движений между взаимно перпендикулярными валами, но в станках они используются весьма редко.

3. В неполнозубой передаче (см. рис. 2.12,ж) ведомое колесо Z2 имеет полный зубчатый венец, а ведущее Z1 – зубья только на части окружности. Ведомое колесо поворачивается лишь тогда, когда с его зубьями сцепляются зубья неполнозубого ведущего колеса (или зубчатого сектора).

Передаточное отношение механизма

i = Z1 . Z2

В механизме должно быть предусмотрено устройство, фиксирующее ведомое колесо от поворота, когда оно не сцеплено с сектором. Передачи такого типа работают с ударами в моменты начала и конца зацепления, что является их недостатком.

2.2.8. Суммирующие механизмы

Такие механизмы применяют для сложения движений. Суммирующий механизм объединяет две кинематические цепи, соединяющие различные начальные звенья с одним и тем же конечным. Суммирование движений, к примеру, имеет место:

-если один и тот же рабочий орган получает движение от двух двигателей или иных источников движения;

-если требуется получить неравномерное движение узла, заданное определенным законом;

-если требуется обеспечивать точную настройку кинематических цепей, например, к основному движению прибавляется дополнительное от коррегирующего устройства. Дополнительное движение в таком случае исправляет кинематические погрешности элементов, обеспечивающих основное движение. Для этого может быть применена винтовая передача (см. рис. 2.4,а), в которой скорость (или величина) перемещения гайки вдоль оси вращающегося винта корректируется при повороте гайки в ту или иную сторону.

Сложение движений может осуществляться реечной передачей (см. рис. 2.4,б), если вращение шестерня будет получать и за счёт перемещения рейки, и за счёт перемещения шестерни вдоль рейки. В качестве суммирующих механизмов используется ещё ряд передач и устройств.

Рассмотрим суммирующие устройства, называемые дифференциальными механизмами с цилиндрическими и коническими зубчатыми колёсами или цилиндрическими и коническими дифференциалами (рис. 2.13).

81

В них движения от валов I и II суммируются на валу III. В этой связи необходимо знать передаточные отношения механизма от вала I к валу III iI→III , и от вала II к валу III iII→III . Их можно определить по формуле Виллиса или по правилу Свампа.

Применение последнего правила более наглядно, поэтому воспользуемся им и рассмотрим в отдельности два варианта действия того и другого механизмов:

1)когда вал I ведёт (ВЩ), а вал II неподвижен; при этом определяют

iI→III и в каких направлениях вращаются валы I и III;

2)когда вал II ведёт (ВЩ), а вал I неподвижен; при этом определяют

iII→III и в каких направлениях вращаются валы I и III.

Рис. 2.13. Суммирующие механизмы:

а – с цилиндрическими шестернями (цилиндрический дифференциал); б – с коническими шестернями (конический дифференциал)

1. В цилиндрическом дифференциале (см. рис. 2.13,а) движение от вала I к валу III передаётся колёсами Z1, Z2, Z3, Z4. Вал II соединён с корпусом (водилом) механизма, в котором эксцентрично установлены колёса Z2 и Z3 (т.н. сателлиты). В результате при повороте корпуса колесо Z2, перемещаясь по радиусу относительно оси центрального колеса Z1, поворачивается и вокруг собственной оси. Это вращение через сателлит Z3 и центральное колесо Z4 передаётся валу III. Итак:

1) передаточное отношение от вала I к валу III

iI→III =	Z1		Z2		Z3	=	Z1	.
	Z2		Z3		Z4
							Z4

При этом валы I и III вращаются в разных направлениях;

82

2)для определения передаточного отношения от вала II к валу III

iII→III представим, что весь механизм как жёсткое звено повёрнут на один

оборот (+1), а затем вал I возвращён назад (–1) и при этом возврате вал III совершил поворот в соответствии с передаточным отношением iI→III . Запи-

шем это двумя строками в таблице с соответствующими знаками ("+" – при повороте валов в одном направлении и "–" – в разных) и просуммируем по столбцам:

	Вал I –	Вал II –	Вал III –
	неподвижен	ВЩ	ВМ
	+1	+1	+1
	–1	0	+	Z1
				Z4
	0	+1	1+		Z1
					Z4

Очевидно, что за один оборот

вала II вал III совершает 1+ Z1 обо-

Z4

рота, и, значит, передаточное отно-

шение iII→III =1 + Z1 . При этом валы

Z4

II и III вращаются в одном направлении.

2.В коническом дифференциале (см. рис. 2.13,б) движение от вала I

квалу III передаётся колёсами Z1, Z2, Z3. Вал II соединён с корпусом механизма, в котором установлены сателлиты Z2. При повороте корпуса дифференциала колёса Z2, перемещаясь относительно центрального колеса Z1, поворачиваются и вокруг собственной оси. Это вращение через центральное

колёсо Z3 передаётся валу III. Воспользуемся правилом Свампа:

1) передаточное отношение от вала I к валу III iI→III =				Z1		Z2	=1,
				Z2
						Z3
т.к. Z1 = Z3 . При этом валы I и III вращаются в разные стороны;
2) аналогично показанному выше:
	Вал II –
Вал I –		Вал III –	Таким образом iII→III = 2 . При
неподвижен	ВЩ	ВМ
+1	+1	+1	этом валы II и III вращаются в одном
–1	0	+1	направлении.
0	+1	+2

При желании определить частоту и направление вращения ведомого вала дифференциала следует сложить частоты вращения ведущих валов, умноженные на соответствующие передаточные отношения с учётом знаков ("+", "–"), отражающих направления вращения валов.

83

2.2.9. Механизмы обгона

Механизмы обгона (или обгонные устройства, или муфты обгона) являются самоуправляющимися устройствами включения и выключения приводов. С их помощью обеспечивается передача вращения валу от одной из двух самостоятельных кинематических цепей – тихоходной или быстроходной. При этом если быстроходная цепь не включена, валу, на котором находится муфта обгона, передаётся медленное вращение. При включении быстроходной цепи вал переходит на быстрое вращение, но тихоходная цепь не выключается, и при останове быстроходной цепи вал продолжает вращаться, но снова медленно. Наибольшее распространение получили роликовые механизмы обгона. На рис. 2.14,а показан один из конструктивных вариантов роликовой муфты обгона.

Рис. 2.14. Механизмы обгона:

а – механизм с роликовой муфтой: 1 – ведущее колесо передачи медленного движения; 2 – чашка с ведомым зубчатым колесом; 3 – ролики; 4 – диск с вырезами; 5 – вал диска с вырезами; б – механизм с храповой муфтой:

1	– ведущее	колесо передачи
медленного		движения;
2	– полумуфта с ведомым
зубчатым		колесом;
3	– подпружиненная защёлка;
4	– полумуфта с храповиком;
5	– вал храповика

Тихоходная цепь через передачу 1-2 связана с муфтой обгона. Ведомое зубчатое колесо 2 с полумуфтой – чашкой 2 – свободно сидит на валу 5. В расточке чашки находится вторая полумуфта – закреплённый на валу 5 диск 4 с вырезами, которых обычно бывает два или три. В клиновом пространстве между поверхностями расточки чашки и вырезами диска находятся подпружиненные ролики 3. Быстроходная цепь связана непосредственно с валом 5. Когда быстроходная цепь не включена, чашка, вращающаяся медленно по часовой стрелке, увлекает силами трения ролики и они, поджимаемые также слабыми пружинами, заклиниваются между внутренней поверхностью чашки и вырезами диска. В результате этого диск и вал начинают вращаться вместе с колесом и чашкой. Если валу сообщить по другой цепи быстрое вращение в том же направлении, то вместе с ним получит вращение и диск 4. Диск вместе с роликами начнёт обгонять чашку, ролики откатятся в более широкую часть клинового пространства и муфта раскли-

84

нится, позволяя передаче 1-2 продолжать медленное движение. При выключении быстрого вращения ролики снова заклиниваются и вал переходит на медленное вращение.

Механизм может работать и по-другому. Если ведущим звеном будет вал 5 с диском 4 и вращение его будет происходить против часовой стрелки, то чашка с колесом 2 окажется ведомой. При реверсировании вала механизм расклинится и чашка остановится.

Имеются конструкции роликовых механизмов обгона, обеспечивающие медленное вращение в одном направлении, а быстрое – в двух, или медленное и быстрое вращение в двух направлениях.

Вмеханизме обгона храпового типа (рис. 2.14,б) медленное движе-

ние передаётся с зубчатого колеса 1 на зубчатое колесо 2 с подпружиненной защёлкой (собачкой) 3. Колесо с собачкой сидит на валу 5 свободно, а храповик (храповое колесо) 4, с которым взаимодействует собачка, закреплено на этом валу. При вращении колеса 2 (на рисунке – против часовой стрелки) собачка будет вести храповик с валом 5. Если валу 5 сообщить более высокую скорость вращения в том же направлении по другой кинематической цепи, то храповик начнёт обгонять колесо 2. Собачка 3 препятствовать этому обгону не будет. После выключения быстрого вращения вала 5 собачка зацепит храповик и поведёт его снова с медленной скоростью.

Вхраповом механизме обгона, так же как в роликовом, вал 5 может быть ведущим, и тогда при его вращении по часовой стрелке вместе с ним будет вращаться колесо 2. При вращении вала 5 против часовой стрелки колесо 2 будет неподвижно.

2.2.10. Компоновки и конструктивные решения приводов главного движения

Приводы, обеспечивающие более 4 вариантов скоростей, обычно включают несколько последовательно расположенных групп на 2, 3, 4 скорости, составляющих коробку скоростей. Различные частоты вращения выходного вала привода главного движения – шпинделя – обеспечивается при включении в различных сочетаниях передач групп. Шпиндель монтируется в корпусной детали, называемой шпиндельной бабкой (или шпиндельной го-

ловкой – в зависимости от типа станка).

Различают приводы, встроенные в шпиндельную бабку и разделён-

ные. На рис. 2.15 в качестве примера показана кинематическая схема коробки скоростей на 12 вариантов, встроенной в шпиндельную бабку.

Уравнение кинематического баланса этого привода следующее:

d1

Z1

Z3

Z5

Z7

Z9

Z11

Z13

Z15

n = nдв

;

;

;

;

ηp

.

d

2

Z

2

Z

4

Z

6

Z

8

Z

Z

Z

Z

10

12

14

16

85

Для размещения всех передач кроме ременной, связывающей электродвигатель с входным валом бабки, использована одна корпусная деталь, что позволяет проще обеспечить надлежащую координацию валов, упростить систему смазки, сконцентрировать органы управления приводом и т.д. Однако при таком конструктивном решении шпиндельный узел нагревается теплом, выделяющимся при работе коробки скоростей, а её вибрации передаются на шпиндель. В ряде случаев не применяют ременную передачу, а двигатель монтируют на бабке. Это делает привод более компактным, но опасность усиления (или появления) вибраций шпинделя возрастает.

В разделённых приводах шпиндельная бабка, содержащая часто перебор, и коробка скоростей выполняются в виде отдельных узлов, связанных ременной передачей. На рис. 2.16,а,б показаны такие приводы на 12 и 18 вариантов. Уравнения кинематического баланса этих приводов будут соответственно:

Z1

Z3

Z5

Z7

Z9

d1

Z11

Z13

а) n = nдв

;

;

;

ηp

; 1 ;

Z

2

Z

4

Z

6

Z

Z

d

2

Z

Z

8

10

12

14

86

d1

Z11

Z13

Z15

б) n = ...

η

;

; 1 .

d

Z

Z

Z

2

p

12

14

16

Наличие двух силовых узлов вместо одного усложняет и удорожает привод; требуется обеспечивать взаимную координацию узлов, организовывать отдельные системы смазки. Для передачи шпинделю полной мощности на малых частотах вращения приходится увеличивать сечения ремней, размеры шкивов и т.д.

Однако узел, находящийся в рабочей зоне станка (шпиндельная бабка), является весьма компактным; вибрации коробки скоростей и электродвигателя не передаются шпинделю; нагрев коробки скоростей не влияет на работу шпиндельного узла.

Встанках с ЧПУ, где требуется изменять скорости автоматически,

могут применяться автоматические коробки скоростей (АКС).

Вкомплексе с регулируемым электродвигателем обычно применяются АКС на малое число вариантов (2-4).

Уравнение кинематического баланса для привода бесступенчатого регулирования по рис. 2.17,а будет иметь вид

n = (nдв.min...nдв.max )

d1

Z1

Z3

Z5

Z7

Z9

ηp

;

;

.

d

2

Z

2

Z

4

Z

6

Z

Z

8

10

Для приводов со ступенчатым регулированием применяются АКС на большее число ступеней, иногда в сочетании с переборами. Электродвигатель – нерегулируемый.

87

Для варианта такой АКС по рис. 2.17,б уравнение кинематического баланса будет иметь вид

d1

Z1

Z3

Z5

Z7

Z9

Z4

d3

n = nдв

ηp

;

;

;

;

... .

d

2

Z

2

Z

4

Z

6

Z

Z

Z

...

8

10

11

Переключение передач в АКС может осуществляться с помощью электромагнитных муфт (см. рис. 2.17), гидропривода (поз. Ц1 на рис. 16.12) и другими способами.

Рис. 2.17. Возможные решения автоматических коробок скоростей: а – вариант привода с регулируемым электродвигателем;

б – вариант привода с нерегулируемым электродвигателем

При разработке структуры и компоновки привода и оформлении шпиндельных узлов учитывают следующее:

-если привод составляется из групп с разными числами вариантов (2, 3, 4), ближе к начальному звену цепи располагают группы на большее число вариантов;

-если коробка скоростей должна иметь уменьшенные осевые габариты, то можно группы передач устанавливать одна против другой; для обеспечения этого между ними вводится одиночная передача (рис. 2.18,а); возможно также использование "связанных" шестерён (см. на рис. 2.17,б – шес-

терня Z4 и рис. 2.18,б);

-обычно шпиндель с предыдущим валом не связывают группой более чем на две скорости, а лучшее решение – установить одиночную замедляющую передачу;

-шпиндельное колесо обычно располагают у передней опоры шпинделя, а при двух колёсах на шпинделе ближе к передней опоре располагают большее из них.

Приводы со ступенчатым регулированием характеризуются небольшой стоимостью, высокой надёжностью, простотой обслуживания, возможностью обеспечения постоянства мощности во всем диапазоне скоростей

88