Металлорежущие станки типовые механизмы и системы металлорежущих. 1. механизмы прямолинейного движения
 Скачать 5.97 Mb.
|
|
8. ТОРМОЗНЫЕ УСТРОЙСТВА После отключения двигателя движение различных частей станка продолжается по инерции в течение некоторого времени. Это время называют временем выбега. При частом включении и выключении станка оно может составлять значительную долю общего времени работы станка. Чтобы уменьшить такие потери, станки оснащают устройствами для быстрого торможения. Торможение можно осуществлять механическими, электрическими, гидравлическими и пневматическими устройствами или в комбинации одно с другим (ниже рассматриваются только механические тормоза. Основными видами механических тормозов являются колодочные, ленточные и многодисковые тормоза, которые часто блокируют спусковыми муфтами таким образом, чтобы при выключении муфты включался тормоз. Устанавливают тормоза в основном на быстроходных валах коробок скоростей. К фрикционным элементам тормозных устройств предъявляют следующие требования они должны обладать способностью выдерживать высокие температуры быть износостойкими в пределах рабочих температур, давлений и скоростей скольжения обеспечивать постоянство коэффициента трения при повышении температуры до 200…300 С при изменении рабочих давлений. В тормозах станков чаще всего применяют такие сочетания материалов фрикционных элементов, как чугун – прессованный асбест, чугун прессованные медно-асбестовые обкладки, фибра по чугуну или по стали и др. Колодочные тормоза конструктивно несложны и недороги, но из- за малой тормозной поверхности позволяют создать тормозной момент меньший, чему тормозов других типов при тех же габаритах. У колодочного тормоза (см. риса) колодки 1 и 6 соединены общей тягой 3, длину которой можно регулировать гайкой 2, устанавливая тем самым необходимый зазор между колодками и шкивом 7 для нерабочего положения. В процессе торможений колодки стягиваются тягой от приводного механизма 5. Ленточные тормоза, вследствие большого угла обхвата тормозного барабана лентой, позволяют легко создать большой тормозной момент. Другие достоинства их – простота и компактность конструкции и малая величина усилия включения. Недостаток ленточного тормоза, как и всех одноколодочных тормозов одностороннее давление на тормозной вал, в результате чего в его материале возникают напряжения изгиба повышается также износ опор этого вала. 59 Ленточный тормоз (рис. 8.1, б) работает потому же принципу, что и колодочный. Приводным механизмом здесь является электромагнит или соленоид 1. В качестве тормоза можно использовать любую фрикционную муфту, лишив ее ведомую часть возможности вращаться. Поэтому по своей конструкции механические тормоза принципиально не отличаются от фрикционных муфта б в Рис. 8.1. Механические тормоза 60 Многодисковый тормоз (см. рис. 8.1, в) работает следующим образом. На приводном валу расположены две многодисковые фрикционные муфты муфта 1 привода и тормозная муфта 4. Скользящая между ними на шпонке фасонная втулка 3 в момент пуска перемещается влево и своей конической поверхностью поворачивает рычаги 2, которые перемещают нажимной диск муфты 1 влево и включают ее. При перемещении втулки 3 вправо включается тормозная муфта 4, приводная муфта выключается. Для расчета основных размеров тормоза необходимо знание величины возникающего тормозного момента т. Пусть Ми и М тр – моменты сил инерции затормаживаемых масс и сил трения, отнесенные к тормозному валу, тогда три тiМiiМiiMi. (8.1) Первое слагаемое правой части уравнения может быть найдено из уравнения работ. Если исходить из линейного закона изменения скорости при торможении, то 2 и и, (8.2) где – приведенный к валу тормоза момент инерции затормаживае- мых масс, кг м 2 ; – угол поворота вала за время торможения, рад – угловая скорость, относительно которой начинается торможение, рад/с; t – время торможения, с. Если тормозной момент изменяется по какому-либо другому закону, то он может быть найден из уравнения динамического равновесия 0 тр т. (8.3) Расчеты тормозов приводятся в курсе Детали машин [8]. 61 9. СУММИРУЮЩИЕ МЕХАНИЗМЫ Для суммирования движений на одном звене в кинематические цепи некоторых станков вводят специальные механизмы. В качестве таких механизмов используют винтовые пары, реечные и червячные передачи, дифференциалы с цилиндрическими и коническими зубчатыми колесами. На риса, б показаны две схемы дифференциальных механизмов, составленных из цилиндрических колес. На валах I и III (см. риса) жестко установлены зубчатые колеса 1 и 4. Полый вал II имеет водило 5, в которое вмонтирован сателлитный вал 6 с колесами 2 и 3. Они находятся в зацеплении с колесами 1 и 4. Движение отвалов и II суммируются навалу. Вращение ведомого вала III можно себе представить состоящим из двух движений первое он получает отвала при неподвижном вале II и второе – отвращения вала II при неподвижном вале I. Вал I передает вращение по цепи зубчатых колес 1–2, 3–4. При вращении вала II вместе с водилом сателлитное колесо 2, обкаты- ваясь вокруг неподвижного колеса 1, получает вращение вокруг своей оси, которое и передает валу III при помощи передачи 3–4. Передаточное отношение от ведущих звеньев I и II к ведомому звену III: 4 3 2 1 III II 4 3 2 1 III I 1 , z z z z i z z z z i . (9.1) Другой механизм (рис. 9.1, б) отличается от предыдущего формой водила 5. Вместо блока сателлитных колеси здесь установлено одно удлиненное колесо 3 на оси 6 и промежуточное колесо 2. Передаточное отношение механизма от звеньев I и II к звену III: 4 1 III I 4 1 III I 1 , z z i z z i . (9.2) Большое распространение получил конический дифференциал см. рис. 9.1, в. Навалу жестко установлено коническое зубчатое колесо. Вал II полый, связан с коническим колесом 3. Вал III имеет поперечную ось с двумя колесами 2. Числа зубьев всех колес одинаковы, поэтому передаточное отношение отвала или II к валу III равно 2 1 III II III I i i . (9.3) 62 В коническом дифференциале (рис. 9.1, г) поперечная ось с сател- литными колесами 2 смонтирована в водиле 4, связанным с валом II. Передаточное отношение от звена I и II к звену III: 2 , 1 III II II I i i . (9.4) 1 2 3 4 6 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 I I I I II II II II III III III III 6 7 8 7 8 Рис. 9.1. Суммирующие механизмы a б в г 63 10. СИСТЕМЫ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ В процессе эксплуатации металлорежущих станков неизбежны кратковременные нарушения нормального режима работы. Причиной нарушения могут быть перегрузки механизмов станка, ошибочные включения отдельных механизмов и др. Все это нередко приводит к потере станком работоспособности, снижает его эксплуатационную надежность. Чтобы предотвратить указанные явления, станки оснащают системой предохранительных устройств. По назначению их можно разбить натри группы 1) блокировочные устройства 2) ограничители хода) устройства от перегрузки станков. 10.1. Блокировочные устройства Блокировочные устройства предотвращают ошибочное включение в работу каких-либо механизмов, если такое включение представляет угрозу работоспособности станка, например включение подачи стола фрезерного станка при неподвижном шпинделе (фрезе, одновременное включение движения суппорта токарно-винторезного станка по двум параллельным цепям от ходового винта и от ходового вала. Чтобы исключить последствия неправильных включений, в механизмы станков вводят блокировочные устройства, которые, блокируя два (иногда и больше) органа управления, не допускают включения одного из них, если другой уже включен. Данная задача решается с помощью механических, гидравлических и электрических устройств. Рассмотрим некоторые механические устройства. На рис. 10.1 показана блокировка двух параллельных валов 1 и 6, расположенных на близком расстоянии. Навалу закреплен диск 3 с вырезом а, очерченным по дуге окружности, а навалу диск 4 с вырезом б. Положение рукояток 2 и 5, дисков 3 и 4, показанное на риса нейтральное. Из этого положения можно повернуть любую рукоятку. Если рукоятку 2 опустить вниз и включить этим самым какое-то движение в станке, то диск 3, войдя в вырез б диска 4 рис. 10.1, б, заблокирует его. Повернуть рукоятку 5 не удастся до возвращения рукоятки 2 в нейтральное положение. Аналогично этому осуществлена блокировка двух параллельных валов, более удаленных один от другого (см. рис. 10.1, в. При повороте одного из дисков стержень 7 входит в углубление другого диска и блокирует его. На рис. 10.2 показано устройство, блокирующее два вала спер- пендикулярными осями. Нейтральным является положение дисков, при котором прямолинейные вырезы аи б находятся один против другого 64 см. риса. При повороте одного из дисков второй блокируется см. рис. 10.2, баба б Рис. 10.2. Схемы блокировки перпендикулярных валов а б 7 в Рис. 10.1. Схемы блокировки параллельных валов 1 2 3 4 5 6 а 1 2 3 4 5 6 а б б 65 10.2. Ограничители хода Выбор схемы и конструкции устройства для ограничения хода подвижных частей станка зависит от назначения этого устройства и от требуемой точности ограничения. Ограничители хода делятся на предельные и размерные. Предельные ограничители хода устанавливаются с таким расчетом, чтобы движущаяся часть станка не доходила до опасного конечного положения на 3 4 мм, поэтому для них достаточна точность) мм. Размерные ограничители должны ограничивать ход точнее, так как от этого зависит точность размеров обрабатываемой детали. Останавливать движущийся узел в предельных положениях можно электрическими конечными выключателями, механическими либо комбинированными электромеханическими или электрогидравлическими устройствами. Для точного ограничения используют в числе других и системы с жестким упором. В основе их работы лежит следующий принцип на пути движения рабочего органа 2 (рис. 10.3) установлен жесткий упор 1, дойдя до которого подвижная часть станка останавливается. Сопротивление дальнейшему движению вызывает перегрузку в кинематической цепи, которая отключается с помощью предохранительной муфты 3. Схема ограничителя хода подающим червяком представлена на рис. 10.4. Приводной вал (см. риса) имеет шарнирное соединение с валом 2, на котором свободно смонтирован червяк 3. Когда суппорт доходит до жесткого упора или какого-либо препятствия и дальше перемещаться не может, вал 2 продолжает передавать вращение червяку 3 через кулачковую муфту 5. Полумуфта кулачковой муфты 5 может скользить вдоль по валуна шпонке. Благодаря скошенным торцовым кулачкам полумуфта отходит назад, преодолевая сопротивление пружин 8 и нажимает на кривошип 7, который с помощью уступа 6 поддерживает червяк 3 в зацеплении с червячным колесом 4. При перегрузке червяк не поддерживается уступом 6 и под действием собственного веса падает 1 2 3 10.3. Ограничение хода с помощью жесткого упора 66 вниз, поворачиваясь на шарнире относительно оси 1, и выходит из зацепления с червячным колесом 4 (рис. 10.4, б. При этом подача выключается. Предохранительные устройства от перегрузки станков Защита механизмов от перегрузки сводится к ограничению величины действующих нагрузок (сил, крутящих моментов, давления) и осуществляется электрическими, гидравлическими и механическими предохранительными устройствами. Общий принцип работы механических устройств основан на уравновешивании действующих нагрузок, приведенных к месту установки предохранителя, и определяется точностью или упругостью звеньев чувствительного элемента. Наибольшее распространение получили устройства с разрушающимся элементом (штифтом, шпонкой, разрывающие кинематическую цепь при перегрузке (см. гл. 7); кулачковые и шариковые предохранительные муфты, у которых происходит проскальзывание рабочих элементов при нарушении нормального режима работы, и муфты, фрикционные поверхности которых пробуксовывают при перегрузке. Действующие силы обычно уравновешивают цилиндрическими пружинами сжатия, реже тарельчатыми или других