Кинематика коробки скоростей - Томский Государственный

Кинематика коробки скоростей: Методические указания. / Сост. Кондратьева Н.М., Кондратюк
А.А. Томск: Изд-во Томского архитектурно-строительного университета, 2004. - 21 с.
Рецензент проф. В.Д. Руднев
Редактор Т.С. Володина
Методические указания к практической работе по дисциплине «Технология конструкционных
материалов» для студентов специальности 170400 всех форм обучения.
Печатается по решению методического семинара кафедры «Машины, оборудование и технология
деревообработки», протокол № 8 от 03.02. 2004.
Утверждены и введены в действие проректором по учебной работе О.Г. Кумпяком
с 01. 03. 2004 до 01. 01.2009
Изд. Лиц. № 021253 от 31. 10. 97. Подписано в печать. Об. /O.OY.
Формат 60x90/16. Бумага офсет. Гарнитура Тайме, печать офсет.
Уч.-изд. л. 1,5. Усл.-печ. л. 1,7. Тираж 200 экз. Заказ №
Изд-во ТГАС'У, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2.
Отпечатано с оригинал-макет в ООП ТГАСУ.
634003, г. Томск, ул. Партизанская, 15
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
1. Научиться самостоятельно разбираться в назначении механизмов коробки скоростей и
определять их взаимосвязь при работе станка.
2. Изучить кинематику и конструкцию коробки скоростей, а также механизмов управления.
3.
Приобрести навыки но составлению кинематической схемы с натуры.
4. Выполнить расчёт кинематики (подсчитать все числа оборотов шпинделя в минуту).
5. Научиться проводить настройку станка на заданные обороты шпинделя.
ВВЕДЕНИЕ
Технологическое оборудование - орудия производства, предназначенные для выполнения
части технологического процесса, в котором осуществляется воздействие на материалы или
заготовки лезвийным или абразивным инструментами. К технологическому оборудованию относятся
металлорежущие станки, литейные машины, прессы, печи и т.п.
] Металлорежущими станками называются машины, с помощью которых путём снятия
стружки с заготовки или без снятия стружки (обкатывание роликами, нанесение рифлений и др.)
можно получить детали заданной формы и размеров согласно чертежу.
Стружку с заготовок снимают различными лезвийными и абразивными инструментами. У
первых имеются специально заточенные режущие кромки (резцы, свёрла и др.), у вторых множество твёрдых зёрен с острыми гранями и углами на поверхности и в толще этих инструментов.
Кроме того, припуск с заготовок в ряде случаев снимают эрозионным воздействием электрических
разрядов, химико-механическим способом, плазменной струей.
Обрабатываемые поверхности могут быть плоскими, цилиндрическими (у геометрических тел
вращения), коническими (с прямолинейной образующей) или сложной криволинейной формы
(поверхности зубьев зубчатых колёс, кулачков, резьбы). Для получения поверхности заданной формы
и размеров заготовки на металлорежущих станках, рабочие органы сообщают инструменту и детали
главные (скорость резания и движение подачи) и вспомогательные движения.
Главными (рабочими) называют движения, при которых снимается стружка с заготовки.
Вспомогательными называют движения, которые в процессе снятия стружки с заготовки не
участвуют, но они необходимы для процесса снятия стружки с заготовки (настройка станка, подвод и
отвод инструмента и др.).
Рабочие движения можно разделить на движение резания и движение подачи, при помощи
которых осуществляется снятие стружки.
Главное движение зависит от диаметра обрабатываемого изделия или длины обрабатываемой
поверхности и частоты вращения шпинделя или частоты двойных ходов ползуна или стола в минуту.
Для первого вида главного движения (вращательного) скорость резания рассчитывается по
формуле
где d - диаметр детали, мм;
п - частота вращения шпинделя, об/мин. Металлорежущие станки играют важнейшую роль в
производстве средств производства, в том числе и самих металлорежущих станков, а также
предметов потребления. Парк металлорежущих станков является основой машиностроения.
Качество станков, их технический уровень определяют производительность труда, качество и
себестоимость продукции в машиностроении, поэтому во всех отраслях станкостроения непрерывно
ведётся работа по совершенствованию выпускаемого оборудования.
1. ПРИВОДЫ И ПЕРЕДАЧИ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В СТАНКАХ
Любой станок, как всякая машина, состоит из трёх основных механизмов: двигательного,
передаточного и исполнительного (рабочего органа станка).
