УП Множительные и сложенные структуры. Александра Сергеевна Глинка множительные и сложенные структуры приводов главного движения и подач металлорежущих станков электронное учебное пособие
 Скачать 4.66 Mb.
|
|
1 Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева» Кафедра металлорежущих станков и инструментов Сергей Александрович Рябов Александра Сергеевна Глинка МНОЖИТЕЛЬНЫЕ И СЛОЖЕННЫЕ СТРУКТУРЫ ПРИВОДОВ ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ И ПОДАЧ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ Электронное учебное пособие Кемерово 2017 КузГТУ, 201 7, С. А. Рябов, АС. Глинка 2017 ISBN 978-5-89070-983-7 Вперед 2 УДК 621.9.(06(075) 1 дополнительный титульный экран Рецензент(ы) Клепцов А.А. – кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой технологии машиностроения ФГБОУ ВПО Кузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева» Рябов С. А, Глинка АС. Множительные и сложенные структуры приводов главного движения и подач металлорежущих станков электронное учебное пособие Электронный ресурс для студентов направления 15.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств С. А. Рябов, АС. Глинка КузГТУ. – Кемерово, 2017. Аннотация Предназначено для проведения лабораторных работ и выполнению курсовых проектов по курсам Металлорежущие станки и Расчет и конструирование металлорежущих станков. Приведен анализ применения множительных и сложенных структур в приводах главного движения и подач металлорежущих станков. Рассмотрен порядок определения передаточных отношений передач графоаналитическим методом. Приведены таблицы и типовые схемы для расчета приводов станков со сложенной и множительной структурами. Минимальные системные требования Частота процессора не менее 1,0 ГГц ОЗУ 512 Мб; 20 Гб HDD; операционная система Windows XP; CD-ROM 4- скоростной ПО для чтения файлов формата SVGA- совместимая видеокарта; мышь. КузГТУ, 2017, С. А. Рябов, АС. Глинка 2017 Вперед 3 2полнительный титульный экран Сведения о программном обеспечении, которое использовано для создания электронного издания Сведения о технической подготовке материалов для электронного издания Редактор З. М. Савина Дата подписания кис- пользованию/дата размещения на сайте 20.11.2014 Объем издания в единицах измерения объема носителя, занятого цифровой информацией байт, Кб, Мб) 5, 13 мегабайт Продолжительность звуковых и видеофрагмен- тов (в минутах) – Комплектация издания количество носителей, наличие сопроводительной документации) 1 диск, без сопроводительной документации Наименование икон- тактные данные юридического лица, осуществившего запись на материальный носитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева» 650000, Кемерово, ул. Весенняя, 28 Тел./факс: 8(3842) 58-35-84 Вперед 4 СОДЕРЖАНИЕ Введение ............................................................................................................... 5 Кинематический расчет приводов главного движения и подач металлорежущих станков ................................................................................... 5 Основные закономерности кинематического расчета. 5 Множительные структуры приводов главного движения и подач металлорежущих станков ................................................................................... 9 2.1 ................................................................................................................. 9 Построение структурных сеток .......................................................... 16 Построение графика частот вращения .............................................. 18 Множительные структуры с наложением частот вращения ........... 22 Множительные структуры с ломаным (неравномерным) геометрическим рядом ...................................................................................... 23 Множительные структуры с регулируемыми электродвигателями переменного тока ............................................................................................. 25 Множительные структуры с регулируемыми электродвигателями постоянного тока ............................................................................................... 27 Сложенные структуры приводов главного движения и подач металлорежущих станков ................................................................................. 29 3.1 ............................................................................................................. 29 3.2 Виды сложенных структур и их классификация ............................ 30 3.3 Постоянные передачи ........................................................................ 36 3.4 Определение количества вариантов сложенной структуры .......... 40 3.5 Выбор наилучшего варианта ............................................................ 45 3.6 Кинематический расчет сложенной структуры .............................. 51 3.6.1 Методика расчета ............................................................................... 51 3.6.2 Пример кинематического расчета привода со сложенной структурой ……...52 3.7 Таблицы и типовые схемы для расчета приводов станков со сложенной структурой ...................................................................................... Список литературы ........................................................................................... 76 5 1. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДОВ ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ И ПОДАЧ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ Под приводом понимают совокупность источника движения и механизмов, передающих движение исполнительным органам станка (шпинделям, суппортам, столами др. Целью кинематического расчета является определение оптимального варианта последовательности переключения блоков передачи оптимальных значений передаточных отношений а) частных – между отдельными парами зубчатых колес б) групповых – между парами зубчатых колес в группе передач в) общих – по всей кинематической цепи для каждой ступени ряда частот вращения. Приводами со ступенчатым регулированием частоты вращения шпинделя оснащают автоматизированные, редко переналаживаемые станки, работающие в массовом производстве, и неавтоматизированные станки с ручным управлением. Такие приводы компактны, просты, имеют высокий КПД, долговечны. Однако они непригодны для станков с ЧПУ, так как не обеспечивают требуемую частоту вращения (регулирование частоты ступенчатое) и не позволяют организовать оптимальное регулирование скоростей резания в процессе выполнения цикла обработки. Для этих целей в станках с ЧПУ широко применяется комбинированное (ступенчато-бесступенчатое) регулирование Основные закономерности кинематического расчета Частоты вращения могут располагаться по четырем известным законам. По законам арифметического, логарифмического, гармонического и геометрического рядов. В основном числа частот вращения шпинделя и числа подач металлорежущих станков строятся по закону геометрической прогрессии. Исключением являются ряды чисел подач металлорежущих станков строгально- долбежной группы, которые строятся по арифметическому ряду. Ряд частот вращения шпинделей и подач в металлорежущих станках по закону геометрической прогрессии имеет следующий вид n 1 , n 2 = n 2 φ = n 1 φ 2 , …………………… n z = n z-1 φ = n 1 φ z-1 . (1.1) 6 Знаменатель φ геометрического ряда определяется из уравнения (1.1). , или , (1.2) или , (1.3) где n 1 – наименьшая частота вращения ряда n z – наибольшая частота вращения ряда Z – число ступеней (скоростей) ряда R n – диапазон регулирования частот вращения. Число ступеней частот вращения шпинделя (1.4) Из приведенных зависимостей следует, что геометрический ряд частот вращения шпинделя может быть построен, когда известны исходные данные 1) n 1 , φ, Z; 2) n 1 , n Z , Z; 3) n 1 , Z, R n ; 4) n 1 , φ, Стандартные знаменатели геометрического ряда φ = 1,06 – имеет вспомогательное значение, при проектировании станков применяется редко φ = 1,12 – при проектировании тяжелых станков, автоматов, когда требуется точная настройка на заданный режим резания φ = 1,26 и φ = 1,41 – при проектировании универсальных токарных, сверлильных, фрезерных и других станков φ = 1,58 и φ = 1,78 – при проектировании станков, обработка на которых не требует точной настройки на режим резания из-за большого вспомогательного времени φ = 2 – имеет вспомогательное значение. Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел приведены в табл. 1.1. Основой кинематического расчета привода является выбор наилучшей структуры привода, построение структурной сетки и графика чисел оборотов и подачи определение передаточных отношений передач поданному графику. В следующих разделах представлены правила построения структурных сеток и графиков чисел оборотов приводов главного движения для множительных и сложенных структур. 7 Таблица 1.1 Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел Обозначение ряда Точное значение чисел Мантисса Значения знаменателя ряда φ Значения знаменателя ряда φ Значения знаменателя ряда φ (1,06) 1,12 1,26 (1,41) 1,58 (1,78) (2) (1,06) 1,12 1,26 (1,41) 1,58 (1,78) (2) (1,06) 1,12 1,26 (1,41) 1,58 (1,78) (2) 1,00 1,06 1,12 1,18 1,25 1,32 1,40 1,50 1,60 1,70 1,80 1,90 2,00 2,12 2,24 2,36 2,50 2,65 2,80 3,00 3,15 3,35 1,00 1,12 1,25 1,40 1,60 1,80 2,00 2,24 2,50 2,80 3,15 1,00 1,25 1,60 2,00 2,50 3,15 1,00 1,40 2,00 2,80 1,00 1,60 2,50 1,00 1,80 3,15 1,00 2,00 10,0 10,6 11,2 11,8 12,5 13,2 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0 19,0 20,0 21,2 22,4 23,6 25,0 26,5 28,0 30,0 31,5 33,5 10,0 11,2 12,5 14,0 16,0 18,0 20,0 22,4 25,0 28,0 31,5 10,0 12,5 16,0 20,0 25,0 31,5 11,2 16,0 22,4 31,5 10,0 16,0 25,0 10,0 18,0 31,5 16,0 31,5 100 106 112 118 125 132 140 150 160 170 180 190 200 212 224 236 250 265 280 300 315 100 112 125 140 160 180 200 224 250 280 315 100 125 160 200 250 315 125 180 250 100 160 250 100 180 315 125 250 10 000 10 593 11 220 11 885 12 589 13 335 14 125 14 962 15 849 16 788 17 783 18 836 19 953 21 135 22 387 23 714 25 119 26 607 28 184 29 854 31 623 33 497 000 025 050 075 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500 525 8 Продолжение табл. 1.1 Обозначение ряда Точное значение чисел Мантисса Значения знаменателя ряда φ Значения знаменателя ряда φ Значения знаменателя ряда φ (1,06) 1,12 1,26 (1,41) 1,58 (1,78) (2) (1,06) 1,12 1,26 (1,41) 1,58 (1,78) (2) (1,06) 1,12 1,26 (1,41) 1,58 (1,78) (2) 3,55 3,75 4,00 4,25 4,50 4,75 5,00 5,30 5,60 6,00 6,30 6,70 7,10 7,50 8,00 8,50 9,00 9,50 3,55 4,00 4,50 5,00 5,60 6,30 7,10 8,00 9,00 4,00 5,00 6,30 8,00 4,00 5,60 8,00 4,00 6,30 5,60 4,00 8,00 35,5 37,5 40,0 42,5 45,0 47,5 50,0 53,0 56,0 60,0 63,0 67,0 71,0 75,0 80,0 85,0 90,0 95,0 35,5 40,0 45,0 50,0 56,0 63,0 71,0 80,0 90,0 40,0 50,0 63,0 80,0 45,0 63,0 90,0 40,0 63,0 56,0 63,0 355 375 400 425 450 475 500 530 560 600 630 670 710 750 800 850 900 950 1000 355 400 450 500 560 630 710 800 900 1000 400 500 630 800 1000 355 500 710 1000 400 630 1000 560 1000 500 1000 35 481 37 584 39 811 42 170 44 668 47 315 50 119 53 088 56 234 59 566 66 096 66 834 70 795 74 989 79 433 84 140 89 125 94 406 550 575 600 625 650 675 700 725 750 775 800 825 850 875 900 925 950 975 Примечания. 1. Ряды чисел более 1000 и менее 1 получаются умножением или делением табличных данных на 1000. 2. Ряды со знаменателями φ, заключенными в скобки, по возможности применять только для частот вращения и подач. 3. Допускается составление производных рядов из нормальных путем пропуска части чисел (например, рядит. д. ). 9 2. МНОЖИТЕЛЬНЫЕ СТРУКТУРЫ ПРИВОДОВ ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ И ПОДАЧ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ Множительной структурой называется структура, состоящая из элементарных двухваловых механизмов, последовательно соединенных между собой в одну или несколько кинематических цепей. На рис. 2.1 изображена кинематическая схема множительной структуры, состоящей из трех элементарных двухваловых передач I–II, II–III, III–IV. Между соседними валами располагается группа передач. Группа может содержать от одной до четырех передач. Рис. 2.1. Кинематическая схема множительной структуры На рис. 2.2 показано упрощенное изображение множительной структуры. Множительная структура состоит из трех группа, при этом группа а состоит из трех передачи, группа b из двух передачи) и группа c из двух передачи. Обозначим число передач в группе буквой Р, тогда P a =3, P b =2 и P c =2. Число ступеней вращения шпинделя Z определяется как произведение числа передач каждой группы, последовательно расположенных в множительной структуре Z = P a ·P b ·P c = 3·2·2 = 12. (2.1) 10 Рис. 2.2. Упрощенная кинематическая схема множительной структуры Эта условная запись, определяющая число групп передачи число передач в каждой группе, называется структурной формулой множительной структуры. Последовательный порядок групп передач в множительной структуре определяет ее конструктивный вариант. Число конструктивных вариантов для каждой структуры равно числу перестановок «m» групп передач , (2.2) где m – число передач q – число групп с одинаковым числом передач. Для нашего случая 1. Z = P a ·P b ·P c = 3·2·2. 2. Z = P b ·P a ·P c = 2·3·2. 3. Z = P c ·P b ·P a = 2·2·3. Радиальные размеры каждой группы зависят от варианта переключения при регулировании частот вращения шпинделя. Примем, что группа P a будет переключаться первой, группа P b – второй и группа P c – третьей. Обозначим частные передаточные отношения в каждой группе (группа P a ), (группа P b ), 11 (группа с. Пусть частота вращения вала I будет n 0 , тогда, последовательно переключая группу P a , при минимальных частных передаточных отношениях в группе P b и получаем на шпинделе следующие частоты вращения n 1 = n 0 ·i 1-2 ·i 7-8 ·i 11-12 , n 2 = n 0 ·i 3-4 ·i 7-8 ·i 11-12 , n 3 = Для получения следующих частот вращения необходимо в соответствии с принятым вариантом переключения в группе P b включить парус передаточным отношением , оставив группу P c в неизменном положении, и, снова переключая группу P b , получаем n 4 = n 0 ·i 1-2 ·i 9-10 ·i 11-12 , n 5 = n 0 ·i 3-4 ·i 9-10 ·i 11-12 , n 6 = Следующие 6 частот вращения получаются аналогично, только в группе необходимо включить парус передаточным отношением n 7 = n 0 ·i 1-2 ·i 7-8 ·i 13-14 , n 8 = n 0 ·i 3-4 ·i 7-8 ·i 13-14 , n 9 = n 0 ·i 5-6 ·i 7-8 ·i 13-14 , n 10 = n 0 ·i 1-2 ·i 9-10 ·i 13-14 , n 11 = n 0 ·i 3-4 ·i 9-10 ·i 13-14 , n 12 = Определим отношение передаточных отношений в группах. 12 Для группы P a (2.3) Для группы P b (2.4) Для группы P c (2.5) или Таким образом, отношение частных передаточных отношений в каждой группе составляет геометрическую прогрессию со знаменателем Показатель степени при φ называется характеристикой группы. Для группы P a х = 1. Эта группа называется основной. Она переключается первой и постоянна при изменении частот вращения. Для группы P b х = 3, для группы х = 6. Группа P b называется первой переборной, группа P c – второй пе- реборной. Значение характеристики группы связано с принятым вариантом переключения. В нашем случае х = 1, х = 3; х = P a· P b = 3·2 = 6, те. характеристика переборных групп определяется как произведение числа передач в группах, кинематически предшествующих рассматриваемой группе. В общем случае (2.6) Характеристика группы в структурных формулах записывается в виде индекса к обозначению групп передач (2.7) 13 В нашем случае Z = 3 1 ·2 3 ·2 Для принятого конструктивного варианта может быть несколько кинематических вариантов K кин. = m!, (2.8) K кин . = 1·2·3 = 6; 1. Z = 3 1 ·2 3 ·2 6 2. Z = 3 1 ·2 6 ·2 3 3. Z = 3 2 ·2 1 ·2 6 4. Z = 3 2 ·2 6 ·2 1 5. Z = 3 4 ·2 2 ·2 1 6. Z = 3 4 ·2 1 ·2 Общее число вариантов для любой множительной структуры K= K кин. ·K констр. . (2.9) Для рассматриваемого примера K =6·3 = 18. При кинематических расчетах используют величину, называемую диапазоном регулирования передаточных отношений группы R. Это отношение максимального передаточного отношения в группе к минимальному (2.10) Для основной группы Для первой переборной группы P b Для второй переборной группы с 14 В общем случае диапазон регулирования, определяющий радиальные размеры группы, рассчитывают по формуле (2.11) где P i – число передач в рассматриваемой группе x i – характеристика рассматриваемой группы. В четвертом кинематическом варианте величина в разных группах передач имеет следующие значения – основная группа R = φ (2-1) = φ 1 ; – первая переборная группа R = φ (3-1)·2 = φ 4 ; – вторая переборная группа R = φ (2-1)·3·2 = Практикой проектирования станков установлено, что коробки скоростей удачно компонуются (конструируются, если частотные передаточные отношения в группах передач удовлетворяют нижеуказанным предельным значениям для коробок привода главного движения для коробок привода подач Учитывая, что наибольшие габариты всегда имеет последняя перебор- ная группа, которая лимитирует конструируемость коробок скоростей и подач в целом, проверку на конструируемость целесообразно проводить только для этой группы по формуле 15 (2.12) где K ≤ 8 или 14. Пусть в нашем примере φ = 1,41, тогда – в первом варианте переключения R max = φ (2-1)·3·2 = 1,41 6 = 8, – во втором – R max = φ 6 = 8, – в третьем – R max = φ 6 = 8, – в четвертом – R max = φ 6 = 8, – в пятом – R max = φ (3-1)·2·2 = φ 8 = 1,41 8 = 16 ˃ 8, – в шестом – R max = φ (3-1)·2·2 = φ 8 = 1,41 8 = 16 ˃ 8. Таким образом, варианты пять и шесть не удовлетворяют условию свертываемости, так как последние переборные группы имеют чрезмерно большие габариты. Во избежание таких случаев в последней переборной группе не рекомендуется иметь более двух передач. Для выбранного варианта переключения по формуле (2.12) можно определить значение φ max , при котором этот вариант возможен (2.13) Пример. Пусть дана структурная формула коробки скоростей Z v = 4 1 ·2 4 ·2 8 = 16. Определить φ max , с которым может быть сконструирована коробка скоростей при заданном варианте переключения Принимаем ближайшее стандартное значение φ = 1,26. Из конструктивных соображений иногда отступают от установленных предельных частотных передаточных отношений. Так, в приводе кулисного механизма поперечно-строгального станка в приводе планшайбы карусельного станка Для определения передаточных отношений множительной структуры используется графоаналитический метод, в основе которого лежит последовательное построение структурных сеток и графиков частот вращения. 16 |