Типи коробок швидкостей
Коробкою швидкостей називається механізм, призначений для ступінчастої зміни частоти (швидкості) обертання веденого вала при постійній частоті обертання, провідного шляхом зміни передавального числа. Зміна частоти обертання досягається включенням різних зубчастих кінематичних пар між валами. Коробки швидкостей повинні забезпечувати розрахунковий ряд частот обертання шпинделя по ГОСТ 8032-56.
Коробки швидкостей компактні, зручні в управлінні і надійні в роботі. До недоліків коробок швидкостей відноситься труднощі або неможливість бесступенчатого регулювання частот обертання, виникнення вібрації і шуму на деяких частотах. Існує велика кількість різних конструкцій коробок швидкостей, проте всі вони представляють собою поєднання окремих типових механізмів.
За компонуванні коробки швидкостей поділяються на коробки з зубчастими колесами, вбудованими в шпиндельну бабку, і коробки швидкостей з роздільним приводом, коли шпиндельная бабка і коробка швидкостей виконуються у вигляді окремих вузлів, з'єднаних ремінною передачею.
За способом перемикання коробки швидкостей бувають зі змінними зубчастими колесами між валами і незмінним міжосьовим відстанню, з пересувними колесами або блоками коліс, з непередвігаемимі уздовж валів колесами і кулачковими муфтами, з фрикційними муфтами, з електромагнітними муфтами і з комбінованим перемиканням. Коробки швидкостей виконуються в закритому корпусі, зубчасті колеса працюють в масляній ванні. Така конструкція оберігає механізми від забруднення, забезпечує рясне змазування і гарне охолодження механізмів, підвищує ККД коробки швидкостей.
Коробки швидкостей з пересувними блоками зубчастих коліс можуть передавати великі крутний момент при порівняно невеликих радіальних розмірах зубчастих коліс. Крім того, в таких коробках в зачепленні знаходяться тільки ті зубчасті колеса, які передають потік потужності. Решта колеса в цей час не зношуються. Зазначені переваги дозволяють широко застосовувати для зміни частоти обертання шпинделя пересувні блоки зубчастих коліс. До ак правило, в пересувних блоках використовують циліндричні прямозубі. До недоліків цих коробок швидкостей відносяться неможливість перемикання блоків на ходу; необхідність блокування, що запобігає можливість одночасного включення в роботу блоків зубчастих коліс, спільна робота яких не передбачена; відносно великі осьові розміри.
Коробки швидкостей з кулачковими муфтами відрізняються тим, що мають малі осьові переміщення муфт і менші сили для перемикання, ніж у пересувних блоків коліс. У коробках швидкостей з кулачковими муфтами можуть використовуватися косозубиє і шевронні зубчасті колеса. Разом з тим кулачкові муфти не дозволяють перемикати передачі на ходу при великій різниці частот обертання шпинделя, їм притаманні втрати потужності на обертання непрацюючої пари коліс і їх зношування.
Коробки швидкостей з фрикційними і електромагнітними муфтами дозволяють швидко і плавно перемикати передачі на ходу і під навантаженням. Недоліками таких коробок швидкостей є втрати потужності на обертання непрацюючої пари коліс і їх зношування; великі радіальні і осьові розміри муфт для передачі великих моментів, що крутять; зниження ККД верстата внаслідок тертя в виключених муфтах; нагрівання муфт; необхідність їх частого регулювання, передача тепла від муфт шпиндельного вузла. Комбіновані коробки швидкостей містять механізми з пересувними блоками, кулачковими муфтами, переборними пристроями.
Коробки швидкостей зі змінними зубчастими колесами застосовують для ступеневої регулювання частот обертання вихідного валу.
Схема двухваловой коробки зі змінним блоком зубчастих коліс z1 і z3. розташованим на валу I зі шліцами, показана на рис. 50, а. Зубчасті колеса z2 і z4 встановлені на валу II нерухомо. Відстань між колесами z2 і z4 має бути трохи більше довжини I рухомого блоку коліс, при цьому зубчасті колеса z1 і z2 і колеса z3 і z4. виведені із зачеплення. При перемиканні зубчастих коліс неодмінною умовою є їх зупинка.
Друга схема коробки швидкостей на дві частоти обертання (рис. 50, б) містить кулачкову муфту, що ковзає по шпонке або в шліцах. Колеса z1 і z3 встановлені на валу I нерухомо і знаходяться в постійному зачепленні з колесами z2 і z4. які мають кулачки (зубчасті вінці) і сидять на валу II вільно. Включення пар зубчастих коліс z1 / z2 і z3 / z4 виробляють переміщенням кулачковою муфти. Замість кулачковою муфти можуть бути використані конусна або багатодискова фрикційні муфти. Конструкція коробки швидкостей (див. Рис. 50, а) набула великого поширення завдяки своїй простоті і надійності в роботі. Коробка швидкостей з муфтами (див. Рис. 50, б) має недоліки, обумовлені складністю конструкції, меншою надійністю в роботі і більш інтенсивним зношуванням зубчастих коліс, що знаходяться в постійному зачепленні.
Схема на три частоти обертання зображена на рис. 50, ст. Схема на чотири частоти обертання показана на рис. 50, м На валу I розташовані два рухомих блоку, що складаються відповідно з коліс z1 і z3; z3 і z7. на валу II - нерухомі зубчасті колеса z2. z4. z6. z8. Пересування блоків забезпечує зачеплення зубчастих коліс z1 з z2; z3 з z4; z5 з z6; z7 з z8. Особливістю цієї схеми є необхідність передбачити блокування, яка виключить можливість одночасного включення двох пар коліс. Один з варіантів блокувального механізму, що складається з двох дисків А і Б з вирізами. Блокувальний пристрій може бути конструктивно виконано і іншими способами як механічно, так і з застосуванням гідравліки.
Варіант трехваловой коробки швидкостей на чотири частоти обертання (рис. 50, д) складається з двох, послідовно розташованих елементарних коробок швидкостей на дві частоти обертання.
Схеми четирехвалових коробок швидкостей (рис. 50, е, ж, з) більш складні за своєю структурою. У схемі коробки швидкостей (рис. 50, з) два верхніх поддиапазона частот обертання утворюються при з'єднанні валів II і IV зчіпний муфтою:
а два нижніх - через поодинокі передачі між валами II і III і валами III і IV:
Ступеневу регулювання можна також здійснити змінними зубчастими колесами z1 і z2 при постійній відстані А між валами I-II (рис. 50, і).
Розглянута схема дозволяє здійснювати редукцію для отримання чотирьох різних частот обертання вихідного валу, а з застосуванням асинхронного двохшвидкісного або регульованого електродвигуна постійного струму діапазон регулювання коробки швидкостей значно розширюється.
Автоматичні коробки швидкостей. Для здійснення безперервного процесу різання з постійною потужністю і швидкістю при зміні частоти обертання шпинделя у всіх піддіапазонах (що найбільш актуально при торцевому точінні) застосовують коробки швидкостей з автоматичним перемиканням ступенів (АКС) електромагнітними або гідравлічними муфтами. Коробки АКС випускаються декількох типорозмірів і використовуються в ряді верстатів з ЧПУ. Уніфіковані коробки швидкостей АКС призначені для використання в приводах головного, руху і подач металорізальних верстатів токарної, свердлильної, розточний і фрезерної груп, а також для застосування в деяких інших машинах. Привід АКС забезпечує ступінчасте регулювання швидкості шпинделя в широкому діапазоні з практично постійною потужністю.
Уніфіковані коробки швидкостей дозволяють зосередити за допомогою механічної передачі всі операції управління приводом: пуск, гальмування, реверсування, регулювання швидкості. Вони забезпечують високу швидкість перехідних процесів, можливість перемикання при роботі, захист деталей приводу від перевантажень і мають ряд інших переваг у порівнянні з коробками передач з пересувними блоками зубчастих коліс. У АКС застосовані нормалізовані електромагнітні муфти з магнітопроводящімі дисками з безконтактним струмопідведення. Гамма АКС включає сім габаритів (0-6) потужністю від 1,5 до 55 кВт.
Дистанційне керування приводом АКС здійснюється за допомогою безконтактної тиристорної системи управління.
Для здійснення нарізування різьблення на верстатах 16К20ФЗС4 і 16К20ФЗС5 в схемі передбачено датчик ВЕ-51. Вал VII отримує обертання від шпинделя за допомогою беззазорний зубчастої передачі 60/60 з передавальним відношенням, рівним одиниці.