Определение технических характеристик и кинематический расчет коробки скоростей металлорежущего станка

Размещено на http://www.allbest.ru/

36

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого»

Кафедра «Технологии машиностроения»

Определение технических характеристик и кинематический расчет коробки скоростей металлорежущего станка

Методические указания по курсовому проектированию

и практическим занятиям

по дисциплине «Оборудование машиностроительного производства»

Разработал: доцент каф. ТМ

______________О.В. Летенков

Принято на заседании кафедры: заведующий кафедрой ТМ

______________Д.А. Филиппов

Великий Новгород, 2017

Определение технических характеристик и кинематический расчет коробки скоростей металлорежущего станка: Методические указания по курсовому проектированию и практическим занятиям по дисциплине «Оборудование машиностроительного производства» / Сост. О.В.Летенков; Новгород.. гос. ун-т. - Великий Новгород, 2017. - 33 с.

Рассматриваются содержание, порядок определения технических характеристик и расчета коробки скоростей металлорежущего станка.

Предназначены для студентов направления 15.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств».

1. Цель работы

Целью работы является приобретение студентами практических навыков в проектировании кинематической схемы привода металлорежущего станка и построении графика чисел оборотов.

2. Содержание работы

2.1. Используя литературу [1,4,5], конспект лекций и представленные методические указания ознакомиться с порядком и содержанием кинематического расчета и проектирования коробок передач.

2.2. По исходным данным определить техническую характеристику проектируемой коробки передач:

- определить скорость резания и предельные частоты вращения шпинделя;

- определить диапазон регулирования частот вращения шпинделя;

- по заданному числу ступеней регулирования Z вычислить знаменатель ц геометрического ряда и определить промежуточные числа оборотов.

2.3. Определить мощность привода и подобрать электродвигатель.

2.4. Провести кинематический расчет привода станка: определить число конструктивных и кинематических вариантов привода; построить структурные формулы в общем, и развернутом виде; построить структурные сетки и кинематическую схему коробки передач; выбрать оптимальный вариант структурной сетки; построить график чисел оборотов с учетом передаточных отношений в каждой группе.

3. Общие положения

3.1. Методика определения основных технических характеристик металлорежущего станка.

К основным техническим характеристикам станка, определяющим его производственные возможности, относятся:

1. Предельные частоты вращения шпинделя nтaх и nmin .

2. Промежуточные частоты вращения шпинделя между n тaх и n min .

3. Предельные подачи Smак и Sтin .

4. Промежуточные значения подач между Smox и Smin .

5. Мощность электродвигателя привода главного движения.

Исходными данными к расчету основных технических характеристик станка являются:

- марка обрабатываемого материала и его механические свойства ув , НВ;

- характеристика поверхности (состояние поверхности заготовки с коркой или без корки);

- технические требования на обрабатываемую поверхность (квалитет точности, шероховатость Rz , Ra);

- размеры обработки:

при сверлении, зенкеровании и развертывании: Dmax - максимальный диаметр отверстия, Dmin - минимальный диаметр отверстия;

при токарной обработке: Dmax - максимальный размер обработки, Dmin - минимальный размер обработки.

- тип инструмента, его размеры, материал режущей части (для станков фрезерной группы Dmax - максимальный диаметр фрезы, мм; Dmin - минимальный диаметр фрезы).

3.1.1. Определение технических характеристик станков сверлильно-расточной группы.

По известному значению (по шифру модели станка или из технического паспорта станка) наибольшего диаметра сверления Dmax определяется наименьший диаметр сверления Dmin из соотношения:

Dmin = (0,15ч0,25)Dmax (1)

Все дальнейшие расчеты по выбору режимов резания и определению технических характеристик будут производиться по этим предельным диаметрам.

При сверлении наибольшая и наименьшая скорости резания определяются по формулам:

(2)

(3)

кинематический скорость металлорежущий станок

Здесь и далее в основу формул положены эмпирические зависимости, значения входящих в них коэффициентов и показателей степеней принимаются по [2].

Предельные частоты вращения шпинделя nmax и пmin определяют по формулам:

(4)

(5)

где: Vmax , Vmin - предельные скорости резания; Dmax , Dmin - предельные диаметры обработки.

Принятые значения nmax и nmin корректируются в соответствии с нормальным рядом станкостроения H11-1 (см. Приложение).

Отношение предельных значений частот вращения шпинделя называется диапазоном регулирования частот вращения:

(6)

Для универсальных станков характерными являются следующие диапазоны регулирования:

Токарные станки	20.…200
Фрезерные	20….100
Радиально- сверлильные	20…100

Учитывая возможность совершенствования режущих инструментов и технологии обработки, значение Rn для проектируемого станка увеличивают примерно на 25%, соответственно изменяя верхний предел частот вращения шпинделя nmax.

Регулирование скоростей (в данном диапазоне) может быть ступенчатым и бесступенчатым. Современные станки общего назначения в большинстве случаев имеют ступенчатое регулирование частот вращения шпинделя, поскольку коробки скоростей со ступенчатым регулированием более компактны и просты в исполнении, имеют более высокий к.п.д.

Частоты вращения шпинделя распределяются по геометрическому ряду, что позволяет обеспечивать постоянный перепад скоростей и дает возможность проектировать сложные коробки скоростей, состоящие из элементарных двухваловых передач, также построенных по геометрическому ряду.

Знаменатель ц геометрического ряда частот вращения может иметь следующие стандартные значения:

ц = 1,06; 1,12; 1,26; 1,41; I,58; 1,78; 2,00

Область применения знаменателя ц:

ц=1,06 имеет вспомогательное значение;

ц=1,12 применяется в автоматах, где требуется точная настройка на заданный режим;

ц=1,26 и 1,41 определяют основные ряды частот вращения в универсальных станках;

ц=1,58 и 1,78 применяются в станках, где время обработки невелико по сравнению со временем холостых ходов;

ц = 2,00 применяется редко и имеет вспомогательное значение.

Число ступеней частот вращения шпинделя определяют по формуле:

(7)

Расчетное число ступеней Z частот вращения шпинделя можно округлить до стандартного значения из ряда: 4; 6; 8; 9; 12; 16; I8; 24; 36.

Далее определяются промежуточные значения чисел оборотов:

n1 = nmin

n2 = n1ц

…………..

nz = nmax = n1цz-1

Полученные значения промежуточных чисел оборотов шпинделя округляются, используя ГОСТ 8032-56 «Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел» (см. Приложение В).

Мощность привода главного движения определяется по наибольшей эффективной мощности, необходимой для резания.

Для сверлильных станков:

, кВт (8)

где no - скорость вращения инструмента, об/мин:

, об/мин (9)

M - крутящий момент, определяемый по формуле:

, Нм (10)

Исходя из максимальной эффективной мощности определяют мощность электродвигателя:

, кВт (11)

где: з - к.п.д. привода станка, который принимается з = 0,8.

По мощности Nдв и наибольшей полученной частоте вращения nmax выбирается электродвигатель [6].

3.1.2. Определение технических характеристик станков фрезерной группы

Основными параметрами фрезерных станков (ГОСТ 165-81)являются:

B - ширина рабочей поверхности стола, мм;

L - длина рабочей поверхности стола, мм.

Для обоснования технических характеристик станков фрезерной группы используют параметр В, который принимается из технического паспорта базовой модели станка.

По известной величине В определяется максимальная Bmax и минимальная Bmin ширина фрезеруемой поверхности:

.

Затем определяются значения максимальных Dmax и минимальных Dmin диаметров фрез из условий:

для цилиндрических фрез:

;

;

для торцевых фрез:

;

Рассчитанные диаметры фрез сверяются со стандартными значениями диаметров фрез. При этом для вертикально-фрезерных станков учитывают работу торцевыми и концевыми фрезами, а для горизонтально-фрезерных станков - цилиндрическими и дисковыми фрезами.

При фрезеровании наибольшая и наименьшая скорости резания определяются по формулам:

, м/мин. (12)

, м/мин. (13)

Предельные частоты вращения шпинделя nmax и nmin определяются по формулам 4 и 5.

Диапазон регулирования частот вращения, знаменатель геометрического ряда, число ступеней частот вращения и промежуточные значения чисел оборотов определяются так же как и для станков сверлильно-расточной группы.

Мощность привода главного движения определяется по наибольшей эффективной мощности Nэ, необходимой для резания. Для фрезерных станков:

Nэ = , кВт (14)

здесь Pz ? тангенциальная составляющая силы резания определяется по формуле:

, Н (15)

где коэффициенты Ср , Кр, и показатели степеней выбираются по справочнику [2]; tmax - максимальная глубина фрезерования; Smax - максимальная подача, мм/об; Вmax - максимальная ширина фрезерования, мм; Zmax - число зубьев у фрезы с Dmax ; Dmax - диаметр фрезы, мм; nmin - минимальное число оборотов шпинделя, об/мин.

Исходя из максимальной эффективной мощности, определяют мощность электродвигателя:

, кВт (16)

где: з =0,8 - к.п.д. привода станка.

По мощности Nдв и наибольшей полученной частоте вращения nmax выбирается электродвигатель [6].

3.1.3. Определение технических характеристик станков токарной группы.

Минимальный диаметр обработки принимается равным:

Dmax = 0,5D и Dmin = 0,25Dmax (17)

Глубина резания определяется по формулам:

;(17)

, (18)

где: Ct - коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала
(Ct = 0,6 - если обрабатывается чугун, Ct = 0,7 - если обрабатывается сталь); Dmax , Dmin - максимальный и минимальный диаметр обработки; L - длина обрабатываемой заготовки.

Далее определяются величины подач, наибольшей Smax и наименьший Smin по допускаемой чистоте обработанной поверхности, Smax - при обдирке изделия диаметром Dmax с глубиной резания tmax , a Smin - при отделке изделия диаметром Dmin с глубиной резания tmin .

Подачи находятся по следующим формулам:

(19)

(20)

Наибольшая и наименьшая скорости резания определяются:

, (21)

(22)

Предельные частоты вращения шпинделя nmax и nmin определяют по формулам 3 и 4, где Dmax , Dmin - предельные диаметры обработки.

Диапазон регулирования частот вращения, знаменатель геометрического ряда, число ступеней частот вращения и промежуточные значения чисел оборотов определяются, так же как и для станков сверлильно-расточной группы.

мощность привода главного движения определяется по наибольшей эффективной мощности, необходимой для резания. Для токарных станков:

, кВт (23)

, H (24)

Исходя из максимальной эффективной мощности, определяют мощность электродвигателя:

, кВт (25) (25)

где: з =0,8 - к.п.д. привода станка.

По мощности Nдв и наибольшей полученной частоте вращения nmax выбирается электродвигатель.

3.2. Кинематический расчет привода станка

3.2.1. Общая часть

Привод главного движения металлорежущего станка состоит из коробки скоростей и электродвигателя. Преимущественное распространение в станках получили асинхронные электродвигатели, что связано с их низкой стоимостью, высокой надежностью и жесткой механической характеристикой.

Регулирование скорости вращения асинхронных двигателей (за счет переключения числа пар полюсо) используют сравнительно редко.

Односкоростные электродвигатели используются с синхронной частотой вращения:

nэ = 750, 1000, 1500, 3000, об/мин.

многоскоростные (двухскоростные) nэ = 500/1000, 750/1500, 1500/3000, об/мин.

Коробки скоростей в металлорежущих станках, с точки зрения их кинематической структуры, подразделяются на два вида:

коробки скоростей с множительной структурой;

коробки скоростей со сложенной структурой.

Коробка скоростей с множительной структурой состоит из последовательно расположенных элементарных групповых передач.

Элементарная групповая передача - это двухваловая передача на 2 или 3 скорости (рис.1 а, б). Она состоит из одной кинематической цепи. Общее число скоростей механизма получается путем перемножения чисел скоростей элементарных двухваловых передач.

Коробки скоростей со сложенной структурой строятся по принципу суммирования двух и более кинематических цепей передач, каждая из которых является множительной структурой (подробнее см.[1]).

Кинематический расчет коробки скоростей ведется в следующей последовательности:

Построение структурных формул в общем и развернутом виде;

Построение структурных сеток и кинематической схемы;

Выбор наилучшего варианта структурной сетки;

Построение графика чисел оборотов, определение передаточных отношений и чисел зубьев;

Исходными данными для расчета являются:

a) число ступеней скорости вращения шпинделя Z;

б) минимальная частота вращения шпинделя nmin ;

в) знаменатель геометрической прогрессии ряда ц;

г) число оборотов электродвигателя nэ.

а) б)

Рис. 1 Кинематические схемы элементарных групповых передач

3.2.2. Построение структурных формул в общем и развернутом виде

Множительная структура привода станка состоит из последовательно включенных групп передач. Число ступеней скоростей такой структуры определяется ее структурной формулой:

Z = р1 р2 р3… р , (26)

где Z - число ступеней скорости привода; р1, р2, р3…., рk - количество передач в группах, k - количество элементарных групповых передач.

При заданном числе ступеней частот вращения количество групп передач, количество передач в каждой группе, порядок расположения групп и порядок их включения может быть различным. Этот выбор, в основном, и определяет кинематику и конструкцию коробки скоростей. Порядок кинематического включения групп в передачи находит отражение в структурных формулах.

Если частоты вращения шпинделя изменяются по геометрическому ряду со знаменателем ц, то передаточные отношения передач в группах образуют геометрический ряд со знаменателем цх, где х - характеристика групповой передачи (отображает порядок кинематического включения этой группы в общей передаче).

В зависимости от принятого порядка переключений группа передач может быть:

основной, она является первой в кинематическом порядке включения и переключение ее передач дает ряд последовательных чисел частот вращения. Характеристика основной группы хо=1, так как ей кинематически предшествует совокупность передач с одной ступенью скорости;

первой переборной группой, для которой характеристика х1 равна числу передач р1 в основной группе (х1 = р1), так как этой группе предшествует совокупность передач с р1 ступенями скорости. Передаточные отношения передач первой переборной группы образуют геометрический ряд с ц р1 ;

- второй переборной и последующей переборной группой с характеристикой х2 , равной произведению чисел передач предшествующих ей групп, т.е.

х2 = р1 р2 ; х3 = р1 р2 р3, (27)

основной или переборной группой может быть любая группа передач в приводе.

Порядок кинематического включения групп в передаче отражается в структурных формулах в развернутом виде.

Для множительных структур развернутая структурная формула имеет вид:

Z = р1(x1) р2 (x2) р3 (x3) … рК(xК) (28)

где x1, x2, x3 … xК - характеристики групповых передач.

Пример: Z = 12 = 3 2 2 = 3(1)· 2 (6) ·2(3)

Z = 12 = 2·3 2 = 2(2)·3(4)·2(1)

Z = 16 = 4 2 2 = 4 (1)·2 (8)·2(4)

Z = 16 = 2 2 2 2 = 2(1)·2(4)·2(2)·2(8)

Z = 18 = 3 3 2 = 3(1)· 3 (3)·2 (9)

Сложенная структура представляет собой сумму двух или более множительных структур. В этом случае число ступеней скорости привода равно сумме чисел ступеней скорости всех составляющих ее множительных структур. Структурная формула сложенного привода:

Z= Z1 + Z2 + Z3 +…+ Zk (29)

где Z1, Z2 , Z3 ,…, Zk - числа ступеней скоростей составляющих структур.

В приводе, состоящем из двух ветвей с числами скоростей соответственно Z1 и Z2 , общее число скоростей коробки со сложенной структурой Z = Z1 + Z2. Обычно у структур Z1 , Z2 и т.д. есть общая часть Zо. Тогда:

Z1= Zо Z/

Z2= Zо Z//

Z= Zо Z/ + Zо Z// = Zо (Z/ + Z//),

если Z2 = Zо (т.е. Z// = 1), то Z = Zо (1+ Z/)

такая группа называется группой с одной дополнительной связью (Z/) и равна произведению чисел передач, предшествующих ей групп и чисел скоростей основной структуры (Zо).

3.2.3. построение структурных сеток и кинематической схемы структурные сетки строятся для того, чтобы в наглядной форме выявить все возможные варианты и выбрать оптимальный вариант структуры кинематических цепей проектируемого привода.

Структурная сетка для выбранного варианта строится в следующем порядке:

на равных расстояниях проводят горизонтальные линии в количестве на 1 больше, чем число групповых передач; поле между двумя линиями отводится для одной групповой передачи:

на равных расстояниях проводят столько вертикальных линий, сколько скоростей имеет привод, расстояние между вертикальными линиями равно lgц , отложенному в произвольном масштабе;

рядом с полем в порядке конструктивного расположения групп в приводе указывают число передач в группе Pi и ее характеристику Xi ;

на середине верхней горизонтали намечают точку О, из которой симметрично проводят лучи в количестве, равном Pi . Лучи, изображающие передачи основной группы, расходятся в структурной сетке на величину lgц; I - переборной на Z1·lgц , II - переборной на Z1·Z2·lgц и т.д., где Z1 - число лучей в основной группе, Z2 - число лучей в I - переборной группе и т.д.;

из каждых полученных точек на второй и последующих горизонталях аналогично проводят лучи для второй, третьей и т.д. групповых передач.

На рис. 2 показан пример построения структурной сетки для двенадцатиступенчатой коробки скоростей, имеющей структурную формулу: Z=3(1)2(3)·2(6).

Рис.2 Порядок построения структурной сетки: а - начало построения; б - полная сетка

По структурной сетке можно определить:

количество ступеней скорости на валах привода;

количество групповых передач в приводе и порядок их конструктивного расположения;

характеристики групп, т.е. их место в порядке кинематического включения;

число передач в каждой группе;

диапазоны регулирования групповых передач, которые равны ц в степени, равной числу интервалов lgц , заключенному между крайними лучами, выходящими из одной точки;

диапазоны регулирования на промежуточных валах Ri = цx .

используя структурную сетку, строят кинематическую схему множительной структуры коробки скоростей (без двигателя и жестких передач).

Рис 3. Кинематическая схема привода и его структурная сетка для Z = 18 = 3(1) 3(3) 2(9)

При разработке кинематической схемы не рекомендуется устанавливать на шпинделе станка три колеса и более, т.к. это вызывает излишней прогиб шпинделя, увеличивает вибрации и отражается на качестве обрабатываемой поверхности. Если на последнем валу необходимо все же установить три и более колеса, то тогда между множительной частью коробки скоростей и шпинделем добавляют последнюю, жесткую, передачу, что позволяет установить на валу шпинделя одно колесо.

3.2.4. Выбор наилучшего варианта структурной сетки

Структурные сетки используют для отсеивания непригодных вариантов по предельно допустимым значениям передаточных отношений для зубчатых передач. при проектировании коробок передач габаритные ограничения (размеры) являются основными. Передаточное отношение внутри групповых передач оказывает влияние на размеры коробки передач. Во избежание чрезмерно больших диаметров колес в коробках передач практикой установлены следующие предельные передаточные отношения:

- для коробки скоростей; - для коробки подач

зная imax и imin определяют Ri - диапазон регулирования передаточных отношений. Диапазон регулирования последней групповой передачи будет всегда максимальным:

- для коробок скоростей;

? для коробок подач.

Для нормализованных значений ц максимально допустимые значения величины хmax приведены в табл. 2.

Таблица 2. Максимально допустимые значения величины хmax

	хmax при ц
	1,06	1,12	1,26	1,41	1,58	1,78	2
Коробка скоростей	36	18	9	6	4	3	3
Коробка подач	45	23	11	7	5	4	3

Для того, чтобы наибольший диапазон регулирования групповой передачи получился наименьшим, необходимо в качестве последней переборной группы брать группу с наименьшим числом передач. Предпочтение следует отдавать структурным формулам, у которых р1 > р2 > р3 >…> рk .

Числовая характеристика (величина х) должна последовательно возрастать от первого вала ко второму и т.д.

хо < х 1< х2 < х3 <…< хk

Необходимо стремиться к тому, чтобы все промежуточные валы были по возможности более быстроходными, с максимальной редукцией на последней паре валов. Это позволит получить более компактную, легкую и быстроходную конструкцию.

Для привода со сложенной структурой наилучшим вариантом будет являться привод, который при одинаковых числах ступеней скоростей имеет:

большее количество ступеней, получаемых через короткие кинематические цепи;

наименьшее количество деталей (зубчатых колес, валов и т.д.);

меньшие диапазоны регулирования групп передач.

3.2.5 Построение графика чисел оборотов, определение передаточных отношений и чисел зубьев

График чисел оборотов строят в следующем порядке:

На равных расстояниях проводят горизонтальные линии и присваивают им (снизу - вверх) порядковые числа оборотов, начиная с n1 .

На равных расстояниях проводят столько вертикальных линий, сколько валов находится в проектируемой коробке.

На левой вертикальной линии проставляется точка числа оборотов электродвигателя.

С последнего вала (шпинделя) проводятся линии влево до предыдущего вала по аналогии со структурной сеткой, руководствуясь вышеописанными правилами.

При построении необходимо иметь в виду, что линии, соединяющие точки двух валов, обозначают передачу между ними с передаточными отношениями:

i = цm (30)

где m - число интервалов lgц, перекрываемых лучом. Если луч отклоняется вниз, то передача понижающая (m<0) , если вверх - то повышающая (m>0), для горизонтального луча m=0.

При разработке кинематической схемы необходимо иметь в виду следующее:

График частот вращения необходимо строить так, чтобы передаточные отношения были в допустимых пределах (см. п. 3.2.4);

Желательно, чтобы выполнялись условия

р1 > р2 > р3 >…, хо< х1 < х2 < х3 <…

Лучше, если требуемое число ступеней частот вращения получается при меньшем числе групповых передач, т.к. в этом случае уменьшается число валов, а следовательно подшипников и отверстий в корпусе.

Надо стремиться уменьшать номенклатуру колес, используемых в коробке, что дает значительный экономический эффект. Это достигается симметричным расположением лучей в поле одной группы и применением одинаковых лучей (т.е. с одинаковыми передаточными отношениями) в различных группах передач.

На рис 4. показаны варианты структурных сеток для 12-ти скоростной коробки скоростей и примеры реализации одной из структурных сеток в виде графиков частот вращения.



Рис. 4. Примеры структурных сеток и графиков частот вращения.

3.2.6. Определение чисел зубьев шестерен

Для удобства расчетов передаточные отношения выбирают равными или кратными значениям стандартных знаменателей i = цn , где n ? целое число.

При определении чисел зубьев необходимо не только получить данное передаточное отношение, но и обеспечить постоянную сумму зубьев в пределах двухваловой передачи:

,

решая систему уравнений:



получим:

По этим формулам можно определить числа зубьев шестерен. Однако во многих случаях трудно сразу получить удовлетворительные решения. Так как передаточные числа являются дробными числами и поэтому Z1 и Z2 также получаются дробными. При округлении их до целых величин получим отклонения от заданных значений i, которые могут выйти за допустимые пределы.

Кроме того, минимальное число зубьев силовых шестерен коробок скоростей обычно должно быть не ниже Zmin =18 20.

Для облегчения расчетов в Приложении Б приведена табл. 4, где по горизонтали отложена сумма зубьев, а по вертикали - передаточные отношения, кратные 1,06.

Пустые клетки означают, что при данном значении Z передаточное отношение не может быть выдержано в требуемых пределах 10( - 1), в остальных клетках указано число зубьев меньшего зубчатого колеса.

Пример: Определить числа зубьев трех пар шестерен, которые должны обеспечивать передаточные отношения i1=1; i2=1,26 и i3=1,58; Zmin=18.

Приемлемым будет решение при:

Z = 52; i1=26/26=1; i2=29/23=1,26; i3 =32/20=1,6

Здесь точное значение i3 =1,6 отличается от требуемого i =1,58 всего на 1,25, что вполне допустимо.

3.2.7. Рекомендации по проектированию кинематической схемы коробки скоростей

В коробках скоростей металлорежущих станков широкое применение получили механизмы, состоящие из передвижных многовенцовых блоков зубчатых колес (рис. 6). Число колес в блоке чаще всего два или три и, реже, четыре.

Блоки применяют в качестве ведущих и ведомых элементов. Если применить корригированное зацепление с разной суммой зубьев при одном межцентровом расстоянии, то в отдельных случаях двухвенцовый блок (рис. 6,а) может быть заменен одним колесом z1-3 (рис. 6,б), зацепляющимся поочередно с колесами z2 и z4 .

На рис. 6,в показан механизм с трехвенцовым блоком зубчатых колес. Для ввода в зацепление колес Z1 и Z2 необходимо, чтобы блок беспрепятственно перемещался мимо колеса Z6 , не зацепив за него колесом Z3 . Это возможно, если Z5 - Z3 > 5. Если эта разность меньше 5, то используют конструкцию, показанную на рис. 6,г. Все сказанное относится к соседним зубчатым колесам четырехвенцового блока (рис. 6, д).

Рис. 6 Множительные механизмы с многовенцовыми блоками зубчатых колес.

Основное достоинство механизмов с передвижными блоками - их простота. Колеса, не участвующие в передаче рабочих нагрузок, не изнашиваются. К недостаткам следует отнести невозможность переключения на ходу и сравнительно большие размеры.

Этих недостатков лишены механизмы, у которых зубчатые колеса находятся в постоянном зацеплении (рис. 7,а). Колеса z2 и z4 на вал II насажены свободно и включаются в работу муфтой. Если муфта фрикционного типа, то частоту вращения можно изменять на ходу. Передачи могут быть косозубыми. На рис.7,б показан элементарный механизм с двумя электромагнитными муфтами. Эти муфты получили широкое распространение, позволяя простыми средствами автоматизировать привод.

а) б) в)

Рис. 7. Множительные механизмы: а, б - множительные механизм с муфтами; в - множительный механизм с перебором.

На рис.7,в показан множительный механизм с перебором. Вращение колеса Z1, осуществляемое колесом Z5 через внешнюю передачу (на схеме не показана), может быть передано валу I через перебор, по цепи колес Z1 - Z2, Z3 - Z4 и непосредственно, если переместить колесо Z4 влево, до сцепления торцовых кулачков полумуфт. Вал II, колеса Z2 и Z3 называют переборными.

При непосредственной передаче вращения валу I с Z1, колесо Z2 остается в зацеплении, что снижает общий к.п.д. привода.

При конструировании коробок скоростей стремятся упростить конструкцию и сделать ее более компактной за счет уменьшения числа ступеней, ограничения передаточного числа в каждой передаче, которое для повышающей передачи выбирается, как правило, не более 2, а понижающей -- не менее 1/4.

На рис.8 приведены некоторые способы совершенствования коробки скоростей [3].

Уменьшение осевых размеров достигается (рис.8):

а) рациональным расположением колес в подвижных блоках 1 и 2 (см. схемы 1--2; 3--4);

б) применением «связанных» колес 1 (схемы 5 и 6), при которых осевые размеры сокращаются на величину ширины колеса (см. схемы 3 и 4);

в) заменой тройного блока (схема 7) двойным блоком и перемещаемым отдельно колесом (схема 8) (иногда используют схему с тремя автономно перемещаемыми колесами взамен тройного блока);

г) использованием зубчатых муфт 1 и 2 (схемы 9 и 10) или при средних частотах вращения электромагнитных муфт.

Уменьшение радиальных размеров коробок скоростей осуществляют

а) заменой трехваловой коробки двухваловой (схема 11);

б) рациональным распределением передаточных отношений между несколькими парами колес (схема 12). Например, общее передаточное отношение в показанном на схеме 12 положении распределено между колесами 1--2, 3--4. Если большое передаточное отношение реализовывать в одной паре колес, то размеры коробки скоростей возрастают;

в) применением параллельно работающих передач (схема 13), благодаря чему мощность передается по параллельным потокам и размеры коробки скоростей существенно уменьшаются.

г) соосной установкой валов (схема 14).

д) применением планетарных передач (схема 15), благодаря чему можно обеспечить большое передаточное число u>5 при сравнительной компактной конструкции коробки скоростей.



Рис.8. Совершенствование кинематических схем коробок скоростей.

Другие улучшения коробок скоростей направлены:

а) на отключение неработающих передач. Например, в схеме 16 при переключении блока 1 вправо включается повышающая передача Z2 ?Z1, В схеме 17 прямое соединение входного и выходного валов происходит при перемещении колес 1 и 2 и отключении колес вала 3;

б) на блокировку муфт 1 и 2 переключения (схема 18). В этом случае исключается необходимость блокировки от неправильного включения муфт и упрощается механизм переключения скоростей;

в) на рациональное размещение проточек под вилку переключений (схема 19) для сокращения осевых размеров L. Если проточки величиной Сb расположить на обоих блоках 1, 2 ближе к опорам (как на блоке 1), то размер L коробки для данной схемы будет больше на величину b, чем в схеме 19);

г) на использование шкивов (схема 20).

Часто ременную передачу от двигателя к шпинделю можно использовать для упрощения коробки скоростей и передачи максимальных частот вращения, минуя зубчатые колеса.

4. Содержание отчета

Исходные данные к выполнению самостоятельной работы.

1. Определение основных технических характеристик станка.

1.1 Определение скорости резания и предельных частот вращения шпинделя.

1.2 Определение диапазона регулирования частот вращения шпинделя, числа ступеней частот вращения, выбор знаменателя геометрического ряда и обоснование выбора, определение промежуточных чисел оборотов.

1.3 Определение мощности привода главного движения и выбор электродвигателя.

2. Кинематический расчет привода станка.

2.1 Определение числа конструктивных и кинематических вариантов привода. Построение структурных формул, в общем, и развернутом виде.

2.2 Выбор и обоснование конструктивного варианта коробки скоростей.

2.3 Построение всех возможных структурных сеток для выбранного конструктивного варианта. Обоснование и выбор наилучшего варианта структурной сетки.

2.4 Построение первого варианта кинематической схемы.

2.5 Построение графика чисел оборотов, определение передаточных отношений и чисел зубьев колес.

2.6 Построение окончательного варианта кинематической схемы.

Приложение А

Таблица 3. Исходные данные к выполнению самостоятельной работы.

№ п/п варианта	Обрабатываемый материал	Материал режущей части инструмента	Максимальный и минимальный диаметры обработки*
1	Ст. 3	Р6М5	100/25
2	Сталь 20	Т15К6	105/25
3	Ст. 4	ВК8	95/25
4	Сталь 30	Р6М5	90/25
5	Ст. 5	Т15К6	85/20
6	Сталь 40	Р6М5	80/20
7	15Х	Т15К6	75/20
8	Сталь 50	ВК6	70/20
9	20Х	Р6М5	65/15
10	12ХНЗ	Т15К6	60/15
11	25Н	Р6М5	55/15
12	40Г	Т15К6	50/12
13	35ХМА	ВК8	2000
14	Сталь 10	ВК6	1600
15	38 ХА	Р6М5	1250
16	А15Г	Т15К6	1000
17	У8	Р9	800
18	25	Р18	630
19	Ст. 6	Р6М5	500
20	У7	Т15К6	400
21	А12	ВК6	250
22	Ст. 2	Р6М5	200
23	15ХА	Т15К6	160
24	25Н3	Р6М5	130
25	20ХГ	Р6М5	125
26	Ст. 3	Р6М5	75/5
27	Сталь 20	Т15К6	155/25
28	Ст. 4	ВК8	135/25
29	Сталь 30	Р6М5	120/25
30	Ст. 5	Т15К6	85/20
*Примечание: Для станков сверлильно-расточной группы Dmax/Dmin, для токарного станка указывается только максимальный диаметр.

Приложение Б

Таблица 4. Число зубьев меньшего колеса в зависимости от передаточного отношения i и суммы зубьев Z в передаче

i	Z
	40	41	42	43	44	45	46	47	48	49	50	51	52	53	54	55
1,00	20		21		22		23		24		25		26		27
1,06		20		21		22		23
1,12	19							22		23		24		25		26
1,19					20		21		22		23					25
1,26		18		19		20					22		23		24
1,33	17		18		19			20		21		22			23
1,41		17					19		20			21		22		23
1,50	16					18		19			20		21			22
1,58		16			17					19			20		21
1,68	15			16					18			19			20
1,78			15					17			18			19
1,88	14			15			16			17			18			19
2,00			14			15			16			17			18
2,11					14			15			16			17
2,24			13			14				15			16			17
2,37					13			14				15			16
2,51			12				13			14				15
2,66					12				13			14				15
2,82
2,99									12				13
3,16
i	Z
	56	57	58	59	60	61	62	63	64	65	66	67	68	69	70	71
1,00	28		29		30		31		32		33		34		35
1,06	27		28		29		30		31		32		33		34
1,12		27					29		30		31		32		33
1,19		26		28		28		29	29		30		31		32
1,26	25			27		27		28		29	29		30		31
1,33	24		25	26		26		27		28			29		30
1,41			24		25			26		27		27	28		29
1,50		23			24					26		27	27		28
1,58		22			23		24			25		26			27
1,68	21			23			23		24			25		26	26
1,78	20		21	22		22			23			24		25	25
1,88			20		21	21		22	22		23	23		24
2,00		19			20			21			22			23
2,11	18						20			21	21		22	22		23
2,24			18	19		19	19			20			21			22
2,37		17				18			19			20	20			21
2,51	16				17			18			19	19			20	20
2,66			16				17				18			19	19
2,82						16				17			18	18
2,99	14			16	15				16			17	17			18
3,16											16	16			17	17
3,35														16	16
3,55
3,76																15
3,98
i	Z
	72	73	74	75	76	77	78	79	80	81	82	83	84	85	86	87
1,00	36		37		38		39		40		41		42		43
1,06	35		36		37		38		39		40	40	41	41	42	42
1,12	34		35		36	36	37	37	38	38		39		40		41
1,19	33		34	34	35	35		36		37		38		39	39	40
1,26	32		33	33		34		35		36	36	37	37		38
1,33	31			32		33		34	34	35	35		36		37	37
1,41	30	30		31		32		33	33		34		35	35		36
1,50	29	29		30		31	31		32		33	33		34		35
1,58	28	28		29		30	30		31		32	32		33	33
1,68	27	27		28		29	29		30	30		31		32	32
1,78	26			27			28		29	29		30	30		31
1,88	25			26			27		28	28		29	29		30	30
2,00	24			25			26			27			28		29	29
2,11	23		24	24			25			26			27			28
2,24	22		23	23		24	24			25			26	26		27
2,37			22			23	23			24			25	25		26
2,51		21	21			22	22		23	23			24	24		25
2,66		20	20			21			22	22			23	23		24
2,82	19	19			20	20			21	21			22			23
2,99	18			19	19			20	20			21	21			22
3,16				18				19	19			20	20			21
3,35			17				18	18			19	19			20	20
3,55	16	16				17	17			18	18	18			19	19
3,76	15				16	16			17	17				18	18
3,98									16	16			17	17	17
4,22												16	16
4,47										15	15	15				16
4,73									14	14				15	15	15
i	Z
	88	89	90	91	92	93	94	95	96	97	98	99	100	102	103
1,00	44		45		46		47		48	49	49	50	50	51	52
1,06	43	43	44	44	45	45	46	46	47	47		42			50
1,12		42		43	43	44	44	45	45	46	46	47	47	48
1,19	40	41	41		42		43		44	44	45	45	46		47
1,26	39		40	40	41	41		42		43		44	44	45
1,33	38	38		39		40	40	41	41		42		43	44	44
1,41		37	37	38	38		39		40	40		41		42	43
1,50	35		36		37	37	38	38		39	39	40	40	41	41
1,58	34		35	35		36		37	37		38	38	39		40
1,68	33	33		34		35	35		36	36		37	37	38
1,78		32		33	33		34	34		35	35		36	37	37
1,88		31	31		32	32		33	33		34	34	35		36
2,00		30	30		31	31		32	32		33	33		34
2,11	28		29	29		30	30		31	31		32	32	33	33
2,24	27		28	28		29	29			30	30		31		32
2,37	26			27	27		28	28		29	29			30
2,51	25			26	26		27	27			28	28		29
2,66	24			25	25			26	26		27	27		28	28
2,82	23			24	24			25	25			26	26	27	27
2,99	22			23	23			24	24			25	25		26
3,16	21			22	22			23	23			24	24		25
3,35	20			21	21			22	22			23	23
3,55			20	20	20			21	21			22	22
3,76			19	19				20	20			21	21
3,98		18	18	18			19	19	19			20	20		21
4,22	17	17	17			18	18	18			19	19	19		20
4,47	16				17	17	17			18	18	18	18		19
4,73				16	16	16			17	17	17	17		18	18
i	Z
	104	105	106	107	108	109	110	111	112	113	114	115	116	117	118	119	120
1,00	52	53	54	54	54	55	55	56	56	57	57	58	58	59	59	60	60
1,06		51		52		53	53	54	54	55	55	56	56	57	57	58	58
1,12	49		50		51	51	52	52	53	53	54	54	55	55	56	56	57
1,19		48		49	49	50	50	51	51	52	52		53		54	54	55
1,26	46		47	47	48	48	49	49	50	50		51	51	52	52	53	53
1,33		45		46	46	47	47		48	48	49	49	50	50	51	51	52
1,41	43		44	44	45	45	46	46		47	47	48	48		49	49	50
1,50	42	42		43	43	44	44		45	45	46	46		47	47	48	48
1,58	40	41	41	41	42	42		43	43	44	44		45	45	46	46	46
1,68	39	39		40	40	41	41		42	42		43	43	44	44	44	45
1,78		38	38		39	39		40	40	41	41	41	42	42		43	43
1,88	36		37	37		38	38		39	39		40	40		41	41	42
2,00	35	35		36	36		37	37		38	38	38	39	39	39	40	40
2,11		34	34		35	35	35	36	36	36		37	37		38	38
2,24	32		33	33	33	34	34	34		35	35		36	36		37	37
2,37	31	31		32	32	32		33	33		34	34		35	35	35
2,51		30	30		31	31	31		32	32		33	33	33		34	34
2,66		29	29	29		30	30	30		31	31		32	32	32		33
2,82	27		28	28	28		29	29	29		30	30			31	31
2,99	26	26		27	27			28	28			29	29			30	30
3,16	25	25		26	26	26			27	27			28	28			29
3,35	24	24			25	25	25		26	26	26			27	27
3,55	23	23	23		24	24	24			25	25	25		26	26	26
3,76	22	22	22		23	23	23			24	24	24			25	25	25
3,98	21	21	21		22	22	22	22		23	23	23	23		24	24	24
4,22	20	20	20		21	21	21	21		22	22	22	22			23	23
4,47	20				20	20	20	20		21	21	21	21			22	22
4,73	18				19	19	19			20	20	20	20			21	21

Приложение В

Таблица 5. Нормальные ряды чисел оборотов в станкостроении

(нормаль станкостроения Н11 - 1)

Значение знаменателя ряда
1,06	1,12	1,26	(1,41)	1,58	(1,78)	(2)
1,00	1,00	1,00	1,00	1,00	1,00	1,00
1,06
1,12	1,12
1,18
1,25	1,25	1,25
1,32
1,40	1,40		1,40
1,50
1,60	1,60	1,60		1,60
1,70
1,80	1,80				1,80
1,90
2,00	2,00	2,00	2,00			2,00
2,12
2,24	2,24
2,36
2,50	2,50	2,50		2,50
2,65
2,80	2,80		2,80
3,00
3,15	3,15	3,15			3,15
3,35
3,55	3,55
3,75
4,00	4,00	4,00	4,00	4,00		4,00
4,25
4,50	4,50
4,75
5,00	5,00	5,00
5,30
5,60	5,60		5,60		5,60
6,00
6,30	6,30	6,30		6,30
6,70
7,10	7,10
7,50
8,00	8,00	8,00	8,00			8,00
8,50
9,00	9,00
9,50
10,0	10,0	10,0		10,0	10,0
10,6
11,2	11,2		11,2
11,8
12,5	12,5	12,5
13,2
14,0	14,0
15,0
16,0	16,0	16,0	16,0	16,0		16,0
17,0
18,0	18,0				18,0
19,0
20,0	20,0	20,0
21,2
22,4	22,4		22,4
23,6
25,0	25,0	25,0		25,0
26,5
28,0	28,0
30,0
31,5	31,5	31,5	31,5		31,5	31,5
33,5
35,5	35,5
37,5
40,0	40,0	40,0		40,0
42,5
45,0	45,0		45,0
47,5
50,0	50,0	50,0
53,0
56,0	56,0				56,0
60
63,0	63,0	63,0	63,0	63,0		63,0
67,0
71,0	71,0
75,0
80,0	80,0	80,0
85,0
90,0	90,0		90,0
95,0
100	100	100		100	100
106
112	112
118
125	125	125	125			125
132
140	140
150
160	160	160		160
170
180	180		180		180
190
200	200	200
212
224	224
236
250	250	250	250	250
265
280	280
300
315	315	315			315
335
355	355		355
375
400	400	400		400
425
450	450
475
500	500	500	500
530
560	560				560
600
630	630	630		630
670
710	710		710
750
800	800	800
850
900	900
950
1000	1000	1000	1000	1000	1000

Список литературы

1. Металлорежущие станки: Учеб. для вузов / Под общ. ред. П. И. Ящерицына. - 5-е изд., перераб. и доп. - Старый Оскол: ТНТ, 2009. - 695с.

2. Справочник технолога машиностроителя. В 2 - х т. Т. 2 / Под ред. Косиловой А.Г. и Мещерякова Р.К. - издание 4 - е переработанное и доп. - М.: Машиностроение, 1985. - 496 с.

3. Пуш В.Э. / Конструирование металлорежущих станков. - М.: Машиностроение, 1977. - 120 с.

4. Схиртладзе А.Г. Технологическое оборудование машиностроительных производств : учеб. пособие для студентов вузов : в 2 ч. Ч.1. - М. : Станкин, 1997. - 310с.- Ч.2. - М. : Станкин, 1997. - 212с. : ил.

5. Справочник технолога машиностроителя в 2-х томах.- Том 1./ Под ред. А. М. Дальского и др. - 5-е изд. - М.: Машиностроение, 2001.- 912 c.- Том 2. / Под ред. А. М. Дальского и др. - 5-е изд. - М.: Машиностроение, 2001

6. Построение кинематических схем металлорежущих станков [электронный ресурс]. Метод. указания к лаб. раб./ Сост. О.В. Летенков; НовГУ им. Ярослава Мудрого. - Великий Новгород, 2017. -8 с. - Режим доступа: www.UBL : https://novsu. bibliotech.ru.

Размещено на Allbest.ru