Типовые передачи в станках

В металлорежущих станках для передачи вращательного движения применяют ременные, цепные, зубчатые и фрикционные передачи; для поступательного движения - винт-гайка, реечную передачу, кулачковые механизмы и др.

Ременная передача. Применяется чаще всего для передачи движения от электродвигателя к шпиндельной бабке станка (рис 1,а). Если обозначим через D₁ и n₁ - диаметр и число оборотов ведущего шкива вала I, а через D₂ и n₂ - ведомого шкива вала II, то зависимость между ними будет

n₂= n₁

Отношение называется передаточным отношением ременной передачи, а 0,985- принято, как поправочный коэффициент на скольжение ремня. Направление вращения ведущего и ведомого валов совпадают при открытой передаче. Наиболее распространенными являются клиновые ремни ввиду некоторых преимуществ перед плоскими: повышенная тяговая способность, лучшая эксплуатация, меньшие простои при замене ремня. Выбор типа и числа клиновых ремней связан с передаваемой мощностью и окружной скоростью.

 

Рисунок 1. Типовые передачи в станках

 

Цепная передача. Она применяется для передачи движения от одного вала к другому, находящемуся сравнительно на большем расстоянии, чем при зубчатой передаче (рис.1,б). Число оборотов ведомого вала:

 

.

Отношение = называется передаточным отношением цепной передачи, где и -числа зубьев ведущей и ведомой звездочек. Направление вращения валов всегда одинаково.

Цепные передачи применяются как с ролико-втулочными цепями, так и с зубчатыми (бесшумными). Выбор их производится конструктивно в зависимости от назначения узла.

Зубчатая передача цилиндрическими или коническими колесами. Передача компактна, может передавать большие крутящие моменты. Применяются для изменения чисел оборотов и величин подач в коробках скоростей и подач, а также в качестве привода от электродвигателя к станку и к другим механизмам (рис.1, в, г). Характеризуется постоянством передаточного отношения. Число оборотов ведомого вала II определяется так:

,

где и -числа зубьев ведущего и ведомого колес. Отношение = называется передаточным отношением зубчатой передачи. В зубчатой передаче из двух зубчатых колес направление вращения ведущего и ведомого валов различные. При необходимости изменения направления вращения устанавливают промежуточное (паразитное) колесо.

Червячная передача. Применяется в большинстве случаев для резкого понижения числа оборотов ведомого вала одной передачей, а также для плавности и равномерности движения и в делительных цепях станков (рис.1, д). Число оборотов червячного колеса определяется так:

,

где - число заходов червяка;

z-число зубьев червячного колеса;

-передаточное отношение червячной передачи.

Для механизма состоящего из нескольких последовательно расположенных передач, общее передаточное отношение равно произведению передаточных отношений всех элементарных передач.

Реечная передача. В станках применяется для перемещения кареток суппортов, столов и других частей (рис. 1,е). За n оборотов колеса в минуту скорость перемещения рейки определится по формуле

 

 

Для передачи, состоящей из червяка и рейки (рис.1,ж),

,

где z-число зубьев колеса;

t- шаг зуба;

m- модуль зацепления;

-шаг червяка;

- угол подъема винтовой линии червяка;

- угол между осью червяка и напрвлением движения рейки.

Винт-гайка. Применяется для перемещения столов, суппортов, салазок и других частей станков (рис. 1,з).

Если обозначим шаг винта через n, то скорость перемещения одгого из элементов

.

Кулачковая передача. Применяется преимущественно в автоматах или в полуавтоматах (рис. 1,и), а также в других станках как средство управление и силовой передачи. Если, например, на дисковом кулачке (I) радиус изменяется от R₁ и R₂ по закону архимедовой спирали в пределах угла , то скорость ползуна на этом участке

 

Выражение называют шагом спирали, выражение - подъемом кривой на участке угла . Для передачи цилиндрическими кулачками (II)

,

где - длина дуги участка;

-подъем кривой на данном участке;

-длина окружности развертки кулачка;

-число оборотов кулачка в минуту.

При использовании гидравлического привода возможны бесступенчатое регулирование скорости в широком диапазоне и передача значительных сил. Гидропривод для вращательного движения (рис. 2) состоит из насоса 1 электродвигателя 2, бака для масла 3, насоса - двигателя 4, манометра 5 предохранительного клапана 6, фильтра 7. Насос 1 получающий вращение от электродвигателя 2, подает масло через фильтр 7 из бака к наосу 4. От ротора насоса 4 вращение передачи передается к шпинделю станка. Бесступенчатое регулирование частоты вращения шпинделя производится путем изменения производительности насосов 1 и 4, что имеет частоту вращения ротора насоса 4.

