Зубчатые механизмы ступенчатого изменения подач

В приводах подач широко распространены механизмы с передвижными блоками шестерён и муфтами (за исключением переборов), применяемые в приводах главного движения. Кроме того, в них находит применение ряд особых механизмов, не имеющих прочности и жёсткости, необходимых для приводов главного движения, но позволяющих обеспечить либо количество вариантов скоростей большее четырёх, либо значительную редукцию, либо большую компактность и пр. Некоторые варианты таких механизмов показаны на рис. 2.4:

- механизм Нортона или механизм с зубчатым конусом и накидной шестерней (см. рис. 2.4,а) имеет передвижную каретку с двумя сцепленными шестернями: скользящей Z_с и накидной Z_н. Накидная шестерня также сцепляется с одной из шестерён т.н. зубчатого ступенчатого конуса (на рисунке в конусе показано 8 шестерён – Z₁, Z₂, ..., Z₈, их может быть до 12, а чаще – 4-6). для переключения механизма необходимо поворотом каретки расцепить шестерню Z_н с колесом конуса, переместить каретку по валу II до нужного колеса и повернуть её для сцепления Z_н с ним. Перемещение каретки и её установ в требуемом положении осуществляется рукояткой с фиксатором.

Если движение передаётся от вала I к валу II, то механизм обеспечивает передаточные отношения:

.

Накидная шестерня является паразитной и на величину передаточного отношения не влияет.

Механизм имеет малое количество шестерён – всего на две больше числа обеспечиваемых им вариантов;

- в механизме с вытяжной или заскакивающей шпонкой (см. рис. 2.4,б) на валах I и II установлены два встречных зубчатых конуса, колёса которых постоянно сцеплены.

Шестерни первого вала имеют свободное соединение с ним, шестерни второго вала – глухое. Крутящий момент с вала 1 передаётся одной из шестерён конуса через выступающую из продольного паза вала подпружиненную шпонку 3. Для соединения другой шестерни с валом 1 шпонка тягой 2 перемещается по валу. Чтобы не произошло одновременного соединения с валом двух шестерён (и заклинивания из-за этого механизма), шестерни разделяются распорными кольцами 4, утапливающими заскакивающую шпонку при её перемещении от одной шестерни к другой.

Число передач в таких механизмах – до 10, в механизме по рис. 2.4,б – 4:

;

- меандр с передвижной шестерней (см. рис. 2.4,в). Меандр – трёхваловый механизм, в котором на валу I закреплена шестерня Z₁, а другие шестерни, объединённые попарно в блоки Z₄-Z₅, Z₈-Z₉, Z₁₂-Z₁₃, установлены свободно, на валу II установлены свободно одинаковые двухвенцовые зубчатые блоки (Z₂-Z₃ и др.) и шестерня Z₁₄, на валу III находится скользящая (передвижная) шестерня Z_с. Шестерня Z_с сцепляется с одной из шестерён большего диаметра вала II (Z₂, Z₆, Z₁₀, Z₁₄). Шестерня, сцепленная с Z_с, является паразитной и передаточного отношения не изменяет, в этой связи в трёх последних из четырёх нижеследующих записей передаточных отношений она не указана:

- меандр с накидной шестерней (см. рис. 2.4,г) отличается от предыдущего механизма наличием вместо передвижной шестерни передвижной каретки с накидной Z_н и скользящей Z_с шестернями – такой же, как в механизме Нортона. В связи с этим, накидная шестерня может быть сцеплена с любым колесом вала II. Показанный механизм обеспечивает четыре передаточных отношения:

.

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.

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) и (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.