форм. Срезные предохранители применяют в тех случаях, когда перегрузки редки, а запас прочности механизмов велик. Работа кулачковых и шариковых муфт основана на передаче движения от ведущего звена к ведомому при помощи скошенных торцовых кулачков или шариков. Возникающие осевые силы уравновешиваются одной центральной или группой цилиндрических пружин. На рис. 10.5 показаны кулачковая и шариковая муфты в основном исполнении. Рис. 10.4. Схемы ограничителей хода 1 2 3 7 6 4 5 б а 8 7 6 5 4 3 2 1 8 67 Все устройство смонтировано на втулке 1: полумуфта 5 – нашли- цах, колесо 6 – свободно. Осевые силы уравновешивает группа пружин 4, натяжение которых регулируют при помощи гайки 2 и диска 3. В кулачковом варианте (рис. 10.5) полумуфта 5 и колесо 6 имеют торцовые кулачки. При перегрузке подвижная полумуфта 5 перемещается влево, сжимая пружины. Выступы кулачков выходят из впадин. Кулачки теперь контактируют своими торцами до тех пор, пока выступы не окажутся против очередных впадин. Под действием пружин полумуфта 5 перемещается вправо и выступы с ударом входят во впадины и такое проскальзывание кулачков происходит до снижения окружной силы Р до допускаемой величины. В шариковом варианте роль кулачков играют шарики 7, находящиеся в контакте с тороидальным потаем или конусным потаем, призматическим пазом и шариками. При перегрузке шарики проскальзывают, перемещаясь одновременно вдоль оси отверстия в полумуфте 5. 1 2 3 4 5 6 1 Рис. 10.5. Предохранительные муфты Шариковая Кулачковая муфта муфта R 68 Условие равновесия подвижного элемента в момент выключения муфты выражается равенством f d D P P tg пр, (10.1) где Р пр – суммарная сила отдачи всех пружин, Н Р – окружная силана кулачках, Н = 45 – угол наклона рабочей поверхности кулачков или касательной в точке контакта шариков коси угол трения D – наружный диаметр кулачков или диаметр окружности точек контакта шариков, мм d – средний диаметр контакта подвижной полумуфты в шлицевом соединении, мм f = 0,15 – 0,17 – приведенный коэффициент трения в шлицевом соединении. Для шариковых муфт d = D. При сочетании шарика с потаями или пазами ш ш arcsin d h d , (10.2) где ш – диаметр шариков, мм h = (0,2 – ш – высота, на которую шарики выступают из гнезда, мм. Количество шариков в таких предохранителях колеблется от 2 до 16. При небольшом числе шариков (до 8) применяют центральную пружину, одну на все шарики, при большом количестве – индивидуальные пружины (как на рис. 10.5). По конструкции шариковые муфты проще кулачковых. Условия контакта рабочих поверхностей при выключении шариковых муфт более благоприятны, вследствие чего, при одинаковой точности изготовления, они работают более надежно, чем кулачковые муфты. На рис. 10.6 показаны конструкции фрикционных предохранительных муфт.Основными элементами у них являются фрикционные поверхности в виде конусов (риса, конусная муфта соединяет два вала 4 и 6. Постоянное прижатие конусов осуществляется пружиной 3, регулируемой головкой 5. При перегрузке конусы 1 и 2 пробуксовывают Многодисковая предохранительная муфта представлена на рис. 10.6, б. Муфта выполнена в виде самостоятельного узла и монтируется на втулке 2, установленной на шлицевом участке вала 1. Корпусом для наружных дисков 4 служит колесо 5. Внутренние диски 3 посажены на шлицах втулки 2. Пакет дисков с помощью пружины 10 зажимается между стенкой колеса 5 и нажимным диском 6. Усилие сжатия пружин регулируется с помощью гайки 7, диска 8 и группы шариков 9. Предельный крутящий момент, передаваемый конусной муфтой, пр к f D Р M , Нм, (10.3) 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 а б b Рис. 10.6. Предохранительные муфты а – конусная б – дисковая 70 а дисковой муфтой – z f D Р M пр к, Нм, (10.4) где пр – осевая сила, создаваемая пружиной, Н D – средний диаметр окружности контакта фрикционных поверхностей, мм f – коэффициент трения на фрикционных поверхностях – половина угла при вершине конуса, град z – количество дисков. |