Мир самоделок

Станки с ножным приводом людьми придуманы за долго до того как было открыто электричество. На подобном станке русский царь Петр I осваивал основы токарного мастерства, древние мастера на них создавали свои шедевры деревянного зодчества и кораблестроения.

Всем юным техникам надо уже сейчас учиться механизировать свой труд, изучать устройство и принцип действия машин, сначала простых, потом все более сложных. Надо учиться строить машины и пользоваться ими. Наша статья должна помочь вам в этом.

Данный токарный станок по дереву с ножным приводом построили юные техники Голобской средней школы Волынской области в середине 60-х годов прошлого века, тогда же была опубликована эта статья в приложении к журналу "Юный техник".

Разберемся в устройстве станка. Он состоит из прочной станины, на которой укреплена основа — два горизонтальных параллельных бруска, называемых параллелями.
Рис. 1 Общий вид самодельного токарного станка.

Слева расположены две стойки, на которых укреплены: внизу — маховое колесо (маховик), вверху, над параллелями,— ось (шпиндель) и ступенчатый шкив (передняя бабка), укрепленный неподвижно.
Справа находится задняя бабка; она может передвигаться по параллелям и закрепляется на них клином или болтом с прижимной гайкой. Эта бабка имеет центр — горизонтальный стержень, поставленный на одной высоте со шпинделем передней бабки.
Между передней и задней бабками установлена подставка — подручник, на который упирают резец во время работы. Подручник может двигаться по параллелям. Он закрепляется в нужном положении при помощи клина или болта с прижимной гайкой.
Шпиндель приводится в движение маховым колесом и педалью. Когда нажимают ногой на педаль, то приходит в движение шатун и вращается маховик. Посредством ремня это вращение передается шкиву. Вместе со шкивом начинают вращаться шпиндель и кусок дерева, зажатый между шпинделем и центром задней бабки. На подручник опирают резец и точат им дерево.

С какой скоростью вращается шпиндель? Это зависит от соотношения диаметров маховика и шкива, которые представляют собой цилиндрические колеса, приспособленные для ременной передачи. Обратимся к законам движения.

Два колеса, соединенные друг с другом ремнем (рис. 2) будут обладать одинаковой линейной скоростью, так как любая точка ремня в каждую единицу времени проходит одно и то же расстояние; следовательно, и любая точка, взятая на окружности каждого колеса, движется с такой же скоростью. Далее известно, что длина окружности колеса равна величине 2╥R. Если колесо делает столько-то оборотов в минуту, то каждая точка его окружности проходит в минуту путь, равный 2╥R₁n₁ метров. Но на основании первого положения, каждая точка окружности второго колеса должна совершать такой же путь в тот же промежуток времени. Поэтому при радиусе оно сделает другое число оборотов Это выражается формулой:
2╥R₁n₁=2╥R₂n₂

Отсюда вытекает очень важное положение: у двух колес, связанных одним ремнем, всегда:

R₁n₁=R₂n₂

или

n₁/n₂=R₂/R₁

Иными словами, число оборотов в минуту, которое совершат два вала, обратно пропорционально радиусам насаженных на них колес, которыми они соединяются друг с другом.
Пользуясь этой формулой и зная число оборотов одного из колес, легко определить число оборотов другого колеса. Предположим, что первое колесо (маховик) делает 100 оборотов в минуту, имея радиус 280 мм. Требуется узнать, сколько оборотов делает второе колесо (шкив), если радиус его равен 70 мм.
Подставляем числовые значения в последнюю формулу и решим задачу относительно n₂

n₂=100х280:700=100х4:1=400 (оборотов).

Число 4:1, показывающее отношение радиусов колес, называется передаточным числом. Оно позволяет решать задачи для определения числа оборотов одного колеса, если известно число оборотов другого. Для этого достаточно число оборотов умножить на передаточное число.
К этим расчетам придется прибегнуть, определяя размеры ступенчатого шкива.
Приступим теперь к заготовке частей станка. Для этого понадобится хорошее дерево — сухое, без трещин и сучков, непременно твердых пород: дуб, бук, в крайнем случае, береза. Дерево хвойных пород не годится
Заготовьте три бруска для стоек 1, 2 и 3 размером 960х100х80 мм; три бруска (подставки 4 для стоек) — 640х100х80 мм; два бруска (для параллелей 5) — 1400х120х40 мм; шесть брусков (ножки 6 для подставок)— 275х100х80 мм; две планки 7, соединяющие ножки — 1400х50х35 мм; один брусок для задней бабки 8 — 550х100х80 мм; два бруска для подручника 9 и 10 — 250х50х20 мм и 400х60х50 мм; круглый валик 11 для подручника — диаметром 50 мм и длиной 320 мм; три бруска для педали 12 — 1000х80х40 мм, 960х80х40 мм и 530х80х40 мм-два зажимных клина 13 — каждый толщиной 20 мм, длиной 250 мм и шири1 ой с одного конца 40 мм, с другого — 50 мм.
После того как все бруски будут заготовлены, приступайте к разметке (рис. 1) и дальнейшей обработке их.

На нижних концах брусков, предназначенных для стоек 1, 2 и 3, сделайте шипы размером 100х80х30 мм На расстоянии 315 мм от верхних концов сделайте вырезы для параллелей 5 - 120 мм ширины и 25 мм глубины. На расстоянии 100 мм от верхних концов стоек 1 и 2 просверлите отверстия для шпинделя 16 и сделайте выемки для шарикоподшипников (по их размеру). На расстоянии 140 мм от нижних концов этих же стоек просверлите отверстия для оси маховика (коленчатого вала 17) и также сделайте выемки для шарикоподшипников, через которые будет проходить эта ось.
После этого, в бруски 4, предназначенных на подставки для стоек, на расстоянии 365 мм от их передних концов выдолбите сверху гнезда для шипов стоек размером 100х30 мм, а с нижней стороны на расстоянии 20 мм от концов — по два гнезда для шипов ножек 6 размером 60х30 мм. На брусках предназначенных для ножек 6, сделайте шипы размером 80х60х30 мм и вырезы для планок 7 — шириной 50 мм и глубиной 35 мм
Очень ответственная работа — изготовление оси (шпинделя 16) со ступенчатым шкивом 15 — для передней бабки.

Шпиндель можно сделать из отрезка водопроводной трубы или круглого стального стержня диаметром 20—25 мм, с резьбой на одном конце. Эта ось должна вращаться в шарикоподшипниках (рис. 3). Поэтому лучше всего сначала достать подходящие шарикоподшипники, а уж потом, по их внутреннему диаметру, подобрать или выточить ось. Если же шарикоподшипники найти не удастся, то поставьте скользящие подшипники. Их можно сделать из отрезков бронзовой или медной трубки.
Шкив 15 лучше выточить из металла, но можно сделать его и из твердого дерева. Он плотно насаживается на шпиндель и закрепляется контрящим винтом.
Профиль шкива зависит от того, каким приводным ремнем вы воспользуетесь. Для плоского ремня делают цилиндрический шкив, для круглого — желобчатый.
Шкив не обязательно делать ступенчатым, то есть состоящим из двух или трех колес разного диаметра. На описываемом станке ступенчатый шкив поставлен в расчете на то, что со временем к станку будет сделан электрический привод. На станке с ножным приводом можно поставить одинарный шкив.
Теперь нужно решить, с какой скоростью должен вращаться шпиндель, и в зависимости от этого определить диаметр шкива (или трех цилиндрических колес, образующих ступенчатый шкив). Тут надо принять во внимание прочность и устройство станка и размеры деталей, которые будут на нем обрабатываться.
Средняя скорость вращения для станков с ножным приводом составляет приблизительно 300 оборотов в минуту (станки с электрическим приводом обычно дают 700—1500 оборотов). При обработке мелких деталей число оборотов может быть увеличено; при обработке крупных деталей шпиндель должен вращаться медленнее. При большом числе оборотов, болванка может вырваться и ударить работающего.
На станке голобских юных техников, при диаметре маховика в 570 мм, шкивы имеют диаметры в 140, 100 и 70 мм. Значит, передаточные числа равны приблизительно (с округлением) 4:1, 6:1 и 8,5:1. Если предположить, что скорость вращения маховика составляет 80 оборотов в минуту, то при передаточном числе 8,5 : 1 шпиндель будет вращаться со скоростью 680 оборотов в минуту. Такая скорость для станка с ножным приводом великовата. Лучше ограничиться шкивом, рассчитанным на передаточное число 4 : 1 (или, если шкив ступенчатый, то на передаточные числа 4:1,5:1 и 6:1). Пользуясь этими числами определите диаметр шкива сами.
Ширина каждого из трех колес, образующих ступенчатый шкив, равна 35 мм, следовательно, общая ширина шкива — 105 мм.
Диаметр маховика 14 — 570 мм, ширина 95 мм (возможны и другие размеры). Для изготовления маховика надо подобрать и хорошо выстругать сухие доски толщиной 20—25 мм и склеить из них три или четыре (в зависимости от толщины досок) квадратных щита. Для склеивания щитов понадобятся так называемые цвинки — те же струбцины, но более длинные. Сделайте их из брусков. Вложите в две цвинки доски, предварительно смазав их ребра (кроме наружных) горячим столярным клеем, и зажмите двумя клиньями, заколачивая их один навстречу другому. Все это показано на рисунке 4

