Стропильная система ломаной крыши

Стропильная система ломаной крыши

Чтобы увеличить полезную площадь своего дома, часто вместо обычней двухскатной или вальмовой крыши строят мансардную, или как ее еще называют – двухскатную ломаную крышу.

Я знаю из своего опыта, что стропильная система ломаной крыши – конструкция не только более сложная в инженерном отношении, но и монтаж ее далеко не прост, как может показаться на первый взгляд. Ведь нагрузку на стены мансардная крыша оказывает гораздо большую, чем традиционные.

Примеры моих работ с описанием и ценами

Конечно, мансардное помещение можно обустроить и под двускатной, и под вальмовой крышей, правда оно будет не таким просторным, как того хотелось бы. Именно поэтому большинство моих заказчиков предпочли ломаную мансардную крышу, позволяющую использовать пространство под крышей по максимуму.

Стропильная система мансарды

В отличие от стропильных систем двухскатных и вальмовых (как, впрочем, и других) крыш, стропильная система мансарды устроена несколько иначе. Она имеет в своей конструкции два типа стропил: и наслонные и висячие.

В верхней части – от конька до перегиба – используются висячие стропила, опирающиеся на стойки (а в варианте без стоек – на продольный прогон или затяжку) и имеющие более пологий скат.

В нижней части (от перекрытия до перегиба) устанавливаются стропила наслонные.

Один из вариантов такой крыши – когда монтируется на мауэрлат, который жестко совмещается с балками перекрытия, выступающими за пределы стен гораздо больше, чем обычно.

Более подробно я уже писал в статье стропильные системы мансард . Настоятельно рекомендую прежде ознакомиться с ней.

Монтаж стропильной системы ломаной крыши

Само собой разумеется, что для правильного устройства мансардной кровли вначале производится расчет стропильной системы с учетом ветровой и снежной нагрузки. Лишь после этого можно приступать непосредственно к монтажным работам.

Я расскажу, как строится стропильная система ломаной крыши в случае совмещения мауэрлата с балками перекрытия.

1. Сначала для стропильной системы я жестко скрепляю мауэрлат с балками перекрытия. В итоге получается решетка из толстого бруса (150х150, 100х150), которая и будет основанием будущей стропильной системы.

2. Далее выделяю будущее помещение мансарды стойками и соединяю их продольными прогонами, а затем и балками сверху, которые будут служить затяжками для верхних висячих стропил.

3. Следующий шаг – монтаж наслонных и висячих стропил: я сначала монтирую наслонные стропила, проверяю плоскости крутых скатов, затем висячие. Особое внимание обращаю на правильность сборки узлов в точках перегиба.

4. При необходимости подпираю наслонные стропила подкосами, а чтобы верхняя затяжка не прогибалась – подвешиваю ее при помощи бабки.

5. Фасадные конструкции дополнительно монтирую с учетом окон, и если планируется выход на балкон – то и дверей.

Конечно, в ходе проведения монтажных работ может соблюдаться и другая последовательность – это зависит от конкретных условий, материала и других факторов.

Существуют и другие варианты мансардной стропильной кровли. Например, мне нравится, когда все стропила делаются одинаковой длины, а крыша при этом получается в виде половины восьмигранника. В таких крышах можно обойтись без стоек и затяжек (в зависимости от размеров дома) – тогда потолок в мансардном помещении будет выглядеть, как четырехгранный свод.

Также неплохо смотрится и мансарда, один скат которой прямой, а другой – ломаный. Этот вариант приемлем там, где конструктивно необходимо сдвинуть мансардное помещение ближе к той или иной стене. Такая асимметричность фронтона смотрится стильно и современно.

В любом случае, я готов выполнить на высоком профессиональном уровне работы по монтажу стропильной конструкции ломаной крыши любой форма и размера. Мои работники – отличные специалисты.

Как сделать ломаную крышу своими руками пошагово

Ломаная мансардная крыша представляет собой популярный вариант двухскатной крыши для малоэтажных домов частной застройки. Интерес к нему вызван более рациональным использованием подкровельного пространства загородного дома. При этом площадь чердака значительно увеличивается, что позволяет обустроить там полноценное жилое помещение (мансарду).

Конструктивные особенности ломаной крыши

В общем случае конструкция ломаной крыши несколько отличается от традиционной двухскатной кровли.

Технические требования

Возведение над своим домом ломаной крыши потребует выполнения ряда требований, которые наверняка приведут к увеличению стоимости проекта:

  • Понадобится разработка вентиляционной системы, которая не допустит образование конденсата в помещении.
  • Высота потолка в подкровельном пространстве должна быть не менее 2,2 м.
  • Нужно обратить особое внимание на конструкцию мансардных окон, которые не должны пропускать воду в подкровельное пространство. Мытье их стекол не должно вызывать каких-либо трудностей.
  • Конструкция ломаной крыши не должна привести к превышению допустимых нагрузок на стены и фундамент здания. Для этого понадобится провести инженерные расчеты ее нагрузочных характеристик и геометрических параметров.

Несмотря на то что конструкция ломаной крыши мало чем отличается от двухскатной, обустроить ее далеко не так просто, как кажется на первый взгляд.

Разновидности стропильных систем

Стропильная система двухскатной ломаной крыши значительно сложнее традиционной. Как правило, при ее возведении используются два вида стропил:

  • наслонные, при помощи которых формируют более крутой скат;
  • висячие, оформляющие верхнюю, более пологую часть крыши.

Стропильная система наслонного типа представляет собой конструкцию, в которой стропильные ноги опираются на стены дома. При необходимости устанавливают отдельно стоящую дополнительную опору (стену).

Висячая стропильная система опирается только на стены дома, что позволяет с ее помощью перекрыть довольно большие пролеты. Чтобы уменьшить их воздействие на стены, пары стропил связывают затяжкой. В некоторых случаях затяжкой может выступать балка перекрытия. При необходимости середину затяжки подвешивают к коньковому прогону при помощи бабки, что исключает ее прогиб.

Затяжка – горизонтальная балка, связывающая между собой висячие пары стропил. Коньковый прогон – место встречи пары висячих стропил. Бабка – вертикальное крепление висячих стропил и затяжки.

Монтируются стропильные системы для ломаной крыши несколько иначе, чем традиционные.

  • При строительстве деревянных домов используют связку мауэрлата с балками перекрытия, что позволяет получить надежное основание для ломаной крыши.
  • При возведении кирпичных, шлакоблочных и др. домов мауэрлат крепится к стенам, а балки перекрытия служат опорой для стоек, отделяющих жилое пространство мансарды от остальной части подкровельного пространства.

Мауэрлат – это скрепленные между собой деревянные брусья, к которым крепится стропильная система крыши.

Стропильная система ломаной крыши содержит большое количество вспомогательных элементов (подкосы, стойки, стяжки и пр.), без правильного расчета которых длительное функционирование крыши будет невозможным.

Проектирование и монтаж ломаной крыши

Ломаная крыша проектируется в два этапа:

  1. определение площади кровельного покрытия;
  2. расчет размеров конструктивных элементов стропильной системы.

Чтобы рассчитать площадь кровельного покрытия, нужно нарисовать схему (план) крыши и указать на нем все необходимые размеры. Затем разбить поверхность крыши на простые фигуры (четырехугольники и треугольники), посчитать площадь каждого из этих элементов и сложить их. Таким образом получают общую площадь кровли.

Вторая часть расчетов представляет собой более сложный процесс, который потребует учета взаимного расположения достаточно сложных узлов и деталей стропильной системы.

Расчет элементов стропильной системы

При разработке стропильной системы необходимо принять во внимание, что на ее конструкцию влияют следующие факторы:

  • вес составных частей кровельного покрытия: обрешетка, контробрешетка, гидро- паро- и теплоизоляция, материал кровельного покрытия;
  • параметры ветровой и снеговой нагрузки;
  • эксплуатационные характеристики: вес персонала, обслуживающего крышу, инженерного оснащения, мансардных окон и пр.;
  • геометрические размеры крыши: угол наклона верхних и нижних стропил, размер пролета от конька крыши до свеса карниза, шаг обрешетки, расстояние между стропилами и пр.

Расчет стропильной системы лучше всего доверить компании, имеющей опыт проведения таких работ.

Необходимые материалы и инструменты

Для возведения стропильной системы ломаной крыши лучше всего подходят хорошо просушенные пиломатериалы из хвойных пород древесины (ель, сосна), на которых нет сучков, трещин, следов поражения грибком и прочих дефектов. При этом их влажность не должна быть выше 20%.

Все деревянные элементы должны быть пропитаны огнестойким составом и антисептическим средством. Не помешает обработка древесины средствами, препятствующими процессам ее гниения.

Из инструмента в первую очередь понадобятся:

  • молоток;
  • дрель;
  • ножовка по дереву;
  • шуруповерт и пр.

Необходимо также озаботиться наличием большого количества металлических крепежных изделий (уголки, гвозди и пр.), а также изоляционных и кровельных материалов.

Пошаговый монтаж стропильной системы

Монтаж стропильной системы начинают с установки мауэрлата. Способ его крепления зависит от материала стен. Если мауэрлат будет устанавливаться на кирпичные (каменные) стены, в них предварительно устанавливают металлический крепеж. Для этого используют анкера, закрепив их на расстоянии не более двух метров друг от друга. Поверхность мауэрлата размечается под установку крепежа, затем в брусьях сверлят соответствующие отверстия, устанавливают их на анкера и притягивают к стенам гайками.

Установив мауэрлат, приступают к монтажу балок перекрытия и вертикальных стоек. Сначала укладывают крайние балки по торцам здания и только затем промежуточные. Точно так же устанавливают вертикальные стойки. Между стойками ставятся прогоны, завершающие монтаж каркаса для внутренних стен мансарды.

Балки перекрытия, как и вертикальные стойки, должны монтироваться в одной плоскости.

Поперечные балки должны крепиться не к стойкам, а к прогонам. Соединяют их при помощи металлических уголков.

Далее приступают к монтажу стропильной системы. Вначале устанавливают нижние стропила, а затем верхние. Места их крепления размечают по шаблону, причем нижние стропила соединяются с мауэрлатом, а верхние к затяжкам. Порядок установки и тех и других стропилин прежний – сначала крепят крайние, а затем промежуточные. Шаг их установки – не более 1,2 м. При необходимости верхние стропилины соединяют с коньковой балкой.

Во фронтонах нужно оставить проемы для установки мансардных окон. Их общая площадь должна составлять не менее 1/8 всей площади наружных стен мансарды.

Укладка кровли

Процесс обустройства ломаной крыши завершается обшивкой стропильной системы обрешеткой и укладкой кровельного «пирога».

Тип обрешетки и способы крепления ее элементов зависит от вида выбранного кровельного покрытия.

Ломаная крыша: расчет и монтаж

На начальном этапе строительства, когда далеко даже до утверждения проекта, потенциальный домохозяин рассматривает множество вариантов разных по размеру, этажности, планировке в поиске наиболее рационального варианта. Проверено временем, а также опытом тысяч людей, что наиболее полно и эффективно используется пространство в домах с мансардой. Благодаря жилому мансардному помещению в домах с ломаной крышей стоимость одного квадратного метра в них в полтора-два раза ниже, чем в аналогичных по полезной площади двухэтажных жилищах.

Однако, традиционная двухскатная кровля в форме треугольника совершенно не подходит для оборудования мансарды. Так как ее достаточно крутые скаты скрадывают имеющиеся пространство, оставляя лишь узкую полосу с пригодной для комфортной жизни высотой потолка.

Поэтому чаще всего строительство мансарды означает, что дому нужна ломаная крыша. Конструкция эта технически сложнее, чем у обычной двухскатной, поэтому очень важно разобраться в устройстве ее стропильной системы, особенностях монтажа, если вы планируете выполнить его самостоятельно.

Стропильная система ломаной крыши

«Проект дома с ломаной крышей»

Разница между треугольной двухскатной и ломаной крышей

Базовые элементы конструкции

Ломаная крыша, напоминающая по форме пятиугольник с верхней точкой на коньке, визуально разделяется на верхнюю и нижнюю часть. В верхней части уклон скатов более пологий, он составляет не более 20-300, а в нижней — более крутой, в пределах 50-60 градусов. Для ее сборки используется смешанная стропильная система, состоящая из висячих и наслонных стропильных ног.

Чтобы сформировать необходимую геометрию скатов, придать конструкции жесткость, используется большое количество элементов, в виду чего ломаная крыша имеет внушительный вес. Основными составными частями кровли являются стропила, мауэрлат, балки перекрытий, а дополнительными — стойки, бабка, подкосы, затяжки. Все они выполняются из твердой древесины хвойных пород, предварительно обработанной антипиреном, антисептиком.

Конструкция стропильной системы ломаной крыши

  • Мауэрлатом называют квадратный брус, закладываемый в основании кровли для распределения ее веса равномерно по несущим стенам, а также защищающий стропила от опрокидывания.
  • Стропила. Стропильные ноги, изготавливаемые из ровных, надежных досок формируют скат, сходясь в коньке. В ломаной крыше верхние стропила являются наслонными, так как они имеют дополнительную опору на стойки. А нижние — висячие, потому что как бы провисают между балками перекрытий и затяжкой. Расстояние между стропилами выбирают в диапазоне 60-120 см, в зависимости от веса кровельного материала или ширины утеплителя.
  • Затяжка. Также называемая ригелем, горизонтальная балка, связывающая верхние стропила для снижения их распирания. Также она служит каркасом для создания мансардного потолка.
  • Стойки. Вертикальные опоры, изготовленные из бруса, передающие нагрузку от наслонных стропил к несущим стенам через затяжку. После того, как их обошьют фанерой, они станут стенами мансарды, так что длина стоек определяется желаемой высотой потолка. Хоть для устройства жилого помещения достаточно 1,5-1,7 м, максимально комфортным считается потолок 2-2,5 м, который вполне может быть обеспечен ломаной мансардной крыши.
  • Бабка. Вертикальная подвеска, которая связывает конек с затяжкой, компенсируя ее прогиб.
  • Подкосы. Также известные как подстропильные ноги, угловые опоры, предотвращающие прогиб висячих стропил.

Строение двухскатной ломаной крыши

Конструкция стропильной системы ломаной крыши

Правила установки мауэрлата

Перед тем как сделать ломаную крышу, нужно согласно строительным нормам заложить мауэрлат. Чем больше площадь кровли, чем больше ее вес, тем толще должен быть брус. Если для небольших строений вполне достаточно материала сечением 100х100 мм, то для домов большого метража используется брус 200х200 мм.

Перед установкой проводится гидроизоляция места крепления, для этого укладывается сложенный вдвое рубероид или несколько слоев пленки. Способ монтажа мауэрлата зависит от материала, из которого строится дом. Чаще всего его устанавливают на блочную бетонную стяжку с использованием металлических шпилек.

Способы установки мауэрлата

Чтобы прочность мауэрлата ломаной крыши не потерялась, в нем нужно делать как можно меньше отверстий. А расположение шпилек следует рассчитать таким образом, чтобы они не находились между стропильными ногами, а не под ними. В противном случае, отверстия врезки будут располагаться слишком близко друг от друга, что может привести к появлению трещин, а также полному приведению мауэрлата в негодность.

Последовательность сборки стропильной системы

Многие инструкции о том, как сделать ломаную крышу не слишком подробно описывают процесс сборки стропильной системы, строительство которого происходит следующим образом:

  1. Первым делом после установки мауэрлата является настил балок перекрытий ломаной крыши. Их размер обычно составляет 100х200 мм.
  2. Далее выставляются стойки в две параллельные линии, которые должны стоять строго вертикально, для чего укрепляют временными распорками. Расстояние между стоками не должно быть более 3 м, а длина стоек рассчитывается как желаемая высота потолка плюс 10-15 см.
  3. Стойки соединяются прогонами из досок 50х150 мм, получившаяся конструкция является каркасом для мансардных стен ломаной крыши.

Установка висячих стропил

Готовая стропильная система

Дополнительная теплоизоляция

Так как мансардное помещение под ломаной крышей используется в жилых целях, необходимо в обязательном порядке утеплить. Специалисты рекомендуют использовать минеральную вату на базальтовой основе в виде рулонов или же плит.

Для средней полосы России достаточно слоя утеплителя равного 150 мм. Также потребуется пароизоляционная пленка, влагозащитная мембрана и каркас, на котором все это будет крепится.

Утепление ломаной крыши

На внутренней стороне скатов налаживается контр-обрешетка. Для это используется доска, ширина которой на пару сантиметров больше, чем толщина утеплителя, так как утеплитель ни в коем случае нельзя утрамбовывать.

То есть для слоя минеральной ваты в 150 мм, подойдет доска 50х200 мм. Этот зазор также необходим для циркуляции воздуха, обеспечивающей естественную вентиляцию. Утеплитель укладывается враспор между брусьями контр-обрешетки, а внутри зашивается выбранным материалом.

Сооружение фронтонов

Фронтон — часть стены, ограниченная скатами крыши, а снизу карнизом. У ломаной крыши он имеет пятиугольную форму. Для строительства фронтона необходимо усилить первую стропильную ферму, дополнить конструкцию стойками, так чтобы получился каркас.

  • Если на фронтоне будут располагаться окна, для них оставляют проемы. Все остальное пространство обшивается «дюймовкой».
  • Фронтон ломаной крыши можно монтировать до кровельных работ или же после. Первый способ хорошо тем, что скаты не будут затруднять работу, а второй тем, что геометрия скатов уже задана.
  • Щипцовое пространство также нуждается в утеплении, которое чаще всего осуществляется внутри.
  • Профессиональные кровельщики советуют для термоизоляции ломаной крыши использовать базальтовую минеральную вату или утеплители на основе пенополистирола.

Фронтон мансардной крыши

Следующим шагом будет монтаж досок карниза по периметру строения. Размер пиломатериала может составлять 25х150 мм. Далее приходит время монтажа водосточной системы, в которой нуждается ломаная крыша.

Своими руками установить конструкцию не сложно, однако после настила кровельного материала сделать это будет сложнее. Если используются металлические фиксаторы желоба, то их нужно закрепить прямо на стропила под гидроизоляцию, а если пластиковые — на лобовую доску.

Сооружение обрешетки

Обрешетка ломаной крыши — своеобразное основание, на которую впоследствии настилают кровлю. Она может быть сплошной или решетчатой в зависимости от типа материала.

  1. Сплошная. Выполняют из листов влагостойкой фанеры, которые укладывают сплошняком на стропила. Используется для крепления ондулина, шингласа, шифера.
  2. Решетчатая. Изготавливается из необрезной доски, которую укладывают перпендикулярно стропилам. Применяется при укладке металлочерепицы, профнастила.

Обрешетку на ломаной крыше удобнее делать, если по периметру дома уже налажены леса, они в любом случае необходимы для сооружения кровли. Сначала на стропильные ноги закрепляется гидроизоляционная пленка, для этого пригодится строительный степлер. Пленку укладывают с нахлестом 10-15 см. Затем крепятся рейки контр-обрешетки и сама обрешетка. Длина досок должна превышать длину крыши для формирования фронтонного свеса и фронтонного отлива.

Настил кровли

Последовательность кровельных работ на ломаной крыше определяется прежде всего выбранным материалом. Поговорим о монтаже металлочерепицы, так как она является наиболее популярной в частном строительстве. Для укладки необходим мощный шуруповерт, инструмент пригодный для резки металла, молоток, рулетка, маркер, оцинкованные саморезы с каучуковой головкой. Сначала производят раскрой листов металлочерепицы, а затем монтаж, начиная с конька.

Важно! Саморезы должны ввинчиваться в нижней части волны рисунка. В противном случае, лист деформируется, крепление выходит непрочным, из-за чего в ветряную погоду крыша будет «гудеть».

  • Помимо кровельного материала ломаную крышу необходимо оснастить другими важными элементами: коньковой доской, снегозадержателем.
  • Конек устанавливается с нахлестом 10 сантиметров на металлочерепицу на обоих скатах.

Снегозадержатели служат для того, чтобы предотвратить сход снега, он представляет собой небольшой карниз. Их закрепляют на небольшом расстоянии от окончания скатов на саморезы с учетом того, что снегозадержатели должны выдерживать большую нагрузку, особенно в снегопады.

Ломаная крыша своими руками, позволит не просто сэкономить на оплате труда бригады рабочих, но даст уверенность, что процессы были выполнены правильно, так как строительство велось с соблюдением технологии.

Пошаговая инструкция по строительству ломаной мансардной крыши своими руками

После вхождения в моду лофтов, то есть, по сути, переоборудованных под жилье чердаков, ломаные крыши стали чрезвычайно популярными. Это своего рода вариация на тему двускатной крыши, но несколько более сложной геометрии. Благодаря обустройству ломаной крыши в своем доме, появляется возможность увеличить полезный жилой объем мансарды — значительно приподнять потолок в крайних точках ската. Кроме того, как считают многие, такая крыша смотрится более необычно и значительно эффектнее, чем простая двускатная.

Строительство ломаной крыши несколько сложнее, чем двускатной, но проще, чем любой четырехскатной — вальмовой, полувальмовой, шатровой, а также других с более экзотичной геометрией. Однако перед тем как приступить к изучению данной темы, рекомендуется ознакомиться с основными терминами и понятиями и узнать, как возводить более простые варианты крыш — односкатную и двускатную.

Ломаная крыша: с чего начать

В строительстве без планирования не строится даже собачья будка, так что нулевым шагом в возведении ломаной крыши станет построение чертежа. Его можно выполнить на компьютере или вручную. Для начала строим фронтальную проекцию стопы (стопа вкратце — основа дома без крыши) нашего дома. Теперь, также соблюдая пропорции, строим на чертеже такую крышу, какая нам нравится. Не забываем при этом, что под ней будет находиться мансарда, так что нужно продумать высоту потолков в ней. Так мы получим ориентировочную высоту крыши, градус ската и другие параметры.

На предложенном плане излом располагается на высоте 3,1 метра, что, собственно, будет (условно, без учета подкровельного пирога) чистовой высотой потолка в мансарде. Если отделка будет выполняться гипсокартоном, то в итоге в мансардном этаже потолок будет около 2,5 метров — весьма неплохо. Наружные углы скатов с горизонтом составляют: конькового — 30°, боковых — 60°. Кстати, если угол ската составляет 60° и более, то при расчетах снеговая нагрузка может не учитываться — снег на ней удерживаться не будет. Ваш собственный чертеж может иметь и другие параметры.

Расчет составляющих стропильной системы

Чтобы наша крыша не рухнула под собственным весом и весом «кровельного пирога», нужно точно подобрать сечения брусьев и досок стропильной системы, а также произвести расчет их максимальной прочности. Для этого нужно воспользоваться специальной программой «Расчет стропил и балок перекрытия».

Чтобы рассчитать сечение балок боковых скатов, нужно открыть закладку (они внизу окна) «Строп.1». Далее устанавливаем подходящее сечение и вносим из плана нашего дома показатель вертикальной силы реакции (на рисунке в программе это красная стрелка, направленная вверх) в самой верхней точке стропила. Назовем этот показатель Q1 кг.

Чтобы рассчитать сечение стропил для конькового ската, переходим во вкладку «Арка». В программе вносим значение Lс нашего плана (окошечко для проставления параметра находится на рисунке). Также проставляем в программе значение h0 (окошко для вставки находится на рисунке в программе). Теперь выбираем нужное сечение стропил, заносим с плана показатель вертикальной силы реакции Qкг, однако уже для нижней точки стропила.

Осталось только просуммировать Q1 кг и Qкг, чтобы получить сосредоточенную нагрузку N, передающуюся через балки стоек на балки перекрытия. Именно этот параметр мы будем использовать, чтобы подобрать сечения досок и балок нашей стропильной системы.

Строительство ломаной крыши

Теперь, когда мы определили все необходимые габариты и нагрузки, можно переходить к конкретным действиям — строительству ломаной крыши. Чтобы не усложнять пояснение формулами, используем для примера типовую «коробку» дачного домика габаритами 8×8 метров. Итак, приступим.

Кладем мауэрлат (брусья вдоль несущих стен, в нашем случае — по всему периметру) и поверх него — балки перекрытия. Один из вариантов крепления мауэрлат — скобой к деревянной пробке, вмонтированной в стену выше перекрытия. При укладке бруса мауэрлата нужно не забывать про гидроизоляцию. Она должна защищать древесину во всех местах, где та касается стены (снизу и сбоку со стороны наружной стены). Сечение балок перекрытия в данном случае составляет 10×20 см — этого будет достаточно.

Выставляем вертикальные стойки. Они будут располагаться под изломами нашей ломаной крыши. Сначала выставляются угловые (крайние), для которых мы будем использовать брус 10×15 см, затем — промежуточные из бруса 5×15 см с максимальным шагом 3 метра. Для того, чтобы соблюсти четкую линию выставления стоек, между угловыми рекомендуется натянуть шнурок или использовать лазерный уровень.

Стойки, и угловые, и промежуточные, крепятся временными распорками. На иллюстрации такими распорками поддерживается только правая угловая стойка. Чтобы определить высоту стоек, нужно к расчетной чистовой высоте потолков мансарды (естественно, в месте установки стоек) прибавить 10 см.

Здесь необходимо сделать небольшую ремарку: нередко бывает, что уложив мауэрлат, мы не получаем прямоугольник или квадрат с углами четко 90°. Особенно часто такое встречается в старых домах, которые «повело» от времени или при строительстве которых были допущены ошибки. Это не является проблемой, так что волноваться не стоит. Между тем, чтобы впоследствии не мучиться с установкой остальной системы нашей крыши, стойки нужно постараться выставить так, чтобы они образовали четкий прямоугольник. В противном случае дальше начнутся проблемы со стропильной системой, и, как говорят, пошло-поехало.

Поверх стоек укладываются прогоны (брусья, связывающие все стойки с одной стороны в единую систему, которые будут также служить опорой будущей конструкции), для которых мы будем использовать брусья 5×15 см и ставим недостающие стойки (то есть на каждой балке перекрытия). Для стоек также используем брус 5×15 см. Для этих стоек распорки уже не потребуются. Они не являются несущими, а представляют собой каркас стен нашей будущей мансарды.

Поверх брусьев прогонов перпендикулярно им и параллельно стойкам кладем доски затяжек. Крепить доски удобнее всего кровельным уголком. Исходя из предложенного в начале статьи плана, длина затяжек составляет 5,5 метров. Сечение рассчитывалось в специальной программе исходя из параметров «Нагр.(норм.)»=«Нагр.(расч.)»=150 кг/м². Для затяжек эксплуатационная нагрузка отсутствует.

Как показывают расчеты в этой программе, если ширина досок равна 5 см, то высота должна составлять не менее 21 сантиметра. Однако доски таких габаритов встречаются не часто, потому для дальнейших расчетов в данной статье принято, что используются затяжки 5×20 см. Чтобы исключить прогиб, в дальнейшем будет предложена инструкция по установке подвесок. Это не вполне правильно, поскольку даст незначительную, но все же дополнительную нагрузку на стропила в углах скатов. Чтобы компенсировать эту дополнительную нагрузку, габариты стропил, полученные в программе, будут несколько увеличены: вместо 5×15 см будут использоваться стропила сечением 5×20 см.

Устанавливая доски затяжек, под каждую где-то посредине длины устанавливаем временную подпорку. Это позволяет снизить степень провисания. Можно использовать подпорки 2,5×15 см (на иллюстрации можно видеть подпорку только под одну затяжку). Они необходимы, чтобы во время монтажа стропил можно было не бояться, что одно из брусьев подломится, а также для исключения провисания.

Поверх затяжек кладем доску 2,5×15, которая стянет их и сделает всю конструкцию более устойчивой. Важно: эту доску нельзя устанавливать точно по центру — она будет мешать дальнейшему монтажу. Достаточно будет отступить от центральной оси около 20 см вправо или влево.

Теперь ставим брусья боковых стропил, как это показано на иллюстрации. Не забываем, что, несмотря на все наши старания, геометрия основания кровли могла получиться отнюдь не идеальной. Потому сначала делаем шаблон по торцевому брусу. Затем на всех последующих стропильных брусьях делаем только верхний запил. После этого прикладываем стропило в нужное нам место и только тогда уже окончательно запиливаем его внизу. Только после этого крепим стропило.

Если длины бруса не хватает, его можно нарастить, но под место стыка нужно непременно поставить дополнительную стойку.

Теперь можно монтировать заглушки для утеплительного материала, как это показано на иллюстрации.

Далее можно ставить стропила верхнего конькового ската. Изготавливаем временную стойку: берем доску 2,5×15 и ставим ее точно перпендикулярно на крайней затяжке, как это сделано на иллюстрации. Правый (или левый) край доски должен быть выровнен точно по центральной оси. Теперь берем такого же сечения доску, прикладываем ее к нашей центральной стойке и карандашом делаем отметки, где будут находиться верхний и нижний запилы — мы получили шаблон.

По этой матрице делаем два стропила и устанавливаем их противоположно друг другу на торце. Сразу же закрепляем эту пару подкосом для устойчивости. Чаще всего данная работа выполняется втроем. Коньковый брус не потребуется.

Теперь можно аналогичным образом установить все стропила. На крышу такой же длины, как в примере, то есть, 8 метров, хватит 4-х подкосов, 2 с уклоном в одну сторону, 2 — в противоположную. Чтобы остальные пары стропил не покосились, их скрепляют доской 2,5×15 см, как это показано на иллюстрации, то есть, для каждой пары делается своя стойка.

Как мы и планировали, чтобы исключить провисание досок-затяжек после того, как мы удалим из-под них временные подпорки, будем устанавливать подвески, для чего используем доску 2,5×15 см. Делается это так, как показано на иллюстрации. Теперь должно стать очевидным, зачем поперечная доска, скреплявшая затяжки, не выкладывалась точно посредине — она бы очень мешала процессу.

Пришло время изготовить каркас фронтонов и обшить его снаружи деревом или другим выбранным материалом.

Далее последовательность действий такая: установка карнизов, сооружение обрешетки, обвязка обрешетки, создание фронтонных свесов и отливов. В других статьях эти этапы описаны более подробно.

Теперь нашу крышу можно считать практически готовой, пора переходить к сооружению «кровельного пирога», но это будет рассмотрено в другой статье.

Pereosnastka.ru

Обработка дерева и металла

Общее понятие о передачах между валами

Между валами двигателя и рабочей машины, а также между органами самой машины устанавливают механизмы для включения и выключения, изменения скорости и направления движения, носящие общее название — передачи. Передачи вращательного движения широко применяются в механизмах и машинах. Они служат для изменения частоты и направления вращения, обеспечивают непрерывное и равномерное движение.

Вращательное движение в машинах и механизмах передается посредством гибких передач — ременных, цепных и через жесткие передачи — фрикционные, зубчатые. В ременных и фрикционных передачах используются силы трения, а в зубчатых и цепных — непосредственное механическое зацепление элементов передачи. Каждая из передач имеет ведущее звено, сообщающее движение, и ведомые звенья, через которые движение передается от данного механизма к другому, связанному с ним.

Важнейшей характеристикой передач вращательного движения является передаточное отношение, или передаточное число.

Отношение угловой скорости, частоты вращения (числа оборотов в минуту) и диаметров одного из валов к соответствующим величинам другого вала, участвующего в совместном вращении с первым валом, называется передаточным отношением, которое принято обозначать буквой и. Отношение частоты вращения ведущего вала к частоте вращения ведомого называют передаточным числом, которое показывает, во сколько раз ускоряется или замедляется движение.

Ременные передачи

Этот вид гибкой передачи наиболее распространен. По сравнению с другими видами механических передач, они позволяют наиболее просто и бесшумно передать крутящий момент от двигателя или промежуточного вала к рабочему органу станка в достаточно широком диапазоне скоростей и мощностей. Ремень охватывает два шкива, насаженных на валы. Нагрузка передается силами трения, возникающими между шкивом и ремнем вследствие натяжения последнего. Эти передачи бывают с плоским ремнем, с клиновым ремнем и круглым ремнем.

Различают ременные передачи: открытую, перекрестную и полуперекрестную.

В открытой передаче валы параллельны друг другу и шкивы вращаются в одном направлении. В перекрестной передаче валы расположены параллельно, но при этом ведущий шкив вращается, например, по часовой стрелке, а ведомый — против часовой стрелки, т. е. в обратном направлении полуперекрестную передачу применяют между валами, оси которых расположены в разных плоскостях под углом друг к другу.

В приводах машин применяются плоские ремни — кожаные, хлопчатобумажные цельнотканые, хлопчатобумажные шитые, тканые прорезиненные и клиновидные. Используются также шерстяные тканые ремни. В станках применяются главным образом ремни кожаные, прорезиненные и клиновидные. Для уменьшения скольжения ремня вследствие недостаточного трения из-за небольшого угла обхвата применяют натяжные ролики. Натяжной ролик представляет собой промежуточный шкив на шарнирно укрепленном рычаге. Под действием груза на длинном плече рычага ролик нажимает на ремень, натягивая его и увеличивая угол обхвата ремнем большого шкива.

Рис. 1. Передачи с плоским ремнем:
а — открытая: б — перекрестная, в — полуперекрестная, с — с натяжным роликом

Диаметр натяжного ролика не должен быть меньше диаметра малого шкива. Натяжной ролик следует устанавливать у ведомой ветви не слишком близко к шкивам.

Передача клиновыми (текстропными) ремнями широко распространены в промышленности, они просты и надежны в эксплуатации. Основное преимущество клиновых ремней — лучшее сцепление их по шкивом и относительно малое скольжение. Причем габариты передачи получаются значительно меньше по сравнению с плоскими ремнями.

Для передачи больших крутящих усилий применяют многоручьевые клиноременные приводы со шкивами обода, которые оснащены рядом канавок.

Клиновидные ремни нельзя удлинять или укорачивать, их применяют определенной длины.

ГОСТ предусматривает для клиноременных приводов общего назначения семь сечений клиновых ремней, имеющих обозначения О, А, Б, В, Г, Д и Е (О — самое малое сечение).

Номинальная длина клиновых ремней (длина по их внутреннему периметру) от 500 до 1400 мм. Угол натяжения ремня равен 40°.

Клиновидные ремни подбирают по сечению в зависимости от передаваемой мощности и предусматриваемой скорости вращения.

Передачи с широким клиновидным ремнем получают все большее распространение. Эти передачи дают возможность бесступенчато регулировать скорость вращения рабочего органа на ходу под нагрузкой, что позволяет установить оптимальный режим работы Наличие такой передачи в станке позволяет механизировать и автоматизировать процесс обработки.

На рис. 2, б показана передача с широким клиновидным ремнем, которая состоит из двух обособленных раздвижных ведущего и ведомого шкивов. Ведущий шкив при помощи ступицы закреплен консольно на валу электродвигателя. На ступице закреплен неподвижно конус. Подвижной конус закреплен на стакане, соединенном при помощи шлицев со ступицей, и прижат пружиной. Ведомый шкив также состоит из подвижного стакана и неподвижного, конусов со ступицей, соединенной с валом привода. Управление передачей осуществляется специальным устройством (на рисунке не показано) путем перемещения стакана подвижного ведомого конуса. При приближении конусов ремень удаляется от оси вращения шкива, одновременно приближаясь к оси вала. Ведущий шкив, преодолевая сопротивление пружины, изменяет передаточное отношение и частоту вращения ведомого шкива,

Рис. 2. Передачи с клиновидным ремнем:
а — нормального сечения, б — шариком

Цепные передачи

Для передачи вращательного движения между удаленными друг от друга валами применяется помимо ременной цепная передача Как показано на рис. 3, а, она представляет собой замкнутую металлическую шарнирую цепь, охватывающую два зубчатых колеса (звездочки). Цепь в отличие от ремня не проскальзывает, кроме того, ее можно применять в передачах также при малом расстоянии между валами и в передачах со значительным передаточным числом.

Рис. 3. Цепные передачи:
а — общий вид, б — однорядная роликовая цепь, в — замок, г — пластинчатая цепь; а-межосевое расстояние, Р — шаг цепи

Цепные передачи передают мощность от долей лошадиных сил (велосипедные цепи) до тысячи лошадиных сил (многорядные цепи повышенной прочности).

Цепи работают с большими скоростями, доходящими до 30 м/с, и передаточным числом и — 15. Коэффициент полезного действия цепных передач составляет в отдельных случаях 0,98.

Цепная передача состоит из двух звездочек — ведущей и ведомой, сидящих на валах, и бесконечной цепи, надетой на эти звездочки.

Из различных видов цепей наибольшее распространение имеют Цепи однорядные и многорядные роликовые и пластинчатые.

Роликовые цепи допускают наибольшую скорость до м/с, пластинчатые — до 30 м/с.

Роликовая цепь состоит из шарнирно соединенных пластинок, между которыми помещаются ролики, свободно вращающиеся на втулке. Втулка, запрессованная в отверстия внутренних пластинок, может поворачиваться на валике. Расстояние между осями двух соседних валиков или, иначе, шаг цепи должен равняться шагу звездочки. Под шагом звездочки понимают длину дуги, описанной по верху ее зубьев и ограниченной вертикальными осями симметрии двух смежных зубьев.

Валики плотно запрессовываются в отверстиях наружных пластинок. На одном из звеньев цепи делают замок из двух валиков, соединительной пластинки, изогнутой пластинки и шплинтов для крепления пластинок. Чтобы снять или установить цепь, ее размыкают, для чего сначала разбирают замок.

Пластинчатая цепь состоит из нескольких рядов пластин с зубцами, соединенных между собой втулками и шарнирно укрепленных на общих валиках.

В цепных передачах сохраняется постоянным передаточное число: кроме того, они очень прочны, что позволяет передавать большие усилия. В связи с этим цепные передачи применяют, например, в таких грузоподъемных механизмах, как тали и лебедки. Цепи большой длины используются в эскалаторах метро, конвейерах.

