В машиностроении люфт , иногда называемый lash , play или slop , представляет собой зазор или потерянный ход в механизме, вызванный зазорами между частями. 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] стр. 1-8 Примером в контексте зубчатых передач и зубчатых передач является величина зазора между сопряженными зубьями шестерен. Его можно увидеть, когда направление движения меняется на противоположное, и слабина или потерянный ход устраняется до того, как изменение направления движения будет завершено. Его можно услышать от железнодорожных муфт , когда поезд меняет направление. Другой пример — клапанный механизм с механическими толкателями , где для правильной работы клапанов необходим определенный диапазон зазора.
В зависимости от области применения люфт может быть желательным или нежелательным. Некоторое количество люфта неизбежно почти во всех реверсивных механических муфтах, хотя его влияние можно свести на нет или компенсировать. Во многих областях применения теоретическим идеалом был бы нулевой люфт, но на практике некоторый люфт должен быть разрешен для предотвращения заклинивания. [ необходима цитата ] Причины указания требования к люфту включают допуск на смазку , производственные ошибки, прогиб под нагрузкой и тепловое расширение . [ необходима цитата ] Основной причиной нежелательного люфта является износ .
Факторы, влияющие на величину люфта, необходимого в зубчатой передаче, включают погрешности профиля, шага, толщины зуба, угла наклона винтовой линии и межцентрового расстояния, а также биение . Чем больше точность, тем меньше требуемый люфт. Люфт чаще всего создается путем врезания зубьев в шестерни глубже идеальной глубины. Другой способ введения люфта — увеличение межцентрового расстояния между шестернями. [2]
Люфт, вызванный изменением толщины зуба, обычно измеряется по делительной окружности и определяется по формуле:
где:
Люфт, измеряемый на делительной окружности, из-за изменений рабочего центра определяется: Скоростью машины. Материалом в машине.
где:
Стандартная практика заключается в том, чтобы сделать поправку на половину люфта в толщине зуба каждой шестерни. [ требуется ссылка ] Однако, если шестерня (меньшая из двух шестерен) значительно меньше шестерни, с которой она зацепляется, то общепринятой практикой является учет всего люфта в большей шестерне. Это сохраняет максимальную прочность зубьев шестерни. [2] Количество дополнительного материала, удаляемого при изготовлении шестерен, зависит от угла зацепления зубьев. Для угла зацепления 14,5° дополнительное расстояние, на которое перемещается режущий инструмент, равно величине желаемого люфта. Для угла зацепления 20° расстояние равно 0,73 от желаемой величины люфта. [3]
Как правило, средний люфт определяется как 0,04, деленное на диаметральный шаг ; минимум составляет 0,03, деленное на диаметральный шаг , а максимум — 0,05, деленное на диаметральный шаг . [3] В метрической системе вы можете просто умножить значения на модуль:
В зубчатой передаче люфт является кумулятивным. Когда зубчатая передача реверсируется, 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, вносимых при каждом изменении направления; при большой выходной мощности люфт посылает удары по всей системе и может повредить зубья и другие компоненты. [ необходима цитата ]
В некоторых случаях люфт является нежелательной характеристикой и должен быть сведен к минимуму.
Лучшим примером здесь является аналоговый радиотюнер , где можно делать точные настроечные движения как вперед, так и назад. Специализированные конструкции шестерен позволяют это. Одна из наиболее распространенных конструкций разделяет шестеренку на две, каждая в два раза тоньше оригинала.
Одна половина шестерни закреплена на своем валу, в то время как другая половина шестерни может вращаться на валу, но предварительно нагружена во вращении небольшими спиральными пружинами , которые вращают свободную шестерню относительно фиксированной шестерни. Таким образом, сжатие пружины вращает свободную шестерню до тех пор, пока весь люфт в системе не будет устранен; зубья фиксированной шестерни давят на одну сторону зубьев шестерни, в то время как зубья свободной шестерни давят на другую сторону зубьев на шестерне. Нагрузки, меньшие, чем сила пружин, не сжимают пружины, и при отсутствии зазоров между зубьями, которые необходимо устранить, 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 реверсировании механизма, который должен точно передавать движение. Вместо зубьев шестерен контекст — винтовая резьба . Примером применения являются линейные скользящие оси (машинные салазки) станков .
Большинство направляющих станков 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 «коробка», с приводом Acme -ходового винта. При использовании всего лишь простой гайки некоторый люфт неизбежен. На ручных (не ЧПУ ) станках средство оператора для компенсации люфта заключается в подходе ко всем точным позициям с использованием одного и того же направления движения, то есть, если они набирали влево, а затем хотят перейти к правой точке, они будут двигаться вправо мимо нее, а затем набирать влево обратно к ней; настройки, подходы инструмента и траектории инструмента в этом случае должны быть спроектированы с учетом этого ограничения. [ необходима цитата ]
Следующий, более сложный метод, чем простая гайка, — это разрезная гайка , половинки которой можно регулировать и фиксировать винтами, так что две стороны движутся, соответственно, против левой резьбы, а другая сторона движется вправо. Обратите внимание на аналогию с примером радиоприемника, использующим разрезные шестерни, где разрезанные половинки толкаются в противоположных направлениях. В отличие от примера радиоприемника, идея натяжения пружины здесь бесполезна, потому что станки, выполняющие разрез, прилагают слишком большую силу к винту. Любая пружина, достаточно легкая, чтобы вообще допустить движение ползуна, в лучшем случае допустит дребезжание резака и в худшем — движение ползуна. Эти конструкции с регулируемой винтом разрезной гайкой на ходовом винте Acme не могут устранить весь люфт на ползуне станка, если только они не отрегулированы настолько плотно, что ход начинает заедать. Следовательно, эта идея не может полностью устранить концепцию всегда-подхода-с-одного-направления; Тем не менее, люфт можно удерживать на небольшом уровне (1 или 2 тысячных дюйма или), что более удобно, и в некоторых неточных работах достаточно, чтобы позволить «игнорировать» люфт, т. е. проектировать так, как будто его нет. ЧПУ можно запрограммировать на использование концепции «всегда приближаться с одного и того же направления», но это не обычный способ, которым они используются сегодня [ когда? ] , потому что гидравлические противолюфтовые разъемные гайки и более новые формы ходовых винтов, чем трапецеидальные/трапецеидальные — такие как рециркуляционные шариковые винты — эффективно устраняют люфт. [ нужна цитата ] Ось может двигаться в любом направлении без движения «пройти мимо и вернуться назад».
Простейшие ЧПУ, такие как микротокарные станки или ручные преобразователи в ЧПУ, которые используют приводы с гайкой и винтом Acme, можно запрограммировать на коррекцию общего люфта на каждой оси, так что система управления станка автоматически переместится на дополнительное расстояние, необходимое для устранения люфта при изменении направления. Эта программная «компенсация люфта» является дешевым решением, но ЧПУ профессионального уровня используют более дорогие приводы, исключающие люфт, упомянутые выше. Это позволяет им выполнять 3D-контурирование с помощью концевой фрезы с шаровидным концом, например, когда концевая фреза движется во многих направлениях с постоянной жесткостью и без задержек. [ необходима цитата ]
В механических компьютерах требуется более сложное решение, а именно передний люфтовый редуктор. [4] Он работает за счет вращения немного быстрее при изменении направления, чтобы «израсходовать» зазор люфта.
Некоторые контроллеры движения включают компенсацию люфта. Компенсация может быть достигнута путем простого добавления дополнительного компенсирующего движения (как описано ранее) или путем измерения положения груза в замкнутой схеме управления . Динамическая реакция самого люфта, по сути, задержка, делает контур положения менее стабильным и, таким образом, более склонным к колебаниям .
Минимальный люфт рассчитывается как минимально допустимый поперечный люфт на рабочей делительной окружности, когда зубья шестерни с наибольшей допустимой функциональной толщиной зубьев находятся в зацеплении с зубьями шестерни с наибольшей допустимой функциональной толщиной зубьев при наименьшем допустимом межосевом расстоянии в статических условиях.
Изменение люфта определяется как разница между максимальным и минимальным люфтом, возникающим за целый оборот большей из пары сопряженных шестерен. [5]
Зазор в зубчатых муфтах допускает небольшое угловое смещение. В несинхронизированных трансмиссиях может быть значительный зазор из-за преднамеренного зазора между собачками в кулачковых муфтах . Зазор необходим для включения собачек, когда скорость входного вала (двигателя) и скорость выходного вала (приводного вала) не полностью синхронизированы. Если бы зазор был меньше, было бы практически невозможно включить передачи, поскольку собачки мешали бы друг другу в большинстве конфигураций. В синхронизированных трансмиссиях синхронизатор решает эту проблему.
Однако люфт нежелателен в приложениях точного позиционирования, таких как столы станков. Его можно минимизировать, выбрав шариковые винты или ходовые винты с предварительно нагруженными гайками и установив их в предварительно нагруженные подшипники. Предварительно нагруженный подшипник использует пружину и/или второй подшипник для обеспечения сжимающей осевой силы, которая удерживает поверхности подшипника в контакте, несмотря на изменение направления нагрузки.
