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 z1 – 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
- Гришин А.Н. Режущий инструмент и металлорежущие станки. Учебное пособие. – Астана: КАТУ им. С.Сейфуллина, 2008. – 117 с.
- Горбунов Б.И. Обработка металлов резанием, металлорежущий инструмент и станки. Учебное пособие, М.: Машиностроение, 1981. – 287 с.
- Пуш П.Э. Металлорежущие станки. Учебник для машиностроительных вузов. М.: Машиностроение, 1985. – 256 с.
- Колев Н.С. и др. Металлорежущие станки. 2-е издание, перер. и доп. М.: Машиностроение, 1980. – 500 с.