Технологическое оборудование машиностроительных производств (Схиртладзе, 2002)

Муфты. Муфты слу­ жат для постоянного или периодического соедине­ ния двух соосных валов и для передачи при этом вращения от одного вала к другому. Различают муфты постоянные, слу­ жащие для постоянного соединения валов; сцеп­ ные, соединяющие и разъединяющие валы во время работы; предохра­ нительные, предотвра­ щающие аварии при вне­ запном увеличении на­ грузок; обгона, передаю­ щие вращения только в одном направлении.

Постоянные муфты применяют в тех случаях, когда необходимо соеди­

нить два вала, которые в процессе работы механизма не разъединяются. При этом валы могут быть соединены жестко или с помощью упругих элементов (рис. 28, а — г).

Сцепные муфты применяют для периодического соединения валов, например, в приводе главного движения или приводе подач станков.

Встанках часто применяют сцепные кулачковые муфты в виде дисков

сторцовыми зубьями-кулачками (рис. 28, д) и зубчатые муфты (рис. 28, ё). Недостатком сцепных муфт является то, что при больших разностях скоростей вращения ведомого и ведущего элементов муфты нельзя включить.

Фрикционные сцепные муфты имеют то же назначение, что и кулачковые, но свободны от недостатков, присущих кулачковым муф­ там, т. е. фрикционные муфты можно включать при любых разностях скоростей вращения ее элементов. У фрикционных муфт при перегруз­ ках ведомое звено может проскальзывать и тем самым предотвращать аварии. Наличие нескольких поверхностей трения дает возможность передавать крутящие моменты при относительно малых величинах давления на поверхности трения дисков.

Фрикционные муфты бывают конусные и дисковые. На рис. 28, ж показана фрикционная многодисковая муфта, которую применяют в приводах главного движения и подач металлорежущих станков. При перемещении гильзы 1 влево шарики 6, находящиеся между кониче-

50

^^|^щ щш

а)

-€ ^ ^ ш

Рис. 28. Муфты

скими поверхностями гильзы 1 и неподвижной втулкой 5, давят на диск 2, который, в свою очередь, через упругую шайбу 3 сцепляет подвижные ведущие диски с ведомыми. Для выключения муфты гильзу / отводят вправо и пружины ^отжимают диск 2в исходное положение.

51

Рис. 29. Фрикционная многодисковая электромагнитная контактная муфта

На рис. 28, 3 показана втулочная муфта со штифтом 7, а на рис. 28, и —

фланцевая соединительная муфта.

Общий вид фрикционной многодисковой контактной магнитной муфты показан на рис. 29. Муфта имеет катушку 4 электромагнита, в которую подается постоянный электрический ток через контактные щетки, прижимаемые щеткодержателями к тоководящим кольцам 2, расположенным во втулке 3. Если кольцо одно, то один вывод катушки припаивают к нему, а второй — к корпусу 7 муфты. В этом случае ток замыкается через детали муфты и механизмы станка.

При наличии двух колец оба вывода катушки припаивают к коль­ цам. Когда в катушку 4 подается электрический ток, якорь 5 переме­ щается влево, притягивается к корпусу 7 и с помощью тяг, проходящих через наружные пазы втулки 13, перемещает влево нажимной диск 9. Диск 9 сжимает пакет фрикционных дисков <? и 7 и прижимает их к регулировочной гайке 6, которая застопорена винтом 14. Внутренние диски на обоих торцах имеют фрикционные накладки из порошкового материала, а также спиральные канавки одного направления для циркуляции масла. Диски посажены на шлицевую втулку 7J и свободно вращаются относительно поводка 10. Наружные диски сцепляются с поводком 10, цилиндрический обод которого имеет пазы и находится в свободном положении относительно наружной поверхности шлицев втулки 13. Подвижные штифты 12 с пружинами 77 служат для отвода вправо нажимного диска 9 и якоря 5 при отключении муфты.

Предохранительные муфты предназначены для предохранения ме-

52

ханизмов станков от аварий при перегрузках. У муфт, показанных на рис. 28, 3, и, предохраняющим зве­ ном является штифт, сечение кото­ рого рассчитывается в зависимости от передаваемого крутящего момен­ та. При перегрузках этот штифт сре­ зается, происходит разрыв соот­ ветствующей кинематической цепи станка и тем самым предотвращает­ ся повреждение деталей станка.

личных движений (медленного — рабочего и быстрого — вспомога­ тельного), которые осуществляются по двум отдельным кинематиче­ ским цепям. Муфта обгона позволяет включить цепь быстрого хода, не включая цепь рабочего движения. В качестве муфт обгона можно использовать храповые механизмы, а также механизмы с использова­ нием роликов (рис. 30). Муфта обгона роликового типа состоит из закрепленного на валу корпуса (звездочки) 7, наружного кольца или втулки 2, связанной или составляющей одно целое с зубчатым или червячным колесом, шкивом и т. п., а также нескольких роликов 3, помещенных в вьфезах корпуса 1, Каждый ролик отжимается одним

— тремя, в зависимости от длины ролика, штифтами 4 с пружинами 5

внаправлении к узкой части выемки между деталями 1 и 2. Если, например, ведущей частью является втулка 2, то при вращении ее в сторону, указанную на рисунке стрелкой, ролики увлекаются трением

вузкую часть выемки и заклиниваются втулкой и корпусом муфты. В этом случае корпус / и связанный с ним вал будут вращаться с угловой скоростью втулки 2. Если при продолжающемся движении втулки 2 против часовой стрелки валу и корпусу 7 сообщить движение по другой кинематической цепи, направленное в ту же сторону, но имеющее скорость большую по величине, чем скорость втулки 2, то ролики переместятся в широкую часть выемки и муфта окажется расцеплен­ ной. При этом детали 7и 2 будут вращаться каждая со своей скоростью. Ведущим элементом может быть любая из деталей 7 и 2. Если ведущим является корпус, то муфта сцепляется при его вращении по часовой стрелке или когда корпус, вращаясь в этом направлении, опережает втулку.

53

Тормозные устройства. При отключении двигателя движение раз­ личных частей станка продолжается по инерции в течение некоторого времени. Это время в динамике машин называют выбегом. При частом включении и выключении станка оно может составлять значительную долю общего времени работы станка. Чтобы уменьшить такие потери, станки оснащают устройством для быстрого торможения. В современ­ ных станках наибольшее распространение получили механические тормоза, электрические схемы торможения, а также гидравлические тормоза. В качестве тормоза можно использовать любую фрикционную муфту, лишив ее ведомую часть возможности вращаться. Поэтому по своей конструкции механические тормоза принципиально не отлича­ ются от фрикционных муфт. Они могут включаться вручную или автоматически; помещать их целесообразно на самых быстроходных валах. К фрикционным элементам тормозных устройств предъявляют следующие требования: они должны обладать способностью вьщерживать высокие температуры; быть износостойкими в пределах рабочих температур, давлений и скоростей скольжения; обеспечивать постоян­ ство коэффициента трения при повьпыении температуры до 250—400° С

ипри изменении рабочих давлений. В тормозах станков чаще всего применяют такие сочетания материалов фрикционных элементов, как чугун, прессованный асбест, чугун-прессованные медноасбестовые прокладки, фибра по чугуну и др.

Встанках находят применение фрикционные тормоза: конусные, дисковые, с разжимным упругим кольцом или внутренними сегмента­ ми, колодочные, ленточные. Каждый из этих тормозов может быть снабжен гидравлическим или соленоидным управлением. Тормоза первых трех типов сходны по конструкции с соответствующими фрик­ ционными муфтами. Колодочные тормоза по конструкции несложны

инедороги, но из-за малой тормозной поверхности позволяют созда­ вать тормозной момент меньшей, чем у других тормозов при тех же габаритах. Ленточные тормоза вследствие большого угла обхвата тор­ мозного барабана лентой позволяют легко создать большой тормозной момент. Недостатком ленточного тормоза, как и всех одноколодочных тормозов, является одностороннее давление на тормозной вал, в результате чего в его материале возникают напряжения изгиба. Повы­ шается также износ опор этого вала.

Реверсивные механизмы. Направление движения в механизмах станков можно изменять с помощью различных механических, элект­ рических и гидравлических устройств. Наиболее часто применяют реверсивные механизмы с цилиндрическими и коническими зубчаты­ ми колесами. На рис. 31, а, б, в показаны схемы реверсивных меха­ низмов с передвижными зубчатыми колесами, а на рис. 31, г, й, е — с неподвижными колесами и муфтами. В механизме с коническими зубчатыми колесами (рис. 31, ж) реверсирование производится дву-

54

Рис. 31. Схемы реверсивных механизмов

сторонней кулачковой муфтой. Направления вращения показаны на рисунке стрелками.

В некоторых моделях зубообрабатывающих станков применяют реверсивные механизмы, показанные на рис. 31, з. При неизмененном направлении вращения зубчатого колеса составное колесо получает возвратно-вращательное движение.

Гидравлическое реверсирование осуществляется изменением на­ правления потока масла в рабочий цилиндр, чаще всего с помощью направляющих гидрораспределителей; электрическое реверсирова­ ние — путем изменения направления вращения ротора электродвига­ теля привода станка.

Блокировочные устройства. Блокировочные устройства предотвра­ щают ошибочное включение в работу каких-либо механизмов, если такое включение представляет угрозу работоспособности станка, на-

55

пример, включение одно­ временно продольной авто­ матической подачи и ма­ точной гайки токарно-вин- торезного станка или вклю­ чение подачи стола фре­ зерного станка при непод­ вижном шпинделе.

Чтобы исключить по­ следствия неправильных включений, в механизмы вводят блокировочные уст­ ройства, которые, блокируя два (иногда и больше) органа управления, не допускают включения одного из них, если другой уже включен. Данная задача может быть решена с помощью механи­ ческих, гидравлических и электрических устройств.

Рассмотрим конструкцию ряда механических блокировочных уст­ ройств.

На рис. 32 показана блокировка рукояток, закрепленных на парал­ лельных валах / и //. Блокирующими деталями являются диски 7 и 2 с вырезами. Положение дисков (рис. 32, а) является нейтральным. В этом случае возможен поворот любой рукоятки. Если повернуть, например, левую рукоятку (рис. 32, б), то диск Покажется запертым и повернуть его не представляется возможным до возвращения диска 7

впервоначальное положение.

Спомощью аналогичных устройств могут быть блокированы также взаимно перпендикулярные валы. На рис. 33 показано положение, при котором заблокирован вал //. Для его поворота необходимо предвари­ тельно вал 7 повернуть по стрелке на угол а в нейтральное положение.

Механизмы суммирования движения. Для суммирования движений на одном звене в кинематические цепи некоторых станков вводят специальные механизмы. В качестве таких механизмов используют винтовые пары, реечные и червячные передачи, дифференциалы с цилиндрическими и коническими зубчатыми колесами.

На рис. 34, а, б показаны две схемы дифференциальных механиз­ мов, составленных из цилиндрических колес. На валах / и III{рис. 34, а) жестко установлены зубчатые колеса 1 и 4в зацеплении. Движение от валов I и II суммируется на валу ///. Вращение ведомого вала III можно себе представить состоящим из двух движений: первое он

56

редаточное отношение

от ведущих звеньев / и // к ведомому звену /// /j -П1 = (Z,/^) . (Z3/2;); /„_,„ = 1 + \{Z,IZi) • (Z3/Z,)].

Другой механизм (рис. 34, 6) отличается от предьщущего формой водила 5. Вместо блока сателлитных колес 2 и J здесь установлено одно удлиненное колесо J на оси 6i\ промежуточное колесо 2. Передаточное отношение механизма от звеньев Ivi Пк звену III ii^m = Zx/Z^\ /11in=

= 1 + {ZJZ,).

Большое распространение получил конический дифференциал (рис. 34, в). На валу /жестко установлено коническое зубчатое колесо 1. Вал // полый связан с коническим колесом 3. Вал /// имеет поперечную ось с двумя колесами 2. Числа зубьев всех колес одина­ ковы, поэтому передаточное отношение от вала /или / / к валу ///

'i - III ~ 'п - 1п ^ 1/2.

В коническом дифференциале (рис. 34, г) поперечная ось с сателлитными колесами 2 смонтирована в водиле 4, связанном с валом //. Передаточное отношение от звеньев 1и Пк звену III i\-.\\\ = 1; /n-ni= = 2.

Механизмы прямолинейного движения. В металлообрабатывающих станках для осуществления прямолинейных движений преимуществен­ но используют следующие механизмы: зубчатое колесо-рейка, червякрейка, ходовой винт-гайка, кулачковые механизмы, гидравлические устройства, а также электромагнитные устройства типа соленоидов.

Механизм зубчатое колесо-рейка применяют в приводе главного движения и подачи, а также в приводе различных вспомогательных перемещений. Передача зубчатое колесо 1 — рейка 2 (рис. 35) обладает большим передаточным отношением и высоким КПД. Рейка 2 может

57

• / / /

-\^\-П1

Рис. 34. Суммирующие механизмы

быть связана либо с подвижным рабочим органом J, либо с неподвиж­ ной станиной.

Передача червяк 7 — червячная рейка 2 (рис. 36) обеспечивает большую плавность движения рабочих органов, высокую степень редукции, но небольшой КПД. Применяют два типа этих механизмов: с расположением червяка под углом к рейке, что позволяет (для большей плавности хода подачи) увеличить диаметр колеса и ведущего колеса, и с параллельным расположением в одной плоскости осей червяка и рейки, когда рейка служит как бы длинной гайкой с неполным углом охвата винта-червяка.

Условие работы этой передачи благоприятнее условий работы передачи зубчатое колесо-рейка.

Механизм ходовой винт-гайка осуществляет преобразование вра­ щательного движения винта 7 в прямолинейное поступательное дви­ жение гайки 2с суппортом 3. Различают механизмыходовой винт-гайка качения и скольжения. Винтовые пары скольжения из-за больших потерь при скольжении в резьбе (рис. 37) и связанного с ним изнаши­ вания заменяют винтовыми парами качения. Они имеют малые потери на трение, высокий КПД, кроме того, в них полностью устранены зазоры в резьбе в результате создания предварительного натяга. Замена трения скольжения трением качения в винтовой паре возможна либо при использовании вместо гайки роликов, свободно вращающихся на своих осях, либо при применении тел качения (обьино шариков). Шарики перекатываются в канавках ходового винта и гайки. Как

58

/ттчтет:

Правило, в шариковых парах применяют устройства для выборки зазоров и создания предварительного натяга.

Гидростатическая передача ходовой винт-гайка (рис. 38) работает в условиях трения со смазочным материалом. В этой передаче износ винта и гайки практически отсутствует. Передача практически безза­ зорная, обеспечивает повышенную точность. КПД передачи 0,99. Однако по сравнению с «передачей ходовой винт-гайка трения», «ходовой винт-гайка качения» имеет меньшую жесткость и несущую способность вследствие наличия масляного клина.

В приводах движения подачи и во вспомогательных кинематиче­ ских цепях широко применяют кулачковые механизмы. В большинстве случаев циклы осуществляемых прямолинейных перемещений много­ кратно повторяются при непрерывном вращении кулачков с постоян­ ной угловой скоростью. При этом характер движения ведомого звена может быть установлен соответствующим профилированием кулачка.

Кулачки 1 могут быть связаны с подвижным рабочим органом 3 непосредственно через палец 2 (рис. 39, а) или через промежуточную передачу (рис. 39, б). В этом случае кулачок 1 находится в контакте с роликом двухплечевого рычага 2, имеющего в верхней части зубчатый сектор, связанный с рейкой 3. При повороте рьиага 2с сектором вокруг точки О суппорт перемещается в направлении, показанном стрелкой. Пружина 4 обеспечивает контакт ролика с кулачком и осуществляет обратный ход суппорта.

Форма профиля кулачков зависит от принятого закона движения исполнительного органа. Рабочие участки профиля, осуществляющего равномерное перемещение ве­ домого звена, очерчивают по спирали Архимеда.

59