Механізми для ступінчастої зміни чисел оборотів, Механізми металорізальних верстатів
Ступінчаста зміна чисел обертів може бути здійснена за допомогою багатошвидкісного асинхронного електродвигуна, ступінчастих шківів і коробок швидкостей та подач із зубчастими колесами.
Ступінчастошківні передачі зазвичай з клиновими ременями застосовуються порівняно рідко, в основному при вузькому діапазоні зміни чисел оборотів малому числі ступенів і невеликої потужності, на невеликих свердлильних верстатах, деяких моделях фрезерних верстатів, настільних токарних.
Асинхронні багатошвидкісні двигуни застосовуються, як правило, разом із коробками швидкостей.
Ступінчаста зміна чисел оборотів
Найбільшим поширенням користуються коробки швидкостей та подач із зубчастими колесами.
Зубчасті передачі
У коробках швидкостей і подач зміна чисел обертів досягається послідовним включенням різних зубчастих передач між валами коробок швидкостей і подач. Для почергового включення можуть бути використані змінні зубчасті колеса (рис. 16), або постійні зубчасті колеса (рис. 17), для включення яких використовуються ті чи інші механізми включення.
Перш ніж перейти до розгляду різних елементарних механізмів, зауважимо, що у верстатах передавальні відносини зубчастих коліс рекомендується обмежувати такими значеннями: для коробок швидкостей imax = 2, imin = 1/4, для коробок подач imax = 2,5, imin = 1/5 . В окремих випадках допускається збільшення imax до 2,5-4. Застосування передавальних відносин, що виходять за вказані межі, призводить до збільшення габаритів механізму, зниження к.п.д. та появі конструктивних труднощів при розміщенні механізмів перемикання, збільшення шуму.
Мал. 16 Змінні зубчасті колеса (гітара)
Змінні шестерні
Змінні шестерні 3 і 5 (мал. 16) встановлюються на консольних кінцях валів 4 і 6 на шпонках або шліцях. Шестерні закріплюються за допомогою швидкознімних шайб та гайок. Якщо виходити із зазначених вище граничних передатних відносин, то змінні шестерні можуть забезпечити зміну чисел обертів у діапазоні 10-12. При проектуванні кожуха 2 необхідно передбачити можливість встановлення як веденої, так і провідної шестерень з найбільшим числом зубів.
При постійних шестернях, що по черзі включаються, встановлених на двох паралельних валах, діапазон зміни чисел оборотів знаходиться в зазначених для змінних шестерень межах. Так як у більшості випадків потрібно значно більший діапазон, то коробки швидкостей та подач виконуються багатоваловими. Для включення різних зубчастих передач між двома суміжними валами використовують елементарні механізми, представлені на рис. 17.
Рухомі шестерні
При перемиканні з допомогою рухомих шестерень останні виконуються як блоків (рис. 17, а-в). Найбільшим поширенням користуються механізми з подвійним та потрійним блоком (рис. 17, а та б). При блоках із чотирьох шестерень сильно зростає осьова довжина механізму, тому такий варіант використовується лише в окремих випадках, коли велика довжина механізму визначається іншими конструктивними елементами. В інших випадках почергове включення чотирьох передач здійснюється за допомогою двох подвійних окремих рухомих блоків.
Завдяки перевагам, властивим механізмам перемикання з рухомими шестернями, вони знаходять широке застосування в коробках швидкостей і подач, розрахованих як на роботу при високих швидкостях, так і на передачу великих моментів, що крутять.
Мал. 17 Механізми для ступінчастої зміничисла оборотів
Використання муфт
При використанні механізмів зміни чисел оборотів кулачкових, зубчастих і фрикційних муфт вони мають схему, представлену на рис. 17, м. Як правило, ці механізми виконуються з двосторонньою муфтою I. Внаслідок зазначених вище недоліків механізмів перемикання з муфтами вони застосовуються рідше. Виняток становлять електромагнітні фрикційні муфти, які знаходять більш менш значне поширення при дистанційному та автоматичному управлінні.
У ряді конструкцій коробок швидкостей та подач використовується механізм, зображений на рис. 17, д. У даному випадку провідною ланкою є втулка шестірні, яка отримує обертання через зубчасту або ремінну передачу. У наведеному на схемі положенні обертання передається від втулки шестерні zx через шестерні z1 -z2, z3-z4 валу III. При переміщенні шестірні z4 вліво вона виходить із зачеплення з шестернею z3 і муфта, виконана заодно з шестернею z4, зчіпляється з муфтою, виконаною заодно з шестернею z3. У цьому обертання від шестерні zx безпосередньо передається валу III. Так як обидві пари зубчастих коліс можуть бути виконані знижуючими з передатним ставленням 1/4, то при даній схемі діапазон зміни чисел обертів вала III може бути розширений до 16. Механізми цього називають передачею зі ланкою повернення.
Механізм перебору
Інша модифікація такого механізму, звана перебором, зображена на рис. 17, е. У цьому випадку при безпосередньому зчепленні вала III з шестернею за допомогою муфти I шестерні z2 і z3, пов'язані загальною втулкою, переміщуються в осьовому напрямку і виводяться з зачеплення з шестернями z1 і z4, що сприяє підвищенню к. п. д. та зменшення втрат холостого ходу при включенні високої кількості обертів валу III.
Механізми останніх двох типів зазвичай знаходять застосування в останніх ланках коробок швидкостей та подач.
Інші механізми
Механізми, показані на рис. 17 ж-і застосовуються в коробках подач.
Механізм з рухомою шпонкою (рис. 17 ж) відрізняється малими розмірами вздовж осі. У тих випадках, коли недоліки механізмів з рухомою шпонкою, зазначені вище, не мають суттєвого значення, механізм використовується завдяки компактності. Зокрема, він застосовується в коробках подач свердлильних верстатів, коробках подач, розташованих у фартухах револьверних верстатів, коробках подач карусельних верстатів.
Механізм, зображений на рис. 17, з складається з жорстко закріплених на валу I шестерень z1-z7 і накидної шестерні z8. Накидна шестерня z8 разом з рухомою шестернею z9 змонтовані в кожусі I, який може пересуватися вздовж вала II і повертатися біля осі. Для включення тієї чи іншої передачі кожух I переміщається в осьовому напрямку до поєднання накидної шестерні з відповідною шестернею z1-z7, після чого поворотом кожуха I навколо осі валу II накидна шестерня вводиться в зачеплення з відповідною шестернею z1-z7.
У положенні кожух I утримується фіксатором. Даному механізму притаманні всі розглянуті вище недоліки, властиві механізмам з накидною шестернею. Його перевагами є малі розміри вздовж осі та можливість вільного вибору передавальних відносин незалежно від міжцентрової відстані. Цей механізм знаходить значне застосування в коробках подач токарно-гвинторізних верстатів, де він дозволяє отримати при невеликих габаритах велику кількість передавальних відносин, необхідних для нарізування різьблення з різним кроком. Цей механізм також називається коробкою Нортона.
Механізм,представлений на рис. 17, і, також застосовується в коробках подач токарно-гвинторізних верстатів, де він служить для зменшення в 2, 4, 8 разів або відповідного збільшення кроків різьб, що нарізаються, налаштовуються за допомогою механізмів з накидною шестернею або інших механізмів коробки подач. На провідному валу закріплена лише одна шестерня z1, на валу III міститься рухома шестерня z11, яка може займати три положення, два з яких показані пунктиром. У першому положенні обертання передається від шестерні z1 шестерні z11 через шестерню z2 яка в цьому випадку є паразитною.
У другому положенні обертання передається через шестерні
та передатне відношення дорівнює 1/2. У третьому положенні обертання передається через шестерні