§ Оптимальный вариант множительной структуры

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.

§ Коробки скоростей со сложенной структурой

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

Z_д

Z₀

Z_д1

Z_д2

3) М₁

I

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.

Построим график чисел оборотов для данного случая:

I II III IV V

z₉/z₁₀

z₅/z₆ муфта n₁₂

n₁₁

z₃/z₄ n₁₀

z₁/z₂ n₉

n₈

z₇/z₈ n₇

n₆

n₅

z₁₁/z₁₂ n₄

n₃

n₂

n₁

z₁₃/z₁₄

Достоинства сложенных структур:

1) Они могут обеспечить большое число ступеней скорости при широком диапазоне регулирования.

2) Высокие скорости передаются короткими кинематическими цепями, что уменьшает потери мощности и повышает КПД.

3) Сложенные структуры дают возможность получить любое число ступеней скорости, даже не кратное 2-м или 3-м

Пример: z = 2 (1 + 3 · 2) = 14

z = 3 (1 + 3 · 2) = 21

z = 3 · 2 (1 + 2 · 2) = 30.