Храповой механизм с кулачковой собачкой

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к храповым механизмам и может быть использована для проектирования машин автоматического и полуавтоматического действия во многих областях машиностроения.
В настоящее время в широком классе храповых механизмов используются собачки, ось которых в процессе передачи окружной силы не совершает поперечных движений. Такие собачки установлены в многочисленных храповых механизмах, рассмотренных, например, в работе С.Н. Кожевников, Я.И. Осипенко, Я.М. Райкин, 1976 г. М. Машиностроение, стр. 441-452, рис. 7.12, 7.13, 7.16, 7.20, 7.21, 7.24, 7.25, 7.27, 7.28, 7.29. Такие собачки работают в храповых остановах грузоподъемных и транспортирующих машин (М.П. Александров, подъемно-транспортные машины, 1973 г. М. Машиностроение, стр. 105, рис. 67), а также в храповом механизме, изложенном в работе К.В. Фролов, Теория механизмов и машин, М. Высшая школа, 1987, стр. 436, рис. 16.2, б.
Недостатками таких собачек являются:
удар в момент разгона и торможения, поскольку соединение собачки с храповиком происходит практически мгновенно;
шум при высоких скоростях;
невозможность реверсирования.
Наиболее близким к предложенному техническим решением можно считать фрикционный храповой механизм, рассмотренный в работе С.Н. Кожевников, Я.И. Осипенко, Я.М. Райкин, 1976 г. М. Машиностроение, стр. 443, рис. 7.7.
Фрикционный храповой механизм содержит: фрикционное колесо 1, выполняющее функцию храпового колеса, башмак 2, выполняющий функцию собачки, серьгу 3, коромысло 4, вал 5, пружину 6, соединяющую серьгу с коромыслом.
Преимущество механизма состоит в том, что окружное усилие создается за счет сил трения, возникающих между башмаком 2 (собачкой) и фрикционным колесом 1 (храповым колесом). При движении коромысла 4 против часовой стрелки подпружиненная серьга 3 и башмак 2 (собачка) зажимают фланец фрикционного колеса 1. При движении коромысла 4 по часовой стрелке – холостой ход.
В начале движения коромысла 4 против часовой стрелки подпружиненная серьга 3 и башмак 2 начинают поворачиваться относительно неподвижного фрикционного колеса 1. При этом начальном повороте создается условие самоторможения и башмак 2 фиксируется относительно фрикционного колеса 1. При дальнейшем давлении коромысла растет сила нормального давления, соответственно растет сила трения и, когда ее величина достигнет окружной силы, начинается движение фрикционного колеса 1. Таким образом за счет начального поворота башмака 2 увеличивается время разгона и, соответственно, улучшается динамика механизма, а за счет плавного нарастания сил трения в момент разгона снижается уровень шума. Недостатками механизма являются:
недостаточное время разгона (пуска) и торможения;
недостаточное снижение шума;
отсутствие возможности реверсирования.
Полезная модель решает задачу обеспечения реверсирования движения фрикционного колеса и увеличения времени разгона и торможения.
Этот технический результат достигается тем, что храповой механизм, содержащий фрикционное (храповое) колесо 1, башмак (собачку) 2, серьгу 3, коромысло 4, вал 5 и пружину 6, соединяющую серьгу с коромыслом, отличающийся тем, что башмак (собачка) выполнен в виде кулачка с симметричным самостопорящимся профилем, что позволяет кулачку (собачке), работая в одном положении, перемещать фрикционное (храповое) колесо в одном направлении, а в другом положении кулачка (собачки) изменять направление вращения фрикционного (храпового) колеса. Так решается вопрос реверсирования.
Так как кулачек при начальном движении совершает движение качения, а не скольжения, как в аналоге, то время разгона при повороте кулачка увеличивается. Дальнейшее увеличение времени разгона объясняется тем, что сила нормального давления и, соответственно, сила трения, увеличиваются за счет дополнительного поворота кулачка, что существенно увеличивает время разгона и улучшает динамику механизма.
Полезная модель поясняется чертежами фиг. 1 и фиг. 2, где показаны профиль кулачковой собачки и различные положения кулачковой собачки в процессе разгона в одном направлении движения фрикционного (храпового колеса) и в реверсивном направлении.
Храповой механизм с кулачковой собачкой состоит из фрикционного колеса 1, кулачковой собачки 2, коромысла 4, вала 5 и пружины 6, соединяющей серьгу 3 с коромыслом 4.
На фиг. 1, а показано исходное положение ведущей кулачковой собачки, при котором создается минимальная сила трения, необходимая для работы собачки. При движении коромысла 4 против часовой стрелки (фиг. 1. б) возникает угол α между кулачком 2 и фрикционным колесом 1, что создает условие самоторможения (α<ϕ, где ϕ – угол трения). При дальнейшем повороте коромысла 4 кулачек поворачивается (фиг. 1. в) увеличивая силу нормального давления, силу трения и время разгона фрикционного колеса 1. Когда сила трения сравняется с окружной силой, начнется движение фрикционного колеса. Таким образом, кулачковая собачка существенно увеличивает время разгона, что улучшает динамику механизма и снижает уровень шума.
Кулачковая собачка, изображенная на фиг. 1, будет работать, как стопорная собачка, если остановить коромысло 4 и вращать фрикционное колеса по часовой стрелке. Тогда торможение будет проходить также как разгон, в результате чего время торможения увеличивается также как время разгона, а силы инерции уменьшаются, что улучшает динамику механизма и снижает уровень шума.
Для того, чтобы реверсировать движение фрикционного колеса достаточно повернуть коромысло 4 на угол β, как показано на фиг. 2, а. тогда при движении коромысла 4 по часовой стрелке фрикционное колесо начнет движение против часовой стрелки, проходя, соответственно, стадию создания условия самоторможения (фиг. 2, б) и начала движения фрикционного колеса (фиг. 2, в). В исходном положении (см. фиг. 2. а) кулачковая собачка работает и как ведущая и как стопорная.
Таким образом, кулачковая собачка улучшает динамику механизма, легко реверсируется, снижает уровень шума и может быть встроена во все храповые механизмы, у которых ось собачки не совершает поперечных движений.