Как работает шуруповерт и конструкция инструмента — что надо знать при использовании
Выходное напряжение аккумулятора определяет мощность устройства. Чаще всего, в шуруповертах используются литий-ионные напряжение 3,6 В и никель-металлогидридные, никель-кадмиевые 1,2 В элементы. Выходное напряжение разных аккумуляторов может находиться в пределах 3, В, но наиболее применимый диапазон 9,,4 В. Важным показателем аккумуляторного источника питания является емкость, которая ответственна за продолжительность эксплуатации. Эта характеристика обычно находится в пределах 1,,5 А ч.
Включение инструмента производится путем нажатия кнопки шуруповерта, расположенной на его ручке.
Этот кнопочный выключатель совмещен с регулятором напряжения — при разном усилии нажатия на электродвигатель подается разная величина напряжения, что обеспечивается широко-импульсным регулятором. В зоне установки кнопки размещается также и рычаг направления вращения. Такой переключатель позволяет менять полярность подаваемого сигнала, что обеспечивает реверс вращения.
Пуск электродвигателя производится через достаточно мощный транзистор, процесс открывания которого управляется ШИМ генератором. Подача электрического сигнала непосредственно на ротор двигателя осуществляется через коллектор. Искать только в заголовках Сообщения пользователя: Имена участников разделяйте запятой.
Как соединить валы механизмов?
Для передачи осевого вращения применяются валы, на котором могут крепится различные шестерни и звездочки. Соединение проводится при применении различных методов, к примеру, используются муфты для соединения валов. К их особенностям относятся нижеприведенные моменты:
- Есть возможность выполнять демонтаж.
- Существенно упрощается сбор и производство конечного изделия.
- Многие типы изделий позволяют компенсировать различного рода смещения, которые могут возникать при работе устройства.
- Устройство может выдерживать существенную нагрузку.
Сегодня детали соединяются между собой при применении технологи сварки крайне редко. Это связано с тем, что вибрация и другое воздействие может стать причиной появления трещин и других дефектов.
Неправильная фиксация может привести к поломке устройства. Изделие выбирается в зависимости от эксплуатационных условий. К примеру, валы могут смещаться в самых различных направлениях.
Историческая создания
Нужно отметить, что вискомуфта изобретение далеко не новое. Этот принцип был известен ещё в далёком 1917 году в США. Именно там жил её создатель, талантливый инженер Мелвин Северн. К сожалению, в те времена принцип вязкости жидкости в трансмисси не был по достоинству оценён, да и особая надобность в нём отсутствовала. Так бы и канула вискомуфта в лету, но неожиданно в 1964 году она вновь появилась на арене мирового автомобилестроения в трансмиссии британского спорткара Jensen Interceptor FF. Это был дебют вискомуфты в серийной машине и с тех пор он активно использовался и используется различными автопроизводителями.
Жесткие компенсирующие муфты двигателя насоса
Обеспечить работоспособность насосных агрегатов при условии незначительной несоосности или при наличии угла между осями мотора и насоса помогают жесткие компенсирующие муфты. Жесткими такие соединения называют лишь потому, что между рабочими частями элементов не имеется мягких пружинящих прокладок. Само по себе соединение жестким назвать нельзя, т.к. его элементы подвижны друг относительно друга.
Одна из разновидностей муфт – кулачково-дисковая. Между двумя жестко закреплёнными полумуфтами вставляется промежуточный диск. Передача крутящего момента от одного диска к другому обеспечивается наличием соединения типа «паз-гребень». При наличии небольшого осевого смещения свободно передвигающийся промежуточный диск компенсирует его.
Другая муфта привода насоса с жесткой компенсацией, предназначенная для передачи вращения между валами с угловым смещением — зубчатая. Конструкция муфты предусматривает:
- две полумуфты с наружными зубьями;
- обойма с внутренними зубьями.
Обладая возможностью изменения угла наклона оси полумуфты, по отношению к обойме, такой механизм может обеспечить передачу крутящего момента при наличии угла между валами.
Разновидности муфты
Муфты различаются по конструкционному исполнению, способу оказания прижимного усилия и характеру обеспечения механики трения. Уже говорилось, что в качестве элементов муфты чаще всего выступают диски. Но также могут использоваться конусные, цилиндрические и барабанно-ленточные детали. Такие элементы обычно применяют в конструкциях, где реализуется нестандартная конфигурация прижима, например угловая. Техническим развитием традиционных механизмов стала многодисковая фрикционная муфта, которая выигрывает за счет плавности хода и обеспечения более высокой силы сцепления. Что касается способа оказания прижимного усилия, то оно может обеспечиваться гидравликой или пневматикой. В первом случае рабочей средой будет выступать техническая жидкость, а во втором – сжатый воздух от компрессора. Также современные муфты работают за счет электромагнитных потоков, но из-за высокой стоимости и сложности данное решение менее распространено. Механика трения, в свою очередь, обеспечивается по сухому или мокрому принципу. В первом случае движения выполняются без применения смазки, а во втором – с маслом, которое снижает негативные эффекты трения и отводит тепло.
Муфта сцепления
Данная разновидность муфты отвечает за плавное сцепление ведущего и ведомого валов. Сложность ее задачи обусловливается не столько физической сцепкой, сколько противодействием нагрузкам окружающей среды. Для понимания особенности таких муфт на фоне других деталей, обеспечивающих сцепку, можно сравнить их с аналогами в виде зубчатых и кулачковых компонентов соединительной цепи. В отличие от них, фрикционные муфты сцепления при большой разности в скоростях двух валов не дают сильных ударов и перегрузок. Они скорее затормаживают активность механизма, обеспечивая тем самым возможность соосного сопряжения в наиболее выгодный момент. Иными словами, они подстраиваются под оптимальные условия сопряжения.
Разборка перфоратора
Корпус большинства устройств выполняется из двух половинок: задней и передней. Между собой они стянуты с помощью винтов, расположенных параллельно направлению оси установки бура. Но бывает так, что половинки крепятся и с использованием боковых креплений. Перед тем как выкрутить крепёжный элемент, соединяющий половинки корпуса, понадобится снять патрон.
Патрон применяется соответствующий стандарту SDS-plus или SDS-Max. Для его разборки понадобится отвёртка с плоской гранью. На первом этапе освобождается зажим патрона от установленного бура. Если сам механизм заклинило и он не поддаётся раскручиванию, то следует несильными ударами прорезиненого молотка обстучать его по кругу. Не помешает нанесение и промывочной жидкости. На следующем этапе отводится пластиковый кожух вниз, отвёрткой снимается резиновый пыльник. После этого останется удалить стопорное кольцо, используя всё туже отвёртку, извлечь пружину с шариком и стопорные пластины.
Когда патрон извлечён, снимаются корпусные части. Во время разборки инструмента следует быть внимательным, запоминая порядок извлечения элементов и место их расположения. Если на ручку надета накладка, то следует отсоединить и её. После чего останется аккуратно развести в разные стороны корпус и редуктор. Используя полученный зазор, достаётся кнопка переключения. Извлекается держатель для щёток.
Кнопка установки режимов работы, несмотря на разновидности аппаратов, снимается одинаково. Переключатель устанавливается в положение удар (на корпусе изображён в виде молота), после чего немного поддевается и проворачивается против часовой стрелки на один-два сантиметра. Затем, переключающая накладка снимается вытяжным движением на себя и освобождается посадочное место.
Из чего состоит перфоратор
На корпусе инструмента расположены органы управления, как можно увидеть на следующем фото:
Внутреннее устройство перфоратора нельзя понять без его разборки. В пластмассовом корпусе скрыты следующие основные узлы:
- электродвигатель;
- предохранительная муфта;
- «пьяный» подшипник;
- летающий поршень;
- патрон.
Принцип работы перфоратора состоит в превращении вращения электродвигателя в ударно-вращательное движение насадок. Электродвигатель приводит в действие весь остальной механизм перфоратора. Предохранительная муфта обеспечивает безопасность специалистов во время работы. Пьяный подшипник приводит в действие поршень, создавая ударное усилие, а патрон обеспечивает зажим насадок. Теперь поговорим подробнее о каждом из этих узлов.
Электродвигатель
Главные детали электродвигателя – статор и ротор.
Обмотки статора создают постоянное электромагнитное поле, внутри которого вращается ротор. На роторе располагается несколько обмоток. Выводы катушек подключены к контактам якоря. Одновременно в электрическую цепь включается одна из обмоток. Питание подается через графитовые щетки на контакты якоря. Переключением обмоток создается поле скольжения, за счет которого и происходит вращение ротора.
Электродвигатель в инструменте может иметь горизонтальное и вертикальное расположение. Горизонтальное обычно применяется в легких перфораторах, а модели средней и большой мощности оснащены вертикальным электродвигателем.
В последнем случае в конструкцию перфоратора добавляется редуктор, изменяющий направление вращения, увеличивающий крутящий момент и силу удара инструмента.
Работа электрической части перфоратора регулируется пусковым механизмом путем нажатия на клавишу на рукоятке.
Предохранительная муфта
Чтобы остановить вращение патрона, если заклинило рабочую насадку, в перфораторах устанавливается предохранительная муфта. Это необходимый элемент: без ее использования мощный инструмент выворачивает из рук, продолжение самостоятельного вращения перфоратора легко приводит к травмам рабочего. В перфораторах используют два основных типа устройства муфт: фрикционные или кулачковые.
- При нормальных условиях работы инструмента диски фрикционной муфты плотно прижаты друг к другу — так передается усилие вращения на остальной механизм. При затруднении вращения диски проскальзывают, не перегружая электропривод.
- В кулачковой муфте обе ее половины имеют скошенные выступы, входящие в пазы ответной части. Соединяются полумуфты пружиной определенной жесткости. Если усилие на ударном механизме превышает давление пружины, выступы выходят из пазов, расцепляя муфту. Во время этого раздается характерное трещание, за что кулачковую муфту часто называют трещоткой.
Ударный механизм
Ударный механизм в конструкциях перфораторов встречается двух типов:
Наибольшее распространение получил электропневматический вариант. «Пьяный» (качающийся) подшипник и поршень в совокупности составляют ударный механизм перфоратора.
При вращении основного вала качающийся подшипник совершает поступательные движения, передавая усилие на таран пневматического цилиндра. Воздух в цилиндре толкает поршень с бойком. Рабочая часть патрона подвергается ударам бойка, зажатый в патрон бур бьет по обрабатываемому материалу.
Патрон
Патрон для перфоратора устроен таким образом, чтобы у пользователя была возможность быстро сменить насадку, не делая длительных перерывов в работе. Речь идет о патронах двух основных типов:
Хвостовик инструментов для патрона SDS-plus зажимается двумя стопорными шариками.
В патроны SDS-max зажимают инструменты с другими хвостовиками, обеспечивающими более надежное крепление.
Используемые в конструкции материалы
Для обеспечения особых эксплуатационных свойств при изготовлении применяются специальные материалы. Среди их особенностей отметим следующее:
- В большинстве случаев основная часть изготавливается из стали. За счет этого основная часть конструкции может выдерживать существенно воздействие, служить на протяжении длительного периода. Чаще всего применяется углеродистый сплав, в некоторых случаях легированный.
- Фрикционные вставки представлены различными материалами. Примером можно назвать ретинакс марки ФК 16Л и ФК-24А. Свойства подобных составов определяют то, что поверхность может выдерживать кратковременное воздействие температуры до 1100 ⁰C. За счет этого обеспечивается длительный эксплуатационный срок.
Отсутствие масла в системе существенно снижает эксплуатационный срок, однако в подобном случае не приходится проводить периодическое обслуживание. Масло существенно снижает степень трения подвижных элементов, оно также отводит тепло от основных элементов конструкции.
С каждым годом фрикционные муфты совершенствуются путем применения специальных материалов, которые обладают особыми свойствами. Примером можно назвать керамику и другие легированные составами.
Принцип работы перфоратора
Поршень и таран между собой имеют воздушное пространство, которое при работе инструмента сжимается и разжимается с высокой частотой. В результате того, что давление меняется, таран копирует движения поршня, при этом совершает удары по бойку, боёк, в свою очередь, совершает удары по сверлу или долоту, которые установлены в данный момент в патроне. Вариант в котором пневматический привод, отключается автоматически, если не работать инструментом. Это реализовано конструктивно.
В инструменте при смещении тарана, когда на долото не осуществляется давление, происходит отключение подачи воздуха. При прижимании долота к обрабатываемой поверхности таран смещается, открывается воздух, инструмент начинает работать.
Инструмент, относящийся к тяжёлому или среднему в основном имеет вертикальное положение мотора, поршень приходит в движение кривошипно-шатунным механизмом. За счёт высокой амплитуды движения происходит увеличение силы удара по долоту, эта сила в таких аппаратах доходит до 20 кДж.
Есть много фирм по производству качественного инструмента, это Bosch, Makita, Metabo, Интерскол и другие.
Устройство и основные компоненты
Многодисковая фрикционная муфта конструктивно представляет собой пакет из стальных и фрикционных дисков, которые чередуются между собой. Их количество напрямую зависит от того, какой крутящий момент необходимо передавать между валами.
Принцип работы многодисковой муфты
Итак, в муфте присутствует два вида дисков – стальные и фрикционные. В чем же их различие? Все дело в том, что второй вид дисков имеет специальное покрытие, называемое “фрикционным”. Оно изготовлено из материалов, которые имеют повышенный коэффициент трения: керамика, углеродные композиты, кевларовые нити и проч.
Чаще всего фрикционные диски – это стальные диски с фрикционным слоем. Однако, их основой не всегда выступает сталь, иногда эти части муфты изготавливают из прочной пластмассы. Диски крепятся к ступице ведущего вала.
Обычные стальные диски без фрикционных покрытий фиксируются в барабане, связанном с ведомым валом.
Также в конструкцию муфты входят поршень и возвратная пружина. Под действием давления жидкости поршень давит на пакет дисков, за счет чего и возникает сила трения между ними, а также передается крутящий момент. После того, как давление сбрасывается, пружина возвращает поршень обратно, и муфта выключается.
Различают два типа многодисковой муфты: сухая и мокрая. Второй тип устройств частично заполнен маслом. Смазочный материал необходим для:
- более эффективного отвода тепла;
- смазывания деталей муфты.
Мокрая многодисковая муфта имеет один недочет – у нее отмечается низкий коэффициент трения. Данный недостаток производители компенсируют с помощью увеличения давления на диски, а также благодаря использованию новейших фрикционных материалов.
Предохранительная муфта
Предохранительные муфты – с разрушающимся элементом – цилиндрическим штифтом ( нормаль Р95 – 1, нормаль СКБ-3) или призматической шпонкой; пружинно-кулачковые ( ГОСТ 15620 – 70); пружинно-шариковые ( ГОСТ 15621 – 70); фрикционные дисковые ( ГОСТ 15622 – 70); фрикционные конусные.
Предохранительные муфты соединяют два вала при нормальных условиях работы и разрывают кинематическую цепь при повышении нагрузки. Разрыв цепи может происходить при разрушении специального элемента, а также в результате проскальзывания сопрягаемых и трущихся частей ( например, дисков) или расцепления кулачков двух сопрягаемых частей муфты.
Предохранительные муфты из двух свариваемых полумуфт устанавливают с целью повышения эксплуатационной надежности газопроводов при неуверенности в сварных швах нлн их небезупречности.
Предохранительные муфты прекращают передачу движения ведомому валу, если момент сопротивления на нем превосходит допустимое значение. Они предназначены для предохранения определенной части механизма от перегрузок различного характера. Действие муфт основано в большинстве случаев на проскальзывании одной части муфты относительно другой вследствие возникновения на ведомом валу крутящего момента более допустимого. Основные типы конструкции: фрикционные, пружинно-кулачковые, пружинно-шариковые, пружинно-роликовые, муфты со срезным штифтом.
Предохранительные муфты с подвижными штифтами имеют подвижные элементы-штифты, которые при перегрузке смещаются, преодолевая усилия оружия. Недостатком таких муфт является их громоздкое, особенно при передаче больших нагрузок, и невозможность при радиальном расположении штифтов регулировать осевое усилие пружин.
Предохранительные муфты применяются в механизмах там, где возможны значительные перегрузки, которые могут привести к поломке отдельных частей машин, а также для защиты от инерционного воздействия значительных масс, возникающего при пуске машины или быстром ее торможении.
Предохранительные муфты целесообразно располагать в непосредственной близости к месту приложения нагрузки.
Предохранительные муфты применяют в механизмах для ограничения передаваемого момента и предохранения частей машины от поломок при значительных перегрузках, превышающих расчетную и могущих возникнуть в процессе работы и при пуске или резком торможении машины.
Предохранительные муфты со срезным штифтом пригодны при маловероятных аварийных перегрузках. Муфты, представленные в табл. 14, при срабатывании вызывают прощелкиваиие шариков и кулачков или проскальзывание фрикционных дисков. Поэтому эти муфты следует применять при режиме работы с кратковременными само – устраняющимися перегрузками (например, при пуске машины) или снабжать системой отключения электродвигателя при срабатывании муфты, например, с помощью конечного выключателя, на который воздействует подвижная кулачковая полумуфта.
Предохранительная муфта 30, соединяющая вал 31 мальтийского механизма с валом 32 привода, имеет своей целью компенсировать моменты несовпадения пазов мальтийского кулачка со своим роликом и шестерни 19 со своим. Кулачок 33 на валу 31 действует на концевой выключатель, блокирующий поворот стола с механизмами подачи инструмента.
Предохранительные муфты устроены так, что при перегрузке происходит проскальзывание соприкасающихся поверхностей ( фрикционные муфты) или проскакивание кулачков ( кулачковые муфты), вызывающие разрыв кинематической цепи.
Основные типы несоосности валов
Одним из основных факторов использования муфт является их возможность компенсировать погрешности взаимного расположения валов. Понимание типа несоосности порой имеет решающее значение, при правильном подборе муфты.
При монтаже оборудования, валы должны быть расположены без каких либо смещений, что довольно часто бывает недостижимо. Несоответствие или отклонение между предполагаемым положением двух валов, как правило, результат производственных допусков. Несоосности бывают радиальные (продольные), угловые и осевые.
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.
Торцевые гаечные ключи с храповым механизмом
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.
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.
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 вело трещотками.
Пример работы муфты свободного хода 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.
Коробка передач автомобиля
В данном примере собачка храпового механизма используется для перевода автоматической коробки передач в режим парковки.
Функции и назначение муфт:
- 1) Соединение валов
- 2) Смягчение ударов, колебаний, демпфирование вибраций
- 3) Компенсация осевых, угловых и продольных смещений
- 4) Сцепление и расцепление валов при заданных параметрах.
- 5) Управление включением исполнительного элемента машины без остановки двигателя (без отключения питания), актуально для предохранительных муфт.
- 6) Передача определенного вида движения, например однонаправленного как в обгонных муфтах.
- 7) Ограничение параметров передаваемого движения – скорости или крутящего момента.
Рассмотрим подробнее основные разновидности муфт:
Глухие муфты
Как уже сказано, они не обеспечивают никакого сглаживания погрешностей.
Соединяют наглухо и 2 вала, две части оборудования работают как единое целое
Жесткие муфты
похожи на глухие, фактически это – синонимы. Однако жесткие муфты могут быть не только втулочной или фланцевой конструкции, они могут состоять из полумуфт.
К тому же она может быть жесткой на кручение, но эластичной на смещение валов, или возможны иные комбинации свойств.
Упругие муфты
сейчас наиболее распространены, постоянно разрабатываются новые конструкции, совершенствуется. У них разный принцип компенсации несоосностей – но обычно в основе их действия – упругие элементы, с использование резины, полиамида, нейлона и др., они наилучшим образом справляются со своей задачей.
Существуют также металлические упругие элементы, например – пружины и пакеты пружин, пластины, стержни и т.п. Они работают на кручение или на изгиб. Их применяют только при очень больших моментах, так как при малых и средних гораздо эффективнее использовать неметаллические.
Различают постоянной и переменной жесткости.
Переменная степень жесткости у тех, что с неметаллическими элементами. (они не подчиняются закону Гука). А также – с металлическими, степень деформирования которых ограничивается конструкцией.
Зубчатые муфты
Механически компенсируют все виды смещений за счет боковых зазоров в зацеплении и специальной обточки зубьев.
Простая зубчатая муфта состоит из двух полумуфт с наружными зубьями и разъемной обоймой с двумя рядами внутренних зубьев.
Допускаемые смещения валов определяют из условия, чтобы углы между осью обоймы и осью одного или другого вала были не больше 1° 30′
Также при активной работе данного устройства происходит скольжение при соприкосновении зубьев и их износ.
Применяют в широком диапазоне моментов.
Предохранительные муфты
Защищают оборудование от поломок и перегрузок, срабатывают, когда превышается момент. Мы предлагаем предохранительные фрикционные муфты. Принцип ее работы в том, что звездочка, установленная между двумя фрикционными дисками, при достижении критического момента начинает проскальзывать. Сам предельным момент настраивается поджатием пружины.
Также есть множество прочих видом муфт, не столь распространенных, как эти большие группы.
Предохранительная фрикционная муфта
Применение муфты
Многодисковые фрикционные муфты широко применяются в автомобилях. Данное устройство используется в следующих системах:
- сцепление (в вариаторах без гидротрансформатора);
- автоматическая коробка передач (АКПП): муфта в АКПП служит для передачи крутящего момента к планетарному ряду;
- роботизированная коробка передач: пакет дисков с двойным сцеплением в коробке-роботе используется для высокоскоростного переключения передач;
- системы полного привода: фрикционное устройство устанавливают в раздаточной коробке (муфта здесь необходима для автоматического блокирования межосевого дифференциала);
- дифференциал: механическое устройство выполняет функцию полной или частичной блокировки.
