Расширение диапазона регулирования приводов

 

Как известно (см. п/п. 3.9.1.6), диапазон регулирования приводов с нормальными множительными структурами при двух передачах в последней множительной группе (p_k=2) не может превышать величины 64/φ, что для большинства случаев явно недостаточно.

Применение прогрессивных инструментальных материалов и покрытий обуславливает необходимость увеличения диапазона регулирования в универсальных станках.

Однако желание увеличить диапазон регулирования при сохранении нормальной равномерной структуры приводит к нарушению граничных условий по передаточным отношениям (см. п/п. 3.9.1.5) в последней множительной группе.

При необходимости увеличения диапазона регулирования без нарушения граничных условий в последней множительной группе можно применить ряд структур и в частности:

- приводы с переборами;

- структуры с перекрытием части ступеней скорости шпинделя;

- структуры с составным геометрическим рядом;

- приводы со сложенной структурой.

Наиболее эффективно применение таких структур при p_k=2.

 

3.9.6.1 Приводы с переборами (ступенями возврата)

 

Для увеличения редукции и диапазона регулирования в качестве последней множительной группы часто используют перебор (см. рис. 2.3,г и 2.11,а,б).

Поскольку перебор обычно имеет две последовательные замедляющие передачи, то для него может быть i_min=1/16, а т.к. i_max=1, то диапазон регулирования перебора

Решение последнего выражения для ряда значений x_max дано на рис. 3.3,в.

Поскольку перебор (ступень возврата) "возвращает" движение на ту же ось (на выходной вал, соосный с входным), то структурные сетки приводов с переборами строятся несимметрично.

Для приводов по рис. 2.11 структурные сетки представлены на рис. 3.3. Проанализируем их:

а) привод на 12 вариантов с одинарным перебором (см. рис. 2.11,а и 3.3,а)

Рис. 3.3. Варианты структурныхсеток приводов с переборами одинарным (а) и двойным (б) и таблица для определения φmax (в)

Нормальная множительная структура на 12 вариантов обеспечивает значительно меньший диапазон:   б) привод на 18 вариантов с двойным перебором (см. рис. 2.11,б и 3.3,б) В данном случае не обеспечивается выигрыша по диапазону в сравнении с нормальной множительной структурой для которой также. Этот пример показывает, что не всякое решение даёт выигрыш, и всегда следует делать сравнительный анализ возможных вариантов.

При желании из каких либо соображений применить двойной перебор и допустимости меньшего числа вариантов структура, к примеру, 9=3(1)·3(3) лучше аналогичной нормальной.

Для нее в то время как нормальная структура допускает что по величине обеспечиваемого диапазона значительно хуже.

 

Определение чисел зубьев колёс, образующих перебор, следует производить с учётом того, что модули передач перебора могут быть различными вследствие сильной редукции, осуществляемой первой передачей, и обусловленного этим значительного увеличения крутящего момента, передаваемого второй парой колёс. Модули обеих передач можно принять и одинаковыми за счёт более высокого качества материалов второй пары колёс или увеличения длины их зубьев.

 

3.9.6.2 Приводы с перекрытием (повторением) части ступеней скорости шпинделя

 

Для обеспечения перекрытия части ступеней скорости характеристику последней множительной группы уменьшают на несколько единиц.

Рассмотрим получение структур с перекрытием при p_k=2 на следующем примере.

В структуре z = 16 = 4(1)·2(4)·2(8) с Д = 31,5 (т.к. то при φ = 1,26 обеспечивается ) вместо x_k= 8 примем x_k.пер= 4 и рассмотрим построенную для этого случая структурную сетку (рис. 3.4).

Как видно, каждая из ступеней n₅–n₈ получается двумя комбинациями передач, в результате различных частот вращения фактически обеспечивается z_ф = z – z_пер = 16 – 4 = 12, где z_пер – количество перекрытых частот вращения.

Развернутую структурную формулу можно представить в виде:

z_ф=12=4(1)·2(4)·2(4).

Диапазон регулирования привода с перекрытием:

или (см. рис. 3.4)

Приравняв показатели степеней в первом и втором выражениях, получим

z_ф = 0,5z + x_k.пер, откуда x_k.пер = z_ф – 0,5z и z = 2(z_ф – x_k.пер).

Для структур с перекрытием φ_max следует определять в последней (k-той) и предпоследней (k–1) множительных группах и принимать φ не превосходящим меньшего из двух полученных значений φ_max.

В рассматриваемом случае x_{max (k)} = x_{max (k-1)} = 4, и при φ =1,58 обеспечивается диапазон регулирования частот вращения шпинделя

 

Нормальная множительная структура на 12 вариантов z=12=3(1)·2(3)·2(6) (см. рис. 2.10) допускает и при φ =1,41 обеспечивает

Как видно, структура с перекрытием обеспечивает диапазон регулирования в 3,5 раза больший при тех же 12 фактических вариантах. Для этого потребовалось усложнить конструкцию по рис. 2.10 всего на одну передачу.

 

Для обеспечения в структуре с перекрытием максимального диапазона при заданных z и кинематической схеме следует принять φ =φ_max при х_k.пер = x_{max (k-1)}. При этом, если φ_max не равно какому-либо стандартному значению, то, приняв стандартное φ<φ_max, следует проверить возможность увеличения х_k.пер по формуле полученной из выражения (см. п/п. 3.9.1.7) для данного случая.

Покажем в качестве примера, как спроектировать структуры с максимальными диапазонами на базе приводов 12=3·2·2 и 24=4·3·2:

 

а) z_ф=3(1)·2(x_k-1)·2(x_k.пер.), z_ф=3(1)·2(3)·2(x_k.пер.), т.к. p_k-1 =2, x_{max (k-1)}=x_k-1=3, то принимаем x_k.пер =x_{max (k-1)} =3.

Тогда z_ф=12/2+3=9 и 9=3(1)·2(3)·2(3). При φ =2

 

б) z_ф=4(1)·3(x_k-1)·2(x_k.пер), z_ф=4(1)·3(4)·2(x_k.пер.),

т.к. p_k-1 2, то x_{max (k-1)} = (p_k-1–1) ·x_k-1=(3–1)·4=8 и x_k.пер=x_max(k-1)=8.

Тогда z_ф=24/2+8=20. При φ =1,26 Если принять x_k.пер=lg8/lg1,26 9, то z_ф=24/2+9=21=4(1)·3(4)·2(9) и

 

Из всех возможных структур с перекрытием максимальный диапазон обеспечивают:

 

при φ =1,26:	z =36;	zф =27;	Дп.max≈400;
при φ =1,41:	z =24;	zф =18;	Дп.max≈360;

 

т.е. диапазон может быть увеличен примерно в 8 раз по сравнению с тем, какой обеспечивается нормальной множительной структурой.

Использование структур с перекрытием позволяет строить приводы практически на любые числа вариантов (10, 11,13, 14, 15, 17 и т.п.).

Рис. 3.4. Структурная сетка привода с перекрытием части ступеней скорости на 12 вариантов

Рис. 3.5. Структурная сетка привода на 12 вариантов с составным (ломаным) геометрическим рядом (а) и таблица для определения φб.max (б)