Храповый механизм лего презентация

Обновлено: 28.04.2024

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

Обращаем Ваше внимание, что c 1 сентября 2022 года вступают в силу новые федеральные государственные стандарты (ФГОС) начального общего образования (НОО) №286 и основного общего образования (ООО) №287. Теперь требования к преподаванию каждого предмета сформулированы предельно четко: прописано, каких конкретных результатов должны достичь ученики. Упор делается на практические навыки и их применение в жизни.

Мы подготовили 2 курса по обновлённым ФГОС, которые помогут Вам разобраться во всех тонкостях и успешно применять их в работе. Только до 30 июня Вы можете пройти дистанционное обучение со скидкой 40% и получить удостоверение.

РАЗДЕЛ «ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ»

ТЕМА: Зубчатые передачи. Виды зубчатых передач.

ЦЕЛЬ: повторить ременные передачи, ведущее и ведомое колесо в передачи; дать понятие зубчатых передач и механизмов.

Оборудование : изображения велосипеда, трансмиссии, лебедки с шестеренками.

Конструктор LEGO , зубчатые колеса (см. рис.1)

Ключевые слова:

Цилиндрические зубчатые колеса №1, №2, №3, №5

Коническое зубчатое колесо,

Коронное зубчатое колесо,

Ведущее и ведомое колесо,

Повышающая и понижающая передачи.

Зубчатая передача – механизм передачи движения за счет зацепления зубьев.

Во множестве механизмов и устройств, которые мы встречаем каждый день, используются зубчатые колеса. К ним можно отнести автомобиль, мотоцикл, велосипед (см. рис.2).

Зубчатую передачу применяют для:

изменения места приложения вращающей силы ;
изменения направления вращения;
увеличения и уменьшения скорости вращения;
увеличения вращающего момента.

Виды зубчатых передач (см. рис.3).

a) Цилиндрическая передача;

b) Коническая передача;

c) Червячная передача.

Условные графические обозначения на кинематических схемах зубчатых передач (см. рис.4):

Ведущее колесо Так называется зубчатое колесо, которое приводится во вращение внешней силой (например, от мотора или рукоятки) и в свою очередь вращает по крайней мере еще одно зубчатое колесо.

Ведомое колесо Так называется зубчатое колесо, которое приводится во вращение другим зубчатым колесом.

Шестерня Зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев, а при их равенстве - ведущее зубчатое колесо.

Паразитное колесо Так называется зубчатое колесо, которое вводят между ведущим и ведомым колесами для изменения направления вращения ведомого.

Собачка Деталь храповика, которая опускается в промежуток между зубьями храпового колеса для предотвращения его вращения.

Храповое колесо Любое зубчатое колесо, которое может работать с собачкой для создания храпового механизма (храповика).

Храповик Зубчатый механизм, состоящий из храпового колеса и собачки, применяется как задерживающее устройство или для поворота оси только в одном направлении.

Понижающая передача Зубчатая передача, в которой малое зубчатое колесо вращает большое ведомое и в результате скорость вращения уменьшается. Понижающая передача позволяет получить большой крутящий момент.

Повышающая передача Зубчатая передача, в которой большое ведущее колесо вращает маленькое ведомое и в результате скорость вращения увеличивается. Повышающая передача используется для уменьшения крутящего момента.

Практическая часть.

ЦЕЛЬ: На простых моделях учащиеся должны познакомиться с основными принципами устройства зубчатых передач:

два зубчатых колеса, находящиеся в зацеплении, вращаются в разные стороны;
большое зубчатое колесо вращает маленькое колесо с большей скоростью;
маленькое зубчатое колесо вращает большое колесо с меньшей скоростью.

Тренировочные упражнения (см. рис.5):

Направление вращения
Паразитное колесо
Повышающая передача
Понижающая передача
Зубчатые передаточные механизмы
Передача крутящего момента под углом
Храповой механизм

ТЕМА: Зубчатые передачи. Передаточное отношение в зубчатых передачах и его расчет.

ЦЕЛЬ: провести расчеты передаточного числа в зубчатых передачах.

· Иллюстрации моделей (см рис.1)

Передаточное число – отношение числа зубьев ведомого колеса к ведущему, используется для сравнения движения относительно друг друга двух зубчатых колес, находящихся в зацеплении.

Расчет передаточного числа

Зубья ведущего колеса приводят во вращение ведомое колесо.

Передаточное число характеризует относительное движение зубчатых колес различного размера. Оно показывает, сколько оборотов должно совершить ведущее колесо, чтобы ведомое колесо совершило один оборот.

