Исходя из вычисленных ранее по режимам обработки пределов частоты вращения шпинделя n_max и n_min и указанного в задании числа ступеней скорости Z, определяется значение знаменателя геометрического ряда j :

(2.6)

На основании этого вычисления по таблице 2.1 выбирается ближайшее стандартное значение знаменателя ряда.

Применение других значений j нецелесообразно в виду конструктивных трудностей в осуществлении негеометрических рядов в многоваловой шестеренной коробке.

Таблица 2.1

При выборе знаменателя геометрической прогрессии j необходимо учитывать следующее. Значение j = 1,26 является основным; применение же j < 1,26 не дает заметного повышения эксплуатационных возможностей станка, усложняет коробку скоростей и механизм управления для привода главного движения; знаменатели j = 1,41 и j = 1,58 следует использовать в станках, для которых особенно важно сокращение числа скоростей с целью упрощения и усовершенствования системы переключения и для которых нет необходимости точно выдерживать режимы резания ввиду кратковременности проходов. Так как в задании чаще всего задается значение Z , то расчетное значение j, как правило, не совпадает со стандартным. В таких случаях необходимо учитывать вышеизложенное. То есть допустим, что расчетное значение j получилось в пределах от 1,22 до 1,29, принимают j = 1,26. Если получилось j = 1,33 , т.е. среднее между 1,26 и 1,41, то, для станков универсального типа желательно уплотнить средние частоты вращения шпинделя (ЧНШ) за счет разряжения крайних. Тогда средние ЧВШ будут иметь j = 1,26 , а крайние j = 1,58 , т.е. в приводе используется ряд частот вращения с двумя знаменателями j (ломаный геометрический ряд).

Структурная формула

Коробки передач современных, особенно универсальных станков имеют большое число ступеней и большой диапазон регулирования скоростей. Они должны быть простыми и компактными, иметь малый вес, минимальное количество валов, передач, высокий к.п.д., низкий уровень шума. Конструкция коробок должна быть технологичной, надежной в эксплуатации, удобной в ремонте и обслуживании. Наиболее простыми по конструкции обычно бывают коробки передач с так называемой множительной структурой. Они состоят из элементарных двух- валовых механизмов, последовательно соединенных между собой. Число ступеней скорости, шпинделя Z при настройке последовательно включенными групповыми передачами (в многоваловых коробках) равно произведению чисел передач в каждой группе, т.е. Z = P_a·P_b·P_c·...·P_k

При заданном числе ступеней скорости шпинделя Z количество групп передач, количество передач в каждой группе и порядок положения групп может выбираться различным. Этот выбор в основном и определяет кинематику и конструкцию коробки скоростей. Для наиболее распространённых чисел ступеней скорости применяются конструктивные варианты, приведенные в таблице 2.2.

Количество конструктивных вариантов привода, состоящего из групп передач

(2.7)

где K - количество групп передач,

m - количество групп с одинаковым числом передач.

Например, при K = 3 и m = 2 (Z = 12) количество конструктивных вариантов

(2.8)

В зависимости от принятого порядка переключений группа может быть основной, первой, второй, третьей и последующей переборной. Основной и различными по номеру переборными группами может быть любая группа передач в приводе. Для определенного конструктивного варианта количество кинематических вариантов В_кин будет равно числу перестановок из числа К групп передач, т.е. В_кин = К! Например, для привода, состоящего из трех групповых передач Z = 3·2·2 , количество кинематических вариантов

В_кин = 3! = 6 .

Общее количество вариантов В = В_кин · В_кон .

Для рассмотренного примера В = 3 · 6 = 18. Необходимо сначала привести всевозможные структурные формулы, соответствующие данному числу ступеней Z скорости вращения шпинделя. Например, при Z = 12 это будут формулы: 3·2·2; 2·3·2; 2·2·3.

Затем из этих вариантов надо обоснованно выбрать один, наилучший и удовлетворяющий условиям задания, и для него привести всевозможные варианты развернутой структурной формулы. В развернутой структурной формуле, кроме числа передач, в группах указываются характеристики каждой группы (в скобках). Например, простая структурная формула 3·3 может быть реализована в виде двух развернутых структурных формул: 3[1] · 3[3] или 3[3] · 3[1]. Из всех вариантов развернутых структурных формул следует обоснованно выбрать оптимальный и удовлетворяющий условиям задания и в соответствии с ним изобразить структурную сетку привода главного движения.

Во избежание чрезмерно больших диаметров колес в коробках скоростей практикой установлены следующие предельные передаточные отношения i_min ³ 1/4 и i_max £ 2. Следовательно, наибольший диапазон регулирования групповой передачи:

R_п.пред = (i_max/i_min) = 2/1 · 4/1 = 8 .

Последняя переборная группа имеет наибольшую характеристику и диапазон регулирования, поэтому отношение (i_max/i_min)_пред имеет наибольшую величину для последней переборной группы. Следовательно, для коробок скоростей (i_max/i_min)_пред = j^{x max} = 8 , где x_max - наибольший показатель для последней переборной группы.

Для нормализованных значений j максимально допустимые значения величины x_max для коробок скоростей приведены в табл.2.3.

Таблица 2.3

Максимально допустимые величины x_max

2.4. Выбор наилучшего варианта кинематики

При выборе наилучшего варианта структурной сетки (варианта структурной формулы) необходимо учитывать следующее:

а) следует определить диапазон регулирования в последней переборной группе для всех вариантов структурных сеток (при выбранном значении j и исключить из дальнейщего рассмотрения варианты, не удовлетворяющие условию (i_max/i_min)_пред = j^{x max} £ 8 т.е. у которых x_max больше величины указaнной в табл.2.3 для заданного значения j . На структурной сетке x_max - это число интервалов между крайними лучами, исходящими из одной точки в последней переборной группе;

б) для уменьшения веса и габаритов привода число передач в группах должно уменьшаться от электродвигателя к выходному валу (шпинделю), т.е. P_a > P_b > P_c >..> P_k;

в) желательно, чтобы характеристики групп увеличивались от электродвигателя к шпинделю, т.е. если Z = P_a · P_b· P_c ·...P_k , то a < b < c < ...< k (веерообразная структурная сетка). В этом случае при одинаковых наименьших числах оборотов промежуточных валов для различных вариантов структурной формулы максимальные числа оборотов получаются меньшими, что уменьшает динамические нагрузки в передачах, вибрации, износ деталей и потери на трение, повышает к.п.д. при высоких числах оборотов шпинделя и дает возможность понизить требования к качеству изготовления деталей передач;

г) для того, чтобы наибольший диапазон регулирования групповой передачи, ограничивающий возможность конструктивного осуществления привода, подучился наименьшим, необходимо в качестве последней переборной группы брать группу с наименьшим числом передач;

д) лучше, если требуемое число ступеней Z получается меньшим числом групповых передач, т.к. в этом случае уменьшается количество валов, подшипников и отверстий в корпусе, повышается к.п.д. привода.