Лекция на тему "Конструкция коробок скоростей."

Конструкции коробок скоростей

Требования, предъявляемые к конструкциям коробок скоростей метал-лорежущих станков: плавность хода, точность, вращение без вибраций, бесшумность работы передач, достаточная жесткость корпусов, валов, шпинделей и опор. Не менее важными являются качество изготовления де­талей, сборка и технологичность конструкций.

Корпус коробки скоростей отливают из серого чугуна марок СЧ 15-32 и ,СЧ 28-48. Отливки подвергают старению.

Допуски на неточность отверстий под подшипники шпинделя устана­вливают чаще всего по 1-му классу точности в системе отверстия, а проме­жуточных валов — по 2-му классу. Отклонения формы отверстий не дол­жны превышать 1/3—1/2 поля допуска.

Зубчатые колеса, работающие со скоростями, не превышающими 1—2 м/с, изготовляют из стали 40ХФА. Сталь 40Х находит применение при окружных скоростях до 12 м/с. При наличии же ударных, нагрузок исполь­зуют цементуемую сталь 20Х. Для ответственных зубчатых колес, рабо­тающих со скоростями более 12 м/с, применяют сталь 12ХНЗА и 18ХГТ.

В коробках скоростей наряду с одиночными зубчатыми колесами при­меняют блоки двух, трех, реже — четырех колес. Цельный блок (рис. 1,а) выгоден по себестоимости, однако имеет такие недостатки, как невозможность шлифовки зубьев у всех колес, неодинаковая их долговечность, вы­водящая из строя весь блок при износе одного колеса. Это привело к со­ставным блокам, которые показаны на рис. 1,6, в, г. Они позволяют про­изводить шлифовку всех зубьев, упрощают заготовки. За счет самоуста­новки колес происходит более равномерное распределение нагрузки. Конструкция блока значительно упрощается при склеивании затвердеваю­щей клеевой композицией [3]. Большое значение имеет форма закругления зуба. Применение бочкообразной формы (рис. 1,д) приводит к выравни­ванию эпюр удельных нагрузок, повышает долговечность передачи.

Ведущие колеса на валу электродвигателей с целью уменьшения шума, где это позволяют условия, изготовляют из текстолита. Окружную ско­рость в этом случае можно принимать до 40 — 50 м/с. Материал сопряжен­ного колеса должен иметь твердость не ниже НВ 200 — 220.

Степень точности зубчатых передач регламентируется ГОСТ 1643 — 72, а шероховатость рабочей поверхности — ГОСТ 2789 — 73 (табл. 1).

Рис. 1. Конструкция блоков зубчатых колес

Рис. 2. Коробка скоростей револьверного станка мод. 1Н318

Конструкции коробок скоростей весьма разнообразны и зависят прежде всего от общей компоновки станков и способов переключения передач. По компоновке все коробки делят на две группы: встроенные в корпус и с раз­дельным приводом; по способам переключения — на четыре группы: со сменными колесами, с передвижными колесами, с муфтами, с бесступен­чатыми передачами.

Коробки, встроенные в корпус, применяют в станках общего назначе­ния. Они компактны, имеют меньшее количество корпусных деталей и со­ответствующих пригонок. Вместе с тем встроенные коробки служат источ­ником вредных вибраций и нагрева шпиндельных узлов, имеют технологи­ческие трудности.

В современном станкостроении применяют следующие размерные компоновки.

1.   Шпиндельные бабки с нормальным соотношением радиальных и осевых размеров (станки малых и средних размеров).

2.  Шпиндельные бабки с уменьшенными осевыми размерами в резуль­тате увеличения радиальных размеров. Данные компоновки применяют В целях уменьшения возможных вибраций, вызванных консольным распо­ложением, электродвигателя и других вращающихся деталей. Их приме­няют также в вертикальных конструкциях с верхним приводом шпинделя для уменьшения высоты станка и повышения виброустойчивости (радиально-сверлильные и продольно-фрезерные станки).

3.  Шпиндельные бабки с уменьшенными радиальными размерами в ре­зультате увеличения осевых размеров (тяжелые токарные и некоторые дру­гие станки).

Коробки скоростей с раздельным приводом (с редуктором) обеспечи­вают .более плавное вращение шпинделя. Последний не нагревается; .вибрации, возникающие в приводе, не передаются шпиндельной бабке.

Коробки со сменными колесами применяют для упрощения конструк­ции станка в тех случаях, когда время на перенастройку мало по сравнению с общим временем. Кроме того, сменные колеса значительно упрощают конструкцию станка. Достоинства этой передачи в ее малых осевых размерах; конструкция допускает большое количество передач исключена аварийность. Сменные колеса широко используют при массовом и серийном производстве в автоматах, .зубо- и резьбона­резных станках,- в специальном и операционном оборудовании, а также в некоторых универсальных станках. В качестве примера можно привести сменные, колеса а — Ъ, установленные в коробке скоростей револьверного станка 1Н318 (рис. 2). Валы для удобства имеют консольную часть. Ко­леса закрепляют с помощью шпоночных соединений и быстросъемных шайб, либо сажают на шлицах.

Коробки скоростей с муфтами применяют очень часто. В таких переда­чах используют кулачковые, зубчатые, фрикционные, электромагнитные и порошковые эмульсионные муфты. Преимуществами переключения кулачковыми муфтами являются малые осевые перемещения, незначи­тельные усилия при переключении, возможность передачи вращения косо-зубыми и шевронными колесами. Недостатками их являются возможность поломки кулачков при включении и холостое вращение передач, не участвующих в движении. Эти недостатки ограничивают применение данных муфт. -

Фрикционные муфты, благодаря быстроте и плавности передач на ходу, сокращают время управления станком. Они позволяют применять в ко­робке косозубые и шевронные передачи. Недостатки этих муфт заклю­чаются в ограничении величины крутящего момента, в больших размерах, затрудняющих применение более двух передач в группе и более трех групп в коробке. Потери мощности и изнашивание при холостом вращении по­стоянно сцепленных передач, трение в выключенных муфтах не способ­ствует повышению КПД станка. Фрикционные муфты применяют преиму­щественно в малых и средних токарно-револьверных станках, иногда В сочетании с многоскоростным электродвигателем.

На рис. 2 показана коробка скоростей станка 1Н318. Привод осу­ществляется от двухскоростного электродвигателя с n= 1420/2800 об/мин и N = 2,6/3 кВт. Вращение от него передается на шкив клиноременной передачи 1. Через двухступенчатую коробку скоростей, регулируемую дву­мя электромагнитными муфтами 3 и 4, движение передается на шпиндель через шкив 2. Наличие сменных колес (четыре пары) позволяет получить 16 значений частот вращения с пределом регулирования 100-4000 об/мин. Коробка имеет две механические ступени: при включении муфты .Сменные колеса числом зубьев 22-44 и 29-37 путем-перестановки обеспечивают четыре пере­даточных отношения. При выключенных муфтах редуктор не работает.

Существенным при проектировании коробок скоростей и подач являет­ся выбор средств переключения. В современном станкостроении приме­няют механические, электрические и гидравлические устройства. Выбор системы управления зависит главным образом от необходимой частоты переключений и потребного для этого времени сравнительно со штучным временем. Если станок предназначается для крупносерийного или массово­го производства, то управление им должно быть полностью или частично автоматизировано. Органы ручного управления предусматривают ры­чажные, реечные и винтовые механизмы. Используются они в тех случаях, когда время переключения мало по сравнению с общим временем обработки.

Принцип управления с предварительным набором скоростей (преселективная система) показан на рис. 3,а. Набор скорости, включаемой после той, на которой работает станок, производят предварительно, во время ра­боты. Для этого рукоятку 7 поворачивают на себя. В результате этого де­таль 6 разводит в разные стороны вилки 5 и 8, которые перемещаются по штангам 4 и 9 (рис. 3,6). Вилки охватывают выточки фасонных кулачков 3 и 13, сидящих на шлицах вала 2. Кулачок 13 устанавливают маховиком 14 в положение, соответствующее заданной скорости. В момент переклю­чения поворачивают рукоятку 7 от себя, в результате чего кулачки 3 и 13 сближаются и своими профилированными выступами воздействуют на пальцы рычагов 1 и 10, которые устанавливают переключаемые колеса 11 и 12 в соответствующее положение. Одновременно с этим движением от­ключается главная муфта.

Принципиальная схема избирательного переключения (селективное управление) изображена на рис. 4. Рычаги 3 и 7 нижними концами жест­ко связаны с колесами 4 и 8, находящимися в зацеплении с зубчатыми рей­ками 2, 5 и б, 9.- Последние могут по высоте занимать три положения, в за­висимости от наличия под хвостовиками торцовой плоскости, отверстия или потайных площадок диска 1. Для установки., конкретной скорости, диск при помощи зубчатого сектора 10 и круглой рейки отводят вниз, поворачивают в соответ­ствующее положение и вновь возвращают к рейкам 2, 5, б и 9, устанавливая их в соответствующее положение. Широкое применение нашли системы ди­станционного управления. Одним из наиболее простых и надежных устройств является пере­ключение коробок- скоростей электромагнит­ными муфтами. В развитии привода главного движения можно отметить следующие основные тенден­ции. Прежде всего — агрегатирование привода, создание унифицированных коробок скоростей. Важным является сокращение количества органов ручного управления и разработка механизмов однорукояточного управ­ления, в том числе дистанционного. Расширяется применение электро­магнитных муфт для переключения коробок, использование механизиро­ванных и автоматизированных процессов управления.

 Рис. 3. Механизм переключения коробки скоростей

 ІРис. 4. Селективный метод переключения передач

Рис. 1. Конструкция блоков зубчатых колес

Рис. 2. Коробка скоростей револьверного станка мод. 1Н318