Коллектив авторов
Большая энциклопедия техники
Вариатор
Вариатор – механизм для бесступенчатого регулирования передаточного отношения. Чаще всего в качестве вариатора используют фрикционный механизм, в котором в процессе регулирования изменяют радиусы взаимодействующих поверхностей тел. Вариатор выполняют в виде двух взаимодействующих тел вращения, одно из которых перемещают относительно другого. При этом касание тел может быть внешним или внутренним. В качестве рабочих поверхностей используют конусы, цилиндр и плоскость, сферу и конус, торговые поверхности и др. При регулировании вариатора меняют относительное положение взаимодействующих тел. В некоторых вариантах вариатор выполняют также с промежуточным звеном. Обычно это ролик, кольцо или двухвенцовое колесо, при этом входное и выходное звенья в процессе регулировки сохраняют свое положение, а перемещают только промежуточное звено. Кроме того, промежуточное звено используют в сочетании с основными звеньями различной геометрической формы с внешним и внутренним касанием. От этого сочетания зависят знак и величина передаточного отношения. Вариаторы выполняются также в следующих вариантах:
1) входное и выходное звенья данного механизма вращаются в одну сторону;
2) входное и выходное звенья механизма вращаются в разные стороны;
3) оси конусов механизма расположены под прямым углом, а промежуточное звено выполнено в виде диска с рабочим буртиком;
4) промежуточное звено механизма гибкое.
По перечисленным выше вариантам диапазон регулирования вариатора обычно составляет 3—6, а коэффициент полезного действия – в пределах от 0,85 до 0,95. В различных технических системах применяются такие вариаторы, как: волновой фрикционный; торовый; клиноременный; многодисковый; планетарный фрикционный.
I. Волновой фрикционный вариатор представляет собой волновую фрикционную передачу с передаточным отношением, регулируемым путем изменения разности длин дорожек взаимодействия гибкого и жесткого звеньев.
Данный вариатор выполняется и применяется в различных механизмах нескольких видов:
1) вариатор, в котором регулирование передачи осуществляют осевым перемещением гибкого конусного колеса относительно специального устройства – генератора волн и жесткого колеса;
2) вариатор, имеющий в своей конструкции гибкое конусное колесо, ролик генератора волн, ориентирующий образующую поверхность гибкого колеса параллельно оси вариатора; жесткое колесо, соединенное со специальной стойкой поступательной парой; при этом варианте перемещают в осевом направлении только жесткое колесо;
3) вариатор имеет гибкое и жесткое колесо, выполненные в виде дисков; два ролика генератора волн, поджимающие гибкое колесо к жесткому. При радиальном перемещении роликов в таком вариаторе изменяется передаточное отношение механизма.
Данный вид вариатора в своей конструкции содержит такие элементы, как:
1) жесткое колесо в виде конуса с внутренней рабочей поверхностью;
2) конусное гибкое колесо, установленное между конусом генератора волн и жестким колесом;
3) шары, поджимающие гибкое колесо к жесткому, при этом шары перемещают вдоль образующей конуса генератора волн, в результате чего происходит взаимодействие участков жесткого и гибкого звеньев, но с разной длиной дорожек взаимодействия.
Кроме того, изменяется соотношение диаметров дорожек качения шаров, и соответственно изменяется угловая скорость генератора волн при его ведущем конусе. В некоторых случаях ведущим звеном делают генератор волн, но при этом его конус фиксируется в осевом направлении и свободно вращается.
У вариатора имеются:
1) гибкое колесо;
2) жесткое колесо;
3) гибкое звено в виде клинового ремня;
4) два жестких звена в виде раздвижных шкивов;
5) звено, расположенное на генераторе волн и перемещаемое в радиальном направлении; оно же поджимает гибкое колесо к жесткому.
В процессе работы такого вариатора конусы шкивов раздвигаются тем больше, чем дальше от оси вращения перемещают звено, расположенное на генераторе волн, и соответственно изменяются длины дорожек взаимодействия остальных звеньев вариатора.
