§ 2.4 Методы стопорения резьбовых соединений

Ну что ж, вы собрали свою первую модель из конструктора. Она самая простая, какую только можно придумать. Ну и это далеко не робот, хотя наш учебный курс посвящен изучению принципов сборки роботов.

Все верно. Собранный «Котик» не является роботом. Тем не менее, он поможет узнать одну важную вещь, которая вам очень пригодится для создания роботов и любых других машин и механизмов.

Выше вы узнали, что резьбовое соединение — это соединение двух деталей, имеющих резьбу и соединенных по резьбе. Гайка, накрученная на винт — это классический пример резьбового соединения. Когда вы руками накручиваете гайку на винт, эти детали вращаются друг относительно друга очень легко. После того как гайка закручена на винт до упора в соединяемые детали, гайка с винтом затягиваются с помощью ключей. Очевидно, что в процессе стягивания соединение деталей становится более крепким.

А что происходит в момент затяжки?

При затягивании соединения с помощью ключей создается давление на детали, которые находятся между винтом и гайкой. Это давление можно представить в виде силы N (рис. 2.4.1).

 

Рис. 2.4.1. Сила давления (обозначена буквой N) на детали, которая возникает в результате затяжки винтов

 

Вместе с давлением между гайкой и соединяемыми деталями конструктора, между винтом и этими деталями, а также между самими деталями возникает сила трения. Как известно из школьного курса физики и учебного курса «Эвольвектор» по механике эта сила определяется формулой:

где k_тр - это коэффициент трения между поверхностями, N – сила давления между поверхностями, она же сила реакции опоры.

На возникновении силы трения и основан принцип соединения деталей с помощью винтов и гаек. С одной стороны действует сила давления, а с другой - большая сила трения. Эти силы и удерживают детали в соединенном состоянии.

Так вот если две детали конструктора соединить с помощью обычных винта с гайкой, а дальше это соединение попадет под силовую нагрузку или в условия вибрации, то может произойти интересное явление.

Проделайте один простой эксперимент. У ранее собранной модели «Котика» открутите и вытащите один из винтов, с помощью которых к туловищу крепится хвост. Затем с помощью ключей уменьшите затяжку оставшегося резьбового соединения так, чтобы пластина 3х7 могла поворачиваться без значительного усилия. Сделайте хвост способным, так сказать, выражать эмоции котика. Пусть он сможет им вилять. Подвигайте его туда-сюда (рис. 2.4.2). В процессе приложения усилия рукой создается силовая нагрузка на эту деталь, которая приводит к поворачиванию детали. Что вы заметили?

 

Рис. 2.4.2. Подвигайте хвост котика вверх-вниз и понаблюдайте, что будет происходить с гайкой и винтом, с помощью которых хвост закреплен на туловище

 

Вы увидите, что гайка с винтом, которые крепят хвост, стали раскручиваться и хвост разболтался.

Причина такого явления заключается в том, что когда детали двигаются относительно друг друга они сдвигают и гайку относительно винта за счет все той же силы трения. Затяжка ослабевает, что приводит к еще большему раскручиванию. В результате соединение деталей ослабляется окончательно. Если никак этому не воспрепятствовать, то гайка открутится полностью и хвост отвалится, как ни печально это звучит для котика.

Поверьте, то же самое будет происходить и с вашим роботом, если не позаботиться о мерах, противодействующих раскручиванию гаек. В процессе движения механизмов возникает микровибрация, которая раскручивает гайки, и робот будет ехать и терять детали.

В машиностроении эта проблема известна с тех пор, как была создана первая машина и применено резьбовое соединение. Поэтому за прошедшие многие десятки лет ее научились эффективно решать. Имя этого решения - «стопорение» или «контровка» (контрение). Нетрудно догадаться, что слово «стопорение» произошло от слова «стопор». А оно, в свою очередь, от слова «стоп».

Стопор — это приспособление, которое предназначено для остановки или закрепления деталей механизма в неподвижном положении.

Соответственно, стопорение — это обеспечение неподвижности деталей, под которыми понимаются, конечно же, гайка и винт. Гайка должна быть неподвижна относительно винта при любых обстоятельствах. Тогда будет исключено раскручивание, и детали в конструкции робота будут надежно закреплены.

В промышленности существуют два вида стопорения: жесткое (винт и гайка жестко соединяются) и фрикционное (раскручиванию препятствует повышенное трение).

Жесткое стопорение — это удел машин с повышенными требованиями к надежности. Оно наиболее распространено в авиации. Там гайки относительно винтов фиксируются с помощью проволоки. Такой метод контрения сложный и утомительный. А вот фрикционное стопорение выполняется намного проще и куда лучше подходит для сборки учебных моделей роботов из конструктора.

Робототехнический конструктор «Эвольвектор» предлагает два варианта контрения с помощью повышенного трения.

1. Использование специальной гайки с пластиковой вставкой. Она называется гайкой с пластиковым контрением. Принцип действия такого стопорения очень прост. Гайка внутри имеет канавку, в которую установлено пластиковое кольцо. Внутренний диаметр этого кольца заметно меньше, чем наружный диаметр вкручиваемого в него винта. Это приводит к тому, что при накручивании гайки резьба винта врезается в пластик и создается повышенное трение кручению гайки. Вы хорошо почувствуете дополнительное усилие, которое надо прилагать к ключам для преодоления указанного трения при закручивании такой гайки. Данное трение впоследствии и не дает гайке раскручиваться (рис. 2.4.3).

 

Рис. 2.4.3. Устройство гайки с пластиковым контрением

 

 

2. Применение пружинной шайбы. Это такая шайба, которая выглядит как разрубленное в одном месте кольцо. Причем концы этого разрыва смещены по оси друг относительно друга. Получается, что если надеть такую шайбу на винт перед закручиванием гайки, то когда гайка докрутится до этой шайбы, ей придется сдавливать и выравнивать концы шайбы (рис. 2.4.4). При этом в процессе затяжки возникает сила упругости Fупр, которая стремится отодвинуть друг от друга гайку и деталь, между которыми находится шайба. На величину указанной силы увеличивается сила давления N. В результате под нагрузкой или при вибрациях сила давления остается более стабильной, а соединение винта и гайки противостоит раскручиванию.

 

А	Б
Рис. 2.4.4. Соединение с пружинной шайбой (А — до затяжки, Б — после затяжки)

 

Важно! Особенность конструкции пружинной шайбы такова, что в месте разрыва кольца концы имеют острые кромки. Поцарапать руки об них тяжело, так как шайба очень маленькая. А вот поцарапать краску на деталях проще простого. При затягивании соединения пружинная шайба неизбежно немного проворачивается, пока не будет полностью зажата гайкой. В процессе этого проворота она практически гарантированно повредит лакокрасочное покрытие детали. Во избежание этой неприятности используйте пружинную шайбу совместно с обычной плоской, которую необходимо поместить между деталью и пружинной шайбой (рис. 2.4.5)

 

Рис. 2.4.5. Использование пружинной шайбы совместно с плоской для предотвращения царапин на деталях конструктора

 

При желании можете заменить все обычные гайки, которые использовались при сборке Котика, на гайки с пластиковым контрением или добавить плоские и пружинные шайбы, чтобы получить навык использования такого крепежа. Однако разницу по сравнению с обычными гайками будет сложно почувствовать, поскольку котик является статической моделью без двигателей и все соединения деталей в конструкции являются неподвижными.

А вот при создании подвижных соединений без контрения совершенно не обойтись...

 

Написать отзыв

Ваше Имя:


Ваш отзыв: Внимание: HTML не поддерживается! Используйте обычный текст.

Оценка: Плохо           Хорошо

Введите код, указанный на картинке: