Текст книги "Большая энциклопедия техники"

Каретка

Название произошло от итальянского слова carretta, переводящегося как «тележка». Определяется как узел устройства или машины, который выполняет функцию переноса ряда деталей, для перемещения устанавливается на направляющих, а также может устанавливаться в подшипнике для произведения вращения в нем.

Каретка велосипеда также получила название кареточного узла, является подшипниковым узлом, который создает вращение шатунов с педалями и ведущими звездами в зависимости от рамы велосипеда. Выполняет функцию передачи крутящего момента от педалей к колесу велосипеда с наименьшими потерями. Подшипники каретки необходимо хорошо защитить от попадания грязи и воды, так как каретка устанавливается в нижней части рамы за передним колесом.

Каретки подразделяются на открытые и закрытые, называемые картриджами или капсулами. Открытые каретки имеют ввинчиваемые чашки с подшипниками в кареточной трубе рамы, при этом вал вращается в подшипниках. Для этого типа кареток большое значение имеет точный размер созданной рамы, в противном случае возможны перекосы и недостаточная защищенность относительно факторов воздействия окружающей среды. Картриджи характеризуются наличием жесткого корпуса, в который помещаются подшипники, устанавливаемого в велосипедную раму, что позволяет исключить перекос подшипников и не прибегать к регулировке каретки. В картридже устанавливается также удобное уплотнение вала. Картриджи могут быть как неразборными, основная часть используемых картриджей, так и разборными.

Каретка для современного велосипеда достаточно часто создается в виде неразборного узла, не подлежащего обслуживанию, т. е. в качестве картриджа, поэтому при неисправности, например заедания или люфта, каретка подлежит замене на новое устройство. Дешевые модели велосипедов оснащаются разборной кареткой, обеспечиваемой шариковыми подшипниками, каретка может регулироваться при люфте, усиленной затяжке подшипников. Также разработаны разборные каретки с двумя подшипниками с каждой стороны, игольчатый и шариковый подшипники, где шариковый служит фиксатором. Созданы модули кареток, которые оснащаются шатунами.

Каждый тип каретки обеспечивается своим стандартом на шаг резьбы, благодаря которому каретка устанавливается, т. е. ввинчивается в кареточный узел рамы. Резьба подразделяется на дюймовую и метрическую. Каретки изготавливаются различной ширины, которая должна совпадать с шириной рамы велосипеда, с разной длиной оси, при выборе необходимо рассмотреть достаточность удаления шатунов от рамы и возможность перевода переднего переключателя на самую маленькую звездочку, при этом исключается упирание в раму. На корпусе неразборных кареток наносятся ее размеры. В каретке применяются шатуны двух образцов: шлицевого образца и так называемого квадратного образца.

На каретках с шатуном шлицевого образца ось изготавливается с круглым сечением, концы осей оснащаются 8 выступами, при этом ось создается пустотелой, что значительно облегчает каретку. Полыми болтами шатуны фиксируются к каретке. Используются каретки и шатуны такого типа для изготовления велосипедов высокого класса. Также разработаны каретки традиционной конструкции с шатунами шлицевого образца, концы такой каретки обеспечиваются квадратными сечениями, шатун притягивается с помощью винта, вворачиваемого в ось. Каретки с квадратными сечениями на концах оси оснащаются шатуном, притягиваемым к оси при помощи гайки, которая накручивается на ось каретки.

Каретками оснащаются металлорежущие станки, в которых они являются нижней опорной частью суппорта, перемещение каретки осуществляется по направляющим станины, например в токарных станках, по направляющим поперечины в продольно-строгальных и карусельных станках; также каретка может быть частью стола станка, которая движется по направляющим консоли, например в поперечно-строгальных и фрезерных станках. В ткацких станках каретка служит для зевообразования в результате выработки тканей с мелким узором или сложностью переплетений. Каретки включены в конструкцию пишущих машинок, для этого они изготавливаются в качестве рамки с валиком для бумаги. Широко используются стальные каретки, оснащенные металлическими роликами, предназначенные для монтажа в кронштейн направляющих, сочетаются с регулируемыми капсулами. Велосипеды оснащаются каретками, которые представляют собой педальное устройство велосипеда.

