Коробки скоростей со сложенной структурой

Оптимальный вариант множительной структуры

Нанесём точки n1 – n6, изображающие ряд чисел оборотов вала III. Вал I имеет одну скорость, следовательно на линии I будет одна точка 4. Расположим её симметрично относительноn1 – n6.

3) Первая группа передач состоит из 3-х передач х₀ = 1, расстояние между соседними точками на линии II должно быть равно одному интервалу. Наносим симметрично точки 1, 2, 3 и соединим их с точкой 4. лучи 4 – 3, 4 – 2, 4 – 1 изображают передачи z₅/z₆; z₃/z₄; z₁/z₂.

4) Вторая группа передач состоит из 2-х передач, т. к. характеристика х₁ = 3. Точку 1 соединим с 2-мя равноудалёнными от неё точками n₁ и n₄, стоящими одна от другой на расстоянии 3-х интервалов. Один пучок параллельных линий изображает передачу z₇/z₈, другой z₉/z₁₀.

Построим структурную сетку для других кинематических вариантов.

z = 6 = 2₁ · 3₂z = 6 = 3₂ · 2₁

I II III I II III

n₆

n₅ n₅

n₄ 4 n₄

4 n₃ n₃

n₂n₂

n₁ n₁

х₀ = 1 х₁ = 2 х₁ = 2 х₀ = 1

Р₁ = 2 Р₂ = 3 Р₁ = 3 Р₂ = 2

Что же нам дают структурные сетки?

1) Количество ступеней скорости на валах привода.

2) Количество групповых передач в приводе и порядок их конструктивного

расположения.

3) Число передач в каждой группе.

4) Характеристики групп,т.е. их место в порядке кинематического включения.

5) Диапазон регулирования групповых передач.

6) Диапазон регулирования на промежуточных валах.

Недостаток: структурная сетка не даёт фактических значений чисел оборотов и передаточных отношений передач в группах. Для определения этих величин строят графики чисел оборотов.

Для его построения должны быть известны:

1) знаменатель ряда чисел оборотов φ

2) фактические частоты вращения от n₁ = n_min до n₂ = n_max

3) частоты вращения приводного электродвигателя n_дв

4) полная кинематическая схема привода.

Порядок построения графика чисел оборотов:

1) На равных расстояниях проводят столько вертикальных линий, сколько валов в проектируемой коробке.

2) На равных расстояниях проводят горизонтальные линии и присваивают им снизу вверх порядковые числа оборотов, начиная с n₁ = n_min.

3) Намечают цепь передач для уменьшения чисел оборотов с n_дв до n₁. Дальнейшее построение ведут в соответствии с принятым вариантом структурной сетки. Линяя, соединяющая на графике две точки валов, обозначают передачу с передаточным отношением i = φ^s, где S – число интервалов lg φ, перекрываемых лучом.

Если луч отклоняется вниз, то передача понижающая и S < 0, если вверх – повышающая и S > 0. Для горизонтального луча S = 0, т. е. i = φ^s = 1.

z = 6 = 3₁ · 2₃

I' I II III

n_эл_/_дв z₁₁/z₁₂ n₆

z₁/z₂· Д ₁/ Д ₂ z₇/z₈ n₅ z₅/z₆ n₄ z₃/z₄ n₃

z₉/z₁₀ n₂ n₁ х₀ = 1 х₁ = 3 Р₁ = 3 Р₂ = 2 i₁ = z₁/z₂· Д ₁/ Д ₂ – передаточное отношение передачи связывающий вал электродвигателя с первым валом коробки скоростей. i₂ = z₃/z₄ = φ^-2 = 1/φ² i₃ = z₅/z₆ = φ^-1 = 1/φ i₄ = z₇/z₈ = φ⁰ = 1 i₅ = z₉/z₁₀ = φ^-2 = 1/φ² i₆ = z₁₁/z₁₂ = φ¹

z = 6 = 2₁ · 3₂ I' I II III

n_эл_/_дв z₁₁/z₁₂ n₆

Д ₁/ Д ₂ z₅/z₆ n₅ n₄ z₃/z₄ n₃

z₇/z₈ n₂ n₁ х₀ = 1 х₁ = 3 Р₁ = 2 Р₂ = 3 i₂ = z₃/z₄ = φ^-1 = 1/ φ i₃ = z₅/z₆ = φ⁰ = 1 i₄ = z₇/z₈ = φ^-3 = 1/ φ³ i₅ = z₉/z₁₀ = φ^-1 = 1/ φ i₆ = z₁₁/z₁₂ = φ¹

C целью избежать чрезмерно больших диаметров колёс в коробках скоростей практикой установлены следующие передаточные отношения:

Для прямозубых колёс – i_min > 1/4; i_max < 2

Для косозубых колёс – i_min > 1/4; i_max < 2,5

Для механизмов подач – i_min > 1/5; i_max < 2,8

Нетрудно подсчитать, что i не выходящие за пределы i_min = 1/4, возможны в том случае, если линии изображающие передачи снижаются на графике чисел оборотов не более чем на шесть интервалов для φ = 1,26; четыре для φ = 1,41 и три для для φ = 1,58.

