Совокупность устройств, приводящих в движение рабочие органы металлорежущих станков, называют приводом. Он состоит из двигателя, являющегося источником движения, и механизмов, передающих движение рабочим органам и трансформирующих его. Передаточный механизм часто служит для увеличения крутящего момента (или усилия) и уменьшения скорости, т. к. широко применяемые электродвигатели имеют частоту вращения 3000, 1500, 1000, 750 и 600 об./мин при сравнительно небольшом крутящем моменте. В большинстве случаев скорости нужны меньшие, а моменты бóльшие, что достигается установкой за двигателем редуктора. Если же необходимо иметь несколько скоростей рабочего органа машины, то за двигателем следует коробка передач (скоростей). Привод также может содержать муфты для соединения валов (например, электродвигателя и редуктора), устройства, предохраняющие от перегрузки, изменяющие направление движения, преобразующие один вид движения в другой (например, вращательное в поступательное), блокировочные и др. (см. далее). Наиболее распространены электрический, гидравлический и пневматический приводы, причем последние два получают энергию от электродвигателя.

Механизм возвратно-поступательного движения

Передача усилия от источника к конечному устройству может проводится самым различным образом. Возвратно поступательный механизм обладает следующими особенностями:

1. В большинстве случаев он устанавливается при создании обрабатывающего оборудования, к примеру станка, у которого инструмент может одновременно получать вращение и перемещаться в нескольких плоскостях.
2. Создаваемая конструкция должна быть рассчитана на достаточно длительный эксплуатационный срок. Для этого используется износостойкий материал, который может выдержать длительное воздействие.
3. Уделяется внимание длительности эксплуатации. Привод может служить определенное количество циклов или времени.
4. Немаловажным параметром назовем компактность. Слишком большие механизмы возвратно-поступательного движения увеличивают вес конструкции, делают ее более громоздкой.
5. Ремонтопригодность считается важным параметром, который должен учитываться. При длительной эксплуатации приходится проводить замену износившихся элементов.

Основные эксплуатационные характеристики во многом зависят от принципа действия механизма возвратно-поступательного перемещения. Именно поэтому следует каждый рассматривать подробно.

Основные виды полуосей

Зависимо от конструкции полуось может быть полностью или частично разгруженной от действующих на нее изгибающих моментов.

Разгруженная полуось

более характерна для транспортных средств с большой грузоподъемностью, в том числе автобусов. Такая полуось на чертеже будет выглядеть свободно установленной внутри моста деталью, а опираться на балку моста будет ступица колеса с помощью двух подшипников. В данной конструкции полуось передает исключительно крутящий момент, поскольку всю силу изгибающего воздействия на себя принимают подшипники.

Виды полуосей

Полузагруженная полуось

в подавляющем большинстве случаев установлена на легковых и легкогрузовых автомобилях. Устройство полуоси данного вида отличается тем, что в ней подшипник стоит между самой полуосью и ее кожухом, причем полуось крепится непосредственно к ступице колеса. По этой причине на плече периодически возникают изгибающие моменты, которые воздействуют на полуоси в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

На переднеприводных автомобилях для передачи крутного момента от КПП к колесам устанавливаются полуоси несколько иной конструкции. Состоит такой приводной вал из оси, внутреннего и наружного ШРУСов.

Устройство приводного вала переднеприводного автомобиля.

Типы передач для поступательного движения

Встречается довольно большое количество различных устройств, которые могут применяться для преобразования передаваемого усилия. Большое распространение получили следующие варианты:

1. Кривошипно-шатунные может применяться для преобразования вращения в возвратно-поступательное движение и наоборот. В качестве основных элементов применяется кривошипный вал, ползун, шатун и специальный элемент кривошипа. Для расчета момента и других параметров могут использоваться различные формулы. В качестве основного элемента также могут использовать коленчатый вал, который имеет одну или несколько ступеней. Они получили весьма широкое распространение, к примеру, двигатели или насосы, сельскохозяйственная техника. При изготовлении основных деталей, как правило, применяется сталь с высокой коррозионной стойкостью.
2. Кулисные конструкции получили весьма широкое распространение, так как усилие передается без шатуна. В подобном случае ползун напоминает кулису, в которой делается специальное отверстие. На момент вращения кривошипного вала кулиса двигается вправо и налево. В некоторых случаях вместе кулисы применяется стержень с насаженной втулкой. Для обеспечения контакта применяется прижимная пружина. Существенно повысить качество работы устройства можно за счет установки ролика на конце устройства.
3. Кулачковые варианты исполнения применяются для преобразования вращательного перемещения в возвратно-поступательное. Основным элементом конструкции можно назвать кулачки, а также стержень, криволинейный диск. Для направления положения стержня устанавливается втулка, которая характеризуется весьма высокой точностью позиционирования. Снизить степень трения поверхности можно за счет ролика. В некоторых случаях вместо стержня устанавливается касающийся рычаг. Основные параметры могут быть рассчитаны самостоятельно. Механизм возвратно-поступательного движения рассматриваемого типа применяется в самых различных случаях, к примеру, в механизированном оборудовании.
4. Шарнирно-рычажные устройства устанавливаются в том случае, если нужно сменить направление движение в какой-либо части устройства. Примером можно назвать ситуация, когда вертикальное перемещение следует перенаправлять в горизонтальное. Кроме этого, в некоторых случаях нужно провести увеличение или уменьшение хода.

Приведенная выше информация указывает на то, что встречается просто огромное количество различных вариантов исполнения механизмов. Выбор проводится по самым различным критериям, которые должны учитываться.

Электропривод

В качестве двигателей электропривода чаще всего применяют односкоростные асинхронные электродвигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором. Асинхронная машина включается в трехфазную сеть, поэтому она должна иметь на статоре три фазные обмотки, создающие вращающееся магнитное поле, которое увлекает за собой ротор. Ротор вращается асинхронно, т. е. со скоростью, отличной от скорости поля. Обладая жесткой характеристикой (зависимостью крутящего момента от числа оборотов), эти двигатели обеспечивают постоянство мощности во всем диапазоне скоростей и незначительное изменение числа оборотов вала под нагрузкой.

Применение асинхронных электродвигателей с электрическим переключением скоростей путем изменения числа пар полюсов значительно упрощает коробки передач. Однако асинхронные электродвигатели с переключением скоростей обладают постоянным моментом на разных скоростях, что снижает их эффективность при малых оборотах.

Характерной частью большой группы электрических машин является коллектор — полый цилиндр, собранный из изолированных друг от друга медных колец. Наличие коллектора у машин переменного тока позволяет подвести фазы к ротору. Асинхронные электродвигатели с фазным ротором применяются для механизмов с плавным, ступенчатым пуском в тяжелых условиях при продолжительном режиме работы.

Использование электродвигателей постоянного тока, частоту вращения которых в достаточно широких пределах можно регулировать (при постоянной мощности в определенном диапазоне скоростей) изменяя поле возбуждения, оказывается более предпочтительным, т. к. значительно упрощает коробку передач.

В двигателях постоянного тока коллектор обеспечивает постоянный по направлению вращающий момент. Область применения коллекторных машин, в особенности машин постоянного тока, достаточно обширна, а наличие простых и малогабаритных выпрямительных устройств позволяет подключать их к сетям переменного тока. Особенно ценное свойство коллекторной машины постоянного тока — возможность плавного (бесступенчатого) регулирования частоты вращения ротора.

Синхронной называется электрическая машина, скорость вращения ротора которой связана постоянным отношением с частотой сети переменного тока, в которую эта машина включена. Синхронные электродвигатели целесообразны в тех случаях, когда необходим двигатель, работающий при постоянной скорости. У синхронных двигателей КПД несколько выше, а масса на единицу мощности ниже, чем у асинхронных двигателей, рассчитанных на ту же частоту вращения.

Для осуществления вспомогательных движений нередко используют электромагниты.

Устройство для преобразования возвратно-поступательного движения в прямолинейное

Также механизмы возвратно поступательного движения могут применяться для создания условий прямолинейного перемещения исполнительного органа. Ключевыми моментами подобного варианта исполнения назовем:

1. Существенно повышается надежность.
2. При изготовлении применяются материалы, характеризующие повышенной износостойкостью.
3. Подобные механизмы несколько схожи с теми, которые проводят преобразование вращения в возвратно-поступательное перемещение.

Многие конструкции работают на основе применения прямолинейного перемещения. Именно поэтому они получили весьма широкое распространение.

Причины поломки полуосей

В процессе эксплуатации транспортного средства полуось постоянно работает под довольно серьезными нагрузками, среди которых:

• изгибающий момент, который появляется из-за воздействия на автомобиль силы тяжести;
• касательная реакция, возникающая при начале движения и торможении автомобиля;
• боковая сила из-за заносов машины;
• боковые нагрузки, возникающие из-за воздействия сильного бокового ветра.

Полуоси испытывают практически экстремальные нагрузки при перемещении автомобиля по грунтовым дорогам, а также по разбитым шоссе.

Поломка полуоси приводит к полной или частичной потере управляемости автомобилем, поэтому правильный, тщательный и своевременный уход за ними имеет большое значение.

В процессе эксплуатации ведущего моста нужно периодически проверять состояние размещенных на полуосях подшипников. Их долговечной работы можно добиться, обеспечив полноценную защиту от проникновения грязи и жидкостей.

Возвратно-поступательный механизм своими руками

Существенно сэкономить можно путем создания возвратно-поступательного механизма своими руками. В некоторых случаях его делают из дрели, в других для передачи вращающего крутящего момента используется электрический двигатель.

Особенностями назовем нижеприведенные моменты:

1. Большинство конструкций самостоятельно изготовить не получается, так как требуемые детали характеризуются высокой сложностью. Примером можно назвать сочетание кривошипного вала и шестерни.
2. Во всех случаях должны проводится расчеты, так как в противном случае обеспечить требуемые параметры не получается.
3. Изготовить конструкцию рассматриваемого типа можно только при наличии специального оборудования. Если устройство сделано своими силами, то его реальные параметры от расчетных могут существенно отличаться.

В целом можно сказать, что рассматриваемая задача довольно сложна в исполнении. Именно поэтому работу должны проводить исключительно профессионалы, которые могут провести сложные расчеты, а также изготовить требуемые детали.

Приводной механизм

Он имеет два вала (трансмиссионный и коренной), встроенную зубчатую (цепную) передачу, кривошипно-шатунные группы, подшипники и другие детали. На рис. 17 представлены схемы устройства приводного механизма некоторых двухцилиндровых насосов двойного действия.

Рисунок 17. Приводные механизмы поршневых насосов.

Ведущий (трансмиссионный) вал механизма, установленный на двух (см. рис. 17, б

,
в
,
г
) или четырех опорах (см. рис. 17,
а
), приводится во вращение внешней понижающей передачей – клиноременной, цепной или зубчатой. Ведомый (коренной) вал большинства насосов является двухопорным. Зубчатые колеса чаще всего устанавливаются в центральной части механизма (см. рис. 17,
а
,
б
,
в
). В некоторых конструкциях насосов предусматривается по две параллельно работающие зубчатые передачи (см. рис. 17,
г
). Такие конструкции применяются редко из-за увеличения ширины и веса насоса. В таком механизме достигается повышенная долговечность деталей в результате уменьшения прогиба вала (благодаря близкому расположению опор к зубчатому колесу).

Применение высокопрочных материалов и повышение точности изготовления деталей позволило перейти к менее громоздкой схеме построения приводного механизма (см. рис. 17, в

), при которой зубчатое колесо расположено в средней части машины.

В конструкции механизма с кривошипным или пальцевым валом и шатунами, расположенными с внешних сторон зубчатого колеса (см. рис. 17, а

,
б
), упрощен осмотр подшипников шатунов, но расстояние между шатунами и вес насоса увеличены.

Коренные валы приводных механизмов, приведенных на рис. 17, б

,
в
, отличаются друг от друга устройством узлов, расположенных внутри шатуна. Первый из них – пальцевый, второй – эксцентриковый. Оба вала имеют меньшую ширину по сравнению с кривошипным валом (см. рис. 17,
а
). эксцентриковый вал сложнее в изготовлении, но позволяет сократить ширину приводной части насоса и снизить его вес. Пальцевый вал проще в механической обработке, но менее прочный. Мотылевая головка шатуна и его подшипник имеют меньшие размеры и вес в конструкции с кривошипным и пальцевым валами. Конструкция эксцентрикового вала предусматривает использование подшипников большого диаметра.

В большинстве двухцилиндровых насосов двойного действия отечественного производства использован механизм с центральным расположением зубчатой передачи.

В трехцилиндровых насосах одинарного действия приводной механизм имеет аналогичную конструкцию. Трансмиссионный вал представляет собой двухопорную конструкцию, установленную на роликоподшипниках. Подшипники заключены в стакан. Снаружи они закрываются крышками. Между стаканами и крышками располагаются регулировочные прокладки.

На выступающих за подшипниковые опоры конических хвостовиках вала закреплены шпонки. На один из них монтируется шкив клиноременной или звездочка цепной передачи. Противоположный хвостовик вала закрывается защитным колпаком. В станине насоса вал крепится с помощью разрезных цанг, которые обеспечивают беззазорное сопряжение стаканов со станиной. На валу с помощью шпонки закреплена шестерня.

В двухопорный эксцентриковый вал запрессована ось. Между двумя эксцентриками вала на ступице по прессовой посадке закреплен зубчатый венец, который входит в зацепление с шестерней трансмиссионного вала.

Область применения

Привод рассматриваемого типа встречаются в самых различных областях. При этом:

1. Чаще всего привод устанавливается в станке, предназначенный для обработки металла и дерева.
2. Некоторые инструмента также основаны на преобразовании вращательного движения в возвратно-поступательное. Примером можно назвать ударную дрель или перфораторы, которые сегодня распространены.
3. В промышленности можно встретить транспортеры, конструкции для подъема и опускания различного продукта.

Единственным, но существенным недостатком можно назвать довольно большие размеры устройства. Кроме этого, нужно обеспечивать качественную смазку, так как трение становится причиной нагрева и износа.