Рисунок 2. Схема гидропривода вращательного движения

Механизмы коробок скоростей и подач

В коробках скоростей и подач изменение чисел оборотов достигается поочередным включением различных зубчатых передач между валами коро­бок скоростей и подач. Для поочередного включения могут быть использо­ваны либо сменные зубчатые колеса, либо постоянные зубчатые колеса.

Заметим, что в станках передаточные отноше­ния зубчатых колес рекомендуется ограничивать следующими значениями: для коробок скоростей для коробок подач .

В отдельных случаях допускаются увеличение до 2,5—4. Применение передаточных отношений, выходящих за указанные пределы, приводит к увеличению габаритов ме­ханизма, снижению к. п. д. и появлению конст­руктивных трудностей при размещении механиз­мов переключения, увеличению шума.

При постоянных поочередно включаемых шестернях, установленных на двух параллельных валах, диапазон изменения чисел оборотов нахо­дится в указанных для сменных шестерен пределах. Так как в большин­стве случаев требуется значительно больший диапазон, то коробки ско­ростей и подач выполняют многоваловыми. Для включения различных зубчатых передач между двумя смежными валами используют элементар­ные механизмы, представленные на рис.3.

При переключении с помощью подвижных шестерен последние выпол­няют в виде блоков (рис.3 а-в). Наиболее часто применяют меха­низмы с двойным и тройным блоком (рис.3 а и б). При блоках из четы­рех шестерен сильно возрастает длина механизма в осевом направлении, поэтому такой вариант используется только в отдельных случаях, когда большая длина механизма предопределяется другими конструктивными элементами. В других случаях поочередное включение четырех передач осуществляется с помощью двух отдельных двойных подвижных блоков.

Благодаря достоинствам, присущим механизмам переключения с по­движными шестернями, они находят широкое применение в коробках ско­ростей и подач, рассчитанных как на работу при высоких скоростях, так и на передачу значительных крутящих моментов.

При использовании в механизмах изменения чисел оборотов кулачко­вых, зубчатых и фрикционных муфт они имеют схему, представленную на рис.3,г. Как правило, эти механизмы выполняются с двусторон­ней муфтой 1. Вследствие указанных выше недостатков механизмов пере­ключения с муфтами они применяются реже. Исключение составляют электромагнитные фрикционные муфты, которые получили более или менее значительное распространениепри дистанционноми, особенно, автоматическом управлении.

 

Рисунок 3. Зубчатые механизмы коробок скоростей и подач

 

В ряде конструкций коробок скоростей и подач используется меха­низм, изображенный на рис. 3 д. В данном случае ведущим звеном является втулка шестерни z₁, которая получает вращение через зубчатую или ременную передачу. В показанном на схеме положении вращение пере­дается от втулки шестерни z₁ через шестерни z₁ – z₂, z₃ – z₄ валу III. При перемещении шестерни z₄ влево она выходит из зацепления с шестерней z₃ и муфта, выполненная заодно с шестерней z₄, сцепляется с муфтой, выпол­ненной заодно с шестерней z₁. При этом вращение от шестерни z₁ непосред­ственно передается валу III. Так как обе пары зубчатых колес могут быть выполнены понижающими с передаточным отношением 1/4 то при данной схеме диапазон изменения чисел оборотов вала III может быть расширен до 16. Механизмы этого типа называют передачей со звеном возврата.

Другая модификация подобного механизма, называемая перебором, изображена на рис. 3, е. В этом случае при непосредственном сцепле­нии валаIII с шестерней z₁ с помощью муфты 1 шестерни z₂ и z₃, связан­ные общей втулкой, перемещаются в осевом направлении и выводятся из зацепления с шестернями z₁ и z₄, что способствует повышению к. п. д. и уменьшению потерь холостого хода при включении высокого числа обо­ротов валаIII.

Механизмы последних двух типов обычно находят применение в по­следних звеньях коробок скоростей и подач.

Механизмы, показанные на рис.3 ж - и, применяют в коробках подач.

Механизм с подвижной шпонкой (рис.3, ж) отличается малыми размерами вдоль оси. В тех случаях, когда недостатки механизмов с по­движной шпонкой, указанные выше, не имеют существенного значения, механизм используется благодаря своей компактности. В частности, он применяется в коробках подач сверлильных станков, коробках подач, расположенных в фартуках револьверных станков, в коробках подач карусельных станков.

Механизм, изображенный на рис.3, з, состоит из жестко закреплен­ных на валу I шестерен z₁—z₇, и накидной шестерни z₈. Накидная ше­стерня z₈ вместе с подвижной шестерней Zg смонтированы в кожухе 1, который может передвигаться вдоль вала II и поворачиваться около его оси. Для включения той или иной передачи кожух 1 перемещается в осе­вом направлении до совмещения накидной шестерни с соответствующей шестерней z_{1 –} z₇, после чего поворотом кожуха I вокруг оси вала II на­кидная шестерня вводится в зацепление с соответствующей шестерней z₁ - z₇. В требующемся положении кожух удерживается фиксатором. Данному механизму присущи все рассмотренные выше недостатки, свой­ственные механизмам с накидной шестерней. Его достоинствами являются малые размеры вдоль оси и возможность свободного выбора передаточных отношений независимо от межцентрового расстояния. Этот механизм широко применяется в коробках подач токарно-винторезных станков, где он позволяет получить при небольших габаритах большое число пере­даточных отношений, необходимых для нарезания резьб с различным шагом. Этот механизм называется также коробкой Нортона.

Механизм, представленный на рис.3, и, также применяется в ко­робках подач токарно-винторезных станков, где он служит для умень­шения в 2, 4, 8 раз или соответствующего увеличения шагов нарезаемых резьб, настраиваемых с помощью механизмов с накидной шестерней или других механизмов коробки подач. На ведущем валу закреплена только одна шестерняz₁, на валуIII помещается подвижная шестерняz₁₁, которая может занимать три положения, два из которых показаны штрихо­вой линией. В первом положении вращение передается от шестерни z₁ ше­стерне z₁₁ через шестерню z₂, которая в этом случае является паразитной.

Во втором положении вращение передается через шестерни и передаточное отношение равно 1/2. В третьем положении вращение передается дается через шестерни и передаточное отношение равно 1/4.

 

Рисунок 4. Кинематическая схема многоваловой коробки

 

Многоваловые коробки скоростей и подач пред­ставляют собой сочетание тех или иных рассмотрен­ных элементарных меха­низмов или их модифика­ций. В качестве примера на рис.4 приведена схема многоваловой пере­дачи. На том же рисунке изображена формула кинематических связей, которая поз­воляет разобраться в схеме включения различных пе­редач, не прибегая к опи­санию.

 

 

Рисунок 5. Механизмы со связанными колесами

 

Коробка, изображен­ная на рис.4, позво­ляет получить 12 различ­ных чисел оборотов. Между валами I и II могут быть включены две раз­личные передачи и соответственно вал II имеет два различных числа обо­ротов. При каждом из включенных чисел оборотов вала II может быть включена одна из трех передач от вала II к втулке III, на которой закреп­лены шестерни z₆, z₈ и z₁₀. Таким образом, втулка III имеет шесть различ­ных чисел оборотов. При сцеплении втулки III с валом V с помощью муфты М вал V получает шесть различных чисел оборотов. При сцеплении шестерни z₁₄ с шестерней z₁₃вал V получит еще шесть чисел оборотов через пере­дачу

Несколько передач, свя­зывающих два смежных вала, называется группой передач. Общее число ско­ростей последнего вала равно произведению числа передач в каждой группе. В рассматриваемом слу­чае в первой группе имеется две передачи, во второй — три и в третьей — две. Общее число скоростей Приведенная формула для определения числа ступеней чисел оборотов, которая может быть пред­ставлена в виде , называется структурной форму­лой коробки.

Для уменьшения числа зубчатых колес в коробках, скоростей и подач применяют передачи со связанными колесами (рис.5). Связанные колеса (отмечены штриховкой) принимают участие как в передачах между валами I - II, так и в передачах между валами II - III. На рис.5 а показана передача с одним, на рис. 5 б – с двумя, а на рис. 5 в – с тремя связанными колесами. Применение связанных колес позволяет уменьшить не только число колес, но и осевую длину передачи. Однако при использовании связанных колес возникают трудности в построении ряда чисел оборотов.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. Пояснить основные условные обозначения в кинематических схемах.

2. Дать определение передаточному отношению передачи.

3. Что такое передача в металлорежущем станке.

4. Схема передачи и ее передаточное отношение.

5. Характеристика винтовой и реечной передач.

6. Назначение и принцип работы механизмов металлорежущих станков.

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Гришин А.Н. Режущий инструмент и металлорежущие станки. Учебное пособие. – Астана: КАТУ им. С.Сейфуллина, 2008. – 117 с.
2. Горбунов Б.И. Обработка металлов резанием, металлорежущий инструмент и станки. Учебное пособие, М.: Машиностроение, 1981. – 287 с.
3. Пуш П.Э. Металлорежущие станки. Учебник для машиностроительных вузов. М.: Машиностроение, 1985. – 256 с.
4. Колев Н.С. и др. Металлорежущие станки. 2-е издание, перер. и доп. М.: Машиностроение, 1980. – 500 с.