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.
|
|
3.5. Выбор наилучшего варианта Из всех вариантов кинематической структуры привода, дающих одно и тоже число скоростей, наивыгоднейшим является тот, который имеет а) наименьшее количество зубчатых колес, валов, передвижных блоков колес, сцепных муфт, те. наибольшую простоту схемы и конструкций б) меньшие диапазоны регулирования групп передач, что позволит избежать предельных значений частных передаточных отношений в) короткие кинематические цепи и, следовательно, повышенный КПД. Эти требования должны учитываться конструктором при разработке кинематической схемы привода Исходя из этих требований, проведен сравнительный анализ всех возможных вариантов сложенных и обычных структур с числом скоростей от 8 до 48. Результаты анализа сведены в табл. 3, в которой количество зубчатых колес указано с учетом постоянных реверсирующих передач. В этой таблице различные виды структур объединены по числу скоростей привода. Кроме того, для каждого вида сложенной структуры разработаны типовые кинематические схемы (рис. 3.18–3.24), на которых условно показаны группы передачи постоянные реверсирующие передачи. Для каждого класса сложенных структур типовые схемы пронумерованы порядковыми номерами. Таким образом, шифр сложенной структуры, указанный в табл. 3, например А, означает структура класса А, вид I, типовая схема 1. Табл. 3 с типовыми схемами позволяет конструктору наглядно и безошибочно выбрать тот вид структуры, который больше всего подходит к техническому заданию на проектирование станка. Выбранный вид структуры может иметь различные конструктивные и кинематические варианты, количество которых подсчитывается по формулами, и из которых надо выбрать наилучший. При выборе наилучшего варианта определенного вида структуры необходимо прежде всего учитывать общие указания по разработке кинематической схемы проектируемого привода, изложенные в трудах [1] и [2]. Эти указания справедливы как для обычных структур, таки для всех в отдельности взятых структур, составляющих сложенную. При рассмотрении в целом сложенной структуры необходимо также учитывать некоторые специфические рекомендации по совершенствованию и упрощению схемы привода, приведенные далее в общей форме. При выборе кинематического варианта следует стремиться, чтобы высокие числа оборотов получались поболее короткой кинематической цепи. Как правило, наиболее короткой цепью является основная структура или (в структурах вида Б) основная и первая дополнительная. Чем больше часть диапазона получается по короткой цепи и чем меньше количество зацеплений в этой цепи, тем выше энергетические показатели привода. Следовательно, предпочтительнее те схемы, которые обеспечивают большее число скоростей по короткой цепи с наименьшей протяженностью этой цепи при одном и том же общем числе скоростей привода. Желательно, чтобы при работающей короткой цепи оставались неподвижными те валы, которые в данный момент не участвуют в передаче движения, так как вращение этих валов вхолостую вызывает добавочные потери мощности и увеличение износа передачи опор. Полное выключение из движения некоторых 47 валов иногда может быть достигнуто только при заметном усложнении коробки передачи механизма управления коробкой. В ряде случаев это важное свойство достигается сравнительно просто, если предусмотреть нейтральные положения передвижных блоков в дополнительных структурах. Например, в структуре А со структурной формулой при включении постоянной передачи i° n от основной структуры на выходи нейтральном положении блока колес группы риса) валы IV и V не вращаются. Включение постоянной передачи в определенных местах кинематической цепи привода может уменьшить число передвижных блоков колес. Так, структура А со структурой формулой Z=Z°( i° n +Z´)=2(i° n + i´ n · i´ n ·2) имеет три передвижных блока колес (рис. 3.11, б. Если переставить постоянные передачи в соответствии со структурной формулой Z=Z°( i° n +Z´) =2(i° n +2· i´ n · i´ n ) и объединить передвижное зубчатое колесо постоянной