II. Клиноременный вариатор – передаточный механизм, содержащий клиновой ремень, взаимодействующий со шкивами и обеспечивающий бесступенчатое регулирование передаточного отношения путем изменения радиусов огибания шкивов ремнем. Такой вариатор имеет шесть вариантов исполнения.
III. Торовый вариатор представляет собой соосный фрикционный механизм, служащий для регулирования передаточного отношения и содержащий соосные звенья с торовыми рабочими поверхностями. С помощью торового вариатора получают диапазон регулирования передаточного отношения 0,4—2,5 (при максимальном коэффициенте полезного действия от 0,92 до 0,96).
IV. Планетарный фрикционный вариатор – соосный фрикционный механизм, служащий для регулирования передаточного отношения и содержащий звенья с перемещаемыми в процессе работы осями вращения. Планетарный фрикционный вариатор выполняют по любой известной схеме планетарных механизмов. В подобных механизмах задают форму звеньев (обычно сателлитов), которая позволяла бы менять соотношение радиусов взаимодействующих поверхностей. В различных механических системах используется три вида планетарно-фрикционных вариаторов, в том числе вариатор советского конструктора Е. И. Пирожкова, представляющий собой симметричное параллельное соединение двух механизмов типа 3К, в которых все пары контактирующих звеньев выполнены фрикционными.
Вертлюг
Вертлюг – простейшее по своей конструкции устройство, соединяющее две детали и позволяющее каждой из них независимо от другой вращаться вокруг своей оси. Вертлюг практически повсеместно применяется в установках нефтедобывающей промышленности России.
Вибратор
Вибратор (от лат. vibratio – «колебание») – механизм небольших размеров с вибрирующим эксцентриком. Эксцентрик приводится в колебательное движение или сжатым воздухом, или небольшим электродвигателем; соответственно различаются вибраторы пневматические и электрические. Вибраторы указанных видов широко применяются в строительстве (гражданском, промышленном, дорожном, военном) для уплотнения бетонного раствора, заливаемого в металлические каркасы или в специальные шурфы при установке в них каких-либо опор (или столбов, или стоек разного вида).
Вибраторы подразделяются также на глубинные и площадочные. Вибраторы глубинные имеют: корпус с ручкой, внутри корпуса находится эксцентрик с электрическим двигателем или пневматическим устройством, в которое подается сжатый воздух от компрессора; булаву (которая помещается в бетонный раствор). Вибратор площадочный представляет собой двигатель с эксцентриком, прикрепленный к площадке небольших размеров; предназначен для уплотнения бетонной или формовочной смеси.
Вибрационная машина (вибромашина) – машина, рабочему звену которой сообщается колебательное движение, необходимое для осуществления или интенсификации какого-либо выполняемого процесса или для улучшения качества выполняемой работы. Вибрационная машина имеет в своей конструкции электродвигатель, соединенный валом с вибровозбудителем (вибровозбудитель – устройство, предназначенное для возбуждения механических колебаний; возбуждающая сила в таком устройстве вызывается колебательным или вращательным движением инерционного элемента, выполненного в виде дебаланса или эксцентрика). Наиболее распространены вибрационные машины с вибровозбудителями, в которых установлен дебаланс, такое устройство позволяет получать механические колебания с различными параметрами (частотами, амплитудами, законами измерения возмущающей силы). На базе вибрационных машин выполняют различной модификации испытательные вибростенды для испытания различного оборудования и техники, работающих в условиях вибрации.
Кроме того, вибрационные машины используются при выполнении виброплощадок, на которые устанавливают формы с бетонной смесью, подготовленные под различные железобетонные изделия или конструкции. Такие площадки с вибрационными машинами установлены практически на всех заводах ЖБИ и строительных комбинатах панельного домостроения.
Винт
Винт – металлический стержень преимущественно с резьбой, но в ряде случаев винты изготавливают из прочной пластмассы на специальных штампах. Такие винты используются для соединения небольших деталей деревянных или пластмассовых. Винты металлические подразделяются на:
1) крепежные – в винтовых соединениях (разъемных) деталей, при этом винт ввинчивается в резьбу в теле одной из деталей;
2) инструментальные – так называемые микрометрические винты, применяемые в микрометрических измерительных приборах (например, в микрометрах гладких);
3) станочные, устанавливаемые в винтовых парах (например, в токарновинторезных станках винтовые пары служат для сообщения зависимых движений инструменту, закрепленному на суппорте станка).
