Зубчатые механизмы ступенчатого изменения скорости главного движения

В станочных приводах со ступенчатым регулированием часто применяются зубчатые механизмы (далее: механизмы, группы передач или групповые передачи) на 2, 3, 4 скорости с передвижными (подвижными) блоками шестерён и с муфтами.

2.2.2.1 Некоторые варианты групповых передач с передвижными блоками шестерён показаны на рис. 2.2:

Рис. 2.2. Группы передач с передвижными блоками шестерён: а, б – варианты групп на 2 скорости; в – основное решение группы на 3 скорости при Z5-Z3≥5 (г); д, е – варианты групп на три скорости при Z5-Z3<5 (г) с разделённым и широким блоками соответственно; ж – основной вариант группы на 4 скорости

- механизм на 2 скорости c узким передвижным блоком шестерён (см. рис. 2.2,а) обеспечивает следующие передаточные отношения:

; . Их можно представить единой записью: .

Примечание. Здесь и далее шестерни в групповых передачах обозначаются буквами с цифровым индексом, при этом наименьшее колесо на ведущем валу обозначается Z₁, связанное с ним – Z₂, следующее по величине на ведущем валу – Z₃, связанное ним – Z₄ и т.д.

В группе передач шестерни Z₁ и Z₃ составляют передвижной двухвенцовый зубчатый блок или блок-двойку.

Конструктивная длина механизма – больше 4b, где b – ширина зубчатого колеса.

Расстояние между неподвижными шестернями В>2b, а именно B = 2b + 2t + с,

где t – зазор между сопрягаемыми зубчатыми венцами при нейтральном положении блока, принимаемый обычно не менее 1-3 мм;

с – ширина технологической канавки (для выхода зуборезного долбяка). Ширина канавки и её глубина а принимаются в зависимости от модуля зацепления:

- механизм на 2 скорости c широким передвижным блоком шестерён (см. рис. 2.2,б) имеет большую длину, чем предыдущий механизм (>6b), но действие усилий на валы при включении разных передач сосредоточено почти в одном месте;

- группы передач на 3 скорости (см. рис. 2.2,в,д,е):

; ; или .

Более распространенный вариант – механизм c узким передвижным блоком шестерён или блоком-тройкой Z₃-Z₅-Z₁ (см. рис. 2.2,в). Он применяется, когда разница в числах зубьев соседних венцов Z₅-Z₃³5. Если это условие не выдерживается, то при перемещении блока для соединения колёс 1 и 2 (Z₁ и Z₂) произойдёт сцепление колеса 6 одновременно с колёсами 3 и 5 (см. рис. 2.2,г).

При Z₅-Z₃<5 применяют механизмы других конструктивных оформлений (см. рис. 2.2,д,е). В случае разделённого блока длина механизма меньше, но необходимо предусматривать блокировочное устройство для невозможности одновременного включения передачи 3-4 с передачей 1-2 либо 5-6. При широком блоке этого не требуется, но длина механизма больше;

- группа передач на 4 скорости обычно выполняется из двух параллельных групп на две скорости (см. рис. 2.2,ж). В этом случае также необходима блокировка от одновременного включения двух передач.

2.2.2.2 В группах передач с муфтами используются сцепные муфты фрикционные, кулачковые, зубчатые. На рис. 2.3 показаны некоторые варианты механизмов:

- группы передач на 2 скорости с двухсторонними муфтами (см. рис. 2.3,а,б);

- группа на 2 скорости с односторонней муфтой и передвижным колесом (см. рис. 2.3,в);

- перебор – трёхваловая группа передачна 2 скорости (см. рис. 2.3,г), обеспечивающая значительную редукцию. передаточные отношения механизма:

.

Первое передаточное отношение обеспечивается при передаче движения с вала I на III через вал II при выключенной муфте М и сцепленных последовательных зубчатых парах. При включении муфты и расцеплении зубчатых пар валы I и III соединяются, что равносильно передаточному отношению, равному 1;

- группа передач на 3 скорости (см. рис. 2.3,д);

- группа передач на 4 скорости оригинальной конструкции (см. рис. 2.3,е); в ней число пар передач меньше числа обеспечиваемых скоростей, обычно же эти числа равны (см. рис. 2.3,а,б,в,д). Группа является четырёхваловой и имеет четыре односторонних муфты. Передаточные отношения механизма в зависимости от включения муфт приведены в таблице под рисунком.

2.2.4 Сменные зубчатые колёса

Сменные колёса обеспечивают максимальную простоту привода, но требуют значительного времени на их смену. Консольное расположение колёс и скользящая посадка их на валах не обеспечивают высокой жёсткости и точности центрирования. Сменные колёса применяют при окружных скоростях не более 8 м/с.

Используются механизмы с одной парой колёс (т.н. парносменные колёса или однопарные гитары), с двумя парами (т.н. двухпарные гитары или, чаще, гитары сменных шестерён) и более (многопарные гитары).

Со станками, имеющими гитары, поставляются наборы (комплекты) сменных шестерён.

Сменные колёса принято обозначать прописными или строчными буквами латинского или русского алфавитов.

Рис. 2.3. Варианты групп передач со сцепными муфтами: а, б – группы на 2 скорости с двухсторонними муфтами; в – группа на 2 скорости с односторонней муфтой и передвижным колесом; г – перебор на 2 скорости; д, е – группы на 3 и 4 скорости

2.2.4.1 Парносменные колёса (рис. У.5) применяются в приводах главного движения, деления и других ряда автоматов, специальных и специализированных станков. Количество вариантов скоростей, обеспечиваемых механизмом, равно количеству колёс в комплекте, если все колёса разные, или на единицу меньше при наличии в комплекте двух одинаковых колёс.

Если обозначить сменные колёса (т.е. их числа зубьев) механизма через а (на I валу) и б (на II валу), а колёса в прилагаемом к станку комплекте имеют числа зубьев Z₁–Z_n, то передаточное отношение механизма будет равно:

,

Очевидно: , откуда a + б = 2 A / m = сonst, т.е. должно всегда выдерживаться условие Z₁+Z_n=Z₂+Z_n-1= ... = a+б = сonst.

Доска гитары (приклон)

Рис. У.5. Парносменные колёса Рис. У.6. Гитара сменных шестерен

2.2.4.2 Гитары сменных шестерен (двухпарные гитары – рис. У.6) применяются обычно в приводах подач при необходимости обеспечения регулирования в широком диапазоне, с большим количеством вариантов и для обеспечения точного передаточного отношения. В гитарах имеется две пары шестерён и при этом первая шестерня (а) и последняя (г) располагаются на ведущем и ведомом валах, а две промежуточных (б, в) – на оси, закрепляемой в нужном положении на приклоне (или доске гитары), который тоже закрепляется в требуем (угловом относительно оси ведомого вала) положении для обеспечения зацепления колёс.

Передаточное отношение механизма: .

Принимают: , откуда и

а+б ³ в+(15…24) (2.1)

Аналогично: и

в+г ³ б+(15…24) (2.2)

Выражения (2.1) и (2.2) называют условиями сцепляемости.

Подобранные сменные колёса всегда следует проверять по условиям сцепляемости.

2.2.4.3 Наборы сменных колёс могут быть пятковыми, чётными и универсальными. В первых двух числа зубьев кратны, соответственно, 5 и 4. Пример пяткового набора: 20, 25, 30, 35, ..., 120. В наборы может включаться колесо 127 для обеспечения работ в дюймовой системе измерений.

2.2.4.4 Имеется значительное количество способов подбора сменных шестерён гитары. Рассмотрим суть одного из них – способа подбора с разложением передаточного отношения на множители.

Пример. Пусть требуется подобрать из пяткового набора шестерён: 20, 25, 30, 35,..., 120, четыре колеса, обеспечивающие передаточное отношение

Представим передаточное отношение в виде двух дробей, разложив числитель и знаменатель на множители: . Затем умножим числитель и знаменатель каждой дроби на какое-либо число, чтобы в результате получить числа из набора шестерён: .

Проверим результат подбора по условиям сцепляемости, приняв из скобок условий (2.1; 2.2) число 20:

30+45>20+20 (первое условие выдерживается),

20+40<45+20 (второе условие не выдерживается).

Если условия сцепляемости (одно или оба) не выдерживаются, то можно переставить местами числитель с числителем, или знаменатель со знаменателем, или дроби.

Переставим в примере знаменатели: тогда получится: 30+40>20+20 и 20+45>40+20, т.е. условия сцепляемости при таком подборе выдерживаются.