На заготовленных таким способом щитках разметьте круги. При этом нужно предусмотреть, какой ремень будет применен на вашем станке. Если плоский, то все круги должны быть одинакового диаметра, если же круглый, то диаметр средних (внутренних) кругов должен быть меньше примерно на 30—40 мм Очень аккуратно выпилите круги и наложите друг на друга так. чтобы доски первого круга перекрещивались с досками следующего круга и т. д. Склейте круги вместе и для прочности свинтите шурупами. Но прежде чем делать это, подумайте о том, как утяжелить маховик. Сделать это можно несколькими способами.
Первый способ таков. Во внутренних кругах, как можно ближе к краю, выдолбите или высверлите несколько одинаковых отверстий, располагая их равномерно по всей окружности (рис. 5, а). Эти отверстия залейте свинцом. Вместо свинца можно вложить в них одинаковые куски металла, например большие гайки.

Для утяжеления маховика по второму способу, между наружными кругами помещают не сплошные круги, а маленькие кружки в центре и кольца по окружности (рис. 5, б). В этом случае все круги и кольца надо сначала соединить между собой, а затем просверлить в боковой стенке отверстие и через него заполнить полое пространство внутри маховика сухим песком. Не забывайте при этом встряхивать маховик, чтобы песок улегся более плотно.
Очень важно, чтобы маховик был уравновешен, то есть чтобы груз был равномерно распределен по его окружности
В центре маховика просверлите отверстие по диаметру оси (коленчатого вала 17) По обеим сторонам маховика привинтите металлические муфты, в одной из них нужно просверлить отверстие и нарезать резьбу для контрящего (то есть закрепляющего маховик на оси) винта. Крепление маховика на оси показано на рис. 6.
Ось маховика — коленчатый (вал 17 — сделайте по рис. 1 из стального прута диаметром 20—25 мм (можно подобрать подходящий по диаметру длинный болт и отпилить у него головку). Самому выгнуть такой вал трудно, лучше обратитесь за помощью в кузницу или механическую мастерскую.

Этот вал должен вращаться в подшипниках врезанных в стойки 1 и 2 (рис. 6) Кривошип вала соедините шатуном 18 с педалью 12. Шатун можно сделать и из дерева, и из металла. Устройство шатуна и педали и соединение их ясны из рис. 1.
Теперь приступим к сборке станка.
Сначала соберите все три стойки с подставками вставьте шипы стоек в гнезда подставок, а затем, после подгонки, можете их вкпеить. В вырезы стоек вставьте бруски — параллели 5 (нередко их называют салазками) и закрепите болтами, с гайками и шайбами. Расстояние между стойками 1 и 2 должно составлять 130 мм, между стойками 2 и 3 — 1000 мм. Вклейте шипы ножек в гнезда подставок 4, а когда клей хорошо высохнет, то скрепите их планками 7.
Помните, что для скрепления частей станка можно пользоваться столярным клеем, шурупами, небольшими болтами, но только не гвоздями.
Соберите педаль 12 и прикрепите ее (например, дверными навесками) к передней планке 7.
Вложите в выемки на стойках 1 и 2 подшипники, поместите между стойками маховик и вставьте коленчатый вал. Не забудьте надеть на него две стальные пластинки для закрепления подшипников. Укрепите контрящим винтом маховик и проверьте, вращается ли он строго в одной плоскости, не перекошена ли ось Перекос оси можно устранить, расклинивая подшипники маленькими гвоздями. Когда достигнете правильной центровки оси с маховиком, закрепите подшипники стальными пластинками, а вал — двумя металлическими муфтами с контрящими винтами или шпильками. Под них тоже нужно подложить шайбы.
Соедините кривошип вала с шатуном 18. Здесь также понадобятся шпильки и шайбы.
Смажьте все трущиеся части вазелином и проверьте, хорошо ли действует ножной привод,
В таком же порядке соберите части передней бабки: вставьте подшипники в выемки, насадите шкив на шпиндель, проверьте центровку и все закрепите. Для того, чтобы шпиндель не мог перемещаться в продольном направлении, насадите на него две металлические муфты, заполняющие промежутки между шкивом и подшипниками. Закрепите муфты контрящими винтами.
Теперь наденьте приводной ремень 20 и проверьте передачу вращения от маховика на шкив и шпиндель.
Для цилиндрических шкивов берется плоский ремень шириной в 20—25 мм. Для желобчатых шкивов применяют скрученный сыромятный ремень — супонь. Натяжение круглого ремня отрегулировать легко: достаточно сильнее скрутить его.