Каретки с электроприводом применяются для электрических талей, создавая перемещение подвешенной тали с грузом в горизонтальной ориентированности относительно монорельсового пути. Непосредственно передвижение выполняет электрический привод каретки, таль служит как электротельфер.

Ручная каретка, т. е. без электрического привода, используется для электрических талей для произведения перемещения подвешенной электрической тали с грузом также в горизонтальном направлении относительно монорельсового пути, однако для создания движения необходимо произведение усилия, которое прикладывается непосредственно к тали.

Картер

Название произошло от английского слова carter. Представляет собой недвижимую деталь устройства или механизма, например редуктора, двигателя, в основном коробчатого сечения для опоры и предохранения от загрязнения рабочих элементов. Нижняя часть картера называется поддоном и является контейнером, содержащим смазочное масло.

Кинематическая пара

Кинематическая пара представляет собой совокупность двух тел, при которой форма одного из тел позволяет определить полный ряд последовательных положений, свойственных другому телу. Звеньями называются тела, являющиеся составляющими пары. Кинематическая пара является подвижным сопряжением двух твердых звеньев, на которые ставятся условия связи, ограничивающие их относительное движение.

Произвольное из условий связи ликвидирует одну степень свободы, т. е. устраняя одно из шести самостоятельных относительных перемещений в пространстве. Относительно условий связи кинематические пары подразделяются на пять классов. Число степеней свободы определяется по формуле W = 6 – S. Оставшиеся относительные движения звеньев необходимы для разделения кинематических пар внутри каждого класса. Относительно характера соприкосновения звеньев кинематические пары делятся на низшие, обладающие контактом по поверхностям, и высшие (определяются контактом по линиям или в точках). Высшие кинематические пары допустимы всех пяти классов, имеют много видов. Низшие пары возможны только трех классов и шести видов.

Кинематические пары подразделяются на геометрически замкнутые пары, в которых постоянное соприкосновение поверхностей создается благодаря форме включенных элементов, и незамкнутые пары, созданные таким образом, что замыкание производится при помощи прижимающей силы – силового замыкания. Примером может служить силовое замыкание в кулачковом механизме.

Простые пары определяются как пары, у которых относительное движение одного звена относительно другого соотносится с относительным движением второго звена в соотношении с первым звеном.

Поступательной парой называется пара, в которой одно из тел способно создавать только поступательное движение относительно другого тела.

Примером поступательной пары может служить тело, оснащенное призматическим каналом, в который устанавливается призма.

Вращательной парой является цилиндрическая втулка и установленный в нее шип, который оснащается закраинами, ограничивающими шип и не позволяющими покинуть втулку.

Винтовая пара представляет собой сочетание винта и гайки, при этом шагом является расстояние, находящееся между нарезками винта по ориентированности оси винта.

Поступательная пара рассматривается в качестве винтовой пары с шагом, соответствующим бесконечности.

Вращательная пара определяется как винтовая шагом, равным нулю.

В прямоугольной системе координат может наблюдаться три поступательных движения, происходящих в направлениях трех осей координат, три вращательных – вокруг осей.

Высшие пары определяются как пары, не выполняющие свойство простых пар, например шкив и перекинутый через него ремень, соединение зубчатых колес, полная трехгранная призма, дуговой двухсторонник, эллиптический циркуль и т. д. Движение первого звена в звене второго является обращенным относительно движения второго звена в первом звене.

Условными кинематическими парами считаются подвижные сопряжения с некоторым количеством промежуточных тел качения, например шарикоподшипники и роликоподшипники, промежуточных деформируемых элементов, например безлюфтовые шарниры устройств с плоскими пружинами.

Кинематическая цепь

Кинематическая цепь представляет собой последовательное соединение звеньев в пары. В случае, когда последнее звено соединяется с первым звеном, кинематическая цепь называется замкнутой. Если же последнее звено не соединено с первым звеном, цепь считается открытой. Принудительная кинематическая замкнутая цепь определяется как цепь, имеющая одно звено неподвижное, приобретает определенность движения, которая свойственна механизму. Если в принудительной цепи одно звено задается неподвижным, то считается, что цепь поставлена на этом звене, при этом, если ставить принудительную цепь последовательно на каждое из звеньев, можно создать такое количество механизмов, которое соответствует количеству звеньев в цепи. Принудительной цепью является шарнирная четырехсторонняя фигура, включающая четыре стержня, которые объединены при помощи шарниров, являющихся вращательными парами.

Кинетостатика механизмов

Кинетостатика механизмов представляет собой одну из частей теории динамики машин и механизмов, основанную на методе силового расчета, который позволяет находить реакции элементов кинематических пар механизма при известном законе движения устройства.

При рассмотрении всех сил, которые прикладываются к звеньям механизма, присоединяют силы инерции, используя принцип Д’Аламбера, можно принять весь механизм как единое целое и отдельные его части как находящиеся в состоянии равновесия. Для задания сил, направленных на механизм, используют уравнение статики, составляются системы уравнений для отдельных составляющих механизма. Количество уравнений соответствует количеству неизвестных реакций. Такие системы получили название статически определимых. Проведение силового последовательного расчета механизма кинематических пар начинается с максимально удаленной группы относительно начального звена механизма. Векторное уравнение решается при помощи многоугольника, где реакция находится при помощи векторного уравнения равновесия сил на одном из звеньев. Исследование равновесия начального звена: находят реакцию, уравновешенный момент, который прикладывается к этому звену, для создания установленного закона движения начального звена. Для нахождения силы трения в кинематических парах используется система уравнений с добавочным независимым уравнением. Находятся реакции, затем определяются силы трения в парах, далее расчет производится еще раз с учетом сил трения в качестве внешних сил, которые прикладываются к звеньям, получая при повторном расчете как бы более точные реакции в первом приближении. Расчет также может повторяться, принимая силы трения как определенные. Для расчета многозвенных пространственных устройств используется такой же метод, при этом решение становится достаточно большим.

Кинетостатика механизмов широко используется при проведении проектировочных работ новых машин, направленных на точный расчет прочности создаваемых технических устройств.

Ковш (в технике)

Один из вариантов технического ковша представляет собой стальной или чугунный сосуд, вместимость которого определяется 480 т, внутренняя часть ковша обкладывается огнеупорным кирпичом. Используется для произведения транспортировки, разливки расплавленного металла, шлака, штейна, а также для хранения не на длительное время расплавленного металла, шлака, штейна.

Второй вариант ковша является ковшом, который устанавливается на землеройную, подъемно-транспортную машину, выполняя функцию рабочего органа для произведения захвата и отделения доли материала от общего его количества для произведения перемещения этой доли к зоне разгрузки.

Коленчатый вал

Коленчатый вал представляет собой деталь сложной конфигурации или узел деталей, характерный для составного вала, оснащается консолями для фиксирования шатунов, служащих для передачи плоско-поступательного движения коленчатому валу, который трансформирует это движение во вращательное, передавая вращение трансмиссии и приводным приспособлениям. Коленчатый вал является составным элементом кривошипно-шатунного механизма.

Конструкция коленчатого вала представляет собой относительно нежесткую деталь, на которую приходятся достаточно большие изменчивые нагрузки, во время работы на него действуют силы кручения и он подвергается изгибу. Коленчатый вал состоит из: коренных шеек; шатунных шеек; щеки; передней выходной части вала – носка; задней выходной части вала – хвостовика; противовесов. Коренные шейки являются опорами вала, которые находятся в коренных подшипниках, установленных в картере двигателя. Шатунные шейки – опоры вала, направленные на соединение с шатунами. Щечки выполняют функцию соединения коренных и шатунных шеек. Передняя выходная часть вала определяется как часть для крепления шестерни или шкива отбора мощности для привода газораспределительного устройства и всевозможных дополнительных участков, систем и приспособлений. Задняя выходная часть вала служит для объединения с маховиком или массивной шестерней отбора ключевого количества мощности. Противовесы предназначены для создания разгрузки коренных подшипников относительно центробежных сил инерции первого порядка неуравновешенных масс кривошипа и нижнего компонента шатуна.

Коленчатый вал производится из стали, характеризуемой упрочением токами высокой частоты или азотированием, а также из высокопрочного чугуна. Противовес создается как единое целое с коленчатым валом, в противном случае противовесы напрессовываются на вал. Коленчатый вал устанавливается таким образом, чтобы опираться коренными шейками на коренные опоры картера двигателя, шатунные шейки фиксируются вместе с нижними головками шатунов. Коренные и шатунные шейки присоединяются при помощи щечек, которые организуют кривошипы вала. Неуравновешенные массы образуют центробежные силы на подшипниках вала, для их разгрузки предназначены противовесы. В передней части вала предусмотрен сальник для уплотнения, при этом держателем сальника является корпус масляного насоса. Передняя часть вала оснащается зубчатым шкивом привода топливного насоса высокого давления и распределительного механизма двигателя и шкивом ременной передачи для привода генератора, водяного насоса и различных устройств и систем автомобиля. Сальником обеспечивается и задний конец вала, этот сальник фиксируется при помощи специального держателя. На задней стороне коленчатого вала имеется фланец, предназначенный для крепления диска привода, что характерно для моделей автомобилей, оснащенных автоматической коробкой передач, или маховика.

Для произведения ремонтных работ коленчатого вала необходимо перешлифовать коренные, шатунные шейки относительно следующего ремонтного размера. После проведения ремонтных работ коленчатый вал должен устанавливаться с маховиком и сцеплением, которые имелись до ремонта, при этом в обязательном порядке производится балансировка коленчатого вала со сцеплением. В случае дисбаланса создаются углубления в маховике посредством высверливания.

Коленчатые валы двигателя относительно диаметра коренных и шатунных шеек делятся на классы, при этом деление на классы является индивидуальной для каждого двигателя. Точность диаметральных габаритов коренных и шатунных шеек варьируется относительно 1—2 классов, при этом чистота поверхности определяется 8—10 классами и выше; допускаются отклонения на овальность и конусность, которые для автомобильных двигателей соответствуют отрезку от 0,010 до 0,005 мм. Расхождение в параллельности осей коренных и шатунных шеек не превышает 0,01 мм по всей длине каждой шатунной шейки; радиус кривошипа может иметь допуски в 0,05—0,15 мм. Если отклонения радиусов кривошипов и угловых развала слишком велики, то образуется неравномерная степень сжатия в разных цилиндрах и относительно сдвига фаз распределения, что неблагоприятно отражается на работе двигателей. Для подшипников скольжения коленчатые валы должны обладать высокими требованиями к поверхности шеек, усиленной износостойкостью и усталостной прочностью. Маркировка должна наноситься на передней щечке вала, верхние цифры соответствуют классам шатунных шеек с первой по шестую, при рассмотрении поочередно слева направо, нижние цифры являются классами коренных шеек с первой по седьмую слева направо.

Также маркировка может задаваться с номинальным значением диаметра, с диаметрами ремонтного размера с установленным снижением. Коленчатый вал отслеживается по 80—90 позициям, например размер, форма, относительное положение контролируемых поверхностей вала, параллельность оси шеек, положение шатунных шеек относительно коренных, угловое положение шатунных шеек относительно друг к другу, угловое положение шпоночной канавки относительно кривошипов, положение торца фланца относительно оси коренных шеек и др.

Для трудоемкого и непростого процесса контроля используются специальные многомерные индикаторные, пневматические, электронные измерительные приспособления.

Стальные коленчатые валы среднего размера, предназначенные для крупносерийного и массового производства, создаются с помощью ковки в закрытых штампах на молотах и прессах, весь процесс изготовления заготовки реализуется несколькими операциями. Производится предварительная и окончательная ковка в штампах, а далее переходят к обрезке облоя с помощью обрезного пресса, к горячей правке в штампе под молотом.

При создании заготовки коленчатого вала большое внимание уделяется расположению волокон материала, для того чтобы исключить возможность перерезания материала на дальнейших этапах механической обработки, поэтому широкое использование получили штампы, оснащенные специальными гибочными ручьями. Пройдя штамповку, коленчатые валы подвергаются термообработке, нормализации, очистке от окалины при помощи травления или обработке с помощью дробеметной машины. На механическую обработку шеек допускаются припуски в 3—4 мм на сторону со штамповочными уклонами 7—10°. Точность заготовок определяется 8—9 классом. Допустимая кривизна в плоскости разъема штампов для автомобильного коленчатого вала составляет менее 1,5—1 мм, смещение от сдвига штампов разрешается не более 2 мм.

Литые заготовки коленчатых валов производятся из высокопрочного чугуна, модифицированного магнием, для изготовления применяется способ прецизионного литья, т. е. в оболочковых формах, произведенные этим способом валы отличаются по сравнению со штампованными валами рядом положительных качеств, например высоким коэффициентом применения металла. Литые заготовки отличаются наличием внутренних полостей, которые образуются в результате отливки.

Припуск на обработку должен быть менее 2,5 мм на сторону отклонения, соответствующего 5—8 классу точности. Снижение колебания припуска и начальной неуравновешенности способствует лучшему качеству при эксплуатации.

Отлив в оболочковых формах осуществляется в горизонтальном положении: в случае, когда в одной форме необходимо произвести отлив двух валов, заливка металла создается с помощью общего литника.

Правка валов создается как следующий шаг после нормализации в горячем состоянии в штампе, на прессе после извлечения из печи, не прибегая к повторному подогреву.

Механическая обработка: главными базами для коленчатого вала являются опорные поверхности коренных шеек. К сожалению, они не могут использоваться как технологические на всех шагах обработки, поэтому иногда технологическими базами становятся поверхности центровых отверстий. Небольшая жесткость вала для некоторых этапов обработки, производимых в центре, заставляет создавать вспомогательные базы, которыми являются наружные поверхности предварительно обработанных шеек. Для обработки шатунных шеек, по техническим условиям обязанных иметь угловую координацию, выбирается опорная технологическая база в виде специально фрезерованной площадки на щеках. В результате действия сил резания возникает деформация коленчатого вала, поэтому необходимо произвести достаточно большое количество раз, примерно от 3 до 9, правку коленчатого вала с помощью пресса. Однако правка способна образовать внутренние напряжения, приводящие к последующей деформации вала, что также является нежелательным воздействием. Технологические опорные базы представляются в качестве фрезерованных площадок на щеках коленчатого вала и обрабатываются до и после предварительной обработки.

Также необходимо произвести токарную обработку коренных и шатунных шеек, коренные шейки обрабатываются на обычных токарных станках, затем они берутся как технологические базы для обработки шатунных шеек и остальных поверхностей. Обработку коренных шеек многоколенных валов осуществляют специализированными станками, оснащенными центральным или двусторонним приводом для снижения скручивающего и изгибающего моментов.

Затем производится отделка смазочных каналов и внутренних плоскостей, далее необходимо отшлифовать шейки коленчатого вала. Балансировка при массовом производстве создается при помощи автоматических балансировочных станков или автоматических линий. Необходимо проанализировать диаметральные размеры шеек, отверстия под подшипник во фланце, длину шатунных и коренных шеек, дистанцию от базового торца, радиус кривошипа, биение шеек и торца фланца по отношению к крайним коренным шейкам, взаимное отношение коренных и шатунных шеек относительно длины и расстояния от базового торца, угловое расположение кривошипов, местонахождение установочного отверстия и шпоночной канавки по отношению к коренным и шатунным шейкам. Также производится обкатка крупных коленчатых валов. Специальные токарные станки с неподвижным валом применяются для обкатки шатунных шеек.