1.3 Основные типы коробок скоростей

Коробки скоростей различают по компоновке и способу переключения передач.

В зависимости от компоновки различают коробки скоростей с раздельным приводом и встроенные в шпиндельную бабку. Выбор расположения коробки скоростей на станке в значительной степени определяется ее назначением и типоразмером.

В токарных, шлифовальных, расточных и других станках коробка скоростей выполняется в виде самостоятельной сборочной единицы, корпус которой либо неподвижно закреплен на станине, либо может перемещаться по направляющим. Такая компоновка удобна при изготовлении станка, особенно при поточных методах производства.

Просмотреть ближе

Рисунок 1.1 - Расположение валов в коробках скоростей

а

а

б

б

Рисунок 1.1 - Расположение валов в коробках скоростей. Трехмерные модели

В некоторых случаях применяют так называемую моноблочную конструкцию, когда корпус коробки скоростей отлит как одно целое со станиной. Хотя это и увеличивает жесткость конструкции, но менее удобно при изготовлении и монтаже. Довольно часто в одном корпусе объединяются механизмы коробки скоростей с приводом подач или другими механизмами. Например, коробка скоростей радиально-сверлильного станка включает и привод подачи шпинделя.

При изготовлении коробки скоростей в виде самостоятельной сборочной единицы ее корпус может быть выполнен с разъемом по оси всех валов (рисунок 1.1, б). Это удобно с точки зрения монтажа валов, но приводит к большим габаритам коробки. Более компактной получается коробка при неразъемном корпусе (рисунок 1.1, а) с осевым монтажом всех валов. Такая конструкция является наиболее распространенной.

В зависимости от способа переключения передач коробок скоростей различают следующие их типы:

1) коробки скоростей с передвижными (скользящими) блоками зубчатых колес;

2) коробки скоростей с кулачковыми муфтами;

3) коробки скоростей с фрикционными муфтами;

4) коробки скоростей с перебором;

5) коробки скоростей со сменными колесами;

6) коробки скоростей со связанными колесами.

Особенности этих типов коробок скоростей рассматриваются в той мере, в которой это необходимо при курсовом проектировании.

1.3.1 Коробки скоростей с передвижными (скользящими) блоками зубчатых колес

Такая коробка скоростей показана на рисунок 1.2. Она обеспечивает z=1·3·2 = 6 скоростей и имеет передвижные тройной и двойной блоки. Коробки скоростей этого типа могут передавать большие крутящие моменты и мощности при относительно малых радиальных габаритах.

Рисунок 1.2 - Кинематическая схема коробки скоростей токарного станка модели1616

Просмотреть ближе

При данном модуле радиальные габариты могут получиться наименьшими при условии:

u_pmax ∙ u_pmin = 1,

где u_pmax и u_pmin - наибольшее и наименьшее передаточные числа передач, связывающих два смежных вала. Существенное достоинство способа изменения скорости вращения ведомого вала (при постоянной скорости ведущего) посредством передвижных зубчатых колес состоит в том, что при включении какой-либо пары колес все остальные не сцеплены. Это способствует увеличению их срока службы и КПД передачи.

Переключение скоростей передвижными блоками колес в коробках скоростей получило наибольшее распространение в универсальных станках, несмотря на свойственные таким коробкам недостатки:

а) сложность переключения передач (необходимо выключить привод коробки скоростей, притормозить валы коробки, переключить скользящие блоки зубчатых колес, растормозить привод и включить привод коробки);

б) переключение передвижных зубчатых колес на быстром ходу приводит к их поломкам, так как передача вращения от ведущего вала к ведомому начинается в тот момент, когда зубцы одного из колес блока вступят в зацепление с зубцами соответствующего колеса, закрепленного на валу, не всей своей длиной, а только ее частью;

в) относительно большие осевые габариты групповой передачи. Осевая протяженность их равна или больше 2 bp, где p - число передач в группе, а b - ширина зубчатого венца колеса в этой группе.

Расположение зубчатых колес по длине наиболее целесообразно производить так, чтобы не требовалось длинного вала. Для уменьшения осевых габаритов принимают b = (4 ÷ 8) m, где m - модуль колес;

г) большие осевые усилия для переключения крупных передвижных блоков зубчатых колес ограничивают их применение в тяжелых станках с ручным управлением коробкой скоростей.

На современных станках передвижные блоки зубчатых колес располагаются обычно на шлицевых валах, стоимость изготовления которых выше, чем гладких валов, применяемых при других способах изменения скорости вращения.

1.3.2 Коробки скоростей с кулачковыми муфтами

Коробки скоростей с кулачковыми муфтами (рисунок 1.3) применяются при невысоких окружных скоростях на зубцах муфт (до 1-1,5 м/с). Преимуществом кулачковых муфт являются малые осевые перемещения при переключениях, возможность применять в коробке передачи косозубыми и шевронными колесами, а также меньшие усилия для переключения, чем у подвижных блоков зубчатых колес, что имеет значение для коробок скоростей тяжелых станков.

Недостатки переключения передач кулачковыми муфтами следующие:

а) возможность поломки зубцов муфты при включении передач на ходу при больших скоростях вращения. Это вызывает необходимость выключать и притормаживать привод при переключении скоростей или вводить синхронизатор для предварительного уменьшения разности скоростей вращения сцепляемых половинок муфты;

б) холостое вращение зубчатых колес выключенных, но оставшихся в зацеплении, вызывает потери и преждевременный износ в зацеплениях и в опорах валов.

Рисунок 1.3 - Схема коробки скоростей токарного станка с кулачковыми муфтами

Просмотреть ближе

При опорах скольжения в некоторых коробках (со ступенями возврата) эти потери сильно снижают к. п. д. и вызывают значительное торможение зубчатых передач. Но и при опорах качения холостое вращение зубчатых колес вызывает потери, особенно Заметные на высоких ступенях скорости выходного вала коробки скоростей. Эти недостатки ограничивают применение кулачковых муфт в коробках скоростей современных станков. Наиболее удачными являются комбинации зубчатых муфт с передвижными зубчатыми колесами, исключающие или ограничивающие холостое вращение колес.

1.3.3 Коробки скоростей с фрикционными муфтами

Применение фрикционных муфт (рисунок 1.4) дает возможность быстрого и плавного переключения зубчатых передач на ходу, что является эффективным средством сокращения затрат вспомогательного времени. Кроме того, такой способ переключения допускает применение в коробке косозубых и шевронных передач.

Ограниченная величина крутящего момента из-за проскальзывания трущихся поверхностей муфты, большие радиальные и осевые габариты, потери и износ при холостом вращении постоянно сцепленных передач, а также снижение КПД вследствие трения в выключенных муфтах являются основными недостатками коробок скоростей с переключением фрикционными муфтами.

Иногда к этим недостаткам прибавляются эксплуатационные неполадки - буксование и нагревание муфт, необходимость их частой регулировки.

Рисунок 1.4 - Схема коробки скоростей токарно-револьверного станка модели 1М36

Просмотреть ближе

Переключение групповых передач фрикционными муфтами применяется преимущественно в коробках скоростей небольших и средних токарно-револьверных станков.

1.3.4 Коробки скоростей с переборами

Рисунок 1.5 - Схема коробки скоростей с перебором

Просмотреть ближе

Под перебором понимается дополнительная зубчатая передача в коробке скоростей, при помощи которой достигается увеличение количества скоростей выходного вала. Кроме того, наличие переборов позволяет получать низкие числа оборотов и соответственно высокие значения крутящих моментов на выходном валу коробки. Переборы проектируются с двумя и больше парами зубчатых колес в зависимости от типа (одинарный, двойной или тройной перебор). На рисунке 1.5 приведена простая коробка на 6 скоростей с перебором.

Ведущий вал перебора 1 получает три различные скорости. От ведущего вала эти скорости либо непосредственно передаются на выходной вал 2 при включенной кулачковой муфте, либо через две пары зубчатых колес перебора u₁ и u₂.

Применение перебора дает возможность увеличить редукцию к последней множительной передаче за счет совпадения одной скорости ведущего и ведомого валов. Однако коробки скоростей с переборами имеют существенный недостаток: в них значительно усложняется конструкция механизма переключения скоростей, так как требуется применение большого количества передвижных муфт и рычагов. Коробки скоростей с переборами применяются во многих универсальных станках при невысоких окружных скоростях зубчатых колес.

Достоинство таких коробок состоит в их компактности и меньшем числе валов в корпусе коробки.

1.3.5 Коробки скоростей со сменными колесами

Коробки скоростей со сменными колесами (рисунок 1.6, а) применяются в станках, в которых сравнительно редко происходит перенастройка чисел оборотов, например в станках-автоматах и полуавтоматах для серийного и массового производства, а также для поднастройки универсальных станков на партию деталей.

а - со связанным зубчатым колесом;

б - с промежуточным зубчатым колесом

Рисунок 1.6 - Схема коробки скоростей

Просмотреть ближе

Сменные колеса устанавливают в устройство, называемое гитарой скоростей, которая обычно состоит из одной пары сменных колес (а и b) с постоянным расстоянием между центрами. Иногда между ними вводят промежуточное зубчатое колесо, которое не оказывает влияния на величину передаточного числа, но дает возможность вводить в зацепление (в существующем конструктивном диапазоне размеров) любые сменные колеса а и с (рисунок 1.6, б).

Достоинствами варианта переключения скоростей сменными колесами являются:

а) малые осевые габариты;

б) количество осуществляемых передач в группе очень велико — оно лимитируется предельными значениями передаточных чисел при максимальном диапазоне регулирования группы:

.

Если необходимый диапазон регулирования привода не превосходит указанных величин, то настройка оборотов производится только одной группой передач;

в) при сменных колесах возможность аварийных включений передач исключается. Недостатками коробок скоростей со сменными колесами являются сравнительно длительная их перенастройка и трудность уплотнения без прокладок закрывающей их крышки при горизонтальном расположении валов.

Для устранения утечки масла применяются конструкции с отбортовкой стенок и отражателями.

1.3.6 Коробки скоростей со связанными колесами

Для уменьшения числа зубчатых колес в коробках скоростей применяют передачи со связанными колесами (рисунок 1.7). Связанным называется колесо z₂, принадлежащее одновременно двум различным группам передач. Его применение позволяет уменьшить не только число колес, но и осевую длину передачи. Однако при использовании связанных колес возникают трудности в построении ряда чисел оборотов.

Рисунок 1.7 - Схема коробки скоростей со связанным колесом

Просмотреть ближе