В машиностроении люфт , иногда называемый зазором , люфтом или провалом , представляет собой зазор или потерю движения в механизме, вызванную зазорами между деталями. Его можно определить как «максимальное расстояние или угол, на который любая часть механической системы может быть перемещена в одном направлении без приложения заметной силы или движения к следующей части в механической последовательности». [1] с. 1-8 Примером в контексте зубчатых колес и зубчатых передач является величина зазора между сопрягаемыми зубьями шестерни. Это можно увидеть, когда направление движения меняется на противоположное и провисание или потеря движения устраняются до завершения изменения направления движения. Его можно услышать из 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 применения люфт может быть желательным или нежелательным. Некоторый люфт неизбежен почти во всех реверсивных механических муфтах, хотя его влияние можно свести на нет или компенсировать. Во многих случаях теоретическим идеалом было бы отсутствие люфта, но на практике необходимо допускать некоторый люфт, чтобы предотвратить заклинивание. [ нужна ссылка ] Причины для указания требования к люфту включают в себя учет смазки , производственных ошибок, прогиба под нагрузкой и теплового расширения . [ нужна цитация ] Основной причиной нежелательного люфта является износ .
Факторы, влияющие на величину люфта, необходимого в зубчатой передаче, включают ошибки профиля, шага, толщины зуба, угла винтовой линии и межосевого расстояния, а также биения . Чем выше точность, тем меньший люфт необходим. Люфт чаще всего возникает из-за врезания зубьев в шестерни глубже, чем идеальная глубина. Другой способ введения люфта — увеличение межосевого расстояния между шестернями. [2]
Люфт из-за изменения толщины зуба обычно измеряется вдоль делительной окружности и определяется по формуле:
где:
Люфт, измеренный на делительной окружности, из-за модификаций рабочего центра определяется: Скоростью машины. Материал в машине
где:
Стандартная практика – делать поправку на половину люфта толщины зуба каждой шестерни. [ нужна ссылка ] Однако, если шестерня (меньшая из двух шестерен) значительно меньше шестерни, с которой она находится в зацеплении, то общепринятой практикой является учет всего люфта в большей шестерне. Это сохраняет максимально возможную прочность зубьев шестерни. [2] Количество дополнительного материала, снимаемого при изготовлении шестерен, зависит от угла давления зубьев. Для угла давления 14,5° дополнительное расстояние, на которое перемещается режущий инструмент, равно величине желаемого люфта. Для угла давления 20° расстояние в 0,73 раза превышает желаемый люфт. [3]
Как правило, средний люфт определяется как 0,04, разделенный на диаметральный шаг ; минимум составляет 0,03, разделенный на диаметральный шаг , и максимальный 0,05, разделенный на диаметральный шаг . [3] В метрике вы можете просто умножить значения на модуль:
В зубчатой передаче люфт накапливается. При реверсе зубчатой передачи ведущая шестерня поворачивается на короткое расстояние, равное сумме всех люфтов, прежде чем конечная ведомая шестерня начнет вращаться. При низкой выходной мощности люфт приводит к неточным расчетам из-за небольших ошибок, возникающих при каждом изменении направления; при большой выходной мощности люфт вызывает удары по всей системе и может повредить зубья и другие компоненты. [ нужна цитата ]
В некоторых случаях люфт является нежелательной характеристикой и его следует свести к минимуму.
Лучшим примером здесь является аналоговый радиотюнер , с помощью которого можно производить точную настройку как вперед, так и назад. Специализированные конструкции редукторов позволяют это сделать. В одной из наиболее распространенных конструкций шестерня разделена на две шестерни, каждая из которых вдвое толще оригинала.
Одна половина шестерни прикреплена к валу, в то время как другая половина шестерни может вращаться на валу, но предварительно нагружена во вращение небольшими винтовыми 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, а зубья свободной шестерни прижимаются к другой стороне зубьев шестерни. Нагрузки, меньшие, чем усилие пружин, не сжимают пружины, и при отсутствии зазоров между захватываемыми зубьями люфт устраняется.
Другая область, где люфт имеет значение, — это ходовые винты . Опять же, как и в примере с зубчатой передачей, виновником является потеря движения при реверсе механизма, который должен точно передавать движение. Вместо зубьев шестерни контекст — резьба . Примером применения являются линейные скользящие оси (направляющие станков) станков .
Большинство направляющих машин на протяжении многих десятилетий, а многие даже сегодня, представляли собой простые (но точные) линейные опорные поверхности из чугуна , такие как направляющие типа «ласточкин хвост» или коробчатые направляющие, с приводом ходового винта Acme . При использовании простой гайки некоторый люфт неизбежен. На станках с ручным управлением (не с ЧПУ ) средство компенсации люфта для машиниста состоит в том, чтобы приблизиться ко всем точным позициям, используя одно и то же направление движения, то есть, если он набирал номер влево, а затем хочет переместиться в точку вправо, они пройдут вправо мимо него, а затем наберут номер влево обратно к нему; В этом случае настройки, подходы к инструментам и траектории движения инструмента должны быть разработаны с учетом этого ограничения. [ нужна цитата ]
Следующий, более сложный метод, чем простая гайка, - это разъемная гайка , половинки 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 половины толкаются в противоположных направлениях. В отличие от примера с радио-циферблатом, идея натяжения пружины здесь бесполезна, потому что станки, выполняющие рез, оказывают на винт слишком большую силу. Любая пружина, достаточная для того, чтобы обеспечить движение ползуна, в лучшем случае приведет к вибрации фрезы, а в худшем - к движению ползуна. Эти конструкции с разъемной гайкой и ходовым винтом с регулировкой винтом не могут устранить весь люфт на салазках станка, если они не отрегулированы настолько туго, что ход начинает заедать. Следовательно, эта идея не может полностью исключить концепцию всегда подхода с одного и того же направления; тем не менее, люфт можно удерживать на небольшой величине (1 или 2 тысячные доли дюйма ), что более удобно, а при некоторых неточных работах достаточно, чтобы можно было «игнорировать» люфт, т. е. спроектировать как если бы их не было. ЧПУ можно запрограммировать на использование концепции всегда подхода с одного и того же направления, но это не обычный способ их использования сегодня [ когда? ] , поскольку гидравлические разрезные гайки с защитой от люфта и более новые формы ходового винта, чем Acme/трапециевидные, такие как шарико-винтовые пары с рециркуляцией шариков , эффективно устраняют люфт. [ нужна цитация ] Ось может двигаться в любом направлении без движения «прошло-и-возвратилось».
Простейшие станки с ЧПУ, такие как микротокарные станки или преобразователи с ручным управлением в ЧПУ, в которых используются приводы с гайкой и винтом, можно запрограммировать на коррекцию общего люфта по каждой оси, так что система управления станком автоматически переместит дополнительное расстояние. требуется компенсировать слабину при изменении направления. Эта программная «компенсация люфта» является дешевым решением, но в ЧПУ профессионального уровня используются более дорогие приводы с устранением люфта, упомянутые выше. Это позволяет им выполнять 3D-контурную обработку, например, с помощью концевой фрезы со сферической головкой, при которой концевая фреза перемещается во многих направлениях с постоянной жесткостью и без задержек. [ нужна цитата ]
В механических компьютерах требуется более сложное решение, а именно редуктор с передним зацеплением. [4] Это происходит за счет поворота немного быстрее при изменении направления, 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 груза в схеме управления с замкнутым контуром . Сама динамическая реакция люфта, по сути, задержка, делает контур положения менее стабильным и, следовательно, более склонным к колебаниям .
Минимальный зазор рассчитывается как минимальный поперечный зазор на рабочем делительном круге, допустимый, когда зубья шестерни с максимально допустимой функциональной толщиной зуба находятся в зацеплении с зубьями шестерни с максимально допустимой функциональной толщиной зуба, при наименьшем допустимом межцентровом расстоянии, в статических условиях. условия.
Изменение люфта определяется как разница между максимальным и минимальным люфтом, возникающим за полный оборот большей из пары сопрягаемых шестерен. [5]
Люфт в зубчатых муфтах допускает незначительное угловое смещение. В несинхронизированных трансмиссиях может возникнуть значительный люфт из-за преднамеренного зазора между собачками в собачьих сцеплениях . Зазор необходим для зацепления собачек, когда скорость входного вала (двигателя) и скорость выходного вала (карданного вала) не полностью синхронизированы. Если бы зазор был меньший, включить передачи было бы практически невозможно, потому что в большинстве конфигураций собаки мешали бы друг другу. В синхронизированных трансмиссиях эту проблему решает синхронизатор .
Однако люфт нежелателен в приложениях точного позиционирования, таких как столы станков. Его можно свести к минимуму, выбрав шариковые или ходовые винты с гайками с предварительным натягом и установив их в подшипники с предварительным натягом. Подшипник с предварительным натягом использует пружину и/или второй подшипник для создания сжимающей осевой силы, которая удерживает поверхности подшипника в контакте, несмотря на изменение направления нагрузки.