Крепежные винты широко применяются:
1) в различных электротехнических приборах для крепления контактов и составных элементов приборов;
2) в мебельном производстве – для соединений в корпусной мебели;
3) в автомобилях и тракторах разных видов и типов;
4) в авиационной и ракетно-космической технике;
5) в пассажирских железнодорожных вагонах для крепления легких деталей (например, оконных рам).
Крепежные винты изготавливают нескольких видов:
1) с потайной головкой;
2) с полукруглой головкой;
3) с квадратной головкой;
4) с треугольной головкой;
5) анодированные (т. е. с покрытием специальным антикоррозийным составом);
6) нержавеющие;
7) латунные и др.
Винтовой конвейер
Винтовой конвейер – механизм подачи каких-либо изделий небольших размеров в массовом промышленном производстве – от начала обработки (или сборки) до получения готового изделия. Такое производство называется часто поточным. Перемещение по винтовому конвейеру осуществляется при медленном вращении винтового вала, по которому перемещается транспортируемый материал. Скорость перемещения изделий по винтовому конвейеру устанавливается с учетом особенностей какого-либо технологического процесса или технологического цикла.
Винтовые конвейеры применяются чаще всего в автоматизированных системах различных промышленных производств (т. е. в машиностроительных отраслях промышленно-хозяйственного комплекса России).
Вкладыш
Вкладыш – сменная деталь подшипника скольжения, на которую опирается цапфа вала или оси какого-либо механизма. Например, в опорах шпинделей металлорежущих станков применяются вкладыши в подшипниках скольжения с конической наружной поверхностью, при этом зазор между валами и вкладышем регулируется осевым перемещением втулки в корпусе. Такой вкладыш имеет несколько надрезов и одну прорезь вдоль образующих, причем при затягивании крепежных гаек вкладыш сжимается. В данном случае подшипник скольжения имеет небольшой недостаток в виде искажения внутренней поверхности вкладыша при выполнении регулирования. В новейших конструкциях подшипников указанный недостаток ослаблен тем, что грани прорези вкладыша наклонные, а в прорезь вставляются два болта с клиновидными головками, которые при регулировании распирают вкладыш, плотно прижимая его к конической поверхности втулки. Благодаря этому внутренняя поверхность вкладыша принимает более правильную форму. В тех случаях, когда шпиндель станка имеет коническую переднюю шейку, зазор в опоре регулируется осевым перемещением шпинделя или вкладыша. Вкладыши изготавливаются из разных материалов в зависимости от области применения:
1) из специальной стали;
2) из чугуна особой марки;
3) из латуни;
4) из высокопрочной пластмассы (в частности, из капролона или фторопласта, или винипласта) и др.
Вкладыши применяются также в радиальных подшипниках жидкостного трения паровой турбины, при этом стальные или чугунные вкладыши заливают баббитом и одновременно стягивают специальными болтами.
Водоподъемная машина
Водоподъемная машина – механизм, предназначенный для подъема воды с определенной глубины. Первые водоподъемные машины появились более 2000 лет назад в Китае, Индии, Египте и других странах с развитым поливным земледелием. Такие машины имели примитивное устройство и приводились в движение тягловым скотом – верблюдами, буйволами, лошадьми (не породистыми) и др. Водоподъемные машины в те далекие времена применялись чаще всего в оазисах, в пустынных районах. Устройство указанных машин было несложным: размещались они обычно в колодцах, у которых вверху устанавливался в горизонтальном положении ворот – верхняя часть водоподъемной машины, к крестовинам ворота запрягался тягловый скот – буйволы, верблюды, лошади и др. При вращении ворота машины производился подъем воды в кожаных ведрах. В странах Западной Европы водоподъемные машины приводились в движение ветряками или тягловым скотом (в Средние века). В XIX в. водоподъемные машины приводились в действие с помощью бензиновых или дизельных двигателей, а в ХХ в. стали использоваться электродвигатели. В настоящее время в России во многих южных регионах применяется самоходная водоподъемная машина марки УОВ-1А, имеющая двигатель СМД-14 мощностью 55 кВт (75 л. с.), насос самовсасывающий С-245 производительностью 200 м3/ч. Данная машина смонтирована на базе трактора Т-74-С3. В других водоподъемных машинах применяются насосы центробежные марок: С-245; С-665; С-666; С-774; С-798 и двигатели соответственно насосам следующих марок: Т-62; УД-2; АО-52-2; Д-300 и АО42-2. В Советском Союзе перечисленные выше водоподъемные машины широко применялись в пустынных районах Средней Азии и Казахстана.
Водоподъемное колесо
Водоподъемное колесо – простейшая конструкция для подъема воды из рек, больших ручьев, арыков в виде большого деревянного колеса, по окружности которого закреплены деревянные черпаки, обитые кожей (сыромятной) или войлоком. Такие водоподъемные колеса появились на реках более двух тысяч лет назад в земледельческих районах Китая, Индии, Юго-Западной и Средней Азии, Северной Африки, Южной Европы. Об этом свидетельствуют рисунки и записи в исторических летописях и описаниях путешественников. Водоподъемные колеса в некоторых южных регионах России действуют и в настоящее время, используются для подъема воды из рек на возвышенные (относительно) берега для полива огородов и садов в частном секторе, земледельческих хозяйствах. Черпаки на водоподъемном колесе располагаются против течения реки (или большого ручья или арыка). При вращении колеса под воздействием течения реки вода набирается в черпаки и поднимается вверх, а при опускании выливается из черпаков в деревянный желоб, по которому вода поступает в поливные канавы и борозды. Водоподъемные колеса обычно устраивают в беднейших хозяйствах, не имеющих финансовых возможностей для оплаты постоянно дорожающих горюче-смазочных материалов и электроэнергии, а также из-за значительного диспаритета цен на сельскохозяйственную продукцию и энергоносители, оборудование насосных станций.
Волновая передача
Волновая передача – механизм, в составе которого имеется генератор волн, обеспечивающий передачу и преобразование движения из вращательного в поступательное. В механизмах различного назначения применяется два вида волновой передачи: первый – волновая зубчатая передача и второй – волновая фрикционная передача.
1. Волновая зубчатая передача представляет собой механизм, содержащий зацепляющиеся между собой гибкое и жесткое зубчатые колеса и обеспечивающий передачу и преобразование движения благодаря деформированию гибкого колеса. Такая передача может быть представлена как конструктивная разновидность планетарной передачи с внутренним зацеплением, характерной особенностью которой является использование сателлита, деформируемого в процессе передачи движения. Волновая зубчатая передача имеет несколько разновидностей, но в каждой из них имеется генератор волн (его называют также волнообразователем). Генератор волн, устанавливаемый в волновой зубчатой передаче, выполняется в механизмах в нескольких вариантах:
1) тонкостенной гибкой оболочки, при этом гибкость оболочки позволяет обеспечивать передачу движения с сателлита этого механизма на ведомый вал;
2) водила с двумя роликами;
3) симметричного кулачка специального профиля, на который надевают соответствующий гибкий подшипник;
4) дисков вместо роликов, при расположении их в параллельных плоскостях.
Независимо от конструкции генератора волн в волновой зубчатой передаче гибкое колесо при его нагружении изменяет свою начальную форму. Это происходит из-за наличия зазоров и упругости элементов механизма, взаимодействующих с гибким колесом. В оптимальном варианте волновая зубчатая передача характеризуется малыми габаритами и массой при одинаковой несуществующей способности, причем при передаточных отношениях 100—400 коэффициент полезного действия достигает 0,8—0,9; кроме того, при определенных параметрах данный механизм может работать в режиме мультипликатора. (Примечание: мультипликатор – повышающая передача, включающая в себя систему взаимодействующих колес, заключенных в единый корпус.)
