Люфт (инженерный) - Backlash (engineering)

В машиностроение, люфтиногда называют плеть или же играть в, представляет собой люфт или потерю хода в механизме, вызванные зазорами между частями. Его можно определить как «максимальное расстояние или угол, через который любая часть механическая система может перемещаться в одном направлении без приложения заметной силы или движения к следующей части в механической последовательности ».^[1]^{п. 1-8} Пример в контексте шестерни и зубчатые передачи, - величина зазора между сопряженными зубьями шестерни. Это можно увидеть, когда направление движения меняется на противоположное, а провисание или потерянное движение компенсируется до того, как реверсирование движения завершено. Это можно услышать из железнодорожные муфты когда поезд меняет направление. Другой пример - в клапанный механизм с механическим толкатели, где для правильной работы клапанов необходим определенный диапазон зазоров.

Люфт

В зависимости от приложения люфт может быть или нежелательным. Некоторый люфт неизбежен почти во всех реверсивных механических муфтах, хотя его влияние можно нивелировать или компенсировать. Во многих приложениях теоретическим идеалом будет отсутствие люфта, но на практике необходимо предусмотреть некоторый люфт для предотвращения заклинивания.^{[нужна цитата ]} Причины наличия люфта или люфта в механических соединениях, которые вызывают люфт, включают: смазка, производственные ошибки, отклонение под нагрузкой, и тепловое расширение.^{[нужна цитата ]}

Шестерни

Факторы, влияющие на величину люфта, требуемого в зубчатой передаче, включают ошибки в профиле, шаге, толщине зуба, углу спирали и межосевом расстоянии, а также закончиться. Чем выше точность, тем меньше люфт. Люфт чаще всего создается за счет врезания зубьев в шестерни глубже, чем идеальная глубина. Другой способ создания люфта - увеличение межцентрового расстояния между шестернями.^[2]

Люфт из-за изменения толщины зуба обычно измеряется вдоль начальная окружность и определяется:

{displaystyle b_ {t} = t_ {i} -t_ {a};}

куда:

	${displaystyle b_ {t};}$	= люфт из-за изменения толщины зуба
	${displaystyle t_ {i};}$	= толщина зуба на делительной окружности для идеального зацепления (без люфта)
	${displaystyle t_ {a};}$	= фактическая толщина зуба

Люфт, измеренный на делительной окружности, из-за модификаций рабочего центра определяется: скоростью станка. Материалом в станке.

{displaystyle b_ {c} = 2left (Delta cight) an phi}

куда:

	${displaystyle b_ {c};}$	= люфт из-за изменения расстояния между центрами управления
	${displaystyle Delta c;}$	= разница между фактическим и идеальным расстоянием между центрами управления
	${displaystyle phi;}$	= угол давления

Стандартная практика - сделать поправку на половину люфта в толщине зуба каждой шестерни.^{[нужна цитата ]} Однако если шестерня (меньшая из двух шестерен) значительно меньше шестерни, с которой она находится в зацеплении, поэтому обычно учитывают все люфты в большей передаче. Это сохраняет максимальную прочность зубьев шестерни.^[2] Количество дополнительного материала, удаляемого при изготовлении шестерен, зависит от угла прижатия зубьев. Для угла давления 14,5 ° дополнительное расстояние, на которое перемещается режущий инструмент, равно желаемой величине люфта. Для угла давления 20 ° расстояние равно 0,73 желаемой величины люфта.^[3]

На практике средний люфт определяется как 0,04 деленное на диаметральный шаг; минимум 0,03 деленный на диаметральный шаг и максимальное 0,05 деленное на диаметральный шаг.^[3]

В зубчатая передача, люфт кумулятивный. При реверсировании зубчатой передачи ведущая шестерня поворачивается на короткое расстояние, равное сумме всех люфтов, прежде чем последняя ведомая шестерня начинает вращаться. На выходах малой мощности люфт приводит к неточному расчету из-за небольших ошибок, вносимых при каждом изменении направления; при большой выходной мощности люфт вызывает сотрясения всей системы и может повредить зубы и другие компоненты.^{[нужна цитата ]}

Конструкции с защитой от люфта

В некоторых приложениях люфт является нежелательной характеристикой, и ее следует минимизировать.

Зубчатые передачи, где позиционирование является ключевым, но передача энергии невелика

Лучшим примером здесь является аналог радио шкала настройки где можно точно настраивать движения как вперед, так и назад. Это позволяют специальные конструкции шестерен. В одной из наиболее распространенных конструкций шестеренка делится на две шестерни, каждая из которых вдвое меньше толщины оригинала.

Одна половина шестерни прикреплена к его валу, в то время как другая половина шестерни может вращаться на валу, но предварительно нагружена при вращении на небольшой винтовые пружины которые вращают свободную шестерню относительно неподвижной шестерни. Таким образом, сжатие пружины вращает свободную шестерню до тех пор, пока не будет устранен весь люфт в системе; Зубья неподвижной шестерни прижимаются к одной стороне зубьев шестерни, а зубцы свободной шестерни прижимаются к другой стороне зубьев шестерни. Нагрузки, меньшие, чем сила пружин, не сжимают пружины, и при отсутствии зазоров между зубьями, которые необходимо воспринимать, люфт устраняется.

