 | Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( февраль 2010 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
В машиностроении , люфт , иногда называют плеть или игра , зазор или потерянное движение в механизме , вызванное зазорами между частями. Его можно определить как «максимальное расстояние или угол, на который любая часть механической системы может перемещаться в одном направлении без приложения заметной силы или движения к следующей части в механической последовательности». [1] стр. 1-8 Пример в контексте зубчатых колес и зубчатых передач, - величина зазора между сопряженными зубьями шестерни. Это можно увидеть, когда направление движения меняется на противоположное, а провисание или потерянное движение компенсируется до того, как реверсирование движения завершено. Его можно услышать от железнодорожных муфт, когда поезд меняет направление. Другой пример - клапанный механизм с механическими толкателями , где для правильной работы клапанов необходим определенный диапазон зазоров.
В зависимости от приложения люфт может быть или нежелательным. Некоторый люфт неизбежен почти во всех реверсивных механических муфтах, хотя его влияние можно нивелировать или компенсировать. Во многих приложениях теоретическим идеалом был бы нулевой люфт, но на практике необходимо допускать некоторый люфт для предотвращения заклинивания. [ необходима цитата ] Причины наличия люфта или люфта в механических соединениях, которые вызывают люфт, включают допуск смазки , производственные ошибки, прогиб под нагрузкой и тепловое расширение . [ необходима цитата ]
Gears [ править ]
Факторы, влияющие на величину люфта, требуемого в зубчатой передаче, включают ошибки в профиле, шаге, толщине зуба, углу спирали и межосевом расстоянии, а также биение . Чем выше точность, тем меньше люфт. Люфт чаще всего создается за счет врезания зубьев в шестерни глубже, чем идеальная глубина. Другой способ создания люфта - увеличение межцентрового расстояния между шестернями. [2]
Люфт из-за изменения толщины зуба обычно измеряется по делительной окружности и определяется следующим образом:
где:
| = люфт из-за изменения толщины зуба | ||
| = толщина зуба на делительной окружности для идеального зацепления (без люфта) | ||
| = фактическая толщина зуба |
Люфт, измеренный на делительной окружности, из-за модификаций рабочего центра определяется: скоростью машины. Материал в машине
где:
| = люфт из-за изменения расстояния между центрами управления | ||
| = разница между фактическим и идеальным расстоянием между центрами управления | ||
| = угол давления |
Стандартная практика - сделать поправку на половину люфта в толщине зуба каждой шестерни. [ необходима цитата ] Однако, если шестерня (меньшая из двух шестерен) значительно меньше шестерни, с которой она находится в зацеплении, то обычно учитывается весь люфт в большей передаче. Это сохраняет максимальную прочность зубьев шестерни. [2] Количество дополнительного материала, удаляемого при изготовлении шестерен, зависит от угла давления зубьев. Для угла давления 14,5 ° дополнительное расстояние, на которое перемещается режущий инструмент, равно желаемой величине люфта. Для угла давления 20 ° расстояние равно 0,73 желаемой величины люфта. [3]
На практике средний люфт определяется как 0,04, деленное на диаметральный шаг ; минимальное значение 0,03, деленное на диаметральный шаг, и максимальное 0,05, деленное на диаметральный шаг . [3]
В зубчатой передаче люфт накапливается. Когда зубчатая передача реверсируется, ведущая шестерня поворачивается на короткое расстояние, равное сумме всех люфтов, прежде чем последняя ведомая шестерня начинает вращаться. На выходах малой мощности люфт приводит к неточному расчету из-за небольших ошибок, вносимых при каждом изменении направления; при большой выходной мощности люфт вызывает сотрясения всей системы и может повредить зубья и другие компоненты. [ необходима цитата ]
Конструкции с защитой от люфта [ править ]
В некоторых случаях люфт является нежелательной характеристикой, и ее следует минимизировать.
Зубчатые передачи, где позиционирование является ключевым, но передача энергии невелика [ править ]
Лучшим примером здесь является аналоговая шкала настройки радио, с помощью которой можно выполнять точную настройку как вперед, так и назад. Это позволяют специальные конструкции шестерен. В одной из наиболее распространенных конструкций шестеренка делится на две шестерни, каждая из которых вдвое меньше толщины оригинала.
Одна половина шестерни прикреплена к его валу, в то время как другая половина шестерни может вращаться на валу, но предварительно нагружена при вращении небольшими спиральными пружинами, которые вращают свободную шестерню относительно неподвижной шестерни. Таким образом, сжатие пружины вращает свободную шестерню до тех пор, пока не будет устранен весь люфт в системе; Зубья неподвижной шестерни прижимаются к одной стороне зубьев шестерни, в то время как зубцы свободной шестерни прижимаются к другой стороне зубьев шестерни. Нагрузки, меньшие, чем сила пружин, не сжимают пружины, и при отсутствии зазоров между зубьями, которые необходимо воспринимать, люфт устраняется.
Винты, где важны и расположение, и мощность [ править ]
Еще одна область, где имеет значение люфт, - ходовые винты . Опять же, как и в примере с зубчатой передачей, виновником является потеря движения при реверсировании механизма, который должен точно передавать движение. Вместо зубьев шестерен используется винтовая резьба . Линейные оси скольжения (машинные суппорты) станков являются примером применения.
Большинство машинных суппортов на протяжении многих десятилетий, а многие даже сегодня, были простыми (но точными) чугунными линейными опорными поверхностями , такими как ласточкин хвост или коробчатые суппорты, с приводом ходовых винтов Acme . С простой гайкой неизбежен люфт. На ручных станках (без ЧПУ ) средство машиниста для компенсации люфта состоит в том, чтобы приблизиться ко всем точным позициям, используя одно и то же направление движения, то есть, если они набирали влево, а затем хотят перейти в точку вправо, они пройдут мимо него вправо , а затем вернутся к нему влево; в этом случае настройки, подходы к инструментам и траектории должны быть спроектированы в рамках этого ограничения. [ необходима цитата ]
Следующий более сложный метод, чем простая гайка, - это разрезная гайка , половины которой можно регулировать и фиксировать винтами, так что две стороны движутся, соответственно, против левой резьбы, а другая сторона - вправо. Обратите внимание на аналогию здесь с примером радио-циферблата с использованием разделенных шестерен, где разделенные половинки сдвигаются в противоположных направлениях. В отличие от примера с радиоприемником, идея натяжения пружины здесь бесполезна, потому что станки, выполняющие разрез, прикладывают слишком большое усилие к винту. Любая пружина, достаточно легкая для движения скольжения, в лучшем случае позволит резцу вибрировать, а в худшем - двигаться. Эти конструкции с разъемной гайкой и ходовым винтом Acme с регулировкой винтом не могут устранить вселюфт на салазках машины, если они не отрегулированы настолько сильно, что ход начинает заедать. Следовательно, эта идея не может полностью устранить концепцию «всегда приближаться с одного и того же направления»; тем не менее, люфт может быть небольшой (1 или 2 тысячных дюйма или), что более удобно, и при некоторых неточных работах достаточно, чтобы позволить «игнорировать» люфт, т. е. спроектировать как если бы их не было. ЧПУ можно запрограммировать на использование концепции постоянного подхода в одном и том же направлении, но это не обычный способ их использования сегодня [ когда? ] , потому что гидравлические разрезные гайки с защитой от люфта и более новые формы ходовых винтов, чем трапециевидные / трапециевидные, такие как шарико-винтовые пары с рециркуляцией, эффективно устраняют люфт.[ необходимая цитата ] Ось может двигаться в любом направлении без движения «назад и вперед».
Самые простые ЧПУ, такие как микролатические станки или преобразование из ручного в ЧПУ, в которых используются приводы с гайкой и трапецеидальным винтом, можно запрограммировать для корректировки полного люфта на каждой оси, чтобы система управления станка автоматически перемещала дополнительное расстояние. требуется, чтобы компенсировать слабину, когда он меняет направление. Эта программная «компенсация люфта» - дешевое решение, но в ЧПУ профессионального уровня используются более дорогие приводы, исключающие люфт, упомянутые выше. Это позволяет им выполнять 3D-контур с помощью, например, концевой фрезы с шаровой головкой, когда концевая фреза перемещается во многих направлениях с постоянной жесткостью и без задержек. [ необходима цитата ]
В механических компьютерах требуется более сложное решение, а именно редуктор с передним ходом . [4] Это работает, поворачиваясь немного быстрее, когда направление меняется на противоположное, чтобы «использовать» люфт.
Некоторые контроллеры движения включают компенсацию люфта. Компенсация может быть достигнута путем простого добавления дополнительного компенсирующего движения (как описано ранее) или путем определения положения нагрузки в схеме управления с обратной связью . Сама динамическая реакция люфта, по сути, задержка, делает контур положения менее стабильным и, следовательно, более подверженным колебаниям .
Минимальный люфт [ править ]
Минимальный люфт - это минимальный поперечный люфт на рабочем делительном круге, допустимый, когда зуб шестерни с максимально допустимой функциональной толщиной зуба находится в зацеплении с зубом шестерни, имеющим максимально допустимую функциональную толщину зуба при минимально допустимом межцентровом расстоянии в статических условиях.
Минимальный люфт определяется как разница между максимальным и минимальным люфтом, возникающим за полный оборот большей из пары сопряженных шестерен. [5]
Приложения [ править ]
В неточных зубчатых муфтах используется люфт, позволяющий допускать небольшое угловое смещение. Однако люфт нежелателен в приложениях для точного позиционирования, таких как столы для станков. Это может быть сведено к минимуму ужесточением конструктивных особенностей , таких как шариковые винты вместо leadscrews , и с помощью предварительно загруженные подшипники. Подшипник с предварительным натягом использует пружину или другое сжимающее усилие для поддержания контакта поверхностей подшипника, несмотря на изменение направления.
В несинхронизированных трансмиссиях может быть значительный люфт из-за преднамеренного зазора между шестернями кулачковых муфт . Зазор необходим, чтобы водитель или электроника могли легко включать передачи, синхронизируя скорость двигателя с частотой вращения карданного вала. Если бы был меньший зазор, было бы почти невозможно зацепить шестерни, потому что зубцы мешали бы друг другу в большинстве конфигураций. В синхронизированных передачах эту проблему решает синхронизатор .
См. Также [ править ]
- Перечень номенклатуры передач
- Гармонический драйв
Ссылки [ править ]
- ^ Bagad, В. С. (2009). Мехатроника (4-е изд. Изм.). Пуна: Технические публикации. ISBN 9788184314908. Проверено 28 июня 2014 .
- ^ a b Backlash (PDF) , заархивировано из оригинала (PDF) 09.02.2010 , получено 09.02.2010 .
- ^ а б Джонс, Франклин Дэй; Райффель, Генри Х. (1984), Упрощенная конструкция зубчатой передачи (3-е изд.), Industrial Press Inc., стр. 20, ISBN 978-0-8311-1159-5.
- ^ Адлер, Майкл, Meccano Frontlash Mechanism , заархивировано из оригинала 09.02.2010 , получено 09.02.2010 .
- ^ Номенклатура передач, определение терминов с символами . Американская ассоциация производителей шестерен . п. 72. ISBN 1-55589-846-7. OCLC 65562739 . ANSI / AGMA 1012-G05.
