ВИДЫ ДВИЖЕНИЙ И ПЕРЕДАТОЧНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

Вращательное движение

Вращательное движение в машинах передается при помощи фрикционной, зубчатой, ременной, цепной и червячной передач. Будем условно называть пару, осуществляющую вращательное движение, колесами. Колесо, от которого передается вращение, принято называть ведущим, а колесо, получающее движение, — ведомым.

Всякое вращательное движение измеряется в числах оборотов в минуту. Зная число оборотов в минуту ведущего колеса, мы можем определить число оборотов ведомого колеса (рис. 6).

Число оборотов ведомого колеса зависит от соотношения диаметров соединенных колес. Если диаметры обоих колес будут одинаковы, то и колеса будут крутиться с одинаковой скоростью. Если диаметр ведомого колеса будет больше ведущего, то ведомое колесо станет крутиться медленнее, и наоборот, если его диаметр будет меньше, оно будет делать больше оборотов.

Многие, наверное, замечали, что маленькая звездочка у цепной велосипедной передачи крутится быстрее, чем большая, а большая шестерня, с барабаном для каната у лебедки, делает оборотов меньше, чем ее ведущая меньшая пара.

Известны простые правила: 1) число оборотов ведомого колеса во столько раз меньше числа оборотов ведущего, во сколько раз его диаметр больше диаметра ведущего колеса; 2) число оборотов ведомого колеса во столько раз больше числа оборотов ведущего, во сколько раз его диаметр меньше диаметра ведущего колеса.

В технике при конструировании машин часто приходится определять диаметры колес и число их оборотов. Эти расчеты можно делать на основе простых арифметических пропорций. Например, если мы условно обозначим диаметр ведущего колеса через Д-t, диаметр ведомого через Д2, число оборотов ведущего колеса через пх, число оборотов ведомого колеса через щ, то все эти величины выражаются простым соотношением

Если нам известны три величины, то, подставив их в формулу, мы легко найдем четвертую, неизвестную величину.

В практике работы технических кружков часто приходится употреблять выражения: «передаточное число» и «передаточное отношение».

Что же означают эти названия?

Передаточным числом называют отношение числа оборотов ведущего колеса (вала) к числу оборотов ведомого, а передаточным отношением — отношение между числами оборотов колес независимо от того, какое из них ведущее.

Рассмотрим некоторые виды вращательного движения, которые нашли широкое применение в моделях юных техников.

Фрикционная передача

При фрикционной передаче вращение от одного колеса к другому передается при помощи силы трения. Оба колеса прижимаются друг к другу с некоторой силой и вследствие возникающего между ними трения вращают одно другое.

Фрикционные передачи широко применяются в машинах. Недостаток фрикционной передачи: большая сила, давящая на колеса, вызывающая дополнительное трение в машине, а следовательно, требующая и дополнительную силу для вращения.

Кроме того, колеса при вращении, как бы они ни были прижаты друг к другу, дают проскальзывание. Поэтому там, где требуется точное соотношение чисел оборотов колес, фрикционная передача себя не оправдывает.

В моделях фрикционная передача может быть широко использована. Особенно приемлемы для моделей передачи цилиндрическая и лобовая (рис. 7). Колеса для передач можно делать деревянные и металлические. Оси колес делают из проволоки или вытачивают на токарном станке.

- Для лучшего сцепления рабочие поверхности колес следует «обшить» слоем мягкой резины толщиной в 2—3 мм. Резину можно или прибить мелкими гвоздиками, или приклеить клеем БФ-2.

В моделях удобно применять комбинированную фрикционную передачу, то-есть одно из колес делается с резиновой обшивкой, а на ведущем набивают проволочные шпильки. Шпильки лучше набивать в два-три ряда в шахматном порядке, без строгого соблюдения расстояния между ними. Шпильки можно делать из гвоздей, только без шляпок. Такая комбинированная передача работает в модели жатки-самосброски: она передает вращение грабельному устройству.

Зубчатая передача

В зубчатых передачах вращение от одного колеса к другому передается при помощи зубцов. Зубчатые колеса работают намного легче фрикционных. Объясняется это тем, что здесь нажима колеса на колесо совсем не требуется.

Для правильного зацепления и легкой работы колес профиль зубца делают по определенной кривой, называемой эвольвентой.

Диаметр начальной окружности является основным расчетным диаметром зубчатых колес. Расстояние, взятое по начальной окружности между осями соседних зубцов, между осями впадин или от начала одного зубца до начала другого, называется шагом зацепления (рис. 8,6). Разумеется, что шаги у зацепляющихся шестерен должны быть равны.

Передаточное число в зубчатых колесах может выражаться и через число зубцов,то-есть j = |2-> где г2—число зубцов ведомого колеса, zx — число зубцов ведущего колеса.

Есть в шестернях еще одна очень важная величина, которую именуют модулем. Модулем называют отношение шага к величине Пи (3,14) или отношение диаметра начальной окружности к числу зубцов на колесе. Модуль, шаг и другие величины шестерен измеряются в миллиметрах. Колеса с одинаковым модулем, с любым количеством зубцов дают нормальное зацепление.

Модули зубчатых колес берутся не произвольно. Величины их стандартизированы.

Передаточное число шестеренчатой передачи берется обычно в определенных пределах. Оно колеблется до 1 : 10. При увеличении передаточного числа одна из шестерен делается очень большой, механизм получается громоздким.

Но иногда бывает нужно получить очень большое передаточное число, которое одной парой шестерен создать трудно. В этом случае ставится несколько пар и передаточное число распределяется между ними.

Механизм, служащий для повышения или понижения скорости вращения, называется редуктором. Редукторы с большим передаточным числом обычно служат для снижения числа оборотов. Если такой редуктор использовать для увеличения числа оборотов, то получаются большие сопротивления и редуктор очень трудно вращать.

Для изменения направления вращения ведомой шестерни ставят третью, паразитную шестерню (рис. 8,е). Какой бы величины промежуточная (паразитная) шестерня ни была, сколько бы зубцов она ни имела, передаточное число между ведущей и ведомой шестерней не меняется.

Иногда в передачах малую шестерню требуется сделать особенно уменьшенной, например в часах, в приборах.

В этих случаях шестерню с валом делают из одного куска. Такую цельную шестерню принято называть трибком (трибок).

За последнее время очень часто в машинах применяют цилиндрические шестерни, у которых зубец идет не по оси вращения, а под некоторым углом (рис. 8,г). Такие шестерни работают на больших скоростях очень плавно, и зубцы их выносят большую нагрузку.

Колеса с косыми зубцами носят название косозубых цилиндрических колес.

Еще более плавный ход при большой прочности зубцов дают так называемые шевронные колеса (рис. 8,(3). Зубцы у этих колес скошены в обе стороны, расположены «в елочку». Преимущество шевронных колес состоит в том, что их можно применять с малым числом зубцов.

Шестеренчатая передача применяется не только с параллельными валами, когда используются так называемые цилиндрические шестерни, но и тогда, когда валы идут под любым углом. Такая передача под углом называется конической зубчатой передачей, а шестерни — коническими (рис. 8,ж).

Если в цилиндрических зубчатых передачах мы могли сцепить колеса любых размеров (только с одинаковым модулем), то в конических шестернях этого сделать нельзя, так как в этом случае может не совпасть конусность шестерен.

Конические шестерни, так же как и цилиндрические, бывают со спиральным косым зубцом (рис. 8,з). Такие шестерни обычно применяются в автомобилях (для плавности работы). В зубчатых передачах можно применить шестерни с рейкой (рис. 9). Реечные передачи применяются и в моделях.

Для периодического вращения может применяться шестеренчатая пара, у которой ведущая шестерня имеет неполное число зубцов.

Ведущие шестерни встречаются и с одним зубцом. Такие передачи очень часто применяются в счетных механизмах. Ведущая шестерня имеет один зубец, а ведомая — десять (рис. 10,а), и, таким образом, за один оборот ведущей шестерни ведомая повернется всего на одну десятую оборота. Чтобы повернуть ведомую шестерню на один оборот, ведущая должна сделать десять оборотов.

К разобранному типу передач можно отнести и так называемое мальтийское зацепление, или мальтийский крест (рис. 10,6).

Механизм мальтийского креста применяется в автоматах, текстильных машинах и в киноаппаратах, где он служит для периодической подачи ленты. Для моделей мальтийский крест легко вырезать из листового материала. Ведущий вал можно загнуть из проволоки, в виде кривошипа. Хорошо сделать ведущий вал с планшайбой, с поводком-гвоздиком. Прорези креста можно оформить шпильками, забитыми в деревянный диск.

Применение зубчатых колес в моделях.

Шестерни в моделях применяются довольно часто. Обычно стараются применять готовые шестерни от разных машин и механизмов. Но иногда их приходится делать самим.

Изготовление шестерен является довольно кропотливой работой и требует от кружковца большого умения. Мы опишем пять способов изготовления шестерен: с вывернутыми, шпилечными, пластинчатыми, выгнутыми и вырезанными зубцами. Следует заметить, что при изготовлении шестерен не соблюдается ни модуль, ни настоящая форма зубца.

Шестерни с вывернутыми зубцами (рис. 12) (таблица 1, см. приложения) изготовляются из листового материала толщиной 0,5-— 1 мм. Лучше всего их изготовлять из алюминия, цинка, латуни и меди.

Согласно выбранному диаметру чертят, а затем вырезают круг. После этого круг по окружности делят по транспортиру на число зубцов. Например, шестерня должна быть с 24 зубцами, угол деления для каждого

360° зубца будет равен 15°, то-есть ~гг = 15 .

Если шестерня слишком мала или велика для накладывания на нее транспортира, деления можно наносить на листе бумаги, затем переводить на шестерню.

После разметки зубцы надрезаются на нужную глубину и вывертываются плоскогубцами перпендикулярно плоскости.

Для удобства посадки шестерни на вал или на ось к ней прикрепляется втулочка. Металлическую втулочку можно припаять, а деревянную прибить гвоздиками, иногда втулку приклеивают специальным клеем.

Основной частью шестерни со шпилечными зубцами (таблицы 5 и 6) является деревянное колесо. В него набиваются проволочные шпильки — зубцы, с помощью которых передается вращение.

Шестерни со шпилечными зубцами бывают двух видов. У одних зубцы расположены по окружности, у других — по торцу (сбоку). Для передачи вращения при параллельных валах берется по одной шестерне с боковыми и с окружными зубцами. При этом ведущая шестерня должна быть с окружными зубцами, а ведомая — с боковыми. Для передачи вращения при валах, расположенных .под углом, применяются одинаковые шестерни: или с боковыми, или с торцовыми зубцами. Диаметр зубцов берется от 1 до 2,5 мм. Тонкие зубцы можно делать из гвоздей. Гвозди забиваются в колесо, и головки их откусываются кусачками. Толстые зубцы лучше делать из мягкой алюминиевой или медной проволоки (диаметр применяемой проволоки не зависит от размера шестерни).

Перед забивкой зубцов на колесе обязательно нужно сделать разметку. У шестерен с боковым расположением зубцов разметка делается так же, как и у шестерен с вывернутыми зубцами: проводится окружность и на ней делается градусная разбивка. У шестерен с зубцами, расположенными по окружности, разметка делается иначе. По окружности колеса огибается полоска бумаги. Ее концы накладывают друг на друга и разрезают острым ножом. Затем полоска снимается и размечается на равные части по количеству зубцов. После этого полоска снова накладывается на колесо и через намеченные места делаются наколы для зубцов. Для разметки вместо простой бумаги хорошо взять миллиметровую.

При толстых зубцах посадочные места следует надсверливать, иначе можно расколоть колесо.

Боковые зубцы, идущие вдоль волокон дерева, можно забивать без сверления отверстий.

У шестерен с пластинчатыми зубцами (приложение 29) вместо шпилек зубцы делаются из жести. Толщина пластин берется в пределах от 0,5 до 1 мм. Пластины или забиваются в колесо, или делаются в виде шипов (по два зубца), прикрепляются к колесу гвоздями или шурупами. Зубцы должны быть широкими, особенно у шестерен, в которых зубцы крепятся шурупами.

Пластинки для зубцов можно подобрать готовые. Особенно пригодны для пластинок обрезки гвоздей после ковки лошадей.

Пластинчатые зубцы можно набивать и сбоку колеса, как шпильки. Такой шестерней в сцеплении со шпилечной можно передавать вращение под углом.

Шестерни с пластинчатыми зубцами обычно применяются для передачи при параллельных валах.

Изготовлять шестерни всех типов (с вывернутыми зубцами, со шпилечными, с пластинчатыми) нужно очень тщательно. Колеса лучше всего делать точеными, расположив волокна вдоль оси вращения.

Зубцы после посадки нужно старательно выверить. Выверку легко производить отгибанием зубцов плоскогубцами в ту или другую сторону. Разница в шаге допускается не более 0,5—1 мм. Чем точнее шестерня изготовлена, тем более плавно она будет работать. Концы зубцов должны быть тщательно обработаны. У толстых зубцов (от 1,5 мм) концы, что идут к соседним зубцам, спиливаются клином и притупляются.

Для надежного зацепления при угловой передаче зубцы следует набивать как можно ближе к краю или отгибать, как показано на рисунке 12,г.

Чтобы высота зубцов была одинаковой, зубцы необходимо проверять простым шаблоном (рис. 12, к).

Устанавливая шестерни на место, зацепление надо хорошенько отрегулировать, удаляя или сближая оси шестерен.

Шестерни с выгнутыми зубцами выгибаются волнообразно из жестяной полоски толщиной не более 0,4 мм и шириной 6—8 мм. После этого полоска сгибается по наружному размеру шестерни и концы ее соединяются пайкой.

Такие колеса часто применяются в детском «Конструкторе». Зацепление этих колес довольно хорошее, но они трудны для изготовления.

Хорошие шестерни с гнутыми зубцами можно изготовлять при помощи приспособления, показанного на рисунке 12,и.

Некоторые шестерни можно выпиливать из толстого металла.

Большие деревянные шестерни делают по типу мельничных.

Число оборотов шестерен в моделях можно легко рассчитать. При расчете берется во внимание число зубцов, а не диаметр шестерни.