Для расчета передаточного числа двух зубчатых колес, находящихся в зацеплении, необходимо разделить число зубьев ведомого колеса на число зубьев ведущего колеса.

Практическая часть.

Собрать модели механизмов с зубчатыми передачами и рассчитать для них передаточное число:

1. цилиндрическая передача;

2. передача с паразитным колесом;

3. повышающая передача;

4. понижающая передача;

5. многоступенчатая передача;

расчет передаточного числа в передаче крутящего момента под углом.
ТЕМА: Зубчатые передачи в конструкциях. Карусель

Цель: использовать ременную и зубчатую передачи при построении модели «Карусель» и исследовать их возможности.

· Инструкция модели турникета

Построить по инструкции модель карусели.

Явление проскальзывания ремня. Попробовать вращать рукоятку слишком быстро, ремень начнет проскальзывать; карусель станет вращаться медленнее или вообще остановится.

Отсутствие проскальзывания в зубчатой передаче.

Применение повышающей передачи. Подсчитать, сколько оборотов совершает карусель при каждом повороте рукоятки. Определить зависимость числа оборотов карусели от числа оборотов рукоятки.

Применение передачи крутящего момента под углом 90°.

ТЕМА: Зубчатые передачи в конструкциях. Турникет

ЦЕЛЬ: Построить модель турникета с зубчатой передачей и исследовать

· Инструкция модели турникета

· Небольшая наклонная плоскость.

Турникет – устройство, предназначенное для ограничения прохода людей в случае, когда необходима проверка права входа и выхода для каждого проходящего.

Исследования:

Какую роль играет собачка в храповом механизме и четыре перекладины турникета.

Попробуйте заставить турникеты вращаться быстрее.

ТЕМА: Зубчатые передачи в конструкциях. Транспортное средство. Маховик.

ЦЕЛЬ: Построить модель колесного транспортного средства и с ее помощью изучить:

· работу махового колеса;

· способы накопления энергии.

· Инструкция модели турникета

· Небольшая наклонная плоскость.

Маховик (Маховое колесо) — массивный вращающийся диск, использующийся в качестве накопителя энергии .

Исследования:

Маховик (большая шина с протектором) в модели соединяется с задними колесами путем зубчатого зацепления. Вращение маховика вызывается вращением задних колес.

Собрать модель с одним маховиком, затем с двумя.

Замерить расстояние, на которое уедет модель после того, как ее отпустят.

Изменить зубчатую передачу, так подобрав передаточное отношение, чтобы маховик вращался быстрее.

Часть энергии, затрачиваемой на приведение модели в движение, передается маховику. Небольшая доля этой энергии идет на выделение тепла при трении деталей друг о друга, большая же ее часть накапливается при вращении маховика. Когда модель катится, энергия от маховика через набор шестеренок передается обратно колесам.

Тест «Детали ЛЕГО»

3) пластина 2 x 2

3) изогнутая балка 1 x 9

1) зубчатая рейка

2) зубчатая балка

3) зубчатая пластина

1) универсальная втулка

1) штифт гладкий

2) штифт с выступами

3) штифт полуось

1О

1) штифт гладкий

2) штифт с выступами

3) штифт полуось

1) штифт гладкий

2) штифт с выступами

3) штифт полуось

1) зубчатое колесо 24

2) зубчатое колесо 48

3) зубчатое колесо 8

1) зубчатое колесо 24

2) зубчатое колесо 48

3) зубчатое колесо 8

1) зубчатое колесо 24

2) зубчатое колесо 48

3) зубчатое колесо 8

1) коронное колесо

2) коническое колесо

3) цилиндрическое зубчатое колесо

1) коронное колесо

2) коническое колесо

3) цилиндрическое зубчатое колесо

1) угловой коннектор

3) угловой коннектор

2) плечо рукояти

изогнутая балка 1 x 9

1О

штифт с выступами

зубчатое колесо 24

зубчатое колесо 48

зубчатое колесо 8

ТЕМА: Зубчатые передачи. Виды зубчатых передач.

Оборудование : изображения велосипеда, трансмиссии, лебедки с шестеренками.

Конструктор LEGO , зубчатые колеса (см. рис.1)

Ключевые слова:

Цилиндрические зубчатые колеса №1, №2, №3, №5

Коническое зубчатое колесо,

Коронное зубчатое колесо,

Ведущее и ведомое колесо,

Повышающая и понижающая передачи.

Зубчатая передача – механизм передачи движения за счет зацепления зубьев.

Зубчатую передачу применяют для:

изменения места приложения вращающей силы ;
изменения направления вращения;
увеличения и уменьшения скорости вращения;
увеличения вращающего момента.

Виды зубчатых передач (см. рис.3).

a) Цилиндрическая передача;

b) Коническая передача;

c) Червячная передача.

Условные графические обозначения на кинематических схемах зубчатых передач (см. рис.4):

Ведомое колесо Так называется зубчатое колесо, которое приводится во вращение другим зубчатым колесом.

Шестерня Зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев, а при их равенстве - ведущее зубчатое колесо.

Практическая часть.

ЦЕЛЬ: На простых моделях учащиеся должны познакомиться с основными принципами устройства зубчатых передач:

Конспект занятия: «Храповой механизм»

• Использование механизмов – блоков и рычагов.

• Изучение работы храпового механизма.

• Механизмы, облегчающие работу.

В технический словарик

• Лист картона размером с большой плакат (формат A2).

Дима и Катя играют во дворе с другими детьми во время празднования дня рождения. Им выпало первыми попытаться поймать рыбку в пруду на соревнованиях «большая рыбалка».

Все получалось у них замечательно, и дети очень веселились, когда Диме на удочку вдруг попалась ОГРОМНАЯ рыбина. Она оказалась такой тяжелой, что Дима не смог ее вытащить из пруда, хотя тянул изо всех сил.

Но Катя придумала, как вытащить эту большую рыбу. Как вы думаете, как она решила поступить?

Каким образом Дима и Катя могут сделать замечательное приспособление для рыбалки? Как вытащить большую рыбину на берег? Придумайте!

Сделайте удочку (с блоком) и рыбу (Технологические карты 2A и 2B, с. 10, шаг 19)

Отрегулируйте свою удочку

Ослабьте все слишком туго затянутые втулки так, чтобы катушка и блоки свободно вращались. Если этого не сделать, модель будет плохо работать.

Проверьте, сумеете ли вы поймать рыбу

Вам может потребоваться несколько попыток. Попробуйте поймать рыбу на крючок, а потом отпустить.

С какой целью используются катушка и храповой механизм? Сначала попытайтесь вытащить большую «рыбу», просто потянув за леску. Затем проделайте это с помощью катушки. Что вы заметили? Попробуйте воспользоваться храповым механизмом (с. 10, шаг 19).

Чем этот способ лучше?

Посредством катушки вытаскивать рыбу легче (требуется меньшее усилие). Однако тащить рукой получается быстрее. Храповик блокирует катушку, когда леска перестает наматываться. Это защитное устройство.

Что нового привносит дополнительный полиспаст? Установите полиспаст на удочку, как показано на картинке. Попробуйте предположить, а затем проверьте, какое влияние это может оказать на процесс выуживания рыбы.

Кажется, что тащить стало тяжелее. Это объясняется тем, что не используется второй блок. Если блоки соединены неправильно, они становятся мертвым грузом!

Установите на удочку полиспаст, как показано на с. 11, шаг 20. Попробуйте предположить, а затем проверьте, какое влияние это может оказать на процесс выуживания рыбы.

Даже самую тяжелую рыбу поднимать стало легче. При использовании двух активных блоков –неподвижного и подвижного – для подъема рыбы требуется приложить вдвое меньшее усилие. Однако при этом леска сматывается медленнее, и крутить катушку приходится в два раза быстрее.

Прикрепите к рыбе груз и попробуйте выловить ее еще раз. Найдите самый легкий способ вытащить тяжелую рыбу.

Придумайте и сделайте свою игру «Большая рыбалка» За короткий промежуток времени поймайте как можно больше «рыбы».Смастерите разных «фантастических рыбок», как показано на рисунке. Придумайте своих собственных. Может быть, они получатся у вас похожими на настоящих рыб?

Насадите их на крючок и посмотрите, каких ловить легче, а каких – труднее.

Договоритесь о правилах игры и системе подсчета очков на вашей рыбалке. Какие рыбы принесут рыбаку больше очков, а какие – меньше? Играйте на время. Сколько рыб вы поймали (сколько очков заработали) за 60 секунд? Попробуйте еще раз. На сколько очков больше вы получили при второй, третьей попытке?

Дополнительное задание. Сортировка рыбы Придумайте игровую доску с «корзинами для рыбы» или мишенями различных размеров.

Назначьте дополнительные баллы для тех, кому удалось положить выловленную рыбу в корзину.