2. Волновая фрикционная передача – механизм, содержащий фрикционную пару в виде контактирующих между собой гибкого и жесткого звеньев и обеспечивающий передачу и преобразование движения путем деформирования гибкого звена. Волновая передача данного вида содержит:
1) генератор волн (или волнообразователь);
2) гибкое колесо;
3) жесткое колесо.
Гибкое колесо контактирует с жестким колесом обычно в двух противоположных зонах указанного механизма. Прижимаются колеса друг к другу в процессе работы в этих зонах генератором волн, причем при его вращении зоны перемещаются относительно жесткого колеса. Волновая фрикционная передача выполняется еще в двух вариантах:
1) в первом гибкое звено имеет две дорожки, взаимодействующие соответственно с двумя жесткими колесами;
2) во втором гибкое колесо выполнено в виде диска, а генератор волн – в виде цилиндрического кулачка, выступы которого прижимают гибкое колесо к жесткому.
За каждый оборот генератора волн гибкое колесо поворачивается относительно жесткого колеса на угол, соответствующий разности длин дорожек и относительному скольжению звеньев. Волновые передачи обоих видов широко применяются в различных станках, механических системах машин и оборудования промышленных предприятий и прежде всего в машиностроительных производствах.
Ворот
Ворот – простейший механизм, предназначенный для подъема небольших грузов вручную с небольшой глубины или на небольшую высоту. Ворот применялся для различных целей с глубокой древности и представлял собой бревно цилиндрической формы, опиравшееся на две опоры, при этом с одной стороны или с обеих сторон устраивались ручки Г-образной формы, при вращении которых вращалось бревно с закрепленной на нем цепью или прочной веревкой с крюком на конце; к крюку крепился какой-либо груз. Такой ворот устанавливался обычно на колодцах и служил для подъема воды вручную ведрами с глубины. Ворот применялся в древности также при разработке угля или руд на небольших глубинах с устройством вертикальных стволов (по типу колодцев). Аналогично добывали нефть при ее неглубоком залегании первые нефтедобытчики, использовавшие при этом кожаные ведра и ворот. Ворот также широко применялся при строительстве различных сооружений: домов, теремов, замков феодалов, церквей, храмов для подъема строительных материалов вручную на определенную высоту. По принципу действия ворота выполняется такой инструмент как коловорот, применяемый весьма широко при столярных и плотницких работах для сверления неглубоких и небольших по диаметру отверстий в деревянных деталях и конструкциях.
Втулка
Втулка – цилиндрической (преимущественно) формы изделие, выполненное из различных марок стали, чугуна, сплавов и пластмасс высокой прочности; широко применяется в различных механизмах и приборах. Например, в приборе Роквелла устанавливается специальная направляющая втулка, в которой находится шпиндель, перемещающийся в ней при выполнении испытаний образцов (металлических или неметаллических) на твердость (по способу Роквелла). Втулки изготавливаются:
1) цельными или разрезными;
2) с небольшими отверстиями (с резьбой) под крепежные винты или болты;
3) с пазами под шпонки и др.
Втулки широко применяются:
1) в головках шатуна поршня прямоточного компрессора;
2) в головке шатуна трактора;
3) в поворотном кулаке передней оси трактора;
4) в шарнирных соединениях механизмов тепловозов и электровозов;
5) при установке подшипников на гладких валах (без заплечников) многоопорных (так называемые закрепительные втулки);
6) при установке подшипников в концевых опорах валов или осей (используются закрепительно-стяжные втулки;
7) при установке радиальных шариковых сферических двухрядных подшипников средней серии на закрепительной втулке и др.
Из приведенного перечня видно, что применяются втулки весьма широко и причем в очень ответственных узлах различных механизмов и машин. В некоторых случаях неразрезная втулка (из бронзы или антифрикционного чугуна) запрессовывается в корпус радиального подшипника или закрепляется в нем стопорным винтом или штифтом. Втулки изготавливаются также и с конической поверхностью в случае установки ее на конические концы валов или осей. Для малонагруженных механизмов по заказам потребителей втулки изготавливаются из специальных графитовых материалов с пропиткой свинцом, баббитом, кадмием и др.