Рекомендации по конструированию приводов

Компоновки приводов. Приводы бывают нераздельными и раздельными. Нераздельный привод выполняется в виде комплекса коробки скоростей и шпиндельного узла, помещаемых в общий корпус. Такая конструкция ком­пактна, но часто имеет неудовлетворительные динамические характеристики и теплостойкость, так как колебания и выделяемая в коробке теплота пере­даются на шпиндель. Раздельный привод состоит из коробки скоростей и шпин­дельной бабки, выполненных в разных корпусах. Движение от последнего ва­ла коробки скоростей поступает к шпиндельной бабке через ременную переда­чу. Для увеличения диапазона регулирования в шпиндельную бабку иногда встраивают перебор. Шпиндельный узел в раздельном приводе нагревается меньше. Колебания, возникающие в коробке скоростей, на шпиндельный узел не передаются.

Компоновки приводов с автоматической коробкой скоростей (АКС) на основе электромагнитных муфт рассмотрим подробнее. Для таких приводов (рис. 4.8) характерны большой диапазон регулирования частоты вращения шпинделя при постоянной мощности, высокая жесткость механической харак­теристики, высокий КПД, сравнительно низкая стоимость. При применении автоматической коробки скоростей регулирование частоты вращения возможно под нагрузкой. В моменты пуска, торможения, реверса, а также при преры­вистом и неравномерном резании в приводе возникают динамические нагруз­ки. Их значение и характер зависят от структуры привода и его динамических свойств. Исследование главных приводов токарных станков с автоматической коробкой скоростей показало, что при импульсном возмущении лучшим по критерию динамических нагрузок является привод, в котором имеются флан­цевое соединение двигателя с входным валом АКС и ременная передача между АКС и шпиндельной бабкой (ШБ). Из-за ограничений на максимальный диа­метр шкива и число ремней рекомендуется применять узкие клиновые и поликлиновые ремни, а также зубчато-ременные передачи. Если первый вариант не­возможен и ременную передачу необходимо поместить между двигателем и АКС, для уменьшения динамических нагрузок рекомендуются облегченные шкивы (из алюминия, пластмассы).

Механизмы переключения коробок скоростей. Механизмы индивидуаль­ного непосредственного управления характеризуются тем, что каждый зубча­тый блок переключается отдельной рукояткой, связанной с ним непосредст­венно (рис. 4.9, а) или через зубчато-рычажную передачу (рис. 4.9, б) (при перемещении блока на большое расстояние). С целью облегчения управления и уменьшения размеров панели управления две или три рукоятки целесообраз­но расположить на одной оси (рис. 4.9,в)

Механизмы группового управления позволяют переключать группу колес с помощью одной рукоятки путем переменного ее присоединения к элемен­там, связанным с этими колесами (рис. 4.9, г). Хотя количество рукояток уменьшается, длительность переключений возрастает

Механизмы централизованного последовательного управления позволяют переключение всех колес и других элементов от одного органа управления. Они выполняются в виде кулачкового механизма с барабанным (рис. 4.9, д) или дисковым кулачком (рис. 4.9, е), а также могут включать в себя кривошипно-кулисный (рис. 4.9, ж) или кривошипно-кулисно-кулачковый механизм.

Управление с помощью кулачков становится централизованным, но про­цесс переключений длительным, невозможен предварительный набор скорое-' тей, механизм управления громоздкий. Пазы могут быть расположены на обеих сторонах плоского диска.

Селективные механизмы позволяют набрать заданную частоту вращения еще до окончания работы станка на предыдущем режиме. Наиболее распро­странены механизмы с пальцевыми или реечными толкателями (рис. 4.9, з), а также с коническим селектором и балансирами (рис. 4.9, и). Для переклю­чения вращения селектор отводят от толкателей или балансиров, поворачи­вают до требуемого положения, а затем перемещают в осевом направлении.

В зависимости от расположения органов управления механизмы позво­ляют непосредственное или дистанционное управление. В состав гидравличес­кого механизма дистанционного управления входят цилиндр со штоком, сое­диненным с вилкой переключаемого зубчатого блока, и маслораспределитель в виде гидравлического крана, золотника или гидроселектора.

