Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Храповый механизм — это зубчато-рычажное устройство, преобразующее возвратно-качательное движение в прерывистое одностороннее вращение и одновременно препятствующее обратному вращению. Состоит из храпового колеса с асимметричными (пилообразными) зубьями и шарнирно установленной собачки, прижимаемой к зубьям пружиной или собственным весом. При движении ведущего звена в одну сторону собачка упирается в крутую (отвесную) грань очередного зуба и поворачивает колесо; при обратном движении собачка скользит по пологой грани и проскальзывает через несколько зубьев, не передавая момент. Для удержания колеса от обратного вращения, когда ведущая собачка возвращается, устанавливают вторую — стопорную (фиксирующую) собачку. Применение — лебёдки и тали (как останов от обратного хода груза), реечные и винтовые домкраты, гайковёрты-трещотки, обгонные муфты, спусковые устройства часовых механизмов, кинематика подачи в станках и шаговых приводах с механическим управлением.
Действие храпового механизма основано на геометрической асимметрии зуба и направлении силы прижима собачки. У зуба храпового колеса одна грань выполнена крутой (почти радиальной, рабочей) — за неё собачка цепляется и упирается; вторая — пологой (нерабочей) — по ней собачка скользит при обратном движении ведущего звена. В одном направлении сила от собачки передаётся на крутую грань зуба и поворачивает колесо; в обратном направлении составляющая сил выталкивает собачку вверх по пологой грани, она поднимается над зубом и проскакивает на следующий.
Главное в храповом механизме — асимметричный зуб: рабочая грань крутая, нерабочая пологая. Геометрия определяет, в какую сторону передаётся усилие, а в какую — нет.
В простейшем варианте механизм состоит из колеса, одной собачки и пружины. В останове грузоподъёмных машин обычно ставят двойную собачку (рабочую и стопорную) или одну собачку, разделённую на сектора, для повышения надёжности.
Чтобы собачка надёжно входила в зацепление и не выталкивалась окружным усилием, угол наклона рабочей грани зуба должен превышать приведённый угол трения в паре «собачка — зуб» с учётом трения в оси собачки.
При повороте колеса окружная сила P, действующая на собачку со стороны рабочей грани зуба, раскладывается на нормальную составляющую и составляющую вдоль грани зуба:
P
N = P · cos α; R = P · sin α
N = P · cos α
R = P · sin α
где α — угол отклонения рабочей грани зуба от радиального направления. Сила R стремится сдвинуть собачку к основанию зуба (в зацепление); ей противодействует сила трения f · N вдоль рабочей грани и момент трения в оси собачки.
α
R
f · N
Условие надёжного захвата собачки записывается в виде неравенства:
α > ρприв
где ρприв — приведённый угол трения собачки в паре «торец собачки — рабочая грань зуба» с учётом трения в шарнирной оси собачки. На практике рабочую грань делают близкой к радиальной с небольшим наклоном «в зацепление» — в среднем 10...20°; этого с запасом достаточно для надёжной работы при типовых коэффициентах трения сухой пары «сталь — сталь».
ρприв
Если угол α меньше приведённого угла трения, собачка не «втягивается» в зацепление, а напротив, выдавливается из впадины. Механизм становится ненадёжным: при попытке передачи момента собачка соскальзывает с зуба и привод проворачивается «вхолостую».
Для остановочных храповиков с числом зубьев z = 8...30 в инженерной практике используются следующие соотношения для построения профиля зуба.
z = 8...30
t = π · m
D = m · z
h = 0,75 · m
a = m
b = ψ · m
b1 ≤ b
Расчётный модуль m после первого приближения округляют до стандартного значения по ГОСТ 9563-60 (модули зубчатых колёс). Материалы храпового колеса и собачки — конструкционные и инструментальные стали с поверхностной закалкой и цементацией; рабочие поверхности зубьев и собачки твёрже, чем сердцевина детали, что обеспечивает их износостойкость и сопротивление смятию.
m
Фрикционные обгонные муфты (с роликами или эксцентриками) — отдельный класс устройств свободного хода; они выполняют ту же функцию одностороннего вращения, но без зубчатого зацепления и без дискретного шага. В их расчёте ключевое условие — угол заклинивания, согласованный с коэффициентом трения роликов о корпус.
Для изменения направления передачи движения и стопорения применяют перекидные и поворотные собачки. В простейшем варианте собачку выполняют двусторонней или устанавливают на поворотной оси с фиксатором двух положений: «вперёд» и «назад». В каждом положении собачка цепляется только за одну из граней симметричного (двустороннего) зуба, и колесо проворачивается в выбранном направлении.
Реверсивный храповый механизм — основа классического гайковёрта-трещотки: при перекидывании собачки переключается направление вращения квадрата головки, и одной и той же рукой можно как затягивать, так и отворачивать резьбовое соединение, не снимая инструмент с детали.
При проектировании храпового механизма ведут расчёт по двум основным критериям: смятию (контактной прочности) рабочих кромок зуба и собачки и изгибной прочности зуба и собачки.
Окружная сила на зубе храпового колеса:
P = 2 · Mк / D
где Mк — крутящий момент на валу колеса, Н·мм; D — диаметр делительной окружности храпового колеса, мм.
Mк
D
Контактная прочность (проверка на смятие кромок) — линейное удельное давление на единицу длины зуба:
q = P / b ≤ [q]
где b — ширина зуба, мм; [q] — допускаемое линейное давление для пары «материал колеса — материал собачки» (по справочным таблицам для конкретных сочетаний).
b
[q]
Изгибная прочность зуба и собачки проверяется по нормальным напряжениям в опасном сечении: σи ≤ [σи], где [σи] — допускаемое напряжение на изгиб для материала.
σи ≤ [σи]
[σи]
Храповое колесо с асимметричными пилообразными зубьями жёстко связано с приводимым валом. Шарнирно установленная собачка, прижатая пружиной или собственным весом, скользит по зубьям колеса. При движении ведущего звена в одну сторону собачка упирается в крутую (рабочую) грань зуба и поворачивает колесо; при обратном движении она скользит по пологой грани и проскакивает зубы, не передавая момент. Для удержания колеса от обратного вращения в это время ставят вторую — стопорную собачку.
Чтобы реализовать одностороннюю передачу момента. Крутая грань зуба воспринимает усилие от собачки в одном направлении; пологая позволяет собачке выскакивать наружу при обратном ходе. Если бы зубы были симметричными, при обратном движении собачка тоже передавала бы момент — никакого «свободного хода» не получилось бы.
Принципом блокировки и характером работы. Храповый механизм — зубчатое зацепление с дискретным шагом, равным шагу зубьев; передача момента возможна только в положениях, кратных шагу. Обгонная муфта — фрикционное устройство, в котором ролики или эксцентрики заклиниваются между внутренней и наружной обоймами при попытке относительного вращения в одну сторону; передача возможна с любого начального углового положения, без дискретности и без характерного храпового щелчка.
В подъёмных механизмах (лебёдки, тали, домкраты) как останов от обратного хода груза; в гайковёртах-трещотках для затяжки/отворачивания без перехвата инструмента; в обгонных муфтах велосипедных втулок и стартёров двигателей внутреннего сгорания; в анкерной паре часов; в защёлках и фиксаторах ремней безопасности; в кинематике механической подачи станков и в шаговых механизмах поворота.
Чтобы исключить обратный ход храпового колеса в моменты, когда ведущая собачка возвращается в исходное положение. Ведущая собачка во время обратного хода рычага скользит по зубьям и не удерживает колесо; без стопорной собачки колесо могло бы провернуться назад под действием момента нагрузки. Стопорная собачка установлена на неподвижной оси и зацепляется за зубы, удерживая колесо.
Применением перекидной (двусторонней или поворотной) собачки. Собачка имеет два рабочих положения; при перекидывании она цепляется либо за одну, либо за другую грань зуба, и колесо вращается в выбранном направлении. Простейший пример — слесарная трещотка-гайковёрт с переключателем направления.
Прежде всего — угол наклона рабочей грани зуба. Он должен превышать приведённый угол трения собачки по зубу с учётом трения в её шарнирной оси. Тогда сила реакции зуба «втягивает» собачку в зацепление, а не выталкивает её наружу. Дополнительно играют роль усилие прижимной пружины, твёрдость и геометрия кромок, чистота поверхностей и точность сборки.
Конструкционные легированные и углеродистые стали с поверхностной закалкой и цементацией; реже — инструментальные стали для собачек. Сердцевину детали оставляют относительно вязкой, чтобы выдерживать ударные нагрузки, а рабочие поверхности зубьев и собачки делают твёрдыми для сопротивления смятию и износу.
В остановочных храповиках обычно 8...30 зубьев. Меньшее число зубьев даёт больший шаг (то есть большую «дискретность» поворота, но и большую несущую способность зуба); большее — более плавную подачу, но требует более тонких зубцов и менее устойчиво к ударам. В точных подающих механизмах число зубьев может быть существенно больше; в часовых анкерных колёсах — десятки.
В принципе да, но с ограничениями. Передаваемый момент рассчитывается по контактной прочности кромки зуба и собачки и по изгибной прочности зуба. Для больших моментов увеличивают модуль зуба и ширину колеса, выбирают пары материалов с высоким допускаемым линейным давлением, применяют составные собачки или несколько собачек со сдвигом фаз. В очень нагруженных передачах от храпового механизма часто отказываются в пользу обгонной муфты или зубчато-кулачковой схемы.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.