Исполнительный механизм получает движение от двигательного через передаточный механизм
и обеспечивает относительное перемещение заготовки или инструмента, чем и определяется
формообразование детали. Таким образом, передаточный механизм представляет собой совокупность
устройств, передающих движение от двигателя к исполнительным органам станка (шпинделю,
суппорту, столу); он называется приводом станка.
Упрощённое графическое изображение двигательных передаточных и исполнительных
механизмов называется кинематического схемой станка. Кинематическая схема составляется из
кинематических цепей, которые конструктивно выполняются в виде различных звеньев и пар.
Кинематической цепью называется связанная система звеньев, образующих между собой
кинематические пары.
Условное изображение совокупности кинематических цепей станка в одной плоскости
(плоскости чертежа). Условные изображения обозначения передаточных пар и механизмов металлорежущих станков предусматривает ГОСТ 2770-88 (прил.1).
Движения исполнительных органов должны выполняться по заданной траектории с
определенными скоростями и усилиями, чтобы обеспечить получение деталей нужной формы и
заданной точности размеров. Поэтому при конструировании станков производят расчёт
кинематических цепей, также расчёт звеньев на прочность и геометрический расчёт.
Кинематические цепи главного движения и движения подачи должны допускать
регулирование.
При конструировании станков возникает вопрос о наивыгоднейшем расположении ступеней
скоростей.
Эту задачу решил в 1876 г. русский академик А.В.Гадолин. Исходя из условия постоянства
относительного изменения скорости, он определил ряд частот вращения как геометрический ряд.
Знаменатели (ф) рядов частот вращения стандартизованы:
Для малых станков применяют большие знаменатели, для средних - средние, для больших малые знаменатели.
Если минимальную частоту вращения обозначить щ, то следующую п2 можно определить по
формуле
\/
Максимальную частоту вращения n г (n тах) определим из зависимости
Из последнего выражения можно определить знаменатель прогрессии данного ряда
Диапазоном регулирования (D) частоты вращения шпинделя называется отношение
максимальной частоты вращения шпинделя станка к минимальной.
Приведенные знаменатели ступенчатого регулирования распространяются также на числа
двойных ходов.
2. ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ОТНОШЕНИЯ
Основным параметром, характеризующим приводы станков, является передаточное
отношение, т. е. отношение частоты вращения ведомого вала пвм, к частоте вращения ведущего вала
пвщ, об/мин:
Оно показывает, во сколько раз частота вращения ведомого вала увеличивается или
уменьшается относительно частоты вращения ведущего вала.
Если два соединённых между собой звена допускают их относительное движение, то такая
пара звеньев называется кинематической парой.
где d ф1 и d ф2 диаметры соприкосновения соответственно ведущего и ведомого фрикционных
дисков.
Разновидности кинематических пар и их передаточные числа: 1. Ремённая передача:
где di и ch- диаметры соответственно ведущего и ведомого шкивов;
к = 0,98 - коэффициент проскальзывания.
2. Фрикционная передача
где zi и Z2 - числа зубьев соответственно ведущего и ведомого зубчатых колёс.
4. Цепная передача:
где Zj и Z2 - числа зубьев соответственно ведущей и ведомой звёздочек.
3. Зубчатая передача:
5. Червячная передача:
где z - кол-во зубьев реечного колеса,
m ~ модуль зубьев реечного колеса, мм. 8. В червячно-реечной передаче длина
перемещения рейки за 1 оборот червяка
где к - кол-во заходов винта.
В сложных механизмах движение от начального звена к рабочему органу передаётся
несколькими последовательно соединёнными передачами, г. е. кинематической цепью.
Общее передаточное отношение кинематической цепи вращательного, движения определяется
произведением передаточных отношений отдельных передач, входящих в данную цепь, и равно
отношению частот вращения конечных звеньев, т. е.
где z ч — число зубьев червячного колеса,
к - кол-во заходов червяка. Для передач, преобразующих движение, устанавливается
кинематическая связь между вращательным движением одного звена с поступательным движением
второго.
где к - кол-во заходов винта; t в- шаг винта, мм. 7. В реечной передаче величиной перемещения
рейки за один оборот зубчатого колеса или самого колеса по рейке будет:
6. В передаче винг-гайка за 1 оборот винта гайка перемещается на величину, мм
где i | Дг - - - in - кинематические пары, участвующие в передаче кинематической цепи.
Данное уравнение позволяет определить частоту вращения не только последнего звена, но и
передач, преобразующих один вид движения в другой.
Математическая зависимость, связывающая движения конечных звеньев кинематической цепи,
называется уравнением кинематического баланса.
где пшп - частота вращения шпинделя, об/мин;
пэд — частота вращения электродвигателя, об/мин.
Уравнение кинематического баланса:
Регулирование скорости главного движения осуществляется при помощи коробок скоростей.
Конструкция коробок скоростей должна быть технологичной.надёжной в эксплуатации,
удобной в ремонте и обслуживании. Они должны быть компактными, иметь "малый вес,
минимальное число валов, передач, высокий КПД, низкий уровень шума.
3. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ КОРОБОК СКОРОСТЕЙ
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.
Графоаналитический метод. При этом методе расчёта коробок скоростей строят структурную
сетку, а затем график чисел оборотов.
Структурная сетка даёт ясное представление о структуре привода станка, по ней можно
определить:
• количество групповых передач;
• число ступеней частот вращения на валах;
• число передач в каждой группе;
• относительный порядок конструктивного расположения групп вдоль цепи передач;
• порядок кинематического включения групп;
• диапазон регулирования групповых передач, которые равны ф в степени, равной числу
интервалов lg(p, заключёнными между крайними лучами, выходящими из одной точки;
• диапазон регулирования всего привода.
Рис.2.1. Кинематическая схема станка: n эд= 1 ООО об/мин - частота вращения электродвигателя; di,
d2- диаметры шкивов;
Z], Z2, Z3 , Z4, z5, z6, z7, zg, ZQ, z j o - кол-во зубьев соответствующих шестерён
Исходные данные: кинематическая схема станка
Для построения структурной сетки необходимо составить структурную формулу, которая равна
произведению групповых передач.
6. Из каждой полученной точки на второй и последующих горизонталях аналогичным путём
проводят лучи для второй, третьей и последующих групповых передач.где z - кол-во частот
вращения шпинделя; Р 1 и Р 2 - количество передач в первой и второй группах.
Группой передач считается несколько передач, связывающих два смежных вала, тогда
характеристика каждой группы равно произведению групповых передач, кинематически предшествующих рассматриваемой группе, тогда структурная формула примет вид согласно
кинематической схеме:
Порядок построения структурной сетки:
1. На равных расстояниях проводят горизонтальные линии на одну больше, чем число
групповых передач; поле между двумя горизонтальными линиями отводится для одной групповой
передачи;
3. После логарифмирования формула примет вид
2. На равных расстояниях проводят столько вертикальных линий, сколько скоростей имеет
привод; расстояние между вертикальными линиями =1йф, т.к. для геометрического ряда
4. Рядом с полем, в порядке конструктивного расположения групп в приводе, указывают число
передач в группе Р, иXj.
5. На середине верхней горизонтали намечают точку 0, из которой симметрично проводят лучи
в количестве, равном Р , , и расстоянием между концами на следующей горизонтали, рав
ным
Пример
Дано: кинематическая схема коробки скоростей и её структурная формула - z - 31 • 2з =
6.
Построить структурную сетку.
Структурная сетка не даёт фактических значений частот вращения и передаточных отношений
передач в группах. Для определения этих величин строят второй график - график частот вращения.
Для его построения должны быть известны:
- фактические частоты вращения; -пЭд- частота вращения
электродвигателя; -ф - знаменатель геометрического ряда, -полная кинематическая схема
привода, которая кроме групповых передач может иметь и одиночные передачи например ремённую- di/cb =100/200 k=0,98- коэффициент проскальзывания ремня.
Пример
Дано: схема кинематической коробки скоростей.
z =3г 2з= 6;
Построить график частот вращения.
Порядок построения графика частот вращения
• на равных расстояниях проводят столько горизонтальных (или вертикальных) линий, сколько
валов в проектируемой коробке;
• на равных расстояниях проводят вертикальные линии (или горизонтальные) и присваивают
им (слева направо или (снизу вверх) порядковые частоты вращения, начиная с Пь
• руководствуясь правилом 1/4< i < 2 и пользуясь структурной сеткой, намечают цепь передач
для снижения частот вращения от и 1Д до ni (конструктивно).
Дальнейшее построение ведётся в соответствии с принятым вариантом структурной сетки z =
3]*2з = 6.
С учётом частоты вращения двигателя находим геометрический знаменатель <р:500/400=1.25, а
затем согласно стандартному ряду мы принимаем ф =1.26. Тогда дальнейший ряд частот вращения
примет вид
4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
4.1. Ознакомиться с устройством коробки скоростей
станка.
4.2. Изучить компоновку узлов и принцип действия каждого механизма коробки скоростей.
4.3. Проследить пути передачи движения от электродвигателя к шпинделю; изучить
кинематику коробки скоростей.
4.4. Составить (с натуры) кинематическую схему коробки скоростей, пользуясь
приведёнными ниже условными обозначениями (см. прил. 1); изобразить все механизмы станка,
которые могут передать эти движения; указать характер посадок на валы шкивов,''зубчатых колёс,
муфт и иных деталей.
Взаимно расположить валы на схеме так, чтобы существующие на станке варианты
зацеплений зубчатых колёс были изображены ясно и чётко.
4.5. Внимательно просмотреть и определить вид, устройство и расположение опор всех валов
и их количество; изобразить опоры валов на схеме.
4.6. Определить для каждой кинематической цепи количество неподвижных зубчатых колёс и
подвижных блоков; определить количество возможных переключений скоростей передаваемого
вращения, т. е. количество ступеней оборотов шпинделя; подсчитать число зубьев каждого
зубчатого колеса.
4.7. По заданной коробке скоростей после изучения её кинематики составить структурную
формулу, а затем построить структурную сетку.
4.8. Последовательно, начиная от источника движения, определить параметры звеньев
(передаточные числа) каждой кинематической цепи.
4.9. Составить уравнения всех кинематических цепей
станка.
4.10. Подсчитать все числа оборотов шпинделя в минуту каждого вала.
Пример
частота вращения второго вата имеет три скорости (пщи; пвд; ПппО
Дано: схема кинематической коробки скоростей.
Найти частоту вращения каждого вала. Частота вращения первого вала равна произведению
частоты вращения электродвигателя на ремённую передачу
i= di/d2-k (1/> ^ тлгпя
частота вращения третьего вала имеет шесть скоростей (пц|(П; ПШ(2); П|ц(3); пц|(4); пШ(5); Пш(6)):
принимаем пш (б)= 400 об/мин;
принимаем пШ(1)=315 об/мин;
принимаем п,ц(2)= 200 об/мин;
принимаем пш<зг 500 об/мин;
принимаем пш<4f= 250 об/мин;
принимаем пШ(5)= 160 об/мин;
4.11. Построить график чисел оборотов, учитывая и вал электродвигателя (пример построения
графика "чисел оборотов был дан ранее).
4.12. Составить схему управления (положения рукояток) с учётом кинематической схемы
станка и полученных чисел оборотов.
При составлении схемы управления необходимо изобразить коробку скоростей с рукоятками,
пронумеровать рукоятки и обозначить возможные их положения:
Полученные данные сводим в карту положения рукояток.
Таблица 4.1
Карта положения рукояток коробки скоростей
4.13. Составить отсчёт о проделанной работе, оформить с использованием схем, эскизов и
заполнением необходимых таблиц
5. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ОТЧЁТУ
Отчёт состоит из пояснительной записки, кинематической схемы коробки скоростей, схемы
управления и лабораторной карты.
Пояснительная записка включает описание последовательности выполнения работы и расчёта
чисел оборотов коробки скоростей.
Кинематическая схема станка должна быть вычерчена чётко и аккуратно. Должны быть
указаны номер группы, фамилия, имя. Отчество студента, дата выполнения.
Вариант для выполнения задания выбирается по последней цифре номера зачётной
книжки студента (табл. 5.1).БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Карандашов К.К. Кинематика коробок скоростей станков. Томск: Офсетная лаборатория
ТИСИ, 1986. - 11 с.
2. Локтев Д.А., Металлорежущие станки, 2-е изд., доп. и переработ. М.: Машиностроение,
1988. - 304 с.
3. Никифоров В.М. Технология металлов и конструкционные материалы. Ленинград:
Машиностроение. 1986,- 365 с.
4. Трондин К.Е. Металлорежущие станки. Минск: Высшая школа, 1975.- 431 с.
Приложение 1
Продолжение прил. 1
Условные обозначения кинематических пар ГОСТ 2.770-78
Продолжение прил. 1
Продолжение прил. 1