передачи от основной структуры на выход (i° n ) с передвижным блоком колес дополнительной структуры (рис. 3.11, в, то привод будет иметь только два передвижных блока, те. более простую систему управления и конструкцию. Уменьшение количества зубчатых колес в приводе достигается применением связанных колес, которые являются общими для двух смежных групп передач. Исследования механизмов со связанными зубчатыми колесами для обычных структур подробно описаны в части Механизмы со связанными зубчатыми колесами. Результаты этих исследований полностью справедливы для основной и дополнительных структур, которые в отдельности являются обычными множительными структурами. Нов сложенных структурах возможно применение связанных зубчатых колес не только внутри составляющих структурно и между ними. Рекомендации по применению связанных зубчатых колес в сложенных структурах также, как и другие рекомендации, могут быть даны только в общем виде, а конкретные решения принимаются конструктором в каждом случаев зависимости от конкретных условий. Рассмотрим в качестве примера структуру вида А (риса, имеющую структурную формулу Z=2(i° n +i´ n ·2·2). Если можно сделать Z 5 =Z 7 , то двухвенцовый блок колес заменяется одним передвижным связанным зубчатым колесом (рис. 3.12, б. Количество зубчатых колес можно еще более уменьшить, применив связанные колеса ив дополнительной структуре (рис. 3.12, в. 48 а) б) в) Рис. 3.11. Варианты схем сложенных структура) б) в) Рис. 3.12. Варианты сложенных структур 50 где) Рисунок 12. Варианты сложенных структур (продолжение) 51 При другом расположении постоянной передачи в дополнительной структуре привода вида А, а именно Z = 2(i° n + 2· i´ n ·2), передвижное зубчатое колесо Z 5 следует объединить с передвижным блоком дополнительной структуры и при возможности слить с одним из зубчатых колес передвижного блока, те. применить связанное колесо. При этом получается уменьшение количества зубчатых колеси передвижных блоков по сравнению со схемой, показанной на риса. количество зубчатых колес можно еще сократить, если применить связанное колесо в дополнительной структуре (рисе. В ряде случаев оказывается выгоднее выбрать схему с числом скоростей, большим, чем требуется по заданию, и применить совпадение скоростей стем, чтобы уменьшить их количество до заданного этим приемом можно упростить конструкцию коробки передач. Например, требуется спроектировать привод на 20 скоростей со знаменателем ряда φ = 1,26 и числом передвижных блоков не более 4. Лучшая для этих условий структура на 20 скоростей (см. табл. 3, структура вида Б) Z=Z°(0+Z´+Z")=2(0+2+2·2·2) имеет 20 зубчатых колес, 5 валов и 5 передвижных блоков. Если принять схему на 24 скорости (см. табл. 3, структура вида Б) Z=3(0+2+3·2=24, из которых 4 сделать совпадающими, то при небольшом увеличении количества зубчатых колес (на два) и том же числе валов можно получить четыре подвижных блока. Многовариантность сложенных структур расширяет возможность выбора наилучшего варианта, наиболее полно удовлетворяющего заданным конкретным условиям. 3.6. Кинематический расчет сложенной структуры 3.6.1. Методика расчета Исходными данными для кинематического расчета привода станка являются число скоростей на выходе, минимальная или максимальная скорость, диапазон регулирования или знаменатель ряда регулирования, скорость на входе. При расчете необходимо 1. Определить число скоростей на выходе привода. Если в исходных данных число скоростей Z не указано, а даны диапазон R и знаменатель регулирования φ, то число скоростей (3.30) 52 2. В табл. 3 найти вид структуры привода, наиболее полно удовлетворяющий конструктора по указанным в таблице показателям, рис. 3.18-3.24 – соответствующую типовую схему. При этом следует иметь ввиду возможности и способы уменьшения количества зубчатых колеси передвижных блоков. В табл. 3 указаны максимально возможные значения знаменателя ряда чисел оборотов, которые необходимо учитывать при выборе вида структуры. 