21. Оптимальный вариант множительной структуры.

Из всех возможных конструктивных и кинематических вариантов лучшим считается тот, который обеспечивает наибольшую простоту, наименьшее количество передач и групп передач, малые радиальные и осевые размеры.

1) Наименьшее количество передач возможно при условии если каждое слагаемое из правой части уравнения z = Р₁ · Р₂ · … Р_mбудет минимальным (простые числа 2, 3). Поэтому число передач в группах принимают равным 2 и 3, реже 4.

Уменьшая число передач в группах до minувеличиваем число групп передач, а следовательно и число валов. Уменьшая число групп увеличиваем число передач в группах.

2) Из всех возможных вариантов структуры выбирают тот, который обеспечивает наименьшие размеры и массу колёс.

Масса зубчатых колёс, смонтированных на одном валу, будет minпри минимальной разнице в их размерах. Этим требованием наилучшим образом отвечает основная группа, т. к. передаточное отношение передач здесь незначительно отличается друг от друга.

Поэтому целесообразна структура, у которой основная группа содержит наибольшее количество передач. Для уменьшения веса привода желательно, чтобы число передач в группах уменьшался от электродвигателя к шпинделю, например z= 3 · 2 · 2.

3) Желательно чтобы характеристики групп увеличивались от электродвигателя к шпинделю, т. е. если z = Р_х0 · Р_х1 · Р_х2, то х₀ < x₁ < x₂.

В этом случае при одинаковых наименьших числах оборотов получаются меньшими, что снижаются динамические нагрузки, вибрации в передачах, износ деталей и потери на трение, возрастает КПД при высоких числах оборота шпинделя что даёт возможность понизить требования к качеству изготовления деталей передач.

4) Для уменьшения крутящих моментов и веса деталей и всего привода необходимо сообщать, по возможности, более высокие числа оборотов промежуточным валам, что достигается применением больших iмежду первыми валами привода и меньших в последних передачах перед шпинделем.

22. Шпиндельные узлы станков.

22.1. Основные проектные критерии.

Шпиндели служат для закрепления и вращения заготовки или режущего инструмента и обеспечивают заданное положение их относительно к другим узлам станка.

Шпиндельные узлы должны обладать:

1. Жёсткостью, достаточной для предотвращения недопустимых деформаций от сил резания и от привода.

2. Точностью вращения, оцениваемую радиальным и осевым биением переднего конца шпинделя.

3. Виброустойчивостью, определяющейся амплитудой колебаний переднего конца шпинделя и частотой собственных колебаний.

4. Долговечностью, определяемую по усталостному износу деталей подшипника или потере смазочных свойств масла.

5. Быстрым и точным закреплением инструмента или обрабатываемой детали.

6. Минимальными затратами на изготовление, сборку и эксплуатацию шпиндельного узла.

22.2. Конструкции шпиндельных узлов.

Конструктивная форма шпинделя определяется:

1. Требованием к его точности.

2. Условиями работы шпинделя.

3. Способами закрепления в нём инструментов или заготовки.

4. Размещением элементов привода.

5. Типом применяемых опор.

Факторы, определяющие конструкцию шпиндельных узлов:

1. Конфигурация переднего конца шпинделя.

Зависит от способа крепления инструмента или заготовки. Центрование осуществляется конусом Морзе, конусами 7/24 или 1/3.

7º 7' 30''

D

Применение в токарных, токарно-револьверных, токарных многорезцовых станках, шлифовальных и др.

Δ7 : 24

Фрезерные станки

Сверлильные и D расточные станки Конус Морзе

d Шлифовальные станки D

Δ 1 : 3

2. Конфигурация внутренних поверхностей определяется наличием отверстия для пруткового материала и конструкцией зажимного устройства, встраиваемого в шпиндель.

3. Тип приводного элемента.

Зубчатые передачи просты и компактны, передают большие крутящие моменты, но из-за передачи возмущений на шпиндель их не применяют в прецизионных станках. При применении ременной передачи конструкция усложняется, увеличиваются её размеры, но при этом увеличивается плавность вращения.

Приводные шестерни и шкивы имеют посадки без зазора (предпочтительно на конические поверхности).

4. Методы смазывания.

Существуют следующие основные способы:

а). Погружение (почти не применяют)

б). Разбрызгивание (разбрызгивание от шестерён, масло подаётся в подшипники непосредственно)

в). Капельное (подшипники шпинделя смазываются независимо от других элементов привода. Масло подаётся от 1 до 100 г/час)

г). Масляный туман (применяют сжатый воздух для образования масляного тумана)

д). Под давлением (применение при высоких частотах вращения; масло под давлением сливается через сопла в зазор между сепаратором и кольцом подшипника)

е). Циркуляционное (создаётся поток масла через подшипник).

Для защиты подшипников от грязи, пыли, а также от вытекания смазочного материала применяют манжетное армированное уплотнение с пружиной из резины или кожи, или лабиринтное уплотнение.

5. Материалы шпинделей и термообработка.

Для шпинделей станков нормальной точности применяют конструкционные стали 45, 50, 40Х с поверхностной закалкой HRC_э50 – 60. Для прецизионных станков в условиях жидкостной смазки применяют, стали 20Х, 18ХГТ с цементацией и закалкойHRC_э56 – 60. Для изготовления полых шпинделей большого диаметра иногда применяют СЧ20.

83