Винты там, где важны и расположение, и мощность

Еще одна область, где имеет значение обратная реакция, - это винты. Опять же, как и в примере с зубчатой передачей, виновником является потеря движения при реверсировании механизма, который должен точно передавать движение. Вместо зубьев шестерни контекст винтовая резьба. Линейные оси скольжения (машинные суппорты) Станки являются примером приложения.

Большинство машинных суппортов в течение многих десятилетий, а многие даже сегодня, были простыми (но точными) чугунными линейными опорные поверхности, например, ласточкин хвост или коробчатый слайд, с Acme ходовой винт. С простой гайкой неизбежен люфт. В ручном режиме (неЧПУ ) станки, средство машиниста для компенсации люфта состоит в том, чтобы подойти ко всем точным позициям, используя одно и то же направление движения, то есть, если они набирали влево, а затем хотят перейти в правую точку, они будут двигаться вправо прошлый это, затем поверните влево обратно к нему; в этом случае настройки, подходы к инструментам и траектории должны быть спроектированы в рамках этого ограничения.^{[нужна цитата ]}

Следующий более сложный метод, чем простая гайка, - это разрезная гайка, половинки которого можно регулировать и фиксировать винтами, так что обе стороны движутся, соответственно, против левой резьбы, а другая сторона - вправо. Обратите внимание на аналогию здесь с примером радио-циферблата с использованием разделенных шестерен, где разделенные половинки сдвигаются в противоположных направлениях. В отличие от примера с радио-циферблатом, идея натяжения пружины здесь бесполезна, потому что станки, выполняющие разрез, прикладывают слишком много усилий к винту. Любая пружина, достаточно легкая для движения скольжения, в лучшем случае допускает вибрацию резца, а в худшем - движение скольжения. Эти конструкции с резьбовой регулировкой «разрезная гайка на ходовом винте Acme» не могут устранить все люфт на салазках машины, если они не отрегулированы настолько сильно, что ход начинает заедать. Следовательно, эта идея не может полностью устранить концепцию «всегда приближаться с одного и того же направления»; тем не менее, люфт может быть небольшим (1 или 2 тысячные доли дюйма или), что удобнее, а в некоторых неточных работах достаточно, чтобы можно было «не обращать внимания» на люфт, т. е. спроектировать так, как будто его не было. ЧПУ можно запрограммировать на использование концепции постоянного подхода в одном и том же направлении, но сегодня они используются не так, как обычно.^{[когда? ]}, потому что гидравлические разрезные гайки с люфтом и более новые формы ходовых винтов, чем трапециевидные / трапециевидные, такие как рециркуляционные шарико-винтовые пары - эффективно устранить люфт.^{[нужна цитата ]} Ось может перемещаться в любом направлении без движения назад и вперед.

Самые простые ЧПУ, такие как микролатические станки или преобразование из ручного в ЧПУ, в которых используются приводы с гайкой и трапецеидальным винтом, можно запрограммировать на коррекцию общего люфта на каждой оси, чтобы система управления станка автоматически перемещала дополнительное расстояние. требуется, чтобы компенсировать провисание при изменении направления. Эта программная «компенсация люфта» - дешевое решение, но в ЧПУ профессионального уровня используются более дорогие приводы, исключающие люфт, упомянутые выше. Это позволяет им выполнять 3D-контур с помощью, например, концевой фрезы с шаровой головкой, когда концевая фреза перемещается во многих направлениях с постоянной жесткостью и без задержек.^{[нужна цитата ]}

В механических компьютерах требуется более сложное решение, а именно: передняя коробка передач.^[4] Это работает, поворачиваясь немного быстрее, когда направление меняется на противоположное, чтобы «использовать» люфт.

Некоторые контроллеры движения включают компенсацию люфта. Компенсация может быть достигнута путем простого добавления дополнительного компенсирующего движения (как описано ранее) или определения положения груза в схема управления с обратной связью. Сама динамическая реакция люфта, по сути, задержка, делает контур положения менее стабильным и, следовательно, более склонным к колебание.

Минимальный люфт

Минимальный люфт - это минимальный допустимый поперечный люфт на рабочем делительном круге, когда зуб шестерни с максимально допустимой функциональной толщиной зуба находится в зацеплении с зубом шестерни, имеющим максимально допустимую функциональную толщину зуба, при минимально допустимом межцентровом расстоянии в статических условиях.

Минимальный люфт определяется как разница между максимальным и минимальным люфтом, возникающим за полный оборот большей из пары сопряженных шестерен.^[5]

Приложения

Неточность зубчатые муфты используйте люфт, чтобы учесть небольшое угловое смещение. Однако люфт нежелателен в приложениях для точного позиционирования, таких как столы для станков. Его можно минимизировать за счет более жестких конструктивных особенностей, таких как шариковые винты вместо винты, и с использованием подшипников с предварительным натягом. Подшипник с предварительным натягом использует пружину или другое сжимающее усилие для поддержания контакта поверхностей подшипника, несмотря на изменение направления.

Возможен значительный люфт в несинхронизированные передачи из-за преднамеренного зазора между шестернями в клатчи для собак. Зазор необходим, чтобы водитель или электроника могли легко включать передачи, синхронизируя скорость двигателя с частотой вращения карданного вала. Если бы был меньший зазор, было бы почти невозможно зацепить шестерни, потому что зубцы мешали бы друг другу в большинстве конфигураций. В синхронизированных передачах синхронизатор решает эту проблему.