Плоский ремень сшейте тонким сыромятным ремешком. Круглый ремень сшейте скобкой из толстой стальной проволоки (рис. 7). Чтобы ремень не скользил, насыпьте под него на шкив и маховик немного канифоли в порошке.
Осталось собрать заднюю бабку и подручник. Это — очень ответственные детали, особенно бабка.
В нижнем конце бруска 8, предназначенного для задней бабки, сделайте два выреза размером 220х80х25 мм с таким расчетом, чтобы после зачистки эта часть бруска плотно входила между параллелями В этой же нижней части, отступя от конца на 60 мм, продолбите отверстие для зажимного клина. В верхней части бруска (на расстоянии 100 мм от конца) просверлите отверстие для прижимного винта (19) с центром и рукояткой.
Прижимным винтом может служить болт с загнутым концом; другой конец его должен быть заточен на конус. Он вращается в двух гайках, укрепленных в бруске (так же, как вы укрепляли подшипники).
Для того чтобы задняя бабка была более устойчивой, привинтите к ней две опорные планки. А чтобы прижимной винт не мог отойти во время работы, приделайте стопор из выгнутого толстого гвоздя или стального прутка с нарезкой и гайкой Все эти части задней бабки показаны на рисунке 8.

Смонтированную заднюю бабку установите на параллели (салазки) так, чтобы центр ее прижимного винта приблизился к центру шпинделя Острия центров должны совпасть; если это не произойдет, необходимо отрегулировать положение задней бабки на параллелях.
На бруске 10 для подручника сделайте с двух сторон вырезы размером 200х20х50 мм. В широком конце бруска продолбите отверстие 25х50 мм; в него вставьте брусок 9 и закрепите маленьким клином. Верхнюю часть бруска 9 срежьте под углом (как показано на рис. 1) Прочно привинтите к ней дощечку длиной 220 мм, обитую жестью (для большей прочности). В валике 11 сделайте два прямоугольных отверстия по 50X20 мм; расстояние между ними—110 мм. Через верхнее отверстие продевается брусок 10, в нижнее вставляется зажимной клин 13.
Теперь нужно оборудовать шпиндель для крепления обрабатываемых заготовок разных размеров. Вспомогательными частями для этой цели служат вилка планшайба и патрон.
Лучше, если шпиндель сделан из трубы. В этом случае планшайбой может служить фланец, навинчивающийся на трубу. В качестве патрона удобно использовать соединительную муфту, так называемую «переходную» — с разными диаметрами. Вилку легко сделать из короткого отрезка трубы," ввинченного в муфту до половины; конец ее нужно сплющить и обработать напильником по рисунку 9.

Таким же способом делают вилку, планшайбу и патрон на шпиндель из стального стержня или болта. В крайнем случае можно просто опилить конец шпинделя и превратить его в вилку, но это менее удобно для работы.
Хорошая работа самодельного станка зависит от точности частей, аккуратности пригонки их друг к другу, прочности соединений. Понятно, станок во время работы не должен шататься, шпиндель бить в подшипниках. Маховик должен вращаться равномерно и строго в одной плоскости. Наконец, закрепление задней бабки и подручника в любом положении должно быть жестким, надежным.
Поэтому необходимо правильно установить параллели, прочно соединить их со стойками, точно подогнать к расстоянию между ними нижние части подручника и бабки. Очень прочно должна быть связана и вся станина. Если стойки будут шататься в пазах, то при работе ремень может соскочить со шкива или, что еще хуже, обрабатываемая деталь вырвется из центров Придайте жесткость всей системе. Возможно, что наиболее ответственные соединения придется укрепить угольниками из полосовой стали.
Для окончательной отделки станка зачистите мелкой шкуркой все деревянные части и покройте олифой, а потом спиртовым лаком. Металлические части покрасьте эмалевой или масляной краской
Мы не останавливаемся на мелочах и второстепенных деталях, так как считаем, что за постройку токарного станка, хотя бы и самого простого, следует браться только тем юным техникам, которые уже имеют известные знания, умения и опыт.

Постройка станка открывает широкие возможности для самостоятельного конструирования, усовершенствования отдельных частей и узлов Например, зажимные клинья 13 можно заменить болтами с прижимными гайками Такая замена показана на рис. 10 При обработке длинных предметов подручник можно заменить бруском, привинчиваемым к стойкам 2 и 3 в точках «А» (рис. 1). Вместо ножного привода можно сделать электрический, пристроив электродвигатель под шкивом.
Если на выступающем влево (то есть наружу) конце шпинделя нарезать резьбу и подобрать гайки с шайбами, то на него можно надевать небольшое круглое точило или шлифовальный круг.