4. Примеры проектирования приводов главного движения металлорежущих станков

Пример 1.Требуется проанализировать кинематическую схему привода главного движения консольно-фрезерного станка на предмет её усовершенствования (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Кинематическая схема привода главного движения станка

Основой анализа является график частот вращения шпинделя.

По кинематической схеме строится график частот вращения (рис. 4.2).

Из графика видно, что в рассматриваемой кинематической схеме используется конструктивный вариант схемы с одним связанным колесом (колесо z= 38), зубчатое колесоz= 16 имеет корригированные зубья, а пара колес 82:38 дает несколько завышенную частоту вращения по сравнению с нормативными значениями, что приводит к дополнительному нагрузочному моменту на ведущем валу. Применение ускоряющих передач приводит к увеличению вращающего момента на ведущем валу во столько раз, во сколько увеличивается частота вращения ведомого вала. Таких передач в схеме две. Исправить недостатки в схеме можно путем изменения передаточных отношений в зубчатых колесах в пределах 1/4 ≤i≤ 2 и изменением суммы зубьев в колесах между валами. На рис. 4.3 дан новый график частот вращения, позволяющий устранить некоторые отмеченные недостатки, при этом число зубчатых колес сократилось за счет применения двух связанных колес. Кинематическая схема к данному графику приведена на рис.4.4.

Рис. 4.2. График частот вращения привода главного движения	Рис. 4.3. График частот вращения привода с двумя связанными колесами

Рис. 4.4. Кинематическая схема привода с двумя связанными колесами

Кроме того, целесообразно сменить электродвигатель в данном приводе, взяв двигатель той же мощности, но с большей номинальной частотой вращения и меньшей массой. Для рассматриваемого примера это будет электродвигатель АИР132М2 сN= 11кВт,n= 2915 мин^-1(см. табл. П17). График частот вращения приведен на рис.4.5. Числа зубьев на колесах подобраны так, что получаемые на шпинделе фактические частоты вращения отличаются от нормализованных значений менее 2% при нормативе 2,5 %. Окружные скорости зубчатых колес также не превышают нормативных значений.

Рис. 4.5. График частот вращения привода главного движения

С электродвигателем модели аир132м2

Сравним между собой полученные варианты кинематических схем с исходным вариантом (рис. 4.1) по габаритным и силовым характеристикам. О силовых возможностях привода будем судить по максимальному крутящему моменту на шпинделе, по которому ведется силовой расчет элементов привода. В данном случае, это момент на шпинделе при частоте его вращения 100 мин^-1, как расчетной частоте, соответствующей 1/3 общего интервала регулирования шпинделя.

Об относительных изменениях габаритных размеров коробки скоростей можно судить по изменениям расстояния между крайними колесами в кинематических схемах и изменению суммы межосевых расстояний между валами, поскольку в рассматриваемом станке все валы располагаются в одной вертикальной плоскости.

По всем трем кинематическим схемам на основе графиков частот вращения шпинделя (рис. 4.2, рис. 4.3, рис. 4.5) были произведены расчеты по выявлению числовых значений крутящих моментов Мна валах, модулейmзубчатых колес, суммы зубьев колес Σzи межосевых расстоянийАмежду валами I…V. Результаты расчетов приведены в табл.4.1.

Итоговые цифры таблицы позволяют констатировать следующее:

1. Крутящие моменты на шпинделе во всех трех вариантах конструктивного исполнения коробок скоростей практически одинаковые на одних и тех же частотах вращения шпинделя.

2. Крутящие моменты на первых трех валах в приводах по вариантам 2 и 3 примерно в 1,5 раза меньше, чем в исходном варианте, что потенциально допускает использование колес на этих валах с меньшим модулем.

3. По условиям сцепляемости подвижных зубчатых блоков модули у всех зубчатых колес приходится назначать одинаковыми, за исключением первой пары. Численное значение модуля определяет пара колес на выходном валу редуктора.

4. Редукторы с двумя «связанными» колесами увеличивают межцентровое расстояние между I и V валами на 12…14% по сравнению с исходным вариантом, то есть высота редуктора стала несколько больше. Ширина редуктора осталась неизменной, несмотря на сокращение общего числа зубчатых колес в редукторе на единицу (было 17 колес, стало 16). Окончательный вывод можно сделать только после подробной конструкторской проработки чертежей коробки скоростей, однако, предварительный итог – предпочтение следует отдать варианту 3.

Таблица 4.1