Способ построения трехваловых коробок передач станков

Способ относится к коробкам передач станков, содержащих промежуточные валы с установленными на них зубчатыми колесами, выполненными связанными, общее число которых зависит от требуемого заданного ряда частот вращения выходных валов коробок передач, и включает построение структурных сеток вторых групп передач в виде зеркальных отражений структурных сеток первых групп передач, причем оптимальную последовательность числа клеток между концами соседних лучей на вторых валах коробок передач на структурной сетке определяют по приведенному выражению. Технический результат: реализация требуемого геометрического ряда частот вращения выходного вала коробки с тремя и более связанными шестернями, уменьшение габаритов и массы коробок передач. 4 ил.

 

Изобретение относится к области станкостроения, преимущественно к механическим приводам ступенчатого регулирования, и предлагает способ рационального построения многоступенчатых коробок передач (скоростей и подач) с зубчатыми передачами различного вида.

Известен «Способ построения привода и привод (варианты)» (патент РФ №2289053 МПК F16K 31/12), предназначенный для управления работой запорно-регулирующей арматуры. Применение указанного способа ограничено областью устройств пневмогидроавтоматики.

Известно построение коробок скоростей металлорежущих станков с группами передач (Кучер И.М. Металлорежущие станки / И.М.Кучер. - М.: Машиностроение, 1969. - 720 с, с.232-233) с использованием «связанных» шестерен, установленных на валах коробки и участвующих в работе двух и более зубчатых передач коробки. Такое решение уменьшает общее число колес в коробке при сохранении числа ступеней скоростей и уменьшает габариты коробки. Известен способ построения станочных коробок скоростей с двумя связанными шестернями, обеспечивающий минимальные габариты коробки (Муллабаев А.А. Коробки передач со связанными шестернями: учебное пособие для студентов высших учебных заведений / А.А.Муллабаев. - Оренбург: ИПК ОГУ, 2001. - 110 с). Способ заключается в следующем:

а) строятся возможные структурные сетки;

б) выбирается оптимальный вариант связывания;

в) вычисляются для m≠n формуле

,

где ;

г) вычисляется по формуле

где - передаточное отношение между одной из связанных шестерен на промежуточном валу и шестерней на первом валу, φ - знаменатель геометрической прогрессии, n - число клеток на структурной сетке между лучами, определяющими кинематическое соотношение между связанными шестернями во второй группе передач, m - число клеток на структурной сетке между лучами, определяющими кинематическое соотношение между связанными шестернями в первой группе передач, c₁, с₂, с₃, с₄ - числа клеток на структурной сетке между остальными лучами, определяющими кинематические соотношения между остальными зубчатыми колесами, - передаточное отношение между наибольшей из связанных шестерен на промежуточном валу и шестерней на первом валу;

д) по значениям чисел клеток на структурной сетке и варианту связывания определяются значения всех остальных передаточных отношений. Если какое-либо передаточное отношение выйдет за допустимые пределы, то расчет следует вести в обратном порядке, задавшись предельным значением указанного передаточного отношения.

Недостатком данного способа является возможность обеспечения требуемого геометрического ряда частот вращения выходного вала коробки лишь при использовании двух связанных шестерен и невозможность обеспечения требуемого геометрического ряда частот вращения выходного вала коробки при трех и более связанных шестернях.

Техническим результатом предлагаемого решения являются уменьшение габаритов и массы коробок передач с тремя и более связанными шестернями с требуемым геометрическим рядом частот вращения выходного вала.

Задача решается тем, что в способе построения трехваловых коробок передач станков, содержащих промежуточные валы с установленными на них зубчатыми колесами, выполненными связанными, общее число которых зависит от требуемого заданного ряда частот вращения выходных валов коробок передач, осуществляют построение структурных сеток вторых групп передач в виде зеркальных отражений структурных сеток первых групп передач, причем оптимальная последовательность {В}_ОПТ числа клеток между концами соседних лучей на вторых валах коробок передач на структурной сетке определяют по выражению:

где: 1; 1;…1 - первая группа передач из x₁ клеток, в которой расстояния между концами лучей равны одной клетке, соответствующей 1;

(x₁+2); (x₁+2);…(x₁+2); (x₁+1) - вторая группа, в которой ряд чисел (x₁+2); (x₁+2);…(x₁+1) определяет расстояния между последующими лучами на структурных сетках, а количество членов ряда (x₁+2); (x₁+2);…(x₁+2) определяют из выражения (h-x₁-2), где h≥3 - количество связанных шестерен в коробке передач, при этом число передач, соответствующих первой группе, выбирают из условия обеспечения минимального количества совпадений частот вращения выходного вала для заданного геометрического ряда, а начало отсчета клеток на структурной сетке устанавливают по лучу для наименьшей частоты вращения второго вала коробки передач, причем количество чисел в первом ряду первой группы передач определяют из выражения (0,5h-1) и округляют при нечетных h до получения ближайшего целого числа, равного или большего 1.

На Фиг.1 изображена структурная сетка коробки передач с тремя связанными шестернями, построение которой удовлетворяет последовательности {В}_опт=1; 2.

На Фиг.2 приведена кинематическая схема цилиндрической трехсвязной коробки с одинаковыми межосевыми расстояниями передач.

На Фиг.3 приведена кинематическая схема цилиндроконической трехсвязной коробки передач.

На Фиг.4 приведена кинематическая схема трехсвязного механизма Нортона.

Способ осуществляется следующим образом.

Как показано ниже, из формулы последовательности [{В}_опт=1; 1;…1; (x₁+2); (x₁+2);…(x₁+2); (x₁+1)] получаем требуемый ряд чисел клеток между концами соседних лучей на структурной сетке в каждой группе.

Вначале определяем расстояние между концами лучей первой группы, то есть количество единиц x₁ (Фиг.1, поз.1) по формуле, например, для h, равного 3:

х₁=0,5h-1; х₁=0,5·3-1=0,5.

Округляем полученное значение до ближайшего целого числа в большую сторону (округлять в меньшую сторону не имеет смысла, т.к. x₁ не может быть равным нулю). Получаем x₁=1 - количество клеток между первым и вторым лучами.

Далее получаем количество клеток между вторым и третьим лучами (количество связанных шестерен 3 и количество лучей также 3), то есть во второй группе чисел последовательности. Количество чисел, определяющее число последующих лучей во второй группе по выражению [(х₁+2); (x₁+2);…(x₁+2)], равно [h-x₁-2=3-1+2=0]. Количество клеток, определяемое выражением [(x₁+1)], равно [1+1=2] (Фиг.1, поз.2).

Отсюда {В}_опт - 1; 2 (Фиг.1, поз.3) (расположение концов лучей в серединах клеток также допустимо).

Располагаем на валу I (Фиг.1, поз.4) начальное положение трех лучей в середине структурной сетки. Находим положение конца нижнего луча сетки первой группы передач на валу II. Для этого общий размах сетки первой группы передач, равный сумме клеток последовательности {В}_опх=1; 2 (то есть [1+2=3]), делим пополам.

Получаем 1,5 клетки. От середины структурной сетки на валу II (Фиг.1, поз.5) откладываем 1,5 клетки и определяем место расположения конца нижнего луча (передача с наименьшим передаточным отношением). От полученной точки откладываем расстояние в одну клетку (x₁=1) и получаем точку, в которую проводим следующий луч от точки на валу I. От второй точки на валу II откладываем следующую точку (третью) на расстоянии в две клетки вверх и в полученную точку проводим последний луч из точки на валу I. Таким образом реализуется последовательность {В}_опт=1; 2.

Для завершения построения структурной сетки от конца каждого из лучей на валу II строим зеркальное отображение структурной сетки, построенной между валами I и II, между валами II и III (Фиг.1, поз.6). В результате получаем на валу III семь ступеней частот вращения, реализующих геометрический ряд с заданным значением φ (φ - знаменатель геометрической прогрессии) (Фиг.1, поз.7).

Полученная структурная сетка может быть реализована в виде трех различного типа семискоростных коробок передач с тремя связанными шестернями (связанные шестерни заштрихованы). На Фиг.2 показана структурная схема коробки с тремя валами и цилиндрическими колесами, имеющая минимальные габариты за счет одинаковых межосевых расстояний a_w (Фиг.2, поз.8). На Фиг.3 изображена структурная схема трехсвязной цилиндроконической коробки, имеющей минимальное количество шестерен. На Фиг.4 показана структурная схема трехсвязного двойного механизма Нортона, имеющего минимальные осевые габариты.

Таким образом, предлагаемое решение обеспечивает значительное сокращение габаритных размеров коробок по сравнению с прототипом.

Способ построения трехваловых коробок передач станков, содержащих промежуточные валы с установленными на них зубчатыми колесами, выполненными связанными, общее число которых зависит от требуемого заданного ряда частот вращения выходных валов коробок передач, отличающийся тем, что осуществляют построение структурных сеток вторых групп передач в виде зеркальных отражений структурных сеток первых групп передач, причем оптимальную последовательность {В}_ОПТ числа клеток между концами соседних лучей на вторых валах коробок передач на структурной сетке определяют по выражению:

где 1; 1;…1 - первая группа передач из x₁ клеток, в которой расстояния между концами лучей равно одной клетке, соответствующей единице;
(x₁+2); (x₁+2);…(x₁+2); (х₁+1) - вторая группа, в которой ряд чисел (x₁+2); (x₁+2);…(x₁+1) определяет расстояния между последующими лучами на структурных сетках, а количество членов ряда (x₁+2); (x₁+2);…(x₁+2) определяют из выражения (h-x₁-2), где h≥3 - количество связанных шестерен в коробке передач, при этом число передач, соответствующих первой группе, выбирают из условия обеспечения минимального количества совпадений частот вращения выходного вала для заданного геометрического ряда, а начало отсчета клеток на структурной сетке устанавливают по лучу для наименьшей частоты вращения второго вала коробки передач, причем количество чисел в ряду первой группы передач определяют из выражения (0,5h-1) и округляют при нечетных h до получения ближайшего целого числа, равного или большего 1.