Допустимые числа интервалов оборотов (для коробки скоростей).

Передачи	Число интервалов при для φ
1,06	1,12	1,26	1,41	1,58	1,78
Понижающие
Повышающие

Из всех возможных конструктивных и кинематических вариантов лучшим считается тот, который обеспечивает наибольшую простоту, наименьшее количество передач и групп передач, малые радиальные и осевые размеры.

1) Наименьшее количество передач возможно при условии если каждое слагаемое из правой части уравнения z = Р₁ · Р₂ · … Р_m будет минимальным (простые числа 2, 3). Поэтому число передач в группах принимают равным 2 и 3, реже 4.

Уменьшая число передач в группах до min увеличиваем число групп передач, а следовательно и число валов. Уменьшая число групп увеличиваем число передач в группах.

2) Из всех возможных вариантов структуры выбирают тот, который обеспечивает наименьшие размеры и массу колёс.

Масса зубчатых колёс, смонтированных на одном валу, будет min при минимальной разнице в их размерах. Этим требованием наилучшим образом отвечает основная группа, т. к. передаточное отношение передач здесь незначительно отличается друг от друга.

Поэтому целесообразна структура, у которой основная группа содержит наибольшее количество передач. Для уменьшения веса привода желательно, чтобы число передач в группах уменьшался от электродвигателя к шпинделю, например z = 3 · 2 · 2.

3) Желательно чтобы характеристики групп увеличивались от электродвигателя к шпинделю, т. е. если z = Р_х0 · Р_х1 · Р_х2, то х₀ < x₁ < x₂.

В этом случае при одинаковых наименьших числах оборотов получаются меньшими, что снижаются динамические нагрузки, вибрации в передачах, износ деталей и потери на трение, возрастает КПД при высоких числах оборота шпинделя что даёт возможность понизить требования к качеству изготовления деталей передач.

4) Для уменьшения крутящих моментов и веса деталей и всего привода необходимо сообщать, по возможности, более высокие числа оборотов промежуточным валам, что достигается применением больших i между первыми валами привода и меньших в последних передачах перед шпинделем.

Во многих случаях, особенно при повышении диапазона регулирования скоростей, создать простой привод на базе обычной множительной структуры невозможно. Поэтому в практике станкостроения применяют, так называемые, сложенные структуры.

Сложенной называется структура многоскоростного привода, состоящая из двух или более кинематических цепей, каждая из которых является обычной множительной структурой. Одна из этих цепей (более короткая) предназначена для получения высших скоростей привода, другие – для низких скоростей.

Такие множительные структуры чаще всего состоят из двух, реже из трёх, кинематических цепей.

Наиболее распространение получили следующие схемы соединения двух структур.

Z₀

1) Z₁

Z_д

Z₂ I

Z₀

М₁

2) I

Z₀

Z_д2

Z_д1

3) М₁

Схема из 3-х структур: z₀; z_д1; z_д2

Общее число скоростей привода для структуры из 2-х цепей: z = z' + z'', z' и z'' – число ступеней первой и второй кинематических цепей.

Общую часть структуры z₀, используемую для получения всех скоростей, называют основной, а z_д – дополнительной.

Для объединения составляющих структур в одну – сложенную, в схему привода вводят специальные соединительные передачи.

Верхнюю область регулирования скоростей вращения шпинделя получают при помощи основной структуры z₀ и передают вращение на шпиндель I через зубчатую передачу z₁ – z₂ (рис. 1) или через муфту М₁ (рис. 2,3).

Нижнюю область регулирования обеспечивают последовательным соединением основной z₀ и дополнительной z_д структур.

Пример коробки скоростей со сложенной структурой.

Р_а Р_в

Р_c Р_d.

z = 3₁ · 2₃· (1 + 1 · 1) = 12

Здесь сложены две кинематические цепи, структуры которых:

z' = Р_а · Р_в и z'' = Р_а · Р_в · Р_c · Р_d.

Группы колёс Р_а и Р_в являются общими для общих цепей и => образуют основную структуру: z₀ = Р_а · Р_в – они вращают полый вал III. Далее движение шпинделю V от 1-ой цепи передаётся с помощью муфты z₁₄, а от 2-ой цепи – через звено возврата (перебор) с колёсами z₁₁ – z₁₂ и z₁₃ – z₁₄.

Общее число скоростей привода z = z' + z'' = Р_а · Р_в · (1 + Р_c · Р_d). Для нашего случая Р_а = 3; Р_в = 2; Р_с = Р_d =1. Поэтому z = 3₁ · 2₃ · (1 + 1 · 1) = 12.