Расчет коробки скоростей металлорежущих станков - ABCD42.RU

Расчет коробки скоростей металлорежущих станков

Практическое занятие Кинематический расчет коробок скоростей

Новые аудиокурсы повышения квалификации для педагогов

Слушайте учебный материал в удобное для Вас время в любом месте

откроется в новом окне

Выдаем Удостоверение установленного образца:

Практическое занятие

Кинематический расчет коробок скоростей

Цель: Научиться производить кинематический расчет коробок скоростей металлорежущих станков

Краткие теоретические сведения

Коробка скоростей металлорежущего станка предназначена для того, чтобы обеспечивать такой ряд выходящих скоростей, при котором можно вести обработку с оптимальными режимам. Например, для чистовых операций требуется высокая скорость шпинделя и малая подача, а для черновых операций – низкая скорость шпинделя и большая.

Широкий диапазон диаметров обрабатываемых изделий и инструментов, а также разнообразие сочетаний металлов пары инструмент-деталь требует широкого диапазона изменения выходной скорости и мелкого шага её измерения.

Другой важный аспект при конструировании приводов металлорежущих станков в обеспечении минимальной стоимости и объема коробки скоростей. Проектировки кинематических схем, определяющих основные технические характеристики современных металлорежущих станков, обычно ограничивается рассмотрением одного – двух вариантов, построенных часто по аналогии с существующими, при этом выбранная схема может значительно отличаться от оптимальной.

Кинематическим расчётом коробок скоростей обеспечивается закономерность в получении ряда частот вращения шпинделя. На кинематических схемах указываются числа зубьев зубчатых и червячных колёс и их модули, числа заходов червяков, шаги ходовых винтов, диаметры шкивов, мощности и частоты вращения валов двигателей.

С помощью последовательно включаемых групп передач достигается геометрический ряд частот вращения, который позволяет увеличивать диапазон регулирования привода, число ступеней скорости шпинделя и уменьшить число передач для настройки.

Для расчёта коробок скоростей применяются графоаналитический и аналитический методы.

В основном используется графоаналитический метод, который позволяет быстрее найти и сравнить возможные варианты решения. Преимущество этого метода заключается в наглядности и простоте.

Методика кинематического расчёта коробок скоростей

Прочесть кинематическую схему. Определить где находится источник движения, какие передачи учувствуют в передачи движения, где конечное звено или шпиндель.

Необходимо учесть следующие положения:

все показанные на схеме элементы должны быть задействованы в работе;

сумма зубьев вступающих в работу элементов двух соседних валов должна быть одинаковой (для зубчатых пар колес с одинаковым модулем);

должна быть исключена возможность одновременной передачи двумя способами между соседними валами

Составляем уравнение кинематического баланса привода главного движения в развернутом виде

Уравнение кинематического баланса – это математическое выражение связи движений ведущего и ведомого элементов (начального и конечного звеньев) кинематической цепи станка. В него входят составляющие, характеризующие все элементы цепи от начального до конечного звена.

Определяем число ступеней регулирования m привода главного движения. Число ступеней регулирования определяется произведением числа групп передач.

Решаем уравнение кинематического баланса привода главного движения с помощью табличного способа

Определяем диапазон регулирования R n , знаменатель ряда частот вращения φ, относительную потерю скорости А для привода главного движения.

Диапазон регулирования частот вращения шпинделя характеризует эксплуатационные возможности станка и определяется отношением наибольшей частоты вращения шпинделя станка к наименьшей:

Значения частот вращения от n min до n max образуют ряд.

В станкостроении, как правило, применяют геометрический ряд , в котором смежные значения n различаются в φ раз (φ — знаменатель ряда: n 1 /n 2 = n 2 /n 3 = n 3 /n 4 =. = n φ-i /nj = φ).

При выборе знаменателя ряда необходимо учитывать следующее:

1) значения знаменателей ряда нормализованы;

2) отраслевой стандарт ОСТ 2 Н11-1-72 рекомендуют применять в основном знаменатели ряда φ = 1,26; 1,41;1,58;

3) при проектировании станков средних размеров в большинстве случаев принимают значения знаменателя ряда φ = 1,26 или φ =1,41, так как они обеспечивают необходимые эксплуатационные условия;

4) если в цепи привода предусмотрены сменные зубчатые колёса, то можно принимать значения знаменателя ряда φ = 1,06; 1,12 и 1,26. Это относиться в основном к станкам для массового и серийного производства, когда станок редко перестраивается;

5) в станках с большими диаметрами обрабатываемых деталей необходимо применять наименьшие значения ряда (1,06; 1,12 и 1,26), а в станках с малыми диаметрами обрабатываемых деталей – большие (1,58 1,78);

6) желательно, чтобы число ступеней частот вращения было произведением множителей 2 и 3 (две или три передачи в группе, то есть между двумя валами), а также выполнялось условие

Этому условию соответствуют значения S=2, 3, 4, 6, 8, 9, 12, 16, 18, 24, 27, 32, 36;

7) в целях упрощения конструкции коробки скоростей можно применять многоскоростной электродвигатель, однако это не всегда целесообразно, так как при этом желательно иметь одинаковые значения знаменателя ряда у коробки и электродвигателя;

8) коробки скоростей универсальных станков должны иметь большее число ступеней скорости, меньшее значение знаменателя φ, так как они предназначаются для обработки многих деталей и для выполнения различных работ.