При использовании рукоятки и передаточного рычага приводной сухарь перемещается по окружности, смещаясь от оси вала, по которому передвигает­ся зубчатое колесо (рис. 4.10, а, б). Размеры сухаря (мм) следующие:

Принимают и допускают, При проектировании механизма управления с рукояткой и передаточным рычагом, исходя из требуемых перемещений зубчатого блока или ползушки и допускаемых углов поворо­та рукоятки, определяют размеры деталей механизма.

При большом перемещении зубчатого блока рычажным механизмом зна­чение выходит за допустимое, и в этом случае необходимо применять зуб­чато-рычажную передачу (рис. 4.10, в). Дляперемещения зубчатого блока с небольшим расстоянием между венцами применяют охватывающую вилку (рис. 4.10, г). С целью уменьшения износа трущихся поверхностей прини­мают Обычно втулка с вилкой перемещаются по скалке (рис. 4.10, д, ё). Принимают (рис. 4.10, ж:) Конструкция зубчато-рычажного механизма приведена на рис. 4.11. От рукоятки 7 через ступицу 5, ось 4 и зубчатое колесо 3 движение передается ползушке 1, соединенной с рейкой 2. Рукоятка снабжена фиксато­ром 6.

Конструкция однорукояточного селективного механизма переключения частот вращения шпинделя горизонтально-фрезерного станка приведена на рис. 4.12. При повороте рукоятки 1 диски 6 вместе с осью 2 перемещаются вправо и выходят из контакта со штифтами 4,5 и др. Для перемещения зуб­чатого блока связанная с ним вилка соединена с одной из реек 3 (на рисунке не показано), Рейки приводятся в движение в результате перемещения влево дисков 6. В каждом из них имеется несколько рядов отверстий разного диа­метра. В зависимости от совпадения осей отверстий в разных дисках один из штифтов пары проходит в отверстия обоих дисков, другой упирается в левый диск или оба штифта упираются в него. В результате соответствующий зубча­тый блок занимает одно из трех положений.

Отверстия можно расположить и так, чтобы двухвенцовый блок занимал два положения. Диски поворачивают рукояткой 7. Каждому из ее 18 положе­ний соответствует не повторяющаяся совокупность отверстий, расположенных против штифтов, а значит, и определенная совокупность положений зубчатых блоков в коробке скоростей.

Особенности расчета деталей. Валы обычно представляют как балки на шарнирных опорах. Действующие на них нагрузки определяют с учетом рас­четной частоты вращения шпинделя и КПД передач. Силы проектируют на две перпендикулярные плоскости, проходящие через ось вала. Затем определяют реакции опор, строят эпюры моментов и производят расчет валов на прочность и жесткость. Если на валу находится несколько поочередно включаемых зубчатых колес, изгибающие моменты определяют для каждого включения и на­ходят наибольшее напряжение.

Валы, входящие в состав коробок скоростей, могут быть разделены на три группы. К первой группе относятся валы, работающие при повышенных нагрузках, вызывающих изгиб и кручение. Основным фактором, определяю­щим их работоспособность, является усталостная прочность. Материал для из­готовления вала выбирается в зависимости от его диаметра (по условию обес­печения прокаливаемости), а твердость назначается исходя из условий работы (табл. 4.6). Упрочняющая обработка таких валов состоит в объемной закалке с последующим высоким или средним отпуском. Ко второй группе откосятся

* Допускается применять для валов с показателем геометрической жесткости 1000 X (d/l)² > 15, где d - диаметр вала, преобладающий вдоль его оси; / - длина вала. В этом случае невозможна правка вала в период мартенситного превращения.

**Следует применять для валов, устанавливаемых в подшипниках качения без внут­реннего кольца.

валы, для которых должны быть обеспечены высокая износостойкость и проч­ность шлицев, а также износостойкость опорных шеек. Такие валы изготов­ляют из стали 45, заготовки их проходят нормализацию для улучшения обра­батываемости резанием, а обработанные детали — закалку с индукционным нагревом. Третью группу составляют наиболее нагруженные валы, для кото­рых надо обеспечить усталостную прочность, повышенную износостойкость по­верхностей и сопротивление смятию. Для обеспечения требуемого сопротив­ления смятию толщина упрочненного слоя должна составлять 1,2 мм, требуе­мой износостойкости и стойкости против задиров при монтаже — 0,5 мм. Зубчатые передачи рассчитываются по методике, изложенной в параграфе 3.4. Найденные значения модуля округляют до стандартных: 1; 1,5; 2; 2,5; 3, 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16 мм.