За долгий период развития индустрии по производству механизированного оборудования было создано довольно большое количество устройств, которое может применяться для передачи усилия. Примером можно назвать храповой механизм. Он считается одним из старейших изобретений человека, так как конструкция достаточно проста и эффективна, оно считается актуальным на сегодняшний день. Рассмотрим все его особенности подробнее.

Конструкционное исполнение

Классический храповый механизм предназначен для передачи прерывистого вращения в одном направлении. Чаще всего устанавливается для зубчатого колеса. Рассматриваемое устройство храпового механизма характеризуется следующими особенностями:

При изготовлении заготовки применяется технология литья и ковки. За счет этого обеспечивается высокая степень надежности.
Наиболее важной частью любого устройства можно назвать зубчатые колеса. Они представлены колесами из металла, на поверхности которого есть зубья.
Количество зубьев на поверхности зависит от целевого предназначения механизма. Как показывает практика, чаще всего встречается вариант исполнения с 12 зубьями для 30-градусного поворота.
Для стяжных ремней-передач часто устанавливается вариант исполнения, который имеет только 6 зубьев.

Еще одним важным конструктивным элементом можно назвать собачку. Она выступает в качестве стопорного элемента. Основные свойства элемента и его схема расположения, определенные функции и размеры во многом зависят то конкретной модели и ее области применения.

Как работает храповый механизм

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

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

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

Область применения

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

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

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

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

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

Разновидности механизма

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

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

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

Особенности работы двунаправленных механизмов

Многие храповые механизмы характеризуются тем, что вращение колеса или рейки проводится только в одном направлении. Также стали производить варианты исполнения, которые могут вращаться в обоих направлениях. Ключевыми моментами можно назвать следующее:

Вращение реализуется влево и направо. Именно этот момент существенно повышает функциональность устройства.
Форма зубцов прямоугольная. Только за счет этого обеспечивается равномерное вращение колеса в обоих направлениях.
Ключевая особенность также заключается в том, каким образом работает фиксирующая собачка. Она на момент вращения основного элемента не перескакивает, а приподнимается. За счет этого устройство становится более функциональным, но при этом и менее надежным.

Область применения подобного элемента сегодня получил весьма широкое распространение. При его изготовлении могут применяться самые различные материалы, в большинстве случаев уделяется внимание вариантам исполнения с повышенной коррозионной стойкостью.

Как самостоятельно изготовить храповик?

Для того чтобы существенно сэкономить на создании механизма можно изготовить храповик своими руками. Расчет храпового механизма проводится в зависимости от требований, которые предъявляются к системе. Изготовить храповый механизм своими руками можно следующим образом:

В качестве основного элемента можно использовать металлическую трубу. На используется для создания вала, который будет применяться для непосредственной передачи вращения. При выборе трубы следует уделить внимание тому, чтобы толщина стенки была требуемой величины. В противном случае он не сможет выдержать требуемую нагрузку.
Из стального листа вырезается небольшой кусок профиля, который играет роль фиксирующей детали. Рекомендуется уделять внимание сплавам с повышенной прочностью и износостойкостью. В большинстве случаев уделяется внимание варианту исполнения, который прошел закалку для повышения твердости поверхностного слоя.
Больше всего проблем возникает в случае подгонки основных элементов друг к другу. Только в этом случае устройство будет работать правильно. Именно поэтому при работе приходится использовать точные измерительные инструменты. Примером можно назвать микрометр или штангенциркуль.
Несущая база изготавливается из металлических листов, которые соединяются между собой при применении технологии сварки. Подобная база создается в зависимости от особенностей будущей конструкции.
Колесо должно иметь на рабочей поверхности зубья, за счет которых обеспечивается зацепление. Этот элемент соединен с валом зачастую при помощи шпонки, которая характеризуется высокой надежностью. Колесо изготовить самостоятельно достаточно сложно, так как поверхностный слой должен характеризоваться высокой надежностью и прочностью. Чаще всего храповое колесо снимается с других механизмов или заказывается у мастера, который предоставляет соответствующие услуги.
Вал крепится посредством сварки. Подобный тип соединения характеризуется повышенной прочностью и длительным эксплуатационным сроком. Нужно уделять довольно много внимания качеству сварочного шва, так как даже незначительные дефекты могут стать причиной возникновения существенных проблем. Собачка изготавливается при применении пружины и ходового элемента. Пружину можно снять с других механизмов, ходовая деталь отвечает за смещение собачки относительно зуба.

В целом можно сказать, что процесс изготовления рассматриваемой конструкции характеризуется довольно большим количеством сложностей. Только при наличии требующихся навыков и инструментов можно достигнуть поставленных задач. Храповой механизм чертеж можно скачать в интернете. При применении правильно разработанного проекта может быть уверенным в том, что все детали идеально подойдут друг к другу.

Расчет храпового механизма

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

Проводится расчет прочности кромок.
Определяется окружная сила.

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

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

Расчет храпового колеса

Провести расчет храпового колеса можно самостоятельно. Среди особенностей процедуры отметим нижеприведенные моменты:

Во все случаях проводится расчет коэффициента, который представлен соотношение ширины зуба к показателю модуля. Большие значения применяются для устройств, во время работы которых может возникать существенная ударная нагрузка. Ширина собаки составляет 2-4 мм, за счет чего компенсируется вероятность неточности проведения монтажных работ.
При расчетах могут применяться самые различные формулы, все зависит от того, какие данные известны в начале расчетов.
Проводится расчет сопротивления на изгиб при рассмотрении зуба как балки, так как на него будет оказываться высокая нагрузка.

Можно встретить просто огромное количество различных формул, которые могут применяться при проведении расчетов.

Расчет собачки храпового механизма

Устанавливаемая собачка храповика выступает в качестве важного элемента конструкции. Среди особенностей его изготовления отметим нижеприведенные моменты:

При создании подвижной собачки механизма применяется сталь 40Х, которая дополнительно обрабатываются термическим методом для повышения твердости. Рассматриваемый материал после термической обработки становится более защищенным от воздействия окружающей среды.
Для обеспечения надежной фиксации применяется специальная пружина или вес.
При установке собачки уделяется внимание тому, что ось ее вращения располагается так, чтобы ее контактная поверхность соприкасалась с зубом под углом 90 градусов или близким к нему. За счет этого обеспечивается более высокая надежность фиксации.

Работа рассматриваемого устройства определяет то, что не приходится выполнять периодической обслуживание. При длительной эксплуатации есть вероятность быстрого износа поверхности. Кроме этого, со временем пружина может потерять свои основные свойства.

Храповой механизм (англ. ratchet mechanism) или просто храповик (англ. ratchet) — механизм, который обеспечивает свободное линейное или вращательное движение только в одном направлении, блокируя движение в обратную сторону. Ударение в первом слове ставится на последний слог, а написание «храповый» — неправильное.

В машиностроении подобные устройства относятся к классу механизмов свободного хода (МСХ) (англ. Freewheel mechanism). Механизмы свободного хода обеспечивают, подобно диодам в электронике, передачу крутящего момента только в одном направлении.

Храповой механизм состоит из двух основных деталей:

1. Собачка (англ. pawl — защелка, фиксатор, стопор) – деталь, которая обеспечивает непрерывное линейное или вращательное движение в прямом направлении, но блокирует обратное движение. При прямом движении рейки или зубчатого колеса собачка скользит по зубчикам, не препятствуя движению. При смене направления движения собачка упирается в деталь, мешая обратному ходу. Иногда собачку называют палом, стопором, защелкой.

2. Зубчатое колесо (шестеренка) или зубчатая рейка – деталь с зубчиками, которые, как правило, скошены в обратную сторону от направления свободного движения шестеренки или рейки. Несимметричные зубчики улучшают скольжение собачки, уменьшают шумность и обеспечивают надежное зацепление при движении в обратную сторону.

Чтобы механизм работал в любом положении, собачку прижимают к зубчикам с помощью пружины, упругой пластины или резинки. Без дополнительных деталей собачка прижимается только за счет силы тяжести.

Принцип действия

Во время движения зубчатой детали в прямом направлении собачка скользит по верхушкам зубчиков. Когда собачка соскакивает с зубчика на зубчик, часто можно услышать характерный звук трещотки. Каждый, кто ездил на современном велосипеде, слышал этот звук во время движения накатом.

Во время смены направления движения рейки или зубчатого колеса, собачка упирается в крутой склон зубчика и не дает детали свободно поворачиваться в этом направлении.

Как говорят инженеры, уникальность храповых механизмов свободного хода по сравнению с остальными МСХ заключается в замыкании механического диода под действием тангенциальных сил (лат. tangens — касательный), т.е. действующих по касательной к храповику. Остальные МСХ (шарикового, роликового, сухарного типа) действую по принципу фрикционного клинового замыкания.

Ниже приведен пример работы линейного храпового механизма с зубчатой рейкой вместо зубчатого колеса.

Люфт

Люфт – зазор, свободный ход одной детали относительно другой. В храповом механизме с зубчатой рейкой или шестеренкой максимальный люфт — это расстояние от одного зубчика до другого.

В устройствах, в которых нужно убрать обратное движение практически до нуля, могут вместо зубчатого колеса или зубчатой рейки использовать деталь с гладкой упругой поверхностью с большой силой трения, например, из резины. В таком случае на обратном ходе собачка «споткнется» о резину, и при ее заглублении в упругий материал произойдет заклинивание механизма.

История

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

Древнегреческий гастрафет

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

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

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

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

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

Примеры использования

Торцевые гаечные ключи и отвертки

Торцевые гаечные ключи, оснащенные храповым механизмом, ещё называют трещотками. В самом простом варианте конструкции в трещотку стовят по две собачки. Поворотом рычажка можно либо отворачивать гайку, либо её закручивать, не вынимая ключа на каждом обороте, как с обычным инструментом.

Кабельные стяжки

Кабельные стяжки делают из пластика одной деталью. Собачка прижимается к зубчатой пластине силой упругости. После затягивания стяжка не ослабляется даже при очень большом усилии.

Храповой механизм кабельной стяжки

Противооткатные устройства

Изначально противооткатные устройства с храповым механизмом начали использовать на железной дороге в горах Пенсильвании, США, при перевозке угля примерно с 1846 года. Чтобы груженый состав по крутому склону не откатился назад в случае отказа двигателя паровоза, на вагонах устанавливались «собачки».

Позже эта схема нашла применение на американских горках, чтобы в случае отключения электричества поезд с любителями острых ощущений не покатился назад.

Противооткатное устройство тележки на американских горках

Лебедки

Лебедки – это механизм для перемещения предметов с помощью каната. Электрическую лебедку устанавливают во внедорожники, чтобы вытянуть из трясины застрявший автомобиль.

Чтобы натянутый трос не разматывался с барабана используют храповой механизм. Примеры его использования на ручных лебедках можно увидеть на этих фотографиях.

Обгонная муфта велосипеда

Обгонную муфту (англ. overrunning clutch) также называют муфтой свободного хода. Она позволяет предотвратить передачу крутящего момента от ведомого вала (колеса) к ведущему (на цепь и педали), если ведомый вал начинает вращаться быстрее. Например, после прекращения вращения педалей без муфты свободного хода колеса продолжали бы раскручивать цепь и педали, как это было в первых велосипедах. То же самое было бы при спуске с горки.

Впервые обгонную муфту с простейшим храповым механизмом запатентовал в 1869 году Уильям Ван Анден из Покипси, штат Нью-Йорк, США. В обгонной муфте Ван Андена храповик был встроен в ступицу переднего колеса велосипеда.

Почти все современные велосипеды – заднеприводные. Обгонная муфта в них встраивается в заднюю втулку или заднюю звездочку. Обгонные муфты с храповым механизмом издают характерный звук и их еще называют велотрещотками.

Муфта свободного хода с храповым механизмом в задней звездочке велосипеда

Обгонная муфта стартера автомобиля

Механизм свободного хода с храповиком используется в стартерах автомобилей как защитное устройство. Стартер – это механизм, который с помощью электромотора запускает двигатель внутреннего сгорания, вращая его коленвал через маховик.

Скорость вращения ведомого зубчатого колеса стартера невысокая – может быть около 3000 об/мин. После запуска двигатель на холостом ходу развивает около 1000 об/мин. Но передаточное отношения стартер-маховик из-за разности диаметров зубчатых колес может достигать значения 20:1. Т.е. запущенный двигатель на холостых оборотах может раскрутить электромотор стартера до 20 000 об/мин.

Чтобы стартер не вышел из строя после запуска двигателя на него ставят обгонную муфту.

Стартер автомобиля

Коробка передач автомобиля

В данном примере собачка храпового механизма используется для перевода автоматической коробки передач в режим парковки.

Храповик в автоматической коробке передач автомобиля

Другие конструкции механизмов свободного хода (МСХ)

Вместо собачки в конструкции механизма свободного хода могут использовать шарикоподшипники, ролики, сухари или иные детали, блокирующие вращение в обратную сторону.

Храповой механизм из образовательного конструктора Lego

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

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

Механический вентилятор из Lego EV3

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

Механическая катапульта из Lego EV3

Читайте также: