Размышления о строгальном станке и ременных передачах

Сначала о передаточном числе

Просматривая письма в рубрику «Нужна помощь!» за последние годы, я обнаружил, что некоторые просьбы о помощи остались без ответа. Я был бы рад помочь всем, но еще Козьма Прутков сказал: «Нельзя объять необъятное». Однако на несколько безответных вопросов постараюсь ответить в пределах своих знаний и опыта.

Вот, казалось бы, простейший вопрос, заданный читателями в одном из альманахов за 1999 г. Там содержалась просьба до июня 1999 г. оказать помощь в расчете механической передачи. Требовалось рассчитать диаметры шкивов передачи, чтобы частота вращения ножевого вала деревообрабатывающего станка составила 3000...3500 об/мин. При этом имелось в виду, что двигатель электрический трехфазный с частотой вращения вала 1410 об/мин будет включен в однофазную сеть. Вопрос в редакцию запоздал, потому что был послан по старому адресу. Говорят: «Хороша ложка к обеду», но я посчитал, что ответить на вопрос все-таки стоит. Ведь обедаем-то мы не один раз, да и не одни мы. Глядишь, подоспеет ответ в самый раз к другому обеду. Поэтому я и решил более подробно осветить затронутую тему. Кстати, казавшийся несложным вопрос оказался не таким уж и простым.

Итак, чтобы получить на ножевом валу 3000...3500 об/мин при частоте вращения вала двигателя 1410 об/мин надо узнать, во сколько раз вал ножей должен вращаться быстрее вала двигателя. Разделив 3500 на 1410 получим число 2,48. В механике это число называется передаточным числом (отношением) привода различных передач: клиноременных, плоскоременных, цепных, зубчатых и др.

Обозначается это число буквой и. В нашем случае u=2,5, так как обычно дробные числа округляются до десятых числа или до целых чисел. Замечу, что передаточное число можно выразить и через отношение диаметров ведомого и ведущего шкивов (в ременных и других фрикционных передачах), через отношение чисел зубьев ведомого и ведущего зубчатых колес (в зубчатых передачах). Таким образом, понятно, что полученное число u=2,5 определяет зависимость между диаметрами шкивов на валу двигателя и на валу станка. Диаметр шкива на валу электрического двигателя должен быть больше диаметра шкива на валу ножевого барабана станка в 2,5 раза. Вот и весь ответ. Но чтобы определить рабочие размеры шкивов нужны дополнительные данные: диаметры валов двигателя и ножевого барабана, мощность двигателя, вид передачи привода. Авторы такие данные не приводят. И еще одна сложность. Если указанную авторами частоту вращения вала, равную 1410 об/мин двигатель обеспечивает после включения в однофазную сеть, то мои расчеты правильны. Если даны обороты двигателя при питании от трехфазной сети, то мой ответ неточен. Я не электрик, но знаю, что при включении трехфазных электродвигателей в однофазную сеть, все параметры двигателя меняются в сторону уменьшения их значения. Касается ли это и частоты вращения - утверждать не берусь. Во всяком случае посоветую, как определить эту частоту вращения. Обычно для этого используют прибор тахометр, который днем с огнем не найдешь. Но можно обойтись и без тахометра. На вал двигателя надевают пустую катушку от ниток, закрепляют на ней конец нитки от катушки с нитками, насаженной на стержень. Засекают время, включают электрический двигатель в сеть и дают ему поработать 5...10 с. По истечении предусмотренного времени работы двигателя нитку отрезают ножницами, не давая ей наматываться на катушку, так как вал двигателя в результате инерции продолжает вращаться и после выключения последнего. Далее находим средний диаметр Dср намотанного слоя ниток и вычисляем длину Scр витка нитки в этом слое по формуле:

Sср = π * Dср = 3,14 х Dcp

Теперь измерим длину L нитки, намотавшейся на пустую катушку за время работы двигателя в течение времени t с. Если L разделим на Scp и на t, то получим частоту вращения вала в секунду. В минуту частота вращения вала n составит:

n = L / (Scp * t) * 60 об/мин.

Расчет не идеален, но на безрыбье и рак рыба. Для домашнего употребления сгодится.

Для определения мощности трехфазного электрического двигателя, подключенного к одной фазе, требуются определенные расчеты и без специальных знаний здесь не обойтись.

УБДН на взгляд самодельщика

Не считая себя особо компетентным в вопросах электротехники, сначала я хотел на определении частоты вращения двигателя с помощью нитки и закончить ответ. Но потом решил продолжить эту тему, так как из запроса читателей понял, что речь идет о строгательном деревообрабатывающем станке. Я знаю, как нужен в хозяйстве, особенно в сельском, мастерам-самодельщикам такой станок. А в деревообрабатывающих станках я немного разбираюсь. Обычно, работая над очередной самоделкой, я следую общеизвестному принципу - зачем изобретать велосипед? Действительно, зачем выдумывать новую конструкцию, если можно взять готовый велосипед и по его подобию сварганить свой, добавив нужные прибамбасы. Такой велосипед, то бишь станок, у меня есть. Называется он УБДН-1. Паспорт где-то затерялся, но расшифровывается эта аббревиатура приблизительно так: универсальный барабанный деревообрабатывающий настольный. Он действительно универсальный. На нем можно строгать, пилить, затачивать ножи, топоры, вытачивать токарные изделия, сверлить. В работе он себя, хотя и не полностью, но оправдывал. Поэтому, взяв этот станок за основу и ознакомившись с его устройством, можно без всяких сложных расчетов в домашних условиях изготовить такой же. А если учесть недостатки этого станка, о которых я расскажу ниже, то можно сделать станок еще лучше. Но этим займутся уже сами самодельщики. Вообще-то трудно выполнить копию того или иного станка, так как, например, не всегда удается найти такой же электрический двигатель. Или вдруг мастер захочет изменить длину строгательного ножа в большую сторону, в результате чего ему понадобится более мощный электродвигатель.

Вот параметры моего станка, который, я думаю, не редко встречается в арсенале домашних мастеров. Он, по-моему, до сих пор есть в продаже. Привод строгательного барабана осуществляется с помощью клиноременной передачи от электродвигателя ДАВ-71 мощностью 370 Вт. Двигатель однофазный, так что работает от сети 220 В, частота вращения вала - 2780 об/мин, масса всего станка 24 кг. Строгательный барабан со съемными ножами закреплен постоянно на рабочем валу, остальной обрабатывающий инструмент - навесной. В данном материале я привожу чертежи основных узлов и деталей станка, требующих расчета. Все остальное додумает сам мастер в соответствии со своими возможностями и требованиями.

Начнем с рис. 1, на котором даны виды станка сверху. На рис. 1,а показан станок, подготовленный для строгания. Присутствующие на рис. 1,б накладной лист и наждачный камень здесь, понятно, сняты. На рис. 1,а штриховыми линиями показаны контуры кожуха (корпуса) станка, к которому винтами М4 прикреплены корпусы подшипников вала. Кожух сделан из листа стали толщиной 2 мм, корпусы подшипников - из дюралевых пластин толщиной 15 мм. Снизу станка предусмотрено стальное дно с отверстием под барабаном, которое предназначено для удаления стружки. Под двигателем в дне есть щель тоже для удаления пыли и стружки, но она мала и неудобна, хотя отсек двигателя постоянно забивается стружкой через окно в поперечной стенке корпуса, проделанное для ременной передачи. Сверху станок прикрыт таким же стальным листом с окном для строгательных ножей барабана. Нижний и верхний листы соединены между собой и кожухом, причем в качестве крепежных деталей здесь использованы корпусы подшипников и специальные трубки с резьбой для винтов М6. В подшипниках установлен рабочий вал с барабаном, снабженным двумя съемными ножами для строгания. На один конец вала навешивают наждачный камень или дисковую пилу. На валу также укреплен шкив, который с помощью клинового ремня соединен со шкивом двигателя. Другой конец вала конусный, на него надевают кулачковый патрон для сверл. На верхнем листе слева от отверстия для барабана (см. рис. 1,а) предусмотрена приподнятая выштампованная площадка. Она возвышается над листом на 0,5 мм, определяя толщину снимаемой стружки. Под высоту этой площадки и настраивают строгальные ножи.

Рис. 1. Станок УБДН-1 (виды сверху)

Рис. 1. Станок УБДН-1 (виды сверху): а - станок, подготовленный для строгания; б - станок, настроенный на работу дисковой пилой; 1 - верхний (вспомогательный) стальной лист; 2 - корпус подшипника; 3 - строгальный барабан; 4 - отверстие для штифта; 5 - трубка с резьбой; 6 - корпус станка; 7 - электродвигатель; 8 - накладной лист со штифтами; 9 - мерная линейка (уголок); H - приподнятая площадка

При работе навесным оборудованием ножи из барабана не вынимают, так что находятся они там постоянно. А чтобы в этом случае обеспечить безопасность эксплуатации станка, на верхний лист накладывают вспомогательный лист, который фиксируют на верхнем штифтами. При работе наждачным камнем, вспомогательный лист накладывают так, чтобы его контуры совпали с контурами верхнего листа. Ступенчатые штифты обеспечивают 2-миллиметровый зазор между листами, поэтому ножи не задевают за вспомогательный лист. Предохранительные колпаки предусмотрены и для наждачного камня и для дисковой пилы.

На рис. 1,б приведен вид сверху станка, настроенного на работу дисковой пилой. Съемный вспомогательный накладной лист имеет щель для диска пилы. Выше мы рассмотрели, как накладывают вспомогательный лист при работе на наждаке. При установке пилы этот лист разворачивают на 180°. Теперь вспомогательный лист, установленный на тех же штифтах, оказывается смещенным относительно верхнего листа на 50 мм, в результате диск пилы попадает в щель в листе. Затем на станке располагают подвижную планку из уголка, с помощью которой регулируют ширину отрезаемой части доски или бруса. На концах подвижной планки предусмотрены зажимы для крепления ее на столе.

Далее рассмотрим схему клиноременной передачи станка, приведенную на рис. 2. Электрический двигатель крепят к дну корпуса с помощью двух шарниров. К одной из свободных цапф двигателя прицепляют пружину, которая подтягивает двигатель к дну, тем самым осуществляя (вместе с весом самого двигателя) натяг приводного ремня. Кстати, хочу отметить, что между силой натяжения приводного клинового ремня и значением мощности, которую он способен передать, существует прямая зависимость.

Рис. 2. Схема клиноременной передачи станка УБДН-1

Рис. 2. Схема клиноременной передачи станка УБДН-1: 1 - строгальный барабан; 2 - электродвигатель; 3 - трубка с резьбой; 4 - пружина; 5 - отверстие в корпусе подшипника для крепления приспособления для токарных работ; H - приподнятая площадка

Из рис. 3 понятен способ настройки ножей барабана для строгания. Здесь на выступающую площадку верхнего листа кладут ровную пластину из дерева, дюраля, пластика и ставят на пластину какой-либо груз. Лично я в качестве пластины использую лист оргстекла, так как он прозрачный, что позволяет легче контролировать положение лезвия ножа относительно пластины. В процессе настройки барабан поворачивают так, чтобы кромка лезвия находилась в верхнем положении, и прижимают кромку к пластине. Далее гаечным ключом закручивают болты, зажимая нож. Установив один нож, те же операции проделывают со вторым. После такой настройки барабан будет снимать стружку толщиной 0,5 мм.

Рис. 3. Схема настройки ножей строгального барабана

Рис. 3. Схема настройки ножей строгального барабана: H - приподнятая площадка

Чтобы определить частоту вращения барабана с ножами, надо найти передаточное число и клиноременной передачи. В справочной литературе не рекомендуют применять шкивы для клиновых ремней диаметром менее 63 мм. Изготовители УБДН, видимо из конструктивных соображений, проигнорировали эти рекомендации и поставили на барабане шкив диаметром 47 мм, а на вале электродвигателя - диаметром 64 мм. Конечно, такая передача будет работать, но долговечность службы ремня снизится. Итак, зная диаметры шкивов, найдем передаточное число и, которое будет равно 1,36 (64:47). Так как частота вращения двигателя Nм = 2780 об/мин, то частота вращения барабана Nб = u * Nм =1,36 х 2780 = 3780 об/мин.

Главный рабочий орган станка - рабочий вал (рис. 4), который состоит из собственно вала, а также барабана и шкива. Барабан соединен с валом заклепками, а шкив с валом - шпонкой и запорным кольцом.

Рис. 4. Рабочий вал в сборе

Рис. 4. Рабочий вал в сборе: 1 - корпус подшипника; 2 - заклепка; 3 - строгальный барабан; 4 - нож; 5 - запорная планка; 6 - болт M8; 7 - шпонка; 8 - шкив; 9 - запорное кольцо; 10 - опорная втулка; 11 - дисковая пила

Рис. 5. Способ крепления ножей в стальном барабане

Рис. 5. Способ крепления ножей в стальном барабане: 1 - заклёпка; 2 - поджимная пружина; 3 - запорная планка

Подпружиненные плоской пружиной ножи зажимают в пазах барабана (рис. 5) запорными планками с помощью болтов М8. При первом же взгляде на барабан УБДН-1 бросается в глаза явно завышенная ширина шкива. Из каких это сделано соображений - непонятно. Видимо, опять, как с диаметром шкива, из конструктивных.

При массовом производстве станков возможно и оправдана разборная конструкция вала, но при домашнем изготовлении наверное есть смысл вытачивать вал из одной заготовки целиком с барабаном и шкивом, потому что любая сборка ведет к потере точности работы вала. Чем больше в сборке деталей, тем труднее отбалансировать вал. Последний вращается в однорядных шариковых подшипниках легкой серии с защитной шайбой с одной стороны. По старому обозначению они имеют марку 80202. Наружный диаметр - 35 мм, внутренний - 15 мм, ширина - 11 мм. Все эти размеры я даю для справки, чтобы не забивать голову расчетами, а ориентироваться на готовое, изменяя размеры (в разумных пределах) в ту или иную сторону согласно задумке мастера. Можно взять другие подшипники, принять иные размеры вала, барабана, двигателя и т. д. Вообще-то все определяется наличием материалов, двигателя, доступностью токарных работ. Обратите внимание на универсальность узла крепления дисковой пилы (см. рис. 4). Прижимная шайба-втулка со стороны пилы имеет 0,5-миллиметровый круговой выступ, диаметр которого равный диаметру отверстия в пиле. Этот выступ и центрирует на валу дисковую пилу. Шайба-втулка зажимается на валу гайкой М12 с левой резьбой. Можно нарезать на валу и «обычную» правую резьбу, но тогда придется для страховки зафиксировать втулку двумя гайками. Теперь рассмотрим этот же узел крепления, но уже с наждачным камнем (рис. 6). Ту же шайбу-втулку обратной стороной (собственно втулкой) вставляют в отверстие наждачного круга, центрируя его. В данном случае борт втулки выполняет роль шайбы и зажимает круг при закручивании на валу гайки.

Рис. 6. Способ крепления на валу наждачного круга

Рис. 6. Способ крепления на валу наждачного круга: 1 - корпус подшипника; 2 - опорная втулка; 3 - шайба; 4 - шайба-втулка

Корпуса подшипников изготовлены из дюралевых пластин толщиной 15 мм, хотя их можно выполнить и из стального листа или же отлить из бронзолатунного лома. В корпусе каждого подшипника сделано по отверстию, куда вставляют трубу, на которой монтируются приспособления для токарных работ. Как уже говорилось, на одном конце вала устанавливают дисковую пилу или наждачный круг, а вот другой конец вала выточен в виде конуса, на который надевают трехкулачковый патрон (для закрепления в нем сверл диаметром до 6 мм) или планшайбу для токарных работ. Патрон у моего станка был негодным, планшайба не прилагалась, а трубчатое навесное оборудование для токарных работ оказалось жидковатым. Я им так ни разу и не воспользовался, поэтому об этом писать не стану. Но возможностью использовать конический конец вала для сверлильных и токарных работ надо обязательно воспользоваться.

Плоские пружины, поджимающие строгальные ножи, оказались неудобными в эксплуатации, поэтому я заменил их цилиндрическими (рис. 7). На рис. 7,б я нарисовал три цилиндрические пружины, но хватит и двух, крайних. Такие пружины проще подобрать или навить самому, а также легче установить на барабане. Но если вы все же предпочтете плоскую пружину, то ее легко изготовить из часовой пружины старого будильника или других часов с пружинным приводом.

Рис. 7. Плоская (а) и цилиндрические (б) поджимные пружины

Рис. 7. Плоская (а) и цилиндрические (б) поджимные пружины: 1 - нож; 2 - плоская пружина; 3 - строгальный барабан; 4 - цилиндрическая пружина

На прижимной планке (рис. 8 ) предусмотрен миллиметровый гребешок, который выполняет роль стружколома. Подобное накладное устройство обычно бывает у лезвий ножей фуганков.

Рис. 8. Прижимная планка

Рис. 8. Прижимная планка

Наконец, на рис. 9 показана самая трудноизготовимая деталь - барабан. Сначала, понятно, на токарном станке вытачивают цилиндрическую заготовку с отверстием для вала. После в заготовке фрезеруют или строгают пазы и делают в последних щели для ножей. В барабане станка УБДН-1 формируют пазы шириной 22 мм и глубиной 17,5 мм. Ширина щели 5 мм. Интересно, что наклон щелей получается автоматически, если, углубляясь в паз, дисковая фреза одной стороной будет касаться верхнего ребра паза, а другой - нижнего. Угол наклона можно вычислить и в градусах, проведя несложные дополнительные геометрические построения (см. рис. 9). Ширину барабана и соответственно ножей самодельного станка выбирают в связи с необходимостью и исходя из мощности вашего двигателя. А теперь немного об основных недостатках конструкции УБДН-1, чтобы не повторить их при изготовлении своего станка.

Рис. 9. Конструкция строгального барабана (а и б - точки на ребрах паза)

Рис. 9. Конструкция строгального барабана (а и б - точки на ребрах паза)

Недостатки станка УБДН-1

1. Приподнятая площадка верхнего листа, определяющая толщину снимаемой стружки, выполнена методом штамповки заодно с листом. А так как обрабатываемые деревянные доски и бруски всегда покрыты абразивной пылью, песком, поверхность площадки изнашивается, в результате чего площадка становится меньше «ростом». Для настройки ножей и регулировки толщины стружки приходится на площадку накладывать компенсирующие износ листы ватмана. Поэтому желательно эту площадку сделать съемной, меняя ее по мере износа. При этом, устанавливая накладки различной толщины, можно регулировать толщину снимаемой стружки.

2. Плоские пружины для поджима ножей неудобны в работе. Мне кажется, что цилиндрические пружины более подходят для этой цели.

3. Пазы для ножей желательно делать глубже, а строгальные ножи должны быть более широкими (с запасом на износ). При установке сильно сточенных ножей плоская пружина, распрямляясь, начинает выступать из щели, а поскольку ширина пружины больше толщины ножа, прижимная планка упирается в пружину, что не позволяет зажимать нож. Понятно, ширина плоской пружины (как и диаметр цилиндрической пружины) должен быть на 0,5...1 мм меньше толщины ножа.

4. Клиновый ремень расположен внутри корпуса станка, поэтому, чтобы сменить его, придется разбирать корпус. Так что удобнее шкивы вынести за пределы корпуса.

5. В днище под электродвигателем хорошо бы сделать такое же окно, как под барабаном. Хотя отсек двигателя закрыт перегородкой, в нем предусмотрено отверстие для ремня, через которое стружка проникает в отсек двигателя. А через имеющуюся в днище узкую щель удалять эту стружку очень неудобно и долго.

6. Качество навесного оборудования для сверлильных и токарных работ не выдерживает никакой критики. Трубчатое крепление жидковато, труба сверху не обработана, планшайбы в комплекте нет, приложенный трехкулачковый патрон немыслимой допотопной конструкции (к тому же еще практически не зажимает сверло).

7. Рабочий вал, ножи, барабан изготовлены грубо, плохо отбалансированы. Поэтому шум при работе станка подобен грому. От производимых станком вибрации и воя разбегаются соседи, а потом сбегаются. Что дальше - неописуемо. Приходится под станок подкладывать поролоновую подушку.

Однако при всем этом станок все-таки работает и многие его недостатки легко устранимы. К тому же в его конструкции заложены богатые потенциальные возможности, которые не заметили создатели станка УБДН, но зато использовали мастера-самодельщики. Об этом они уже писали в альманахе "Сделай сам". Так, мастер Б. Шириков сообщает, что кроме перечисленных в конструкции работ, он на этом станке делает вагонку для обивки стен садовых домиков, наличники, плинтуса, уголки, рейки, штапики, оконные и дверные переплеты, выбирает в брусках пазы разных размеров, четверти, овалы, желобки. И делает он все это благодаря набору сменных профильных ножей и некоторых несложных приспособлений.

А мой собственный опыт работы на УБДН-1 позволил сделать вывод, что сделать самодельный надежный строгательный станок с шириной ножей 100 мм можно, взяв за основу технические данные того же УБДН-1, для чего понадобится электрический двигатель на 220 В мощностью 370 Вт и частотой вращения 2780 об/мин. Частоту вращения ножевого барабана в 3780 об/мин обеспечит клиноременная передача с передаточным числом u = 1,36.

О клиноременной передаче

Теперь попробуем разобраться с клиноременной передачей, то есть подобрать для нее шкивы и ремень. Размеры собственно приводных ремней (есть еще ремни для автотракторных двигателей) приведены в таблице 1.

Таблица 1. Размеры некоторых стандартных клиновых ремней

Таблица 1. Размеры некоторых стандартных клиновых ремней

Как известно, тип ремня (то есть его размеры), применяемого в клиноременной передаче, определяется значением передаваемой им мощности, а также линейной скоростью движения ремня. Последнюю легко вычислить, зная диаметр (длину окружности) шкива и его частоту вращения, по следующей формуле:

V = (π * D * N) / t м/с,

где V - линейная скорость ремня, м/с;

D - диаметр шкива, м;

N - частота вращения шкива, об/мин;

t - 60 с;

π - 3,14.

Зная же линейную скорость ремня и передаваемую им мощность, тип ремня легко определить с помощью таблицы 2.

Таблица 2. Рекомендуемый тип ремня в зависимости от его линейной скорости и передаваемой им мощности

Таблица 2. Рекомендуемый тип ремня в зависимости от его линейной скорости и передаваемой им мощности

Примечание. 1 л.с. (1 лошадиная сила) = 0,7355 кВт.

А теперь, проверяя полученную выше информацию, попробуем расчетным способом определить тип приводного клинового ремня, установленного на УБДН-1. (Несложные замеры позволяют сделать вывод, что ремень на станке относится к типу 0, который обычно называют просто нулевым.)

Как мы знаем, сначала придется узнать линейную скорость ремня V, приняв во внимание, что диаметр D шкива барабана равен 0,047 м, а частота вращения N барабана, то есть частоты вращения шкива, составляет 3780 об/мин. Таким образом, подставив в формулу V = π * D * N / t имеющиеся данные, получим, что V = 3,14 х 0,047 х 3780 / 60=9,29 м/с. А зная скорость ремня и мощность двигателя УБДН-1, которая равна 370 Вт (или 0,5 л.с.), с помощью таблицы 2 определим, что этим параметрам соответствует нулевой ремень, который и использован в станке. Вывод: тип ремня мы подобрали правильно.

Выше уже говорилось, что диаметр шкива не должен быть меньше определенного размера, причем этот минимальный размер зависит от типа применяемого приводного ремня (см. таблицу 3).

Таблица 3. Значение минимального диаметра шкива Dmin в зависимости от типа приводного ремня

Таблица 3. Значение минимального диаметра шкива Dmin в зависимости от типа приводного ремня

Конструкторы УБДН-1 этим рекомендациям не последовали.

Еще при организации клиноременной передачи придется подсчитать межцентровое расстояние, то есть расстояние между осями шкивов, которое тоже не должно быть меньше определенного размера, обеспечить необходимое натяжение ремня, а также нужную конфигурацию ручья шкива под соответствующий клиновой ремень. Но об этом вы все узнаете из специальной литературы, если, конечно, решитесь сделать свой станок.

Я думаю что привел достаточно данных для расчета и изготовления строгательного станка. Ну а что окажется непонятным, через альманах всегда можно решить возникшую проблему. Недаром он - "Сделай сам".

О плоскоременной передаче

Ниже речь пойдет тоже о приводе с ременной передачей, но с помощью плоского ремня. Читатель из г. Краснодара В. Болдырев рассказывает в Сделай сам №3 за 2000 год о забавном случае, когда плоскоременная передача не хотела нормально работать, а постоянно взбрыкивала, сбрасывая ремень со шкивов. Причину такого поведения нашли не сразу. А заключалась она в том, что поверхность обода от износа оказалась вогнутой, как месяц на ущербе. Когда выработка шкива была устранена и шкив приобрел цилиндрическую форму, ремень перестал соскакивать. Отсюда естественный вопрос: почему обода шкивов плоскоременных передач делают ровными или даже слегка выпуклыми?

Я по профессии - механик, а по складу характера - конструктор, и мне не раз приходилось проектировать плоскоременные передачи, поэтому описанный случай для меня - понятное явление. Передача привода с плоским ремнем с виду очень проста: два шкива и ремень. Но характер у нее иногда похуже, чем у тещи. Так вдруг закапризничает, что трудно сразу успокоить. Самое лучшее лекарство от подобного сбрасывания ремня - это точность изготовления шкивов и их аккуратный монтаж, что на практике у нас бывает чрезвычайно редко. Тяп-ляп и... поехало, но не в ту сторону. К тому же достаточно трудно с большой точностью сшить ремень передачи. Да и сам ремень по своей длине и ширине имеет не однородную структуру, что не позволяет точно рассчитать его удлинение в процессе работы, хотя на заводе после изготовления они должны подвергаться вытяжке под нагрузкой. Все эти погрешности, накладываясь друг на друга, не позволяют вращающейся системе передачи найти, как говорят, свою колею и работать нормально. Поэтому приходится ставить дополнительные направляющие ролики, применять шкивы с высокими ребордами, предусматривать другие дополнительные устройства, препятствующие соскоку ремня. Профиль обода тоже много значит. Наиболее нетерпим к конструкционным погрешностям передачи обод с вогнутой поверхностью, наиболее терпим - с выпуклой.

Попробуем динамику возникающих в передаче сил изобразить графически (рис. 10). Понятно, чтобы плоскоременная передача «заработала», надо обеспечить сцепление ремня с поверхностью обода вращающегося шкива, то есть создать необходимую силу трения между шкивом и ремнем. Эта сила трения возникает при натяжении ремня, о ней мы говорили выше. Обозначим эту силу буквой Р.

Рис. 10. Схема нагрузок на вогнутых (а), цилиндрических (б) и выпуклых (в) ободах шкивов

Рис. 10. Схема нагрузок на вогнутых (а), цилиндрических (б) и выпуклых (в) ободах шкивов: P - сила натяжения ремня; n - распределенные удельные нагрузки

На рис. 10,а показан характер нагрузки на желобчатый обод шкива и реакция от этой нагрузки. Так как ремень не резиновый и обладает значительной упругостью, то в середине желоба под ремнем возникает зазор, или если глубина желоба небольшая, образуется зона пониженного давления. Чтобы было нагляднее, на этом рисунке я показал видимый зазор. Таким образом, на середину шкива ремень не давит. Поэтому эпюра нагрузок получается разорванной, что говорит о ее неустойчивости. В результате кривизны поверхности шкива при действии нагрузки n в точках соприкосновения ремня с поверхностью шкива, например, в симметричных точках а, возникают силы n1 и n2, каждая из которых направлена к своему краю ремня. При идеальном расположении ремня во впадине шкива, эти силы, стремящиеся сместить ремень вправо и влево будут одинаковыми, поэтому взаимно уравновесят друг друга. В результате передача будет стабильно работать, сила инерции удержит ремень в симметричном положении по отношению к центральной оси. Однако, если мы слегка толкнем ремень в любую сторону, равновесие нарушится и ремень сползет со шкива. Как раз погрешности при изготовлении ремней и шкивов, а также неточности при монтаже передачи, например, непараллельность осей шкивов, и являются причиной, порождающей силы, выводящие систему из равновесия движения.

На рис. 10,б дан шкив, обод которого имеет цилиндрическую поверхность. Здесь нагрузки n действуют строго перпендикулярно к поверхности обода, поэтому эпюра нагрузок имеет устойчивою прямоугольную форму. Боковых сил не возникает, и передача работает устойчиво. Чтобы ремень начал соскальзывать, необходимо наличие боковых сил, которые могут возникнуть при некачественном монтаже.

И наконец, шкив выпуклой формы. Здесь та же закономерность, что и в первом случае, но векторы возникающих боковых сил направлены в сторону центральной вертикальной оси, так что при любом их изменении они вытягивают ремень на середину шкива. Этим и объясняется, что передача с выпуклыми шкивами является наименее чувствительной ко всяким погрешностям.

К сказанному хочу добавить, что при больших скоростях под лентами (ремнями) вогнутых и цилиндрических шкивов возникают воздушные подушки, работающие как пружины и как смазка, от чего шкивы могут пробуксовывать, а ремень сбрасываться. Для уменьшения воздействия от такой воздушной подушки в ободе сверлят несквозные отверстия.

С рекомендуемыми высотами выпуклости ободов можно познакомиться в специальной литературе, например, в Справочнике металлиста.

Комментарии

василий 29/06/2011 в 00:38

Малоуниверсальный даже для работ по изготовлению малых деревянных моделей, а цена заваливает за приличный токарный станок по металлу. Конструкторам надо самим поработать на нём дома и попробовать воссоздать модель первого корабля ПЕТРА-1.

Виктор 02/02/2012 в 20:13

Подшипник на станке с размерами 35-15-11 имеет маркировку 60202 К2, а не 80202, как сообщает уважаемый автор.

Павел 07/04/2012 в 14:03

Наткнулся на статью в поисках приводного ремня к данному станку. Из статьи понял, что нужен ремень типа 0, но длина, к сожалению, не указана. По результатам собственных измерений решил, что длина 500 мм. Таким образом, нужен ремень с характеристиками Z(0)-500. Поправьте, если ошибаюсь.

Павел 17/04/2012 в 16:25

Купил в итоге z(0)-530. Сначала по результатам замеров рулеткой думал 500-й покупать, но, сравнив в магазине со старым ремнем, решил 530-й купить. Вроде все нормально, только греется сильно (надеюсь, новые ремни всегда так прирабатываются).

Володимир 01/02/2013 в 17:18

Где можно найти двигатель к УБДН-1УЗ?

    коля 04/03/2013 в 20:47

    Можно купить Питер т. 8 812 9700806 ул. Новосельковская

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Мы Вконтакте
Разместить материал
Мы с радостью разместим Ваши интересные статьи на нашем сайте. Для отправки материала свяжитесь с нами через Форму обратной связи.
Свежие комментарии