2.12 Кинематическая структура приводов с частичным перекрытием ступеней скорости.

Если в приводе большой диапазон регулирования, и требуемое количество ступеней частот вращения достаточно велико, то в последней групповой передаче диапазон регулирования получится больше допустимого.

Простейшим выходом из этой ситуации является применение так называемых “структур с частичным перекрытием ступеней скорости”.

Например, необходимо разработать кинематику привода со знаменателем ряда =1,41 на 18 ступеней. Если взять привод с такой кинематикой на Z=18, как на рис.2.2 и, следовательно, со структурной формулой Z=3₁3₂2₃, то в последней переборной группе диапазон регулирования будет (как это видно и из рис 2.5):

Можно принять структурную формулу, в которой будет больше групповых передач, но в последних переборных группах уменьшить величину характеристики так, чтобы диапазон регулирования ни в одной группе не выходил за допустимые пределы. При =1,41 такая предельно допустимая характеристика группы будет x=6 (т.к. 1,41⁶8.

Можно, например, принять Z=3₁2₂2₃2₄. Такое произведение дает 24 ступени, но если уменьшить характеристику последней группы, то число различных ступеней тоже уменьшится. Это можно увидеть, построив структурную сетку такого привода (см. рис. 2.14).

Применение структур с частичным перекрытием ступеней дает еще одну интересную возможность. С помощью таких структур можно разрабатывать привод с числом ступеней скорости, не являющимся произведением чисел “два”, ”три”, или ”четыре”. Можно, например, разработать привод на одиннадцать, четырнадцать, пятнадцать, девятнадцать и т. п. ступеней. Для этого, конечно, придется взять формулу структуры, обеспечивающую номинально большее количество ступеней. Однако, если в последней переборной группе, состоящей из двух передач, уменьшить характеристику на k единиц, то ровно на столько же уменьшится номинально возможное число ступеней.

Например, для того, чтобы получить 11 ступеней частот вращения можно принять формулу структуры

Формально в последней переборной группе характеристика должна быть равна

В этом случае получится 12 ступеней. Если же принять характеристику третьей группы равной не 6, а х₃=5, то одна ступень “перекроется”, и в приводе будет всего 11 различных ступеней частот вращения.

При большом количестве перекрываемых ступеней такой прием становится неэкономичным – в приводе оказывается много дублирующих друг друга передач.

Во многих случаях гораздо более удобным оказывается другой широко распространенный прием – применение так называемых “сложенных структур”.

2.13 Кинематическая структура приводов со сложенной структурой

Сложенную структуру применяют в первую очередь тогда, когда диапазон регулирования в последней переборной группе оказывается больше допустимого. В этом случае какая-то передача (или обе передачи) в этой группе будет иметь недопустимо большое или малое передаточное отношение. Выход из ситуации такой – вместо групповой передачи применить две серии одиночных передач, использующих, как правило, различные валы. Такой прием применяется во многих станках с большим диапазоном регулирования, в частности практически во всех универсальных токарно-винторезных станках со ступенчатым регулированием.

В качестве примера ниже рассмотрена простейшая кинематика привода шпинделя станка на 16 ступеней при =1,41. Если применить в этом случае структурную формулу

,

то в последней переборной группе характеристика будет равна 8, а диапазон регулирования , что вдвое больше допустимого. Тогда вместо последней переборной группы можно использовать две серии одиночных передач, причем понижающие передачи разбить на две-три ступени. Это даст возможность применить везде передаточные отношения, остающиеся в допустимых пределах.

На рис. 2.15 показана кинематическая схема привода на 16 ступеней, в котором последняя переборная группа заменена двумя сериями одиночных передач. Три групповых передачи по два передаточных отношения в каждой передают восемь различных ступеней скорости на вал IV. Далее с вала IV вращение можно передать одной передачей непосредственно на шпиндель, вал VII (8 ступеней). Можно также, переключив двойной блок на шпинделе вправо и соединив его с валом VI, передать вращение с вала IV на вал V, на вал VI и далее на шпиндель уже с помощью трех передач. Три понижающих передачи через два дополнительных вала часто называют перебором. Они могут обеспечить весьма малое общее передаточное отношение.

Структурную формулу такого привода записывают обычно так

Первую часть (перед скобками) называют общей частью привода. В данном случае общая часть привода в обеих слагаемых частях одинакова. В целом же привод состоит из двух приводов, имеющих некоторую общую часть.

В данном случае, поскольку за общей частью привода в обеих слагаемых частях одинаковое количество передач, т. е. следуют только одиночные передачи, то структурная сетка для них будет одинаковой, и ее можно изображать только один раз, как показано на рис. 2.16.

Если же в слагаемых частях будет разное количество передач, например, как в станке мод. 1К62

,

то для каждой части привода следует изобразить отдельную структурную сетку.

Пример варианта графика частот вращения для привода с кинематической схемой по рис.2.15 приведен на рис. 2.17.

Здесь принято, что частота вращения шпинделя изменяется от 11,2 об/мин до 2000 об/мин по ряду со знаменателем =1,41, а двигатель вращается с частотой 2850 об/мин.

От электродвигателя М до IV вала изображена общая часть привода, обеспечивающая ступеней частот вращения. Далее может быть включена прямая передача с вала IV на вал VII, В данном случае – это передача с передаточным отношением 1/. На изображении передачи показаны две полудуги в том месте, где она пересекает вертикальные линии валов V и VI. Это означает, что она передает движение, минуя промежуточные валы VI и VII. Прямая передача обеспечивает получение верхней части диапазона частот вращения.

Нижняя часть диапазона получается с помощью трех понижающих передач с передаточным отношением 1/. Они передают вращение последовательно с вала IV на валы V, VI и VII.

Во многих случаях при проектировании привода используют комбинацию двух приемов, т.е. в приводе со сложенной структурой применяют также частичное перекрытие ступеней частот вращения – либо перекрываются ступени двух слагаемых структур, либо перекрытие выполняют в одной из них.

На рис. 2.18 показан пример графика частот вращения для привода со структурой , который обеспечивает не 24, как следует из формулы, а только 22 ступени, за счет того, что две ступени (400 и 500 об/мин) получаются и при включении прямой передачи и при включении перебора.