Фрикционные передачи

Во фрикционных передачах вращательное движение передается от ведущего к ведомому валу посредством плотно прижатых друг к другу гладких колес (дисков) цилиндрической или конической формы. Фрикционная передача применяется в лебедках, винтовых прессах, станках и ряде других машин.

Рис. 4. Фрикционные передачи:
а — с цилиндрическими колесами, б — с коническими колесами

Рис. 5. Одинарный торцовый вариатор

Чтобы фрикционная передача работала без скольжения и таким образом обеспечивала необходимую величину силы трения (сцепления) Т, поверхность ведомого колеса покрывают кожей, резиной, прессованной бумагой, древесиной или другим материалом, который может создать надлежащее сцепление со стальным или чугунным ведущим колесом.

Во фрикционных передачах применяют цилиндрические колеса для передачи движения между валами, расположенными параллельно, а конические — между пересекающимися валами.

В оборудовании находят применение фрикционные передачи с регулируемым передаточным числом. Одна из простейших таких передач показана на рис. 5.

Для изменения передаточного числа они оснащены устройствами, перемещающими одно из колес (дисков) вдоль вала и в соответствующем месте его закрепляющими. Уменьшение таким устройством диаметра D ведомого колеса до рабочего диаметра D, обеспечивающее увеличение частоты вращения ведомого колеса. В результате уменьшается передаточное число По мере удаления ведущего колеса от оси ведомого передаточное число, наоборот, увеличивается. Такое плавное регулирование скорости называется беоступенчатым, а устройство, осуществляющее регулирование — ваумаюром скоростей.

Зубчатые передачи

Зубчатые передачи имеются почти во всех сборочных единицах промышленного оборудования. С их помощью изменяют по величине и направлению скорости движущихся частей станков, передают от одного вала к другому усилия и крутящие моменты, а также преобразуют их.

В зубчатой передаче движение передается с помощью пары зубчатых колес. В практике меньшее зубчатое колесо принято называть шестерней, а большее — колесом. Термин «зубчатое колесо» относится как к шестерне, так и к колесу.

В зависимости от взаимного расположения геометрических осей валов зубчатые передачи бывают: цилиндрические, конические и винтовые. Зубчатые колеса для промышленного оборудования изготовляют с прямыми, косыми и угловыми (шевронными) зубьями.

По профилю зубьев зубчатые передачи различают: эвольвентные, с зацеплением Новикова и циклоидальные. В машиностроении широко применяют эвольвентное зацепление. Принципиально новое зацепление М. А. Новикова возможно лишь в косых зубьях и благодаря высокой несущей способности является перспективным. Циклоидальное зацепление используется в приборах и часах.

Цилиндрические зубчатые колеса с прямым зубом служат в передачах с параллельно расположенными осями валов и монтируются на последних неподвижно или подвижно.

Косозубые колеса монтируют на валах только неподвижно. Работа косозубых колес сопровождается осевым давлением, а потому они пригодны для передачи лишь сравнительно небольших мощностей. Осевое давление можно устранить, соединив два косозубых колеса с одинаковыми, но направленными в разные стороны зубьями. Так получают шевронное колесо, которое монтируют, обращая вершину угла зубьев в сторону вращения колеса. На специальных станках шевронные колеса изготовляют целыми из одной заготовки.

Шевронные колеса отличаются большой прочностью, их применяют для передачи больших мощностей в условиях, когда зубчатое зацепление испытывает во время работы толчки и удары. Эти колеса также устанавливают на валах неподвижно.

Рис. 6. Зубчатые зацепления:
а — цилиндрическое с прямым зубом, б — то же, с косым зубом, е — с шевронными зубьями, г — коническое, д—колесо—рейка, е — червячное, ж —с круговым зубом

Конические зубчатые передачи различают по форме зубьев: прямозубые, косозубые и круговые.

На рис. 6, г показаны конические прямозубые, а на рис. 6, ж круговые зубчатые колеса. Их назначение — передача вращения между валами, оси которых пересекаются.

Конические зубчатые колеса с круговым зубом применяются в передачах, где требуется особая плавность и бесшумность движения.

На рис. 6, д изображены зубчатое колесо и рейка. В этой передаче вращательное движение колеса преобразуется в прямолинейное движение рейки.

Зубчатая передача с зацеплением Новикова. Эвольвентное зацепление является линейчатым, так как контакт зубьев практически происходит по узкой площадке, расположенной вдоль зуба, почему контактная прочность этого зацепления сравнительно невысока.

В зацеплении Новикова линия контакта зубьев обращается в точку и зубья касаются только в момент прохождения профилей через эту точку, а непрерывность передачи движения обеспечивается винтовой формой зубьев. Поэтому данное зацепление может быть только косозубым е углом наклона f = 10—30°. При взаимном перекатывании зубьев контактная площадка перемещается вдоль зуба о большой скоростью, что создает благоприятные условия для образования устойчивого масляного слоя между зубьями, благодаря чему трение в передаче уменьшается почти в два раза, соответственно повышается несущая способность зубьев.

Существенным недостатком рассмотренного зацепления является повышенная чувствительность к изменению межосевого расстояния и значительным колебаниям нагрузок.

Основные характеристики зубчатых колес. В каждом зубчатом колесе различают три окружности (делительную окружность, окружность выступов, окружность впадин) и, следовательно, три соответствующих им диаметра.

Делительная, или начальная, окружность делит зуб по высоте на две неравные части: верхнюю, называемую головкой зуба, и нижнюю, называемую ножкой зуба. Высоту головки зуба принято обозначать ha, высоту ножки— hf, а диаметр окружности — d.

Окружность выступов — это окружность, ограничивающая сверху профили зубьев колеса. Обозначают ее da.

Окружность впадин проходит по основанию впадин зубьев: диаметр этой окружности обозначают df.

Рис. 7. Схема движения контактной площадки и основные элементы зубчатого колеса:
а — эвольвентное зацепление, б — зацепление Новикова, в — основные злементы зубчатого колеса

Необходимо отметить, что в таблице не приведены характеристики широко применяемых корригированных зубчатых колес, у которых относительные размеры зуба и другие показатели иные, чем вытекающие из приведенных формул, а также колеса, в основе размеров элементов которых лежит двойной модуль.

Тихоходные зубчатые колеся изготовляют из чугуна или углеродистой стали, быстроходные — из легированной стали. После нарезания зубьев на зуборезных стенках зубчатые колеса подвергают термической обработке, чтобы увеличить их прочность и повысить стойкость против износа У колес из углеродистой стали поверхность зубьев улучшают химико-термическим способом — цементацией и потом закаливанием. Зубья быстроходных колес после термической обработки шлифуют или притирают. Применяется также поверхностная закалка токами высокой частоты.

Чтобы зацепление было плавным и бесшумным, одно из двух колес в зубчатых парах в отдельных случаях, когда это позволяет нагрузка, выполняют из текстолита, древеснослоистого пластика ДСП -Г или капрона.

Для облегчения зацепления зубчатых колес при включении посредством перемещения по валу, торцы зубьев со стороны включения закругляют.

Червячные передачи. Червячные передачи позволяют получить малые передаточные числа, что делает их применение целесообразным в случаях, когда требуются небольшие частоты вращения ведомого вала. Имеет существенное значение и то, что червячные пере-

Дачи занимают меньше места, чем зубчатые. Червячная передача состоит из червяка, насаживаемого на ведущий вал или изготовляемого заодно с ним, и червячного колеса, закрепляемого на ведомом валу. Червяк представляет собой винт с трапецеидальной резьбой Червячное колесо имеет вогнутые по длине винтовые зубья.

По числу зубьев различают червяки однозаходные, двухзаходные и т. д. Однозаходный червяк за один оборот поворачивает колесо на один зуб, двухзаходный червяк — на два и г. д.