Коробка скоростей специального станка может иметь небольшое число ступеней скорости, так как эти станки создаются для обработки определенных деталей или же для выполнения отдельных операций.

Строим структурную сетку и график частот вращения на ней.

Для графического изображения кинематических связей приводов металлорежущих станков, а также для определения конкретных значений передаточных отношений всех передач привода и частот вращения всех его валов строят график частот вращения шпинделя.

Построение графика начинают с создания структурной сетки. Сетка строится в соответствии с кинематической схемой привода станка и состоит из вертикальных и горизонтальных линий.

Число вертикальных линий сетки должно равняться числу всех валов привода, включая вал электродвигателя.

Горизонтальные линии проводят на расстоянии равном lgφ . Число горизонтальных линий должно равняться числу частот вращения вала шпинделя. Горизонтальным линиям (снизу вверх) присваивают значения частот вращения вала шпинделя от n 1 до n max .

График частоты вращения строится на структурной сетке с использованием лучей. Лучи, проведенные между вертикальными линиями, обозначают передачу между двумя валами привода с соответствующим передаточным отношением.

Структурная сетка содержит следующие данные о приводе:

количество групп передач;

число передач в каждой из групп;

передаточное отношение всех передач и всего привода при всех частотах вращения шпинделя;

число возможных частот вращения всех валов при всех включениях передач;

диапазон регулирования каждой группы передач, каждого вала и всего привода.

Записать методику кинематического расчёта коробок скоростей

Нарисовать кинематическую схему, согласно своему варианту.

По представленной выше методике выполнить кинематический расчет коробки скоростей металлорежущих станков, согласно своему варианту.

Расчет коробки скоростей металлорежущих станков (стр. 1 из 7)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІИНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра: «Металорежущиеверстати и инструменты «

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине: «Металлообрабатывающее оборудование «

на тему: «Расчет коробки скоростей металлорежущих верстатов «

Студент гр. МВС-03а

ПроверилГусев В. В.

Курсовой проект: 29 с., 4 табл., 10 рис., 10 источников, 4 приложения.

Объект исследования – автоматическая коробка скоростей горизонтально- фрезерного станка.

В курсовом проекте выбран электродвигатель, определены передаточные отношения каждой ступени коробки, а также мощности, крутящие моменты, частоты вращения каждого вала. Рассчитаны модули для каждой передачи. Определены основные размеры зубчатых колес. Спроектированы передачи и проведен расчет наиболее нагруженного вала. Выбрана система смазки. Выбраны электромагнитные муфты и подшипники качения, а также выбраны и рассчитаны шпоночные и шлицевые соединения. Выполнены чертежи развертки коробки подач, свертки, общего вида горизонтально- фрезерного станка, кинематическая схема, структурная сетка и график частот вращения.

СТАНОК,ВАЛ, ПОДШИПНИК, КОРОБКА СКОРОСТЕЙ, ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ МУФТА, ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО, ПЕРЕДАТОЧНОЕ ОТНОШЕНИЕ, МОДУЛЬ

ЗАДАНИЕ

Спроектировать автоматическую коробку скоростей горизонтально- фрезерного станка.

Основной размер 200×800 – размер стола.

Знаменатель геометрической прогрессии:

Предельные значения частот вращения шпинделя:

СОДЕРЖАНИЕ

1. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ КОРОБКИ СКОРОСТЕЙ

1.1 Определение диапазона регулирования

1.2 Выбор структурной формулы коробки подач

2. ВЫБОР ПРЕДЕЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ

2.1 Определение операций выполняемых на станке

2.2 Предварительное определение мощности электродвигателя

2.3 Выбор электродвигателя

3. РАССЧЕТ ЧИСЕЛ ЗУБЬЕВ ПЕРЕДАЧ

3.1 Определение чисел зубьев передач

3.2 Определение КПД коробки передач

4. КОНСТРУИРОВАНИЕ ВАЛОВ

4.1 Крутящие моменты на валах

4.2 Определение диаметров валов

4.3 Выбор материала для валов

5. Расчет передач

5.1 Назначение материала зубчатых колес

5.2 Проектный расчет

5.3 Определение основных параметров зацепления

6. ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ШЕСТОГО ВАЛА

6.2 Эпюры изгибающих и крутящих моментов

6.3 Расчет вала на усталостную прочность

7. ВЫБОР И РАСЧЕТ ШПОНОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

7.1 Выбор шпоночных и шлицевых соединений

7.2 Расчет шпоночного соединения

8. ВЫБОР И РАСЧЕТ ПОДШИПНИКОВ

8.1 Выбор подшипников

8.2 Проверочный расчет подшипников расчетного вала

9. ВЫБОР И РАСЧЕТ МУФТ

10. Разработка системы управления

11. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИСТЕМЫ СМАЗКИ

ВВЕДЕНИЕ

Перед станкостроением всегда будет стоять задача – создание металлорежущих станков, отвечающих современным требованиям машиностроения. Следовательно, требуется создание станков высокой производительности, точности и экономичности.

Читайте также  Скульптура, ее виды и особенности

В настоящее время наблюдается тенденция на повышение уровня автоматизации производственных процессов. В производство все более внедряется автоматизированное оборудование, работающее без непосредственного участия человека или значительно облегчающее труд рабочего. Это позволяет значительно сократить трудоемкость производственного процесса, снизить себестоимость выпускаемой продукции, увеличить производительность труда. Поэтому главная задача инженеров — разработка автоматизированного оборудования, расчет его основных узлов и агрегатов, выявление наиболее оптимальных технических решений и внедрение их в производство.

Целью данного курсового проекта является разработка автоматической коробки скоростей горизонтально – фрезерного станка, переключение передач в которой осуществляется при помощи электромагнитных муфт.

1. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАССЧЁТ КОРОБКИ СКОРОСТЕЙ

1.1 Определение диапазона регулирования

Определяем диапазон регулирования по формуле:

Определяем число ступеней коробки скоростей:

1.2 Выбор структурной формулы коробки подач

Выбираем структурные формулы по числу ступеней

Таблица 1.1 – Варианты коробок скоростей с заданными параметрами.

Структурная формула Вид структуры Основные показатели привода
Кол-во зубчатых колес Кол-во валов Кол-во блоков шестерен Кол-во ступеней скорости Кол-во муфт
3×(0+2+3×2) БШ-2 22 5 4 6
2×2×(0+3+3) БШ-4 22 6 4 12
2×(0+2×2+2×2×2) БШ-7 26 7 6 6

Рисунок 1.1 – Структурная сетка вид ВШ-2.

Рисунок 1.2 – Структурная сетка вид БШ-7.

Рисунок 1.3 – Структурная сетка вид БШ-4.

Итак, выше приведены три варианта кинематической структуры коробки скоростей. Из всех вариантов кинематической структуры привода, дающих одно и то же число скоростей лучшим является тот, который имеет:

-Наименьшее количество зубчатых колес, валов, блоков колес, сцепных муфт.

-Меньшие диапазоны регулирования групп передач, что позволит избежать предельных значений частных передаточных отношений.

-Короткие кинематические цепи, повышенный КПД.

Таким образом, наилучшим из приведенных вариантов является первый.

В соответствии со знаменателем прогрессии φ=1,26 выбираем стандартный ряд скоростей: 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500, 3150, 4000.

Рисунок 1.4 – Схема коробки скоростей БШ-2.

По данным таблицы 1.1 и рисунку 1.4 строим структурную сетку коробки скоростей. Исходя из условия минимизации металлоёмкости и габаритов, передаточные отношения в коробках скоростей ограничены условием

Рисунок 1.5 – График скоростей.

2. ВЫБОР ПРЕДЕЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ

2.1 Определение операций выполняемых на станке

На данном станке возможно выполнение следующих основных технологических операций:

— Фрезерование цилиндрическими фрезами плоскостей;

— Прорезание пазов и отрезка;

2.2 Предварительное определение мощности электродвигателя

Предварительная мощность электродвигателя главного движения определяем по формуле:

Методические указания по организации и проведению практической работы по теме «Кинематический расчёт коробки скоростей» дисциплины «Технологическое оборудование» специальности «Технология машиностроения»

Министерство общего и профессионального образования

Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение Свердловской области «Карпинский машиностроительный техникум»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по организации и проведению практической работы № 1

«Кинематический расчет коробки скоростей»

по дисциплине «Технологическое оборудование»

специальности «Технология машиностроения»

(для студентов очной и очно-заочной формы обучения)

преподаватель общепрофессиональных дисциплин

высшей квалификационной категории

Кених Людмила Александровна

Введение3

1.Теоретические основы организации и проведения

2. Разработка методики и содержания практического занятия6

2.1. Разработка плана практического занятия

«Кинематический расчет коробки скоростей»6

2.2.Методические указания к выполнению

практической работы «Кинематический расчет

2.2.1. Выбор задания9

2.2.2. Выбор и обоснование кинематической схемы станка9

2.2.3. Структурная формула12

2.2.4. Кинематическая схема14

2.2.5. Оптимальный вариант выбора коробки скоростей15

2.2.6. Определение частот вращения шпинделя15

2.2.7. Построение структурной сетки16

2.2.8. Построение графика частот вращения17

2.2.9. Расчет чисел зубьев18

2.2.10. Выбор электродвигателя19

2.2.11. Пример оформления практической работы20

Заключение25

В ходе усвоения теоретических знаний надо обеспечить не только прочность, глубину и умение применять их на практике при проведении практических работ.

Практическое занятие — это метод обучения, направленный на формирование и развитие навыков и умений применять теоретические знания.

Применение теоретических знаний способствует более свободному владению ими, усиливает мотивацию учения, раскрывает практическую значимость изучаемых вопросов, делает знания более прочными, действенными и оттого реально осмысленными.

При выполнении практических работ у студентов формируются не только сознательное и прочное усвоение системы знаний, но и формируются умения применять их на практике, развитие самостоятельного мышления, наблюдательности и других познавательных способностей учащихся, овладение элементами культуры умственного и физического труда.

Целью данной методической разработки, является разработка методических указаний для проведения практического работы № 1 по теме «Кинематический расчет коробки скоростей», разработка методического обеспечения, разработка методики для проведения практического занятия, составление алгоритма расчета.

Данная практическая работа «Кинематический расчет коробки скоростей» необходима для закрепления теоретических знаний; формирования умений и навыков производить расчет коробки скоростей – выбирать и обосновывать кинематические схемы станка, выбирать оптимальный вариант коробки скоростей, определять частоту вращения шпинделя, строить кинематическую схему, структурную сетку и график частот вращения, производить расчет чисел зубьев, выбирать электродвигатель.

Пользуясь разработанными методическими указаниями, студент самостоятельно сможет овладеть знаниями и умениями кинематического расчета коробки скоростей и выполнить практическую работу.

Теоретические основы организации и проведения практических занятий

Практическими занятиями называют метод обучения, направленный на формирование и развитие навыков, умений применять теоретические знания в практической деятельности.

Этот метод приобретает особую значимость при изучении технических и технологических дисциплин, имеющих практическую, профессиональную направленность. Практические занятия являются:

а) связующим звеном между теорией и практикой;

б) эффективным средством внутри — и межпредметных связей;

в) важным дидактическим средством формирования и развития технического и технологического мышления.

При изучении машиностроительных дисциплин в техникуме учащиеся выполняют различные измерения, вычисления, графические работы, моделирование. Цель этих работ наряду с изучением технических объектов и технологических процессов — сформировать соответствующие навыки и умения, необходимые будущему технику-технику в его профессиональной деятельности.

Большинство существующих «традиционных» методов и методик обучения направлены на то, чтобы «вложить в головы» обучаемых максимум информации, содержание учебника в частности. Лавинообразное возрастание объема теоретических и практических сведений в технических и технологических дисциплинах, обусловленное научно-техническим процессом, делает эту цель все более труднодостижимой. Но нельзя не согласиться с высказыванием, что , «если в техническом учебном заведении студентам просто сообщается определенный объем информации, то такой метод обучения является напрасной тратой времени и средств».

В связи с этим возникает необходимость рассмотреть роль задач в преподавании технических и технологических машиностроительных дисциплин. В известном смысле можно говорить о «задачном принципе» изучение этих дисциплин, т.е. об изучении их с ориентацией на решение задач. При таком подходе следует уточнить понятие «задача».

«Задачей» называется не просто упражнение, содержащее вычисление, расчет или математическую иллюстрацию, формулу, а проблему, преимущественно практического характера, которую должен решить ученик. Неверно было бы думать, что простое насыщение практических работ по машиностроительным дисциплинам проблемными и другими задачами, предоставление учащемуся большей самостоятельности в их решении незамедлительно и предопределенно приведет к успеху, к положительному результату. Необходимо терпеливо учить учащихся приемам и способам решения задач, направлять их мышление не только на результативную сторону, но и на сам процесс их решение, на анализ интеллектуальных приемов и способов выполнения задания.

Необходим также строгий отбор и классификация задач с точки зрения не только их технического или технологического содержания, но и тех требований, которые они предъявляют к мышлению учащегося. В итоге мы должны выработать у учащихся стремление, потребность приобретать знания для решения практических задач, а не для того, чтобы запоминать информацию для сдачи зачета или экзамена.

Цель практических занятий — практическое освоение учащимися научно-теоретических положений изучаемого предмета, овладение или новейшей техникой экспериментирования в соответствующей отрасли науки, инструментализация полученных знаний, т.е. превращение их в средство для решения практических задач.

Цели практического обучения требуют:

осуществлять знакомство с реальными объектами производственной деятельности специалиста;

давать глубокие теоретические знания физической сущности и принципов функционирования объектов производственной деятельности;

активно формировать практические умения и навыки работы с объектами производственной деятельности.

При традиционной методике проведения практических занятий в основном достигаются две цели:

Закрепление знаний, полученных на лекционных занятиях;

Формирование умений применять знания для решения практических задач.

Но они не выделяют самостоятельные, развивающие цели обучения, а именно:

— умение творчески мыслить;

— развитие индивидуальных способностей,

что необходимо для развития личности современного специалиста.

Помощь со стороны преподавателя должна заключаться в разъяснении некоторых положений в условии задачи, в постановки наводящих вопросов, направляющих ход мысли обучаемых в нужное русло.

2.Разработка методики и содержания практического занятия

2.1. Разработка плана практического занятия

«Кинематический расчет коробки скоростей»

Тема: Кинематический расчет коробки скоростей.

Читайте также  Электробезопасность в быту

дидактические – закрепление теоретических знаний студентов по дисциплине, выявление уровня их подготовленности;

воспитательные– формирование познавательной потребности;

развивающие – развитие творческого и логического мышления.

Вид занятия: упражнение.

Тип занятия: закрепление и совершенствование знаний и умений.

Метод обучения: практическая работа.

Форма обучения: групповая, индивидуальная.

Место проведения: учебная аудитория.

Время проведения: 4 академических часа (2 пары).

Обеспечение занятия:

Методические указания для студентов — 15 шт.

«Кинематическая схема коробки скоростей» — 1шт.

«Структурная сетка» — 1шт.

«График частот вращения» — 1шт.

Структура занятия:

Вводный инструктаж (подготовка к выполнению практической работы).

Текущий инструктаж (самостоятельная работа студентов).

Заключительный инструктаж (подведение итогов)

Рекомендуемые значения окружных скоростей

Рекомендации по применению

в средних станках

В станках с n -1 и пониженными требованиями к шероховатости обработки. При наличии перебора, переключаемого скользящими зубчатыми колесами

В станках с n = 20002500 мин -1 и нормальными требованиями к шероховатости обработки (с выполнением чистовых операций)

(при необходимости и выше)

В станках с n  2500 мин -1 и высокими требованиями к шероховатости обработки (с выполнением чистовых и отделочных операций). Станки с разделенным приводом

Примечания: * При одинаковой точности изготовления передач.

** При диаметре обрабатываемой детали, равном диаметру зубчатого колеса на шпинделе.

В станках с высокими требованиями к шероховатости обработанной поверхности и с высокими частотами вращения шпинделя применяют ременную передачу непосредственно на шпиндель. Диаметр шкива при этом должен быть не менее максимального диаметра обработки.

В станках с прямолинейным главным движением в качестве последней передачи используются механизмы: зубчатое колесо – рейка, червяк – рейка, ходовой винт – гайка, кулисный, кулисно-шатунный, поршень – цилиндр. В продольно-строгальных станках применяются передачи: зубчатое колесо – рейка, червяк – рейка, поршень – цилиндр и редко (в тихоходных тяжелых станках) – ходовой винт – гайка. Для повышения плавности движения стола используют косозубые и шевронные реечные передачи, а зубчатое колесо на валу реечного зубчатого колеса или червяка делают возможно бóльшего диаметра. В поперечно-строгальных и долбежных станках применяются: кулисный механизм, шатунно-кулисный механизм, поршень – цилиндр. В станках с максимальной длиной хода ползуна до 300 мм используется однокулисный механизм с постоянной длиной кулисы; в станках средних размеров (максимальная длина хода ползуна 500-600 мм) – однокулисный механизм с переменной длиной кулисы, обеспечивающий большее постоянство скорости рабочего хода ползуна; в станках с большой длиной хода ползуна (600 м и выше) – механизм с двумя кулисами, чем достигается почти постоянная скорость резания по всей длине обработки. Кулисно-шатунный механизм имеет меньшие габаритные размеры, чем двухкулисный, но с точки зрения постоянства скорости резания менее целесообразен. В протяжных станках применяется в основном гидравлический привод и редко ходовой винт – гайка.

3.4. Кинематические расчеты коробок скоростей

3.4.1. Множительные структуры коробок скоростей

Закономерность геометрического ряда частот вращения шпинделя позволяет проектировать коробки скоростей наиболее простой структуры, состоящей из элементарных двухваловых механизмов, последовательно соединенных между собой в одну или несколько кинематических цепей. Такая структура называется множительной, так как кинематические условия настройки этих приводов определяются свойствами множительных групп передачи, а общее число скоростей получается перемножением чисел скоростей элементарных двухваловых передач [6].

Рассмотрим устройство шестиступенчатой коробки скоростей (рис. 3.1, а). Для передачи вращения от вала I валу II служит множительный механизм с трехвенцовым блоком, а от вала II валу III – с двухвенцовым блоком. В результате последовательного соединения этих элементарных механизмов при одной скорости ведущего вала I ведомый вал III (или шпиндель) может иметь шесть различных скоростей.

Рис. 3.1. Кинематическая схема шестиступенчатой коробки скоростей

Совокупность передач, связывающих вращение двух соседних валов, образует группу передач. Ее характеризуют два показателя: количество передач в группе ри величины их передаточных отношенийi.

В рассматриваемой схеме даны две множительные группы: первая состоит из трех передач (z1z2, z3z4, z5z6), вторая – из двух (z7z8, z9z10). Порядок чередования групп вдоль кинематической цепи характеризует конструктивный вариант коробки. Его условно можно выразить в виде структурной формулы: zn = 6 = 3  2.

На рис. 3.1, б представлена схема шестиступенчатой коробки скоростей, имеющей другой конструктивный вариант (порядок). Здесь в первой группе две передачи (z1z2, z3z4), a во второй группе – три (z5z6, z7z8, z9z10).

Структурная формула для этого варианта zn= 6 = 2 · 3. В общем виде число ступеней скорости

,

где ра, рb, …, pm – число передач в первой, второй, …, m-й группах.

Количество конструктивных вариантов одной и той же структуры равно числу перестановок m групп, т.е.

,

где q – число групп с одинаковым количеством передач.

Для нашего случая т = 2, q = 1, следовательно, , аzn = 6 = 3 · 2 = 2 · 3. Если принять число передач в группах 2 и 3, то для 12-ступенчатой коробки zn = 12 = 3·2·2 = 2·3·2 = 2·2·3. Так как т = 3, q = 2, то число конструктивных вариантов .

Передаточные отношения зависят от так называемой характеристики группы, обусловленной кинематическим порядком (вариантом) включения передач при переходе от одной частоты вращения шпинделя к другой.

Вернемся к рис. 3.1, а. Примем порядок включения: используем все три положения блока z2z4z6 сначала при левом положении шестерен z7z9, а затем при правом положении. Если п – частота вращения вала I, то ряд чисел оборотов вала III можно выразить следующими равенствами:

При последовательном переключении колес первой группы частота вращения вала III изменяется в φ раз. Переключение колес второй группы (c n1 на n4, c n2 на n5 или с n3 на n6) дает увеличение частоты вращения в φ 3 раз. В общем случае при переключении передач в какой-либо группе частота вращения выходного вала (шпинделя) изменяется в φ x раз. Показатель степени х называется характеристикой множительной группы передач. Для принятого нами кинематического порядка характеристика первой группы передач x1 = 1, а второй х2 = 3. Структурную формулу, уточняющую не только конструктивный, но и кинематический порядок, принято записывать так:

Здесь место группы в формуле показывает конструктивный порядок и номер группы, а индекс – ее характеристику. Для нашего примера zn = 6 = 3123. Такая запись означает, что первая группа имеет три передачи, а ее характеристика x1 = 1; вторая группа – две передачи, а ее характеристика х2 = 3. Группу передач, имеющую характеристику х = 1, называют основной группой, остальные группы (с х >1) – переборными. Величина х в общем случае не может быть произвольной, за исключением случаев, когда мы искусственно изменяем характеристику. Если первая группа является основной, то характеристика последующих групп равна числу ступеней скорости совокупности групповых передач, кинематически предшествующих данной группе. Это положение представляется в следующем виде. Если x1 = 1, то х2 = pa, х3 = рa pb…, хm = рa pbpm-1, например, zn = 8 = 212224; zn = 12 = 312326; zn = 18 = 313329. Возможны и другие кинематические варианты, например, zn = 12 = 312623 = 233126 = 263123 = 232631 = 262331. Общее их количество равно числу перестановок из m элементов, т.е. . Для рассматриваемого случая (zn = 6) kкн = 1·2 = 2. Общее количество возможных вариантов (конструктивных и кинематических) для обычных множительных структур

.

Для шестиступенчатой коробки скоростей (см. рис. 3.1) m = 2, q = 1, , а варианты:zn = 6 = 3123= 2331 = 2132 = 3221.

Графическое изображение множительной структуры основано на условном графическом изображении валов и передач. Проведем две вертикальных линии I и II (рис. 3.2, а). Отложим от линии 00 отрезки, равные lg n1, lg n2, lg n3. Через точки 1, 2, 3, . проведем горизонтальные линии. Вертикали I и II условно изображают валы, а точки 1, 2, 3, . – их угловые скорости. Число точек на вертикальной линии указывает на количество угловых скоростей данного вала. Отрезки 1 – 2, 2 – 3, 3 – 4, … равны lg φ.

Рис. 3.2. Графическое изображение множительной структуры

Передачи условно изображают прямыми линиями – лучами (например, 6 – 5,6 – 3,6 – 1). Концы лучей соединяют с точками, соответствующими частотам вращения ведущего и ведомого валов. Луч6– I, например, изображает зубчатую передачу. Колесо сz1вращается с валом I со скоростьюn5, а колесо сz2вращается с валом II cо скоростьюn1.

Лучи с наклоном вверх (считая слева направо) изображают ускорительную передачу, а направленные вниз – замедляющую (редуцирующую) передачу. Передаточное отношение передачи i = φ ± Sx, где Sx – число интервалов (lg φ), на которое поднимается или опускается луч, изображающий передачу. Для ускорительной передачи s имеет положительное значение, для замедлительной – отрицательное. Пусть лучи 6 – 1, 6 – 3 и 6 – 5 (рис. 3.2, а) изображают для примера группу передач с трехвенцовым блоком (например, z1z2, z3z4, z5z6, рис. 3.1, а).

КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КОРОБОК СКОРОСТЕЙ

Для кинематических расчетов коробок скоростей в станкостроении приме­няются два метода: аналитический и графоаналитический. Оба метода позволяют находить величины передаточных отношений передач, входящих в коробку скоро­стей. Однако, как правило, используют только графоаналитический метод. Досто­инством его является то, что он позволяет более быстро находить возможные вари­анты решения, дает большую наглядность (что облегчает сравнение вариантов).

Читайте также  Оценка недвижимости сравнительным подходом

При графоаналитическом методе последовательно строят структурную сетку и график (картину) частоты вращения.

Структурная сетка дает ясное представление о структуре привода станка. По структурной сетке легко прослеживаются связи между передаточными отноше­ниями групповых передач (групповой передачей называется совокупность передач между двумя последовательными валами коробки скоростей); однако сетка не дает конкретных значений этих величин. Она наглядно характеризует ряд структур при­водов в общей форме. Структурная сетка содержит следующие данные о приводе: число групп передач, число передач в каждой группе, относительный порядок кон­структивного расположения групп вдоль цепи передач, порядок кинематического включения групп (т.е. их характеристики и связь между передаточными отноше­ниями), диапазон регулирования групповых передач и всего привода, число ступе­ней скорости вращения ведущего и ведомого валов групповой передачи.

График (картина) частоты вращения позволяет определить конкретные ве­личины передаточных отношений всех передач привода и частоты вращения всех его валов. Он строится в соответствии с кинематической схемой привода.

При разработке кинематической схемы коробки скоростей станка с враща­тельным главным движением должны быть известны число ступеней частоты вра­щения шпинделя z, знаменатель геометрического ряда ф, частоты вращения шпин­деля от п до nz и частота вращения электродвигателя пэд.

Число ступеней частоты вращения шпинделя z при настройке последова­тельно включен­ными групповыми передачами (в мно­говаловых короб­ках) равно произ­ведению числа пе­редач в каждой группе, т.е. z=papbPc—Pk-На­пример, для приво­да, показанного на рисунке 9, z= рарьрс=3-2-2=12.

При заданном (или выбранном) числе ступеней ря­да частоты враще-

ния шпинделя z число групп передач, число передач в каждой группе и порядок расположения групп можно выбирать различными. Этот выбор в основном и опре­деляет кинематику и конструкцию коробки скоростей.

Для наиболее часто применяемых значений z могут быть использованы сле­дующие конструктивные варианты:

В станках с изменением частоты вращения шпинделя по геометрическому ряду передаточные отношения передач в группах образуют геометрический ряд с знаменателем ф х , где х — целое число, которое называется характеристикой груп­пы. Характеристика группы равна числу ступеней скорости совокупности группо­вых передач, кинематически предшествующих данной группе. Общее уравнение настройки групповых передач имеет следующий вид:

Для последовательного получения всех частот вращения шпинделя сначала переключают передачи одной группы, затем другой и т.д. Если в коробке скоро­стей, показанной на рисунке 9, использовать с этой целью передачи группы а, за­тем группы сив последнюю очередь группы Ь, то соответственно этому порядку переключений группа а будет основной, группа с — первой переборной, группа b -второй переборной. Коробка скоростей может иметь и большее число переборных групп. Для основной группы передач характеристика хо=1; для первой переборной группы xi=pi; для второй переборной группы x2-pip2 и т.д., где piH p2 — соответст­венно числа передач основной и первой переборной групп.

Для конструктивного варианта привода, показанного на рисунке 9, и приня­того порядка переключений скоростей можно записать структурную формулу 7=3(1)2(6)2(3). В формуле цифрами в скобках обозначены характеристики групп. Основной и различными поп номеру переборными группами может быть любая другая группа передач в приводе, поэтому наряду с конструктивными вариантами привода возможны также различные его кинематические варианты.

Во избежание чрезмерно больших диаметров зубчатых колес в коробках ско­ростей, а также в целях нормальной их работы практикой установлены следующие предельные передаточные отношения между валами при прямозубом зацеплении:

Отношение -^- имеет наибольшую величину для последней переборной

отсюда наибольший диапазон регулирования групповой передачи будет

группы привода. Следовательно, для коробок скоростей

где xmax — наибольший показатель для последней переборной группы; р — число пе­редач в этой группе.

Для графического изображения частот вращения шпинделя станка обычно используют логарифмическую шкалу чисел. С этой целью геометрический ряд час­тот вращения

Таким образом, если откладывать на прямой линии последовательные значе­ния логарифмов частот вращения пь п2, п3, . nz, то интервалы между ними будут постоянны и равны lg ф.

Рассмотрим построение структурной сетки и графика частоты вращения для коробки скоростей, кинематическая схема которой показана на рисунке 10, а.

Для принятого конструктивного варианта привода возможны два варианта структурной формулы: z=6=3(l)-2(3) и z=6=3(2)-2(l). В первом случае основной группой будет первая в конструктивном отношении группа передач, а первой пе­реборной — вторая группа передач; для второго случая — наоборот.

На рисунке 10, б, в показаны структурные сетки для приведенных формул структуры привода. Они построены следующим образом. На равном расстоянии друг от друга проводят вертикальные линии, число которых должно быть на еди­ницу больше, чем число групповых передач. Также проводят ряд горизонтальных параллельных прямых с интервалом, равным lg ф (число горизонтальных прямых равно числу ступеней z частоты вращения шпинделя). На середине первой слева вертикальной линии наносят точку О, из которой симметрично в соответствии с числом передач в группах по заданной структурной формуле проводят лучи, со­единяющие точки на вертикальных линиях. Расстояния между соседними лучами должны быть равны X; lg ф, где X; — характеристика соответствующей группы.

Оптимальный вариант структурной сетки выбирают следующих выражений. Выше отмечалось, что независимо от порядка переключений групповых передач диапазон регулирования последней переборной группы является наибольшим. По­этому следует определить диапазоны регулирования последних переборных групп для всех вариантов структурных сеток (при выбранном значении ф) и исключить из дальнейшего рассмотрения варианты, не удовлетворяющие условию

Для варианта, показанного на рисунке 10, б, хтах=3, а для варианта, показан­ного на рисунке 10, в, хтах=2. Вариант б подходит для всех значений ф, так как 2 (2 » 1)3 =8; вариант в удовлетворяет всем значениям ф за исключением ф=1,78 и ф=2 по­скольку 1,78 (3 » 1>2 >8 и 2 (3 ‘ 1> ‘ 2 >8.

На рисунке 10, г, д показаны построенные для обоих вариантов структурных сеток графики частоты вращения при 0=1,26, ni=160 об/мин, п6=500 об/мин и п=1000 об/мин.

Графики частоты вращения строят в следующей последовательности: на равном расстоянии друг от друга проводят вертикальные линии, число которых равно числу валов коробки; на равном расстоянии друг от друга с интервалами lg ф проводят горизонтальные линии, которым присваивают (снизу вверх) порядковые частоты вращения, начиная с п. Луч, проведенный между вертикальными линия­ми, обозначает передачу между двумя валами с передаточным отношением 1=ф т , где т — число интервалов lg ф, перекрытых лучом. При горизонтальном положении луча 1=1, при луче, направленном вверх, i>l, а вниз i =1 /8. Гитары бывают двухпарные и трехпарные. В основном в станках встреча­ются двухпарные гитары, лишь в редких случаях, когда необходимы особенно ма­лые передаточные отношения, используют трехпарную гитару. Каждую гитару снабжают определенным комплектом сменных зубчатых колес. Например, для то­карно-винторезных станков рекомендуется комплект сменных зубчатых колес из z=20, 24, 25, 28, 30, 32, 36, 40, 44, 45, 48, 50, 55, 60, 65, 68, 70, 71, 75, 76, 80, 85, 90, 95, 100, 110, ИЗ, 120, 127.

На рисунке 20, г показана схема двухпарной гитары. Расстояние А между ве­дущим валом 1 (колеса а) и ведомым 2 (колеса d) является неизменным. На ведо­мом валу свободно посажен приклон гитары 3. В приклоне имеются радиальный и дуговой пазы. В радиальном пазу крепят ось 4 колес b и с. Перемещая ось вдоль паза, можно менять расстояние В между колесами сие. Вследствие наличия дуго­вого паза в приклоне имеется возможность изменять расстояние С между колесами а и Ь, поворачивая приклон на валу 2. В требуемом положении приклон закрепляют болтом 5.

Механизм Меандра(рисунок 11, д) состоит из трехпарных зубчатых колес. Колеса z и z2 жестко закреплены на ведущем валу, a z3, z4, z5 и z6 свободно враща­ются на промежуточном валу. Зубчатое колесо z7 является накидным и всегда на­ходится в зацеплении с передвижным колесом z8. переключение производится ры­чагом 1. показанный механизм дает 4 передаточных отношения:

Подобные механизмы могут быть и с большим количеством передаточных отношений. Числа зубьев колес механизма подбирают так, чтобы

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: