2.4. Выбор наилучшего варианта кинематики

При выборе наилучшего варианта структурной сетки (варианта структурной формулы) необходимо учитывать следующее:

а) следует определить диапазон регулирования в последней переборной группе для всех вариантов структурных сеток (при выбранном значении  и исключить из дальнейщего рассмотрения варианты, не удовлетворяющие условию (i_max/i_min)_пред = ^{x max}  8 т.е. у которых x_max больше величины указaнной в табл.2.3 для заданного значения  . На структурной сетке x_max - это число интервалов между крайними лучами, исходящими из одной точки в последней переборной группе;

б) для уменьшения веса и габаритов привода число передач в группах должно уменьшаться от электродвигателя к выходному валу (шпинделю), т.е. P_a > P_b > P_c >..> P_k;

в) желательно, чтобы характеристики групп увеличивались от электродвигателя к шпинделю, т.е. если Z = P_a · P_b· P_c ·...P_k , то a < b < c < ...< k (веерообразная структурная сетка). В этом случае при одинаковых наименьших числах оборотов промежуточных валов для различных вариантов структурной формулы максимальные числа оборотов получаются меньшими, что уменьшает динамические нагрузки в передачах, вибрации, износ деталей и потери на трение, повышает к.п.д. при высоких числах оборотов шпинделя и дает возможность понизить требования к качеству изготовления деталей передач;

г) для того, чтобы наибольший диапазон регулирования групповой передачи, ограничивающий возможность конструктивного осуществления привода, подучился наименьшим, необходимо в качестве последней переборной группы брать группу с наименьшим числом передач;

д) лучше, если требуемое число ступеней Z получается меньшим числом групповых передач, т.к. в этом случае уменьшается количество валов, подшипников и отверстий в корпусе, повышается к.п.д. привода.

2.5. Определение предельных значений скорости и числа ступеней коробки передач.

При проектировании коробок передач исходными величинами являются предельные значения выходного параметра. Например, для коробки скоростей - это максимальная и минимальная частоты вращения выходного вала (шпинделя):

, (2.9)

где v_max и v_min - предельные значения скорости главного движения резания, м/мин; d_max и d_min - предельные значения диаметра заготовки или инструмента, мм.

Диапазон регулирования частоты вращения.

(2.10)

т. е. зависит только от отношений предельных скоростей и предельных диаметров. Полученный при расчете диапазон R_n увеличивают на 20-25 %, создавая резерв, который потребуется при совершенствовании процессов обработки в будущем.

Из формулы R_n = ^z-1 , где z - число ступеней скорости;  - знаменатель ряда, найдём число ступеней скорости:

; ; (2.11)

Для определения z надо предварительно выбрать знаменатель ряда . Наиболее употребителен , равный 1,26 и 1,41, но есть и другие стандартные значения.

При выборе  возникает противоречие:

− при увеличении  уменьшается число ступеней регулирования скорости (упрощается конструкция), но растут потери экономически выгодной скорости, а следовательно, уменьшается производительность обработки.

Вследствие этого при проектировании станков для крупносерийного и массового производства, рекомендуется принимать меньшие значения знаменателя, например , равный 1,12 и 1,26. В противном случае в условиях редкой переналадки суммарные потери производительности будут значительны. Меньшие значения знаменателя применяют также для более крупных станков.

После выбора  вычисляют число ступеней z по формуле (2.11) и корректируют его так, чтобы оно было целым и разлагалось на множители 2 и 3. Это связано с применением двух или трех (редко четырех) передач между смежными валами. Большее число передач приводит к чрезмерному увеличению длины валов и другим конструктивным усложнениям. Исключением является гитара сменных колес, которая не накладывает ограничений на z.

Наиболее удобны z, равные 2; 3; 4; 6; 8; 12; 18. Применяют также z, равное 9, 16, и др. Особые виды структур допускают такое число ступеней, как 14 или 20.

Первоначальное z вычислено исходя из определенных n_max, n_min, R_n. Корректировка вычисленного z вызывает необходимость возврата для корректировки R_n и следовательно, n_max или n_min (или обеих величин). Окончательные значения n_max и n_min надо выбирать с учетом стандартного ряда частот вращения. В качестве варианта желательно также провести расчет и выбор z, n_max и n_min при другом, близком значении .

Пример.

Пусть вычислены n'_max = 1150; n_min' = 50 мин^-1 .

Тогда R'_n = n'_max / n_min = 1150 : 50 = 23.

При ₁ = 1,26

Принимаем z = 16. Тогда R_n = ₁^z-1 = 1,26¹⁵ = 32. Если оставить n_max первоначальным (1150 мин^-1), то получается:

n_min = 1150 :32 = 36.

Если оставить n_min первоначальным (50 мин^-1), то

n_max = 50·32 = 1600 мин^-1.

В стандартном ряде частот вращения для  = 1,26 есть n, равное 31,5; 40 и 50.

Таким образом, возможны следующие пределы частот вращения : n = 31,5...1000, или n = 40...1250, или n = 50...1600.

При том же ₁ = 1,26 можно принять z = 12; тогда определяют другие варианты предельных частот вращения. То же самое можно проделать для ₂ = 1,41.

Все полученные варианты сведены в табл.2.4.

Таблица 2.4.

Предельные частоты вращения n, мин^-1

	z	Вариант
		1	2	3
1,26	16	31,5...1000	40...1250	50...1600
	12	50...630	80...1000	90...1250
1,41	12	31,5...1250	45...1800	63...2500
	9	45...710	63...1000	90...1250

Анализ таблицы показывает, что наиболее предпочтительным вариантом является вариант 1 (z =12;  = 1,41). Другие варианты недопустимы из-за чрезмерного увеличения n'_min или чрезмерного уменьшения n'_max или нежелательны из-за значительного увеличения n'_max.