессоры
(при прогибе).
Рессора
Кронштейн,
присоединенный
к раме
Винтовая пружина практически не может рассеивать энергию
колебаний, но она обладает конструктивными возможностями
получения нелинейной упругой характеристики.
Чем меньше жесткость пружины, тем эффективнее смягчение
удара. Важно только, чтобы пружина не сжималась
до соприкосновения витков. А вот от длительного
раскачивания может спасти дополнительный демпфер,
который рассеивает энергию внешнего воздействия.
Жесткость пружины зависит от ее размеров и формы.
Например, бочкообразная пружина может
деформироваться на большую величину (меньшие витки
свободно опускаются, не соприкасаясь с большими
витками, и ее жесткость изменяется непропорционально
деформации). Такая пружина обладает лучшими
виброзащитными свойствами.
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева 105
.л-tuuip УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ
ВИБРОЗАЩИТНЫЕ УОН
v ЯМЛТП
Варианты резинг>ы<т»л
лической опоры совд^
амортизатора с кузовом
Буфер отбоя от рани
перемещение и смя<
удар при полном
обратном ходе
СОЕДИНЕНИЯ В ПОДВЕСКАХ АВТОМОБИЛЕЙ
Направляющий [ориентирующий] механизм
подвески автомобиля допускает вертикальные
колебания колеса относительно кузова и
обеспечивает его заданную ориентацию
в зависимости от действующих нагрузок. Механизмы
подвижно соединяют опоры колес с кузовом с обеих
сторон автомобиля, а между собой они могут быть
соединены упругим звеном (независимые или
полунезависимые подвески) или жестким звеном
(зависимые подвески). От классических механизмов
они отличаются тем, что в преобразовании движения
и передаче сил в них существенную роль играет
деформирование упругих элементов соединений и
упругих звеньев. В современных подвесках
стараются исключать изгибающие нагрузки на
звенья, а при использовании поступательных пар
(обычно только в амортизаторе) не допускать
перекоса элементов или нагружения боковой силой.
- “ Illi
ДЕТАЛИ И <_________
Задняя независимая подвеска полноприводного
автомобиля (Legacy фирмы Subaru, конец XX в.)
Упругая опора, с помощью
которой пружина и шток jlQL
демпфера присоединены
к кузову автомобиля.
эквивалентна трехподвижной _
сферической паре (справа см.
варианты конструкций).
Пружина смягчает толчки ~ —
со стороны колеса, если оно
наезжает на камень )
Кожух защищает
демпфер от пыли
и грязи
Резиновое
колесо
смягчает
несильные
но частые
толчки
(из-за
мелких
выступов
на дороге)
Демпфер ограничивает раскачивание кузова
при движении колеса по неровной дороге.
Привод тормоза
Этими рычагами опора колеса присоединена
к раме автомобиля. Через них
передаются поперечные нагрузки.
синхронная муфта
[шарнир равных угловых
скоростей]
Резинометаллические опоры
^Роншт^йи
пРисоединеиНый
КгУу*у
Гидроцилиндр
(с дросселем)
Управляемой
подвески
Этим рычагом опора колеса
присоединена к раме
автомобиля. Через него
передаются продольные
нагрузки.
Симметричный
радиально-упорный шарнир
в подвеске автомобиля
Мерседес 190/190Е
Резинометаллическая
упорная
втулка
Зажимная втулка,
смонтированная
на кузове
—--------
Упругие шарниры имеют резинометаллические вкладыши
с предварительным обжатием (упругим упрочнением)
резины до 500%. Они допускают упругое закручивание
до 20° в одну сторону, углы перекоса до 10° и радиальные
перемещениея обычно 1.5...2 мм.
Несимметричные упругие шарниры характеризуются
различной жесткостью при реверсировании направления
момента, вызывающего перекос звеньев, а также
направления радиального или осевого воздействия.
В первую очередь их используют для корректировки
ориентации колес при реверсировании нагрузки. Кроме того,
в силу существенно нелинейной характеристики жесткости
они обладают высокими виброзащитными свойствами.
резинометаллическая
опора с коническими
втулками и выступами для
взаимодействия с буфером отбоя
Упругая опора
составлена
из двух ([ ।
усеченных
конусов. 41/ .-
Кронштейн,
присоединенный Т
к кузову--
Резиновая
опора для
верхнего
витка пружины
Упругий элемент—
установленный
параллельно
пружине, вступает
в действие
при значительных
перемещениях.
Двухслойная
----— Вилка
поперечного
к рычага
|1 подвески
Эксцентриковое
регулировочное
устройство
(поворотом головки болта
изменяют положение оси шарнира)
Несимметричный радиально-упорный
упругий шарнир в подвеске автомобиля
Volkswagen Внутренняя
Кронштейн несимметричная
на днище кузова металлическая втулка
Внутреняя метал-
лическая втулка
Несимметричный радиальный
упругий шарнир (TRW Ehrenreich)
Сближение колец начинается с контакта
выступов А и В. По мере нагружения
жесткость плавно и нелинейно возрастает.
Внешняя стальная втулка
(прикреплена к кузову или раме)
Резиновая втулка
Шип рычага
подвески
Внутренняя
стальная
втулка
Выступ D
Выступ С
Упорный
подшипник
допускает
амортизацией
ной стойки.
Выступ А
106
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА Я
Резиновая
подкладка
Пружина
с нелинейной
(по отношению ___
к перемещению) силой ' | В^Д
сжатия Защитный кожух
При реверсировании направления сил F ко
сближаются при минимальном упругом
сопротивлении, до соприкосновения выел
С и D, и только после этого
жесткость начнет возрастать
Шток
Сила Л
Сила Г. кН
Перемещение
шипа влево, мм
-10 -5
Резиновый слой
Резиновая
несимметрич-
| ная
1 прослойка.
I привулканизи
рованная ________
к металлическим втулкам Резиновая
-Рычаг подвески втулка
л л К.рзйн^^'*
13ЫК1 С/МЛ РИСУНКОВ И MEPTf ЖЕИ Ни примерам и » компьютерно! о банка —
й слой
ИМАШ
W РДЯ
ВИБРОЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ
ПАДРОНИ11И НДРЫ.
ПОРШНЕВЫЕ ДЕМПФЕРЫ
И АМОРТИЗАТОРЫ
Управляемые гидроцилиндры
При повороте рукоятки
(для затормаживания) винт
смещается влево (до упора)
и воздействует на поводок, х
что приводит к закрытию
обратного клапана. Клапан
отсекает магистраль t
от главного тормозного |
цилиндра. [ШН —
Жидкость цЩУ
давит на гайку,
а та взаимодействует
с винтом и перемещает
поршень вправо. Жидкость
из поршневой полости
выдавливается в колесные
тормозные цилиндры.
Для оттормаживания винт
поворачивают в другую сторону
и система возвращается
в представленное здесь положение.
Плавное торможение поршня гидроцилиндра в конце хода
Регулируемый
дроссель
Поршень
От главного
тормозного
цилиндра (насоса)
Механизм
управления
обратным клапаном
Гидроцилиндр стояночного тормоза многоосного
колесного тягача (из книги Г.И. Гладова
и А.М Петренко "Специальные
транспортные средства" 2004 г.)
Гайка воздействует на
поршень через пакет
тарельчатых пружин.
Указатель
при полном
оттормаживании
выступает
с противоположной
стороны винта.
Место установки
рукоятки управления
тормозом
Скользящий
штифт удерживает
гайку от вращения.
Магистраль, по которой жидкость
подается для рабочего
торможения(при открытом
обратном клапане)
Поршневая
полость
Пружины компенсируют
температурные изменения
давления и утечки жидкости
в магистрали.
К колесным
тормозным
цилиндрам
Сечение А-А
Шток
Поршень
Отверстие
переменного
сечения
Цилиндрические
выступы имеют
небольшие заходные участки.
Регулируемый
дроссель
п
I юршень пневмоцилиндра
^^МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.ф. Крайневе
Обратный
клапан
Пружина
смягчает
удар в самом
конце хода.
Проушина
для соединения механизма
с рычагом, на котором
установлено направляющее
(натяжное)колесо
Проушина
ДЛЯ
соединения
механизма с
•приусом
Плавное падение
скорости v в зависимости от
перемещения 5 обусловлено
уменьшением сечения
выходного отверстия.
Шток
с поршнем
Газовая полость пневмоцилиндра
обеспечивает стабильное (упругое) натяжение
гусеницы, что позволяет уменьшить вертикальные
колебания элементов ее верхней ветви.
Подача
*ИДКОСТИ
Для натяжения
гусеницы
-д'
Цилиндр
Канал подвода/отвода
рабочей жидкости
Схема торможения —г
плунжера с конусным
выступом
На участке торможения
создается дополнительное
(регулируемое)
сопротивление вытеснению
жидкости из холостой
полости гидроцилиндра.
Плунжер ,
Гидропневматический механизм натяжения
гусеницы (из книги В.Ф. Платонова и др.
"Многоцелевые гусеничные шасси”
1998 г.)
Поршневая
полость
LI Ч Гидро цилиндр
--- Подача жидкости
(в штоковую полость)
для ослабления
натяжения
Штоковая полость
Конусный
выступ
ВИБРОЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ
ГИДРОЦИЛИНДРЫ.
ПОРШНЕВЫЕ ДЕМПФЕРЫ
И АМОРТИЗАТОРЫ
1998 г.)
Амортизаторы транспортных машин в комплексе с упругими элементам
Гидропневматический амортизатор* быстроходной гусеничной машины
(из книги В.Ф. Платонова и др. “Многоцелевые гусеничные шасси” 19g
клапз|
Шток
1986 г.)
Пружина
Буфер отбоя
Шток
Пружина
00 □□
Буфер отбоя
чашка
Направляющая
(втулка) штока
Клапаны
управляются
давлением
жидкости.
Шарнирное
соединение
с рычагом
подвески
Двухтрубный
демпфер----
Перегородка
с клапанами
Перетекание
жидкости при
ходе отбоя _
Нелинейный
упругий
элемент ___
из поли-
уретана
Клапан в виде
“плавающего” диска
Клапан,
открывающийся
при ходе сжатия
Пружинный
нагнетатель
смазочного
материала
(для подвижных
соединений)
Поршень \\И
Клапанный блок
двухстороннего действия
с различным проходным '
сечением прямого и обратного хода
установлен между гидравлическими полостями
Клапан в виде
плунжера
0 1 2 3 4 5
Сжимающая
сила, кН
Кронштейн,
присоединенный
к кузову
Поршень с
клапанами
Кронштейн, '
присоединенный
к кузову
Прямой‘
ход
(сжатия)
Амортизатор ------5»
легкового автомобиля
с вынесенным
гидропневматическим
аккумулятором*
(Fichtel & Sachs,
80-е гг. XX в.)
Защитный
стакан
Двухслойная
резинометаллическая
опора
Прямой ход (сжатия)
Жидкость перетекает из полости
цилиндра в полость аккумулятора
Буфер,
смягчающий
удар в конце \
хода сжатия
Поршень
с клапанами —
Упорный буртик
(при отбое)
Уплотнение v
Гидравлические
полости ' \
Цилиндр неподвижно
соединен с рамой машины
Гидро-
пневматическая
полость между
стенками
цилиндра
Поверхность
присоединения
к поперечному
рычагу подвески
примерах из компьютерного банка А.Ф-
Раздел ител ьная
мембрана
Шаровая
опора подвески
Шланг присоединения
к гидропневматическому
аккумулятору
и регулятору уровня
(изменяющего общий
объем жидкости
в гидравлических
полостях)
Пневматическая полость
Обратный ход (отбоя)
Жидкость перетекает
из полости
аккумулятора
в полость цилиндра.
Сферический шарнир
в соединении штока
с рычагом,
установленным
на конце
торсиона
Нижняя
для опирания
пружины
108 МАШИНОВЕДЕНИЕ
Гидропневмати^
•Аналогичное устройство
со встроенным
гидропневматическим
аккумулятором впервые
создано в 1953 г.
фирмой Ситроен
для подвески легкового
автомобиля.
Деформация
мм
100
Амортизатор фирмы Воде
(из книги Й. Раймпеля
“Шасси автомобиля.
Амортизаторы,
шины и колеса
Резиновая
опора
НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ
Сферический шарнир
в соединении штока
с поршнем \
Нелинейный
упругий элемент
благодаря своей
форме и материалу
обеспечивает
\ виброзащиту
\ в широком
\ спектре
__ частот.
HVAIH
ВИБРОЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПОРШНЕВЫЕ ДЕМПФЕРЫ И АМОРТИЗАТОРЫ
Многолистовые рессоры, используемые на первых этапах развития транспорта,
сочетали в себе функции амортизатора и демпфера. Применение
1 винтовых пружин потребовало параллельной установки демпфера, сначала
в виде трущихся фрикционных тел (дисков), а затем в виде гидроцилиндра
с дросселем в поршне (Брувер Д. МакИнтайр, 1927 г.). Демпферы
в сочетании с упругой (газовой) подушкой оправдывают устоявшееся
название амортизаторов.
Резиновая Перегородка
опора с клапанами
Защитный кожух
Примеры первоначальных
решений (для автомобилей)
Двухтрубный [телескопический]
демпфер при том же ходе имеет
меньшую длину. \
Компенсационная камера
служит для наполнения \
жидкостью, вытесняемой
через дроссели,
размещенные в перегородке.
Перегородка с клапанами
При движении штока
относительно цилиндра
жидкость перетекает
через дроссели из одной
полости в другую, замедляя
тем самым движение штока.
Жесткость клапанных
пружин и сечения
дросселей определяют
режим замедления штока.
Газовая_______|
полость
(например,
наполнена
сжатым до v----------
15-30 атм. азотом).
Двухтрубный [телескопический] демпфер
для железнодорожного транспорта
(Fichtel & Sachs, 40-е гг. XX в.) Обратный ход (отбой)
Прямой ход (сближение опор)
Резиновая
опора
Манжетное
уплотнение^
Шток-
поршень
Компенса-
ционная
камера-------
Двух-
сторонний -
клапан
встроен в
шток-поршень.
Перегородка
с двух-
сторонним
клапаном
Резинометаллический
шарнир
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ.
Принципиальная схема
современного
однотрубного
газонаполненного
амортизатора изобретателя
де Карбона (производство
начато в 1954 г.
Гансом Бильштайном)
Прямой ход (сжатие)
Верхняя
полость
заполнена
жидкостью.
Цилиндр
Шток-—.
Свободно
перемеща-
ющийся
поршень —
Поршень
с клапанами
Нижняя
полость
заполнена
жидкостью. -
Направление
сопротивления жидкости
При сближении опор
штока и цилиндра (движении
штока внутрь цилиндра)
газовая полость сжимается,
клапан прямого хода
открывается и жидкость
перетекает из нижней
полости в верхнюю,
замедляя тем самым
движение штока
относительно цилиндра.
Обратный ход (отбой)
Клапаны обеспечивают
разное сопротивление
перетеканию жидкости
при прямом ходе
(сжатии, сближении
опор - наезде колеса на
дорожный выступ),
при обратном ходе
(отбое - возврате
после наезда на выступ
или проваливании
колеса в углубление
на дороге) и,
соответственно,
разное замедление.
При удалении опор штока
и цилиндра друг от друга
(выдвижении штока
из цилиндра)газовая
полость расширяется,
клапан обратного хода
открывается и жидкость
перетекает из верхней
полости в нижнюю,
замедляя тем самым
движение штока
относительно цилиндра.
Направление
сопротивления жидкости
Обратный ход
(отбой)
Скорость
поршня, м/с
Сопротивление
демпфера, кН
-0,2
-0,2
0,2 0,4
-0,4
Прямой ход
(сжатие)
Клапан обратного хода
<-7ь-Х '-сЛАйжше'
Н!_ПРИМеРаХ И3 КОмпьютеРного банка А.ф. Крайнева 1 Q9
ВИБРОЗАЩИТНЫЕ
УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ
РЕГУЛИРУЕМЫЕ
. УПРАВЛЯЕМЫЕ И САМОУПРАВЛЯЕМЫЕ
Идеальная работа амортизаторов обеспечивает
стабильность положения кузова автомобиля при движении
по неровной дороге. Наезжая на выступы или углубления,
колеса должны подниматься или опускаться, а кузов
при этом не должен совершать заметных колебаний.
Колесо как бы отслеживает неровности, не передавая
существенных реакций на кузов (при ходе сжатия)
и не отрываясь от дороги (при ходе отбоя).
Для различных режимов движения и поворота машины,
ее нагружения и состояния дороги требуются различные
сопротивления сжатию или отбою.
Большинство амортизаторов обеспечивают практически
постоянное сопротивление. Газонаполненные амортизаторы
мгновенно реагируют на мелкие и быстрые толчки,
но в них сопротивление меняется только в зависимости
от перемещения штока относительно цилиндра (компенса-
ционная газовая камера функционирует как обычная пружина).
На первом этапе создания амортизаторов с изменяемыми
параметрами предусматривали регулировку пружин
клапанов в зависимости от предстоящих условий движения.
Причем выполняли это,в частности,для гоночных машин.
Проще всего оказалось осуществлять регулировку пружин
неподвижных клапанов, например, в перегородке или
днище цилиндра. Кроме регулировки пружин в современных
амортизаторах предусматривают:
- применение пружин с нелинейной упругой характеристикой;
- параллельную установку дополнительных клапанов
или дросселей, включаемых принудительно и эпизодически
(при переходе на иной режим),
самоуправляемых или с автоматическим управлением;
- регулирование проходного сечения дросселей.
.ри этом довольно часто дополнительные устройства
встраивают непосредственно в подвижный (относительно
цилиндра) поршень или шток.
АМОРТИЗАТОРЫ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН
Амортизатор JRZ (разработка Йана Зайдаа
конец XX в.) с выносной компенсационной"*^' Нил,-(>л^и
и прецизионной раздельной регулировкой **
и дросселей, предназначенный для гоноч ГЛапан<>в
I
Выносная
компенсационная
камера
Поршень с регулируемой клапанной системой
в амортизаторе Bilstein PSS9* (Германия, конец XX в.)
Валик управления золотником
Золотник,
вращением
которого
подключают
"мягкий" блок
клапанов
Полый шток
Какал,
пускное
отверстие
Дополнительный
"мягкий" блок
клапанов вступает
в действие (при
ходе отбоя) по
мере открывания
перепускного
отверстия.
Поршень
Основной
жесткий" блок
клапанов
ч------ - — Канал,
открываемый
Цилиндр при ходи сжатия
• Всего в данной
конструкции
предусмотрено
9 per улироеок
110 МАШИНОВЕДЕНИЕ
РИСУНКОВ
и
— Гайка для
предварительного
сжатия пружины
клапана С
Головка
замыкающего
регулировочного
стержня
Пружина
Клапан С
Клапан О
" Пружина
клапана С
' Нелинейная
пружина
клапана О
Нижняя
присодинителы^
проушина
Газовая полость
Разделительный
свободно
“плавающий”
поршень
Г идравлическая
полость
Регулируемый
клапан С (хода
сжатия)
Регулируемый
клапан О
(хода отбоя)
Блок
регулируемых
клапанов
в выносной
камере I
4/
Основной
блок
клапанов
в поршне
Шланг
Гайка
регулировки
(положения
опоры)
пружины
амортизатора
Головка
винта для
регулировки
пружины
клапана О
Головка
винта для
регулировки
пружины
клапана С
‘ I I II А I | А
Н<4 niiwueouk UM uivunumiHDHOI О
штоке
более ин’**
ИЗ Шп'м
(при
банка * ф
ВИБРОЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ
Современный амортизатор
(дпм лотковых автомобилей) фирмы Koni
С самоуправляемым клапаном
(ходи отбоя)
камера
Прямой ход (сжатие)
Компенсационная Внутренняя
стенка цилиндра
Пружина
клапана
Клапан
хода
сжатия
Внешняя^
стенка
цилиндра
Основной
клапан
хода отбоя
Пластина, гайка, стяжной винт
и шайба - подвижные элементы клапана
Защитный стакан
фирма Koni (основанная
братьями де Конинк) с 1932 г.
по 1945 г. выпускала
фрикционные (дисковые)
демпферы, устанавливаемые
в шарнирном соединении
рычагов подвески. С 1946 г.
фирма Кот стала производить
двухтрубные телескопические
амортизаторы с регулировками
сопротивления движению отбоя.
Здесь представлена одна из
последних разработок,
в которой не предусмотрены
регулировки,зато установлен
дополнительный
самоуправляемый клапан.
Этот клапан не вступает в работу
при движении по ровной дороге
и колебаниях подвески с частотой
порядка 1 Гц. При плохой дороге
и частоте колебаний 4... 10 Гц
клапан приоткрывается
и уменьшает сопротивление при
каждом ходе отбоя. Особенность
конструкции клапана заключается
Обратный ход (отбой) при открытом
самоуправляемом
клапане
Шток
Дополнительный
лоток через канал
внутри штока
Самоуправляемый клапан
хода отбоя открыт.
в специальном соотношении
жесткости его пружины и массы
подвижных элементов.
Амортизатор, переключаемый с “жесткого” (спортивного)
режима на “мягкий* (комфортабельный) режим,
устанавливаемый на автомобиле Porsche 911GT3
Амортизатор с электромагнитными
(электронноуправляемыми) клапанами,
устанавливаемый на автомобиле BMW М5
Открывая перепускной клапан (дистанционно из салона
автомобиля), вводят в действие дополнительный блок клапанов,
который уменьшает сопротивление относительному движению
поршня в обоих направлениях.
Прямой ход (сжатие)
при открытом управляемом
перепускном клапане
Обратный ход (отбой)
при открытом управляемом
перепускном клапане
Шток
Управляемый
клапан
Перепускной
канал
Дополни-
тельный
блок
клапанов
Дополни-
тельный
поток
через канал
внутри
штока
Поршень
Основной
блок
клапанов
Шток
Игольчатый
управляемый
клапан
Цилиндр
Шток
Пружина —.
Поршень
Основной
поток при
ходе отбоя
Обмотка
электро-
магнита
Дополни-
тельный
поток при
ходе отбоя
Регулиро-
вочный винт
Токоподвод
к электромагниту
Кольцевая
щель между
штоком и
цилиндром
Распредели-
тельный
плунжер
Основной опок клапанов
МАШИНОВ» Д1 НИ» НА ЯЗЫКЕ СХЕМ. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из компьютерного панка АФ Крайнева
-Гоше: УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ
ВИБРОЗАЩИТНЫЕ УСТНи
НМАШ
X* ГАН
УПРАВЛЯЕМЫЕ ПОДВЕСКИ
Независимая
пневмогидравлическая
управляемая подвеска
автомобиля (80-е гг. XX в )
Управляемую подвеску
применяют для изменения
дорожного просвета,
уменьшения крена при
движении по склону или
при повороте, а также
для обеспечения активной
виброзащиты
Она позволяет повысить
плавность хода, курсовую
устойчивость и управляемость,
улучшить тяговые сцепные
качества
Датчик
ускорений
подвески
Канал
демпфера
Гидроцилиндр
амортизатора
Поршень ——-
Газовая подушка
^VlUeOB^Tc,
Г идронасос
В п
в за
жестгости
м характер
Датчик перемещений
подвески
вибрации При
активная лодв*.
ИМ^ Дополнит^
ист0^и« энергии
транспортных МАШИН
Гидравлические полости^
Пневмогидроаккумулятор
Блок
управления
Газовая полость
Гидрораспределитель
Внешнее
силовое
воздействие
Land Rover Discovery
Прямило (‘антипараллелограмм’)
Джеймса Уатта передает боковые силы
рамы на балку заднего моста, не
допуская при этом поперечного
перемещения средней точки
рамы при кренах
машины
Рама
Балка заднего моста
Зависимая подвеска автомобиля
с системой противодействия
крену (конец XX в.)
Пневматические
упругие
опоры
Гидро-
распределитель
Торсион \
Шарнирные опоры,
присоеди нен ные
к раме
По сигналам
датчиков
система
прогнозирл’
крен
(за 0.25 с до
начала)и
препятствие'
его развитие
Прямило Джеймса
Уатта
—
Гидронасос
Амортизатор
(со встроенным демпфером)
Продольное звено подвески х
ye»ooe»w
упомлеш
Стабилизатор
поперечной устойчивости
Гидроцилиндр управления
стабилизатором способен изменять
его жесткость закручиванием торсиона
Привод поворота
Гидрораспределитель
От насоса
Передний тягач —
Г азовая
полость
Пневмогидро-
аккумулятор
Управляемое виброзащмтное
шарнирное соединение
(подвеска) тягача и ковша скрепера
Заслонка
^ноедение на языке схем
Двухкоромысловый
механизм
Коромысло
ковша
Гидравлическая
полость
Дроссель
Г идроцилиндр
управления
подвеской
Коромысло
ковша
Скрепер (США. 80-е гт XX в1
Ги/ухтпилиндр поворота
скрепера (переднего тягача
относительно ковша)
Гидроцилиндры подьема
ковша и управления
заслонкой
Задний
\ тяган
ВИБРОЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ
Шина для велосипеда
(по патенту Джона
Данлопа 1888 г.)
И/ИЛ1И
рдк
Сьлмная шина по патенту
Чайлда Уэлча 1890 г.
Обруч из шланга
обмотан
прорезиненной
парусиной.
Шина фирмы Continental 1905 г.
jEpochemachende //euheit!
Заменяемые стальные шипы
и Ч1 Р1ЕЖЕЙ Н-> примири* и . ком.шюшршмо о.шка А Ф Краинив.»
Известны попытки
встроить рессоры
А
СНЫ1 ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ШИНЫ
по патенту Роборта Томсона 1845 г.
в колесо (здесь
дан пример 1931 г.,
США).
Дальнейшее
развитие -
данное решение
получило спустя
семь десятилетий.
Альтернативные решения
пневматической шине
появляются
в связи с созданием новых
композиционных материалов.
Так в конце XX в. запатентована
шина Ханса-Эрика Ханссона
с протектором из пористой
резины,наклеенной
на обод колеса
(развитие конструкции
Ханкока 1847 г. ). Фирма
Michelin в 1997 г.
создала “безвоздушное
колесо", у которого
боковины набраны
из полиуретановых
спиц. В поперечном
направлении такая шина
в 5 раз жеще обычной
пневматической
покрышки.
Отдельные исторические вехи
В 1768 г. французский инженер фр«СНО ука.
изготовил водонепроницаемый шлан
В 1831 г. американец Хайвард открыл
вулканизацию. Из пластичного и клейко
каучука им получена эластичная резина.
В 1839 г. Гудиер разработал промышлен
способ вулканизации.
В 1845 г. англичанин Роберт Томсон изобрел
пневматическую шину. Вариант его шины
с несколькими камерами - первое реше
повышающее безопасность благодаря частей.
Резервированию наиболее ответственных
В 1845 г. Ханкок разработал спосо в
Аля твердой резины, а в 1847 г. предлож
оплошную резиновую шину.
в 1888 г. Джон Бойл Данлоп изобрел п (
пригодную для практического применени
пвевматическую шину. „1ипй
в 1890 г. Бартлетт создал шину со ста
'чхмюлокой в борту и обод колеса с глу >
для нее и зажимными колодками
(А<>я упрощения монтажа и демонтажа).
® 1891 г Эдуард Мишлен создал сьем
"и‘**ма1ич»!<,кую шину для велосипеда.
• к 1895 । для автомобиля
Кордовые
слои
Зажимное
крепление
Пневмокамера
•Плоская постель'
В предложении
фирмы Michelin
пока не ясно, как
устранять дисбаланс
из-за попадающей
между спицами грязи.
Continental ^ntisli ppin£ Pneumatic
I Mode« ‘mil auswech^eloaren Sunedoven*
Обод колеса со спицами
Шина “противоскольжения" Michelin Semelle
(1895 г.) -
с круглыми или
ромбовидными
металлическими
набойками -
прототип
современных
протекторов
с шипами.
В 1913 г. Грей и Слопер получили патент
на радиальную шину.
В 1921 г. фирма Conti создала первую шину
с четырехслойным диагональным кордом
В 1943 г. фирма Continental получила патент
на бескамерную шину.
В 1946 г. фирма Michelin получила патент на
шину с радиальным кордом.
В 1949 г такого вида шины стали
использовать на ледовых автомобилях,
в 1952 г. на грузовых автомобилей, а в 1981 г.
для авиационных шасси
С / - ^
МЛЦЗИНОЩ JU НИЕ НА ЯЗЫКЕ СХ1 Ml 1' -в
ВИБРОЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ
V РДН
МНОГОСЛОЙНЫЕ
ШИНЫ
Шина с диагональным
кордовым каркасом
фирмы
Continental
(30-е гт.
XX в )
Л?
канавки протектор
жесткостыо.что
на повышении ,
и УСТОЙЧИВОСТИ
при повороте.
АВТОМОБИЛЬНЫЕ Брекер - силовой
элемент,
расположенный
непосредственно
под протектором
Металлокорд
Клиновое
кольцо
Резиновое покрытие
боковой стенки
Верхний
слой нейлона
спирального
плетения
\ Камера
Бортовая проволока
* Первые низкопрофильные шины
созданы фирмой Pirelli в 1977 г.
Внедорожная шина
Cooper Discoverer STT (2004 г.)
Жесткое
ребро
боковины
Современная зимняя нешипуемая шина Toyo Snowprox
Каркас из полиэфира
1 1 4 МАШИНОВЕДА НИА
Сердечник борта -—
в виде кольца из одной
целой Проволоки
Спиральный
непрерывный корд
и широкие высокопрочные
стальные ленты корда
определяют характер
распределения нагрузки,
отвечают в основном
за стабильность качения
и долговечность шины.
Протектор
Шина ‘повышенной мобильности
Goodyear NCT 5 ЕМТ (1997 г.)
(Резиновый
протекторный слой
База протектора
Современная
8-слойная ни
Упрочняющий
слой из
арамида
Слои с
диагональными
нитями
Радиальный
каркас
Борт шины
Обод колеса
Резиновое
покрытие
боковой
стенки
Бортовая
несущая
стенка
Бортовое
кольцо
Внутренний
сплошной слой
Вставки, препятствующие
сжатию спущенной шины,
позволяют после прокола
проехать в течении
часа 80 км.
г< Слои каркаса
из полистерола
Покрытие
из кевлара
Стальная
подушка
(брекер)
Внутренний герметизирующий
резиновый слой выполняет роль
пневмокамеры.
__ Протектор из резиновая смеси
с силикон обеспечивает высокое
сцепление с дорогой.
Нижний слой (база)
протектора из резиновой
смеси с высоким модулем
упругости способствует
уменьшению
сопротивления качению
колеса.
Косые
воду в основном в одну сторож
(под днище машины).
Продольная канавка
поток воды, не позволь
завихрятъся под аркой
Принципиальная схема (поперечное сечение)
современной шины .__
ПгхлтдгтАП
поди*
Протектор
Слои каркаса воспринимают
давление во внутренней полости
OB'
сю» -
СК*-*'
С
П,
удерживает бор1 **
Усиленная боковина ск'1'*
фирмы Pirelli н^
шины при прокол»'
Твердый наполнитель
боковин повышает
сопротвпяемость
боковым
нагрузкам
_______— Защитный резиновый
пояс предохраняет обод
от повреждения
и не допускает попадания
грязи между бортом и ободом
МА ЯЗЫКА СХЕМ. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖА И
А Ф
На примерах из компьютерное о я
ВИБРОЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ
^АНИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ Шин Нагружение
Центробежная ст-а
автомобиля (по>п^гУШеНИе пневматичес«ой шины при повороте
ммиоиля (по рисунку конца XIX в.)
Центробежная сила
замены
Давление 9 0 бар
ШИНЫ
кмд
Боковая
гюлос’ь
сила
-ре*«*=
Завулкзнизи-
рованный
вентиль
повышения боковой жесткости
закрепления бортов на обеде ко.'еса
Современная моношина фирмы
Bridgestone, предназначенная для
шин сдвоенных колес грузовиков
Резервная
внутрен-яя
шина
Современное колесо (обод с диском)
с глубокой постелью для установка
покрышки
Шина фирмы Michelen PAX
зервированием опирания покрышки
падении в ней давления воздуха
при (90_е гг хх в }
Резиновый
бандаж-
резервная
опора
Диск
с ободом
Шина в рабочем состоянии
При проколе основную нагрузку
примет на себя резиновый бандаж.
Давление - 8 бар
ЛППГ.7
Шина фирмы Michelen (90-е гг.
XX в.) для тяжелых ‘безопасных*
автомобилей
Смазочное желе
крышка с ограниченными
пружинящими свойствами
Крепление
Замок
борта
шины
Боковые силы трения
Для сохранения работоспособное*.’—<•- э /словиях
поворота их конструкции совершенствую-'-
в направлении
и надежности
Давление 9.7 бар
Трехполостная шина <;еоег
ТТТ (Франция 1973 г.)
При разгерметизации внешней
резервная внутренняя шина заполняет
полость внешней шины и автомобиль
может доехать до станции техобслуживания
Шина снабжается датчиком
давления для своевременного
обнаружения прокола.
н—«—U~U~V
При разгерми’нзацнн
одной из полостей двух
других достаточно, чтобы
продолжить движению
Из-за сложности конструкции
шина не используется
борта шины
CTS фирмы
Continental
(1985 г.)
У Джона Данлопа
(1888 г.) колесо
с покрышкой
были как одно
целое В конце
XIX в стали
применять обеды
со спицами.
Затек» спицы были
заменены на диск,
присоединенный
к ободу или
выполненный с
ним как одно целое
Обод и диск
выполнены как одно
целое из легкого
сплава
СОк кЛЛЫЗЫШ *‘К>
Сччма
спущенной
шины
Сту-ыца
диска
Эластичное опорное
При падении давления
в шине обод колеса может
катиться совместно
с протектором без
нарушения крепления бортов
Удлинение борта ныс i\ • ♦ ОйпЮС
препятствует
кольцо Разьемный диск
^на Cws фирмы
^bnental (конец XX в.)
ил мж«иы01*>рно«о Гм- ».а АФ Мм.' <>.м
мм
мн
чык₽ СХЕМ, рисункоеи
Опорное колыю
ы^АШиновЕПГнмр
, — проеоборудоеанич шиномонтажных
Из-за проблем ла распространения
станций эта шина нс у
Замок борта шины со стопорным
Поведение спущенно* Oun|Op TD/Denloc (1978 г.)
обычной шины и шины и
ВИБРОЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ
OIK И ЛА Л 111
Я гдн
КОНСТРУКЦИИ ПРОТЕКТОРОВ ШИН Протектор шины Eagle
ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ
ДВИЖЕНИЯ
Ventura фирмы Goodyear
Косые (винтовые)
канавки ‘откачивают"
подобно винтовому
насосу воду из-под
колеса в стороны.
Симметричное
и несимметричное
расположение продольных канавок
При неправильной
установке колеса
те же канавки
стремятся
направить воду
к середине
колеса
Направление
качения
колеса
Косые
канавки
Потоки
воды
Протекторы шин Pirelli PZero
со смещением косых канавок
на полшага
(для повышения
плавности
качения)
Срединная дорожка (гладкая или
с небольшими
углублениями)
обеспечивает
устойчивость
движения по
прямой.
Несимметричное *
расположение
косых канавок
V-образные перемычки
способствуют совместной
работе отдельных блоков,
обеспечивая тем самым
управляемость
на сухой дороге,
равномерный износ и
низкий уровень шума
Деформирование высту^
блока повышает сцеплен
с засне-
женной
дорогой
Сила
трения
V-образные канавки
для отвода воды
Жесткий центральный
выступ определяет
точность рулевых
реакций и обеспечивает
устойчивость движения.
Скольжение стено
Плечевые выступы
обеспечивают
управляемость,
равномерный износ
и сопротивление
аквапланированию
при повороте.
Красные пятна -
концентрация
высокого давления,
зеленые и синие -
низкое давление.
____к~мсп«ние давления
на кромки ламелей
Повышение жесткости блока
протектора благодаря конта^
внутри ламелей (Goodyear) ’
11
Распределение давления шин
(Continental) на дорогу
в зависимости от параметров
протектора
Шина BF Goodrich (США)
для тяжелых внедорожники
Грунтозацепы и
лабиринтные канавы
Шина фирмы
Michelin
Расположение выступов
по винтовой линии
способствует снижению
уровня шума.
Протекторы зимних шин
Шина фирмы
Nokian
Шипы
Мелкие
канавки
улучшают
сцепление
на льду.
Шина фирмы Continental
для спортивных автомобилей
со скоростью движения до 360 км/ч
В низкопрофильной широкой
шине с особой многослойной
внутренней структурой,
с большим числом
продольных дорожек
и канавок протектора,
с жесткими дорожками
плечевых блоков,
с короткими
поперечными канавками
обеспечивается
оптимальное сочетание
свойств для движения
по дорогам общего пользования
Жесткие выступы,
отделенные друг от друга
глубокими канавками,
обеспечивают сцепление
с зыбкими покрытиями
(жидкая грязь,песок).
Внедорожная шина
Cooper Discoverer STT
МАШИНПЙРЛРНИР ЫД QQUHZC ™
Шина фирмы Pirelli
Система канавок
обеспечивает хорошее
сопротивление
аквапланированию.
Шина фирмы Cooper
для спорт-каров
Универсальная
шина фирмы
Continental имеет
лабиринтные
канавки
с направленным
отведением волы
от центра
периферии х
глу2-е.^
кан И мел**
-ЛТ14 И J
- -к3нав^
части и мс.-
боковые канава
обеспечивают
высокие ходовые
качества и низший
уровень шума.
Гладкая дорога
обеспечивает
устойчивость
Движения по прямой
ВИБРАЦИОННОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
УДАРНО ВИБРАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
Цевочная
передача
механизма
движения подачи п
Стрела
установки
Поводковый
(анкерный)
механизм
периодического
подъема молотка
Установка ударно вибрационного
бурения (I я половина XX и )
Механический
аккумулятор
энергии в виде
подвешенного
на канате груза
Пружинная
опора канатного
блока
Тормоз
Вращающие моменты
таг
Долото
Желоночная
лебедка
Барабан, приводимый
во вращение опускаемым
грузом
Кулачковый механизм
встряхивающей машины
Удар долота
совершается
под действием
силы тяжести
штанги.
Кривошипно-
ползунный
механизм
вибровозбудителя
Кулачковый механизм (по рисунку Леонардо
да Винчи) предназначен для медленного
подъема ведомого звена и последующего
резкого его опускания (например,
Для нанесения периодических ударов).
Трамбовочная машина
с электроприводом
и ручным
перемещением
‘Групповой привод
агрегатов на схеме
условно не показан
Желонка (сосуд для извлечения
разрыхленного грунта из скважины)
(Ч.|н*ж для насечки
напильников (рисунок Леонардо
да Винчи ~ 1480 г.)
В отличие от других работ
Леонардо да Винчи здесь
надпись на рисунке дана
в обычном (не зеркальном)
виде Она означает
-Способ, при помощи которого
напильники насекаются сами
по себе".
Тяжелый
молоток при
размыкании
контакта с
поводковым
колесом
падает и
образует
насечку на
заготовке.
Кривошилио коромысловый
механизм для периодического
натяжения каната
и удартюго действия
долота
Лебедка для
подьема/опускания
инструмента
Рабочий
стол
:анизм
движения подачи
Заготовка
с формой)
Встряхивающий
стол (для установки
опоки
_1Ю
Непрерывно-
вращающийся кулачок
Ролик с поступательно
движущейся осью
Пружины разгрузки
привода от сил
тяжести подвижных
частей
Встряхивающий
стол (для установки
опоки с формой)
Привод
опрокидывания
стола
Кривошипно
ползунный механизм Станина
Встряхивающая
машина ударно-
вибрационного
типа [из книги
G. Geiger
“Handbuch
der Eisen- und
Stahlgiesserei
(пер. с нем.
1935 г.)]
Трамбующая плита
Пружинное
соединение
Вибро-
защитная
подвеска
Вытяжная встряхивающая машина с кинематическим
вибровозбуждением (с помощью кривошипно-
ползунного механизма) фирмы Ettling (начало XX в.)
Упругое соединение
ползуна и стола
(действует только
в конце хода
при движении
стола вверх)
4yi унная
наковальня
Деревянный
т*«»1»/|яхдц^я стола столбик Пружина
...ТЕДЕНИ1 НА Я3(..........ИЯМ, ................... ЧЕРТЕЖЕЙ. И. примерах из иомпьют
Шкив
ременной
передачи
пс ТИПОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ВИБРАЦИОННОЕ ТЕХНО
ВИБРОВОЗБУДИТЕЛИ
Механические вибровозбудители с вращательным
или планетарным движением
дебалансов
Маятниковый
вибровозбудитель
(60-е гг. XX в.)
Выдвижной
подпружиненный
дебаланс
(уплотняющей)
плиты
Корпус
Электродвигатель
с короткозамкнутым
ротором
Приводной вал
Опорная плита
Пневматическая подушка
Многочастотные вибровозбудители
на основе планетарных механизмов
(из книги Taschenbuch Maschinenbau.
Band 3/1 Stoffumformung. Berlin, 1968)
Пульсирующая
подача газа
Инерционный
элемент в виде
смещаемого
(от центра)
обода
Упругая муфта,
соединяющая
орпус с осью
Ось,
закрепленная
в опорной
плите
Глубинный вибровозбудитель
(для строительных работ)
с пневматическим
вращательным
приводом (с частотой
колебаний до 8000 мин ’)
Вариант
подпружиненного
дебаланса
Резиновые
прокладки
Направляющая
Погружные вибровозбудители
с бегунком-дебалансом
для уплотнения жидкого бетона
(из книги Taschenbuch
Maschinenbau.
Band 3/I
Arbeitsmaschinen.
Berlin, 1971)
Приводной
вращающийся вал
(от электродвигателя)
Компенсирующая
перекосы
соединительная
муфта
Эксцентричное
водило
1 1 В МАШИНОВЕДЕНИЕ
НА ЯЗЫКЕ CXt М.
Бегунок-
дебаланс
обкатывается
/ по внутренней
или внешней
поверхности
центрального
звена,
закрепленного
в корпусе.
Благодаря
вращению
бегунка и его
обкатыванию
(планетарному
движению)
возбуждаются
двухчастотные
колебания.
Сателлит-дебаланс
обкатывается
по внутренней
поверхности
корпуса
периодически
удаляясь и
приближаясь
к центру
вращения водила.
Смещение центра
водила относительно центра
поверхности обкатывания
Водило
с радиальными
пазами
Сателлиты-
дебалансы при
обкатывании
возбуждают
колебания,
смещенные
по фазе
(в дополнение
к колебаниям,
обусловленным
вращением водила).
Инерционный элемент
совершает
колебательное
движение
по прямой
линии при
соотношении
чисел зубьев
сателлита
1 Центрального
колеса 1/2.
Пневматические вибровозб
(2-я половина XX в.) '',/я-Иг^ли
Вибровозбудитель, работающе
при пульсирующей подаче газа*1
(при переменном давлении)
корпус,
соединены между
собой эластичной
прокладкой
допускающей,
относительные
колебания звеньев
Клапан
периодически
открывается
и закрывается.
Автоколебательный
привод, работающий
при подаче газа
под постоянным
давлением
Ползун совершает
движение вверх под
давлением газа и
вниз - под действием
пружины.
Мембрана
Упор
Ротор
со смещенным
центром масс
вращается
благодаря
реактивному
действию струй
выпускаемого
воздуха
примерах ил комлью i ерног о панка
''И< У»1КС)В И ЧЕРТЕЖЕЙ. На
ВИБРАЦИОННОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
)АИ1
ГАК
ЮЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ.
РУДОВАНИЕ И ИНСТРУМЕНТЫ
Уплотнение бетона с помощью вибрации (при формовании плиты)
При вертикальной вибрации формы (раскачивании вверх-вниз) частицы
бетона постепенно проникают в имеющиеся пустоты и рыхлый бетон
становится более плотным и прочным. После затвердения из формы
извлекают готовую строительную плиту.
Пружины
Форма, —
в которую
заливают
жидкий
бетон
Вибрационный
инструмент —
для алмазного
выглаживания
Корпус
вибро-
возбудителя
Ударно-
вибрационный
гайковерт
(60-е гг. XX в.)
Корпус обычно
прикреплен
к лотку
конвейера
Инерционный
элемент
Электромагнитный вибровозбудитель
фирмы AEG (ЗО-е гг. XX в.)
для использования в виброконвейерах
Винтовой лоток
Пружина сжатия
Четырехгранный
хвостовик
Пружина создает
начальное нажатие
инструмента
Виброзащитные
опоры
Принцип действия
гайковерта
Винтовой (клиновой)
механизм преобразует
относительный поворот
Пружина
воспринимает
силу тяжести,
сжимается
при движении
формы вниз.
Ее сжатие
ослабляется
при движении
формы вверх
7
Электромагнит
переменного
тока
Ведущий вал
Электро-
магнит
Упорный
подшипник
Ползун с зубьями
при достаточно
большом моменте
сил сопротивления
сжимает пружину
с помощью винтового
механизма и выводит
из зацепления зубья
муфты. В результате
выступы проскакивают
и совершают
удар по выступам
ведомого звена.
Ползун
Will ЬШл
ДЬИЖННИ-
Центробежная сила
Неуравновешенные детали (дебалансы) вращаются
электродвигателем. Возникающие при этом центробежные силы
тянут форму вниз, а как только детали повернутся на пол-оборота,
то центробежные силы тянут форму вверх, и так далее.
Причем в течение одного оборота дебалансы занимают также
промежуточные положения, при которых центробежные силы
направлены в разные стороны или навстречу друг другу.
При этом они компенсируют друг друга и форма не качается
из стороны в сторону.
Совокупные
направленные
колебания
обеспечивают
шаговые
перемещения
заготовок вверх
по винтовому
лотку.
Инструментальный
наконечник
Бункерный питатель с винтовым лотком
Электромагнит с подведением
переменного тока
Листовые пружины
изгибаются
с помощью
электромагнита,
и распрямляясь,
сообщают импульс телу на лотке под
Ударно-вибрационная дрель (перфоратор) углом к его винтовой поверхности.
Ведущий вал соединен
с инструментом через кулачковую
муфту со скошенными выступами.----
При достаточно большом моменте
муфта начинает проворачиваться,
что сопровождается частыми ударами.
В результате облегчается разрушение
твердого материала, например,
при сверлении
отверстия.
Пружина
Корпус
Сверло
Сила нажатия на корпус
приводит к появлению
сопротивления вращению.
Момент сил
сопротивления
вращению
Ведущий
вал
Вращающий момеш
Этому звену
передается вращающий
момент от ведущего вала.
Оно может также скользить
вдоль шлицев, и поэтому его выступы способны
выходить из зацепления и совершать удар.
МАШИнгляд! НИ( нА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ I lu примерах из компьютерного банка А.ф. Крайнева 11Q
ВИБРАЦИОННОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
УПРУГИЕ ОПОРЫ И НАПРАВЛЯЮЩИЕ (ПОДВЕСКИ) ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЕЙ (2-я половина XX в.)
Совмещенное исполнение упругого сопротивления (перемещению) и направляющей (подвески)
Направленные возбуждаемые колебания
Вибрационный
стол(платформа)
Основание
Змеевидная
листовая
пружина
малой
жесткости
Неподвижные
соединения
листовых пружин
Прямолинейные листовые
пружины позволяют столу двигаться
поступательно по дуговым траекториям
подвеской
Компенсационный зазор
Лента из пропилена
МАШИНОВЕДЕНИЕ
любые
кроме
Листовые
пружины
Резиновая
прокладка
Максимальное
перемещение
Вибрационное
звено (стол) 1
Вибрационное
звено (стол)
Постоянный
магнитопровод
с обмоткой
возбуждения
Упругая
опора
Варианты упругих
направляющих
Пневматический
разгружатель
Вибрацион
ное звено -
Электродинамические
вибровозбудители
позволяют получать
вибрацию с частотой
5...3000 Гц (известны
примеры до 30 тыс. Гц)
Электро-"" j
магнитный I
вибро-
возбудитель
Подвижная
обмотка
возбуждения
размещена
в зазоре
магнитопровода
и скреплена
с вибрационным
звеном.
Упругие прокладки для
компенсации дополнительных
перемещений А /
Резиновая эксцентриковая X,
втулка обеспечивает
беззазорность кинематических пар
Направляющая опора смещена
от радиальной линии
на плечо h для обеспечения
высокой жесткости /'
в окружном
направлении. д /
Вибрационное звено или подвижная
(в продольном направлении) ось прибора
Раздельное исполнение
упругого сопротивления
(перемещению)
и направляющей
Направляющая пара
х . качения
Гофрированная
диафрагма эквивалентна
кинематической паре,
допускающей
перемещения,
вращения оси
НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф Крайнева
Вибростенд с
вибрационного звена
на листовых пружинах
Вибрационное
звено (стол)\
Постоянный
магнитопровод
с обмоткой
возбуждения
п] Плоская
диафрагма
со спиральными
прорезями имеет
наименьшую жесткость только
вдоль закрепленной в ней оси.
Ролик
Огибающая
лента обеспечивает
качение ролика без
проскальзывания.
Принципиальная и конструктивная схемы
стенда с электродинамическим
вибровозбуждением /'
Вариант размещения
(в поперечном сечении)
направляющих опор
и резиновых прокладок
(для упругого сопротивления)
Листовые пружины
Вариант конструктивного
решения направляющей
опоры I
Выбором формы листовых пружин добиваются строго прямолинейного
движения вибрационного звена (стола, платформы или оси прибора)
Резиновая
прокладка
при сдвиговом
деформировании
обеспечивает
упругое
сопротивление.
ШПИНДЕЛИ ОБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ,
ЗАЖИМНЫЕ ПАТРОНЫ И УСТАНОВОЧНЫЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
ЕЛИ
ЮОЬРАБАТЫВАЮЩИХ
Пружины создают упругое осевое
нажатие в подшипниках задней
, опоры для обеспечения
точности центрирования
Шпиндель с двумя
однотипными
опорами, составленными
из радиально-упорных
шариковых подшипников
(из книги F.J. Сатт.
Newnes engineer's
reference book.
London, 1946)
Передняя опора в основном воспринимает
радиальную Fr и осевую Fa рабочие нагрузки
Шкив ременной передачи
Автономный корпус
Нагружение звеньев двухопорного шпинделя в зависимости
Шпиндель, встроенный в переднюю
от жесткости вала и величины зазоров в подшипниках
бабку токарного станка (из статьи
Г.-Й. Коха в выпуске “Станки-86’)
Мощность привода до 50 кВт,;
частота вращения 22 - 3550 мин’’
Задняя опора
(радиальный
двухрядный
роликовый
подшипник)
Реакция Гд значительна по величине
Передняя опора составлена
из трех радиально-упорных
шариковых подшипников
неподвижным осевым
Шкив поликлиновой
ременной передачи
общего привода
Корпус
многоскоростной
зубчатой передачи
Нерациональная схема
Недостаточно жесткий вал
и зазоры в подшипниках
приводят к перегрузке
переднего подшипника С.
перекосу передней опоры,
существенному изгибу вала
и уменьшению роли заднего
подшипника А в восприятии
нагрузки и в обеспечении
центрирования.
КЛЛААЛЛЛ
Рациональная схема
Жесткий вал практически не
деформируется, подшипники
В и С нагружаются почти
одинаково, задний
подшипник А препятствует
перекосу вала в целом.
Тенденции развития конструкций шпиделя:
- применение коротких и жестких валов;
- расположение жестких и беззазорных подшипников
в непосредственной близости от приложенной нагрузки;
- установка промежуточной (третьей) опоры для длинного вала
Горизонтальные двухопорные
шпиндели токарных станков
(из книги Die Gestaltung
von Walzlagerungen. FAG, 1970)—-
Мощность привода 11 кВт;
максимальная частота
вращения 1200 мин ’
Радиально-упорный конический
Передняя опора
Полый вал
Радиальный
двухрядный
роликовый
подшипник
Упорный двухсторонний шариковый
подшипник способен воспринимать
Задняя опора реверсивную осевую нагрузку.
Приводное
зубчатое колесо
подшипник имеет встроенные
пружины для упругого
поджатия.
Распорная втулка
Задняя опора
Полый
вал
Т
Передняя опора
Приводное
зубчатое
колесо
Внешняя
консольная
D нагрузка
Двойной
радиально-
упорный
конический
подшипник
Пружины обеспечивают
предварительное осевое
поджатие колец.
Радиальный двухрядный роликовый
подшипник имеет внутреннее кольцо,
установленное на конической
поверхности вала с возможностью
регулировки радиально! о зазора натжа
осевым поджатием (с помощью ганки)
Поджимная гайка
для регулировки зазора в подшипнике
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компью!ерно1 о банка А. Ф. Крайнева J 21
ШПИНДЕЛИ ОБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ,
ЗАЖИМНЫЕ ПАТРОНЫ И УСТАНОВОЧНЫЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
КОНСТРУКТИВНОЕ СОВМЕЩЕНИЕ ШПИНДЕЛЯ С ДЕТАЛЯМИ И ПРИВОДОМ ЗАЖИМНОГО УСТРОЙСТВА
Двух- и трехопорные шпиндели
Главный шпиндель современного вертикального многоцелевого
Вертикальный шпиндель фрезерного
станка (из книги Die Gestaltung
von Walzlagerungen. FAG, 1970)
Мощность привода 1,8-5 кВт;
частота вращения 3000 - 18000 мин-’
токарного станка Cyclone серии YV-600 (фирмы IRLEN)
Мощность привода 22 кВт,
частота вращения
Приводной
вал
Нижняя опора,
составленная
из двух радиально-
упорных шариковых
подшипников
Канал для внутреннего
подвода смазочно-----
охлаждающего
материала
к инструменту
Соединительная
муфта
Возвратные
пружины
Шкив зубчато-
ременной передачи
привода вращения
шпинделя
Внутренний
корпус (гильза)
шпинделя
Внешний
(общий) корпус
Инструментальный
патрон
Инструментальный
патрон
Захватываемая головка
втягивающего
устройства
Верхняя опора —----
составлена из двух
рядом установленных
радиально-упорных
шариковых
подшипников
Винтовая канавка'
для образования
канала охлаждающей
системы
Нижняя опора
составлена из двух
радиально-
упорных
шариковых
подшипников,
расположенных
на значительном
расстоянии друг
от друга По сути
этот вариант близок
к трехопорной схеме.
Верхняя
опора
с пружинами,
устраняющими
зазор
в подшипнике
Верхняя опора
составлена
из радиального
двухрядного
роликового
подшипника и двух
радиально-упорных
подшипников.
Нижняя
опора -
радиальный
двухрядный
роликовый
подшипник
шпинделя 20 - 1500 мин"'
Клиновой механизм
Шток привода
зажимного
устройства
- Привод зажимного
устройства
Зажимное устройство
(для заготовки)
Шкив поликлиновой
ременной передачи
от электродвигателя
!
I»
Гидроцилиндр
привода
втягивающего
устройства
Современные
шпиндели со встроенным
втягивающим устройством
для инструментального
патрона, используемые
в станках
фирмы CHEVALIER
Замыкающая
тарельчатая
пружина
в управляющем
механизме
захватного
втягивающего
устройства для
инструментального
патрона
Винтовой канал
для охлаждения
подшипников
III
о 220
Регламентированный
зазор/натяг в роликовых
подшипниках
устанавливается
перемещением
внутреннего кольца
по конической
посадочной поверхности.
Захватываемая
головка
втягивающего
устройства
Шкив
зубчато
ременной \
передачи
привода
вращения
шпинделя
В этой схеме имеется
три явно выраженные
опоры по два подшипника
в каждой. Такое решение
характеризуется высокими
функциональными качествами
только при точном исполнении
деталей и соединений.
Канал для
внутреннего
подвода смазочно
охлаждающего
материала
к инструменту
122
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф Крайне» з
ЗАЖИМНЫЕ ПАТРОНь°иРус^1мпр!?ЩИ:< СТАНКОВ,
-----------------Ь| И УСТАНОВОЧНЫЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
И/ИД HI
Подвод
ЖИДКОСТИ
Охватываемая деталь -
корпусная втулка
электродвигателя
Вал привода
зажимного
устройства
Трехопорный
полый вал
шпинделя
Привод
зажимного
устройства
Средняя опора -
роликовый
подшипник
Задняя опора -
роликовый
подшипник
Передняя опора,
составленная
из трех шариковых
подшипников
Зажимное устройство
(для заготовки)
Ротор
электродвигателя
Теплообменный
аппарат для
охлаждения
электрошкафа
Направления потока
жидкости
Гидронасос Винтовой канал
для охлаждение
подшипниковых
опор шпинделя
>1сТРУкТИВН0Е СО8МЕЩЕНИЕ деталей и элементов
К ПИНДЕЛЯ и ЕГО ПРИВОДА. МОТОР-ШПИНДЕЛИ
вменный мотор-шпиндель токарного станка VSC
Сов₽ PMAG и его система охлаждения
ф^рмы ЕМми
□интовой канал для циркуляции
В сдающей жидкости сформирован
°^ерхностями винтовой канавки
охватываемой детали и внутренней
^линдрической поверхностью
охватывающей детали.
Отвод
жидкости
Статор
электродвигателя
Замкнутая гидравлическая
система охлаждения
основных агрегатов
станка с параллельным
подключением
теплообменных
аппаратов к насосу
Охватывающая
деталь - общий
корпус----------
электродвигателя
и подшипниковых
опор шпинделя
г°ловка МЭЯ Теплообменный
аппарат для
охлаждения
Рабочей зоны
Теплообменный
аппарат для
охлаждения
рабочей жидкости
Колебания температуры неблагоприятно сказываются на точности
станка. Поэтому важное значение имеют система контроля
теплового режима и конструкция охлаждающих аппаратов.
В данном примере предусмотрен отвод избыточного тепла
в месте его возникновения Тем самым обеспечивается
постоянство температуры в мотор-шпинделе. шпиндельных
опорах, гидроагрегате, электрошкафу и в рабочей зоне, нагрев
которой происходит под воздействием раскаленной стружки.
Маи... . .гптсжЕЙ На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева 1 23 |
^^ИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ РИСУНКОВ И -д—Г"g .
ШПИНДЕЛИ ОБР^*Т^0ВО^ЫЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
ЗАЖИМНЫЕ ПАТРОНЫ И УСТАНОВО <НЫЬ ---------
Тагм:л*/<зтэя пружина замыкак, эпвмг^
осевой рвзмермс/й и к.
Мотор шпиндель
плоскошлифояяльного
станка фирмы Nakson Union
(ВО в п XX я )
Сегментный
шлифовальный -
Элею родвиг атель
мощностью 220 кВт
с максимальной
частотой вращения
375 мин '
Нижний радиальный
двухрядный
роликовый
подшипник ----__
Верхний радиальный
двухрядный роликовый
ПОДШИПНИК
Нижний упорный
подшипник
Головка
шлифовального \
круга диаметром
1400 мм
Верхний упорный
подшипник
ОЫ СП! 41 НИ1 РАЦИОНАЛЬНО! О НАГРУЖ! НИЙ
ПОДШИПНИКОВ В МОТОР ШПИНД1 ЛЯХ
Радиально-
упорные
шариковые
ПОДШИПНИКИ
и размеров деталей в иепи
замыкания сиг
Четырехподшип-иковзг
шпинделя в обшей корп-ус-ой
втулке (без гара-^ии совмет
восприятия сил поа-и>>-игле»
опоры из-за отсутствия
Корпусная
втулка
Регулировку радиального зазсса на-я-а
в роликовых подшипника/ осуществляй. -
перемещением внутреннего колы^ «дог-
конической посадочной поверхности
с помощью гайки
и/ рек ламойт ироеа ииое пре ллзри • о -
нагружено При е е,..ней сиге » сд^ .у
из подшипников нагрузка /»*<. *
этом должно сакраня’ься прижатие
контактирующих тел
Посадочная
поверхность
круг
Современный мотор-шпиндель фирмы GMN (мощностью до 80 кВт)
Упругая система замыкания сил обеспечивает
совместное восприятие внешних нагрузок
передней и задней опорами.
Внешний контур
замыкания сил
“«савс:
Шариковая направляющая допускает
свободное (в пределах деформации пружинь,
относительное перемещение
। звеньев внешнего контура
I замыкания сил.
Us-tOAiT*
псж*»»"
В обоих вариантах один из
подшипников не участвует
в восприятии осевой силы.
эчектас-
примерах из компькмерн«чо банка
Винтовой МНЛ '
для охлаждй'«*’
алею ро
Канал подачи смазочно* о
материала к пс-щ " ’’
передней ^оры
Пружина Корпус
Статор
Ротор
Внутренний контур замыкания сил
Варианты замыкания осевых сил
при наличии зазоров (возникающих
в результате суммирования
отклонений формы и размеров
деталей в одном из контуров
передней опоры) Зазор
Зазор
Передняя
двух-
подшипниковая
опора
ШПИНДЕЛИ ОБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ,
ЗАЖИМНЫЕ ПАТРОНЫ И УСТАНОВОЧНЫЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
ИАААШ
РАН
зажимные устройства для многократной сборки/разборки
(например, для установки инструмента, оправки или заготовки)
Известные уже во 2-й половине XIX в. соединения для центрирования
(инструмента) и передачи вращающего момента (без шпонки) проектировали
с учетом условия самоторможения (см, соотношение угла конуса у и угла
трения р на схеме). При разборке конус выбивали, что приводило обычно
к повреждению рабочих поверхностей.
Вращающий момент
Момент сил сопротивления
Конус
Примеры закрепления инструмента в шпинделе (из книги
П.К. Худякова и А. И. Сидорова “Атласъ конструктивныхъ
чертежей деталей машинъ”. Москва, 1902 г.).
с W-O9
При отсутствии самоторможения
нужно создавать постоянный осевой натяг
в соединении, но зато можно легко
разъединить сопряженные поверхности.
Винтовая передача
обеспечивает
плавное
относительное
перемещение
поверхностей.
КЛИНОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ ВТЯГИВАНИЯ И ФИКСАЦИИ ДЕТАЛЕЙ СОЕДИНЕНИЯ
Зажимной патрон системы “Widaflex” фирмы Krupp-Widia (80-е гг. XX в.)
Обойма с шариками Винт ПРИ осевом перемещении
закреплена в патроне. выталкивает шарики в клиновые
пазы конуса, благодаря чему
создается осевой натяг в соединении
и фиксируется относительное
положение деталей.
Быстросменный патрон Схема над осью -
Шарик начало зажатия
фиксатора
соединения
в окружном
направлении
Соединяемые детали
Этот шарик при
вдавливании в канавку
создает осевой натяг
в соединении.
Г идроцилиндр
Конусность 1:
Вращением гаики
задают осевое
движение винту.
Сечение в зоне
фиксатора
Канавка
для захватного
устройства \
Резцовая
головка
Нажимная втулка
при осевом перемещении
вдавливает шарики в углубления.
Современный привод зажимного
механизма фирмы OTT-JAKOB
Осевая сила удержания -----
крутого" конуса в зажимном
патроне обеспечивается
сжатой пружиной. Ее сжатие
и фиксирование в рабочем
состоянии осуществляют
с помощью клинового
механизма, увеличивающего
силу приводного
гидроцилиндра в 2,5 раза.
Клиновой механизм в сечении образуют
три клина и промежуточное звено - шарик.
Подвижный шток
Схема под осью -
рабочее
положение
Схема над осью -
— начало
втягивания
Дисковая
> (тарельчатая)
пружина
Схема под осью -
рабочее
положение
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерно! о иапка ,.чм 125
нлиш
• РЛН
л ^СРАБАТЫВАЮЩИХ станков,
шпиндели об7^та|ЮВОчные приспособления
ЗАЖИМНЫЕ ПАТРОНЫ — ——г
,а для высокоскоростной обработки
В этом варианте сопряжем^
ступенчатого хвостовика
и конусной втулки обеспеч
постоянный натяг во всех
сопряжениях и высокую То.„
центрирования Большая J?4
хвостовика и распределеннг/а
восприятие сопряжениями '
боковых сил обусловливают
высокую жесткость опоры
(при консольном нагружеиии)
Пружина
современные решения центрирования и зажатия инструмен
шпинделя до 30 000 мин ') фирмы NIKKEN
В эти пазы входят выступы,
выполненные на торце шпинделя.
Данное соединение служит для
передачи вращающего момента.
(при частоте вращения
Для данных условий предусматривают
компенсацию влияния центробежных
сил на степень зажатия инструмента
и демпфирование колебаний.
Короткая
конусная втулка
при осевом
перемещении
зажимает
цилиндрический
хвостовик.
Патрон —
или шпиндель
имеет конусное
отверстие
для посадки
конусной втулки.
\
\
Конусность 1/10
Тарельчатая пружина и торцовый
/стык обеспечивают постоянную
/ осевую силу воздействия
на втулку и соответственно
регламентированные радиальные
силы зажатия цилиндрического
хвостовика инструмента.
Втулка
Ступенчатый хвостовик
Сопряженные детали (пружина,
втулка, торцовая шайба)
и поверхности контакта выполняют
также функцию демпфера колебаний.
Торцовая шайба
Примеры вспомогательных элементов
инструментальных патронов и цанг
Резьба для закрепления
захватной головки
(для втягивающего г
устройства) J
Инструментальный патрон фирмы Hertel AG
с эластичной зажимной стенкой (используемый
при частоте вращения до 40 000 мин ’)
Регулировочный
упор - винт со шлицами
(для отвертки) на обоих
торцах
Прямоугольные I_______V N_U
пазы соединения для передачи
вращающего момента
Винтовая смазочная
канавка на конусном
хвостовике
V-образный паз
(для фиксатора
углового
положения)
Канавка
для балансировки
патрона (компенсации удаленных
масс при образовании пазов)
Кольцевая
гидравлическая
полость
полость.
Начало процесса установки инструмента
Нажимной винт с плунжером
запирает гидравлическую
Окончание процесса зажатия
Головка
для захватывания
и втягивания патрона
При вворачивании винта
плунжер нагнетает
жидкость в кольцевую
полость, благодаря чему
эластичная стенка
деформируется и
зажимает хвостовик.
Цилиндрический
хвостовик
инструмента
Продольные прорези кроме основной функции (увеличения
податливости цанги) здесь выполнены для компактного
направления
распыляемых
струй смазочно-
охлаждающей
жидкости вдоль
инструмента.
Винтовые смазочные канавки в отверстии
цилиндрической цанги обеспечивают
равномерное распределение смазочного
материала Благодаря этому облегчается
процесс сборки и обеспечиваются
благоприятные условия эксплуатации.
Сопряженные поверхности в меньшей
мере подвержены повреждению
126 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫК! СХЕМ
Канал для подвода смазочно-
охлаждающей жидкости в корпус*
патрона Зажимная
гайка
Ц [Ml 1 Уп°Р в виде нтулки для осевого
vj положения инструмента
На примерах u.
компыотерного банка АФ Кр.»»’-*^
цанг а
РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ
ШПИНДЕЛИ ОБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ,
ЗАЖИМНЫЕ ПАТРОНЫ И УСТАНОВОЧНЫЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
. Н .МЛ III
ЗАХВАТНЫЕ кулачковые и цанговые устройства
Захватное устройство профилегибочного
растяжного станка (60-е гг. XX в.)
Цанговое захватное устройство протяжного пистолета
(для получения протягиванием точного общего отверстия
в пакете деталей при сборочной
ОГУА 11И И )
Принудительное выдвижение
цанги
Протяжка
Клиновая направляющая
Внутренний кольцевой
выступ с конической
рабочей поверхностью
Шпиндель
станка
Технологическое '
опирание пакета
листов
Ползун
клинового
механизма
Клиновое взаимодействие /
конических рабочих поверхностей
кулачков и втулки обеспечивает
захватывание головки инструмента.
При осевом движении корпуса и неподвижном штоке ползуны
клинового механизма сближаются (в поперечном направлении),
а прикрепленные к ним губки зажимают конец полосы
или стержня Далее следует рабочее движение корпуса
(растяжение заготовки) в том же направлении.
Соединительное
звено Корпус
Передние
подшипники шпинделя
Захватные (зажимные)
губки прикреплены
к ползунам
клинового
механи зма
Втягивающий разжимной стержень
Под действием пружины цанга
втягивается в корпус и ее губки
сходятся за выступом протяжки.
Разжимной
втягивающий
сердечник
Инструментальный
патрон
Комплект кулачков, соединенных
стягивающим кольцом или упругими
перемычками (по типу цанги)
Инструментальный
патрон
Охватывание губками цанги
выступа протяжки производится
при естественном
(ненагруженном их положении).
Втягивающий шток
Направляющий клин
Кулачок (сектор цанги) с четырьмя Шпиндель станка
клиновыми (коническими) поверхности».-.
С»
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерно < ....
Шток 1
Пакет 4____
соединяемых
листов
Современное захватное втягивающее
устройство для инструментального
патрона с внешним расположением
захватной головки
Головка
для захватывания
и втягивания патрона
Современное захватное (разжимное)
втягивающее устройство фирмы ОТТ-JAKOB
Для инструментального патрона с полым
конусом (внутренним расположением
захватного выступа)
Клиновое взаимодействие
конических рабочих поверхностей
кулачков, втягивающего разжимного
сердечника и направляющих клиньев
обеспечивает захватывание, втягивание
и фиксацию патрона в шпинделе.
Пружина
Внутренний конус
служит для обжатия
захватывающей цанги.
Клиновое взаимодействие
конических рабочих поверхностей
кулачков, втулки и втягивающего
стержня обеспечивает
дополнительное втягивание
и фиксацию положения
инструментального патрона
в шпинделе.
Стягивающее кольцо
Втулка с коническими рабочими
поверхностями
Цанг:
Упор
Цанга
Боковая
нагрузка
ил*лт
► РАН
Шариковый
подшипник
увеличивает
податливость
опоры.
Коническая
зубчатая
передача
Отклонение 3 мкм
(в современных решениях
фирмы NIKKEN)
Винт прикреплен
к центральной
конической шестерне
Винтовая зубчатая передача
для выталкивания
хвостовика из цанги
закрепления инструмента
Плоский упорный торец
зажимной гайки
увеличивает жесткость узла
крепления и повышает
точность центрирования.
Буртик для восприяп
осевой силы при
перемещении цанги
зм втягивания/выталкивания цанги
в современном инструментальном патроне
Гнездо в боковой
конической шестерне
для установки
ключа .--------\Г~
ЦАНГОВЬН ЗАЖИМНЫ1. " ' '«инструмента
цанговый патрон для за^™®Н(70-е гг. XX в.)
с цилиндрическим хвост направлении)
цанга пружинная (в радиальном напра
в^лка с продольными прор • регулирования
положения упора
Длинная цанга -——
с малой
конусностью
обеспечивает
высокую жесткость опоры
Гайка
для втягивания
цанги в патрон Конусность
Влияние конструкции цанги и патрона на жесткость и то
На жесткость зажимного
устройства влияют:
- длина цанги и конусность,
- характер внешнего
торцового поджатия.
Л——' Плоская упорная шайба
Зажимная гайка
Дисковая фреза образует
продольную \
прорезь
(показано
положение
в конце
прохода).
Пример размеров
и технологичность
современной цанги
Диапазоны
диаметров
отверстия
8
Отверстия для выхода инструмента
г’Ри образовании прорезей
| 01 ...6 мм
(2...10,
3...16,
17. . 25 мм)
Оправка (для закрепления заготовки типа втулки)
с симметричной двухконусной цангой (80-е гг. XX в.)
Толкатель
воздействует
на цангу при
раздвигании
конусов.
Винтовая
передача
служит для
относительного
перемещения
конусов.
Цанга имеет чередующиеся прорези
при сближении
разжимают цангу.
Многослойные цанговые устройства
-------хх в )
виде целой
Перемычки
(70 е гг
Для зажатия
Цанга в
детали
Положение
при максимальном
Диаметре заготовки
кулачков
заготовок большого диапазона
Положение кулачков
при минимальном
Диаметре
Вид Д
диаметров
Коаксиальное сопряжение двух и**0
Пружина Зажимная втулка
заготовки
В
41 ВПж|.и
Внутренняя
цанг а
и • компьютерного банка
Кулачки цанги'
128 ~Дикни,,ця.,м„ t , и
Внешняя
цанга
СТАНКОВ
Т(фРИкЦИОННЫН СОЕДИНЕНИЯ ТОЧНОГО ЦЕНТРИРОВАНИЯ
ЯДА ДТП
ГД Я
Риммой патрон с а«*иниМюийййе
«.шниилиальнан схема самозакЛини '’‘"•‘ми
-лнндрического ролика при его качен!”
-жду двумя коническими поверхности *
Из-за разности окружных
скоростей ролик стремится
перекоситься. При отсутствии
зазоров даже небольшой перекос
приводит к заклиниванию
ролика между сопряженными
поверхностями. При большом числе
роликов они сжимают внутреннее
тело и растягивают внешнюю втулку.
Ролики
размещены
(в сепараторе)
группами
в шахматном
порядке. ,
Сепаратор с большим числом роликов
устанавливают между внутренней
и внешней втулками
• Этот Принцип в 1-й половине XX в.
использовали в сцепных фрикционных муфтах
Сепаратор с роликами
Конусность внутренней
и внешней поверхностей
качения роликов
одинаковая
и незначительная.
Внутренняя втулка
служит для установки
и зажатия хвостовика
инструмента.
Внешняя зажимная
втулка при вращении
заставляет ролики
перекатываться.
Внутренняя (пружинная) втулка имеет
несколько продольных канавок,
уменьшающих ее жесткость.
В отверстие втулки вставляют
цилиндрический хвостовик инструмента.
При одновременном всестороннем
сжатии втулки (расклинивающимися
роликами) хвостовик зажимается.
Современные патроны, выполненные
по данной схеме, длительное время
(в процессе работы) сохраняют
неизменным заданное зажатие.
Термозажимной инструментальный
В рабочем (холодном) состоянии
здесь обеспечивается посадка
Диапазон диаметров
зажимаемого инструмента
в данном примере
(в комплекте зажимных
втулок с разными
диаметрами отверстий
и нескольких нагревательных
устройств) 6...32 мм
Нагревательное
Этот зажимной патрон нагревают токами высокой^ него
Посадочное отверстие увеличивается настольк , остываниии
можно легко вставить хвостовик инструмента.
патрона хвостовик сильно зажимается в отверсти • бЫСТр0
Для извлечения инструмента патрон нагревают зажатый
что тепловое поле не успевает распространиться отверстие,
хвостовик инструмента. При этом расширяется т патрона,
а хвостовик остается холодным и его можно выну' может
Закрепление в диапазоне упругих деформации п
^ыть повторено до 5000 раз.
Отверстие,
в которое
вставляют
хвостовик
инструмента
устройство
(индуктор)
*Жати'Ьм)1патЦр НТРИРУЮЩИЙ (С трехточечным
Начальная форма
поперечного сечения
зажимного патрона
зажатия
Последовательность
•^""ципиальная схема напоминает трех
Очковый патрон, но здесь он выполнен
одной детали, а перемещают куя
^2^° 6 пределах упругих деформаций.
этому повышаются точность
* 'Р*Чювания и жесткость соединения,
Диапазон диаметров зажимаемых
чпей (од р0 сути каждого диамет компькнер»
^'-мыривают свой патрон
ЕДЕ.НИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ. рИС
Сжимая патрон в указанных
направлениях, добиваются
превращения некруглого
центрального отверстия в круглое.
В него можно свободно вставить
хвостовик зажимаемого инструмента
После снятия нагрузки
на патрон отверстие стремится
принять начальную форму
и хвостовик инструмента
зажимается.
банка А.Ф. Крайнева
ИМАП1
•* PAR
ШПИНДЕЛИ ОБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ,
ЗАЖИМНЫЕ ПАТРОНЫ И УСТАНОВОЧНЫЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
РЕГУЛИРУЕМЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ МНОГОКРАТНОГО ЗАЖАТИЯ/РАЗЖАТИЯ
(например, для установки и центрирования инструмента, оправки или заготовки)
Классическая схема трехкулачкового
зажимного центрирующего патрона
Трехкулачковый зажимной патрон фирмы
Paul Forcardt KG с клиновым механизмом
перемещения кулачков (80-е гг. XX в.)
Кулачок имеет выступы,
сопряженные со спиральным
пазом торцовой
направляющей.
Кулачок может
\ перемещаться только
поступательно
вдоль радиальной
- направляющей
в корпусе патрона.
Торцовая спиральная
направляющая при вращении
заставляет кулачки приближаться
к центру или удаляться от него.
Патрон по данной схеме "прожил долгую жизнь"
в машиностроении, и все последующие решения можно
рассматривать лишь как его логическое развитие.
Кулачок имеет косозубую рейку
z сопряженную с приводной рейкой
Приводной
винт
В данном примере каждый
из кулачков (или один
из них) приводится
вручную с помощью
винтовой передачи
Приводная рейка
с гайкой
Поступательные
направляющие
реек расположены
под прямым углом.
Благодаря
поверхностному сопряжению
(в отличие от линейного на схеме слева) клиновой
механизм способен развивать большие силы зажатия
и обеспечивать более высокую точность перемещений.
Трехкулачковый зажимной центрирующий патрон фирмы Paul Forcardt KG с клиновым механизмом
синхронного перемещения кулачков и гидравлическим приводом.
Передний
подшипник
шпинделя
Схема клинового взаимодействия
центральной детали с кулачком
Корпус
передней
бабки
станка
Центральная деталь имеет наклонные пазы,
в которых размещаются выступы кулачков.
При ее перемещении вдоль оси патрона
кулачки синхронно сдвигаются к центру или
раздвигаются благодаря клиновому
взаимодействию сопряженных звеньев.
Шпиндель
станка
Корпус патрона
Винт для крепления
корпуса патрона к фланцу шпинделя
Подвижное
соединение __ |
каналов
подвода жидкости
Тарельчатая пружина служит для возвратного
движения поршня и вытеснения рабочей жндмч
из полости гидроцилиндра
Поршень гидроцилиндра неподвижно
соединен с центральной деталью
и сообщает ей осевое движение
Полость гидроцилиндра,
заполняемая рабочей жидкостью
под давлением для зажатия заготовки
Винт, стопорящий положение поршня
или ограничивающий его возвратный ход
Кулачок имеет
прямолинейные
выступы для
сопряжения
с радиальными
направляющими
корпуса патрона
и наклонные
(по отношению
к оси) выступы
для клинового
сопряжения
с пазами
центральной
детали.
Сменные элементы,
/ прикрепленные
к кулачкам, служат
для зажатия
заготовок
различных
размеров и
|fv'z| конфигураций
1 ЯЛ МАШИНОВЕДЕНИ! НА ЯЗЫКЕ СХЕ:М. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ Н„ прим..». и, >омпы»1.Р..ао Г.,.»-. А Ф
I ---——
Толкатель
Направляющий сердечник
Замкнутое состояние
Шпиндель
Стяжной болт
предварительно
ввертывают в
тело платформы
Замыкающий
поршень
Кулачки
могут Д
раздвигаться,
поворачиваясь
вокруг перемычек
ИМА1П
РАН
Приводной
поршень \
Замкнутое
состояние
Разомкнутое
состояние
Стопорный
клиновой
механизм
Сепаратор комплекта
кулачков с удерживающими
гибкими перемычками,-^-"'
допускающими поворот
кулачков(при разжатии)
Внешний
управляющий
ползун
Раздвигающий кулачки винт
с правой и левой резьбой
Подача жидкости
для размыкания
захватного устройства
Подвод смазочно-
охлаждающего материала
в воздушном потоке
Темные _
к rv.f РИкРеплены
столу.
Центрирующая (коническая)
и торцовая поверхности
инструментального патрона
плотно прижимаются к
соответствующим поверхностям
шпинделя благодаря
втягивающему и разжимному
действию кулачков.
Корпус опоры
конструктивно совмещен
с гидроцилиндром
и направляющей
Ндля перемещения
захватывающих
кулачков.
ШПИНДЕЛИ ОБРАБАТЫВАЮЩИХ CTAHKOR
ЗАЖИМНЫЕ ПАТРОНЫ И УСТАНОВОЧНЫЕ: <1™НК0В’
--------------_----,-АНОВОЧНЫЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
--- — Втулка
с комплектом
захватывающих
кулачков
Инструментальный патрон -——
Коническая втулка при осевом
перемещении раздвигает \
кулачки, а те воздействуют
на коническую поверхность
кольцевого выступа
инструментального патрона.
Подвод рабочей жидкости
в надпоршневое пространство
вращающегося гидроцилиндра
Полождение освобождения
Поршень в конечном
положении присоединения
платформы к опоре Поршень в положении
отсоединения платфоры от опоры
^ярЕМЕННЫЕ ЗАЖИМНЫЕ УСТРОЙСТВА фирмы ROHM
> 0 ПР устройство, встроенное в шпиндель
ота вращения шпинделя до 10000 мин'1
зажатия
Два раздвигаемых
кулачка своими коническими —
поверхностями втягивают
инструментальный патрон
и плотно прижимают его
центрирующую (коническую)
и торцовую поверхности
к поверхностям шпинделя,
обеспечивая высокую точность
и жесткость соединения.
---------------------------------- На примерах из компью.ерного банка А.Ф Крайнева
2^12!2^веДение НА ЯЗЫКЕ схем, рисунков И МЕР •
Пружина выталкивает
стяжной болт после
освобождения его
головки от захватывающих
кулачков.
и Шпиндель
Варианты кулачкового
втягивающего зажимного
устройства
Захватное втягивающее устройство
Центрирующий фланец,
прикрепляемый к платформе
Конические поверхности
обеспечивают центрирование
и высокую жесткость соединения
фланец, прикрепляемый
к рабочему столу ПлатфОрМа
для приспособлений
Тарельчатая пружина
при отсутствии давления
в надпоршневой полости
перемещает центральный
шток вместе с захватным
втягивающим
устройством,
осуществляя
тем самым
зажатие
инструменталь-
ного патрона, vfI
Разомкнутое состояние
Поршень под давлением
7 жидкости перемещает втулку
и размыкает захватывающие
кулачки. Стяжной болт при
ч । этом освобождается от захвата.
ШПИНДЕЛИ ОБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ,
ЗАЖИМНЫЕ ПАТРОНЫ И УСТАНОВОЧНЫЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
ЗАЖИМНЫЕ ПАТРОНЫ, СТОЛЫ И ОПРАВКИ
Станочные патроны с торцовым прижимным
Современные поворотные столы фирмы ROTOMORS
для установки и зажатия деталей
диаметром от 800 до 4000 мм
Заготовка
Заготовка
Заготовка
Пружина
Заготовка
Цанга
Заготовка q
Заготовка
В процессе захватывания
губки синхронно сходятся
к геометрическому центру
Гидро-
цилиндр
Привод
вращения
патрона
При вращении
патрона грузы
раздвигаются.
Привод
вращения
патрона
Привод
вращения
патрона
Рычажный механизм
преобразует осевое движение
поршня в поперечные
движения ползунов
Ползунно-
коромысловый
механизм
Стол с ручным независимым
перемещением
четырех кулачков
Крайнее
положение
ползуна
Реечно-винтовая
передача для
регулировочного
перемещения
ползуна
Реечно-винтовая передача
для независимого
перемещения —^<7^
ползуна '
Положение
звеньев
в процессе
зажатия
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева
Поворотом планшайбы
при неподвижной
гайке приводят в
действие прижимной
механизм.
механизмом (для заготовок с плоской
установочной базой)
1-й половины XX
Прижимающий
рычаг - \
шатун
механизма
Тормоз
управления
прижимным
устройством
Устройство составлено из шарнирных
параллелограммов A BCD и DEFG.
Современный
поворотный станочный
стол фирмы СМТ Tubertini
Приводной
поршень
охватывающего
---исполнения
Управляющий
----гидроцилиндр для
одновременного
перемещения кулачков
Стол с ручным самоцентрирующим
перемещением трех
_____________ зажимных кулачков
Самотормозящаяся
винтовая пара
удерживает устройство
в рабочем состоянии.
Прижимающий
рычаг - коромысло
механизма
Захватное
центрирующее устройство
Зажимные
губки
Реечно-винтовая передача для
независимого (индивидуального)
перемещения ползуна
Зажимной
кулачок
Зажимной кулачок
можно перемещать
вдоль паза ползуна
и прикреплять к нему.
Регулировочное
движение
винта
Зажимной кулачок
прикреплен
к ползуну.
Всем ползунам
задается
одновременное
движение от
гидроцилиндра
Пружинное
кольцо
удерживает
устройство
в устойчивом рабочем состоянии
при отключенном пневмоцилиндре
___|г Коническая 1 Гии J
зубчатая передача /
Реечно-винтовая передача для
Реечно-спиральный независимого (индивидуального)
механизм для одновременного перемещения ползуна
перемещения кулачков Стол с автоматическим
попарным перемещением
,4 зажимных
кулачков
Самозажимные патроны 1-й половины XX в.
Благодаря центробежным силам
кулачки или элементы цанги Л <\
зажимают
заготовку.
Привод
прижимного
с плоским фланцем устройства
Станочный патрон с пружинным кольцом (80-е гг. XX в.)
Положение в рабочем
~1 z/ состоянии
ШПИНДЕЛИ ОБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ,
ЗАЖИМНЫЕ ПАТРОНЫ И УСТАНОВОЧНЫЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
ЗАЖИМНЫЕ патроны, столы и оправки
Станочный центрирующий патрон для токарной
обработки цилиндрических заготовок
диаметром до 250 мм (FIAT AUTO, конец XX в.)
Поворотный
рычаг
Винт для
присоединения
привода,
зажимающего
кулачки
Н.М Л ill
Пружина для
оттягивания
(возвратного
движения,
размыкания)
кулачков
Клиновой
механизм
Поворотный двухплечий рычаг
взаимодействует с клином в процессе
зажатия или приводится ползуном
для возвратного движения
кулачков
Шпиндель
'Зажимные
кулачки
Зажимной
клин
Прижимной центр
Винт крепления патрона
Кулачок
прикреплен к
поворотному
рычагу.
Цили ндрическая
обтачиваемая
заготовка
Центрирование
заготовки Зажатие
заготовки
к шпинделю станка
поворотные
Заготовка
Заготовка
Гидроцилиндр
Направляющий палец
Приводной
поршень
Переходная
деталь для
установки
кулачка и
фиксатора
Планшайба,
прикрепляемая
к шпинделю станка
Центрирующий
заостренный
фиксатор.
Базовая деталь
для установки
переходной детали
присоединена
к диафрагме.
Фланец с торцовой
базирующей
поверхностью
Замыкающая
тарельчатая пружина
Сердечник с конической
поверхностью для центрирования
и разжатия цанги
Заготовка
(здесь не показана)
центрируется-—
по боковым
поверхностям зубьев и
прижимается к фланцу.
Устройство для зажатия
заготовки типа зубчатого
колеса с внешним венцом
(для шлифования
отверстия или
шевингования зубьев).
Гарантированная
повторяемость 0,005 мм
Разжимная
цанга для
зацепления
с зубчатым
венцом
заготовки
Фиксирующее
устройство
штока
Три зажимных
кулачка-зуба
(предфиксатора)
с окружной
регулировкой положения
и прижатием к боковым
поверхностям (для
передачи вращающего
момента заготовке)
Деформируемая диафрагма
присоединяемая
к шпинделю станка
Прижимные
планки~
внешними
или фланцами
Деформируемая
диафрагма
Кольцо с торцовым
скосом для регулировка
положения
фланца (вдоль осн)
Шаблон для углового
положения
переходной детали
Центрирующий
(по внешней
поверхности
заготовки)
заостренный
фиксатор. Три
таких фиксатора
установлены
под углом
> один к другому
120*.
Калиброванная
(по длине)
распорная втулка
Зажимные станочные устройства
(специальные вращательные
патроны) фирмы СМТ Tubertini
Зажимная оправка для
заготовок с
выступами
Принцип Толкатель
действия
Фланец
с выступами
для торцового базирования
Зажимная оправка фирмы ROHM
Н.МД1П
* гдн
ШПИНДЕЛИ ОБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ,
ЗАЖИМНЫЕ ПАТРОНЫ И УСТАНОВОЧНЫЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
РАЗЖИМНЫЕ СЕГМЕНТНЫЕ И ЦАНГОВЫЕ ОПРАВКИ С КЛИНОВЫМ МЕХАНИЗМОМ РАЗЖАТИЯ
Шестисегментная оправка для заготовок с предварительно
обработанным отверстием
Пружинные стягивающие кольца
Разжимающие
сегменты
(секторы
кулачки)
Корпус оправки
Трехкулачковая центрирующая
и поддерживающая оправка
для заготовок в виде гильзы
Клин - стержень
с наклонными
плоскими срезами
Деталь
с радиальными
пазами для кулачков
Поддерживающая
консоль
Заготовка
Направляющая шпонка
не допускает окружного
смещения сегмента
Замыкающий стержень,
ограничивающий осевое
стягивание сегментов
Гайка,
упирающаяся
в торец\
шпинделя
От толщины
этой шайбы
зависит
степень
разжатия
сегментов
Втулка
удерживающая
кулачки
от выпадания
По этой резьбе
завинчивают
оправку до
упора, после чего
прикрепляют ее к
фланцу шпинделя.
Разжимной конус на корпусе
оправки задает сегментам
радиальные перемещения
при их осевом движении.
Разжимная центрирующая оправка с двумя параллельными рядами кулачков,
перемещаемых клиновым механизмом
Этими винтами
притягивают оправку
к фланцу шпинделя
и тем самым сообщают
относительное движение
деталям клинового
механизма.
Винт, притягивающий
корпус \
оправки
к фланцу
шпинделя
Упор Пружинные стягивающие кольца
Кулачок перемещают
в радиальном
направлении
при осевом
движении
оправки
относительно
клина
Корпус
патрона
Заготовка
Кулачок
2-я клиновая деталь
1-я клиновая
деталь
Винт
клинового
механизма,
вворачиваемый
в шпиндель
Пружина
обеспечивает
упругое соединение
клиновых деталей
и выравнивание
разжимающих
сил в обоих рядах
кулачков
Винт, притягивающий
корпус
оправки
к фланцу
шпинделя
При перемещении корпуса патрона
относительно клиновых деталей последние
раздвигают кулачки в рабочее положение
Цангз
Винт
крепления
цанги
к торцу
шпинделя
Цанговая разжимающая центрирующая
оправка для узких
заготовок
эазж»<мает
Конус на
корпусе
Двухкулачковый зажимной поворотный патрон для изделий типа крестовины карданного вала
Зажимные кулачки расположены диаметрально один напротив другого, причем один кулачок выполнен зажимным
(с помощью гидроцилиндра). второй кулачок поворотный (он поворачивает зажатую заготовку с помощью клинового искового
механизма, приводимого поочередным включением двух гидроцилиндров)
Поворотный
кулачок
установлен на
подшипниках
и имеет
фиксированное
поперечное
положение
Заготовка
Зажимной
кулачок
Радиально-
упорный
подшипник
Г идроцилиндр
Здесь первый толкатель со скошенной поверхностью
воздействует на четырехгранный хвостовик и >юеарачивэе'
его на 12 требуемого угла
Поворотная цапфа кулачка
(поперечное сечение)
Затем второй толкатель
поворачивает хвостовик еше
на 1 2 угла и стопорит его
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из компьютерного банка А Ф
ШПИНДЕЛИ ОБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ,
ЗАЖИМНЫЕ ПАТРОНЫ И УСТАНОВОЧНЫЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
СОВРЕМЕННЫЕ РЫЧАЖНЫЕ ЗАЖИМНЫЕ
(примеры конструкций фирмы ROHM)
Трехкулачковый патрон с клиновым
механизмом зажатия, с оттягиваемыми
кулачками и прижимным центром
(с возможностью центрирования или
радиального смещения деталей
типа коленчатых валов)
Зажимной
клин
ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
Щ^НДДДДЙЯДЯДЯД^
Замок для присоединения
привода зажатия кулачков
Прижимной
плунжер
клина
Кулачок
прикреплен к
поворотному
\ рычагу.
Кулачок
d
Гидроцилиндр звездообразного г юна
Ь*ИМ11
Трехплечий
рычаг
Корпус патрона----
прикрепляют к шпинделю
станка.
Гидроцилиндр
зажимных
кулачков
Винт креплениия
патрона
к шпинделю станка
Прижимнои ползун,
фиксирующий
положение
зажимного клина
Ползун для возвратного
движения кулачков
(под действием пружины
при размыкании
клинового механизма)
Прижимной
центр
Само-
устанавливающаяся
опора кулачка
Пружина для
оттягивания
(возвратного
Максимальная движения,
сила размыкания)
привода кулачков
кулачков
80 кН
Рычажный зажимной патрон
с механическим приводом
и центробежным компенсатором
(с возможностью центрирования или
радиального смещения корпусных
деталей диаметром до 650 мм)
Центробежный
компенсатор
уравновешивает
отжимающую
силу кулачка
при высокой
частоте
вращения
патрона.
Сферический
вкладыш для
центрирующего
исполнения
зафиксирован
центральным
стержнем.
Для смещения
центра схождения
кулачков вкладыш
поворачивают.
Центральный
стержень,
фиксирующий
положение
сферического
вкладыша
Центробежный компенсатор
уравновешивает отжимающую силу кулачка
при высокой частоте вращения патрона.
Положение компенсирующего груза можно
регулировать с помощью винтовой
передачи.
U'L
Шарнирное соединение
рычага с корпусом патрона
Поворотный двухплечий рычаг
взаимодействует с клином в процессе
зажатия или приводится ползуном
для возвратного движения кулачков.
Упор
ограничения
поворота рычага
Четырехкулачковый патрон с гидроприводом
механизма зажатия и регулируемым центробежным
компенсатором (с возможностью центрирования
или радиального смещения заготовок диаметром
до 800 мм)
Звездообразный стол
служит для опирания
заготовки. Его опорные
консоли располагаются
между кулачками.
Общая
зажимная
сила
200 кН
Подвижный ползун,
к которому прикрепляют
кулачок (возвышающийся
над столом
и располагающийся
между его консолями).
Рычаг механизма
зажатия кулачка
©
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного 6 А Ф. Крайнева 135
|Гл i ШПИНДЕЛИ ОБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ,
______ЗАЖИМНЫЕ ПАТРОНЫ И УСТАНОВОЧНЫЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
УСТАНОВОЧНЫЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
Современное зажимное устройство с пневматическим приводом
(для деталей типа тонкостенных цилиндрических корпусов) фирмы ROHM
Заготовка
в положении ее
съема/установки
Пневмотрубопроводы
Пневматический
привод оправки
Заготовка
в рабочем
положении
Поворотно-
поступательное
устройство
полуавтоматической
смены заготовок
Г абаритные
размеры
820/345/450 мм
Фиксатор
, устройства
, смены
заготовок
Неподвижная рама
устройства
Пневмоцилиндр
и поворотный привод
Разжимная
— оправка
втулочного вида
Современный двухходовой зажимной патрон с гидравлическим приводом, для деталей
типа коленчатых валов (с эсцентрично расположенными поверхностями тел вращения) фирмы ROHM
Компесационная
муфта соединяет
внутренний цилиндр
(основание зажимного
устройства)с корпусом
патрона, допускает
только их совместное
вращение при
эксцентричном
относительном
положении
Посадочная
поверхность
и болт для
присоединения
патрона
к шпинделю станка
Фиксатор положения
эксцентриковой втулки
относительно корпуса
патрона
- Корпус патрона
Диаметр 418 мм
Подвижный центр
/ Поршень
гидропривода
зажимного
устройства
Два направляющих
кулачка
Три зажимных кулачка
Привод
зажимных кулачков
осуществляется
гидроцилиндром
с помощью
штоков и клиновых
механизмов.
Внутренний цилиндр -
основание зажимного
устройства
Поворотом эксцентриковой втулки в эксцентрично
расположенном отверстии корпуса добиваются плавного
изменения положения центра и оси зажимного устройства
относительно оси вращения патрона. Получаемая при этом
эксцентричность может достигать 50 мм.
ПС
fciAII цлнОРЕДЕНИЕ НА
ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А Ф Крайнева
ПЕР
МЕХАНИЗМЫ И ДЕТАЛИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
АВТОМАТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА ИЗ КНИГИ ГЕРОНА АЛЕКСАНДРИЙСКОГО
ТИКА" (по одним источникам около 120 лет до
Н.Э., по другим
Группа автомат и-w
Поворачивающаяся
сова
Поплавок движется вверх-вниз
при изменении уровня
воды в чаше.
ких птиц
Поющие и клюющие птицы
Сосуд
с вином
, периодически
наполняемая водой
Противовес
Приводная
веревка
колонна
механизм
I в. н.э.)
Автоматические весы
для продажи вина
Емкость
с водой
Гиря
Рычаг
Крючок для удержания рычага
в нижнем положении
Пробка слива, автоматически
открывающаяся при
достижения заданного уровня
Автомат для поддержания уровня воды в бассейне
При понижении уровня воды в бассейне поплавок опускается
и с помощью передаточного механизма открывает клапан.
Вода из резервуара вытекает в бассейн до тех пор, пока
уровень воды не подниметсядо заданного значения, и поплавок
Привод автоматического открывания дверей в храме (вариант2)
Створка
прикреплена
к поворотной
оси.
Приводная
веревка
1 |РОтивовес
При наполнении
чаши рычаг
поворачивается
и закрывает
клапан.
Чаша,
наполняемая
вином
Автомат для порционно*
выдачи святой воды
Монета при падении
давит на рычаг,
управляющий действием
клапана.
Рычаг
Клапан
Привод автоматического открывания дверей
в храме (вариант1)
После разжигания огня в закрытый сосуд поступает
нагретый воздух и вытесняет часть воды через трубку
в подвешенное на веревках ведро. Ведро при наполнении
водой опускается и тянет веревки, которые заставляют
поворачиваться оси и вместе с ними створки.
Одновременно противовес поднимается. Накопленная
энергия противовеса служит для возврата створок
в исходное положение.
Створки прикреплены
к поворотном осям.
Закрытый
сосуд
Ведро, / Поворотные оси Противовес
наполняемое водой
После разжигания огня в эластичный баллон поступает
нагретый воздух. Вследствие его расширения
поднимается гиря. Противовес при этом опускается
и тянет веревку, которая заставляет поворачиваться
оси вместе со створками.
Баллон с нагретым воздухом
МАШИНОЙ! Д! НИ! НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ.
На примерах из компьютерного банка А Ф. Крайнева "| 37
МЕХАНИЗМЫ И ДЕТАЛИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
РЕГУЛЯТОРЫ И РАСПРЕДЕЛИТЕЛИ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ
Регулятор уровня воды
Груз в емкости
(из книги Julius Weisbach.
Lehrbuch der Jngenieur-
und Maschinen-Mechanik,
Braunschweig, 1857)
Маховик
вал
Кривошип
Шатун
Предохранительный
клапан Дюлака
(конец XIX в.)
Система управления паровым двигателем
(из книги F. Reuleaux. The Kinematics
of Machinery. London, 1876)
Рычаг с прижимным
I грузом
Выходной
Эксцентриковые механизмы
/ Центробежный
регулятор
Шток
Поплавок
Клапан открывается при избыточном давлении пара.
Водяной насос
с клапанами
Шиберный
парораспределитель
Заслонка,
поворачиваемая
регулятором
Форма
клапана
обеспечивает
его работу без вибрации.
Рычаг
Тяга
Трубо-
провод
Клапан
перекрывает
трубопровод
при
достижении
в емкости
заданного
уровня
воды.
Выпускной
канал
Паровой
цилиндр
Клапан
впускного
канала
Управление потоками жидкости было предусмотрено
уже в насосе Ктесибия (II в. до н.э.). Самоуправляемые
клапаны, выполненные откидными (из кожи), открывались
закрывались в зависимости от перепада давления
разделяемых ими полостях.
и
в
В автоматических устройствах Герона Александрийского
(I в.) был применен регулятор уровня жидкости
в наполняемой емкости. Схему такого регулятора широко
используют и в наши дни.
Джеймс Уатт в 1782 г. предложил центробежный регулятор,
позволяющий автоматически изменять поступление пара
в цилиндр паровой машины при изменении скорости
вращения выходного вала. На протяжении вот уже более
двухсот лет широко используется данное изобретение,
несмотря на появление регуляторов на основе др. принципов.
Создатель первого пароатмосферного двигателя Дени Папен
в 1680 г. изобрел предохранительный клапан,
выпускающий пар из котла при превышении заданного
давления (клапан позволял регулировать температуру кипения
воды). Джеймс Уатт считал не допустимым повышение
давления пара в котлах из-за опасности взрыва (в его
машинах давление не превышало 1,5 атм).
Ричард Тревитик в 1805 г. создал паровую машину
высокого давления (3 атм и выше), установив на ней
предохранительный клапан.
Первые распределительные устройства появились
в гидравлических системах еще задолго до изобретения
паровой машины, но с конца XVIII в стали появляться все
новые функции и конструкции гидро -
и газораспределителей
Рычаг
Управляющий
(усиливающий
управляющее
воздействие)
гидроцилиндр
Система управления приводным гидро-
цилиндром (разработана Дарлингтоном
_ в 40-е гг. XIX в.)
Основной
гидроцилиндр Шток управления
I
Первичный
гидрораспре-
делитель
Шиберная 4адви*ка
Основной гидрораспределитель
Впуск-
ной
канал
ыпускнои
1 38 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И
ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из компьютерного банка А Ф Крайнев.
МЕХАНИЗМЫ И ДЕТАЛИ ОИСтрм мпп
м СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Клапаны
Клапаны
Цилиндр высокого давления
Выпускной
паропровод
Соосные
штоки
клапанов
ИЛАА111
РАН
Клапанная система
парораспределения Уильяма
Мердока (начало XIX в.)
Впускной Lew
паропровод X W
Кольцевые упругие
уплотнения
Радиальные окна
Камера,
соединенная
с подпоршневой
полостью
парового
цилиндра
Распредели
тельный
ползун
Эксцентри-
ковый
механизм
управления
клапанами
щелевая втулка парораспределителя
Камера,
соединенная
с над- |
поршневой fc
полостью
парового
цилиндра
целитель
ползун
Поршень (плунжер) парораспределителя
имеет несколько кольцевых и радиальных
каналов
Распределительные'
каналы
Джеймс Уатт использовал клапанное
парораспределение, шиберные задвижки
и поворотные заслонки.
В паровозе Ричарда Тревитика применен
поворотный парораспределитель
с конусными перекрывными кранами.
Начиная с паровозов Джорджа Стефенсона,
более 100 лет широко использовали плоский
(шиберный) скользящий парораспределитель
В конце XIX в. стали применять
поршневые паро- и гидрораспределители.
Их конструкция более проста и технологична.
В современных гидрораспределителях
(с начала 30-х гг. XX в.) поршень
и шток выполняют в виде одной детали -
плунжера с кольцевыми, осевыми,
радиальными и винтовыми канавками.
Плунжерным распределителям придают
также функции насосов и дозаторов
(например, в дизелях).
!|0ршневой (плунжерный) парораспределитель в компаунд-машине,
установленной на паровозе (из книги Jacob Н. Yoder and George B.Wharen
Locomotive Valves and Valve Gears. New York, 1921)
Исковой кран
^скной канал
чтобы исключать разрушения (изнашивание, задиры) упругих
* Втулка нужна. ом скольжении в направляющих с кольцевыми канавками
уплотнении при ителях с точно подогнанными поверхностями
В современных р надобность в такой втулке отпадает
скольжения (без упло!
. рабочие положения
,те₽ньк „Тощего парораспределителя
Lehrbuch
|ИГИ J . und Maschinen-Mechanik,
”9® _ 1857) Управляющий
шток L
онструктивное исполнение плоского скользящего
парораспределителя в начале XX в. мало чем
отличается от первых решений,
j| применяемых на паровозах
_,| Джорджа Стефенсона.
Уплотнительный
. ______-г пояс
1/1ИНДп Нм о
УЗКОГО Д38ЛСНИЯ
1ИН0Врпс м ЦРРТЕЖЕЙ на примерах из компьютерного банка А Ф. Крайнева 139
едение на языке схем, рисунков и чер ____________wigg________————
Впускной
канал
В привод
» от вала
Г___ • । 1 паровой
машины
Впускной
Отработаный ’ паропровод
пар
МЕХАНИЗМЫ И ДЕТАЛИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
КЛАДИ!
“ PAR
МЕХАНИЗМЫ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ (отдельные примеры)
Тяга
эксцентрикового
механизма
Шток
парораспределителя
Центробежный регулятор
Криволинейная
кулиса
с шарнирной
опорой на
основании
Передача
(от выходного
вала)
Механическая система
(на основе кулисы Стефенсона)
с регулятором Уатта
(из книги В.И. Гриневецкого
“О современныхъ Паровой
ППгпмпКМпа«.- ЦИЛИНДР
Регулируемое
соединение
дспомад ммк«> г октября iso* тощ Шатун распределительного
О механизма
Механическая система парораспределения (кулиса Вальшаерта), устанавливаемая
6р—- амерИканСКИХ компаний Криволинейная кулиса
в лл вв. Шатун приводного механизма
Управляющее------------------------------
воздействие ‘
шатун
на паровозах
Направляющая прикреплена
к раме паровоза
Шарнирное
соединение
с шатуном
эксцентрикового
механизма
Скользящее (вдоль
кулисы) звено
Криволинейная кулиса
с шарнирной опорой
(на раме паровоза)*
* Кулиса
Стефенсона имеет
два шарнирных
соединения
с шатунами по краям
Уг'РЗВЛЯ
ЮЩИЙ
Шарнирная
опора
Плоский скользящий
парораспределитель
Выпускной
канал
Впускной
канал
Паровой
цилиндр
Звенья распределительного
механизма
Ползун [крейцкопф] разгружает
поршень от боковых сил.
Эксцентриситет
Этот рычаг неподвижно соединен
с приводным колесом.
Шатун
эксцентрикового
механизма
“Кулиса Стефенсона" - так называли первый механизм
управления парораспределением, суммирующий
движение от приводного колеса паровоза с управляющим
воздействием (машиниста или регулятора). Механизм
позволяет плавно регулировать скорость движения
(благодаря изменению цикла подачи пара - перекрытия
каналов) и реверсировать движение (переключением
порядка подачи пара в полости цилиндра путем
смещения хода парораспределителя). Кулису Стефенсона
усовершенствовали и предлагали разнообразные новые
решения на протяжении 100 последующих лет. Наиболее
изветиа кулиса Гейзингера (изобретена Вальшаертом
(Egide Walschaert) в 1844 г. в Бельгии).
В ней достигается полное открытие/закрытие каналов
парораспределителя в крайних положениях поршня.
В первом двигателе внутреннего сгорания Ленуара
применены щелевые скользящие газораспределители.
В последущем они остались только в некоторых
двухтактных двигателях. Широкое распространение
получили клапанно-кулачковые газораспределительные
механизмы В системах управления впрыском топлива
используют плунжерные гидрораспределители.
Кулачковый механизм с регулируемым перемещением толкателя
в индивидуальном (для каждого цилиндра) топливном насосе
(из книги Bosch “Системы управления дизельными
двигателями" 2004 г.)
zПлунжер
насоса
У роли»,
коромь*•'«
Пружина с нелинейной
характеристикой
Эксцентриковая
опора коромысла
Изменяя
положение оси
коромысла,
смещают ход
толкателя
(по времени)
и тем самым
устанавливают
требуемое
опережение
впрыска
топлива.
Ролик
толкателя
Коромысло
(рокер)с
регулируемым
положением
оси поворота
Кулачок
на распределительном
валу двигателя
1ДП МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХГМ. РИСУНКОВ. И
ЧЕРТЕ Ж1И На примерах из компьютерно!
МЕХАНИЗМЫ И ДЕТАЛИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
pt ГУЛЯТ ОРЫ И РАСПРЕДЕЛИТЕЛИ Клапаны и клапанные аппараты
Впускной (питающий, самоуправляемый
в зависимости от давления)клапан
в гидросистеме (из книги Julius Weisbach.
Lehrbuch
per Jngenieur-
und Maschinen-
Mechanik.
Braunschweig.
1857)
Предохранительный водоспускной
клапан (из книги А.П. Кондратьева
“Курсъ паровыхъ
машинъ” 1902 г.)
ПАЛАШ
ГАН
Многокольцевой предохранительный
Упругая мембрана
клапана
Регулируемый
упор
Запорный
элемент
Впускной
патрубок
(от насоса)
Выпускной
патрубок
Нажимная
пружина
Седло
клапана
25...50 мм
клапан Борэига (начало XX в.)
Запорные
кольца
Бронза
Атмосферное
давление |
Твердая резина
Замок
Стальное
литье
Запорный
элемент
Давление пара
Многокольцевая
(в котле)
решетка (седло)
Предохранительные клапаны паровых котлов (из книги А.П. Гавриленко “Паровые котлы” 1900 г.)
Окна для
Нажимной шток
Опора
Одна из причин аварий
Давление пара
Давление пара
Пружина
Клапан
Пружина
Уплотнения
Редукционный
клапан (типовое
решение во 2-й
половине XX в.)
Клапан с нагружением
при помощи рычага
Перепускной
дроссель
Высокое
давление
на входе
выхода
/ пара
Седло
клапана
Прорези-
ненная
мембрана
Нажимной рычаг имеет
регламентированное
соотношение плеч.
Шариковый
клапан
постоянного
давления и
его пружина
Колпак с -=
закрепленным
в нем
клапаном
Нажимные
грузы
Пружина нагнетательного
клапана \
Степень
открывания
клапана
зависит
от соотно-
шения
давлений
на входе
и выходе
Боковой
канал
Запирающий
конус
нагнетательного
клапана
Запирающий L
конус I ~1
Направление потока \
топлива при его нагнетании
• Давление
/ топлива
/ 1 подаваемого
L к форсунке
F поддерживается
путем возврата его
излишков в бак
Неудобство скобы въ томъ, что
кочегаръ можетъ загнать въ нее клинъ
и прижать наглухо рычать въ томъ
случай, когда клапанъ парить.
Клапан
с направляющими ребрами
Клапаны в топливных системах двигателей внутреннего
сгорания (конец XX в.)
Нагнетательные клапаны постоянного
х давления (из книги Bosch
< “Системы управления
г дизельными двигателями’
/ Корпус 2004 г.)
Скоба для
подвешивания
груза
регламентированной
массы Патрубок----
установлен на
корпусе котла.
Регулятор давления топлива
(из книги Bosch “Системы
управления бензиновыми
двигателями” 2005 г.)
। FT) Магистраль,
А соединенная
с впускным
трубопроводом
Въ русскихъ законоположешяхъ о паровыхъ котлахъ имеется слФдующМ параграфъ:
§4. ВсЪ постоянные и подвижные паровые котлы должны быть снабжены, по крайней
м-ЬрФ, двумя предохранительными клапанами, изъ которыхъ одинъ долженъ имФть устрой-
ство, не дозволяющее машинисту изменять нагрузку клапана. Клапан
с непосредственным
нагружением
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф, Крайнева 141
МЕХАНИЗМЫ И ДЕТАЛИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
£имдш
РАН
ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ
Регулятор Прелля (середина XIX в.)
отличается от регулятора Уатта
А только расположением
—(ГГоЬ) — грузов и
VTTNa /Аналичием
1 1Д ! / I ] \\ ( I / / противо-
v. < * ' веса
Регулятор завода
R. Garret & Sons
по схеме,
изобретенной
Пикерингом
в 1862 г.
Ползун
Упругие
пластины
Первичный
измерительный
преобразователь
угловой скорости
грузы, ---______
раздвигаемые
центробежными
силами
Регулятор Толле (начало XX в )
снабжен двумя регулируемыми
нружинами
Пружина, в основном
определяющая
чувствительность
. _ Регулятора
- центробежная
сила
- сила тяжести
бокового груза
(шара)
Ползун
соединен
с помощью
рычажного
механизма
с запорно-регулирующим
элементом в системе
подачи рабочей среды
(газа или жидкости)
> rgl - сила
тяжести
центрального
противовеса
Поводки V
разгружают -
пластины
от вращающего
момента
Зубчатая передача
В регуляторе Прелля при увеличении частоты
вращения вала боковые грузы расходятся
и поднимают ползун вместе с центральным
противовесом. При уменьшении частоты
вращения противовес заставляет боковые грузы
сближаться. В пружинных регуляторах
центробежные силы уравновешиваются силами
упругости. Пружины также сближают боковые
грузы при снижении частоты вращения.
Регулятор работает устойчиво, если
восстанавливающие силы превышают
центробежные силы на всем диапазоне
регулирования частоты. Но чувствительность
регулятора, а следовательно, и равномерность
вращения тем выше, чем меньше это превышение
GARRETT
LEISTON
Полый вал
Шток
Трение
в уплотнении
штока
(при чрезмерной
его затяжке)
снижает
чувствительность
регулятора.
Ползун -
выходное
(управляющее)
звено регулятора
У Пружина,
для
установки
частоты
вращения,
при которой
действует
> регулятор
Вращающийся
вал
Регулятор (с горизонтальной осью)
Вестингауза [Westinghouse] для
паровых машин (конец XIX в.)
Пружина
Гайка для изменения
начального сжатия
пружины ——
Вкладыш для
изменения----
числа рабочих
витков
(жесткости
пружины)
Ползун ------
выходное
(управляющее)
звено
регулятора
Кланан с изменяемым
проходным сечением
серповидных отверстий
(при перемещении штока)
Регулятор
Франца Бейера (конец XIX)
снабжен одной пружиной с двумя
регулировками (начального
сжатия и жесткости).
При уменьшении установочной
частоты вращения уменьшается
неравномерность
вращения вала.
д Раздвигание
I грузов под
J действием
центробежных
сил >
Пружины
Вращаю-
щийся вал
* Аналогичный \
принцип действия \
имеет регулятор
опережения зажигания
(в бензиновых двигателях)
Груз
Диск, х q
установленный 'Л:
на валу
Эксцентрик \
системы управления \
парораспределителем
При расхождении грузов
изменяется эксцентриситет
и угол опережения.
Груз
Пружина
Регулятор опережения впрыскивания* (из книги Bosch
“Системы управления дизельными двигателями” 2004 г.)
Положение при высокой частоте
--------------------------------------вращения
--------------------------------------Входное
х. звено
' I I \ (пяти-
I I —ук \ звенного
X—\ меха-
(\ II I низма)
Положение при остановке
Эксцентриковые
~шатуны z
АяйСГ \ Г Рузы /\
Угол Xi
опережения
впрыскивания
Выходное
звено
-] 42 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И
ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева
I
м^анизмыидета^ систем упрдвления
Р^тЛЕКСНЫЕ ИСПОЛНЕНИЯ РЕГУЛЯТОРОВ И PACflPEj
ежимный регулятор для рядного топливного насоса
Пусковая
пружина х
рейка
т0Пливного
насоса
Пружина
Натяжной
Приводной
вал
лит
елей в дизелях (2-
Ограничитель
в режиме
холостого хода
Установочный
рычаг
Ведущий
рычаг
Кулачковый
вал топливного
насоса
Центробежный ________^Т/
регулятор v
Повышающая Шиберный
зубчатая топливоподкачивающий
передача насос
Я половина XX в.)*
здес(?мехяиЬ'Х дизелях наРяду с приведенными
ическими регуляторами применяют
аналогичные по структуре системы
с электронным управлением.
даеленна"ЛИТеЛЬНЫЙ топ""’"“» «оос высокого
И с центппП С аксиальн° движущимся плунжером
коленчатого вала (ппимНЫМ реГ7лят°Р°м част°™ вращения
модификация электппм ЯеТСЯ С 1975 Г" 8 1986 г’ создана
электромагнитым исполнительным механизмом)
Передаточная рычажная система
с упругими
элементами
и регулировочными
Центробежный
регулятор
Пружина
корректора
Подвод
топлива
----гт
а
Пусковая
пружина
Плунжерный распределитель насоса высокого давления
Привод от
кулачкового
механизма
Плунжер
насоса
высокого
Давления
Впускное
отверстие
Продольное
отверстие 2
Регулирующая Управляющее
втулка отверстие
Продольное
отверстие 1
Зубчатая
передача
Камера
высокого
давления
Ролик
Управляющий
поперечный
канал
Кольцевой
канал,
соединяющий
продольные
отверстия 1 и 2
Канал подачи
топлива к форсунке
(через нагнетательный
клапан)
Распределительная
канавка
Запирающая игла
ЭлектР°магнитного
КЛапана высокого
Давления
Канал камеры низкого
Давления
Канал камеры высокого
давления
“ С 1962 по 2001 гг.
концерн Bosch
выпустил свыше
45 млн. распредели-
тельных насосов.
Электромагнитный
—П клапан
Плунжерный
распределитель
—X насоса
ВЫСОКОГО
I 3 давления
7\ ____________[ Нагнетательный
JJ / I клапан
Z ( Замыкающая пружина
—' кулачкового механизма Канал
подачи топлива
Торцовый кулачок к форсунке (давление
насоса д0 ^ар)
Расп редел ител ьная
втулка
Кольцевой канал
впуска топлива
Запирающая
игла клапана
Распределительная
втулка
Плунжер
Вал-распределитель
Аккумулирующая
разделяющая полис
подкачки и слива
Камера низкого давления
ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из
^АШИновелрммр мд ЯЗЫКЕ СХЕМ,
Корпус-распределитель в системе
с электронным управлением
(применяется с 1996 г.)
Электропровод
Канал
обратного
слива
Электромагнитный
клапан высокого
давления
Штуцера
магистралей
высокого
давления
Канал подачи
топлива
к форсунке
Давление -1400 бар
Выпускной канал \
Нагнетательный клапан ©
горного банка А Ф. Крайнева 143
НМДП1
** РАН
МЕХАНИЗМЫ И ДЕТАЛИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
ПНЕВМО- И ГИДРОРАСПРЕДЕЛИТЕЛИ (конец XX в.)
Пневмораспределители
К потребителям энергии
Шток
Управляющий
канал
Выступ -
ограничитель
хода
Поршень
От источника
энергии
Эластичный
уплотняющий
материал поршня и клапана
Г идрораспределители
Крайнее левое положение
управляющего плунжера
Управляющий
канал а
Направляющий гидроаппарат,
составленный из
унифицированных деталей
и блоков [модулей]
фирмы DENISON HYDRAULICS
г
Пружина прижимает
клапан к седлу
при отсутствии
давления
в управляющем
канале X.
Клапан под действием
поршня или пружины
сединяет канал Р
с каналом В или А.
Перемещением штока с
диафрагм можно осуществить
варианты соединения каналов:
Р с А или В, А с Т1 или В с Т2.
Клапан 1
Клапан 2
А
Выступ 1
Управляющая
диафрагма 2
Управляющая
диафрагма
Т2
помощью
Клапан 3
Выступ 2
Обозначения на схемах
Р - канал от источника энергии
А, В - каналы к потребителям энергии
Т - канал на слив
X, Y - управляющие каналы
Cl, С2 - пробки при внешнем управлении
(по каналам X и Y) и соединения
(жиклеры) при внутреннем (замкнутом)
управлении
Штеккер
ГК
а I
1
ж
Камера а
А
Управляющий
соленоид b
Схема соединения
управляющего
и исполнительного
гидрорспределителей
Управляющий
соленоид а
Управляющий
канал а
Ручной
регулятор 1
Ручной
регулятор 2
Управляющий
плунжер
Управляющий
канал b
С2
Камера b
Камера а
Камера b
-
— Управляющий
канал b
Распределительный
плунжер
Управляющий
канал а
Пружина 2
В современных гидрораспре-
делителях уплотнения скользящих
соединений обеспечиваются только
благодаря малому зазору между
трущимися поверхностями деталей,
исполненных с высокой точностью.
Посадочные плоскости имеют
шероховатость Ra 0,8 мкм,
посадочные цилиндрические
поверхности (цилиндров и
плунжеров) - Ra 1,6 мкм,
поверхности цилиндрических
каналов - Ra 5 мкм.
Высокие требования предъявляются
к форме и расположению рабочих
поверхностей плунжера и цилиндра.
Для управления мощными потоками
применяют многоступенчатые
многоконтурные аппараты
и системы с последовательным
увеличением управляющих сил.
Их составляют из унифицированных
блоков и элементов.
[ 1_Ш 1J i_i\ J
Пружина 1
Крайнее правое положение
распределительного плунжера
Управляющий
канал b
144 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева
Управляющее давление
жиклер
канал слива
системе впрыска
Слив
Пружина 1
сообщаемая с атмосферой
'МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ
Нажимная регули-
руемая пружина
Электро-
^догрев
ИЛЛ ДТП
•И РАН
Входной
трубопровод
(от компрес-
сора)
Фиксатор открытого
положения клапана
Условное
изображение
Управляющее
давление
Шток
для ручного
открывания
запорного
клапана
Регулировочный клапан
с плавно изменяемым
проходным сечением
Механизм,
связывающий
мембрану
с регулировочным
клапаном
Мембрана управления
регулировочным \
клапаном
Управляющая камера
для поддержания
установленного давления
в выходном трубопроводе
Пружина в
соединении мембраны
со штоком механизма
Камера управления
фиксатором
МЕХАНИЗМЫ И ДЕТАЛИ гигтгм ч/г,_»я
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
/------Управляющее
воздействие мембраны
складывается из силы
нажатия пружины
и силы управляющего
давления.
Разрежение от впускного
трубопровода
Каналы, связывающие
выходной трубопровод
с камерами
сопротивления
управляющим
воздействиям
®----------Выходной
трубопровод
(к потребителю)
Регулируемая
пружина
сопротивления
отжатию
Нажимная
регулируемая
пружина
Управля- \ Фд
ющий
канал X Жиклер 2
А - рабочий
канал системы
Современный клапанный аппарат REGAL 2 (Франция)
в газораспределительной
системе
Степень открывания клапана
зависит от воздействия
пружины 2 и пружины 1.
Мембрана 1 клапана
Биметаллическая пластина
при нагреве изгибается и
ослабляет свое действие на
пружину 2.
Поршень поддерживается
в равновесном состоянии
при связи канала А
и полости D через жиклер 2
канал X и жиклер 1.
При предельном давлении
в каналах А и X
управляющий клапан
связывает полость D
через канал Y с каналом
слива, и равновесие
нарушается, а поршень
открывает доступ
рабочей жидкости
из канала А в канал В.
Запорный клапан
полностью
---- перекрывает канал
при отжатии фиксатора
(при максимальном
отношении рабочего и
управляющего давлений).
Регулировочный
винт
Пружина поршня
Мембрана 1 самоустанавли-
вается в зависимости от
соотношения атмосферного
давления и давления
(разряжения) во впускном
трубопроводе.
кПАПАНЫ и КЛАПАННЫЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ
и (АЗОВЫХ СИСТЕМ (2-я половина XX в.)
н,лохранительный клапан непрямого действия
гидравлической системе) фирмы DENISON HYDRAULICS
управляющий
плунжер \
Внешний управляющий
Управляющий канал Y1 (или пробка
клапан при внутреннем
А / управлении)
----«4-^------\ Пружина клапана
Управляющий
канал Y
Управляющее давление
(от распределителя-дозатора
топлива) при пуске двигателя
около 0.5 бар. а при прогретом
двигателе - 3,7 бар
РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ, на........... и . компьютерного банка А ф Край
Регулятор обогащения смеси в
топлива бензинового двигателя
i НЛХЛ1П
V ГАН
Ml ХАНИЗМЫ И ДЕТАЛИ СИСИ М УПРАВЛЕНИЕ
М1ХАНИЧ1СКИ1 с 111 II мы УПРАВЛ1 НИЯ Н ЭКСКАВАТОРАХ И I РУЗОПОДЫ МНЫХ КРАНАХ (ко.к ц XIX я ><., /х „ ,
Механически»' (рычажные) развеiпленные системы управления машинами
» । рунноным приводом (в ча< ihOI ти. в i рудоподъемных кранах и экскаваторах)
пояпипт в в конце XIX в Задоги о до hoi о применяли более прога ые системы
в >нер1 етических и некоторых h'xhoitoiичес.ких и транспортных машинах.
Сложно» it.системы была обуслопгтона том, что к одному пульту |ребовалось
поднести кинематические цепи от каждого шрегата. Более того, в одном
aipeiaie обычно управляли отдельно сцепной муфтой и тормозом.
Нужно было также заданаiт. режимы
функционирования узловых ат рог атов,
Сервопривод ленточной
Рычаг
Ведущий
шкив J
муфгы
) прмоз механизма
вращения
платформы
Тормоз
Iрузового
барабана
К муфте
г рузового
барабана
{Управляемая
рабочая лента
Вилки
для включения
муфт
HeHipani.Hoi о
реверс,!
Тормоз
। рейфсрного
барабана
Управляющая7
лента
Система /
рычагов
и тяг
На приводном
валу
установлены
оба
X шкива.
экскаваторы
с такими системами
эксплуатировались до
60-х гг. XX в. Управлять
ими было очень тяжело.
Краны и
Сила,
развиваемая
машинистом
Педали управления
тормозами грузового
и грейферного
механизмов
Рукоятки управления:
А - стрелоподъемной лебедкой;
В - реверсом механизма
передвижения;
С и F - муфтами грузового
и грейферного барабанов;
D и Е - механизмом вращения
платформы и центральным
реверсом
Пулы ’безнасосной" i идравлической
системы управления универсальным
Рукоятками (рычагами) машинист
воздействует на насосы. Получаемое
в них давление заставляет двигаться
экскаватором (40-е г г XX в )
Педали управлении
тормолами лебедок
исполнительные гидроцилиндры,
включающие муфты агрегатов.
Фрагмент секционного пульта
гидравлической системы экскаватора
60-х гг. XX в. с использованием давления
от приводимого двигателем насоса.
Здесь машинист легко управляет
гидрораспределителями
В ковочных
прессах такие
системы
применяли уже
в конце XIX в
Сервопривод ленточной муфты
или ленточного тормоза
(см. схему вверху) длительный
период был одним из немногих
устройств, облегчающих
управление экскаваторами
и кранами при использовании
механических передач в системе
управления.
Системы управления,
состоящие из рычагов и тяг
широко использовались
и используются в транспортных
машинах (например, в самолетах
вертолетах танках), но в них
С 40-х гг. XX в стали примееч’ъ
гидроусилители. а мехлничеек.ы
система обеспечивает вькчжхх'
надежность и резервирование
(при отказе гндзо<нч«тч'ща'
©» kW ч 5. W*
1 Д(’) МАШИН» И»1 Д1 НИ1 НА Я JUKI » XI М 1’11» VHKOH И Ч1Р11Ж1И На примерах н.< компьютерно) о банка АФ Храл-меа
МЕХАНИЗМЫ И ДЕТАЛИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
иллдгп
РАН
1П.ДАЛИ И Ш1УРВАЛЫ н системах с механической проводкой, составленной из рычагов, тяг и/или тросов
я половина XX в.), и f идравлическими/электрическими исполнительными устройствами (2-я половина XX в.)
Педали (легкого маневренного самолета)
благодаря параллелограммному
механизму могут двигаться
взаимосвязанно и поступательно.
Ременные петли
нужны для передачи
сил обеими ногами.
Педали с верхней осью качания
Педали с нижней осью качания
Тросы проводки
обеспечивают траекторию движения
более близкую к естественной
траектории ноги при нажатии.
Тяги для
передачи
от левой
и правой
педалей
Трубчатый
вал для
передачи
движения
от правой
педали
Ось
качания
педалей
Параллелограммный
механизм
С помощью двух
регулировок подгоняют
начальное положение
и наклон педали
в основном под рост пилота.
Секторная
качалка
Тяга проводки
в системе руля
направления
Фиксатор положения
крепления педали
к секторной качалке
Замок
регулировки
начального
наклона
педали
Регулируемые
подножки
педали
легче
поставить
ступни на педали
При этой
компоновке
Здесь педаль
находится
в нише, что
не вполне
удобно.
Вал связывает
посты ножного
управления
обоих пилотов.
Кронштейн
Типовая ручка
управления
Колонка управления
самолета Як-42
Колонка управления
самолета Ту-134
Пол
Тяга в системе руля нысоты
истеме
жления
юнами
Качалка
в системе
управления
элеронами
Рычаг
торможения
колес шасси
Возвратная
пружина
Вал,
связывающий
левую
и правую -
колонки <г
Управление
элеронами
(наклон
рукоятки
вправо-влево)
Управляющее
движение
штурвала
Кнопка
быстрого
отключения
автопилота
Крючки
фиксатора
ручки
при стоянке
Управляющее
движение у
штурвала /
(поворота /
самолета) х,
Ось
наклона
колонки
Трос
к тормозам
колес
ласси
Шарнир
поворота
ручки
Тяга в системе
управления элеронами
Управляющее
движение
колонки
(руля высоты)
Рычаг
в системе
управления
рулем
высоты
Г оловка
с кнопками и
переключателями
Головка с кнопками
управления
и переключателями
Защитный
чехол
Шарнир
приссл.'динения
(яг и н системе
РУЛЯ ВЫСО1Ы
высокоманевренным
самолетом
Управление
рулем высоты
(наклон ручки
А в целом
Z вперед-назад)
МАШИНОЙ» Д1 НИ» НА ЯЗЫК» СХЕМ. РИСУНКОВ и ЧЕР1ЕЖЕИ Н.. примерах и компьютерно, о
РУЧКА (ДЖОЙСТИК)
в современном
самолете
с электрической
системой
проводки
Наклон
двухподвижной
ручки
осуществляют
кистью
руки.
РУЧКА (ДЖОЙСТИК)
в экспериментальной
рулевой системе
автомобиля
банка А Ф Крайнева
МЕХАНИЗМЫ И ДЕТАЛИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
НМД III
- РАН
МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ И УСИЛЕНИЯ 1
Наиболее распространенные варианты 2-й половины и конца XX в
Системы с гидроусилителем (управляемым
гидроцилиндром)
управляющего воздействия в АВ,ОМОЬдоХ
Насос
Червяк
(винт)
в движение
Рычаг
Поршень
Продольная
рулевая тяга
Поперечная
рулевая тяга
Зубчатый/
сектор
Корпус гидрораспределителя
неподвижно соединен со штоком
гидроцилиндра
Золотник
приводится
рулевой сошкой
Н.1/1
Рулевой f
Штоковая
полость
Поршневая
полость
Г идроцилиндр
в
Дозирующая
гидромашина
Золотник
в виде втулки
суммирует
движения
винтов 1 и 2
Винт 2
Винт 1
Насос
Рулевой вал
Гидро-
распределитель
Шток через
шарниры А и В
и тяги воздействует
на поворотные
опоры колес.
От рулевого
колеса
Шариковинтовая передача
встроена в поршень
।идроцилиндра
Г идрораспределитель
вращательного
действия
Шток через шарниры
А и В и тяги воздействует
на поворотные опоры колес
насоса
Торсион
Слив
Рейка с косыми
зубьями
Каналы, соединенные
С полостями г идроцилиндра
Гидроцилиндр неподвижно
соединен с рамой
(или кузовом) автомобиля
Распределитель
Шестерня
Гидро
распределитель
с регулируемым
закручиванием
Слив торсиона
Поршень
гидро-
цилиндра
Вал рулевой
сошки
Клапан
ограничения
давления
Шестерня с четырьмя
винтовыми зубьями
или четырехзаходный
винт (червяк)
Гидрораспределитель вращательного действия
Втулка соединена .
с шестерней. \\
Приципиальная схема соединения
каналов (условно совмещенных
в плоскости) \
К гидроцилиндру
От насоса
Электромагнитный
привод
Соединено
с рулевым валом
Закручивание
торсиона в результате воздействия
от рулевого колеса приводит к смещению
звеньев гидрораспределителя, благодаря
чему открывается доступ жидкости от
насоса к гидроцилиндру При отсутствии
воздействия канал от насоса закрывается
Зубчатая ройка с переменным
шагом и различными углами профиля
Зацепление
при крутом
повороте^,
Зацепление при движении прямо
(в середине
рейки)
А
При движении прямо угол давления (зацепления)
больше и требуется большее усилие для поворота
рулевого колеса, а при крутом повороте угол
давления и соответственно усилие уменьшаются
Здесь даны варианты суммирования
воздействия на рулевое колесо и усиливающего воздействия
гидроцилиндра при последовательном соединении управляющего
механизма и гидроцилиндра В управляющем механизме
предусмотрена механическая передача (рычажная, зубчатая,
реечная или винтовая) и гидрораспределитель Причем
। идрораспределитель может быть расположен в соединительной
цели перед или после механической передачи
Податливое (упругое) соединение звеньев гидрораспраделителя
необходимо для обеспечения его функционирования.
Схема соединения образует обратную связь и, как результат,
почти синхронность (безынерционность) поворота машины
в соответствии с поворотом рулевого колеса. При отказе
гидроусилителя поворот может быть осуществлен только
благодаря непосредственной передачи воздействия от рулевого
колеса через всю соединительную цепь на поворотные опоры
колес (кроме схемы вверху справа) ......
1 ЛЯ
МАНЦЗНГТЯРЛЕМИР ЫА Q-TKIKP ГУСМ DIXr'VUK-xo IA Iiirn-ri-чл. г-. А
Ml ХАНИЗМЫ И ДЕТАЛИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
нмл mil
V« рлнП
Система автоматического подруливания легкового
автомобиля (конец XX а.)
От рулевого колеса
От датчика угла поворота
рулевого колеса
Зубчатая рейка
От насоса
сервопривода
От датчика углового
ускорения автомобиля
(вокруг вертикальной оси)
Блок
управления
Электромеханическая дифференциальная
рулевая система (с суммированием
параллельных энергетических потоков)
Электропривод
А
Суммирующий планетарный механизм
Центральное зубчатое
колесо, соединенное
с валом рулевого колеса
Центральное зубчатое
колесо, соединенное
с шестерней реечного
механизма
Самотормозящая
винтовая зубчатая
передача
Движение шестерне <
задается рулевым
колесом
Г идрораспре-
делитель
Гидроцилиндр
Шестерня Рейка Шток через шарниры
А и В и тяги воздействует
на поворотные опоры колес. |
Водило
От датчиков
// угловых
' скоростей и
углов поворота
управляемых
колес
Винт
Гайка суммирует
поступательное движение
от рулевого колеса
(через реечную передачу)
и вращательное движение
от электропривода
и соответственно
взаимодействует с винтом.
Двухвенцовый
сателит
СИСТЕМЫ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ МАШИН С ДВУМЯ ПАРАМИ ПОВОРАЧИВАЕМЫХ КОЛЕС
Компоновка агрегатов и систем четырехосного базового тягача (80-е гг. XX в.)
Двигатель и трансмиссия тягача _
Платформа для установки
рабочего оборудования (крана)
Р
Система рулевого управления
Рулевое колесо
Механизмы подвески
Гидроцилиндр для усиления
воздействия от рулевого колеса
й передаточный
Вариант механизма передачи
движения от гидроцилиндра
к поворотным опорам. Здесь
обратная связь не показана.
Она может быть электрической
или гидравлической, например,
при значительном удалении
поворотных опор от рулевого
колеса.
Г идроцилиндр
Т рехкоромысловый
передаточный механизм
Дук тором
НА $
'1И <Х1М, РИСУНКОВ
и
Центр
поворота
шпрота армейского
ганляот всего 6,5 м
Поворошыи
рычаг
Реечный механизм
поворота задних колес
Двойная
рулевая
сошка
лорых
ценной
И 1936 г
<»м диам< t
ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из компьютерною банки АФ Крайнева 149
Насос/
Механизм
передачи
Движения
Рулевой
/ сошке
Двух-
коромысловый
механизм
обратной
связи
гидрораспрелелитель
Система поворота четырех
холес для обеспечения
крутого поворот
Рулевое колесо
с червячным р<
Такого типа си
применены на н»‘
'алиби лях II'
ПРОХОДИМОСТИ > >
(Т»рмания) При
«*|'мл<Л>иля 8to< । R 180
МАШИНОШ Л? НИ1
Поворотная опора
Рама колеса первой пары
Поворотная
опора колеса
второй пары
Система управления
всеми колесами
легкового автомобиля
Honda Prelude 1987 г.
Реечный механизм
поворота передних колес
Рулевое колесо -
Редуктор-реверс
для обеспечения
крутого поворота
или, например,
для перестановки
(из одного ряда
в другой)
Реечный
механизм
передачи
движения
задним
колесам
МЕХАНИЗМЫ И ДЕТАЛИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
ИМАГО
*** ГАН
МЕХАНИЗМЫ ПОВОРОТА ШАРНИРНО-СОЧЛЕНЕННЫХ МАШИН. ПОЛУПРИЦЕПОВ И ПРИЦЕПОВ
Довольно древнее решение для поворота конных повозок -
соединение передней тележки (колес с общей осью)
и рамы при помощи вертикального шкворня использовали
создатели паромобилей и первых автомобилей (в том числе
Г. Даймлер. К. Бенц, Д. Селден) и в наши дни применяют
в тяжелых колесных машинах (тракторах, погрузчиках, скреперах),
автопоездах, прицепах и в некоторых гусеничных машинах.
Благодаря этому достигают высокой маневренности,
но проигрывают в устойчивости от опрокидывания.
Чтобы осуществить поворот такой машины,
без усиления управляющего
воздействия не обойтись.
Гидрорасределитель подключает
оба гидроцилиндра
к насосу и также
реверсирует их действие.
Г идроцилиндры
для обеспечения поворота
тележек (вокруг оси шарнира С) —
В - шарнир для обеспечения
самоустанавливаемости
тележек на дорожном полотне
Рулевое
колесо
Винт
I Гидроцилиндр
Передняя
тележка
Задняя
тележка
Плечо
действия
СИЛЫ (при
повороте)
Гайка
ОО
Г идрораспределитель
Г идромотор подключения
(обратной связи) обратной связи
Механизмы тягово-соединительных устройств для машин с автономным поворотом
Частные схемы положения секций (тягача и прицепа)
при встречном и одностороннем их поворотах
Обеспечение наиболее
крутого поворота
D.
________ Шарнирный механизм соединения тягача и прицепа
может автоматически трансформироваться
Прицеп_обеспечения частных схем относительного
расположения тягача и прицепа. Так, например,
из особого положения звеньев в механизме
(при расположении точек М, N и Р на одной
прямой) возможны два варианта перемещения
звеньев и положений шарниров
Тягач
— Мотор-колеса
Мотор-колеса
при определенных режимах
включения обеспечивают
заданный разворот
тягача и прицепа.
Обеспечение
параллельного движения
D и Е.
Шарниры
для
самоустановки
машины
относительно
дорожного
полотна
D
Тягач
м
Прицеп
Здесь
расстояние между углами секций
допускает более крутой поворот,
чем при одношарнирном сочленении.
М
р
D
Механизмы тягово-соединительных устройств для машин
с одновременным зависимым (взаимообусловленным) поворотом тягача и прицепа
Варианты схем для обеспечения крутого
(поворот тележек в противоположных направлениях) Кулисный
механизм
разворота
задних
тележек 2
Воздействие
на дышло
Диагональные тяги (шатуны
антипараллелограммных механизмов)
заставляют прицеп разворачиваться
при воздействии на дышло передней
тележки (от тягача).
Платформа
Передняя
тележка
Дышло
Рама
прицепа
Гидроцилиндр 2
Задняя
тележка
Система тросов и блоков обеспечивает
разворот задней тележки при повороте
передней тележки
Положение платформы
относительно дорожного
полотна задается
с помощью управляемых
гидроцилинров.
Тележка 1
Гусеничная тележка 1
> Гусеничная
тележка 2
Механизм
согласованного
(по углу и направлению)
поворота тележек
Рама
прицепа
Задняя
тележка 2
Привод
поворота
тележки
Задняя тележка
с параллельными
осями колес
150
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева
подшипники, подпятники
И НАПРАВЛЯЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ
ПЕРВЫЕ ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ
Колесо составлено
из нескольких
деревянных частей,
скрепленных
между собой
деревянными
штифтами.
клиновое неподвижное
соединение удерживает
колесо на оси.
Деревянный
подшипник
в колеснице
(Месопотамия,
около 2000 лет
до н. э.)
Невращающаяся
ось прикреплена
к дышлу колесницы.
Кожаный подшипник
(около 100 лет до н.э. придуман кельтами,
населявшими земли Франции
и Германии)
Прокладка
из кожи
Цапфа (ось)
из дерева
Корпус
подшипника
из дерева
Подшипники вала водяного колеса
(из книги Julius Weisbach. Lehrbuch der Jngenieur-
und Maschinen-Mechanik. Braunschweig, 1857)
Деревянный вал с металлическими шипами
был известен еще со времен Архимеда. Его применяли
в военных метательных машинах, в грузоподъемных
кранах и знаменитых водоподъемных винтах. Грани
вала (их было обычно от четырех до восьми) позволяли
передавать вращающий момент подобно современным
зубьям в шлицевом соединении. Шипы выполняли
в виде заостренных штырей и вбивали их в торцы
деревянного бруса. Подвижные деревянные опоры,
установленные под шипами, назвали подшипниками.
Радиально-упорный подшипник вертикального вала
турбины (1-я половина XIX в.) _
' ' Смазочный
материал подавался
в рабочую зону по каналам
внутри вала
или через
полости и каналы
в фундаментной
плите.
Втулка для восприятия
радиальных
нагрузок
выполнена
без продольных
разъемов.
Восьмигранный
деревянный брус
корпусе
крышке
опоры.
В этом варианте
в деревянном корпусе
опоры установлен
металлический
вкладыш.
Металлические
обручи
Металлический
шип
Отверстие,
Для подачи
смазочного л
материала
Простейший
подшипник открытого
типа (с частичным
охватыванием
поверхности шипа)
имел полукруглое
углубление.
К фундаментной
плите корпус опоры
'''прикрепляли болтами.
Подшипник закрытого
типа (полного
охватывания
поверхности шипа)
Вкладыши
установлены
в
Подпятник в виде
диска из антифрикционного
материала, стянутого
стальным ободом, опирался
на фундаментную плиту
через штифты.
Шип
имеет разветвленную
корневую (анкерную)
опору, а деревянный
брус стянут коваными
обручами. Тем самым стремились
обеспечить точное центрирование шипа
и исключить разбалтывание его соединения с брусом.
Коренной подшипник с наклонным разъемом завода Ланца
в конце XIX в. (из книги В.И. Гриневецкого “О современныхъ
локомобиляхъ" 1906 г.)
Подшипник с косым разъемом наиболее прост по конструкции
по сравнению с другими решениями того времени. Его
применяли для получения более благоприятного направления
изнашивания вкладыша и возможности компенсационного
регулирования зазора перемещением корпуса вдоль опорной
плоскости станины.
Корпус
Плоскость разъема
перпендикулярна
основному
направлению
действующих сил.
> Шпилька
с гайками
С этой стороны
на станине
расположены
цилиндры и
кривошипно-
ползунные
механизмы.
Изнашивается в основном
нижний вкладыш.
Емкости для
смазочного
материала
По трубкам
смазочный
материал
поступает
к трущейся
паре.
Направление регулирования
положения подшипника
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.ф Крайнева
ПОДШИПНИКИ, ПОДПЯТНИКИ И НАПРАВЛЯЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ
<ил\лт
v РАН
ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ С ЧАСТИЧНЫМ ОХВАТЫВАНИЕМ ЦАПФЫ (ШЕЙКИ. ШИПА)
Тележка вагона, сконструированная в 1872 г.
на Александровском заводе в С.-Петербурге
Рама
Центральная
опора
Двухболтовая букса
Верхняя емкость
для пополнения
смазочного
материала
Тормоз
Букса (от нем. Buchse) - чугунная или стальная
коробка, в которой помещаются подшипник,
передающий нагрузку от кузова вагона или локомотива
на шип колесной пары, и устройство для подачи
смазочного материала
товарного вагона 1892 г.
Канал перетекания смазочного
материала
Вкладыш подшипника
Колесная пара
(два колеса с общей осью)
2030
Вкладыш подшипника
Подшипники вагонов в течение нескольких
десятилетий выполняли в основном
с небольшим углом ( -100°) охватывания
шипа оси колесной пары. Данное решение
обусловлено неизменностью направления
воспринимаемой силы. По сравнению
с полным охватыванием заметна экономия
дорогих цветных сплавов для подшипника
и создавались благоприятные условия
для смазывания (обычно шип свободной
поверхностью был погружен в смазочный
материал и при вращении втягивал его
в зону контакта).
Крышка буксы
Направление силы
0 1050
Шип оси
Болт
колесной пары
Нижняя емкость для
смазочного материала
Вкладыш подшипника вагона 1892 г., размеры и материалы
(из книги HUTTE “Справочная книга для инженеров, архитекторов,
механиков и студентов".
Изд. 8-е, часть III, 1913 г.) - 125 - -Я 40*- 25
Подшипникъ. Хорда
дуги,по которой подшип-
никъ прилегаетъ къ шей- 11
к±, 77. Толщина подшип-
ника BMtcTt съ цапфой
(д!ам. 125 п высота 5) 27,
наименьшая толщина у
фланцевъ 22; толщина
фланцевъ 11. Д)аметръ
фланцевъ (снаружи) 110.
Полная длина подшип-
ника 167, боковыя ребра
по 16, между ребрами
въ cetTy 33. Верхъ ре-
беръ совпадаетъ съ верхомъ цапфы. Btcb 4-хъ подшипниковъ
1,1 пуд.
Матер1алъ для подшипниковъ бронза (86% м'ЬД», 14%
олова) или бЬлый металлъ (85% олова, 10% сурьмы, 5%
мФди или 83% олова, 11% сурьмы 6% мФди). Собственно
поддерживающая часть поверхности подшипника составляетъ
% до 73 поверхности осевой шейки.
Типовое исполнение подшипников прокатных станов
в конце XIX в. (из книги А.П. Гавриленко “Механическая
технолопя металловь. Часть III. Обработка металловь
давлен1емъ”. Москва, 1903 г.)
Въ маленькихъ станкахъ
боковыхь бронзовыхъ вкладышей совсЕмъ не дЪлаютъ. въ такомъ слу-
чай нижшй и верхшй вкладыши должны обхватывать шейку валка
на протяженш ’Д каждый. Вообще вкладыши никогда не должны
покрывать больше 2/3 поверхности шейки, иначе послЬдтя часто
будутъ греться и заедать.
Предохранительная
коробка
Средняя
В современных вкладышах с тонкими антифрикционными слоями
уменьшается значимость экономии материалов при частичном
охватывании, к тому же они становятся более технологичными.
При одностороннем охватывании подшипник не может
стабильно воспринимать пульсирующую нагрузку, а при
знакопеременной нагрузке он вообще неработоспособен.
Исполнение вкладышей в виде отдельных секторов
в последующем нашло свое отражение в многосекторных
подшипниках и подпятниках с гидродинамической смазкой.
В них также хорошо подводится и втягивается в рабочий зазор
смазочный материал. Принципы их конструирования
изложены на стр. 157
Нижний вкладыш
Подпятник для нажимного винта
152
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ, На примерах из компьююрног о б<шк<< А Ф Крайнего _ J
ОДШИПНИКИ, ПОДПЯТНИКИ и НАПРАВЛЯЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ
)ЛЬЖЕНИЯ
еров. деформаций и износа
регулируемые И самоустанавливающиеся I
Обеспечение перемещений с целью компенсации о
(Самоустановка цапфы в масляном слое, самоустановг а < — —
g т ч при гидродинамической смазке поедставпы,- - ? ‘"Дшипника или подпятника под давлением жидкости
на стр *э7. 159 * 60j
Регулируемый радиально-упорный подшипник
(нижняя опора) турбины с вертикальной осью
(1-я половина XIX в.)
Неподвижное
основание
С помощью нескольких винтов
обеспечивали центрирование
вертикального вала относительно
неподвижного основания
Винтовая передача
для регулирования положения подпятника
Регулировочный
клин
Подпятник
Бронза
Сменная
прокладка
Регулировочные
клинья для перемещения
(поджатия) боковых
вкладышей
Дистанционная
вставка
Канал для смазочного
материала
Подшипник головки шатуна
(для цапфы кривошипа)
паровой машины (конец XIX в.)
Подвижный (вдоль линии
центров шарниров)
Канал
для смазочного
материала
Вал турбины
Втулка
подшипника
Вкладыши подшипника
с полным охватыванием
цапфы (конец XIX в.)
Винт для
радиального
перемещения
подшипника
талъмое
е*. гисты ял
^ли#лотс« ВЪ :ьло
Белый металл
с высоким
содержанием
свинца
Разъем между вкладышами располагали
поперек линии действия сил, и регулировка
такого подшипника сводилась к установке
сменных прокладок в разъеме.
Коренной подшипник для
кривошипного вала паровой машины
(из книги HUTTE “Справочная книга
для инженеров, архитекторов,
механиков и студентов*. Издание 10-е,
часть II, 1921 г.)
Установка
армирующих
перфорированных листов
и соединение заливкой металла
Подшипник головки шатуна
со стороны крейцкопфа паровой
машины (конец XIX в.)
Шатун
Боковые
подвижные вкладыши
размещали в местах действия
наибольших нагрузок.
По мере изнашивания
боковые вкладыши
перемещали к центру
подшипника
БЬль1Й
металлъ
Вкладыш
Стягивающие болты
I
в гладыш
Клин
аля регулировки
Неподвижно
установленный вкладыш
Смазочное кольцо,
установленное
на валу,
при вращении
подавало масло
в рабочую зону
Подшипник Селерса. изготовляемый
на заводе Пениг (начало XX в.)
Сферический шарнир обеспечивает самоустановку
подшипника, благодаря чему компенсируются
перекосы оси цапфы, в т.ч. обусловленные
деформированием вала.
Соединение
(слоев вкладыша)
типа 'ласточкин
хвост****
Соединит, каназка
Масляная ванна
Сливная пробка
... в 1941 г П И. Орлов в своей
панное соединение (в i
Баббит сплав олова с сурьмой
'-ьиицом и медью (а также цинка)
Сплав меди и олова (а также
фосфора и др )
Разъемный литои подшипник
, Неподвижная опора
Распредъл. канавка
________й Книге “Азбука конструирования"
ов в ив^и кн”ге к нерациональным
а подшипниках) отнес Р3 (С) ctAA****
^„„ое соеАии^-. ^ А гавиымреше„„,„. с . м
(’неправильным ) __ _ 153
пах из компьютерного банка А.Ф Крайне ] Э О]
_ м цгрТЕЖЕЙ На примерах и
машиноведение на языке схем, рисунко u,
k HA* А1Н
ПОДШИПНИКИ, ПОДПЯТНИКИ И НАПРАВЛЯЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Вкладыши
баббита
Стопорный штифт
Масляная панна
Корпус подшипника
Валок
500
WOO mm
Крепежная планка —
(нижнего вкладыша)
Подвесная опора —
(нижнего вкладыша)
1 Канал
подвода
масла
Нажимной винт
Подпятник
Кольцо вовлекается в движение
благодаря фрикционному
взаимодействию с валом (здесь он
не показан) и подает масло из ванны
на поверхность шейки вала
Диагональная
распределительная
смазочная канавка
Разъемный
корпус
Масляная
ванна
* В 1941 г. П.И. Орлов в своей
книге “Азбука конструирования"
диагональную распределительную
(смазочную) канавку отнес
к нерациональным ("неправильным”)
конструктивным решениям.
Ползун, установленный------
в вертикальных направляющих
рабочей клети стана
Разъемный
корпус
подшипника
с регулируемым
положением
частей
Продольная
распределительная
смазочная канавка
Регулировочное
соединение
Отверстие
для заливки
масла
Крепежная
планка
(верхнего
вкладыша)
Крепежная
планка
накладки
Крепежная планка
(верхнего вкладыша)
Прессованные сегменты нижнего
(поддерживающего) вкладыша
Вертикальный канал
для стекания масла
в распределительную
канавку
154 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ
Подшипник (валка прокатного стана)
с частичным охватыванием
шейки вала и регулируемым
положением нижней части.
с вкладышами из прессованного
композиционного материала
(текстолита) и струйным
смазыванием (из журнала “Stahl
und Eisen". Dusseldorf, Stahleisen.
1958, H.18)
Распределительные
смазочные
канавки*
Трубка (с отверстиями)
для струйной подачи
масла
—— --------Кольцо
состоящее из двух
частей, закреплено
на шейке вала
Прилипающее к нему
масло собирается
в верхнем
резервуаре
Резервуар
для
Ту масла
Подробно значение
серповидных зазоров
освещено на стр. 157.
Трубка
(с отверстиями)
для подачи
охлаждающей воды ।
Выемка для
охлаждающей воды
Полости
с охлаждающей водой
Полости с маслом
Вкладыши образуют
с поверхностью
шейки валка
серповидные
зазоры**
примерах из компьютерного банка А.Ф Крайнева
Подшипник
(валка прокатного стана)
с полным охватыванием шейки
вала, с вкладышами из баббита
и с серповидными зазорами**
для улучшения смазывания
(из журнала “Stahl und Eisen".
Dusseldorf, Stahleisen. 1958, H.18)
Подшипники длн тяжклыхъ главных!» передача, гъ вынимаю-
щнчися вк адышами б'Клаго металла, и видимыми движею-
•иъ ааеаа гт» нвльцввою смазном завода Eisenwcrk WOlfer
8Ъ ГанноверЪ
Совокупное обеспечение смазывания и охлаждения
Прессованные сегменты верхнего
вкладыша, воспринимающего
основную (рабочую) нагрузку
СМАЗЫВАНИЕ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ М..и.,мммм ематнааином е пч
ллббита и циркуляционным смазыванием с помощып
Подшипники с неподвижными вкладышами из аохитектоттов
Ljiirrc «Лплавпчияя книга для инженеров, архитекторов, механиком
.Миикхцегос «олыи (из книги HUTTE Спря-очня. * „удр„топ- И1даниа в.„, „ас1ь , |>)э ‘
Кольцо свободно висит на шейке
вала и погружено
в масляную ванну
Прессованные
секторы торцовой накладки
для восприятия ----------
осевых нагрузок _________
ПОДШИПНИКИ. ПОДПЯТНИКИ И НАПРАВЛЯЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ
ВТУЛКИ И ВКЛАДЫШИ ДЛЯ ПОДШИПМИГОЯ
ГкОЛЬЖЕНИЯ
у#.та/»лоФтороппастовый подшипник
ленты полученной методом порошковой металлургии
Сечения втулож/вкладышей композитны»
подшипников с металлической основой
(из г>-иги Bosh. Automotive Handbook Stuftgar 1
Пористый СЛОЙ ИЗ ВЫСОКООЛОСЯННОЙ
бронзы
Поры заполнены смесью фторопласта
с дисульфидом молибдена
Примеры исполнений многослойных
металлических вкладышей
По патенту
фирмы MIBA
ИЗНОСОСТОЙКИЙ
слои из легкого
сплава
Стальная основа
Стальная основа (0,9 мм и более)
Основной слой (0,25...0,50 мм)
Никелевый подслой (0,001 мм)
Оловянно-свинцовый
сплав (0,02...0,04 мм)
Олово (0,003..0,005 мм)
Вставка
из мягкого
металла
Никелевая
перегородка
Литая
свинцовая
бронза (0,4 мм)
Каждый слой выполняет определенную функцию: мягкий
антифрикционный уменьшает силу трения и допускает
вдавливание инородных частиц, попадающих в зазор;
пористый
основной
содержит в порах смазочный материал,
обеспечивает восприятие силы давления,
Слой меди
Тканевое^
волокно
мм)
Медная
прослойка
Стальная
Смола
Гальваническое баббитовое
Связующее
вещество
Никелевый
разделительный слой
Слой бронзовой
пористой керамики
(0.2. 0.35
'апетальная смола,
прочитанная
маслом)
покрытие (20 мкм)
Шатунный
триметал-
лический
подшипник
Шатун
лента /
связующий скрепляет слои между собой.
Металлическая
основа
Слои олова
Связующее
волокно
Металлическая
основа
Стекловолокнистая
набивка
Пример характерных параметров (для подшипников коленчатого вала двигателей легковых автомобилей)
Сопряженная деталь (вал) выполнена из стали с высокой твердостью поверхности (> 45 HRC) и малой шероховатостью
iRa >0,16 мкм); зазор между сопряженными поверхностями - 0,03...0,08 мм; ширина подшипника 0,4...0,8 диаметра; края
вкладышей на 002...0,005 мм тоньше его толщины при ширине утонения 5...6 мм; взаимное биение шеек не более 0,002...0,005 мм;
перекос осей шатунных и коренных шеек - не более 0,03...0,05 мм по длине вала; отклонения от окружности и цилиндричности -
не более 0,005 мм
Геометрические элементы вкладышей подшипников
Примеры исполнений смазочных канавок
Кольцевая масло-
задерживающая канавка
Продольная канавка
для распределения
смазочного материала
по длине подшипника
(0,03...0,05)4
(0.008.,.0,025)J
1
(0,020...0,025)4
Направление
вращения
вала
d — диаметр шейки вала
Продольные канавки
в цельнопрессованном
резиновом
подшипнике
Продольная канавка
в толстостенном
(свыше 10 мм)
резиновом вкладыше
Канавки
в наборном
текстолитовом
подшипнике
70°
Винтовая канавка
препятствует
самовозбуждению
вибрации и
обеспечивает
непрерывное
перемещение
смазочного
материала
вдоль
подшипника.
А
МАШИНОЮ НИ! НАЯ1ЫК1 < /I М РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из компьююрнО1 о банка А ф Крайнева 1 55
М<|
РАН
~ог.гтгы1Л1гм И НАПРАВЛЯЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ
ПОДШИПНИКИ, ПОДПЯТНИКИ И нам
г'п/лг'ПКНОСТИ И ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕХНОГЮГИмн
ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НЕСУЩЕЙ С
Подшипник скольжения с подслойными
кольцевыми канавками фирмы
Miba Gleitlager (Австрия, патент 1984 г.)
Компенсация отклонений формы и размеров
втулки/вкладыша. получаемых при нагружении
Поверхность
трения
Слой из бронзового сплава
Стальная втулка
Сплав на основе свинца, цинка и меди
/'S Промежуточный слой из никеля
Глубина канавок не менее 5 мкм
и больше двойной толщины
промежуточного слоя
Корпус
Выступы твердого промежуточного слоя
предотвращают интенсивный износ
мягкого антифрикционного слоя.
Инородные твердые частицы удерживаются
в канавках, заполненных мягким материалом.
Шейка вала
(различие рассто^,,.,
противолежащими рабочим,,
поверхностям^
деформировании подшил*-*,,^
показанном штриховыми линиям,
(0.005 0.010 мм
в этом месте
Компенсация зазора,
образуемого при нагружрМим
созданием предварительно,^'
натяга (при сборке)
Направления
нагружающих
сил \
Сборочный
упор
Вкладыш
Корпус
0,2. ..0,5 мм
Скругление
краев канала
Образование зазора —
при недостаточном
натяге
Диагональный
канал
Скру| ленио края
тулки
При таком соотношении
жесткости (опоры)
уменьшается неравномерность
распределения нагрузки,
вызванная перекосом вала
Элементы сопряжений
поверхностей вала
Кольцевая выемка
для обеспечения плотного
прилегания торцев вала
и подшипника
Шип -
вала
Геометрические элементы для обеспечения смазывания
Радиальный канал Холодильник
. ММ
5°
2*
45°/
Грязевик
Коренная шейка
Радиальный
канал
Упорный
торец I
Плавная
переходная
поверхность
уменьшает
концентрацию
напряжений.
Кольцевая
канавка
Размещение смазочных каналов н колончатом папу
Ради альн ы и Кольце нам
Соотношения размеров:
/ = (0,5... /,0)d; s = 0,005d + I мм; а 0, И;
b = 0,81; с = 0,15d; h = 0,15d; к 0,035d
Подвод смазочного материала
к середине подшипника (а не к его торцу)
обеспечивает более равномерное смазывание
сопряженных поверхностей.
Вкладыш 2
Диас опальный
канал
Канал для ос пода
с мл (очном) млн’риалл
Осевой
канал
Подвод, распределение
и ОТВОД сматочного материала
по осевым каналам и корпус.и
Штуцер
Осиной канал <. радиальными
Ши,' вала
У' ,v, нение
они-гшшниами для подяодд , Mf( Мвт«рилл
Холодильник
Втулка
/ подшипника
Серпо-
видный
зеэор
в корпусе
Вкладыши
156 w ЯЗЬГ1 <;ХЕМ 'Z22222и ............— и........... «и....и.—
ПОДШИПНИКИ, ПОДПЯТНИКИ И НАПРАВЛЯЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ
» ИМ* ”
ТдДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ
^^пемение жидкостного трения
с гидродинамическом процессе смазывания
^Принципиальная схема)
Подяча
масла от
насоса
Подача
масла
от насоса
Втулка или вкладыш
из антифрикционного
материала
Вращающийся
вал "всплывает’
в слое масла
При
вращении
вала слои
масла "втягиваются"
в серповидный зазор
под валом и создают
подъемную силу
Только при наличии
клиновидного (серповидного)
зазора и достаточной скорости
движения возможно получение
подъемной силы масляного
слоя
Упругими листами задана
форма опорной
поверхности.
Деформированием
упругой втулки
с выступами получен
серповидный зазор.
Осевым
перемещением
упруго-
деформируемой
конусной втулки
регулируют
зазоры в подшипнике.
Торец служит
качестве многоклинового подпятника
ГИДРОСТАТИЧЕСКИЕ
ПОДШИПНИКИ
СКОЛЬЖЕНИЯ
Шпиндель (для вращения заготовки)
круглошлифовального станка '
фирмы Браун и Шарп
Постоянный зазор между рабочими поверхности
поддерживается благодаря подачи в него
смазочного материала под высоким давлением.
В каналах подвода смазочного материала
установлены дроссели.
Распределительные карманы
Рабочие винтовые каналы
дросселя
Конусная втулка запресована
в корпус шпиндельной бабки
Канал отвода
смазочного материала
Обращенные подшипники скольжения
Разъемный
неподвижный корпус
Поверхности скольжения
Соединение
деталей
корпуса
Разъемный
ПОДШИПНИК
из анти-
фрикционного
материала
закреплен на валу.
Трухни»
Шестисегментный подшипник "М3 (и’ к А.Д
"Стационарные паровые турбины’ ’981 г.)
Самоустанавливающаяся
подушка
(сегмент)
Установочная
в корпусе)
Вкладыш
Уплотнения
опирания
Контактная
опора
колодка (дл«
Поворот подушки —
при вращении вала
приводит
к образованию
клиновидного зазора
Термопара
Штифт
Перемычка
смещена относительно
середины подушки
Подушка
(сегмент)
Вариант подушки с упругой
опорой (перемычкой)
1-
Антифрикционный слой
Регулируемые подшипники (примеры из книги Д.Н Решетова и др.
"Детали и механизмы металлорежущих станков* 1972 г.)
Подшипник Окума
Подшипник фирмы Лендис с деформируемой
многоклиновой
втулкой
Рабочие поверхности (скольжения)
Обращенный подшипник скольжения в планетарной
передаче судового привода (60-е гг. XX в.) л
Сателлит
Антифрикционное
покрытие
оси сателлита
Каналы
для подвода и
распределения
смазочного
материала
в теле водила и
оси сателлита
^н^ИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ и ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из компьютерного банка А Ф Крайнева 157
ПОДШИПНИКИ, ПОДПЯТНИКИ И НАПРАВЛЯЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ
КОМПЛЕКСНЫЕ РЕШЕНИЯ ПОДШИПНИКОВЫХ ОПОР СКОЛЬЖЕНИЯ ДЛЯ ВОСПРИЯТИЯ РАДИАЛЬНЫХ
и ОСЕВЫХ НАГРУЗОК
Принципы конструирования подшипниковых опор
высокоточных и тяжелонагруженных устройств:
- опоры следует располагать как можно ближе
к местам приложения рабочих нагрузок, чтобы
не допускать значительного деформирования вала
и корпуса (особенно при консольном нагружении),
предпочтение стоит отдавать симметричным
системам с короткими и жесткими валами;
- посадочные поверхности подшипников в корпусе
желательно предусматривать сквозными
и с возможностью их обработки с одного установа;
- предпочтительно предусматривать четкое
раздельное восприятие радиальных и осевых
нагрузок, что достигается, в частности, свободой
осевых перемещений в радиальном подшипнике
Подпятник 1 -
разрезное кольцо
Подшипниковая
втулка
Гайка 2
Радиальное
уплотнение 1
Упорный
фланец
Гайка 3
Устанояочая колодка
Радиальное
уплотнение 2
Разрезная
резьбовая втулка
Подпятник 2
Гайка 1
Шпонка
Торцовое (текстолитовое,
упруго поджатое) уплотнение
Втулка-цапфа
неподвижно
закреплена
на коническом
хвостовике валка
Зубчатое колесо неподвижно
соединено с поворотной частью стола
Соотношения и величины зазоров, а также
жесткости деталей и соединений обеспечивают
восприятие опрокидывающего момента в основном
упорными (осевыми) подшипниками [подпятниками]
В пом случае реакции опоры /;, и Р'Л при большом
плече / ив велики Кроме того перекос радиальною
подшипнике ни значителен для выполнения им
Функции точного центрирования
Корпус радиально упорной опоры
закреплен внутри станины
Станина
Место для
установки
Подшипники инструментального шпинде
шлифовального станка фирмы DANOBAT П
Линейные направляющие
скольжения
расстояние между
линией действия
внешней нагрузки
и серединой подшипника
Корпус
инструментальной бабки
Подшипниковая опора валка прокатного стана
ЭЗТМ (из книги А.И. Целикова и др. ‘Машины
и агрегаты металлургических заводов* 1981 г.)
В подшипнике автоматически поддерживается
давление масла, обеспечивающее жидкостное
трение при гидростатическом режиме смазывания
При увеличении нагрузки давление масла
повышается, а при высокой частоте вращения
обеспечивается гидродинамический режим,
и масляный насос отключается
Подшипник в собранном виде вместе с втулкой-
цапфой легко устанавливается на хвостовике валка
благодаря коническому соединению Также легко
он снимается с хвостовика. Для уменьшения силы
трения в соединение по каналам подается масло
Поворотный стол высокоточного
металлообрабатывающего станка фирмы
SEDIN
Внешняя Подшипник
нагрузка ।
Шестерня
Вал
редуктора
Верхний Поворотная
гидростатический часть стола
подпятник
и
Нижний гидростатический подпятник
ПОДШИПНИКИ, ПОЛПатишх
—---------——И направляющие СОЕДИНЕНИЯ
подпятники СКОЛЬЖЕНИЯ
Подпятники упорные подшипники (воспринимающие осевую нагрузку)
Создание машин с вертикальным расположением «
и гидравлических турбин), полноповоротных го 8 (Мельниц
и металлорежущих станков с поворотными с РУЗОПОДЪемных кранов
появление специальных подшипниковых опо °ЛЭМИ пРедопРеделило
радиальных и осевых нагрузок. Обычно осевая^.РаЗДельного восприятия
намного больше.а радиальный подшипник выпо ГРУЗКа в таких машинах
центрирующую функцию. В станках данное испо^61 В °СНОВНОМ
для повышения жесткости. В кранах и экскавато^™6 Применяют
нагрузок в настоящее время сохранилось только™^ Раздельное восприятие
поворотной платформой. Для несущих ним™ „ В Машинах с тяжелой
на значительную осевую нагрузку с само™ ’ несмотРя
совокупные решения радиально-упорных шапико^ ПРИМеняют ТОЛько
Главная задача конструирования опорГс разделе
заключается в исключении взаимовлияния отклпмо М В0Сприятием нагрузок
подшипника и подпятника. Обычно для этого игп 8 расположении
самоустановки Имеется специфика^ в Z " ™ ПРИНЦ‘’ПЬ1
СИСТеме называния подпятников.
Гидростатический подпятник
гидравлической турбины
(из книги Julius Weisbach.
Lehrbuch der Jngenieur-
und Maschinen-Mechanik,
Braunschweig, 1857)
Саморегулируемая
гидростатическая опора
(из книги П.И. Орлова
“Основы конструирования
1972 г.)
Каменный подпятник
с центрирующим углублением
(Ближний Восток, 2000 до н. э.)
Центрирующий высту!
Опорные поверхности
Углубление
Сечение деталей
в соединении
Подпятник --
-15 см—»
Сферический
подпятник (в виде ___>>
шарика)
в малонагруженной опоре
(60-е гг. XX в.)
Пята
Осевая
сила
Пята вала
Втулка вала
Выходной
вал*
Опорный
гидроцилиндр
Подшипник
Опорный
элемент
подпятника
Ступица
лопастного
колеса
перекрываемые
от величин
Отверстия,
в зависимости
осевой силы и
утечки масла
Вал
Несущая масляная
подушка
Смазочный материал
* Вал турбины изготовлен
из твердой стали.
Пневмодинамический
подпятник для гироскопа (конец XX в.)
Частота вращения
вала - 30000 мин 1
Вал
Подшипник
вала
Вкладыши
Подшипниковая опора турбинного
вала фирмы General Electric
(30-е гг. XX в.)
Радиальный
подшипник
вала
Слив
масла
— Осевая
сила
Подача
охлажденного
масла под
давлением
Вал..
Пята вала
Опорный
элемент \
подпят-
ника
Рабочие
поверхности
скольжения
Сферическая опора
для самоустановки
подпятника
Подпятник
8°>Дух
Спиральные углубления увлекают
за собой воздух
(от периферии
к центру) и создают
дополнительную
подьемную силу.
Гидродинамический
(из книги П.И. Орлова ‘Основы
конструирования’ 1972 г.)
Сферическая Пята вала
опора
подпятник
Рабочие
поверхности
скольжения
Самоустанавливающийся
подпятник
Доведение
НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из компьютерного банка А.ф. Крайнева 159
ПОДШИПНИКИ, ПОДПЯТНИКИ И НАПРАВЛЯЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ
02300
0750
Подушка
Подушка
Пята
Подушки
Пята
Основание
Подушки
Опорный диск
Пята вала
Перемычка
Основание
Вал
Слой баббита
Масло
Клиновидный зазор
Подушки
СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева
Упорный
диск (пята)
Дисковый подпятник с центробежным
смазыванием (из книги П.И. Орлова
“Основы конструирования” 1972 г. )
Пята
вала
Корпус с
поперечным
разъемом \
Направление
окружной
скорости Л
Ревер-
сивная
осевая
сила
Упругая
перемычка
Медная
прокладка
Вал “подвешен
на гидродина-
мическом
подпятнике.
Основание
подпятника
Радиальное
сечение
подшипника
Основание
подушки
Развертка окружного сечения
гидродинамичекого подпятника
Направление движения пяты
Выход смазочного
материала
Выброс
излишков
масла
Распределение
давления
Радиальный
канал подачи масла
Пята
вала
Подшипник
с поперечным
разъемом
Канал
для
подвода
масла
Реакция подушки
Реакция шариковой опоры
Радиальное
сечение
подпятника
Разрезное
упорное кольцо
Ступица
Кольцевая
чк пята Горячее
-.. । । масло
Очищенное
охлажденное
масло
Поворот
подушки
Равновесие сил (без
момента) при высокой
. \ окружной
I I г\ скорости
Шариковые
опоры для
/ самоустановки
подушек при
образовании
масляного клина
160 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ
Схема самоустановки
подушки и
распределение сил
при образовании
масляного клина
Направление движения
* Каждый
из подпятников
может воспринимать
осевую силу только
в одном направлении.
Радиальный I,—Ц --Ц I
канал подачи
масла Центрирующий подшипник
Развертка окружного сечения
гидродинамичекого подпятника
Сепаратор
Пята
Пример расположения упругой перемычки
в многосекционном подпятнике
Направление
вращения
Опорное ребро
v для самоустановки
подушки о
Подшипниковая опора, способная воспринимать реверсивную
осевую силу (из книги Vorlesungen uber Maschinenelemente
von M. ten Bosch. Berlin, 1940)
Многосекционные подпятники (скольжения)*
Шарнир для Опорное
самоустановки корпуса кольцо /
МНОГОСЕКЦИОННЫЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПОДПЯТНИКИ
Верхняя опора общего вала СКОЛЬЖЕНИЯ
электрогенератора и гидротурбины для восприятия осевой
силы 9 МН (Германия, 30-е гг. XX в.)
Положение подушки в начале движения
Плечо
пары
сил
Подшипник Промежуточное кольцо
о,-, самоприспосабливается
(по скорости
I I /| скольжения) из условия
> |/1 | минимальных
____I О-h потерь на трение.
Благодаря
центробежным
силам масло
продавливается в зазор
между трущимися
поверхностями.
Вариант подушки
с точечной опорой
А-А
Двухсторонний гидродинамический подпятник (из книги
А.Д. Трухния “Стационарные паровые турбины" 1981 г.)
Маслопровод
ПОДШИПНИКИ, ПОДПЯТНИКИ И НАПРАВЛЯЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ
ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ ПЕРВЫЕ КОНСТРУКТИВНЕЙ РЕШЕНИЯ
1
0.5 м
Подпятники на конических и шаровых катках
(Рим, I в.) реконструкции Учелли по
- • П A11U1IK1
Бронзовый
точеный
шаровой
каток
фрагментам, найденным
при раскопках *
ось
Деревянный Деревянная
точеный платформа
этнический каток
Рисунки Леонардо
да Винчи (XV в )
Шариковый
подшипник
(без сепаратора),
допускающий
перекосы оси
Шариковый полтпии*
с первым а истории ролико^ыг
не допускает
взаимного
касания
соседних
шариков.
Коническая
* Роликовое опорно-
поворотное устройство
грузоподъемного крана
(по описанию Марка
Витрувия, I в. до н.э.)
приведено в 1 -й книге
на стр. 7.
Деревянная или
каменная опорная плита
Разделительный ролик
сепаратором
Ось с
коническим
шипом
Шарики
установлены
между пятой и основанием.
Основание Шарики
Внешнее
кольцо
Стальные шипы
оси конной
повозки
Шариковый подпятник завода Rheinland
(Германия, начало XX в.)
Поперечина(ось)
с шипами для колес
Сепаратор выполнен
в виде двух скрепленных
дисков с овальными
отверстиями.
Штампованные,
закаленные
и шлифованные
стальные кольца
слегка пружинят.
Шариковый подшипник (без сепаратора) с дорожками
качения в виде кольцевых желобов и возможная
схема сборки (Philip Vaughan, Англия, 1794 г.)
Кольцевые желобы на оси
для катящихся шариков
Канал для
закладывания
шариков
и пробка
для его
запирания.
Шарики закладывают в
пространство между внешним
и внутренним желобами
через радиальный канал
во внешнем кольце.
Шариковые подшипники (без сепаратора) Германского
ружейного завода (начало XX в.)
Пробка —
Паз для осевой закладки
шариков и
установки
запирающей
планки.
Упругое
кольцо компенсирует
различие шариков по диаметру.
Обоснование целесообразности
установки сепаратора и способ осевой
сборки шарикоподшипника (из книги
W. Jurgensmeyer.
Die Walzlager.
Berlin, 1937)
При смещении колец закладывают
необходимое число шариков.
