Виды коробок скоростей

Механизм, предназначенный для ступенчатого изменения час­тоты вращения ведомого вала при постоянной частоте вращения ве­дущего путем изменения передаточного отношения называют короб­кой скоростей. Такое изменение достигается вращением различных зубчатых кинематических пар между валами. Коробки скоростей обеспечивают стандартный ряд частот вращения шпинделя.

Известно большое число различных конст­рукций коробок скоростей, но все они представляют собой сочета­ние отдельных типов механизмов.

Привод с шестеренной коробкой скоростей является наиболее расп­ространенным типом привода главного движения в металлорежущих стан­ках. Его достоинством являются компактность, удобство в управлении и надежность в работе. Но приводы с шестеренными коробками скоростей не имеют бесступенчатого регулирования скорости, у них сравнительно низкий КПД на высоких частотах вращения при широком диапазоне регу­лирования.

Существует много различных конструкций коробок скоростей, одна­ко все они представляют собой сочетание отдельных типовых механиз­мов. Коробки скоростей различают по способу переключения скоростей и компоновке.

По способу переключения скоростей коробки бывают с передвижными (скользящими) колесами; с кулачковыми, фрикционными и электромагнит­ными муфтами; с комбинированным переключением; со сменными колесами.

Применение того или иного способа переключения в коробках ско­ростей зависит от назначения станка, от частоты переключений и про­должительности рабочих ходов. Передачи с передвижными блоками колес могут передавать большие крутящие моменты при сравнительно небольших размерах зубчатых колес. Кроме того, в таких коробках в зацеплении находятся только те зубчатые колеса, которые передают вращение шпин­делю. Значит, остальные колеса в это время не изнашиваются. Указан­ные преимущества позволяют широко применять для изменения частоты вращения шпинделя передвижные блоки зубчатых колес в коробках ско­ростей главным образом универсальных станков. В передвижных блоках используют прямозубые колеса.

Недостатки этих коробок скоростей: невозможность переключения передач на ходу; необходимость блокировки, предотвращающей одновре­менное включение в работу блоков зубчатых колес, совместная работа которых не предусмотрена; относительно большие размеры по длине.

Для коробки с кулачковыми муфтами характерны малые осевые пере­мещения муфт при переключениях, возможность использования в переда­чах косозубых и шевронных колес, а также меньшие усилия для переклю­чения, чем у передвижных блоков колес. Вместе с тем кулачковые муфты не позволяют переключать передачи на ходу при большой разности час­тот вращения; им присущи потери мощности на вращение неработающей пары колес и изнашивание.

Использование фрикционных и электромагнитных муфт в коробках скоростей дает возможность быстрого и плавного переключения передач на ходу. Недостатками таких коробок являются потери мощности на вра­щение неработающей пары колес и изнашивание; большие радиальные и осевые размеры при передаче больших крутящих моментов; снижение КПД станка вследствие трения в выключенных муфтах; нагревание муфт; не­обходимость их частого регулирования; передача теплоты от муфт шпин­дельному узлу.

При относительно редкой наладке привода шпинделя на операцию в автоматах, полуавтомататах, специальных и операционных станках в массовом и серийном производстве используют сменные колеса. Частоту вращения шпинделя в этом случае изменяют путем смены колес а и b между смежными валами при неизменном расстоянии между их осями. Так как расстояние между осями этих колес остается неизменным, то обяза­тельным условием правильного сцепления сменных колес при такой конс­трукции привода является постоянство суммы их чисел зубьев (а + b = const). Сменные колеса в приводе главного движения приме­няют иногда в сочетании с шестеренными коробками скоростей.

В зависимости от компоновки различают коробки скоростей, встро­енные в шпиндельную бабку, и коробки скоростей с разделенным приво­дом. У некоторых моделей токарных, револьверных и фрезерных станков коробка скоростей вынесена из шпиндельной бабки, вращение шпинделю передаётся через ремённую передачу. Разделённый привод с разгруженным шпинделем обеспечивает более плавное вращение шпинделя и его часто применяют в точных станках.

Коробки скоростей с электромагнитными муфтами, позволяющими применять дистанционное управление, применяют в различных автоматах, в том числе станках с ЧПУ. Для унификации привода главного движения таких станков выпускают унифицированные автоматические коробки ско­ростей (АКС) семи габаритов, рассчитанные на мощность от 1,5 до 55 кВт; число ступеней скоростей от 4 до 18.

Некоторые схемы коробок скоростей показаны на рис. 1.

Рисунок 1 – Схемы коробок скоростей:

а - на две скорости; б – на три скорости; в, г – на четыре скорости.

 В схеме двухваловой коробки со скользящим блоком зубчатых колес Z₁ и z₃, расположенных на валу I со шлицами, (рис. 1, а), зубча­тые колеса z₂ и z₄ установлены на валу II неподвижно. Расстояние между колесами z₂ и z₄ немного больше длины подвижного блока колес, при этом зубчатые колеса z₁ и z₂ и колеса z₃ и z₄ выведены из зацепления. При переключении зубчатых колес обязательным усло­вием является их остановка. Схема на три частоты вращения изо­бражена на рис. 1, б. В схеме на четыре частоты вращения (рис. 1, в),  на валу I расположены два подвижных блока, состоя­щие соответственно из колес Z₁ и z₃; z₅ и z₇, на валу II — неподвиж­ные зубчатые колеса z₂, z₄, z₆, z₈. Передвижение блоков обеспечива­ет зацепление зубчатых колес z₁ с z₂,  z₃ с z₄,  z₅ с z₆,  z₇ с z₈. Эту схему используют при наличии блокировки, исключающей возможность одновременного включения двух пар колес. Блокировочное устрой­ство может быть конструктивно выполнено как механически, так и с применением гидравлики. Трехваловые коробки скоростей на четыре частоты вращения (рис. 1, г) состоят из двух последова­тельно расположенных элементарных коробок скоростей на две частоты вращения.