Вопрос 32: Простые и сложные структуры коробок скоростей. Переборная группа.

Сложенные структуры. Как указывалось выше, обычная множительная структура привода станка состоит из последовательно включенных групп передач и число ступеней скорости такой структуры определяется ее с структурной формулой где z — число ступеней скорости привода; Р_а, Р_b, Р_с,…, Рk -числа передач в группах.

Структура, представляющая собой сумму двух или более множительных структур, называется сложенной. В этом случае число ступеней скорости привода равно сумме чисел ступеней скорости всех составляющих ее множительных структур. Структурная формула сложенного

+ + …,

где z — число ступеней скорости сложенного привода; , , …,- числа ступеней скорости составляющих структур.

Обычно у структур , и т. д. есть общая часть . Тогда

Например, при двух составляющих структурах = + или = + = ( + ).

Структура называется основной и используется при получении всех ступеней скорости на выходе привода. Структуры и называются дополнительными и используются каждая для получения только части ступеней скорости на выходе привода (например, одна—для высших, другая—для низших ступеней скорости). Число дополнительных структур в приводе может быть любым. Однако при увеличении числа дополнительных структур привод станка усложняется, поэтому обычно применяют не более двух.

Основная и дополнительные структуры состоят из ряда последовательно соединенных групп передач. Следовательно: структурная формула основной структуры структурные формулы дополнительных структур

Достоинствами сложенной структуры привода являются: расширение диапазона регулирования привода; укорачивание цепи передач на высоких ступенях скорости, что уменьшает потери на трение; возможность применения различных типов передач на шпиндель для высоких и низких частот вращения.

На рис. 50 дана классификация сложенных структур, а на рис. 51-55 — схемы сложенных структур.

Параллельно-последовательное соединение дополнительных структур усложняет привод и не дает строгого геометрического ряда ступеней скорости, поэтому в станках применения не находит.

Определение числа вариантов структуры сложенного привода имеет большое значение, так как конструктор, проанализировав все варианты, может выбрать оптимальный.

Как указывалось выше, вариантность структуры зависит от конструктивного порядка расположения групп и кинематического порядка включения передач. Для обычных множительных структур

В сложенных структурах число вариантов будет гораздо больше. Число конструктивных вариантов для основной структуры

где k° — число групп передач; т° — число групп с одинаковым числом передач.

Соответственно для первой и второй дополнительных структур. Если учесть, что основная структура может быть конструктивно расположена как впереди (рис. 56, а), так и после (рис. 56, б) дополнительных структур, то общее число конструктивных вариантов

Для структур классов Б и В

Для структур вида А1 и А2 класса А

Для структур вида АIII класса А (обычная множительная структура)

Приводы со сложенной структурой могут иметь к групп передач, т. е. к = к⁰ + к' + к " . Причем каждая группа может быть основной первой, второй и т. д. переборной. Значит, число кинематических вариантов

Общее число вариантов привода

Для структур видов А1 и А2

Для структур видов Б1, Б2, В1 и В2

Для структур вида Б III

Структура вида А III—обычная множительная структура.

Построение структурных сеток и графика частот вращения. Для построения структурных сеток и графика частот вращения сложенного привода, как и в случае привода, имеющего множительную структуру, необходимо сначала записать варианты структурных формул и определить характеристики групп передач привода. В сложенной структуре кинематические номера (т. е. порядок включения передач) должны начинаться в основной структуре и затем переходить в дополнительные. Значит, характеристики групп основной структуры можно определять так же, как и в обычной множительной структуре.

Характеристики групп дополнительных структур определяются следующим образом. В структурах класса Л одна дополнительная структура. Характеристика любой ее группы равна произведению чисел передач, предшествующих ей групп и чисел скоростей основной структуры. Например, для = (1+ )=2*3(1+2*2) ( =2*3=6 и =2*2=4) вариант структурной формулы

В структурах класса Б две дополнительные структуры, соединенные параллельно. Характеристики групп первой и второй дополнительных структур определяют так же, как и для структуры класса А. Например, для

= (1+ + )=2*2(1+2*2+3*2) ( =2*2=4; =2*2=4; =3*2=6) вариант структурной формулы

В структурах класса В две дополнительные структуры, соединенные последовательно. Характеристики групп первой дополнительной структуры определяются так же, как и для структур класса Б. Характеристика любой группы второй дополнительной структуры равна произведению чисел передач предшествующих ей групп, а также передач основной и первой дополнительной структур. Например для = (1+ + )=2 (1+2*2+2*2*3*2) ( =2; =2*2=4; =2*2*3*2=24) вариант структурной формулы

Как упоминалось выше, сами основная и дополнительные структуры являются обычными множительными. Поэтому структурные сетки и график частот вращения для них строят так же, как и для обычных множительных структур. Отличием является только то, что для каждой составляющей структуры сетки строят отдельно и располагают одну над другой (или рядом) в пределах своего диапазона регулирования.

В качестве примера рассмотрим сложенный привод токарно - винторезного станка 1К62 (рис. 57) .Основная структура передает на шпиндель шесть частот вращения:

через постоянную передачу

Дополнительная структура состоит из двух групп передач

связанных со шпинделем через постоянную передачу

Структурная формула привода (рис. 57, г)

= i + i = ( i + i )=2*3(1+2*2*1)=30

Вариант структурной формулы

Ввиду того, что семь скоростей совпадают, привод имеет 23 скорости.

Выбор оптимального варианта привода. Оптимальным является привод, который при одинаковых числах ступеней скорости имеет: большее число ступеней, получаемых через короткие кинематические цепи; наименьшее число деталей (зубчатых колес, валов, муфт и т. п.); меньшие диапазоны регулирования групп передач.

Механизмы со связанными зубчатыми колесами. Связанными являются такие зубчатые колеса, которые принадлежат двум смежным группам передач, т. е. работают как ведущими, так и ведомыми.

При применении одного связанного колеса (рис. 58, а) число колес в приводе сокращается на одно и немного уменьшаются габаритные размеры механизма. В этом случае кинематический расчет почти такой же, как и у механизмов без связанных колес. Использование двух связанных колес (рис. 58, б) сокращает число колес на два и осевые размеры механизма на ширину четырех зубчатых колес. Кинематический расчет такого механизма совер- шенно иной, чем у механизмов без связанных колес. В механизме с тремя связанными колесами (рис. 58, в) число зубчатых колес привода уменьшается на три и осевые размеры механизма на ширину семи зубчатых колес. Однако при этом не обеспечивается изменение скоростей по геометрическому ряду; поэтому в станках механизмы с тремя связанными колесами почти не применяют.

В некоторых случаях, например в механизмах с вытяжными .шпонками, механизмах с цилиндро-коническими передачами, могут быть применены четыре и больше связанных зубчатых колес.

В связи с тем, что связанные зубчатые колеса работают одновременно как ведущие и ведомые, условия нагружения их специфичны; это необходимо учитывать при прочностных расчетах. Cвязанные зубчатые колеса дают возможность снизить трудоемкость изготовления, уменьшить металлоемкость и осевые габаритные размеры коробок скоростей, поэтому целесообразно применять их всегда, когда это возможно по конструктивным или другим соображениям.

Структуры с частичным совпадением и выпадением скоростей .Выше указывалось, что в обычных множительных структурах характеристики групп передач следующие: основной х₀ = 1, первой переборной х₁ = Р₁, второй переборной х₂ = Р₁Р₂ и т. д. (рис. 59, а). При этом иногда диапазон регулирования последней переборной группы оказывается больше допустимого. В этих случаях для сохранения принятой множительной структуры, за счет сокращения общего диапазона регулирования, уменьшают характеристику последней переборной группы до допустимых значений; это ведет к совпадению ряда скоростей на последнем валу (рис. 59, б) и уменьшению общего числа ступеней скорости привода. Если уменьшить характеристику не последней переборной, а другой группы, то скорости будут совпадать на ведомом валу данной группы, а на последнем валу они будут выпадать (рис. 59, в). Но в некоторых случаях сокращение числа ступеней скорости на последнем валу происходит без выпадения скоростей (рис. 59, г).

Если же искусственно увеличить характеристику основной группы, то произойдет выпадение скоростей по концам диапазона регулирования (рис. 59, д). В данном случае получается привод с двумя значениями φ : φ в середине и φ по концам. Структуры с выпадением скоростей в середине диапазона регулирования привода практического применения не находят, так как в станках в основном используют среднюю часть диапазона. Структуры с выпадением скоростей по концам диапазона регулирования используются часто.

Механизмы со ступенями возврата. В коробках скоростей и подач станков часто применяют ступени возврата.

На рис. 60 показаны график частот вращения и часть кинематической схемы коробки подач станка 6П80Г. В этой схеме предусмотрены ступени возврата.