3. По формуле (3.17) или (3.18) определить количество конструктивных вариантов для выбранного вида структуры и по рекомендациям, изложенным в п. 3.5, выбрать наилучший конструктивный вариант структуры. 4. По одной из формул (3.23), (3.25) или (3.26) определить количество кинематических вариантов для принятого конструктивного варианта и затем выбрать наилучший кинематический вариант. 5. Согласно принятой структурной формуле определить характеристики групп передачи построить структурную сетку и диаграмму чисел оборотов. По диаграмме чисел оборотов определить частные передаточные отношения. Следующая часть кинематического расчета – определение чисел зубьев колеси диаметров шкивов – производится по общепринятой методике [1], [2]. Расчет должен завершиться вычислением и сравнением фактического ряда чисел оборотов со стандартным. Погрешность не должна превышать допустимую Δn = (n ф –n ст ) ∙ 100% ст ≤ 10(φ–1)% (3.31) где Δn– погрешность числа оборотов ф – фактическое число оборотов ст стандартное число оборотов знаменатель ряда 10(φ–1) – допустимая погрешность в процентах. 3.6.2. Пример кинематического расчета привода со сложенной структурой Дано диапазон регулирования R=100, знаменатель ряда φ =1,26, минимальная скорость n min =12,5 об/мин. 1. Число скоростей привода 53 2. В табл. 3 указано девять видов привода на 21 скорость. Структура вида Ас имеет наименьшее количество зубчатых колес, валов и передвижных блоков, но требует наличия зубчатой муфты и соосных валов, что усложняет конструкцию. Если такое усложнение нежелательно, то наиболее удачным явятся структуры видов Б и А. Для окончательного выбора одной из них дальнейший расчет ведется для обеих. Первоначально рассмотрим структуру вида Б Z=Z°(0+Z´+Z")=3(0+3+2·2)=21. Отсутствие зубчатой муфты, соосных валов, сравнительно малое число зубчатых колес, валов, передвижных блоков, а также возможность получения по короткой кинематической цепи девяти скоростей – таковы достоинства структуры вида Б. Для этой структуры по типовой схеме построена кинематическая схема, показанная на риса. По формуле (3.17) определяем количество конструктивных вариантов. В данном случае = m° =1; m´=1; m" =2; q°=1; q´ =1; q" =2. Это следующие конструктивные варианты Z=3(0+3+2·2)=21; Z=(0+3+2·2)·3=21. Первому из них соответствует кинематическая схема риса, авто- рому – на рис. 3.13, б. Во втором варианте основная структура конструктивно последняя, а кинематически она должна быть первой. Несовпадение кинематического и конструктивного порядков нежелательно для цепи главного движения, так как снижает скорости промежуточных валов и, следовательно, увеличивает нагрузки на них. Можно отметить как недостаток большой осевой размер II вала. Поэтому принимаем для дальнейшего проектирования первый конструктивный вариант риса. Так как а m" =2, тов соответствии с табл. 1 в схеме обязательно должна быть реверсирующая постоянная передача, которая может находиться между II и IV валами, или IV и V, или V и III. При показанном на риса, положении постоянной передачи между II и IV вал IV будет вращаться вхолостую, когда движение передается через первую дополнительную структуру. Это понижает КПД привода. Более рациональна постановка постоянной передачи между валами IV ирис, в. При нейтральных положениях 54 передвижных блоков второй дополнительной структуры валы IV и V неподвижны. а) б) Рис. 3.13. Конструктивные варианты сложенных структур вида Б 55 в) г) Рис. 3.13. Конструктивные варианты сложенных структур вида Б продолжение) 56 Рис. 3.14. Структурная сетка и диаграмма чисел оборотов сложенных структур вида Б 57 Количество зубчатых колес привода можно уменьшить, применив связанные колеса, как показано на рис. 3.13, г. Именно эту схему принимаем для дальнейшей разработки. 4. По формуле (28) определяем количество кинематических вариантов К кин =2·m°!· m´!· m"! = 2 · 1! · 1! · Это следующие варианты 1)Z=3 1 (0+3 2 ´+2 2 "·2 3 "); 3)Z=3 1 (0+2 2 ´·2 3 ´+3 2 "); 2)Z=3 1 (0+3 2 ´+2 3 "·2 2 "); 4) Z=3 1 (0+2 3 ´·2 2 ´+3 2 "). Третий и четвертый кинематические варианты неудовлетворительны тем, что более высокие числа оборотов будут получаться подлинной кинематической цепи. Из оставшихся двух вариантов предпочтение следует отдать первому, в котором кинематический порядок совпадает с конструктивным. По принятой структурной формуле определяем характеристики групп передач для построения структурной сетки и диаграммы чисел оборотов X 1 =1; Х =3; Х" =3; Х 3" =6. Соответствующая структурная сетка и диаграмма чисел оборотов показаны на рис. 3.14. 6. По диаграмме чисел оборотов определяем частные передаточные отношения Далее, проводя расчет известным методом [1], [2] и принимая Z min = 20, получаем основная структура Z 1 = 20 Z 3 = 26 Z 5 = 23 Z 2 = 32 Z 4 = 26 Z 6 = 29; Первая дополнительная структура Z 7 = 50 Z 9 = 20 Z 11 = 33 Z 8 = 50 Z 10 = 80 Z 12 = 67; вторая дополнительная структура 58 Z 13 = 80 Z 14 = 76 Z 16 = 80 Z 20 = 80 Z 18 = 50 Z 9 = 20 Z 11 = 33 Z 15 = 30 Z 19 = 20 Z 17 = 50. Проверка показала, что Δn max = 2% < 10(1,26 – 1)% = 2,6%. Произведем теперь расчет привода со структурой вида А. Расчет ведется в том же порядке. 1. Число скоростей привода Z = 21. 2. Структурная формула привода Кинематическая схема представлена на риса. Количество конструктивных вариантов привода определяем по формуле (3.18): где m° =1; m´=2; q°=1; q´ =1, те. возможны следующие варианты 1) 3) 2) 4) Третий и четвертый варианты нежелательны из-за несовпадения кинематического и конструктивного порядков схемы (основная структура стоит на последнем конструктивном месте. Также нежелателен и второй вариант, который может быть осуществлен только при несовпадении кинематического и конструктивного порядков. Если сделать эти порядки совпадающими то характеристика последней группы передач натри скорости Х при этом максимальное расхождение крайних лучей, выходящих из одной точки, k = (3-1)∙6=12, что при заданном значении недопустимо (см. табл. 2). Остается первый вариант (риса Постоянная передача может занимать различные положения по длине кинематической цепи дополнительной структуры. Если осуществить между IV и V валами и объединить одно из зубчатых колес передвижного тройного блока с передвижным колесом постоянной передачи рис. 3.15, б, то конструкция привода значительно упростится. 4. Количество кинематических вариантов определяется по формуле (3.23) Это следующие варианты 1) Z=3 1 (i˚ n +3 2 ´∙2 3 ´);3) Z=3 1 (3 2 ´∙2 3 ´+ i˚ n ); 2) Z=3 1 (i˚ n +3 3 ´∙2 2 ´);4) Z=3 2 (3 2 ´∙2 3 ´+ i˚ n ). 59 а) б) Рис. 3.15. Конструктивные варианты сложенных структур вида А Также, как ив предыдущем случае, наиболее приемлемым является первый кинематический вариант. 5. По структурной формуле второго варианта Z=3 1 (i˚ n +3 2 ´∙2 3 ´) = 21 определяем характеристики групп передач X 1 =1; Хи. Соответствующие структурная сетка и диаграмма чисел оборотов привода представлены на риса) б) Рис. 3.16. Структурная сетка и диаграмма чисел оборотов сложенной структуры вида А 61 6. По диаграмме чисел оборотов определяем частные передаточные отношения Далее, проводя расчет чисел зубьев и принимая Z min = 20, получаем основная структура Z 1 = 20 Z 3 = 29 Z 5 = 26 Z 7 = 50 Z 2 = 32 Z 4 = 33 Z 6 = 26 Z 8 = 50; дополнительная структура Z 1 = 50 Z 9 = 20 Z 12 = 33 Z 14 = 20 Z 16 = 20 Z 18 = 67 Z 11 = 50 Z 10 = 80 Z 13 = 67 Z 15 = 80 Z 17 = 80 Z 19 = 33. Проверка показала, что Δn max = 2,1% < 10(1,26 – 1)% = 2,6%. Сравнение схем структур Б и А (рис. 3.13, гиб) показывает, что в структуре вида А количество зубчатых колеси передвижных блоков на одно меньше. Однако в этой структуре неизбежна ускорительная передача с максимальным передаточным отношением i 5 = 2 , число скоростей по короткой кинематической цепи уменьшено до трех и, кроме того, передвижной блок имеет сравнительно большой ход переключения. Обе структуры позволяют использовать последние переборные группы в качестве звена для увеличения шага нарезаемых резьб в 2, 4, 8, 16, 32 и 64 раза при структуре вида Аи в 4, 8, 16, 32 и 64 раза при структуре вида Б. Имея ввиду указанные достоинства и недостатки обеих структур, конструктор может правильно выбрать одну из них для заданных конкретных условий. |