Особые множительные структуры

Коробки скоростей обычной множительной структуры строятся путем последовательного соединения групп передач в одну кинематическую цепь. Выбор оптимальных конструктивных и кинематических порядков, соблюдение ограничения передаточных отношений передач, суммы зубьев их колес, чисел зубьев наименьших шестерен могут обеспечить наиболее простые и компактные схемы привода, отвечающие предъявленным требованиям. Однако многообразие условий работы станков и накладываемые ограничения не всегда приводят к оптимальным решениям. Вот почему в ряде случаев целесообразно отклоняться от классических принципов и проводить мероприятия, упрощающие схему привода в целом.

Приводы главного движения со сменными колесами значительно упрощают схему и конструкцию станка. Работа последнего длительное время без изменения скорости вращения шпинделя позволяет использовать в качестве множительной группы звено настройки со сменными колесами. На рисунке 6,а показана схема привода главного движения, у которого регулирование скорости вращения шпинделя осуществляется исключительно сменными колесами A – B. Наличие в схеме конических пар вызывается конструктивными соображениями. Передаточные отношения для них обычно равны 1: 1.

Рисунок 6.

В коробке скоростей приведенной на рисунке 6,б, первая группа состоит из сменных колес A – B, а вторая и третья содержат по две пары передач. Следовательно, имеется возможность ступенчатого регулирования чисел оборотов шпинделя путем переключения блоков, а установка сменных колес смещает область регулирования вдоль ряда скоростей вращения.

Сменные колеса желательно размещать в первой основной группе, так как число пар сменных колес может быть большим. Графики чисел оборотов строятся по методике, изложенной выше.

Число пар сменных колес колеблется в пределах 2 – 10. Если принять для коробки скоростей (рисунок 6,б) р_см = 6, то число ступеней скорости при этой простой схеме будет z = 6₁ ∙ 2₆ ∙ 2₁₂ = 24.

Множительные структуры с измененными характеристиками групп передач. Нередко причиной отказа от обычной множительной структуры является высокое значение характеристики последней переборной группы и в связи с этим недопустимо малое передаточное отношение одной из передач (см. тему Передаточные отношения передач). Путем искусственного уменьшения характеристик можно с некоторыми отклонениями сохранить желательную структуру.

Вернемся к схеме привода со структурой z = 12 = 3₁ ∙ 2₃ ∙2₆ (рисунок 4 и 3,б). Минимальное передаточное отношение при φ = 1,41 ÷ 1,58 принимает недопустимое значение . Этого можно избежать, если уменьшить характеристику последней группы. Примем для примера x ₃ = 4 и построим график для структуры z = 12 = 3₁ ∙ 2₃ ∙2₄ (рисунок 7,а).

Из графика следует, что . Но одновременно с этим уменьшился диапазон регулирования (φ ⁹),уменьшилось число ступеней скорости (z = 10), так как две скорости (на графике отмечены затемненными кружками) повторяются.

Рассмотрим другой случай. Увеличим характеристики первой и второй групп до значения x ₁ = 2, x ₂ = 5. Структура примет вид z = 12 = 3₂ ∙ 2₅ ∙2₆. Строим картину скоростей (рисунок 7,б). Она свидетельствует о сохранении минимального передаточного отношения , но одновременно расширяется диапазон регулирования (φ ¹⁵) вследствие выпадения отдельных скоростей в нижней и верхней части ряда, где знаменатель принимает величину, равную φ ². Такой ряд называют ломаным. Если, например, φ = 1,26, то диапазон регулирования при обычном кинематическом варианте, когда z = 3₁ ∙ 2₃ ∙2₆ будет D = 1,26¹¹ ≈ 14; в данном случае (z =3₂ ∙ 2₅ ∙2₆) он составит D = 1,26¹⁵ = 32. Более подробно см. в специальной литературе [1].

Рисунок 7.

Коробки скоростей со связанными колесами. Для уменьшения количества зубчатых колес и осевых габаритов коробок скоростей применяют передачи со связанными колесами. Сущность данного мероприятия заключается в следующем. Пусть коробка скоростей, изображенная на рисунке 8,а, имеет две группы передач: 1 – 2, 3 – 4, 5 – 6, 7 – 8.

Рисунок 8.

Если подобрать числа зубьев колес 4 и 5 так, чтобы они были одинаковы (z ₄ = z ₅), то представляется возможность оба колеса объединить в одно колесо (рисунок 8,б). Оно одновременно принадлежит и первой и второй группам, работает в качестве и ведомого, и ведущего звена. Подобные колеса называют связанными.

Аналогичным образом можно объединить колеса 2 и 7. Тогда привод будет содержать два связанных колеса (рисунок 8,в). Количество связанных колес может быть б о льшим – три, четыре, в зависимости от структуры привода.

Кинематический расчет коробок скоростей с одним связанным колесом затруднений не представляет. При большом количестве связанных колес расчет осложняется, так как обычные методы расчета не приводят к оптимальным вариантам. Более подробно см. в специальной литературе [1].

Лекция №7.