После центрирования колец
и равномерного распределения
шариков устанавливают сепаратор,
составленный из двух частей с осевым
их соединением (см след стр ).
^“ПОВЕДЕНИЕ
Радиальный
канал для закладки
шариков при сборке
Шариковый подпятник (из журнала
Zeitschrift fur Werkzeugmaschinen
und Werkzeuge, 1908)
Контактирующие --------
тела качения
трутся одно по другому
с большой относительной
скоростью.
Варианты с одним и двумя рядами
шариков
Для сплошных сепараторов
(из цветных металлов и
сплавов) в начале XX в.
широко использовали
зачеканку соединяемых деталей.
В неразборной конструкции
шарики устанавливали в цилиндрические
отверстия, после чего края отверстии пластически
деформировали. В другом варианте при свободном
расположении шариков в отверстиях сепаратор мог
скользить по поверхности пяты
НА ЯЗЫКЕ СХЕМ
РИСУНКОВ и чертежей
На примерах из компьютерною банка
А Ф Крайнею 161
ПОДШИПНИКИ, ПОДПЯТНИКИ и НАПРАВЛЯЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ
ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ. ТИПОВЫЕ
сложившиеся в 20-30-е гг. XX в. (по
Радиальный шариковый подшипник
может воспринимать радиальную
и осевую нагрузки, допускает
перекос осей (при установке
и нагружении не более 30')
Этот сепаратор
выполнен в виде
двух скрепленных
между собой
(заклепками)
штампованных
деталей из мягкой
листовой стали.
Детали сепаратора
имеют углубления
для охватывания
шариков и
центрирования
сепаратора.
Кольца подшипника
и тела качения делают из
специальной закаленной стали.
Двухрядные
самоустанавливающиеся подшипники качения допускают перекосы осей до 2...3°,
наряду с радиальной нагрузкой могут воспринимать небольшую осевую нагрузку.
Сферический
шариковый
подшипник
' Штампованный
сепаратор
центрируется
по поверхностям
шариков или
роликов.
Шарики
размещены в
“шахматном”
порядке.
Игольчатый подшипник
без внутреннего кольца (его
широко используют, например,
в кардановом соединении
трансмиссии
автомобиля)
-- - . Дорожку
качения роликов
выполняют непосредственно
на сопряженной детали.
Д
Упорный роликовый (игольчатый) подшипник [подпятник] для ограничения о
(его используют, например, в автоматической коробке передач автомобиля 80
Сепаратор -
Боковые кольца **
установливают
в относительно
вращающихся деталях
— Вид В
Сечение
Е-Е
л Сечение
д-д
Ролики
КОНСТРУКЦИИ УНИФИЦИРОВАННЫХ РЯДОВ
книге IV Jurgensmeyer. Die Walzlager. Berlin. 1937)
Радиальные роликовые подшипники могут
воспринимать только радиальную нагрузку,
допускают перекос осей не более 3 .
детали
сепаратора
соединены -
заклепками.
Сепаратор выполнен в виде обработанного резанием
кольца с окнами, в которых установлены ролики.
Сепаратор обычно выполняют из антифрикционного
материала (латуни или пластмассы) и центрируют по
внутреннему или внешнему кольцу подшипника.
Для высокоскоростных подшипников применяют
массивные хорошо сбалансированные сепараторы.
При выборе вида центрирования учитывают влияние
центробежных сил и теплового расширения деталей.
Радиально-упорный
подшипник с конический
роликами предназначен п
восприятия радиальных
нагрузок
только при
наличии
значительной
осевой
нагрузки.
Игольчатый
подшипник
с длинными
роликами (без
сепаратора)
практически
допускает
перекосов
осей.
не
Штампованный
сепаратор в виде
одной детали
с окнами
для роликов
Упорный шариковый
подшипник [подпятник]
способен воспринимать
только осевую нагрузку.
Предпочтительно
его применяют
для
вертикальных
валов.
Сферический роликовый подшипник
Для горизонтальных
валов предусматривают
предварительное осевое
поджатие колец.
Раздвигающая
сила^
массивный
сепаратор
Бочкообразные ролики
Обойма с роликами и внутренним
кольцом может быть установлена
(при сборке) во внешнее кольцо
или извлечена из него при
значительном относительном
перекосе осей.
осевых перемещений
J-x гг. XX в.)
Здесь показано появление
раздвигающих сил
в упорном шариковом
подшипнике в результате
действия центробежной
силы.
1 /2 центробежной силы
Е
Развертка *
окружного сечения
Этот подшипник допускает радиальную
относительную самоустановку деталей.
Взаимодействие цилиндрических роликов
с плоскими кольцами (дисками) приводит
к незначительному геометрическому
скольжению.
Пластическое деформирование
Образование пластических замков в сепаратор®
при автоматической сборке подшипника
пластический замок
Ролик
Сепаратор
162 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖА
нрнмерах из компьютерною банка А Ф Крайнева
ПОДШИПНИКИ, ПОДПЯТНИКИ И НАПРАВЛЯЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ
Расчетное распределение
нагрузки по телам качения
(при абсолютно жестких
кольцах и деформирумых
шариках или роликах)
Деформация и нагрузка
тела качения в зоне
наибольшего сближения
дорожек качения
Радиальный зазор 8 в подшипнике
может увеличить эксцентриситет е,
но в то же время допускает небольшой
перекос шипа (вала при его прогибе).
Fr - радиальная сила Fa - осевая сила
НАШИ
РАН
ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СОПРЯЖЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ
Зазоры в подшипниках и их влияние на точности
Радиальное трирования в зависимости от воспринимаемых нагрузок
относительное
смещение колец
(нарушение
центрирования)
Осевое относительное
смещение колец при
устранении
зазора
(без нарушения
центрирования)
Угол ОТНОСИ- t тельного поворота колец -J г
Центр / относительного поворота колец
Перекос
подшипника
(относительный
поворот колец)
от действия
внешнего
момента,
приложенного
к внутреннему
кольцу
(со стороны
вала)
Центр —
относительного
поворота колец
Т - внешний
(перекашивающий)
момент
Локальное уменьшение жесткости
в буксе (корпусе) подшипника
фирмы SKF (из Американской
железнодорожной
энциклопедии 1956 г.)
8 - смещение
внутреннего кольца
относительно
наружного
при действии
радиальной силы F.
Корректировка формы
прилегающих поверхностей
(в опорном подшипнике
поворотной платформы
крана, 70-е гг. XX в.)
Характер
деформирования
верхнего
кольца
Перекос подшипника
(относительный поворот
колец) от действия
осевой силы (при
нецентральном
ее приложении
к внутреннему
кольцу) и
радиальной
силы
Взаимосязь
радиального
и осевого 8„ зазоров
в радиально-упорном
подшипнике
77 )
Центрирование
не нарушается
только при
определенном
соотношении
сил Fa и Fr .
77 Fa ) — момент силы Fa
при нецентральном ее приложении
Дуговой
зазор
качения.
Локальное увеличение жесткости
в типовой подшипниковой
опоре (начало XX в.)
Ребра
жесткости
размещены
в зонах,
удаленных
от линии
равно-
действующей
силы.
Максимальная
нагрузка (в % от
равнодействующей
силы) на ролик
в обычном исполнении
и при локальном
уменьшении жесткости
Уменьшение жесткости
в месте наибольшего
сближения дорожек
качения приводит к более
равномерному распределению
нагрузки между телами
Уменьшение
концентрации
нагрузки по длине
контактной линии
в роликовом
подшипнике
р 1 Скругление
г * краев
нагрузка <
При деформировании
кольца его дорожка
прилегает к ролику по
всей длине образующей.
И
роликов
Увеличение жесткости в этих зонах
приводит к перераспределению
нагрузки и уменьшению ее концентрации
(по сравнению с опорой, имеющей
одно ребро жесткости по линии
равнодействующей силы Fr).
— ' Распределенная
нагрузка на ролики
в обычном исполнении
(желтые линии)
и при локальном
уменьшении жесткости
(красные линии)
Уменьшение жесткости
опоры (под
дорожкой
качения
внешнего
кольца)
Серповидная
канавка (между
центрирующими
поясками)
Центрирующий
поясок
Уменьшение
жесткости
внутреннего
кольца
под дорожкой
качения шариков
(Самарские подшипниковые
заводы, 80-е гг. XX в.)
Перемычки, связывающие
дорожку качения
с центрирующими поясками
Примечание. Уменьшение жесткости в направлении радиальной
силы приводит к радиальному смещению центральной оси вала
и снижению точности центрирования.
И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф Крайнева 163
ПОДШИПНИКИ, ПОДПЯТНИКИ И НАПРАВЛЯЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ
РЕГУЛИРОВАНИЕ ЗАЗОРОВ
В ПОДШИПНИКЕ (примеры исполнений)
Установка подшипника
на конусной втулке
Посадки подшипников
(примеры
рекомендаций)
Режимы нагружения
Легкий Средний
и тяжелый
т”*елый
Средний
Легкий / у
Н7
JS7
Поля допусков
колец подшипника
(П16
ко
КВ
Уплотнение
Сферическая
посадочная
поверхность
Гайка
Упорное
кольцо
К7
К7
Внутреннее
кольцо
Шип
вала
М7
Стопорная
шайба
Осевым перемещением втулки
разжимают внутреннее кольцо для
получения заданного радиального
зазора или натяга в подшипнике.
Гидравлическое устройство
для регулирования зазора или натяга
в подшипнике
Подача жидкости
Кольцевая---- под давлением
гидравлическая
полость
Благодаря
сжатию
наружного кольца
устанавливают
требуемый
зазор или натяг
Внутреннее
кольцо вращается.
внешнее неподвижно
(относительно
радиальной силы />).
Радиальный игольчатый подшипник с упругим наружным
кольцом
Детали
фирмы INA (из книги Д Н. Решетова и др.
механизмы металлорежущих станков* 1972 г.)
и
пб
Упругое
кольцо -
Ролик
Шип вала
Зазор
Сжатием упругого кольца
в осевом направлении
можно устранить
радиальный зазор
и создать натяг.
Радиальный подшипник
с бочкообразными
роликами фирмы SKF
При осевом относительном смещении
колец зазор изменяется незначительно
и достигает максимального значения
при симметричном положении колец
Малая кривизна
образующей ролика
обеспечивает возможность
осевого относительного
перемещения (например,
в результате теплового
удлинения вала) при
сохранении свойства
угловой самоустановки
и точности
центрирования
Поля допусков 1 1
деталей, сопряженных
с подшипником
JN7
js6
h6
Качательное
движение
Наружное
кольцо
вращается,
внутреннее неподвижно
(относительно
радиальной силы Fr).
Радиальный подшипник, предназначенный
для восприятия динамических (ударных]
нагрузок (фирма EICH,
конец XX в.)
Пружинный ролик
Ось пружинного
ролика - перемычка
сепаратора
Внутреннее
пружинное
кольцо
Наружное
пружинное
кольцо
Сепаратор
Пружинные ролики обладают сравнительно
«йхльшои жесткостью при радиальном нагружении,
б лагодаря чему они смягчают удары
Упругое скольжение пружинных колец
в сопряженных парах обеспечивает демпфирование
вибрации Начальный зазор или натяг в подшипнике
здает(. ч путем выбора посадок при установке
с ужинных колец в корпусе или на валу
р е ания Натяг в подшипнике обеспечивает высокую точность центрирования
д е ц з ачительной радиальной нагрузке, но приводит к дополнительным потеря1*
энергии на трение и к повышенному глпппгиопо
v шенниму сопротивлению при вращении.
палия ©менты деформируемые в радиальном направлении, смягчают ударные
"° Поедопоедел’»’ ““«"-е томности центрирования
С с
164 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ ы
..... - -............. —________||н ^,|ьжеи. Нап^м^, из компьютерного банка А Ф Крайнева
ПОДШИПНИКИ, ПОДПЯТНИКИ И НАПРАВЛЯЮЩИ! СОЕДИНЕНИЯ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНС1РУКЦИЙ 1И11ОВЫХ ПОДШИПНИК* >
Четырехточечный радиальный
шариковый подшипник*
Канавка для выхода
инструмента (при шлифовании
дорожки качения)
Чет ырех точечный ради a m но упорный
подшипник
с проволочными V’
кольцами
Упорно радиальный
подшипник фирмы SKF
(из книги Д Н Рвшбтовя
и др. “Детали и мехами тмы
металлорежущих сганко».
1972 г.)
Fa
Внутренние кольца
постоянно прижаты
один к другому
(силами Fa).
Шарик контактирует
двух точках с внутренними
кольцами и в двух точках
с наружным кольцом.
Благодаря совместному
восприятию нагрузки
в точках контакта шариков
с внутренними кольцами,
уменьшению скоростей
качения шариков и вращения
сепаратора (по сравнению
со скоростями при трехточечном
контакте) подшипник обладает
высокой несущей способностью.
Работа подшипника
сопровождается
дополнительными потерями
на трение вследствие
проявления скольжения
при качении шариков.
На кольцах, выполненных из
сравнительно мягкой проволоки,
образуются дорожки качения
для шариков и обеспечиваются
низкие контактные напряжения,
но увеличиваются
потери на трение.
Этот двухрядный
подшипник способен
воспринимать реверсивные радиальные,
осевые нагрузки и опрокидывающий момент,
причем как совместно, так и раздельно, при
высоких скоростях вращения Его используют
в основном в опорах шпинделей станков в совокупности
с радиальными роликовыми подшипниками
Р - угол наклона линии
действия сил в точке контакта
Конструктивный прием
уменьшения торцового
геометрического скольжения
в радиальном роликовом
подшипнике
Упорные шариковые подшипники с самоустанавливающимися
кольцами (по книге W. Jurgensmeyer.
Die Walzlager. Berlin, 1937)
Двойной подшипник
способен воспринимать
реверсивную осевую
нагрузку.
Точечный
и малая величина \г
способствуют
уменьшению скольжения.
Сепаратор
составлен
из двух
штампованных
деталей.
Сферическая
(самоустанавливаю-
щаяся) пара
Среднее опорное кольцо
Опорная поверхность
Упорный двойной подшипник с коническими
роликами (из каталога компании “Самарские подшипниковые заводы’ 2006 г.)
ztAr
контакт
Защитное
кольцо
Внутренние кольца должны
быть прижаты к промежуточному
кольцу (жесткими деталями,
закрепленными на валу)
Г/>^донная
"'•*ер/-ость
Радиальный и радиально-упорный
роликовые двухрядные подшипники
(из каталога компании “Самарские
подшипниковые заводы" 2006 г.)
Смазочный канал
Упорный
буртик
Подшипники данного
типа имеют внешний
диаметр 420 720 мм,
способны воспринимать
осевую статическую
нагрузку до 17МН
Они могут
самоустанавливзться
в поперечной плоскости
и способны воспринимать
опрокидывающий момент
Среднее опорное кольцо
Осевую наг рузку воспринимат нижний или верхний
ряд роликов (в зависимости от направления < ил /д),
опрокидывающий момент воспринимают оба ряда,
а радиальная нагрузка не воспринимается
Общее кольцо
Роликовый подшипник
с раздельным (независимым)
восприятием радиальной
и осевой нагрузок
простое совмещение
радиального и упорного
подшипников
применяют также трехточечный подшипник.
/ которого имеются две точки контакта шарика
- ыкутрениими кольцами и одна точка контакта с наружным
*<юлкеи тяжелоиагружениый подшипник, установленный в планетарном редукторе привода
ч*уиего винта вертолета Ми-6 (1957 г) Конструкцию подшипниковых опор рндуктора
'* на стр 169
кольцом По данной ским<-
Упорном
кольцо
/' а
Пластический
замок
Короткий
ролик
Сепаратор
Длинный (ЮЛИ»
•С ,
•>АШИНГЛЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ. РИСУНКОВ И ЧЕРИ ЖЕ И На прим.щлх иком. ...к, ио 6.,,,»Аф Кр.шн.,,.., | ft5!
ПОДШИПНИКИ, ПОДПЯТНИКИ И НАПРАВЛЯЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ
МНОГОРЯДНЫЕ ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ И ПОДШИПНИКОВЫЕ ОПОРЫ
Многорядные роликовые подшипники и подшипниковые
опоры для различных сочетаний воспринимаемых нагрузок
Радиальный четырехрядный подшипник (из каталога
компании “Самарские подшипниковые заводы” 2006 г.)
Внутренний
диаметр 460 мм
Наружный
диаметр 800 мм
Ширина 500 мм
Статическая
грузоподъем-
ность 17 МН
Масса 1111 кг
Посадка
с зазором
обеспечивает
восприятие
шарикоподшипником
только осевой нагрузки.
Роликовый
двухрядный
подшипник
фирмы Хайатт
в локомотивной
буксе* с осевым
амортизатором
(из Американской
железнодорожной
энциклопедии
1956 г.)
Внутренние Массивный
кольца металлический
Опорная подушка сепаратор
для рессоры
Общее
безбортовое
наружное
кольцо имеет
посадочную
поверхность для
самоустановки
при перекосах
осей.
Бронзовый
подпятник
Ось колесной <
пары
Опорная подушка .
для рессоры
Роликовый
четырехрядный
подшипник
фирмы SKF
в локомотивной
буксе*
(из Американской
железнодорожной
энциклопедии
1956 г.)
Подшипниковая опора* прокатного
валка с раздельным восприятием
радиальных и осевых сил (60-е гг.
XX в.)
Валок
Смазочные
каналы
Манжетное
уплотнение
Упругие
элементы для»
выключения
муфты
Подвод масла
к гидроцилиндру
для включения
муфты
* Такая же опора расположена
симметрично с противоположной стороны.
Радиально-упорный четырехрядный
подшипник с коническими роликами
(из каталога компании “Самарские
подшипниковые заводы” 2006 г.)
Пример параметров
Внутренний диаметр 380 мм
Наружный диаметр 620 мм
Ширина 418,5 мм
Статическая грузоподъемность 12,3 МН
Масса 515 кг
Роликовые подшипники в опорном катке
гусеничного хода трактора (80-е гг. XX в.)
Опора на раме гусеничной тележки
Неподвижная -
полая ось
Смазочные
каналы
Каток, _____________
расположенный
с наружной
стороны тележки
Упругое кольцо
из синтетической
резины
Вращающаяся
ось
Торцовые уплотнения,
поджимаемые пружиной
Каток
закреплен
на оси.
Г идроцилиндр
для включения
муфты
Двухсторонний
осевой
[упорный]
подшипник
Ведущий вал
Манжетное
уплотнение
Смазочные
каналы
Радиальный роликовый
двухрядный подшипник
Неподвижная
консольная
ось
Многодисковая
фрикционная муфта
Роликовые подшипники без колец
в коробке передач легкового
автомобиля (Мерседес-Бенц-А160
2000 г.)
Зубчатое колесо
Упорные
роликовые
(игольчатые)
- подшипники
самоустанав-
ливаются
в радиальном
направлении.
Роликовая
радиальная
опора вала
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева
ПОДШИПНИКИ, ПОДПЯТНИКИ И НАПРАВЛЯЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ
ВДРИАН1Ы ПОДШИПНИКОВЫХ ОПОР ВАЛА С КОНИЧЕСКИМ ЗУБЧАТЫМ КОЛЕСОМ
Наиболее распространенная схема опор с радиально-
Расположение конического зубчатого колеса на налу
упорными подшипниками (с коническими роликами)
между подшипниковыми опорами в трансмиссии
вертолета Ми-8 (1975 г.)
Вал
Зубчатое колесо
Радиальный шарикоподшипник
Уплотнение
Центрирующие
подшипники му<
Сопряженное
зубчатое
колесо \
Соединительная
муфта
Радиальная —___
реакция корпуса
Радиальные
роликовые
подшипники
Зубчатое
1 колесо
Упру.ая распорная втулка предохраняет
конические подшипники от их недопустимого
зажатия при регулировке зазоров.
От ориентации конусов подшипников в опорах
зависят расчетные расстояния между опорами
и точкой приложения сил и соответственно
характер нагружения и деформирования деталей
Фланец муфты
для передачи
вращающего
момента
Радиальный
зазор
Двухподшипниковая
опора с восприятием
радиальных и осевых
сил радиальным
шарикоподшипником
в редукторе
авиационного двигателя
(60-е гг. XX в.)
Радиальный
зазор
Точка
приложения
внешних
сил
Радиальная
и осевая "
составляющие
силы в
зацеплении
(окружная
составляющая
нагружает
подшипники
также,как
и радиальная)
Вал-шестерня редуктора и его опоры
(из книги FAG. Die Gestaltung
t____________ von Walzlagerungen.
лА Schweinfurt, 1970)
Фланец муфты
для передачи
вращающего
\ момента
Средняя
опора
выполнена
в виде двух
упорных
шариковых
подшипников.
Шариковый подшипник
.рехточечным контактом самоуста-
н.шливлется и радиальном направлении
и воспринимает только осевую нагрузку
Подшипники совместно
воспринимают
радиальные силы и
опрокидывающий
момент. К соотношению
зазоров предъявляются
высокие требования,
чтобы не допустить
перекоса роликового'
подшипника.
Вал-шестерня редуктора и его опоры
(80-е гг. XX в.) Осевая
реакция корпуса
при консольном нагружении [в редукторе полноприводного
легкового автомобиля Mitsubishi Lancer (начало XXI в.)]
Гайка S |
для \
регулировки
зазоров
в подшипниках
Наиболее
нагруженный
РОЛИКОВЫЙ
подшипник
максимально
приближ*.
к месту
приложение
•нещних сил
Радиальный шариковый
подшипник с трехточечным контактом
самоустанавливается в радиальном направлении
и воспринимает только осевую нагрузку.
Схемы опор с раздельным восприятием радиальных
(роликовыми подшипниками) и осевых (шариковым
подшипником) сил при консольном нагружении вала
Смазочные
каналы
МАШИНОШДЕНИЕ НА ЯЗЫК! СХЕМ. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ 1L. примерах ил компьютерно.о б .нка А Ф К............ 167
ПОДШИПНИКИ, ПОДПЯТНИКИ И НАПРАВЛЯЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ
ПАЛАШ
»*' РАН
Корпус
Вал
зазоров
Радиальный
шариковый
подшипник
Радиально-
упорные
шариковые
подшипники
Внешняя
радиальная
нагрузка
Внешняя
радиальная
нагрузка
Гайка для
регулировки
в подшипниках
Радиально-упорные
г подшипники
с коническими
роликами
ПОДШИПНИКОВЫЕ ОПОРЫ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ СООТНОШЕНИЙ РАДИАЛЬНЫХ И ОСЕВЫХ НАГРУЗОК
Подшипниковые опоры выходного вала аксиально-поршневых насосов/гидромоторов (Германия, 60-е гг. XX в.)
Вращающийся блок цилиндров
с управляемым углом наклона
Уплотнение
Уплотнение
Неподвижное основание стола
Полость для
размещения
центробежного
ограничителя
свеса лопасти
Соединительное звено продольного
и поперечного
шарниров
Уплотнение
Силы
со стороны
плунжеров
вращающегося
блока
цилиндров
Шарнирное соединение лопасти несущего винта вертолета Ми-6А(1957 г.)
предназначено для небольших угловых перемещений (продольный шарнир
при управлении шагом винта, а поперечные шарниры при самоустановке
лопасти относительно втулки винта).
Радиально-упорные подшипники воспринимают
опрокидывающий момент (пару радиальных сил)
и препятствуют “раскрытию" роликового
подпятника.
Направление силового потока
Радиальные силы
(от опрокидывающего момента)
Центробежная сила лопасти
Поджимная пружина
для обеспечения
регламентированного осевого
натяга во всех трех подшипниках
Подшипниковая опора поворотного стола --------->
карусельного станка (из книги FAG.
Die Gestaltung von Walzlagerungen. Schweinfurt, 1970)
Корпус опоры соединен с комлем лопасти.
Роликовый подпятник воспринимает только
осевые нагрузки (центробежные силы вдоль лопасти).
Зубчатый венец
—D
Упорный подшипник (роликовый подпятник)
с внешним диаметром 1400 мм
самоустанавливается в радиальном направлении.
Радиально-упорный подшипник с коническими —'
роликами предназначен для центрирования
стола и восприятия радиальной нагрузки
(до 11 кН).
Только при создании предварительного осевого
натяга в подшипниках обеспечивается нормальное
восприятие всей совокупности нагрузок, действующих на стол.
Вал
Соединительное
звено поперечных
шарниров
(шарнир
с тангенциальной
осью здесь
не показан)
Роликовые
(игольчатые)
подшипники
поперечного
шарнира с
вертикальной
осью
Планшайба
стола
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнем
-
ПОДШИПНИКИ, ПОДПЯТНИКИ И НАПРАВЛЯЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ
---
И АЛА 111
W РАН
установка двухненцового зубчатого колеса
нз неподвижной оси в трансмиссии
вертолета
Ми 8 Шарикоподшипник
19 5 г.) (с трехточечным
Размещение опор в редукторе несущего винта вертолета Ми-6А( 1957 г.)
Конструкция и кинематическая схема редуктора даны на стр. 57
контактом)
Конический зубчатый венец
Направление подъемной силы, действующей
на выходной вал и
шарикоподшипник
Шарикоподшипник
(с трехточечным контактом)
установлен в колесе
с радиальным зазором,поэтому
он воспринимает только осевую
нагрузку.
Маломоментная подшипниковая опора
фирмы “OK-Лоза’ (начало XXI в.)
для точных механизмов (например,
для подвеса гироскопа)
При непрерывном вращении
промежуточного кольца момент
трогания центрального звена
примерно в 10 раз меньше момента
трения покоя (при неподвижной
дорожке качения).
Рабочий момент трения 55 мкН м
соответственно на верхний
Направление силы
тяжести вертолета,
воспринимаемой
корпусом редуктора
Шарикоподшипник, -
с помощью которого
центрируются детали
редуктора на входном
валу
fl
Входной вал
Выходной вал
Шарикоподшипник
(с трехточечным
контактом)
выходного
вала
Роликовый подшипник
входного вала
Шарикоподшипник
(с трехточечным —
контактом)
входного вала
Роликовый------
подшипник
выходного вала
Самоустанавливающаяся опора вертикального вала
(по книге W. Jurgensmeyer. Die Walzlager. Berlin, 1937)
Сферический шариковый подшипник
Упорный шариковый подшипник
Совпадение центров сфер условие
для самоустановки
Сферическая (самоус танавливающаяся)
лара
* В других вариантах обычный
радиальный подшипник имеет
сферическое сопряжение с корпусом.
МАЩИНОВ! ЛкНИ1 НА ЯЗЫК! CXI M. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из компьютерного Ранка А.ф Крайнева ] 69
ПОДШИПНИКИ, ПОДПЯТНИКИ И НАПРАВЛЯЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ
РЕГУЛИРОВОЧНЫЕ И КОМПЕНСАЦИОННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ В ПОДШИПНИКОВЫХ ОПОРАХ ВАЛОВ
Радиально-упорные подшипники с упругой компенсацией отклонений /глины валя
в приборах (из книги Siegfried Hildebrand.
Feinmechanische Bauelemente. Berlin, 1967) Нажимная втулка Подшипник
Контр-гайка
Сепаратор
Регулировочное соединение
подпятника тангенциальной турбины
(из книги Julius Weisbach. Lehrbuch
der Jngenieur- und Maschinen-Mechanik.
Braunschweig, 1857)
Ban
турбины
Подвод
жидкости
Г идравлическая
подушка
Плунжер
Стакан
Нажимной
винт
Основание Клиновой
регулировочный механизм
Штампованное
коническое
кольцо подшипника
Вал
Винтовая пружина
Установочный
винт
Нажимнои
винт
Пружинные
стальные
шайбы
Конический
шип вала
Внутреннее
кольцо
подшипника
(из текстолита)
Корпус с
внутренней
резьбой
Установка средней подшипниковой опоры
для ограничения прогиба длинного вала
при критической частоте вращения
(в газотурбинном двигателе 60-х гг. XX в.)
Пружина прижимает
торец опоры к корпусу.
Регулировочное
устройство
Соединение
подшипниковой опоры --------
с корпусом представляет собой
фрикционный демпфер,
который ограничивает амплитуду
поперечных колебаний вала
в средней его части и рассеивает
энергию колебаний.
Заходной конус гайки для
разведения роликов и прижатия
их к беговой дорожке кольца
подшипника (при сборке)
Комплект
радиальных
шариковых
подшипников
предназначен
в основном
для
восприятия\
осевой
нагрузки.
Втулки для параллельной Корпус
передачи нагрузки
подшипникам
Лопастные диски
компрессора
Роликовый
подшипник
допускает
осевые
смещения
вала.
Вал
Ротор
турбины
Демпфирующее
соединение
средней опоры
с корпусом
Подшипник
Центрирующие опоры
- - -х --------------------------- *
Совокупность компенсационных соединений
в осевом компрессоре турбореактивного
двигателя РД-10 (60-е гг. XX в.) содержит:
- сферическое соединение опоры ротора
с корпусом для угловой самоустановки;
- комплект подшипников с равномерным
распределением осевой нагрузки (благодаря
соотношению жесткостей элементов и
предварительному сжатию деталей при сборке;
упругую стягивающую систему деталей
для компенсации теплового расширения.
Пакет зажатых деталей ротора
Задняя цапфа ротора
Ключ для
поворота
передней
цапфы
(при сборке)
Стягивающий
стержень
Передняя
цапфа ротора
Масло-
проводы
Зажимная
гайка
Общая втулка
подшипников
Обработку отверстия и установку штифта
осуществляют после устранения
осевых зазоров и
предварительного
одинакового
сжатия
соединений
Пружина
для силового замыкания
сферического соединения
Комплекты кольцевых упругих элементов для
уменьшения жесткости стягивающего стержня
Сферическое соединение опоры
с корпусом компенсирует угловые
отклонения оси передней цапфы
1 70 МАШИНОВЕДЕ HHF НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банке А.Ф Крайнева
"1
ПОДШИПНИКИ, ПОДПЯТНИКИ И НАПРАВЛЯЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ
СУ1НЫЕ УСТРОЙСТВА МАШИН
Каток —
Портал
Опорно-поворотное устройство портального
крана грузоподьемностью 5 т фирмы
Колби-Стил" (США, 1944 г.) с центральным
подшипником и двухребордными катками
Центральная цапфа ।
поворотной сепаратор
платформы
Катки воспринимают
• вертикальные
нагрузки.
Предохранительные скобы
(от опрокидывания, например, при шторме)
Кольцевой рельс на портале
Кольцевой
рельс на
платформе
Подшипники скольжения в основном воспринимают
боковые нагрузки и опрокидывающий момент.
Развертка
окружного сечения
по шариковому ряду
Зубчатый "
венец
ИМ A III
Сепаратор в виде набора
штампованных гильз
Ролики имеют
кольцевую
проточку
для установки
сепаратора.
Двухрядное шарико-роликовое опорно-
поворотное устройство для экскаваторов
фирмы “Демаг"
(разработка
фирмы “Роте Эрде",
50-е гг. XX в.)
Кожух
Вид А
Опорно-поворотное устройство портального крана
грузоподъемностью 10 т фирмы “Абус” (1959 г.)
Боковая
опора
роликовая J.A
0 70
Шариковые
опорно-поворотные устройства
Шариковый подпятник (содержит
200 шариков в бронзовом сепараторе)
воспринимает вертикальные нагрузки
- Боковая и Допускает радиальные
роликовая опора перемещения.
Портал
Цевочный
венец
с внутренним
зацеплением _
0 b WU
Поворотная
платформа
Шестерня
закреплена
на выходном
валу
редуктора
привода
поворота.
Сепаратор в виде набора
штампованных пластин
с прорезями
Упорно-радиальный
самоустанавливающийся
подшипник грузоподъемного плавучего
крана (из книги HUTTE des ingenieurs
Taschenbuch. Maschinenbau. Teil B,1960)
Этот подшипник
-------' применен
в совокупности с
катковой опорой,
воспринимающей
только радиальные
нагрузки. А вместе
они воспринимают
опрокидывающий
момент.
Роликовые опорно-поворотные устройства
Поворотная
платформа
Между поворотной платформой или планшайбой
стола и основанием установлен большой
подшипник качения, на одном из колец которого
имеется зубчатый венец, зацепляющийся
с шестерней, приводимой во вращение
двигателем через редуктор.
Примеры из журнала Forder und Heben 1959, № 2, 4
Двухрядная опора для вертикальных нагрузок до 250 т
(2,5 МН) и опрокидывающего момента до 800
(8 МН м)
Шестерня
закреплена
на выходном
валу
редуктора, j
Конструкция, разработаная фирмами
“Пристман Браверз”
и “Бритиш Тимкен” в 50-е гг. XX в.
для экскаваторов „ _
Зубчатый венец
Ролики с небольшой конусностью X
позволяют избежать геометрического
скольжения. При этом учитывают
также деформативность системы,
для обеспечения равномерного
прилегания роликов к дорожкам
качения. В станочных поворотных столах Ц 1J Чередующиеся
предусматривают высокую жесткость ролики размещены
соединения “поворотная планшайба - в сепараторе
неподвижное основание”.
Поворотный стол многооперационного станка
фирмы “Марвин Машине Туле” Измерительное устройство
(США, 80-е гг. XX в.) (угла поворота)
Подшипник с перекрещивающимися осями конических роликов
Зубчатый венец
тм
Уплотнение
Однорядная опора
Опорное кольцо прикреплено
к поворотной платформе.
Червячное колесо поворотного механизма
Наружное кольцо подшипника Неподвижное основание стола
> диаметром 609,8 мм
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева
% ?Члн’| ПОДШИПНИКИ, ПОДПЯТНИКИ И НАПРАВЛЯЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Линейные напрзпияющио (сондинония) скольжении Ползун с продольными
пазами
Крейцкопф предложен r 1799 » Уильямом Мердоком (создателем модели
паромобиля в 1784 г). По сути это ползун, скользящий вдоль
направляющего желоба. Благодаря ему поршень и штоковое уплотнение
разгружаются от боковых нагрузок. Рабочая поверхность для
сопряжения с желобом
Здесь приведен вариант для
паровой машины конца XIX в.
В настоящее время крейцкопф
применяют сравнительно редко,
предпочитая совмещать его
функцию с функцией поршня.
Подшипник
в соединении штока с шатуном
Линейные направляющие в машинах известны со времен Архимеда.
В метательных машинах предусматривали желоб, по которому боевая
стрела могла двигаться в заданном направлении. В грузоподъемном
кране, зарисованном Леонардо да Винчи в 1471 г., имеется раздвижная
телескопическая стрела, а в кране, опубликованном Георгом Агриколой
в 1556 г., на горизонтальной поворотной стреле установлены деревянные
рельсы для перемещения (качения) по ним грузовой каретки.
Сведения о первых направляющих для рабочих столов и суппортов
обрабатывающих станков имеются в книгах Вануччо Бирингуччо (1540 г.)
и Жака Бессона (1569 г.). Достаточно точные стальные направляющие
с плоскими поверхностями скольжения стал изготовлять Генри Модели
в самом начале XIX в. В последующем выбор поперечного сечения
направляющих для станков и прессов был продиктован величиной
и направлением боковых нагрузок, а также технологичностью.
От прямоугольного сечения довольно быстро перешли к пазу в виде
“ласточкина хвоста”, а в ряде случаев - к круглому сечению. Дальнейшее
развитие осуществлялось в направлении повышения точности, жесткости
и обеспечения смазывания пары трения.
Шток
ПОСТУПАТЕЛЬНЫЕ
СОЕДИНЕНИЯ
Простейшие
решения Ползун
Штифт
Направляющая
Ползун
ч—
Параллельные
направляющие
Точечная
опора
Параллельные
направляющие
Современная
сдвоенная
направляющая
фирмы
Pacific-bearing
Скорость скольжения
до 10 м/с
Коэффициент
трения 0,1 ...0.2
Боковая нагрузка до 4050 Н
Воспринимаемый поперечный
момент сил до 430 Н м Полимерная
втулка
Направляющая
(длиной до 4267 мм),
полученная с
использованием
лазерных
технологий
Ползун
(шириной 107 мм.
длиной 200 мм)
с разъемными
соединениями
Стальная направляющая
(твердость 50 HRC,
шероховатость
Ra 0,2 мкм)
Линейный подшипник
фирмы Igus (конец XX в.)
Опорная
пластина
Соединение в виде
’’ласточкина хвоста"
Направление
/ рабочей нагрузки
I Направления
U самоустановки
соединение
Ползун Направляющая
Г»
Подушка Подвод
। смазочного
материала
Направления
самоустановки
Полимерная —
втулка (диаметром
10...50 мм и толщиной
стенки 1... 2,5 мм
Сферическая поверхность
для самоустановки в корпусе
при перекосах направляющей
(до 0.5’)
Сечения стенок секций
Упругие
установочные кольца
Ползун —
Буртик,
ограничивающий
осевые перемещения
Направляющая
из прессованного
профиля
(из легкого
сплава)
Продольная скорость скольжения
до 8 м/с (без смазочного материала),
свыше 10 м/с (при смазываниии);
окружная скорость скольжения
до 1.5 м/с (без смазочного материала);
коэффициент трения (при смазывании) 0.04;
расчетное давление (при продольном
движении) до 10 Н/мм2
Карабин
Г идро цилиндр
О юр** скольжении из антифрикционного материала
' Шарнирная
опора
г идроцилиндра
Соединения выдвижных емкий
R п лескопической стрелы грузоподъемного крана
их ®ИЖные секиии стрелы - консольные балки, поэтому
п стУпательные соединения работают в условиях
спрпКОСа - Я н°Рмального функционирования элемент*
ГидроцилицдрыИНеНИИ (ОПОры) ВЫПОЛН«'ОТ самоустанавливаюшимися
Рабочая
нагрузка
172 МАШИНОВЕДЕ НИЕ НА ЯЗЫК! СХЕМ РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ Щ »
м
Шланг
гидропривода
Силы нагружения
опор соединения
ПОДШИПНИКИ, ПОДПЯТНИКИ И НАПРАВЛЯЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Продольная направляющая
Станина
Каретка
Полость с жидкостью
Коэффициент трения 0,0007...0,0015
Уплотнение
Штуцер
Подвижная каретка
Поперечная
направляющая
Станина отлита из чугуна, а ее
полости заполнены полимером
Пластмассовая втулка —
с каналами для шариков
Полости для
пластичного
смазочного
материала
Линейная 4-х рядная направляющая качения
с циркуляцией шариков (Schaeffler KG, нач. XXIв.)
Линейная роликовая направляющая
фирмы SKF (80-е гг. XX в.)
Подвижная
каретка
Эластичный
защитный
скребок
Канал возврата
шариков
Унифицированные
направляющие
(полозья, рельсы)
для поступательных
соединений
качения .
Реакция
направляющей
Пресс-
масленка
Линейная направляющая качения
с циркуляцией роликов (без сепаратора)
Ходовой
винт
Оси роликов
движутся
по замкнутой
траектории,
определяемой
пазом в обойме
Отклонения от параллельности 6...20 мкм на 1000 мм длины
Защитные
пластмассовые
крышки
Установка сепаратора приводит к уменьшению
коэффициента трения, повышению плавности хода
и снижению шума. Но при этом нагрузочная
способность снижается из-за уменьшения
числа опорных
роликов.
Направляющий
рельс
Пластмассовая
направляющая
втулка в зоне
возврата роликов
Эластичное продольное
уплотнение
Линейная направляющая качения с циркуляцией
роликов (Schaeffler KG, начало XXIв.)
Коэффициент трения 0,002... 0,004
Монтажный пластмассовый рельс при сборке или разборке
соединения пристыковывают к направляющему рельсу, после
чего каретку вместе с роликами можно перемещать
в продольном направлении, сохраняя предварительный натяг
в соединении
в виде ’ласточкина хвоста”
Рабочая нагрузка
Рабочий стол ч к
Направляющий
/ рельс (из закаленной стали)
Дорожки качения получены
особо тонким шлифованием.
Линейные направляющие (соединения) в металлорежущих станках (2-я половина XX в.)
Типовое современное соединение Защитная .
(с относительным скольжением поверхностей) пластмассовая [| LLU || Г
крышка | ~ I
Наклонные поверхности
воспринимают вертикальные
и горизонтальные силы.
Поверхностный контакт
обеспечивает высокую '
жесткость соединения.
Крепежный винт Станина
Примеры линейных направляющих
качения с циркуляцией шариков,
размещенных вплотную друг к другу -
без сепаратора (80-е гг. XX в.)
Подвижная ДА
каретка''\г~~
Коэффициент
трения 0,0007... 0,0015
У'—' Направляющий
рельс
Сепараторное
“квадрозвено”
Сепаратор
с цилиндрическими
роликами
Регулировочный
___ []3]— винт для
изменения
Направляющий натяга
стержень----------------------
_ МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева “| 73
п^ппатниКИ И НАПРАВЛЯЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ
ПОДШИПНИКИ, ПОДПЯТНИКИ и
ж
HATAIU
* РАН
, гипно! о обеспечения качения звеньен
ПОСТУПАТЕЛЬНО НАПРАВЛЯЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ. хх R j
(в механизмах подъемно транспортных и др. машин, < я пол
Роликовое соединение
для скоростного лифта
грузоподъемностью
до 54 кН (фирма Elsco,
80-е гг. XX в.)
Ползун
Конвейер на основе
замкнутой несущей напРэвл»^_
шарнирной цепи D<S/)k/
Балансирная
подпружиненная
подвеска
обеспечивает
равномерное
прижатие
роликов
к рельсу.
Пружина
Ролики
снабжены
полиуретановыми
шинами (для
снижения
вибрации и шума).
Современная ходовая тележка
монорельсовой системы Liftket
(грузоподъемностью до 10 кН)
соединение
' Подвесная
серьга
Направляющая
с плоскими
дорожками качения
Поступательное
(для небольших нагрузок)
с трехсторонним опиранием
Опорные ролики -
Соединительные
элементы цепи <
Несущие
ролики
Направляющая
балка
Несущая
балка
(фасонный
прессованный
профиль
из легкого сплава)
Ролики
холостой ветви
Канал
Роликовая опора для грузовой
тележки (Winkel Vertriebsges,
80-е гг. XX в.)
Направляющая
балка \
ДА
Неподвижная
зубчатая рейка
Направляющий
рельс
Шестерня с
перемещаемой
осью
Г идроцилиндр
Подвижная рейка (ползун) имеет
ход. превышающий в 2 раза
ход гидроцилиндра.
Каретка
(стол)
с роликами
Шарики установлены
в подвижном сепараторе
между ползуном
и направляющей.
Кронштейн
прикреплен
к кабине.
Поступательное соединение,
содержащее гидроцилиндр
с реечным механизмом
(для увеличения хода)
Шарико-
подшипники
использованы
в качестве
опорных
роликов.
Пружина
обеспечивает
прижатие всех
трех роликов
к дорожкам
качения.
Корпус ползуна----
Накладки (из
износостойкого -
материала)
Несущая
балка
Роликовая направляющая опора (наводка) для тягового
каната в экскаваторе типа драглайн*
цбОИМЫ с платформой
Обойма
К ковшу
экскаватора
•Принципиальная схема мало
чем измени лесе С 1890 г
Здесь представлено одно
из наиболее поадииж исполнении
Ролики, направляющие
канат в горизонтальной
плоскости
К лебедке,
установленной
на поворотной
174 МАШИНОШНИ» НА ЯЗЫКЕ
Тяговый
канат
Ролики,
удерживающие
канат от боковых
отклонений
Ролики.
Обеспечивающие
перегиб каната
Ролики выполнены
• виде усеченных шаров
Кронштейн
грузовой
тележки
Опорное
колесо —
Направляющее
колесо (для
восприятия
боковых
нагрузок)
Поступательное
соединение роликов и линейной
направляющей (INA-Lineartechnik,
80-е гг. XX в.)
Ролик.'
с регулируемы^
прижатием к накллдке
(благодаря повороту и фиксации
эксцентриковых осей
Поступательное беззазорное соединение в вибростенде
Направляющая v Одноподвижные пары качения
(в неподвижном
корпусе)
Металлические ленты
обеспечивают качение
без проскальзывания.
Ролик Ползун вибровсмсчл-
Двухподвижная направляющ** о"4
При вращении трубы враш**'и>а
рамки опор вокруг своей оси.
Перемещаемая
труба
вращаются ролики
Рамка
<.Х1М РИсун». < >н И ЧЕРТЕ ЖЕ И
УПЛОТНЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ И НЕПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИИ
На отсутствие уплотнений подвижных и неподвижных соединений или на их неэффективность 200 - 300 лет назад
вообще не обращали внимания. Деготь, служивший для смазывания соединения колеса с осью конной повозки, почти
беспрепятственно вытекал на дорогу. Приходилось регулярно и обильно смазывать такое соединение. Еще сложнее обстояло дело
с уплотнением рабочей камеры паровой машины. Из-за отклонений от круглости поршня и цилиндра зазор между ними достигал
одного дюйма. Естественно через него впустую вырывался пар Джону Смитону в 1769 г. удалось уменьшить этот зазор до 10 мм,
и только Джон Вилкинсон для машины Уатта добился боле высокой точности расточки цилиндра - отклонение от некруглости было
уменьшено в 6 раз и составило 1,6 мм (при диаметре цилиндра 1829 мм). Для пара при низком давлении это было допустимо,
а вот создать гидравлический пресс с высоким давлением и щелевым уплотнением оказалось невозможным. Судьбу изобретенного
Джозефом Брама пресса решило предложенное в конце XVIII Генри Модели манжетное уплотнения. Последующие достижения
Г. Модели в создании токарно-винторезных станков затмили это его уникальное изобретение.
В наши дни уплотнения играют одну из ключевых ролей в машиностроении. Никто не станет приобретать новую машину,
если заметит на ней подтеки смазочного или рабочего материала, или если уплотнения окажутся доступными для случайных
механических повреждений. Но это только внешняя сторона значимости уплотнений подвижных и неподвижных соединений.
Не менее важным является обеспечение чистоты (регламентированного состава и давления) рабочей среды внутри машины,
прибора или аппарата. Без этого многие объекты техники вообще считаются неработоспособными Средствами обеспечения
данных качеств являются герметизирующие материалы и специальные разделительные устройства (например, в виде сильфона
или гибкой диафрагмы). При этом под герметизацией понимают обычно более полную изоляцию (отделение) одной среды
от другой, хотя по существу уплотнительные устройства (неподвижных соединений и соединений ограниченных/качательных
перемещений) служат и для обеспечения герметичности.
ПОРШНЕВЫЕ И ШТОКОВЫЕ УПЛОТНЕНИЯ ПАРОВЫХ МАШИН
Одно из первых поршневых уплотнений
с регулируемым поджатием набивки
Из-за высокой температуры для паровых машин
уплотнительные набивки из кожи или дерева, успешно
применяемые для насоссов, не могли быть использованы.
Металлическое антифрикционное уплотнение
(без радиального поджатия) применялось еще
Джеймсом Уаттом. Изобретение Бартона (1816 г.)
позволило обеспечить равномерное прижатие уплотнения
в условиях значительных отклонений от круглости
поверхности цилиндра (в начале XIX в. радиальный
зазор соединения поршень-цилиндр без уплотнения
мог колебаться в пределах нескольких мм).
Набивка в виде теплостойкого
шнура, мягкой проволоки
или металлических стружек
Стягивая между собой
диски поршня, можно
поджимать набивку
к поверхности цилиндра.
Поршневое металлическое уплотнение Бартона
1816 г. для паровой машины (из книги Tredgold.
Steam Engine, 1827)
Поршень
Шток поршня
Цилиндр
Клиновидный ползун
2-го ряда
Клиновидн
ползун 1 -го р«
Клиновидный
ползун
Устройство имеет два
ряда уплотнительных
сегментов, которые
смещены в окружном
направлении так,
что перекрываются
зазоры между
сегментами.
Пружина 1
,Уплотнительные
сегменты из
антифрикционного
материала
прижимаются
к внутренней
поверхности цилиндра
подпружиненными
клиновидными
ползунами.
Прототипом изобретения
Бартона и аналогом
современных уплотнений
с разрезными пружинными
кольцами является
конструкция поршня
компаунд-машины 1781 г.*
Пружинные разрезные
кольца, обеспечивающие прижатие
уплотнительных колец
* Создатель машины
(с последовательным
расширением пара в двух
цилиндрах) J. Hornblower был
обвинен в нарушении патентных
прав компании Watt & Bolton
(в связи с использованием
конденсационной камеры
Д. Уатта) приговорен судом
к огромному штрафу
и тюремному заключению.
Тем не менее он остается
истинным изобретателем
общего решения компаунд-машины
и приведенного здесь уплотнения.
Уплотнительные
разрезные латунные
кольца
Сдвоенное штоковое уплотнение в паровой машине
фирмы Messrs Robey, выполненнное по патенту 1852 г.
(изобретатель John Ramsbottom)
Сегментное уплотнение (аналогичное изобретению Бартона)
с элементами, прижимаемыми к штоку, установлено
со стороны внутренней полости цилиндра.
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из компькиернгно банка Аф Крайневе
УПЛОТНЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ И НЕПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
УПЛОТНЕНИЯ ПОСТУПАТЕЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Штоковые направляющие и их уплотнения (из книги Julius
Weisbach. Lehrbuch der Jngenieur- und Maschinen-Mechanik,
Braunschweig, 1857)
Винтовое стягивающее соединение для регулировки
степени прижатия сальника к штоку
Штоковые и поршневые уплотнения
Поршень Корлисса для перекачки
горячей воды (из книги П.К. Худякова
“Построен!е насосовъ" 1899 г.)
Подвод смазочного
материала к
направляющей
Деревянная набивка из отдельных
кусков
Сальник
Стальное разжимное кольцо
" Шток
280
Сальник -
пеньковая набивка, смазанная жиром
Штоковое уплотнение для шахтного
насоса завода Wilgelmshutte (1886 г.)
Кольцо-------
для смазки штока
Чередующиеся
прокладки
(края кожанных
прокладок
выступают над
краями железных
шайб)
Уплотнения завода Tangues Brothers
с манжетным кольцом Брама*
Тросовое
кольцо
Зажимные кольца
Штоковое и поршневое (плунжерное) уплотнения
с кожаными воротниками завода Tangues Brothers
(конец XIX в.)
Плоские (зажимные) элементы
— Рабочая----
поверхность
(скольжения)
Кожаные воротники
fl
Коэффициент
трения 0,005...0,01
при давлении
400 атм по опытам
Hick и Cooper
(1898 г. )
Уплотнение Gruson
для насосов высокого
давления -
до 500 атм
(конец
XIX в.)
Поршень в гидравлическом прессе Губера
для давления до 5600 атм. (конец XIX в.)
Упорное кольцо
Клал vys
Закладное кольцо
Пакет
кожаных
колец
V-образного
профиля
Распорки - металлические
стаканы с окнами
Кожаные
плоские кольца
Кожаные уплотнения для вентилей с прерывистой поверхностью сопряженной
детали (из книги А.П. Гавриленко “Механическая технолопя металловъ” 1903 г.)
Нажимное кольцо
Шток
Сопряженная деталь
Манжетное кольцо
Чередующиеся
кожанные
(толщиной 6 мм)
и металлические
чашеобразной
формы прокладки,
с заостренными '.
краями
>^1111111111
IIIIIIIIII
Джозеф Брама (1749 -
1814) - изобретатель первого
гидравлического пресса,
манжетное уплотнение для
которого предложено Генри
Модели (конец XVIII в.)
176 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева
УПЛОТНЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ И НЕПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
ШТОКОВЫЕ И ПОРШНЕВЫЕ УПЛОТНЕНИЯ
Поддержание формы
уплотнения благодаря
давлению жидкости
Распорное
кольцо
Закладное
кольцо
втулке
ten Bosch. Berlin,
Установка кожаных уплотнений в поршне и штоковой
(из книги Vorlesungen uber Maschinenelemente von M.
1940)
Изготовление манжеты
Кольцевой пуансон
Кожа, обработанная
в горячей воде
Поршневые уплотнения гидроцилиндров (80-е гг. XX в.)
Резиновая манжета
Покрытие
Направления скольжения
Кожаное кольцо
Упругий уплотняющий
элемент, допускающий
угловые и осевые
ш перемещения
Внутренняя (мездряная)
сторона кожи Матрица
Зажатые
резиновые
воротники
Давление -
жидкости
Уплотнение
канатной
проводки
в системе
управления
самолета
Направления перемещений
Корпус
Металлический
диск
Крышка
Привулканизированная манжета
Шток
пневмоцилиндра
Канат
Втулка
Поршневые уплотнения пневмоцилиндров
(80-е гг. XX в.)
, Кольцевые
канавки
Разделительная
перегородка
Изменение
формы при
действии давления
Каркас
Для манжетных уплотнений
и для пазовых колец
(с круглым профилем)
используют полиуретан-
эластомер, для опорных
и направляющих колец -
тефлон и др. пластмассы.
Уплотнения фирмы Garlock и схемы их установки в гидро- и пневмоцилиндрах
Поршень
Штоковая
втулка
Установка грязесъемника
в штоковой втулке
(по рекомендациям
фирмы Элконт)
Упругое кольцо Грязесъемник
Опорное кольцо
Опорные кольца
МАШИНОВ1Д1 HUI НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерною банка А.Ф Крайнем
Поршневое уплотнение
Грязесьемник
Направляющее
кольцо
Упругое
кольцо
Г рязесьемник
Шток
20‘
Опорное кольцо
Пакет эластичных колец
в штоковом уплотнении
УПЛОТНЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ И НЕПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
нлшп
<* РАН
УПЛОТНЕНИЯ ПОСТУПАТЕЛЬНЫХ И НЕПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ.
ШТОКОВЫЕ И ПОРШНЕВЫЕ УПЛОТНЕНИЯ
Поршни с поджатием уплотнения к стенке цилиндра
Поршень по патенту
Купера и Паттинсона
(начало XX в.)
-х Конические
прижимные
уплотнительные
кольца
Поршень с регулируемым
упругим прижатием
разрезных колец (HUTTE.
Справочная книга для
инженеров, механиков
и студентов, 1912 г.)
Ступица поршня
Шток
Разжимное
уплотнение
- Разжимная
кольцевая
пружина
Ступица поршня
с притягиваемой
к ней крышкой
Разрезные
уплотнительные —=
кольца
Пружинящее-"'
кольцо
Поршень вертикальной
паровой машины (начало XX в.)
Коническая
кольцевая
пружина
с регулируемым
нажатием
Современное устройство для поинтервальной
опрессовки колонн фирмы «Татнефть»
Транспортное положение Рабочее положение
Варианты продольных уплотнений в сопряжении
Современные
тележки обжиговой машины со стенками
газовоздушной камеры
(60-е гг. XX в.)
пневматические (надувные) уплотнения поступательных
(особенно часто разъединяемых) соединений фирмы Garlock
Пластина на раме тележки
Скользящее метал-
лическое уплотнение
Чугунная-----------
пластина прижата
к раме тележки
пружиной.
Разделительное '
уплотнение
Пружина
Для низкого давления
Для высокого давления
Контакт--------
элементов
по линиям
(в рабочем
состоянии)
Поверхностный ---
контакт (в рабочем
состоянии)
-Пневматическая —
камера
Современное упругое металлическое уплотнение предпочтительно
для неподвижных соединений фирмы Garlock, применяемое
Рама тележки
Скользящее |
уплотнение
Уплотнительные
шнуры
«Стенка
газовоздушной
камеры
Подвод смазочного материала
Прижимная
пневматическая
камера
в основном в аппаратах
ядерной энергетики
Эластичное кольцо-----
с С-образным профилем
Упругое кольцо
с О-образным профилем
Перед сжатием
После сжатия
Современные уплотнительные кольца с бесшовной
фторопластовой оболочкой фирмы «ЭКОНОМОС » для работы
при температуре от -250‘С до +260*С и давлении до 700 бар
178 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева
УПЛОТНЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ И НЕПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
ЩТОКОВЫ1 И ПОРШНЕВЬН УПЛОТНЕНИЯ
Современное сальниковое мног окольцовое
уплотнение фирмы Garlock для штоков клапанов
и задвижек
Набор колец до установки и обжатия Уплотнение
Современные упругие уплотнения фирмы COI Seals
для нефтяной и газовой промышленности
Стальная кольцевая пружина,
штампованная из тонкого
листа с прорезями
(в шахматном порядке),
имеющая У-образное
поперечное сечение
Графитовые
самосмазывающиеся
кольца низкой
плотности
Ленточно-винтовая
кольцевая пружина
Штоковые кольцевые металлические уплотнения
для паровых машин и двигателей внутреннего
сгорания (начало XX в.)
Шток
Подвод
смазочного
материала
Уплотнение
Шеллинга
Уплотнение Швабе для штоков диаметром
до 290 мм
Разделительные кольца
Пеньковая набивка
МАШИНОВ1 Д1 НИ1 НА ЯЗЫК I ( XI М. РИ< УНКОН И
Аг бос юная
набивка
Чугунное
уплотнительное кольцо
состоит из трех
секторов, прижатых
к штоку охватывающей
кольцевой пружиной.
Медный вкладыш
составлен
из трех секторов
Металлическое уплотнение
для перш ротою пара (при
температуре
320'С
и давлении
12 атм)
I
Многокольцевое
штоковое
т уплотнение
для стягивания
эластомерного
кольца
Эластомерное
кольцо
V-образного
сечения
Современная уплотнительная система фирмы
SMS для пневмоцилиндров,
работающих в загрязненной
среде при высокой
температуре
Бронзовый грязесъемник
предварительной очистки
Смазочная
полость
Упругое стопорное кольцо
замыкает весь пакет
уплотнений.
Чистовой грязесъемник
Тефлоновый
вкладыш.
воспринимающий
радиальную
нагрузку
Теплостойкое
четырехслойное
уплотнение
из стеклоармированного
тефлона
Поршневые чугунные и стальные кольцевые уплотнения
для двигателей внутреннего сгорания
Формы разрезного кольца при изготовлении
состоянии по представлению
ГА. Ивашонцова,
(Саратов, 1997 г.)
Разрезные
кольца
Давлениеiаза
Компрессионное кольцо
0.1 мм
Кольцо
в обжатом
состоянии
и в рабочем
Хромовое покрытие
Маслосъемные кольца
Кольцо
в свободном
состоянии
Специальная технолог ическач
форма кольца обеспечивает
его равномерное прилегание
к цилиндру в деформированном
рабочем состоянии
I ЛСШЩ'НГГ ть
41 1'11 Ж1 И На примерах ил компьютерно! о банка А Ф Крайнова 179
УПЛОТНЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ И НЕПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
БЕСКОНТАКТНЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ УПЛОТНЕНИЯ ВРАЩАТЕЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Лабиринтное уплотнение фирмы
Всеобщая компания электричества
для паровых турбин (начало XX в.)
Варианты лабиринтных уплотнений первых
радиальных паровых турбин мощностью 500 кВт
(рис. слева с автографом изобретателя)
и 1000 кВт (конец XIX - начало XX в.)
Уплотнение
Дисков турб*,^
Разъемный корпус
Зачеканенные
во вкладышах
секторы с
гребнями
Вал л
Уплотняющий пар.
подводимый
в среднюю часть
уплотнения
Разделяемые среды
Разъемный
вкладыш
Гребни
вкладыша
и кольцевые
выступы вала
образуют
многоступенчатый
лабиринт,
обеспечивающий
“мятие" пара.
Варианты бесконтактных
уплотнений (из книги П.И. Орлова
“Азбука конструирования" 1941 г.)
Маслоотражательное
устройство
Маслособирающая канавка
Перемещение
капель масла
(благодаря
центробежным
силам)
Вращающийся
вал
Маслоуловительный
лабиринт -
многоступенчатое
маслоотражательное
устройство
Масло-
собирающая
канавка
Диски с
выступами
стреловидного
сечения
180 МАШИНОВЕДЕНИЕ
Кольца,установленные
в корпусе —
Кольца,
установленные
на валу
Разработчик турбин
и приведенных здесь
уплотнений
Birger Ljungstrbm
Г офрированные
вращающиеся
перегородки
чередуются с такими
же неподвижными
перегородками.
Вращающиеся
неподвижные диски
с кольцевыми выступами
и
Корпус
Уплотнение
вала турбины
В данных конструкциях
нет поперечных разъемов
и допускается осевая сборка.
Вращающиеся и неподвижные
диски с кольцевыми выступами
(грибообразного сечения)
Замыкающая пружина
Вал
Газовые лабиринтные уплотнения (при повышенном давлении)
Технологичные конструкции
(допускающие осевую
сборку)
Пружина
----------<
Детали
с кольцевыми
ребрами
Набор колец
с выступами
Винтовая резьба
0J5 О-
1
примерах из компькн нрн<м о банка А Ф
НА ЯЗЫК! GXF М, РИСУНКОВ И ЧЕРИ +3 и Hi
Лабиринтное
уплотнение
Маслоотгонные
резьбовые
(винтовые)
уплотнения
Масляное уплотнение в осевом
компрессоре (из книги Ю.М. Никитина
“Конструирование элементов деталей
и узлов авиационных двигателей' 1961 г..
Уплотнение с предохранительным устройством
Три или четыре сектора
с выступами предусмотрено
/устанавливать только
при радиальной сборке.
При деформации
вала, превышающей
величину зазоров
(из-за критической
частоты
вращения),
секторы
отжимаются.
Осевая
сборка
возможна
только при
радиальном
зазоре между
внутренними
и внешними
(ребнями
и снижении
зффнк тивности
уплотнения
Направление вращения
определяет направление
осевого перемещения
УПЛОТНЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ И НЕПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
БЕСКОНТАКТНЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ УПЛОТНЕНИЯ ВРАЩАТЕЛЬНЫХ <
Многоступенчатые паровые уплотнения (из книги А Д Трухния -Ст-".
ий
Гребенчатое (диафрагменное) уплотнение
Кольцевой г ребешок
выступ
В эту камеру подается
уплотняющий пар.
Уплотнение ступени низкого давления
мм
Высота выступа 3 мм Зазоры 0,6
Неподвижный
корпус
1
Диск
последней
ступени
турбины
мм
Вращающийся вал
Уплотнение ступени высокого давления
Вкладыш (сегмент) уплотнения
с дуговыми канавками
3,7 мм 0.5 - 0.65
Термокомпенсационная канавка
Вращающийся ротор
irj
5
5
0.4 мм
।
Кольцевой гребешок
(из мягкого металла),
завальцованный в ротор
2,5 мм
см
0,4 мм
Завальцованное проволочное кольцо
Газовые и масляные уплотнения
(из книги Г.С. Скубачевского
'Авиационные газотурбинные
двигатели’ 1974 г.)
Из этой камеры
пар отсасывается
Обойма.
установленная
в корпусе
6 мм
Втулка, __-----
установленная
на валу ротора
Вал ротора
Г ребенчатый
вкладыш
(сегмент)
Тангенциальная
пружина
----12 мм
Над бандажное
уплотнение ступени
высокого давления
из мягкого металла
н+н-г
М44+
атм
Лопатка
турбины
Листовые
вставки
Воздух при
атмосферном
давлении
Направля
ющий
аппарат
6 5 4 3 2 1
Группы лабиринтных уплотнений
Вставки
(в газотурбинных двигателях
применяют металлокерамические
вставки с мягким
покрытием)
Уплотнение, функционирующее при высоком
перепаде давлений
Разделяемые
среды
Пар при
высоком
давлении
2 - 2.5 мм
Отверстия,
через которые
закрепляют
(закернивают)
листовые вставки.
Отсасывание
пара
I Уплотняющий
Отсасывание
воздуха
и пара
Надбандажное
уплотнение ступени
высокого
давления
Воздух
Зазоры
0.1 мм
Последовательно
установленные
резьбовые
уплотнения
Масляное и воздушное уплотнения
подшипника в центробежном
компрессоре
Четырехзаходная
резьба
Роликовый
подшипник
Высоко-
температурная
пайка
Сотовое уплотнение
(Colley R.H.
Flight.
No. 2611
1959)
Фильтр Масло
Форсунка для смазывания
подшипника
Г падкая
поверхность
вала
Гидродинамические уплотнения
Щелевое
уплотнение
Жидкость
Л
Г идростатическое
уплотнение
Управляемая
подача затворной
Под действием центробежных сил
создаются вращающийся кольцевой
защитный слой жидкости и перепад
давлений и Ру
Ребра, карманы и канавки на дисках
ом мм
Жидкость
Зазор
0.2 мм
f Развеоткз вид А
Магнитное уплотнение
Защитное
кольцо
Магнит
S
Зазор "
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ
РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф Крайнева 181
'Д™I УПЛОТНЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ И НЕПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИИ
КОНТАКТНЫЕ РАДИАЛЬНЫЕ УПЛОТНЕНИЯ ВРАЩАТЕЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
, - С плотное уплотнительное кольцо простого сечения (из войлока,
nrtnn ТОВОГО шнУРа' графита, металлических стружек, опилок или других
локнистых и пористых материалов). Такого типа уплотнения (набивки)
стали применять в конце XVIII в. Наибольшее
в начале XX в. В наши дни они встречаются
Уплотнительные манжеты (2 я полежим..
/X»)
Проблемы, решаемые при конструировании
манжеты и ее соединений с деталями
распространение они получили
редко.
- точное центрирование в соединениях.
- герметичность неподвижного соединения
- плотное прижатие скользящей уплотни тел ьме/й
кромки к сопряженной детали,
- защита скользящих элементов от грязи
и обеспечение их смазывания.
Материал манжеты - синтетическая
резиновая смесь, корпус или армирующий
каркас делают из штампованной стали.
Защитная кромка
Манжеты с кольцевой спиральной пружиной
Вращающаяся
деталь(вал
или ось)
р - давление
жидкости или газа
Стальной корпус (каркас) с тонким покрытием герметика (0,03...0,07 мм)
обеспечивает хорошее центрирование и герметичное соединение
ри малой шероховатости поверхности и малых отклонениях от круглости
посадочного отверстия.
Шероховатость поверхности
посадочного отверстия
должна характеризоваться:
- для стального корпуса
уплотнения (без покрытия)
Ra 0,8 ... 3,2 мкм;
Rz 6,3 ... 10 мкм;
/?тах 10 мкм;
- для стального корпуса
уплотнения
(с герметизирующим
покрытием или
с эластомерным слоем)
Ra 1,6 ... 6,3 мкм;
Rz 10 ... 25 мкм;
Ятах 25 мкм.
Тело такого уплотнения может иметь поперечный разъем
для возможности монтажа на шейке вала
(большого диаметра - до 4600 мм).
Осевой
натяг
Эластомерный слой плотно
прилегает к посадочной
поверхности (при установке
уплотнения).
Скользящая кромка прижата
к гладкой поверхности /
вращающейся детали //
благодаря упругости
материала
манжеты.
Неподвижная деталь
Вращающееся U-образное—
уплотнение с тремя кромками
установлено на валу
и обеспечивает хорошую
защиту от загрязненной среды.
Стягивающая пружина плотно прижимает—___
кромку к поверхности вала.
Равномерное прижатие скользящей
кромки к поверхности вала возможно
только при точном центрировании
корпуса уплотнения и малых отклонениях
от круглости вала (отклонение
от соосности до 0,15 мм, радиальное биение
0,18...0,3 мм при частоте вращения более 1500 мин ’).
Скользящая уплотнительная кромка
при использовании стягивающей пружины
не пропускает мелкие частицы,
не допускает перетекания жидкости
или газа через уплотнение.
Шероховатость поверхности вала
при этом должна характеризоваться:
- для стального корпуса Ra 0,2 ... 0,8 мкм;
fa 1 ... 4 мкм; Rmn 6,3 МКМ.
Чем сильнее кромка прижата к поверхности вала, тем меньше вероятно
вытекание смазочного материала и проникновение грязи или иных вредных
частиц, в том числе самых мелких. Но при этом могут возрасти потери
на трение и износ трущихся поверхностей.
Гарантированный натяг в соединении кромки с валом 1...2 мм;
квалитет допуска вала h9, отверстия в корпусе - Н8 (допуск отклонения
от круглости на 1 - 2 квалитета выше). Твердость поверхности вала
при скорости скольжения более 4 м/с желательно иметь выше 55 HR<
Защитный диск
центробежный
отражатель
Уплотнение Подвижное
/соединение
(подшипник)
182 МАШИНОВЕДЕНИЕ ИА ЯЗЫК! . /I М, РИ..УИН .Н И_ЧЕ
Защитная
кромка
лишь
касается
поверхности
вала (без
прижатия)
или даже не
контактирует
С НИИ
Стальной штампованный корпус может иметь различную конфигурацию
поперечного сечения и обладать при этом различной жесткостью
Бесконт.и’***
/ кро**»*
AAUlHUT**”
|>11 *111 На примерах и • .> О.< АФ
УПЛОТНЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ И НЕПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
КОНТАКТНЫЕ РАДИАЛЬНЫЕ УПЛОТНЕНИЯ ВРАЩАТЕЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Опорное кольцо подпирает
манжету при существенном
Давление
д>5МПа
Сменную
тонкостенную втулку
устанавливают при
недопустимом
износе вала
и замене
уплотнения.
Внешняя
среда
Грязь
Масло
Масло -
Армирующее
кольцо
Дополнительная кромка
торцового контакта
— Следы
износа
вала
Синусоидальная кромка уплотнения
при вращении вала раздвигает смазочный
материал и грязь в разные стороны.
Направление
вращения вала
Г рязь
Регулярный винтовой рельеф на валу
при определенном направлении вращения
вала может постоянно отодвигать жидкий
смазочный материал,предотвращая его
вытекание, но при этом может втягивать
грязь в зону контакта и рабочую полость.
перепаде давления
Внешняя
среда
Манжета
Корпус
Манжета
Пружина
Манжета
Кромка
Защитное
уплотнение
Частицы
грязи
Уголковое
кольцо
Защитные
кромки
Замкнутые полости между
контактными уплотнениями
заполняют смазочным материалом,
чтобы не допустить повышенных
потерь энергии и износа при трении
дополнительных (защитных) кромок
(без смазочного материала).
Уголковое
армирующее
кольцо
Смазочный
материал
Центробежный
отражатель
Защитные
кромки
Смазочный
материал
Защитные
кромки
Загрязненная
среда
(повышенного
давления)
Армирующий
каркас
Загрязненная
среда /
Смазочный
материал
Здесь все уплотнения
установлены так,что
кромки дополнительно
прижимаются
благодаря перепаду
давления.
Уплотнительная
кромка
Подача смазочного материала
I к уплотнительным кромкам
Уплотнительная
прослойка
Металлический
кожух
Стальное
закаленное
кольцо
Рабочая
смазочная
среда ---
Рабочая
смазочная
среда
Рабочая -
смазочная
среда
Центробежное
резиновое
уплотнение
Привулканизированное
покрытие
Вращающаяся деталь
Смазочный х
материал
Рабочая смазочная
среда
Уплотнения, встроенные в подшипники
Центробежное
Сепаратор уплотнение
Уплотнительная прослойка
/ . Сдвоенные и многокромочные
уплотнения
• —fJL Общий
\ стальной корпус
Загрязненная
среда
Вращающееся Встроенное
кольцо подшипника уплотнение
Привулканизированное
покрытие
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф Крайнева 183
УПЛОТНЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ И НЕПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
i НЛАА1П
v PAH
ОСЕВЫЕ И РАДИАЛЬНО-ОСЕВЫЕ УПЛОТНЕНИЯ ВРАЩАТЕЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Осевое уплотнение поворотной лопасти турбины
(Karlstads Mekaniska Werkstad, 50-е гг. XX в.)
Детали
соединения
Рабочая
смазочная
Внешняя
загрязненная
среда
V-образное кольцо
из фторэластомера
I
\ Частицы грязи
Осевое уплотнение
из политетрафторэтилена
Зажатие осевого
уплотнения с помощью
стягивающего хомута
Эластичная
манжета
установлена в
канавке стального
кольца и поджата
к торцовой
поверхности
ступицы лопасти
пружинами.
Современные осевые
фирмы SRF
Выдавливаемый
смазочный
материал
среда
Стягивающий стальной
хомут обычно устанавливают
на неподвижной детали,
чтобы избежать
неуравновешенности
вращающихся
деталей.
Стягивающее
устройство Рабочая
кромка
уплотнения
Неподвижная
деталь
Хомут
Вращающаяся деталь
Разделительная
стенка
Вращающееся осевое
уплотнение не допускает
проникновения грязи
в защищаемую полость
благодаря центробежным
силам, но из-за них же
возможно вытекание
смазочного материала
при ослаблении прижатия
кромки. Исключить
проникновение частиц
в обоих направлениях
можно только с помощью
двух уплотнений.
V-образное уплотнение может функционировать
при несоосности до 4 мм и перекосах осей до 1
(при диаметре вала 200 - 1000 мм).
Это рабочее V-образное осевое уплотнение
при недопустимом износе или выходе из строя
по иной причине можно разрезать и снять
(без разборки подшипниковой опоры), а на его
место сдвинуть резервное (запасное) уплотнение.
Прижатие уплотнительной кромки
к торцу одной из деталей соединения
осуществляется за счет упругости материала
уплотнения. Сила прижатия зависит от
относительного осевого положения
уплотнения и деталей соединения.
Положение уплотнения на валу фиксируют,
упирая его в выступили в поджимное,
закрепленное на валу кольцо.
Резервное
уплотнение
Резервное
уплотнение
Вал
Многоступенчатые уплотнительные устройства прокатных валков, предназначенные
для защиты подшипников в основном от охлаждающей жидкости и окалины
(фирма SMS, 90-е гг. XX в.) Скользящая
Жидкость с окалиной кромка
Подшипник
Отстойник
масла
Подшипник
Масло
Жидкость
с окалиной
Осевое
манжетное
уплотнение
Прокатный Отражатель
валок масла
Радиальное
манжетное
уплотнение
V-образное
осевое
манжетное
уплотнение
Уплотнительные
кольца
Прокатный
валок
Уплотнения изготовлены
из композиционных материалов,
имеют эластичные манжеты,
кромки которых прижаты к гладким
стальным поверхностям валка,
и довольно жесткие кольца,
плотно (с натягом) установленные
в деталях подшипниковой опоры.
Защите от проникновения грязи
внутрь закрытых полостей, а также
предотвращению вытекания масла
из них уплотнениям помогают
центробежные силы.
Шип
валка
U-образное радиальное
манжетное уплотнение
-| 84 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева
УПЛОТНЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ И НЕПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
{илы пт
*"*' РАН
ОСЕВЫЕ [ТОРЦОВЫЕ! УПЛОТНЕНИЯ
Осевые уплотнения поворотной лопасти турбины (50-е гг. XX в.)
Пружина
Эластичная
манжета
Канал
для смазочного
материала
Клиновые
кольца
прижимают
манжету
по двум
направлениям.
Escher Wyss
поверхностью
скольжения
Эластичное
кольцо
ромбовидного
сечения
Уплотнения с одной уплотнительной парой скольжения
Поджимное Уплотнение Cantos Эластичное
(50-е гг. XX в.) уплотнение
Пружина
Вращающееся
графитовое
кольцо постоянно
прижато
к неподвижному
металлическому
кольцу.
приводе
Уплотнение в
вентилятора (80-е гг. XX в.)
Уплотнение подшипника
выходного вала (80-е гг. XX в.)
Осевое [торцовое] уплотнение обладает более
высокой технологичностью по сравнению
с радиальным уплотнением при одинаковой
функции, но обычно имеет большее число
деталей и большие размеры.
В торцовом уплотнении проще достигается
равномерное и регламентированное прижатие
деталей в уплотнительной паре скольжения.
Эти детали предпочтительно выполняют
из твердых антифрикционных материалов
с гладкими контактирующими поверхностями.
Для смазочного материала и продуктов износа
предусматривают специальные канавки
и карманы. Детали поджимают в осевом
направлении с помощью пружины.
Вспомогательные улотнения неподвижных
соединений выполняют в виде эластичных
колец, диафрагмы или сильфона.
Эластичное соединение деталей
уплотнительной пары с основными деталями
обеспечивает самоустанавливаемость
и компенсацию отклонений формы
и размеров элементов конструкции.
Вращающееся
пластмассовое
лопастное
колесо
Резиновый сильфон
Пружина
Корпус
Пружина
/
Привулканизированный
уплотнительный слой
Струи
масла
Направление
прижатия
Уплотнения соединений
с относительным
вращением
деталей (80-е гг. XX в.)
Вращающееся
металлическое
кольцо
Неподвижное
кольцо
Кольца
уплотнительной
пары скольжения
Эластичное
уплотнение
Уплотнение
неподвижного
Р-соеди-
нения
Резиновые кольца совмещают
функции уплотнений
неподвижных соединений
и прижимных устройств.
Корпусная деталь
Вращающаяся (вместе
с валом) деталь
Скользящие друг
по другу твердые
уплотнительные кольца
Уплотнительные
прокладки
Современное уплотнение фирмы John Crane
для насосов и смесителей
Уплотнительные кольца
Современное уплотнение для использования
в химических коррозионных
и абразивных средах
(при давлении до 20 бар,
температуре до 200‘С,
скорости скольжения
до 25 м/с)
Седло
Пружина
Уплотнительная
пара скольжения
Уплотнительное
кольцо
Кулачковая металлическая муфта
допускает изменение ширины
уплотнения и разгружает резиновую
оболочку от крутящего момента.
Седло
Дополни гельное
уплотнение
Металлический сильфон
Вращающееся вместе
с валом насосное колесо
Скользящие друг по другу
твердые уплотнительные
кольца
Резиновая
оболочка
Современное уплотнение для использования в средах,
содержащих сильные кислоты, органические соединения,
соляные растворы (при давлении до 13 бар, температуре
до 120°С, скорости скольжения до 16 м/с)
Фторопластовый
сильфон
совмещает функции
разделительного
уплотнения и
кольца с торцовым
контактом
МА1ДИНОВЕДЕНИ1 НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А Ф. Крайнева
185
УПЛОТНЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ И НЕПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Вращающиеся
вместе с валом
раздвижные детали
Современное уплотнение шаровог
крана фирмы Weir Valves &
Controls
Двойное
уплотнение
фирмы
Wietz & Со
(50-е гг. XX в.)
Прижатые
одно
к другому
шлифованные
кольца
Тефлоновое
прижимное
кольцо
Полнопроходной
шаровой кран
NAVAL
ОСЕВЫЕ [ТОРЦОВЫЕ] УПЛОТНЕНИЯ.
КОМПЛЕКСНЫЕ РЕШЕНИЯ
Пружина
Шар может
самоустанавливаться
в радиальном
направлении.
Стальной шаровой
полированный
клапан
Пружина
Нажимное
кольцо
Невращающееся
армированное кольцо
(из композиционного
материала)
уплотнительной
пары
Тарельчатая
пружина
Стальное L-образное кольцо
Современное двойное уплотнение фирмы John Crane
Вращающееся кольцо уплотнительной пары с высококачественной
торцовой поверхностью с углублениями для смазочного материала
и продуктов износа
Винтовое(насосное)
кольцо \
Шаровой
клапан
Уплотнительное
прижимное
кольцо
Нажимное
кольцо
Внешняя
среда
Уплотнительные кольца
с торцовым контактом
скольжения
Опорное кольцо
Винтовое
(насосное)
кольцо
Пружина
Вращающийся Базовая втулка уплотнения,
вал установленная на валу
Рабочая
среда
Параметры
эксплуатации:
- температура
от -40°С до ЗОО’С;
- давление
до 200 бар;
- скорость
до 50 м/с;
- диаметр
вала
до 200 мм
Параметры
эксплуатации:
- температура
от -140°С до 315°С;
- давление до 450 бар
(избыточное
через одну ступень);
- скорость до 200 м/с;
- диаметр вала до 330 мм
Современное двухступенчатое бесконтактное сухое газовое уплотнение фирмы John Crane
Кольца для уплотнений одностороннего и двухстороннего действия
В процессе вращения
поддерживается
уплотнительный осевой
зазор 5 мкм. Исключаются
изнашивание и загрязнение
процессного газа маслом
или масла газом.
Отвод смеси утечки
Лабиринтное
уплотнение
Вариант для
избыточного
давления
до 125 бар
Лабиринтное
уплотнение
процессного
газа
Подвод
барьерного
газа
Процессный
газ
Отвод смеси утечки
после первой ступени
и барьерного газа
Подвод
дополнительного
барьерного газа
Кольцо
Барьерное уплотнение
О-образное уплотнительное
кольцо (для
давления
до 125 бар)
Полимерное вторичное
уплотнительное кольцо
(для давления
до 200 бар)
Камера
подшипника
Полимерное вторичное
уплотнительное
кольцо для
высоких
давлений
(до 450 бар)
Седло Первая ступень
Подвод
фильтрованного
процессного
газа
Кольцо Седло Вторая ступень
86 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ На
примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева
КРЕПЕЖНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН,
ПРИБОРОВ, АППАРАТОВ И СООРУЖЕНИЙ
КОМПЛЕКСНЫЕ РЕШЕНИЯ СОЕДИНЕНИЙ В ПЕРВЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МОСТАХ
Чугунная арка моста
собрана из 10 литых
ребер (по 5 с каждой
стороны) длиной 21м
и массой 6 т.
Полная масса 378,5 т.
Пояса ребер связаны
между собой литыми
перемычками.
Соединения типа
“ласточкин хвост"
закреплены железными
заклепками.
Соединения деталей первого
чугунного моста Айронбридж
через реку Северн (Англия. 1779 г.)
Соединение тяги с пластинчатой цепью
в подвесном мосту (из книги Melan. III. Bd.
Eiserne Brucken, 2. Teil,1920). Пластины
цепи неподвижно соединены
между собой заклепками.
Цепь в целом представляет
собой криволинейную
("провисающую”)
балку, к которой
шарнирно
присоединены тяги.
Чем меньше “провисает
цепь, тем больше
отношение
растягивающих сил в цепи
(воспринимаемых заклепками)
к силе тяжести моста.
Закрепление несущей
цепи в фундаменте
В отверстиях кованых утолщений на конце
тяг установлены металические клинья.
Якооь Крепежные соединения деталей подвесных мостов (из книги
Julius Weisbach. Lehrbuch der Jngenieur- und Maschinen-Mechanik.
И / "'Л Braunschweig, 1857)
Несущая цепь
(ветвь натяжения)
(---Многослойный
несущий пояс
Ось тяги
Заклепки
План сил
Крепежный болт
Щека тяги
Ось тяги
Силы натяжения цепи
>Тяга
с вилочным
наконечником
и группой
заклепок
Пластины
/ цепи
Накладка
Болтовые или клепаные
соединения
звеньев цепи
Т—— Сила тяжести
моста,
воспринимаемая
Несущие тягой и группой
цепи заклепок
Шарнирное соединение
звеньев несущей цепи
Пластины цепи
Настил
Болтовое
крепление
стойки
Металлическая
балка для
настила моста
Хомуты из
металлической
полосы
Деревянные
балки
для настила
Тяга--------
с коваными -мтгг"-п1
утолщениями LI Ji
и отверстиями
на концах Клиновые
Несущая цепь
(ветвь
натяжения)
Хомуты для
скрепления
слоев пояса
и тяги
Тяга с
винтовой
резьбой
на верхнем
конце
Несущая
цепь (ветвь
подвески
моста)
Обе ветви цепи здесь шарнирно
соединены со звеньями
коромысла.
Распорная
стойка
Коромысло
шарнирно
присоединено
в верхней
части опоры
моста.
замки
Здесь цепь огибает Поперечная балка
криволинейную
направляющую
ползуна.
Ползун перемещается
по площадке опоры,
что приводит
к выравниванию
натяжения
в ветвях цепи.
Тяга
регулируемой
длины
Винтовое
регулируемое
соединение
ЭЛЕМЕНТЫ СОВРЕМЕННОГО СОЕДИНЕНИЯ ТОНКИХ ЛИСТОВ ИЛИ ПРИКРЕПЛЕНИЯ К ТОНКОМУ ЛИСТУ МАССИВНЫХ ДЕТАЛЕЙ
Современный
технологический ------
процесс Centerdrill
(фирмы ZEGHA) получения
резьбового соединенения
Деталей с тонким
металлическим листом
Основу процесса
составляет образование
утолщения
и отверстия в нем
благодаря быстрому
вращению инструмента
и Разогреву листа
в Результате выделения
'епла при трении.
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ и ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из компьютерного банка А.ф. Крайнева 1 87
КРЕПЕЖНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ДЕ ТАЛЕЙ МАШИН,
ПРИБОРОВ, АППАРАТОВ И СООРУЖЕНИЙ
Резьбовые соединения известны были еще
в древности, но по-настоящему их промышленное
производство началось в начале XIX в., koi да Генри
Модели создал первую унифицированную систему.
Он стал изготовлять на разных станках гайки
и винты, которые подходили друг другу (по
профилю, диаметру и шагу) Первую и полную
систему (дюймовых) резьб создал Витворт. Здесь
приведены ее фрагменты (из книги П К. Худякова
и А.И. Сидорова “Атласъ конструктивныхъ
чертежей деталей машинъ”. Москва, 1902 г.).
РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ Г! ©МЕТРИЧЕСКАЯ СИСИ МА PF.'Jbfc
t 0,0 8(1 + О,о4’’ d.-0,9(1 — Oos".
В эти годы была разработана
данная система. ----------
Усовершенствовали ее
Rodmer (1861 г.),
Armengaud, Sellers (1864 г.),
Французское морское
ведомство (1865 - 1867
Steinlen и др. В 1862 г.
Poulot предложил угол
профиля 60°, который
в основном используют
и в наши дни.
WVut/vv'o'vtEv
(1&М-18Ыг.)
tn/
55
LI
Международная система
метрической резьбы была
принята в 1898 г. на основе
нарезки Селлерса (профиль
в виде равностороннего
треугольника). В конце
XIX в. кроме треугольного
профиля стали использовать
(правда, сравнительно редко)
прямоугольную,
трапециевидную (в т.ч. упорную
или “пилообразную") и круглую резьбы.
Почти до 40-х гг. XX в. применяемые резьбы
называли по имени их создателей: нарезка
Витворта (в дюймах и только мелкая резьба в мм)
и нарезка Селлерса [в дюймах (на территории
Северной Америки) и в мм (на др. территориях)].
6
• 1 u
c~“
CM?" 10
М J I 4 Я j tn $ i 1 П J | i I i <4° 1 Г u £ 1 1 s X <3-0 s J | J- 1 <! Ck! h e
7 s 41 $ 1 t» i 1
1 1,000 25,40 21,53 8 3, 18
1s 4,125 28,58 23,8? 7 3,63
14 4 2 50 34,15 26,92 7 3,65
11 1,375 34,92 29,66 6 8,25
1? 4,500 38.10 32,68 6 4,25
li 4,625 tri,27 35,28 5 5,0 &
1 I 1,750 44,45 37,84 5 5,08
li 4,815 t*7,62 60,58 hi 5,65
2 2,000 50,80 43,43 5,65
В 1913 г. на основе нарезки Витворта была принята
международная (дюймовая) система для (газовых) труб
Она характеризовалась “непроницаемостью” -
беззазорностью соединений. Все же в таких соединениях
устанавливали уплотнения. В последующем стали также
применять коническую резьбу, не требующую уплотнений.
РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗКИ ПО ВИТКАМ РЕЗЬБЫ
Поиски конструктивных решений, уменьшающих неравномерность распределения
нагрузки по виткам резьбы (конец XIX в.)
Распределение нагрузки в резьбовом
соединении по Н.Е. Жуковскому
Все эти решения
даны только для
приведенного
направления сил
(растягивающих
винт и сжимающих
гайку) - см.
красные стрелки.
При обычном
исполнении
нагрузка между
витками
распределяется
крайне
неравномерно.
В основе представленных
конструктивных решений
лежит форма гайки
ступенчато изменяемого
сечения при которой
час ть ее растягивается,
а не сжимается, как
при обычном исполнении
Здесь представлено решение статна м
неопределимой системы для Ю пДР
витков, в основу которого положено
определение суммарной деформ,‘ц*”’
каждой из пар в результате расти*»”**
юла пинта (увеличения uraia) и с»*”»**’
тела гайки (уменьшения шл<а)
и л компьютерно* о банка АФ кр.ш
1 88 МАШИНОВ! Д! НИ! НА ЯЗЫК! СУ! М РИСУНКОВ И 41 PII Ж! И Ия примирен
КРЕПЕЖНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН,
ПРИБОРОВ, АППАРАТОВ И СООРУЖЕНИЙ
Конструктивные решения уменьшения неравномерности распределения нагрузки по виткам резьбы
Переменные вдоль оси (линии
действия силы) сечения гайки и
трубчатого винта (из книги HUTTE
•Справочная книга’. Том 2. Издание
тринадцатое. Перевод с 25-го
немецкого издания. Москва, 1931 г.)
Переменные сечения
в соединении
со сплошным винтом
Изменяемая (вдоль
линии действия
силы) высота
Различные зазоры
в резьбе вдоль линии
действия силы
(из книги Ю.М. Никитина
“Конструирование
выступов резьбы
(из книги HUTTE
(из журнала
“Konstruktion”. 1959,
Гайка
растянута также,
как и винт.
Суммарная
жесткость
(при растяжении)
винта и гайки
по длине
резьбы примерно
постоянна,
поэтому обе
детали
деформируются
равномерно.
элементов деталей и узлов
авиационных двигателей”.
Москва. 1961 г.)
конце винта
Коническое углубление
на
сжата.
Более жесткие пары витков
(вверху) участвуют в работе
des ingenieurs
Taschenbuch.
Berlin, 1960)
№ 5)
Винт
растянут.
Гайка
Шаг
винта
шага
гайки
примерно
на 0,1%.
Зазоры между
витками
При растяжении винта
нижние пары витков
вступают в контакт
наравне с нижними парами
витков.
в последнюю очередь.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ (трубопроводов, сосудов и корпусов при внутреннем давлении)
Нагружение при сборке: затяжка резьбового соединения
и плотное прижатие поверхностей стыка друг
к другу; винт (болт, шпилька) растянут,
а фланцы
сжаты
Сжатие
стыка
Растяжение
болта
Внутреннее давление
Нагружение при эксплуатации: приложено внутреннее давление
(оно направлено во все стороны, но здесь показано только
действующее параллельно/вдоль оси винта); винт еще более
растянут, сжатие фланцев и прижатие поверхностей стыка
ослаблено (с увеличением нагрузки стык может совсем раскрыться).
Здесь представлено также возможное деформирование фланцев
и изгиб болта.
Фланцевое соединение
корпуса паровой турбины
АЭС (80-е гг. XX в.)
Модель нагружения
и деформирования
Гайка
Конусность рабочих
поверхностей
подобрана
такой, что
после сборки
и нагружения
соединения
они становятся
плоскими и
параллельными
друг другу.
Современное решение фланцев фирмы
VECTOR International позволяет получать
при нагружении плоский и плотный стык.
Фланец
болтов
(конец
XIX в.)
Внутреннее
давление
Фланец
Гайка
Fq - результирующая сила давления,
стремящаяся раскрыть стык
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ На
Шпилька
F - стягивающая
сила шпильки
Жесткость
шпильки
Увеличение податливости болта (при растяжении) позволяет
повысить несущую способность соединения (особенно
при циклически изменяемом рабочем давлении).
Примеры податливых
Центр А
поворота
плоскостей
„ стыка
Плотность стыка
и несущую способность
соединения повышают,
увеличивая размеры
В. Н, В-С и
уменьшая расстояние С
Плавные
переходные
поверхности,
низкая
шероховатость
и упрочнение
поверхностей
повышают
несущую
способность
болта.
Современное
решение болта
(2-я половина
XX в.)
примерах из компьютерного банка А ф Крайнева ”| QQ
КРЕПЕЖНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН,
ПРИБОРОВ, АППАРАТОВ И СООРУЖЕНИИ
i ИМАП1
глн
ЗАТЯЖКА РЕЗЬБОВОГО СОЕДИНЕНИЯ. РЕГЛАМЕНТАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ЗАТЯЖКИ
Совместное нагружение и деформирование деталей соединения
(из книги HUTTE des ingenieurs Taschenbuch. Berlin, 1960)
В начальном положении (непосредственно
перед затяжкой) упор касается торца болта.
= Al
Измерение величины растяжения болта
при затяжке резьбового
соединения
Стягиваемые Упор
детали
Удлинение
болта
Высота
стягиваемых
деталей
(после д1
затяжки
резьбового
соединения)
Деформация
ослабления
сжатия
стянутых
деталей
в результате
действия
рабочей
нагрузки
Сила
Положение
перед затяжкой
Диаграмма
растяжения
болта
Увеличение
длины болта
при затяжке
Высота
пакета
сжимаемых
деталей
(например,
фланцев)
Положение при полной
затяжке соединения
и отсутствии рабочей нагрузки
Приложенная рабочая
вертикальная нагрузка
(в направлении ослабления
прижатия деталей и раскрытия стыка)
Диаграмма сжатия
стягиваемых деталей
Сокращение
высоты
стягиваемых
деталей (после
затяжки резьбового Сила остаточного
соединения) сжатия стянутых деталей
Сила дополнительного растяжения
болта в результате приложения рабочей
нагрузки
Ослабление сжатия
стянутых деталей
Затяжку назначают из условия получения минимально
допустимого остаточного сжатия стянутых деталей.
Увеличение затяжки сверх этой величины приводит
к необоснованной перегрузке резьбового соединения.
Оценивают затяжку по величине удлинения винта,
по величине сокращения размеров стягиваемых деталей.
О степени затяжки можно судить (менее точно) также
по вращающему моменту при сборке соединения.
Контроль затяжки с помощью специальных шайб
Измерение расхода воздуха через кольцевую
щель в специальной гайке или шайбе
(из журнала “Вестник машиностроения”.
1968, № 3)
Чем больше сила
затяжки, тем меньше
щель и меньше расход воздуха.
воздуха
Подвод
воздуха под
давлением
Контроль затяжки по деформированию
специальной опорной шайбы
(из журнала ‘Maschienenbautechnik".
1963, № 7)
После того как
шайба коснется
опорной
поверхностью
торца головки
болта, резко
возрастет
момент затяжки
Ограничение момента затяжки
Контроль затяжки по величине (принципиальная схема)
пластической деформации сминаемой
шайбы (из журнала “Konstruktion”. Муфта
1959, № 5) предельного «=
момента
Сюда можно
вставить
тонкий штифт
и проверить
степень зажатия
опорного
кольца путем
его поворота.
Начальный
зазор
Опорное
кольцо''
Сминаемая
шайба
Затяжку прекращают,
как только сомнется шайба (зазор равен 0)
и начнет сжиматься опорное кольцо.
Контроль затяжки по силе, требуемой
для срезания (сдвига) кольцевой перемычки
специальной шайбы [Calmettes Lionel
(Франция, 1987 г.)]
Пружина
Начало
затяжки
Срезаемая
перемычка
При достижении ;хтд.”,‘‘'4’
величины моменте пру*****
сжимается настолько,
что шарики выдаал****'1’’
из углублений и муф’й
проворачивается
190 МАШИНОВГД1 НИ1 НА ЯЗЫК! CXf М. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ н. ....
1 _____________- —........... - ___ Н*‘из компьютерною банки АФ Крайне
КРЕПЕЖНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН,
ПРИБОРОВ, АППАРАТОВ И СООРУЖЕНИЙ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ И СТАБИЛЬНОСТИ ЗАТЯЖКИ РЕЗЬБОВОГО СОЕДИНЕНИЯ
Широко распространенный способ контроля силы затяжки
с помощью динамометрического ключа характеризуется низкой
точностью из-за нестабильности сил трения в затягиваемом
соединении и в месте контакта торца гайки (или головки болта)
с поверхностью зажимаемой детали. Более точный способ,
известный уже в 60-е гг. XX в., заключается в предварительном
контролируемом растяжении винта или сжатии пакета деталей
на заданную величину, свободном навинчивании гайки до упора
и снятии предварительной нагрузки. Данный способ более
сложен в осуществлении: длина болта и длина участка резьбы
должны предусматривать возможность его захватывания
для растяжения, требуется специальная оснастка или более
сложная конструкция гайки.
Современное устройство
для точной затяжки
резьбового соединения
фирмы Hi-Force Hydraulics Ltd
1. Предварительное
завинчивание гайки
и установка втулки
с отверстиями
для рычага
иллдги
РАН
2. Установка 3. Завинчивание
гидроцилиндра наконечника
4. Подключение насоса и подача жидкости
Резьбовой
наконечник
Поршень
Отверстие
для штуцера
Опорная
втулка
с окнами
Гидроцилиндр
под давлением (до 1500 бар) в гидроцилиндр
для растяжения болта. При точно установленном
давлении получают заданное растяжение болта
(или, например, одновременно в группе болтов,
когда особенно
важна
равномерная
затяжка).
В групповом
соединении такие
насадки могут-----
быть установлены
на всех болтах и
подключены к
насосу параллельно.
Рычаг для довинчивания
(без усилия) гайки
От насоса
5. Установка рычага и довинчивание гайки
Определение заданной затяжки
по полному сжатию контрольной
(эталонной) пружины
(80-е гг. XX в.)
Контрольная
пружина
Рабочая
(тарельчатая)
пружина
уменьшает
жесткость
в силовой
цепи винта.
Винт
Гайка
для сборки
рабочей
пружины
Стягиваемые
детали
Наличие зазора
между крышкой
и коробкой
свидетельствует
о недостаточной
силе затяжки
соединения.
Определение степени затяжки (при сборке)
или ее ослабления (при эксплуатации)
по величине выступающего
конца измерительного
штифта (из книги
HUTTE des ingenieurs
Taschenbuch. Berlin, 1960)
Современный способ
фирмы Rotabolt Ltd
контроля стабильности
затяжки соединения
Смазочный в процессе эксплуатации
материал^ Колпачок Шляпка
Измерительный штифт^ /штифта
закрепляют в теле
винта (шпильки).
В процессе затяжки
шляпка штифта
через шайбу
прижимает колпачок
к торцу винта.
При ослаблении
силы затяжки на 5%
шляпка штифта
поднимается над
шайбой и колпачок
можно свободно
провернуть.
— Шайба
Измерительный штифт
закрепляют в теле болта,
так что его конец выступает
на величину заданного
растяжения. Процесс затяжки
завершают после того,
как торцы штифта и болта
расположатся в одной
плоскости. При падении
напряжений в болте его конец
выступает над торцом болта.
Способ по данной схеме
основан на том же принципе,
но в нем ослабление затяжки
определяют по уменьшению
сопротивления вращению
колпачка.
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерногобамс^^ 191
КРЕПЕЖНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН,
ПРИБОРОВ, АППАРАТОВ И СООРУЖЕНИЙ
Патрон
Шпонка
Модуль 1
Коническое соединение
Модуль 2
Стопорный винт
Гайка
Вал 1
Гайка 2
Винт
Упруо*
Рельс
Накладка
Бурильный
инструмент
с внешней
конической
резьбой
При ввинчивании стягивающего винта
не только выбирается зазор между торцами,
но благодаря конической резьбе разжимается
конический хвостовик модуля 2 в отверстии
модуля 1. При этом образуется плотное
соединение (с натягом) в двух направлениях
(см. стрелки).
Шпиндель
станка
Коническая
резьба
прямо- /
угольного /
профиля I
Шариковый пояс не допускает
осевого перемещения
стягивающего винта
относительно модуля 1.
Пазы на винте для ключа
Коническая резьба в современном соединении модулей
технологической оснастки (фирма “ВИНТ", г. Ярославль)
РАЗНОВИДНОСТИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ СОЕДИНЕНИЯ С НАТЯГОМ
Стягивающий
(дифференциальный) винт
СО*Р*М<-....
иНСтруМви
Труба
с внутренней
/ конической
/ резьбой
Коническая
резьба
облегчает
сборку,
обеспечивает
центрирование
соединяемых
деталей
и плотность
(герметичность)
соединения.
резьбовые
самотвинчивания
Резьбовые соединения с натягом (из книги ПК. Худякова и А.И. Сидорова
Атласъ конструктивныхъ чертежей деталей машинъ". Москва, 1902 г.).
В дифференциальном винтовом
соединении за один оборот винта
гайки сближаются (или раздвигаются)
на разность ходов ( ,
(или разность шагов при однозаходной
резьбе) в резьбовых соединениях.
Благодаря этому можно получать очень
малые перемещения и значительные
силы стягивания гаек.
Стопорные шлицы
на упругих лепестках
предохраняют
соединения от
Гайки
неподвижны
относительно
накладок
В процессе сборки после центрирования
(по максимальному диаметру) конического
соединения между торцами остается
зазор 0,03...0,12 мм.
Коническая резьба в
соединении бурильного
и трубы
Дифференциальное винтовое соединение
обеспечивающее прижатие накладок
к рельсу в стыковочном узле
(конец XIX в.)
Дифференциальное винтовое соединение
в газотурбинном двигателе (80-е гг. XX в.)
Шлицевое соединение валов
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ РИСУНКОВ И
192
——— й На примерах иа компьютерного банка АФ КР-няякД*
КРЕПЕЖНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН,
ПРИБОРОВ, АППАРАТОВ И СООРУЖЕНИЙ
ПРЕДОХРАНЕНИЕ резьбовых соединении от самоотвинчивания
Слои краски, клея или герметика
Первоначально была установлена
более высокая сопротивляемость
самоотвинчиванию при внешнем
окрашивании деталей соединений.
Целенаправленно герметики
с данной целью стали -----
применять сравнительно
недавно при широком
Применение полимерных фиксаторов резьбовых
соединений
Уплотнение соединений анаэробными герметиками
предохраняет соединение от самоотвинчивания
благодаря адгезионному взаимодействию полимерной
прослойки с поверхностями витков резьбы
и прочности при сдвиге самой прослойки.
Применяют герметики с разнообразными
характеристиками. Их обычно делают заметными
(по цвету) на фоне деталей и наносят на поверхности
витков, как в процессе сборки, так и заранее,
при изготовлении деталей. После сборки
и прекращения доступа кислорода герметик
полимеризуется и образует довольно прочное
соединение. В примере справа показано очаговое
предварительное нанесение капсулированного
герметика Dri-Loc Plastic (корпорации Loctite).
распространении полимеров.
При сборке раздавливаются микрокапсулы и из них выливается
активатор, благодаря которому происходит полимеризация
материала и скрепление деталей.
Пример из книги П.К. Худякова и А.И. Сидорова
“Атлась конструктивныхъ чертежей
деталей машинъ". Москва, 1902 г.
Применение пружинных гаек для дополнительного прижатия витков резьбы
(предохранения от самоотвинчивания за счет увеличения сил трения)
В отличие от примеров, приведенных на предыдущих стр., здесь гайка
выполнена в виде пружины. Витки резьбы настолько прижаты силами
упругости, что при знакопеременной нагрузке все время сохраняется
их плотный контакт (витки не разъединяются) и обеспечивается
достаточное трение (сцепления) между ними.
В начале развития листовой штамповки изготовляли пружинными
только шайбы, затем стали выпускать тонкостенные контргайки, которые
выполняли лишь вспомогательную функцию. В настоящее время
выпускают штампованные из листа пружинные гайки, которые
взаимодействуют с витками винта кромками отверстия. Их используют
в малонагруженных соединениях (в игрушках и бытовых приборах,
для крепления эмблем, панелей и отдельных блоков систем управления
во многих машинах и приборах). Выпускают гайки нескольких видов:
одни могут сами нарезать резьбу на гладком стержне (см. след, стр.),
другие завинчивают на обычный винт, а третьи устанавливают на резьбе
простым осевым нажатием, как защелку. В качестве материала
используют сталь, латунь и полимеры. Для ответственных соединений
обычную гайку неподвижно соединяют с пружинной шайбой.
Резьба М5, Мб
или М8
Современные U-образные пружинные гайки
фирмы Lesjofors
Stockholms
Fjaider АВ
Москва, 1941 г.
Примеры из книги П.И. Орлова “Азбука
конструирования*.
Конический выступ
с винтовой кромкой
Контргайка Палиэт
Лепестки донышка
о туты для получения
винтовой кромки.
Шов
соединения
круглой
сплошной гайки
с листовой пружиной
Пружинная сталь
закалена до твердости
390...540 HV
и покрыта хромом.
Кромка гайки размещается
в канавке резьбы винта
благодаря осевому смещению
лепесткон на полшага.
Отверстия в соединяемых
деталях имеют специальную форму.
- Винт
Гайка -
Толщина
листа
0,5..0,9
мм
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из компьютерного банка А Ф . Крайнева
193
П.МД1П
PAN
КРЕПЕЖНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
ПРИБОРОВ, АППАРАТОВ И СООРУДИ ИИ _
ДОХРАНЕНА ПЗЬЬОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ 01 СЛМОО^ИНЧИВАНИЯ q лет назад, но их применяют до си/пор)
(некоторые из приведенных здесь конструктивных решении получены то -- - ТР.ичо
Пластические замки предусматривают деформирование элементов соединения^ в^ре^у^^
о г но< тельное движение гайки и винта становится невозможным (без разрушения „гипиг.
__о этом оолее позднем ввоиамт,. .
Сопряжение лепесгк не ослабляет сечения винта
с пазом винта (конец XIX в.) в рабочей
зоне.
Деформирование элементов болта
(конец XIX в.) Стержень болта имеет прорези
на конце, разделяющие его на гибкие секторы.
После закручивания гайки секторы разводят
(отгибают) в стороны, гайка при этом
удерживается от проворота. В более ранний
период просто расплющивали конец болта
без предварительного ослабления его сечения.
^Лепестки
Л'Ъс еллх/wr .
Керн
мягкого
Шайбу с отгибными лапками
и выступом широко
применяют
нсоединениях
деталей на щитах
Лепесток
отгибают и
заводят в паз.
Продольный
паз
Отгибание
секторов
Шлиц на
головке
винта
Специальные конструкции гаек —
довольно сложны в изготовлении.
Применение более прочных и трудно
деформируемых материалов для винта
и гайки предопределило создание более технологичных
пластических замков с дополнительными деталями
(шайбами, прокладками, тонкостенными крышками).
Стопорная шайба с отгибными лапками
(из книги П.И Орлова “Азбука --
конструирования" 1941 г.). Одна
из лапок заведена в углубление корпуса,
а вторая лапка прилегает к грани гайки
и тем самым удерживает ее от вращения.
Зачеканка
обеспечивает
заполнение
шлица или
паза в головке
или стержне
винта
материалом
одной из
соединяемых
деталей.
Чеканку
целесообразно
использовать
при соединении
деталей из
материала.
Сдавливанием гайки
достигают заполнения
впадин
резьбы винта
материалом
витков резьбы
гайки в двух
диаметрально
противоположных
зонах.
Толщину стенки
гайки в месте
сдавливания
выполняют
более тонкой.
Стопорная шайба [Lucaire Victor
Laurent (Франция, 1986 г.)] имеет две лапки
прилегающие к граням гайки. От вращения
шайбу относительно болта удерживают
плоские грани ее отверстия, сопряженные
с лысками на стержне болта.
Участки
стенки чашечки
после затяжки винта
вдавливают в торцовые
пазы его
головки
Отгибную
лапку заг*одяг
паз гаики
- Лапку чашечки —
при сборке заводят
Стопорение винта отгибной чашечкой
(из книги Ю.М. Никитина ‘Конструирование
элементов деталей и узлов авиационных
двигателей",
1961 г.
Выступ
ЫАШИЫОТиД* НИ1 НАЖЫКЕ С ХЕМ РНСУНКО6 И ЧЕРТЕЖЕЙ
На ' чмк«*чмх из комлыот«р»*огх> банк.» А Ф АР»**'
Шлиц служит
для установки
в нем выступа
шайбы
и и© допус кает
©«• «рвЩ««НИЯ
относительно аала
194
КРЕПЕЖНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ Д1 ГАЛ1 И МАШИН
ПРИБОРОВ, АППАРАТОВ И СООРУЖЕНИЙ
СТОПОР! НИГ РЕЗЬБОВЫХ СО!
ИЛИ ПЛАСТИНОЙ
Стопорение шплинтом (из книги
•Азбука конструирования’. 194 1
ДИН! НИИ ШПЛИНТОМ
П.И. Орлона
ПРОВО
Присгмдинннив пробки г корпусу
проволочной петлей (и •. книти ЮМ Никитине
’Конструирование элементов деталей и узлов
двигателей’, 1961 г.)
1ИОННЫХ
При стопорении
проволокой ее
натяжение должно
способствовать
затяжке резьбового
соединения (сила
натяжения проволоки
препятствует
отвинчиванию гайки
или винта). Следует
не допускать
резких перегибов
и надрывов концов
проволоки.
Разводной шплинт
мягкой проволоки
(с отгибаемыми
концами)
Упругий штифт после его
установки сам принимает
фиксированное положение
в отверстии. \
Головка болта
с радиальными
отверстиями
Гайка
с отверстиями
для установки
шплинта
Групповое стопорение
болтов или гаек соединением
их гибкой проволокой
Соединение деталей
в поршневом
авиационном двигателе
•Даймлер-Бенц DB-605
(40-е гг. XX в.)
Рабочее колесо
центробежного
нагнетателя
Винт
с пазами
на торце
Шплинт
с отгибаемыми
концами
Стопорение пробки
пружинным шплинтом
Для отворачивания пробки
шплинт выводят из паза
и отводят в сторону.
Направление
затяжки
Натянутая ветвь проволоки
без скруток и перегибов
Стопорение резьбовых соединений с помощью специальной пластины, прикрепленной
к одной из деталей, стали применять еще во 2-й половине XIX в. (первые два примера)
и применяют до сих пор.
еМ-СДЛЛсь
Стопорная пластина
Стопорение отгибаемыми
(при завинчивании гаек) пластинами
37а
Стягивающий винт
с шестигранным
концом (для ключа)
Винты соединения
сгруппированы по два
и застопорены общей
пластиной.
Стопорение винтов
крепления лопасти
гребного винта к ступице
приводного вала
Пластинчатая
пружина
Каждая из пластин удерживается
в прорези другой пластины и
прикреплена к основанию парной гайкой.
Стопорное соединение в осевом компрессоре
турбореактивного двигателя РД-10
Стопорная пластина
Гайка с пазом
на торце для
установки пластины
Пружинное
стопорное кольцо
Стопорная пластина
прикреплена к лопасти
дополнительным
винтом.
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из компьютерного банка
А.Ф Крайнева 195
КРЕПЕЖНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН,
ПРИБОРОВ, АППАРАТОВ И СООРУЖЕНИЙ
РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ ПРИЖАТИЕМ
бптодаря увеличению сил трения)
Контргайку начали применять в XIX в. с целью обеспечения
резервирования соединения. Уже в конце XIX в. становится понятым
ее значение для фиксирования (“контрения') резьбового соединения.
Было установлено, что эту роль она может выполнять только
в незатянутых соединениях, иначе невозможно обеспечить
замкнутого силового разжатия витков
винта. Тем не менее ее
XI" (40-е гг. XX в.)
тт
Винт
с прорезями на конце
Разжимной
винт с
конической
резьбой
Гайка с прорезями и обжатием участка резьбы с помощью
конуса [Heal Ronald Ivor (Великобритания. 1987 г.)]
Различие конусностей
позволяет
сжать
короткий
участок
резьбы
гайки.
Сдвоенная гайка с упругой перемычкой в литературе
встречается с различными именами ее создателей,
например, кроме приведенной здесь известна такая же
“гайка Бутс” (по П.И. Орлову) в конце XIX в.
хинная шайба, установленная под гайкой в сжатом состоянии, в случае
пульсирующей осевой нагрузки (при вибрации) продолжает прижимать витки
гати к виткам винта и препятствует их относительному скольжению. А вот
знакопеременная нагрузка приводит к разрыву контакта и к самоотвинчиванию.
*'<-1 Сиемл.
i2-fl половина XIX в.) - первое
наиболее удачное решение.
Его применяют
до сих пор почти
без изменений
v«
Пружинные шайбы, штампованные из листа,
начали применять еще в 30-е гг. XX в.
(здесь приведены лишь отдельные примеры
из многообразия конструкций, применяемых
в авиационной промышленности).
Коническая шайба
Нагрузка
на винт
Зазор
выбирается
при затяжке.
Современные пружинные шайбы
STOCK SPRING имеют простую
(технологичную) форму.
1Q6 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРИ ж. и м
-----° и *• Н* прима^ из компьютерного банка АФ Крайнем
Направление
вращения
гайки
при
затяжке
соединения
ВИТКОВ РЕЗЬБЫ (предохранение от самое '«инчиГ);,ии^
Гайка с прорезями при
ее конусом плотно прижима^"
Резьбовое соединение
с разжимаемыми элементами винта
в авиационном двигателе Бристоль
“Геркулес
ее конусом плотно
к виткам вин,;
Конец XIX в.
Гайка
Дальва —
с конусным
затвором
(по П.И. Орлову)
— Шлицы
ДЛЯ
завинчивания
гайки
Гайка-
ролик
гасителя крутильных колебаний
Установка пружинной шайбы
в резьбовых соединениях
(из книги П.И. Орлова
“Азбука конструирования”,
1941 г.).
Шайба
Энкорлокс
Упругая
шайба в виде
оболочки \
Волнистая шайба
КРЕПЕЖНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН,
ПРИБОРОВ, АППАРАТОВ И СООРУЖЕНИЙ
н.млгп
мн
ШУРУПЫ. САМОНАРЕЗАЮЩИЕ ВИНТЫ И ГАЙКИ
с обычно имеет коническую заходную часть,
а его резьба выполнена клиновидной, поэтому она
легко внедряется в дерево и выдавливает в нем
канавки, одновременно вворачиваясь в них, как в гайку.
1 3GO
<4
часть
Самонарезающая гайка
при навинчивании х'-.
на гладкий
цилиндрический
стержень из достаточно
мягкого металла прорезает на нем винтовую
канавку. Полученное соединение по сравнению
с обычным более технологично, но обладает
невысокой несущей способностью.
cztvOH/fc-
(I889t).
Этот шуруп
вворачивали
в предварительно
. просверленное
отверстие.
Он имел
в основании
цилиндрическую
форму, и только
для окончательной
плотной затяжки
была выполнена
коническая часть.
Заходная
коническая
стержня
СТЯГИВАЮЩЕЕ КУЛАЧКОВО-ВИНТОВОЕ
СОЕДИНЕНИЕ Отверстие
для отвертки
Кулачок
Шуруп
1 Вворачивают
шуруп и вставляют
стягивающий кулачок.
2. Поворачивают
(отверткой) кулачок
и стягивают детали.
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И
Самонарезающий винт отличается от обычного шурупа
тем, что кроме вдавливаемых (обычно клиновидных)
витков резьбы он имеет еще и режущие элементы
для формообразования резьбы
в сопряженной детали.
Углубление на конце
винта превращает
витки резьбы
в настоящие
резцы, благодаря
чему такой винт
можно ввернуть
не только в дерево,
но и в мягкий
металл.
Самонарезающая
штампованная (из листа)
гайка (конец XX в.)
отличается
от обычной пружинной
гайки наличием режущих
кромок на отгибных
элементах.
Режущая
кромка
Отгибные элементы
кроме повторения
контура винтовой
линии еще и слегка
развернуты,чтобы
боковая кромка
каждого из них
выступала над
предыдущим
элементом и
участвовала
в снятии стружки
и образовании
канавки на стержне.
Современный
самонарезающий
винт фирмы
Attenloh,
Brinck & Со *
имеет тонкие
(но прочные)
витки резьбы,
благодаря чему
не требуется ,
нарезания
широкой |
винтовой
канавки. <
На заходной
части витки <
выполнены
с режущими 1
элементами.
Такой винт
можно
вворачивать без
предварительно
просверленного
отверстия.
Его применяют в соединении
деталей из любой древесины,
пластмасс, тонкого листового
металла и стальных профилей.
Упругий замок для односторонней
постановки гайки
и вворачивания винта
Гайку
Детали
в отверстие
простым
нажатием.
СОЕДИНЕНИЯ ТОНКОГО
ЛИСТА С МАССИВНОЙ
ДЕТАЛЬЮ
Тонкостенная
пластмассовая
деталь
В листе выштампованы
отверстия с конической
отбортовкой.
Самонарезающий
резьбовой вкладыш
[Cole Harry Francis
(Великобритания,
1987 г.)]
ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева
Насечка
для предотвращения
проворачивания гайки
Коническая
резьба
Резьба
для обычного
винта
Криволинейные переходные
участки на головке винта
и в отверстии (Schroder
Werner - Georg, 1986 г.)
для исключения ,
прорыва
листа
КРЕПЕЖНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН,
ПРИБОРОВ, АППАРАТОВ И СООРУЖЕНИЙ
РАСКЛИНИВАЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ И ПЛАСТИЧЕСКИ ДЕФОРМИРУЕМЫЕ ГАЙКИ
Конусная гайка
Винт
Цанга
Пласт ина
Разжимное
соединение в
глухом отверстии
(80-е гг. XX в.)
Соединения с пластически
деформируемой гайкой
Плотная установка или насечка
препятствует проворачиванию
гайки (особенно в начале затяжки)
Отвертка
Вращением винта
перемещают в осевом направлении невращающуюся гайку. Гайка
разжимает элементы цанги, которые вдавливаются в стенки отверстия
и закрепляют гайку вместе с цангой внутри массивной детали.
Вращению цанги
препятствуют
выступы на ней.
При осевом
нагружении
гайки винтом
тонкая перемычка
разрушается,
гайка втягивается
во втулку,
расклинивая ее,
и образует
плотное
соединение
со стенкой.
Вращению гайки препятствует шлицевое
соединение с цангой.
Конус на конце
Современные анкерные ВИНта разжимает
болты с гайкой цангу при ег0
осевом
перемещении.
Стенка
Гайга
Упор
Гайка
Втулка
Тонкая
перемычка
Винт
Разжимающий конус
40... 200 мм
50... 100 мм
6...20
Винт
Гайка
Насечка
и выступы для
предотвращения
проворачивания
цанги.
Гайка
8...12 мм
мм
Соединение винта с разжимным
стопорным вкладышем (Mechanical
Plastica Corp,США, 1986 г.)
Самонарезающий винт
Пластмассовый вкладыш (гайка
без резьбы) односторонней
(с винтом) постановки отлит
в виде единой детали.
Цанга
Выступы для предотвращения
проворачивания цанги
Гайка
Прокладка
Листовая
пружина
Листовая
пружина
Анкерное зажимное соединение
(Goldsmith Berthold; Futters Ltd, 1986 г.)
КРЕПЛЕНИЕ РЕЛЬСА
К ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ
ШПАЛЕ (60-е гг. XX в.)
Текстолитовая
— втулка
Сгонка
Закладн**
шайба
3. Затягивая
зажимают
сгемку между
Гайке с одним полками и
tn планками
1 Пластмассовый вкладыш односторонней
постановки с разжимными полками
в сложенном виде (полки сжаты
в направлении стрелок)
вставляют вместе
с винтом
в отверстие
стенки.
2. Вворачивая винт
в гайку, подтягивают
полки к стенке.
Рельс
Болт
Гайка /
Полки
Планки
1Q8 МАШИНОВЕ ДЕ МИ1 НА ЯЗЫКЕ ( XI М РИ< УНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ И . __
1:70 ___ 1 и На примерах и« компьютерного банки АФ Мми««е*»
КРЕПЕЖНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН,
ПРИБОРОВ, АППАРАТОВ И СООРУЖЕНИЙ
И КУЛАЧКОВЫЕ ЗАЖИМНЫЕ И СТЯГИВАЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Многоклиновое соединение
Клиновое неподвижное соединение применяли
еще 4000 лет назад в колесницах Месопотамии
(для ограничения перемещения колеса на цапфе
оси) Клиновой эффект использовали еще раньше,
как только появились ножи, топоры и копья. Клин
при осевом перемещении позволяет развивать
большие боковые (раздвигающие) силы. Сборку
соединения можно осуществлять быстро и легко.
Самопроизвольное разъединение деталей исключено
при условии самоторможения (угол клина меньше
угла трения).
Соединение тангенциальными
шпонками для передачи
вращающего
('елочный замок")
в газотурбинном двигателе
распространенное решение
начиная с середины XX в
центра вала,
чем обычная клиновая шпонка.
Соединение ступицы колеса с валом клиновой
шпонкой служит для передачи вращающего
момента. Оно было наиболее широко распространено
в XIX в. и в начале XX в. в тихоходных машинах.
Клиновую шпонку просто забивали
молотком в совмещенные
пазы ступицы и вала.
Она позволяла получать
соединение с натягом,
но обычно нарушала
относительное
центрирование и
уравновешенность
деталей.
соединения
Разведенные концы
Конический штифт
— кроме создания
плотного
соединения
может обеспечить
и относительное
' центрирование деталей
(при незначительной
несоосности отверстий).
___ Реакции
сопряженных
деталей намного
больше осевой
силы.
Воспринимаемые поперечные
Клиновое соединение в цепном скребковом
конвейере фирмы Louise Fdrdertechnik
Стальные детали: хомут и клин оцинкованы.
поверхности хомута
обеспечивает точечный
контакт деталей.
Хомут получен
гибкой из ленты.
Он обладает
достаточной
упругостью
для обеспечения
плотного
(не раскрываемого)
соединения.
Крышка
При сборке
клин забивают
молотком,
а при разборке
его выбивают
ударами
молотка
по другому
торцу.
Соединение коническим штифтом -
разновидность клинового
Центробежная сила
h>h> /?-,
Зазоры делают
Эпюра
давления
р в местах
контакта
различными для более
равномерного нагружения
зубцов (от действия
центробежной силы).
Конусная
втулка с
проушинами
Примеры соединения
гибких канатов
и жестких деталей
Оплетка
из проволоки
Зажимное
устройство
для замыкания
петли каната
Прижимная
скоба
Расплетенный
конец каната залит
расплавленным
металлом
(XIX в.)
силы
Стальной клиновидный \
здесь служит
для получения
определенной
формы петли
каната и
распределенного
контакта с крюком.
Шарнирное крепление
гибкой ленты (или струны)
в теле жесткой детали
Лента
Клин
при натяжении
ленты прижимает
ее к сегментам.
в
образую!
При натяжении каната
клин зажимает его
в клиновидном
отверстии
барабана.
Сегменты,
установленные
цилиндрическом отверстии,
поворотную часть шарнира.
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫК! СХЕМ, РИСУНКОВ И
ЧЕРТЕЖЕЙ
На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева 199
КРЕПЕЖНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
ПРИБОРОВ, АППАРАТОВ И СООРУЖЕНИИ
НЕПОДВИЖНЫЕ ФРИКЦИОННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ЗАКРЕПЛЕНИЕ
ДЕТАЛЕЙ НА ВАЛУ
СОЕДИНЕНИЯ С НЕРЕГУЛИРУЕМЫМ НАТЯГОМ
Соотношения размеров и элементы формы, обусловленные
минимально возможной концентрацией напряжений
Локомотивное
колесо
Соединение, встроенное
в гайку и предназначение*
для ограничения момента
затяжки
Уменьшение жесткости
по краям охватывающей детали
d и I - диаметр и длина посадочной поверхности
¥
Обжатие
Плавное сопряжение
поверхностей
5
Пластический
замок
Бандаж
Натяг
1...1.4 мм
Рассредоточенный
контакт кромок
Увеличение жесткости
вала в месте посадки
охватывающей детали
Форма ступицы при установке
на конце вала и в середине
г
i
5
5
Сопряжение конических
поверхностей
, Стопорная
шайба
СОЕДИНЕНИЯ С РЕГУЛИРУЕМЫМ НАТЯГОМ
Соединения деталей с промежуточными
(разжимающими) конусными кольцами
Головка
А|
♦А
Гайка'
Перемычка
А-А Лепесток
Втулка,Z _
запрессованная
в головку, при
завинчивании
передает
момент за счет
сцепления
ее лепестков
с внутренней
втулкой. —-—
При отвинчивании
лепестки упираются
в перемычки.
Скрепленные между собой детали
А
Гайка
Упорный диск
Вал
12... 14
Конусная
пружинная
втулка
Стягивающий
винт
Ступица
Нажимная деталь
Конусные
пружинные
(разрезные)
кольца д_д
Стягивающий
Гайка
Конусные
пружинные
втулки
Стягиваемые
разжимные
кольца
Втулка,------
неподвижно
соединяющая
концы
соосных валов
Клеммовое соединение
не обеспечивает
равномерное прижатие
поверхностей.
Конусные
пружинные
кольца
Установка на валу
подшипника с коническим
отверстием
Внутреннее
кольцо
подшипника
Конусная
пружинная।
втулка
Упорное
кольцо
Соединение с использованием
эффекта запоминания формы
памятью формы
Деталь “с
устанавливают при низкой
температуре (в жидком
азоте). При нормальной
температуре она
сжимает втулку
Вал
Кольца,
фиксирующие
полученный
натяг
Вал
Конусность
обеспечивает
самоторможение колец
200 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ
РИСУНКОВ И ЧЕРТТжгм и
Пл примерах из компьютерного банка А Ф Краинеим
КРЕПЕЖНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН,
ПРИБОРОВ, АППАРАТОВ И СООРУЖЕНИЙ
'ИМА1П
ФРИКЦИОННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ С РЕГУЛИРУЕМОЙ (РЕГЛАМЕНТИРОВАННОЙ) СИЛОЙ ПРИЖАТИЯ
Многослойные валки фирмы KAFIX для станов горячей лрокагки (90-е гг. XX в.), содержащие
систему регламентированного зажатия и быстрой смены износостойких рабочих валков
Несущий двухопорный Гидравлическое нажимное устройство
стальной вал с азотированной с кольцевым поршнем для обеспечения
поверхностью - регламентированного зажатия рабочих
валков
Разрезное
конусное
кольцо
с замком
Сменные рабочие валки
(кольца) из износостойкого материала
Сменный
рабочий валок
(кольцо)из
износостойкого
материала
Гайка для
предварительного
зажатия
Г идравлическое
нажимное
устройство
с кольцевым
поршнем
[е;
Клиновое зажимное устройство-----
поддерживает заданное
гидравлической системой зажатие
валков. Самопроизвольное
проворачивание колец исключено
благодаря малому углу клина
(обеспечивающему самоторможение).
Направления
относительного
поворота клиновых колец:
F - зажатие, закрепление
сменных валков;
L- разжатие,освобождение
зажатия сменных валков
С помощью гидравлического нажимного устройства обеспечивают
зажатие рабочих валков с регламентированной силой благодаря
точно заданному давлению жидкости в системе. После этого
поворачивают клиновые кольца,обеспечивая их плотное сопряжение
между собой и торцами соседних деталей. Данный способ
аналогичен приведенному на стр. решению обеспечения точности
затяжки резьбового соединения.
Здесь используют его и при разборке устройства (для смены
рабочих валков). Дополнительно сжимают валки гидравлическим
нажимным устройством и свободно поворачивают кольца.
Затем уменьшают давление в системе и легко отворачивают гайку.
Несущий
консольный
стальной вал
с азотированной
поверхностью
Коническая поверхность
вала с высоким
коэффициентом трения
Клиновое
зажимное
устройство
Гайка для
предварительного
зажатия
Соединение вала и конусной втулки, сжимаемой осевым
перемещением гильзы гидравлического цилиндра (здесь и далее
приведены примеры конструкций фирмы Voith Turbo GmbH & Со)
Соединение вала и
гидравлического цилиндра
полой ГИЛЬЗЫ
Перемещение поршня для зажатия вала
Штуцер для подведение
смазочного материала
в место соприкосновения
поверхностей
Гильза с внутренней
конической поверхностью
Вал
Штуцер для подсоединения
рабочей полости
гидроцилиндра к насосу
Гайка - упорная
стенка гидроцилиндра
Подача
жидкости
от насоса
Кольцевой конусный
поршень
Заполнение
полости жидкостью
Перемещением поршня
вдоль гильзы деформируют
ее более тонкую внутреннюю
стенку, зажимая при этом
вал. При движении поршня
в обратном направлении
можно ослабить зажатие.
Конусная полая гильза
Вгулка
с внешней
•этнической
'‘'•'ВНр/иоСТЫО
При подаче жидкости под давлением в полость
гидроцилиндра гильза перемещается вдоль втулки
(влево) и сжимает ее благодаря их клиновому
взаимодействию. Соответственно втулка образует
с валом неподвижное фрикционное соединение
<; заданным нагрузочным моментом Самопроизвольная
разборка исключена благодаря малой конусности,
обеспечивающей эффект самоторможения
Подача
жидкости
от насоса
Вал
Перемещение
поршня при разборке
соединения
Заполнение полости жидкостью (С^.
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А Ф Крайнева 201
КРЕПЁЖНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН,
ПРИБОРОВ. АППАРАТОВ И СООРУЖЕНИИ
Соединения
Варили гы злкропления дисковых нотой на валу
Конусный
колы твой
поршень
Полость,
заполняемая
жидкостью для
возвратного
перемещения поршня (при разборке)
Сюда"———
подключают
шланги от насоса
Пробка,
запирающая
полость кольцевого
г идооци линдол
Соединения
с радиальным
натя! ом.
образуемое
осевым
перемощением
конусного
поршня
Гайка для
предварительного
зажатия ножей
Ступица с
внутренней
конической
поверхностно
Кольцовой
гидроцилиндр
Торцовое
зажатие
с помощью
гидроцилинда
Дисковые -
ножи
Полость,
заполняемая
жидкостью
для осевого
перемещения
поршня
(при сборке)
При радиальном
зажатии
(после торцового
зажатия)
создается натяг
в резьбовом
соединении.
препятствующий
самоотвинчиванию
гайки
Ступица
с внутренней
кольцевой
(распирающей)
полостью
Пластина.
прикрепленная
к торцу вала
с радиальным
натягом,
образуемое
распиранием
кольцевой
1 идравлической
полости
Кольцевая
(распирающая)
полость
Торцовое
зажатие
. с помощью
гайки
Шип вала
Предохранительное соединение сцепная замкнутая фрикционная муфта
(для ограничения вращающего момента) Звездочка цепной передачи проворачивается
относительно вала, если вращающий момент
превысит допустимое значение
Защитная крышка предотвращает
разбрызгивание жидкости при срезании
головки предохранительной
заглушки.
Срезающий элемент
прикреплен к колесу.
Кольцевая
(распирающая)
полость
Кольца уплотнений
заглушки
При срезании головки
предохранительной
заглушки жидкость
свободно вытекает
из кольцевой полости
и прижатие поверхностей
втулки и колеса
ослабевает и сопряженные
звенья начинают
проворачиваться.
Чтобы возобновить работу
муфты нужно установить
новую заглушку
(не заворачивая ее до конца),
подключить насос и заполнить
полость жидкостью
под заданным давлением
и перекрыть канал, закрутив
заглушку до упора.
Подшипники качения воспринимают радиальную
силу (разгружают от нее фрикционное соединение
при образовании в нем зазора, благодаря чему
обеспечивается центрирование и свободное
относительное проворачивание звеньев при
срабатывании муфты (срезании головки заглушки)
Манжетное уплотнение
Полая стальная втулка расширяется за счет подачи
жидкости (масла) под давлением (до 1000 бар)
в распирающую полость В результате создается
фрикционное соединение втулки с колесом
Неподвижное (шпоночое) соединение втулки
с валом
Кольцевая распирающая
полость
Наконечник
для подключения
шланга
от насоса
Заглушка имеет внутри себя глухой
канал со срезаемым
элементом
2Q2 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева
КРЕПЕЖНЫЕ COI ДИНЕНИЯ Д1 ТАЛЕЙ МАШИН.
ПРИБОРОВ, АППАРАТОВ И СООРУЖЕНИЙ
датчик (индикатор) давления и i идравличс.
си,пеме фрикционного соединения
Поршень удерживается на цилиндре за счет и
Поршень удерживается
При падении давления и силы прижатия сопряжепн-
внутри цилиндра
поверхностей поршень под действием пру ».ин:
пружиной
выдвигается наружу
Неподвижный цилиндр
с кольцевой полостью,
соединенной с основной
гидравлической
полостью. При рабочем
давлении цилиндр
разжимается внутри
поршня и удерживает
его. Падение давления
приводит к уменьшению
сцепления цилиндра
с поршнем.
При наличии
утечек и
повышении
давления
в перекрытом
канале поршень
выталкивается
протекаемой
жидкостью.
Цилиндр
неподвижно
установлен во
втулке.
Стальная втулка,охватывающая вал
Кольцевая (распирающая) полость
Пружина Пробке.
запирающая
Перекрытый (выпускной) канал
Предохранительное соединение сцепная замкнутая фрикционная муфта
(для ограничения вращающего момента) с автономным (встроенным внутрь вала) насосом
Обойма с внутренней конической поверхностью предназначена для создание
начального натяга между шипом одного вала и втулкой другого вала.
Она удерживается на втулке благодаря самоторможению.
Аксиально-поршневой насос
подает жидкость (масло) под
давлением во фрикционное
Сливной канал
Втулка, неподвижно
соединение, как только валы
начинают проворачиваться
(один относительно другого).
Наличие дополнительного
смазочного материала
приводит к быстрому
и точному (по величине
момента) разъединению
валов. При колебаниях
нагрузки система
практически непрерывно
ограничивает передаваемый
момент с высокой точностью.
Выходной вал
Шип входного
Неподвижное соединение
вала
присоединенная к выходному валу
втулки с выходным валом
Вариант предохранительного фрикционного соединения со встроенным радиально-поршневым насосом
и в компоновке с кардановым соединением
Обойма с внутренней конической поверхностью
Кардановое
соединение
Радиально поршневой насос
Втулка из антифрикционного
материала
Действие данного устройства
аналогично представленному
выше Но здесь достигается
более высокая точность
(по величине момента)
разъединения валов
благодаря использованию
в соединении специального
подшипника скольжения
Втулка с внешней
конической поверхностью
неподвижно присоединена
к вилке карданового
соединения
МАШИНОВ1 Д1 НИ» НА ЯЗЫКЕ СХЕМ. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из компьютерного банка АФ Крайнем
КРЕПЕЖНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН,
ПРИБОРОВ, АППАРАТОВ И СООРУЖЕНИИ
RMAIII
* РАН
БЫСТРОРАЗЪЕМНЫЕ/БЫСТРОСОБИРАЕМЫЕ СТЯГИВАЮЩИЕ
И ФИКСИРУЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ. ЗАПИРАЕМЫЕ ШАРНИРЫ
Кулачковое стягивающее соединение в шпинделе станка
Перед стягиванием
Окончание стягивания
Конические
центрирующие
пояски
Стягивающий стержень
с резьбовой заделкой
(в одном из фланцев)
и выемкой(для
взаимодействия
с кулачком)
Запираемый стопорящийся шарнир
Кулачок при повороте
до упора прижимает
боковые проушины^
к торцам г
центральной
проушины. Кулачок
Ось шарнира
Упругие
боковые
Мелкие торцовые шлицы обеспечивают
относительное стопорение деталей соединения
Стержень
с Центральной
проушиной
Простейший поворотный
кулачок - цилиндр с плоским срезом
Кулачковое клеммовое 1
соединение в велосипеде Trek 1
(США, 90-е гт. XX в.) Винтовая тяга
Нажимная
шайба
Гайка --------------
для предварительного
завинчивания
Рычажок
Поворотный
кулачок(эксцентрик)
с рычажком
"• Гайка
Трубчатая
деталь
Тяга с винтовой
резьбой
и отверстием
для кулачка
Поворотный
кулачок
с рычажком
(для ручного
нажатия)
Кулачковое зажимное
(в осевом направлении)
соединение в велосипеде
Хомут
Запираемые (с фиксацией положения
за счет трения) шарниры в общей
незамкнутой кинематической цепи
(на примере современного измерительного
многоподвижного приспособления
фирмы Nikken)
Стягиваемый
пакет деталей
Наиболее раннее стягивающее рычажное соединение,
используемое, например, для плотного закрытия емкостей
или для быстрого подключения к водопроводной системе,
известно, по крайней мере, с начала XX в.
е - смещение
звеньев для
запирания
соединения
Толкатель,
запирающий
верхний
шарнир
Маховичок
при вращении
стягивает
кулачки, которые
прижимают
ролики к торцовым
поверхностям.
Кулачок
Рычаг в
начальном '
положении
Крючок ч
Петля
V
>Ролики, прижатые
к торцовым
поверхностям
звеньев шарнира,
фиксируют (за счет трения)
относительное положение
звеньев. Радиальное
перемещение роликов
передается через толкатели
другим шарнирам аналогичной конструкции
(но без маховичка) и приводит к их запиранию.
Толкатель,
запирающий
нижний шарнир
Реакция притягиваемого звена
Рычаг
в начальном
положении
Для гарантированного запирания кулачкового или рычажного стягивающего
соединения нужно повернуть рычаг до упора в положение, находящееся
за пределами ‘мертвой точки" (неустойчивого положения), в которой
действующие силы (или три точки контакта звеньев) располагаются на одной
прямой. Дополнительный поворот (до упора) приводит к ослаблению
сжатия пакета деталей. В связи с этим сжимаемые детали (или стягивающая
система) должны быть достаточно упругими.
Наконечник
вала вводят
в отверстие
муфты.
Рычаг
в запертом
положении
Шарнирное соединение
Труба 1
Упругое уплотнение Труба 2
204 МАШИНТЛЕДЕ НИ» НА ЯЗЫК Г РИСУНКОВ И ЧЕРТ» ж» и
ммшммм—, Нн примера» из компьютерно* о банка АФ Крайнее*
Быстроразъемное соединение валов (для подключения
механизированного инструмента к приводу)
При перемещении втулки
шарики утапливаются.
в гнездах вала.
КРЕПЕЖНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
ПРИБОРОВ, АППАРАТОВ И СООРУЖЕНИЙ
Стенка
Кронштейн
Bissell (США, 90-е гг. XX в.)
Упругий осевой замок
Гибкое зубчатое колесо
Буртик
Цанга
канавка
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ
U-образная опора
круглого цилиндра
Болтовое —
соединение
Конусное
кольцо
Завершение
сборки
Пластинчатая пружина
фиксатора
Стальная
С-образная
пружина
Moulinex (Франция, 80-е гг. XX в.)
При осевом перемещении деталей
и нажатии (пальцами руки) на лепестки
вводят их выступы /
в канавку. </
ИЛЛДШ
РАЯ
Примеры пластмассовых деталей
для крепления электропроводов
или шлангов к стенкам кузова
современных автомобилей
Выступы на упругих
лапках цанги \
заводят в канавку
детали.
Лепесток
с выступом
отлит
как одно
целое
с телом
трубы.
Отгибаемые'------------
(при введении кабеля
или шланга в зев зажима)
упругие лепестки
Дугообразную
пружинную крышку
вставляют в пазы
опоры нажатием
на нее сверху вниз
Штифт фиксатора
приклепан
к пружине \
Кронштейн,
выполненный
в виде одной
детали
с пружинной
вилкой
Осевая фиксация
детали шаровой муфты
на шлицевом валу
с помощью упругой
пластмассовой цанги
Осевое стопорение
конусного стального
кольца (с твердой
рабочей поверхностью)
в стальном гибком
зубчатом колесе
волновой передачи
(70-е гг. XX в.)
Пружинное
дугообразное основание
при закреплении
болтом
распрямляется
и обеспечивает
необходимый
осевой натяг к
в резьбе '
болта.
Г ибкая
перемычка
Пружинная W-образная
зажимная вилка (зажим "Лира”)
используется, например,
в подвесках кабелей (вдоль стен
тоннелей, вагонов, самолетов).
Закладываемая
fцилиндрическая
\ деталь
J и Штампованная
из стальной
ленты вилка
При осевом перемещении деталей штифт
проваливается в отверстие стенки трубы
и обеспечивает осевую фиксацию.
Элементы vW \ Г/
наконечника '•‘s
после введения в отверстие
стенки раздвигаются
и образуют упругое
присоединение /
хомута к стенке. I
Элементы
пружинного замка
в виде .
защелки _
Omega (Германия
80-е гг. XX в.)
Хомут,
замыкаемый
в месте его
крепления
к стенке
Кольцевая канавка Выступ
При осевом перемещении конусного
кольца его буртик продавливают
через высгупв канавку гибкого колеса
в результате образуется
упругий замок. ,1
Варианты быстроразъемных
соединений пластмассовых деталей
воздухопроводов для пылесосов
РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. Н» прим.рах «3 кзмпыот^но. о АФ Край 205
Использование этих
соединений в воздухопроводах ,
при небольшом давлении
предопределило отсутствие
специальных уплотнений
и невысокую точность элементов
ФИКСИРОВАНИЕ ИЛИ СТОПОРЕНИЕ С ПОМОЩЬЮ
УПРУГИХ ВИЛОК И ХОМУТОВ, ПОДПРУЖИНЕННЫХ
ЗАЩЕЛОК, КОЛЬЦЕВЫХ И ДУГОВЫХ ВЫСТУПОВ.
Современное исполнение W-образной вилки,
изготавливаемой фирмой Lesjbfors
Stockholms Fjader АВ
из стальной ленты
Отверстие для болта
\ /или заклепки
_ Кольцевой
буртик устанавливают
в канавке вала
КРЕПЕЖНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН,
ПРИБОРОВ, АППАРАТОВ И СООРУЖЕНИЙ
СТОПОРЕНИЕ СОЕДИНЕНИИ С ПОМОЩЬЮ
Шарнирное соединение
лопатки и ротора компрессора УПРУГИХ СКОБ,
газотурбинного двигателя (60-е гг. XX в.) КОЛЕЦ. ШАЙБ
Лопатка
Ось
Ротор
Вал
Упорная
шайба
Упругая
стопорная скоба
(плоская
с выступом)
до установки
Упругие стопорные
проволочные скобы
Пружинная стопорная
шайба “свободного хода”
УпРугая
стопорная
проволочная скоба
Шланг
Штуцер
Угловое поворотное
соединение труб
Патрубок
Ниппель
=— Выступ
дополнительно
предохраняет
скобу
от выпадания.
Уплотнительные
кольца
Лунка для удобства утапливания
или выдергивания стопорной скобы
Быс1 роразъемные
стопорные
(упорные в осевом
направлении)
соединения
используют
для ограничения
продольных
перемещений деталей
на валах или осях.
Кромки упругих лепестков при направлении
силы F влево отгибаются
и не препятствуют
движению,а при
направлении
силы вправо
врезаются
в гладкий вал
и стопорят
на нем шайбу.
Стопорное соединение труб с помощью скобы
с саморазводящимися усиками (крючками)
Уплотнение
в
Упругая стопорная плоская скоба
процессе установки после установки
Упругая стопорная плоская скоба
с трехточечным контактом
Скобу
устанавливают в канавку вала
или оси радиальным нажатием.
Кнопка
Г нездо
Соединяемые
полотна
Пружинные стопорные кольца
для установки на наружных
поверхностях (валов или осей)
Концы пружинного кольца разводят
(или сдвигают) и вставляют
кольцо в канавку.
Углубления или отверстия
для использования губцевого инструмента
Варианты упругого кнопочного
(фиксирующего) соединения
Перед сборкой
___ Детали
—- головки
и гнезда получены
листовой
штамповкой.
Головка с окружным
___ выступом_____
При сборке
соединения продавливают
головку через упругое кольцо
или упругую скобу.
с о б р а н
ном со
Упругое
кольцо
Упругая
скоба
Кнопка
Шейка
Проволочная
U-образная
упругая скоба
с т о я н и
Упругое кольцо
или упругая
скоба, сжимаясь
вокруг шейки,
образует
фиксирующий
замок,
обеспечивающий
восприятие
небольшой
осевой силы.
Пружинное стопорное
кольцо для установки
в отверстиях (корпусов,
колес или втулок)
Отверстия
для инструмента
Пружинная стопорная
упорная шайба,
изготавливаемая
фирмой Lesjofors
Stockholms
Fjader АВ
из стальной ленты
206 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ и ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банке А.Ф. Крайнева __
КРЕПЕЖНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН,
ПРИБОРОВ, АППАРАТОВ И СООРУЖЕНИЙ
булавочным замком
Пружина
Вал
Прямой
рабочий
участок
Начало
установки
шплинта
СТОПОРЕНИЕ СОЕДИНЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ ПОДПРУЖИНЕННЫХ
ШПЛИНТОВ, ВЫСТУПОВ, ПРОВОЛОЧНЫХ КОЛЕЦ
Рабочее
положение
Рабочая
часть
в виде
штифта
Упругие шплинты отличаются от пластически деформируемых
шплинтов (из мягкой проволоки) характеристикой материала
(специальной пружинной стали). Их рабочая часть выполнена
недеформируемой и обладает высокой нагрузочной способностью
при срезе, почти такой же, как штифт, но по сравнению
со штифтом она не может обеспечивать точное положение деталей
соединения, так как в отверстии для ее установки обычно
предусматривают зазор. Шплинт имеет еще и отгибаемую
в процессе сборки часть, которая надежно предохраняет его
от выпадания из отверстия в условиях эксплуатации. Кроме того,
она допускает многоразовую быструю сборку/разборку. Здесь
представлены примеры упругих шплинтов, производимых фирмой
Lesjofors Stockholms Fjader АВ, и другие ранее известные решения
Пружинный
стопор «
Концы _________
пружинного
стопора
соединены
с телом штифта
шарнирно в двух
местах.
' Отводимый (при сборке)
пружинный виток выполнен
из одного куска проволоки,что
и. рабочая часть. Такой штифт
можно установить только
а конце вала (оси или трубы).
у В этом месте
на валу обычно
устанавливают деталь
или пакет деталей,которые
нужно застопорить в
продольном направлении.
Зажатие
благодаря
силам упругости
Варианты упругих шплинтов,
полученных гибкой из куска
проволоки
Шплинт в виде
пружины кручения
с замком
Само по себе соединение
шплинта с валом
стопорное - его
самопроизвольная
разборка исключена.
Замыкающие шплинты с отводимым (при сборке)
пружинным стопором Стопор в виде витка пружины
При той же схеме, что и на рис.
/справа, этот шплинт обладает
более высокой нагрузочной
/1 / способностью и может обеспечить
более точное положение деталей.
----------- Пружинный стопор,
отводимый при сборке
в поперечном направлении,
позволяет устанавливать шплинт
в любой части вала (по длине).
При этом один типоразмер
шплинта предназначен
для широкого диапазона
____ диаметров вала.
Булавочный
замок”
Упругий выступ
Прямой участок (рабочая часть)
шплинта устанавливают
в отверстие вала. От выпадания
шплинт удерживается упругим
выступом или
Упругое соединение
деталей, штампованных из листа
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А.Ф. Крайнева 207
И,МАШ
V РАН
-SoV-aS" «орании
ПЛАСТИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ И ЗАМКИ
Закрепление деталей (в большом количестве)
пластическим деформированием применяют
сравнительно давно. Так при сборке паровой
турбины Чарльза Парсонса (в 1885 г.)
от 20 до 60 тыс. лопаток вставляли в пазы
и закрепляли зачеканиванием предварительно
установленных прокладок из мягкого металла
амки стопоряшие крышку в осевом
пластические з е (в автоматической коробке
хх,)
Пластический замок для стопорения
деталей в соединении типа 'ласточкин
хвост’ (в компрессоре газотурбинного
двигателя
60-х гг. XX в.)
— Выдавливая канавку
(качением конического
ролика или
поступательным
движением пуансона),
образуют кольцевой
выступ, плотно
прилегающий
к внешней кромке
крышки
B«CTyn
заполниещИи
^диальныи
паз 8 крышКе
предназначен
Для
тающего
момеита
Корпус
Лопатка
Крышка - подпятник
из цветного сплава
Вкладыш
пластина
из мягкого
металла
Загнутый конец
вкладыша удерживает
лопатку от осевого
перемещения.
Пластический замок для стопорения
деталей в ‘елочном" соединении
(в турбине газотурбинного двигателя
60-х гг. XX в.)
Положение деталей
в процессе сборки
Установка и закрепление
шарикоподшипника в шкиве
(штампованном из листа)
Упорный
выступ
Лопатка
Окончание
сборки
сборки
Вкладыш выполнен из ленты.
Выступ в средней части-----
закладывают в паз лопатки.
Осевым перемещением
соединяют лопатку с ротором,
а затем загибают конец
вкладыша,образуя при этом
осевой пластический замок.
Вал
Соединяемые листы
Пластические соединения,
получаемые совместным
деформированием заклепки
и соединяемых листов
(современные решения)
Подшипник
Пластический
замок в теле
листа
\ и заклепки
Анкерная заклепка
установлена в глухом
отверстии (без сквозной
пробивки листов).
Пуансон имеет острые
и скругленные кромки.
Закрепление
радиально-упорного
подшипника на валу
Разрезное упорное кольцо
устанавливают в канавку.
Пластическое соединение
частичной пробивкой
и дефорированием
элементов листов
Обойму из мягкого металла
вдавливают в кольцевую
канавку так, что она
зажимает упорное кольцо
и закрепляет его на валу
Положение
деталей
в начале
сборки
\
Вкладыш Загибание
конца вкладыша
Шкив
Подшипник
Отогнутые
лепестки
не препятствуют
перемещению
подшипника
внутрь шкива
► tX
Распрямленные
лепестки
образуют
пластический
замок
Пластическое соединение
сплошных листов (без пробивки
сквозных отверстий)
Пуансон
I '*] Соединяемые
1 * ,il двухстор»*"
совместным
продавлю*-"
. созда10
| пластический 3aM0K
листы
208 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ
Продавленные элементы
подвергают осадке и
создают тем самым
пластический замок. Матрица-'
и ЧЕРТРЖРй На -------------?
. из компьютерного банка А.Ф Крайне83
КРЕПЕЖНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ДЕ ГАЛЕЙ МАШИН,
ПРИБОРОВ, АППАРАТОВ И СООРУЖЕНИЙ
>'.1 лва л ы(пластическое
деформирование) тонкост«тиной
п>>бкн доя соединения Виккерс.»
(из книги ПИ. Орлова "Азбука
конструирования", 1941 г.)
Инструмент
Обкатывание
Силы
давления
Здесь
использованы
резьбовые
детали
соединения
Виккерса.
Благодаря пластическому
деформированию между
трубкой и втулкой образуется
плотное (герметичное) соединение.
ДНИ! НИЯ И УПЛОТН1 НИЯ
Витой металлический шланг |рукан) (из книти II И Орлова
"Основы конструирования", 1977 т )
Здесь приведены отдельные операции
процесса загибания краев сопрягаемых
лент и образования винтового
фальцованного соединения.
Лента 1 Уплотнительная
Лента 2 прокладка
Сила
нажатия
ФАЛЬЦОНАНН
Пластическое
соединении
Крепление маслопровода
в полом валу
Второй вариант винтового фальцованного соединения
проще в исполнении, но при этом
шланг получается менее гибким
Пластические соединения тонкостенных деталей,
получаемые продавливанием или гибкой (обкатыванием,
отбортовкой, загибанием краев) Днище сосуда
Фальцованное в виде стакана
соединение
Оплетка
выступ
Пластическое соединение шланга со штуцером
Тонкостенную втулку обжимают и зачеканивают
в кольцевую канавку
на штуцере.
Шланг
Продавливанием
стенок трубок
(обкатыванием
коническим
роликом)
образуют
плотное
(герметичное)
соединение
Кольцевой
выступ
(для осевого
упора) днища
получен
продавливанием.
Боковая стенка
Коническое кольцо (из металла)
деформируется и врезается в стенки
закрытого затвора
при стягивании
деталей
соединения.
СОЕДИНЕНИЯ
И
УПЛОТНЕНИЯ
Скобочн
соединв!
ВРЕЗАЕМЫЕ
Гайка
Гайка 1
Закрытый
затвор
развальцовывается
в процессе
стягивания
деталей
Трубопроводы
Зажимное кольцо
с врезаемыми
кромками
Штуцер Гайка
Конусная втулка
Пластмассовое кольцо гайки
после вворачивания
в него винта образует
плотное соединение,
препятствующее
самоотвинчиванию.
Скоба
те чр
ия
Соединяемые листы
Скоба с загибаемыми
концами штырей
Многоштыревая
скоба
Кольца с врезаемыми
кромками фиксируют
положение труб
при стягивании деталей.
Стальная
труба
Упорное
кольцо
Упругое
уплотнительное
кольцо
Упорное
кольцо
Гайка 2
Пластмассовая
труба
Упругое
уплотни-
тельное
кольцо
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ На примера^из^компьютерного банка А.Ф Крайнева 209
КРЕПЕЖНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
ПРИБОРОВ, АППАРАТОВ И СООРУЖЕНИИ
СОЕДИНЕНИЯ 1РУБ И ОБЕЧАЕК
Телескопическое
Стыковые соединения труб
(из книги Julius Weisbach. Lehrbuch der Jngenieur-
und Maschinen-Mechanik. Braunschweig, 1857)
Фланцевое соединение
металлических труб
соединение
металлических труб
Соединения деревянных труб
Металлический обруч -
прообраз современных
стягивающих хомутов
и уплотнения соединений.
Центрирующее и
уплотняющее коническое соединение
Армирующее врезное
кольцо из металла
применяют и в наши
дни для центрирования
Стягивающий
Уплотнительное
Замыкающ^
КОЛЬЦО
Уплотнительная
набивка х,
Соединения для
(по стандартам, установленным Обществом
германских инженеров в 1900 г.)
паропроводов высокого давления
Фланцевыя соединежя для трубъ д(аметромъ въ свЪту 175 mm
В первых двух примерах трубы
и фланцы выполнены стальными.
Заклепочные соединения жаровых труб, подверженных
внешнему давлению
(из книги А.П. Гавриленко
“Паровые котлы” 1900 г.)
Между торцами
устанавливают
прокладку из
мягкого
металла
Заклепочное
соединение
Стальные
зажимные
кольца
Фланцы
в виде
отдельных колец
Кольцо таврового
сечения увеличивает
радиальную жесткость
стенок труб или обечаек.
Медная труба
с зажимаемой
стенкой
Бронзовая труба
соединение
предложено
Адамсоном ’
Кольцевой замок исключает выдавливание
уплотнительного металлического шнура
из стыка труб.
Фланцы позволяют увеличить
радиальную жесткость
и расположить заклепки вне
зоны действия горячих газов.
При этом допускаются
небольшие продольные тепловые
перемещения
труб.
Соединение камеры сгорания
с патрубком компрессора
(компенсирующее перекосы)*
Стягивающий
болт
Упругая
кольцевая
вставка
Ферберна
компенсирует продольные
тепловые перемещения труб.*
Резьбовое присоединение
фланцев к трубам (из книги
А.П. Гавриленко “Механическая
технолопя металловъ" 1903 г.)
Стальной
сферический
вкладыш
Свинцовое
уплотнение
между
фланцами
Стягивающий
болт
Соединения и уплотнения
(из книги Ю.М. Никитина
“Конструирование элементов
деталей и узлов авиационных
двигателей’ 1961 г.) фланцы
из мягкого
/4 сплава
Межторцовые упругие (самораспорные)
стальные уплотнения
U-образное
кольцо
Трубчатое
кольцо
Г оловка
цилиндров
Г ильза
цилиндра
Уплотнительное
кольцо
Эластомерное
уплотнение
Стальное
армирующее
кольцо
Упругое Тарельчатая
г офрированное (распирающая)
кольцо пружина
Корпус
клапана Штуцер
Соединения с уплотнением
по торцу кольцевым “ножом
Стальное закладное
кольцо
* Компенсационные соединен»»*
труб представлены на стр 26.
•* Известны также соединены
с кромками, врезающимися
непосредственно в трубу (С’Р
210 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах М хомпмотериого банк» А.Ф. Крайнее.
КРЕПЕЖНЬК СОГДИН1 НИМ Д( ТАЛЕЙ МАШИН
ПРИБОРОВ, ДИНАРА ОВ И СООРУЖЕНИЙ
СОЕДИНЕНИЯ 1РУЬ 1ШАС.1ИЧ! (> ИМ
Соединения труб в паровом
водотрубном кот по
Рута (70-е 11
XIX в.)
Д( ФОРМИН 1Д И М
Отверстия *<»).11> hi.'и >
ВЫПОЛНЯТЬ < II. । i/,| 1(. j
конусностью,
или ролики
должны быть
коническими
Конец трубы расширяют
последующей чеканкой.
Трубки попарно закреплены
раскаткой в чугунных коробках.
Закрепление трубы
с помощью взрыва
(2-я половина XX в.)
Детонационный
шнур
Пластмассовая
капсула
Взрывчатое
вещество
Труба
Взрыватель
Соединение
получается
настолько
плотным,что
сам процесс
называют
•сваркой
взрывом*.
Буртик, получаемый
ранее способом
Прозера,
“перекочевал"
во многие
___ современные
соединения.
Соединение тонкостенной
радиаторной трубки с обечайкой
(из книги П.И. Орлова “Азбука
конструирования” 1941 г.)
П.И. Орлов отмечал,
что недостаточная
жесткость трубки
в месте заделки может
привести к нарушению
герметичности. В связи
с этим он рекомендовал
усиливать соединение
введением специального
пистона (из латуни или меди).
Соединение в магистрали
пневмосистемы высокого
давления (из книги Ю.М. Никитина
‘Конструирование элементов
деталей и узлов авиационных
двигателей* 1961 г.)
Сепаратор водило для роликов
Конический
стержень
liaK'i, уже было сказано, дымогарных трубы часто даюгь течь. Чтобы
предупредить это, необходимо работу раскатки производить оч«-иь тщательно.
Лая этого какъ самая трубка, такт, и отверспе, въ которое она вставляется,
должны быть совершенно чисты передъ раскаткой и представлять блестящую
поверхность. Даже маслянистая поверхность можетъ повести гь тому, что
трубки потекутъ. Необходимо наблюдать за ткмъ, чтобы толщина трубки гь
томъ м+.стк, гд-fe она раскатывается, была совершенно равномерна.
Закрепление дымот ирных труб и ош< г трубной
решетки раскаткой (ит книги А.П Гавриленко
•Паровые котлы' 1900 т )
Трубная рт-нлтг.т
Раскатка, предложенная Прозером
Конический
стержень
Разжимные секторы
Секторный
ролик
1
Образуемый бортик обеспечивает более плотное соединение,
но при недостаточной квалификации можно прорезать трубу
А.П. Гавриленко не рекомендовал способ Прозера для применения.
В дополнение к данным иллюстрациям им приведены рекомендации
по выполнению канавок в отверстии для вдавливания
в них материала трубы.
Для раздачи
пистона с одновременным
образованием буртика можно
использовать один из способов
односторонней постановки
заклепок.
Гайка
Соединение Паркера - разновидность
соединения Виккерса
Тонкостенная труба (из мягкого сплава)
с развальцованным
концом
зажата между
коническими
поверхностями
стягивающей
винтовой пары.
Этот признак
соединения
Виккерса
имеется во многих
современных
решениях
Гайка
Вкладыш Винтовая втулка
Резьбовое соединение
трубопроводов фирмы EIFELER
MASCHINENBAU GMBH
Зажимное кольцо
Резиновые
уплотнительные кольца
Втулка
Штуцер
Уплотнение
с уплотнительными кольцами
Соединение с уплотнт
(из книги F.J. Сатт. Newnes engineer's
reference book. London, 1946)
При обжатии вкладыша
получается его плотное
соединение по
контактирующим
поверхностям с трубой,
штуцером и гайкой
Вкладыш
Труба
Гайка
Штуцер
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из компьютерного банка А Ф^ Крайнева
КРЕПЕЖНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН,
ПРИБОРОВ, АППАРАТОВ И СООРУЖЕНИЙ
СОВРЕМЕННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
ГЛАДКОЙ (БЕЗ СЦЕЦИАЛЬНОЙ
ОБРАБОТКИ) ТРУБЫ СО ШТУЦЕРОМ
В герметичных соединениях труб
обычно решаются задачи:
- уплотнения зазора между
поверхностями трубы
и штуцера или другой трубы;
- закрепления гайки относительно
трубы (для сохранения заданного
рабочего положения деталей
и для ограничения чрезмерного
сжатия уплотнения);
- обжатия деталей уплотнения
и относительного закрепления.
Имеются примеры разделения
решений этих задач между
отдельными деталями или их
совмещения в одной детали
Соединения полиэтиленовых труб (для транспортировки питьевой воды)
с помощью обжимных муфт, выпускаемых заводом FIP (Италия)
Промежуточная втулка из полипропилена
Гайка
из полипропилена
Зажимное
кольцо из
полиоксиметилена
Резиновое
уплотнительное
кольцо
Корпус (штуцер)
из полипропилена
Корпус
Положение в процессе сборки
Уплотняющее
давление кольца
Давление
рабочей среды
Гайка Соединение фирмы Ermeto
Штуцер
Обжимное
кольцо
---- способствует
внедрению
в трубу
лепестка
врезного
кольца
24
Врезное кольцо
закрепляет\
детали
уплотнения
в рабочем
положении
Исполнение с более заглубленным размещением деталей уплотнения
Зажимное кольцо
Гайка
Зажимное
кольцо
Промежуточная
втулка
Уплотнительное
кольцо
Корпус
(штуцер)
Положение в процессе сборки
Эластомерное кольцо
заполняет зазор,
плотно прилегая
к поверхностям
штуцера и трубы.
Быстрособираемые соединения пластмассовой трубы
(шланга) с корпусом для давления до 10 бар
(FESTO Pneumatic)
Конус для обжатия цанги
Цанга
Установка
деталей
в процессе
Введение
трубы
в цангу
Исполнение соединения, в уплотнительном кольце
которого совмещены решения обжатия и врезания в трубу
Гайка Штуцер
Труба
Уплотнительное
кольцо
Кольцо с совмещенными
функциями
Стрелками обозначены
места прижатых
поверхностей
Быстроразьемное
соединение
в медицинском приборе
фирмы A&D Company
(Япония) Корпус
Ниппель Углубление
Уплотнение
Врезание кольца
Быстрособираемое соединение
труб, имеющих специальные
наконечники
Положение в процессе сборки
~---- Стопорное
пружинное
кольцо
Врезание кромок цанги в трубу
Г отовое
соединение
(внутреннее
расположение)
Охватывающий
наконечник
Шланг
Уплотнения
Пружинное кольцо
для фиксации положения
ниппеля в корпусе
Кольцевой
Готовое соединение выступ
Уплотнительное
кольцо
Г отовое
соединение
(внешнее
Втулка. Нажатие
зажимающая цангу для разборки
Врезание кромок цанги в трубу
Установка
деталей
в процессе
сборки
2 1 2 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ. РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ
—г~-И1 к°МПь*огернги о бин» ., д ф Крайнева
Труба 2
Уплотнение
Пружина клапана
Пружина фиксатора
Разомкнутое состояние
Открытая труба
Клапан 1 закрыт
Давление жидкости
Уплотнение
Гайка
Лента
Наполнитель
Гайка
Кронштейн
Шланг
Лента
Гайка в петле ленты
Клапан 2
закрыт.
Клапан
открыт.
Хомуты плотно обжимают
шланг на поверхностях труб
Кольцевая канавка
(для фиксатора)
Стягивающий
механизм хомута
ИМАШ
***“ РАН
Стягивающий
болт
Лента с петлей
и крюком на концах
Фиксатор
замкнутого
положения
Стальная
лента
Упор, закрепленный
в крюке ленты
Головка
винта
Соединение с помощью хомутов
(из книги П.И. Орлова
‘Азбука конструирования" 1941 г.)
Зубья
в виде
выдавленных
на ленте
выступов
Секторы
приварены
к ленте
Пружина 1 (wvd
Клапан 1 открыт.
Разомкнутое состояние
Трубы с кольцевыми
выступами
Соединения труб, обечаек
и шлангов с помощью хомутов
Клапан
плотно
перекрывает
трубопровод.
Стягивающее устройство
стеклопластикового хомута
для закрытия дефектов .
в магистральном
газопроводе
("Севергазпром")
Сферическая опора
гайки
Для размыкания
соединения
втулку сдвигают
влево.
Хомут с проушинами
на концах
Для размыкания
соединения
отвинчивают
стягивающую
1 гайку.
Благодаря
коническому —
желобу хомут
стягивает
фланцы обечаек
в осевом
направлении.
Стягивающий винт
с разными направлениями
резьбы на концах
КРЕПЕЖНЫЕ СО ЕЛ ИН рн мп пгт»
ПРИБОРОВ, Араратов МД^ЕИ МАШИН
-- Ч1АНАТОВ И СООРУЖЕНИЙ
_______/ Пружина 2
Клапан 2 открыт.
Уплотнение 2
Соединение тонкостенных
обечаек с помощью хомута
(из книги Ю.М. Никитина “Конструирование
элементов деталей и узлов авиационных
двигателей" 1961 г.) Центрирующее
и уплотняющее
конусное
сопряжение
разъемные СОЕДИНЕНИЯ ТРУБ
Z незапирающие быстроразъемные соединения
/' принципиальные схемы по решениям, приведенным
книге П.И. Орлова “Основы конструирования" 1977 г.)
динение с одним перекрывающим клапаном
пи размыкании перекрывается только одна из труб,
соответственно из нее
не вытекает
жидкость
или газ)
Соединение труб
(из книги Julius Weisbach. Lehrbuch
der Jngenieur- und Maschinen-Mechanik
Braunschweig, 1857) - прототип
современных решений (см., например,
Рис. справа)
(ппи пао Двумя перекрывающими клапанами
Р размыкании перекрываются обе трубы)
Втулка с седлом ______
Для клапана 1 Gvwr—_
Уплотнение 1 У I Т~М~П_|
Труба 1 J h о riW *1 п-----------------
Винт,
раздвигающий
концы
ленты
Рубы с кольцевыми выступами на концах
Один из вариантов широко
распространенных современных
хомутов из штампованных
стальных деталей
'' к Винт, зацепляющийся
/ с зубьями ленты
, мрртекей н, примера, из компыо.ерного банка Д.Ф. №^иге_213|
машиноведение на языке схем, рисунков
КРЕПЕЖНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН,
ПРИБОРОВ, АППАРАТОВ И СООРУЖЕНИЙ
СОЕДИНЕНИЯ БАЛОК, КОЛОНН И СТЕРЖНЕЙ
Фрагмент каркаса здания типа “шед" (со встроеными в кровлю
наклонными окнами) из книги Гульельмо Джербеллы “Промышленные
строения" т. 1, Милан. 1890 г. Болты
Деревянные балки каркаса кровли
Скрепления деревянных бруСьв
(примеры из книги П.К. Худякова и А.И. Сидорова 'Атла
конструктивныхъ чертежей деталей машинъ" 190? ' **
2о ‘
Наклонные бруски обрешетки
Поперечная
чугунная балка
Оголовок Продольные Крепежные
чугунной колоны деревянные балки уголки
В деревянных
фермах
соединения
звеньев в упор
предусмотрено
преимущественное
применение сжатых
стержней.
Для присоединения
растяжек и для шарниров
использованы металлические
элементы.
УПОР---fz
Кронштейн
Болты
Примеры сварных соединений стальных стержней в соружениях
XX в.
Сварные
швы
Метал-
лическая вставка
Соединение стержней
из прокатного
профиля
Оси стержней
Сварные швы
Листовая
.вставка
Соединение стержней сетчатой
оболочки Британского музея (по проекту
Нормана Фостера, 2000 г.). На стальной
каркас (из стержней, сваренных между
собой) уложены панели двойного
остекления. Вся оболочка состоит
\ из 1826 элементов разных размеров.
Полые стержни прямоугольного сечения
Соединение стержней из листовых
элементов
Стержни в видеч
сваренных
полос
Стержень
в виде двух
швеллеров
I —Пояс в виде
J двух уголков
Стенка и полка пояса Накладки
Соединение деталей
из пресованного
профиля
Сварные швы
* Во всех приведенных здесь вариантах оси
(линии действия сил) пересекаются в точке.
Поперечная
вставка
Труба с
пристыкован-
ным торцем
Соединения трубчатых стержней
в плоских (по расположению
осей*) фермах
Вставка
установлена
в прорезях труб.
Концы стержней
получены
пластическим
деформированием.
\',Листовые
вставки
Соединение
трубчатых стержней
в пространственной
(по расположению
осей*)
ферме
Центральная полая
(сферическая или
многогранная) деталь
L
оттяжек,
Опорный
брусок окна
Петли для
Металические
планки
102
Хомуты
Сжатый
раскос
__________________________________ Врезка
не должна существенно
уменьшать сечение бруса.
Примеры разрушения креплений деревянных раскосов
л к опорным брусьям (конец XIX в.)
Стяжные болты « .
Примеры соединений деревянных
стержней в стропильных фермах
(из книги “HUTTE ” des ingenieurs
Taschenbuch. Ill Band, Berlin 1936)
Стяжной
болт
-----Разрыв
металической ,—
накладки
- Разрушение
опорного бруса
Вырыв стопора накладки из гнезда
Разрыв хомута
Сдвиг
упора
Шарнирное соединение
концевых металлических
полос
Опорные
шайбы
Крепежные
болты
Направления сил
Стальное
кольцо для
восприятия
сдвиговых
сил
а и b - зоны
контакта
кольца и
соединяемых
брусков
Деревянные
бруски,
соединенные внахлестку
Скрепления камней с помощью деревянных и металлических
вставок, используемые при строительстве храмов в Древней
Греции (реконструкции из книги Огюста Шуази “Мировая
архитектура” 2010 г.)
Скрепления
камней верхнего
и нижнего рядов
Зазоры заполнены^
свинцом или
известковым
раствором.
Канал L-
для заливки
жидкого
свинца
Пирон с утолщениями
на концах
Скрепления камней одного ряда пирон
с утолщениями
Шип для скрепления
камней, расположенных Железные скобы
сверху и сбоку
0,5 м
214 МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ На примерах из компьютерного банка А.Ф Крайнева
Крепежный винт
Ортогональное пространственное присоединение
4-х стержней к сквозной колонне (5-му стержню)
Болтовые
соединения
Трехподвижные
сферические
соединения
__ стержней
Основание
(третье звено)
Ортогональное пространственное соединение
5 стержней (прессованных профилей)
Промежуточное
звено шарнирно
соединено ----
с тремя
стержнями. .
Регулируемое
присоединение
двух стержней
к промежуточному
звену
Вваренна0
в стержень
концевая
проушина
Одноподвижный
шарнир
Чугунная балка,
используемая
в качестве модуля
в каркасе здания, -
прототип
стержневой фермы
Центральная штампованная деталь
с лучевыми выступами
для присоединения стержней
В прессованном профиле /
предусмотрена резьба /
для крепежных винтов.
Двухподвижные соединения —-----5*”
стержней (с зависимыми движениями
самоустановки)
Центральная
^(узловая)
s&Zll деталь
Прессованный
профиль имеет
пазы для закладных
головок болтов.
Для обеспечения близкого к осевому
центральному нагружению стержней
(без крутящего и изгибающего
моментов) соединения любой пары
звеньев должно быть сферическим
трехподвижным. Допускается
компенсация отдельных отклонений
размеров и положения за счет
зазоров или с помощью регулировок.
Цилиндрические
шарниры
Шарнирное
соединение
Сдвоенный шарнир с общей внешней
сферой более технологичен I
в исполнении, v
чем двухслойный .
шарнир, к
но обладает X'
ограниченными / f у
функциональными [ J |—
возможностями. L
КРЕПЕЖНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
ПРИБОРОВ, АППАРАТОВ И СООРУЖЕНИЙ
Сдвоенный
двухслойный
шарнир
Соединительные винты с Т-образной
закладной головкой
Сдвоенное соединение двухподвижных
шарнирных пар с общим центром
Подвижные стержни (основные звенья)
Такие исполнения \ \1
более технологичны и V
предпочтительны,
чем шарниры
со сферическими яМр
рабочими \
поверхностями. /
Компенсационное упругое соединение
шести стержней в общем узле
Гибкая перемычка допускает
самоустановку присоединенного
стержня, уменьшает его нагружение
изгибающим
моментом. ~ А
Соединения колонн и балок
«Хрустального дворца ,
Джозефом Пэкстоном в
Чугунная g.
полая
колонна
с фланцами • J
Узловое шарнирное
соединение трубчатых
стержней 4
Центральная i П»;
вставка для
присоединения
до 12 стержней V
Варианты сдвоенных сферических
(двухподвижных) соединений-----
на основе цилиндрических шарниров
УЗЛОВЫЕ СОЕДИНЕНИ
построенного ПРОСТ Р, .<</>
1851 г.
Узловая деталь
/для присоединения
/ балок,
| / пристыкованных
L с четырех сторон
МАШИНОВЕДЕНИЕ НА ЯЗЫКЕ СХЕМ, РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ. На примерах из компьютерного банка А Ф Крайнева
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАНИЕ
Александр Филиппович КРАЙНЕВ
МАШИНОВЕДЕНИЕ
на языке схем, рисунков и чертежей
(в 2-х книгах)
Книга 2-я
ДЕТАЛИ МАШИН, СОЕДИНЕНИЯ и МЕХАНИЗМЫ
Редакторы: ИН Жесткова, П.Е. Клейзер
Корректор С.В. Сидоренко
Компьютерная графика и дизайн А.Ф. Крайнев
Инженер по компьютерному
макетированию К.Ю. Подживотов
!SBN 978-5-904270-43-8
Сдано в набор 01.09.2010 г. Подписано в печать 2”.10.201с г
Формат 60x88 §• Бумага мелованная.
Гарнитура Arial. Печать офсетная.
Уел. печ. л. 29.8. Уч.-изд. .т 30.2.
Доп. тираж 200 экз. Заказ 3387
ООО "Издательский дом "Спектр".
119048. Москва, ул. Усачева, д. 35. стр. 1
Нпр: www.idspektr.ru. E-mail: infoа idspektr.ru
Отпечатано в ОАО < Подольская фабрика офсетной печати
142100. Московская область, г Подольск.
Революционный проспект, д. 80 42
ww\x ofsetpodolsk.ru
А.Ф. Крайнев
МАШИНОВЕДЕНИЕ
на языке схем, рисунков и чертежей
Книга 2-я ДЕТАЛИ МАШИН. СОЕДИНЕНИЯ и МЕХАНИЗМЫ
На примерах из Компьютерного банка схем
и конструктивных решений, созданного А Ф. Крайневым
(Институт машиноведения Российской Академии Наук)
Основные принципы конструирования
Технологичность конструктивных решений
Компенсационные элементы, соединения,
механизмы и подвески агрегатов
Направляющие, ориентирующие
и манипулирующие механизмы
Зубчатые зацепления и передачи
Фрикционные механизмы, сцепные муфты
и тормоза
Механизмы трансмиссий колесных
и гусеничных машин.
Разветвляющие и суммирующие системы,
дифференциалы, коробки передач и вариаторы
Виброзащитные устройства и системы
Вибрационное технологическое оборудование
Шпиндели обрабатывающих станков, зажимные
патроны и установочные приспособления
Механизмы и детали систем управления
Подшипники, подпятники
и направляющие соединения
Уплотнения неподвижных
и подвижных соединений
Крепежные соединения деталей машин,
приборов, аппаратов и сооружений
МОСКВА* ИЗДАТЕЛЬСКИЙ ДОМ «СПЕКТР*
I йдательский дом «Саскгр»
www .idspcktr.ru
2640 руб. за комплект