Недостатком червячных передач являются большие потери передаваемой мощности на трение. Для уменьшения потерь червяк изготовляют из стали и его поверхность после закалки шлифуют, а червячное колесо изготовляют из бронзы. При таком сочетании материалов трение уменьшается, следовательно, меньше становятся потери мощности; кроме того, уменьшается износ детали.

Из бронзы в целях экономии обычно делают не все червячное колесо, а только обод, надеваемый затем на стальную ступицу.

Оборудование для маневрирования конусами

Оборудование для маневрирования должно обес­печить надежное прижатие конусов к чашам и прямолинейное движение штанг. Обычно применяются схемы с конусами, которые подвешены к установлен­ным на колошнике балансирам, и канатным приводом, расположенным в здании скиповой лебедки. Бесканатный привод размещают на колошнике и со­единяют с балансиром. Применяют и безбалансирные схемы, вкоторых пнев­матический, гидравлический или электрический привод непосредственно связан со штангой конуса.

По характеру взаимодействия привода и штанги механизмы бывают со свободным и принудительным опусканием конусов.

Применяемые приводы конусов можно разделить на два основных типа: со свободным и с так называемым принудительным опусканием конусов. Отличительной особенностью первого из них является отсутствие непосредственного воздействия привода на конус при его опускании; последнее происходит под действием собственного веса конуса и веса лежащей на нем шихты. Подъем конуса осуществляется принудительно электролебедкой или пневматическим цилиндром (рис. 82 ), имеющими гибкую связь с его штангой через рычажный балансир.

Приводы, относящиеся ко второму типу (рис. 83 ), выполняют балансирными или безбалансирными. Балансирные приводы могут быть канатными (от электролебедки) и бесканат­ными.

Канатные приводы, в свою очередь, делятся на рычажные (см. рис. 82, 83) и шкивные. Известны бесканатные балансирные приводы: электромеханический с кривошипно-шатунным меха­низмом и гидравлический, а безбалансирные —гидравлические и электромеханические винто­вой, реечный, кривошипно-шатунный.

Рис. 82. Схема привода конусов загрузочного устройства. Свободное опускание конусов:1 —большой конус; 2 — чаша; 3 — штанга большого конуса; 4 — цепь; 5 — балансир; 6 — канат; 7 — блок канатный; 8 — пневматический цилиндр:

В отечественной практике преимущественное применение полу­чил рычажно-балансирный электромеханический привод кону­сов с принудительным их опусканием, схематически изображен­ный на рис. 83. Конус 6, закрывающий чашу 7, на штанге 5 подвешен к прямильному механизму 4 балан­сира 1, установленного на оси О1(балансир имеет три плеча: противовеса, — каната лебедки, О1С—прямильного механизма).
При вращении барабана 10лебедки наматывается цепь 9,натягивается канат 2, огибающий блок 8, поворачивается балансир 1 и принудительно опускается конус. При вращении лебедки в обрат­ном направлении ослабляется канат 2 и за счет силы тяжестипротивовеса на плече балансира конус поднимается и закрывает чашу.

В лемнискатном прямильном механизме О1СС1О2 (рис. 83 ) точка М, расположенная посередине звена (шатуна) О1С при повороте кривошипа ОС радиусом rна определенном участке траектории движется по кривой, весьма близкой к прямой вер­тикальной линии. В точке М шарнирно подвешивают тяги кону­сов. Размеры прямильных механизмов для большого и малого конусов в целях унификации принимают одинаковыми. Ход малого конуса, как видно из рисунка, практически равен длине всею участка движения точки М по траектории, приближа­ющейся к вертикальной прямой. Ход же большого конуса меньше и располагается внутри этого участка. Поэтому погрешность в установке рычага балансира малого конуса может повлечь за собой более значительное отклонение положения точки М по горизонтали, чем большого конуса. Анализом лемнискатного механизма установлено, что принимаемые его геометрические параметры обеспечивают незначительное (

2 мм) горизонтальное отклонение точки М от оси печи (ось у).

Эта схема, принятая в качестве типовой, сравнительно проста и компактна, но недостатком ее является наличие канатов, замена и регулирование которых требуют остановки печи. Обрыв канатов при маневрировании приводит к ударам конуса о чашу, что может вызвать разрушение штанги и других эле­ментов загрузочного устройства.

Рис. 83. Прямильный механизм лемнискатного типа

Лебедка управления конусами (рис. 84) предназ­начена для попеременного подъема и опускания большого и малого конусов при загрузке шихтовых материалов в доменную печь. Основные части и механизмы лебедки управления конусами—жест­кая сварная рама 8 и грузовой вал 13 с двумя свободно насажен­ными стальными литыми барабанами 11. Между ними на этом же валу насажено и закреплено шпонкой зубчатое колесо, связанное с редуктором 12, тормозная муфта 9, предохранительное устройство и электрооборудование.

Рис.84. Лебедка управления конусами 8 — рама, 9 — тормозная муфта, 10 — пара косозубых шестерен с кожухом, 11 — стальной барабан, 12 — редуктор, 13 — грузовой вал;

Рис. 85. Кинематическая схема лебедок управления конусами:

Лебедка управления конусами (рис.85, а) состоит из электродвигателя постоянного тока 1, муфты 2 с тормозом 3, двухступенчатого цилиндрического редуктора 4, на выходном валу которого установлена шестерня 5, находящаяся в зацеплении с колесом 6. Зубчатое колесо 6 закреплено на гру­зовом валу 7, опирающемся на подшипники 8. По обе стороны колеса 6 на валу 7 на подшипниках скольжения посажены бара­баны 9 и 13. Барабаны имеют приливы-кулаки 10, которые могут входить в контакт с приливами-кулаками 11 на колесе 6. При вра­щении колеса 6 один из его кулаков 11 упирается в кулак 10 соответствующего барабана 9 или 13, вращает его на угол при­мерно 300° (другой барабан при этом неподвижен) и за счет на­матывания на него цепи тянет канат, поворачивает балансир и от­крывает соответствующий конус. При вращении колеса 6 в проти­воположном направлении кулак колеса 11 отходит от кулака барабана 10, и барабан вращается под действием натяжения каната, идущего к балансиру, за счет момента, создаваемого про­тивовесом балансира. Лебедка имеет два командоаппарата 14, которые связаны с валом 7 кинематическими редукторами 12.Два конечных выключателя 15 обеспечивают остановку лебедки при переходе за предельный угол поворота (320°) в случае несраба­тывания командоаппаратов.

На печах большого объема (2700—3200 м 3 ) устанавливают лебедки с двумя одинаковыми одновременно работающими приводами (рис.85, б). Каждый привод состоит из элек­тродвигателя 1, муфты 2 с тормозом 3, цилиндро-конического редуктора 4, зубчатой муфты 5, вала-шестерни 6 и зубчатого ко леса 7, на валу которого свободно установлены два барабана 8 для цепей большого и малого конусов. Вращение от колеса 7 к барабанам 8 передается кулаками.

Лебедка имеет два командоаппарата 9 и два конечных выключателя 10.

Поворачивает механизм и конус

В своей жизнедеятельности мы часто видим использование различных геометрических фигур, которые своими геометрическими свойствами помогают людям в их деятельности. В этой работе мы постараемся рассказать об одной из таких фигур.

Объектом исследования являются принципы работы конструктивных элементов механизмов, применяемых на транспорте, в которых применяются свойства конусов.

В жизни мы видим множество механизмов, но не задумываемся о принципах их функционирования. Однако множество их функций основано на свойствах различных фигур, в том числе конусов. Использование свойств конусов в механизмах, применяемых на транспорте, и является предметом исследования данной работы.

Гипотеза: свойства конусов лежат в основе принципов работы конструктивных элементов механизмов, применяемых на транспорте.

Цель работы: исследование применения свойств конусов, реализованных в принципах работы конструктивных элементов механизмов, применяемых на транспорте.

определить что такое конус;

показать применение конусов в технике;

показать свойства конусов, используемые в механизмах, применяемых на транспорте

показать использование выделенных свойств на практическом примере.

В ходе научного исследования использовались следующие методы:

изучение литературных источников;

Данная работа весьма актуальна, так как прикладное использование геометрических свойств конусов в механизмах будет полезно для учеников, интересующихся современной техникой.

«Как поворачивают поезда»

Меня заинтересовал вопрос, как поворачивает поезд, ведь колеса у него накрепко приделаны к оси. На этот вопрос отец объяснил:

Колёса у всех поездов парные, из-за чего по факту поворот невозможен. Ведь для поворота необходимо, чтобы на одной стороне оси колесо вращалось быстрее, чем на второй. Именно так и происходит с автомобилями, у них есть специальное устройство – дифференциал, к которому крепятся полуоси.

Однако в случае с парными колёсами такой возможности нет. Выход мог бы быть, если бы одно колесо в паре было меньше диаметром, но тогда поезд не сможет ехать прямо.

На самом деле рельсы и колеса не совсем «одинаковые». Колесо имеет форму усечённого конуса, причём большее основание внутреннее, меньшее внешнее. Рельс же имеет чуть покатую форму.

В результате, при повороте под действием центробежной силы колёсная пара смещается по рельсам и получается, что по внутреннему рельсу колесо катится меньшим радиусом, по внешнему большим. Чтобы поезд не сошёл с рельс, на внутренней стороне колеса находится упорное кольцо – реборда.

За счёт этого внутреннее колесо пробегает расстояние меньше внешнего и поезд поворачивает. Однако разницу между внешним и внутренним радиусом сделать значительной нельзя, потому железнодорожные повороты имеют достаточно большой радиус (на российской колее радиус поворота не менее 130 м.).

Меня очень заинтересовала фигура – конус. И я начал в этом разбираться.

Что такое конусы

Конус — часть тела, которая имеет ограниченный объём и которая получена путём объединения каждого отрезка, которые соединяют вершину и точки плоской поверхности. Последняя, в таком случае, является основанием конуса, а конус называется опирающимся на данное основание.

К руговой конус – это тело, состоящее из круга (основание конуса), точки, которая не лежит в плоскости этого круга (вершина конуса и всех отрезков, которые соединяют вершину конуса с точками основания).

Отрезки, которые соединяют вершину конуса и точки окружности основания, называют образующими конуса. Поверхность конуса состоит из основания и боковой поверхности

Прямой конус – это конус, в котором прямая, которая соединяет вершину конуса и центр основания, перпендикулярна плоскости основания.

П рямой круговой конус – это тело, которое получено вращением прямоугольного треугольника вокруг его катета как оси.

Высота конуса – это перпендикуляр, который опущен из вершины конуса на плоскость основания. Основание высоты в прямом конусе совпадает с центром основания.

Ось прямого кругового конуса – это прямая, которая содержит его высоту.

У сечённый конус – это часть конуса, ограниченная его основанием и сечением, параллельным плоскости основания.

Конусы в технике

С амое известное применение в технике конусы получили в конических передачах. Самые часто используемые – это зубчатые конические передачи. С их использованием создаются различные передающие и преобразующие вращательные движения механизмы, например редукторы, дифференциалы и коробки передач. Поэтому использование конусов в технике часто связывают с транспортом.

Конусная зубчатая передача предназначена для передачи вращения между пересекающими валами, которые могут быть расположены в пространстве как в одной плоскости, так и в перпендикулярных друг другу.

Н аиболее часто конические передачи находят применение в оборудовании, в котором предусматривается перемещение вспомогательных механизмов в параллельном или перпендикулярном направлении к оси основного вала.

Одним из важных показателей конической передачи является конусность. С помощью неё определяют жёсткость изделий, она влияет на подбор металлов для изготовления конструктивных элементов.

Конусностью называется отношение диаметра основания конуса к высоте. Конусность рассчитывается по формуле К=D/h, где D – диаметр основания конуса, h – высота. Если конус усечённый, то конусность рассчитывается как отношение разности диаметров усечённого конуса к его высоте. В случае усечённого конуса, формула конусности будет иметь вид: К = (D-d)/h.

,Применение конусов в вариаторах

Не смотря на широкое применение классических коробок передач, основанных на шестерёнчатых передачах с перемещением вспомогательных механизмов, существуют альтернативные конструкции, позволяющие регулировать крутящий момент от двигателя к колёсам.

На текущий момент более интересным и перспективным типом трансмиссии (коробки передач) на транспорте становится вариатор, ещё её называют бесступенчатой коробкой передач. Самым распространённым видом вариатора является клиноремённый.

Устройство вариатора было придумано Леонардо да Винчи в 1490 году. Но воплотить её в жизнь смогли только в 1950 годах. Первым легковым автомобилем с такой трансмиссией стала 600-я модель от фирмы «DAF». В ней установили вариатор под названием «Variomatic», затем эстафету перехватила компания «Volvo». Сейчас многие автомобильные компании стали поставлять на рынок свои автомобили именно с такой трансмиссией.

В основном он состоит из одной передачи, реже из двух. Такой вариатор имеет два шкива, которые между собой соединяются клиновидным ремнём. Один шкив ведущий, а второй ведомый. Вначале между ними закладывалась армированная резина, но затем её заменили стальные пластины. Они способны передавать больший крутящий момент, обладают меньшим радиусом изгиба и долговечны.

Конструкция шкивов состоит из двух конусовидных половин, которые имеют уклон к оси вала. Эти конструкции при движении то отдаляются, то приближаются друг к другу. Ремень не что иное, как металлическая лента, имеющая покрытие. А также встречаются варианты, когда она состоит из тросов, они являются наиболее прочными.

При раздвижении шкивов лента уходит внутрь, когда они сближаются — ремень приобретает форму клина.

В последнем случае радиус шкива увеличивается, а вместе с ним становиться больше и передаточное число, а в предыдущем варианте все наоборот.

Впромежутках между этими состояниями ремень становится прямым.

Для смещения шкивов используются пружины, а также центробежная сила, создаваемая гидравлическим приводом. Он управляется электроникой, которая способна создать оптимальные условия для бесперебойной работы мотора. Водитель выбирает режим, а она настраивает работу CVT. За счёт этого происходит увеличение его ресурса, снижение износа и уменьшение использования топлива.

Таким образом, при помощи конусов работают различные механизмы, преобразующие крутящий момент. Широкое использование трансмиссий различных видов так или иначе не обходится без данной геометрической фигуры.

В рамках исследования были изучены различные источники, описывающие:

геометрическую фигуру конус, его свойства;

применение конуса в технике;

устройство различных видов трансмиссий.

В рамках работы были рассмотрены различны примеры использования конусов на транспорте, выявлены связи свойств конуса и их применение в принципах функционирования различных механизмов.

Изучен принцип работы современного вариатора, на его примере было показано использование конусов в коробках передач механизмов, использующих изменение крутящего момента.

По итогам проведённой работы гипотеза исследования подтвердилась, цель исследования считаем достигнутой.

Список используемых источников

Автослесарь. Учебное пособие. Ростов-на дону: Феникс, 2001-576 с.

Бескаравайный М.И. Устройство автомобиля просто и понятно для всех. М.: Эксмо, 2008-64 с.

Депман И.Я., Виленкин Н.Я. За страницами учебника математики: пособие для учащихся 5-6 классов средней школы. – М.: “Просвещение”, 1989г.

ГОСТ 19325-73 Передачи зубчатые конические. Термины, определения и обозначения

Шеврин Л.Н., Житомирский В.Г. Путешествие по стране Геометрия. М.: Просвещение,1991 -132 с.

Читайте также:  На долгие годы
Ссылка на основную публикацию