4.2. Сочетание ступенчатого и бесступенчатого регулирования.
Недостатком большинства средств бесступенчатого регулирования скорости является ограниченность диапазона регулирования Rб. У механических вариаторов и двигателей постоянного тока при значительной мощности обычно Rб < 4. Чтобы использовать преимущества бесступенчатого регулирования и охватить большой диапазон регулирования привода Rn, к регулируемому двигателю или вариатору добавляют коробку передач на несколько ступеней.
На рис. 4.4,а показана структурная сетка для электродвигателя постоянного тока в сочетании с коробкой передач на число ступеней z = 6. При переключении коробки на соседнюю скорость последняя должна меняться в Rб раз, если нет разрывов или перекрытий. Следовательно, знаменатель ряда скоростей у коробки передач к = Rб , а диапазон ее регулирования Rк = z-1k = Rz-1б. Общий диапазон регулирования привода Rn = Rk Rб = Rz-1б Rб = Rzб. Отсюда формула для числа ступеней z=lg Rn/lg Rб. Структура по рис. 4.4, а при Rб=2 способна обеспечить Rn=26=64.
Рис. 4.4. Структурные сетки при бесступенчатом регулировании :
а - электродвигателем постоянного тока; б - механическим вариатором.
Проскальзывание, свойственное вариаторам, или нежесткость механической характеристики двигателя могут несколько сократить диапазон Rб при изменении нагрузки, что грозит появлением разрывов в ряду скоростей на выходе привода. Во избежание этого предусматривают небольшое перекрытие частей диапазона, получаемых при переключении передач в группе (рис. 4.4, б) Для этого принимают = k Rб , где k = 0,95...0,98. Тогда Rn = kz-1 Rzб .
4.3. Множительная структура с двумя знаменателями
(с ломаным геометрическим рядом) .
Для универсальных станков возникает необходимость иметь густой ряд частот вращения для обработки определенной номенклатуры материалов. Как правило, такой густой ряд находится в центральной части диапазона регулирования Rn . При построении такой структуры весь диапазон регулирования разбивается на три участка: два крайних участка образуют ряд со значением показателя геометрической прогрессии "1 " и один центральный с "2 ". Причем 1 > 2 и их значения выбираются из соотношения:
1 = 22 или 2 = 11/2 . (4.3)
Такое построение геометрического ряда частот вращения при графоаналитическом методе обеспечивается искусственным изменением характеристики последней переборной группы из соотношения:
(4.4)
Рис. 4.5. Структурная сетка и кинематическая схема коробки передач с одинарным перебором (а и б), структурная сетка коробки передач с двойным перебором (в)
Рис. 4.6. Структурная сетка (а) и график частот вращения (б) коробки передач с двумя φ
Рис. 4.7.рафик частот вращения коробки передач с двумя и тремя φ
для двух
φ ;
для трех φ
.
где z - число ступеней скорости проектируемого привода;
u - количество ступеней скоростей со знаменателем2.
Пример. Построить структурную сетку и ГЧВ для привода с z=12, причем восемь ступеней скорости со знаменателем = 1,12.
По формуле (4.3) определяем знаменатель
1 = 22 = 1,122 = 1,26.
Принимаем структурную формулу в общем виде
z = 3 · 2 · 2
Для написания развернутой структурной формулы (с характеристиками) по формуле (4.4) определяем характеристику последней переборной группы
(4.5)
Тогда развернутая структурная формула будет иметь вид:
z = 12 = 31 · 23 · 22,5
В соответствии с этой формулой строим структурную сетку (4.6,а) и график частот вращения (рис.4.6,б). Передаточные отношения определяются и выражаются либо через 1, либо через 2.
4.4. Множительная структура с изменением характеристик в основной группе и с двумя характеристиками в последней переборной группе
В некоторых случаях при эксплуатации станков желательно иметь тонкое регулирование на малях скоростях вращения шпинделя и более грубое - на больших (приводы с насыщением нижней части диапазона регулирования). Для достижения этой цели при кинематическом расчете привода, в последней переборной группе, при наличии в ней не менее трех передач, искусственно назначают две характеристики, характеристику же основной группы назначают больше единицы. На рис.4.7а показан вариант ГЧВ на 12 ступеней скорости, построенный по структурной формуле z = 12 = 22 · 24 · 31;8. Из ГЧВ видно, что в нижней части диапазона ступени скорости с n1 по n8 включительно составляют геометрический ряд со знаменателем 1, а в верхней части диапазона ступени скорости с n8 по n12 составляют геометрический ряд со знаменателем 2 = 21