Токарный одношпиндельный вертикальный полуавтомат

    Центробежными муфтами автоматически сцепляются или расцепляются валы при достижении заданной скорости вращения. На рисунке показана центробежная колодочная муфта. Колодки установлены в пазах ведущей полумуфты. Рабочие поверхности колодок покрыты фрикционным материалом. При возрастании угловой скорости ведущего вала под действием центробежных сил колодки прижимаются к внутренней поверхности ведомой полумуфты, замыкая муфту.

    Массу колодок подбирают так, чтобы  возникающая при работе сила трения была достаточной и при этом не происходило проскальзывания ведомой полумуфты. При резком уменьшении угловой скорости или увеличении сопротивлений в ведомой части привода ведомая полумуфта должна проскальзывать относительно колодок. Поэтому фрикционная колодочная муфта может быть отнесена к предохранительным.

    Обгонные  муфты автоматически замыкаются при одном направлении вращения и размыкаются — при противоположном. При их применении допускается обгон ведущего вала ведомым (например, движение транспортной машины под уклон). Обгонные муфты называют также муфтами свободного хода.

    Широко  распространены фрикционные обгонные муфты с роликами (рисунок. 3.30). Они состоят из обоймы с гладкой цилиндрической внутренней поверхностью, роликов и звездочек. Между обоймой и звездочкой образованы суживающиеся в одном направлении полости. Ролики выталкиваются пружинками в суживающиеся части

    

    Рисунок 3.30 - Центробежная колодочная муфта 
 
 

 

Рисунок 3.31- Обгонная муфта с роликами 

3.8 Планетарные ролико-винтовые передачи 

    Интенсивное развитие технологии предъявляет особые требования к механизмам линейного  перемещения промышленного оборудования. Имеется достаточный выбор исполнительных механизмов, реализуемых в линейном приводе (гидравлические, пневматические, зубчатые), но особого внимания заслуживают  механические винтовые передачи в составе  электропривода, благодаря технологичности  конструкции, малым массе и габаритам, высокой надежности, несложному обслуживанию. Из всего многообразия конструкций передач винт-гайка наиболее известны передачи скольжения и шарико-винтовые передачи (ШВП) (Существенные недостатки первых – низкий КПД, нестабильность момента трения, быстрый износ – ограничивают область их применения, а наличие канала возврата шариков в ШВП ограничивает предельную частоту вращения ходового винта.  
Поиск новых, более совершенных передач винт-гайка привел к созданию планетарных ролико-винтовых передач (ПРВП), одним из первых серийных производителей которых является мировой лидер в области передач винт-гайка концерн SKF (Швеция). 
ПРВП обладают высокими характеристиками и имеют особый принцип действия, не присущий другим винтовым передачам. Их особенность – наличие тел качения в виде резьбовых роликов расположенных между винтом и гайкой и совершающих планетарное движение относительно оси ходового винта. ПРВП уступают винтовым передачам скольжения только по нагрузочной способности и технологичности, превосходя их по КПД (более 80%), плавности движения во всем диапазоне скоростей, кинематической точности (погрешность до 6 мкм/300 мм), предельной частоте вращения ходового винта (до 5000 мин"1), диапазону варьирования подачи гайки (0,2–10 мм/об). ПРВП превосходит ШВП по предельной частоте вращения ходового винта (до 2-х раз), осевой грузоподъемности (при одинаковых габаритах до 3-х раз), долговечности, надежности, осевой жесткости (до 2-х раз), плавности движения в зоне средних и больших скоростей, а также диапазону варьирования подачи гайки. ПРВП может обеспечить малую подачу гайки за оборот винта, что позволяет соединить вал электродвигателя непосредственно с ходовым винтом, при этом возможны линейные скорости перемещения гайки до 2 м/с с сохранением    точностных показателей.  
ПРВП представляют собой целый класс винтовых передач. Существует множество конструктивных схем ПРВП. Все они по способу преобразования вращательного движения ходового винта в поступательное движение гайки относительно последнего подразделяются на две основные группы, широко представленные в гамме продукции концерна SKF.  
К первой группе относят ПРВП, получившие название «ПРВП с короткими роликами». 
   Ко второй группе относят ПРВП, получившие название «ПРВП с рецеркуляцией роликов»  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 3.32- Планетарные ролико-винтовые передачи 

Для рецеркуляции роликов в гайке, в последней имеется продольный паз. Принцип передачи нагрузки и профиль резьбы роликов, гайки и ходового винта ПРВП с рецеркуляцией роликов такие же, как и у ПРВП с короткими роликами. ПРВП с рецеркуляцией роликов выпускаются в двух модификациях: SV и PV. Передачи в модификации SV имеют осевой зазор в резьбовых сопряжениях, а в модификации PV возможно создание предварительного натяга, при котором обеспечивается оптимальная осевая жесткость передачи. Передачи оснащаются гайками различных конструкций: гладкая цилиндрическая, цилиндрическая с фланцем или с цапфами. Средний диаметр резьбы ходового винта выпускаемых передач может иметь значения от 8 до 125 мм.

Передачи  обеспечивают высокие точность, жесткость, надежность, нагрузочную способность, плавные движения с малой подачей. ПРВП с рецеркуляцией роликов применяются в областях, где необходимы малые медленные перемещения с высокой точностью при больших осевых нагрузках: это и оборудование для типографий, и системы наведения телескопов и спутников, приводы подач инструмента для правки шлифовальных кругов, медицинское и лабораторное оборудование.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Рисунок 3.33 -  Планетарные ролико-винтовая передачи с рецеркуляцией роликов 
 

Передачи  обеих групп могут иметь различные  исполнения присоединительных размеров концевых участков ходовых винтов и  степени защиты, в том числе  для работы в коррозионно-активных средах. При смазывании передач смазочным  материалом SKF LGEP2 возможен температурный режим работы  –20…+120 °С.

Высокое качество продукции SKF подтверждается сертификатом ISO 9001.  
В качестве дополнительного элемента привода фирмой-производителем предлагается специальный опорный узел ходового винта, который способен выдержать значительные осевые нагрузки ПРВП (на больших типоразмерах до 2000 кН при частоте вращения до 5000 мин–1). В целом фирма SKF предлагает подробные рекомендации по выбору, условиям монтажа, смазыванию и применению планетарных ролико-винтовых передач.  
Необходимо отметить развивающийся в настоящее время бурными темпами интерес к ПРВП со стороны ведущих отечественных производителей высокоэффективных приводов линейного перемещения. Использование передового опыта и возможностей мирового лидера в производстве и эксплуатации ПРВП – фирмы SKF позволит в кратчайшие сроки оптимально решить эти задачи. 
Для совершенствования конструкции ПРВП и расширения области их рационального применения, на кафедре «Детали машин» МГТУ им. Н.Э.Баумана интенсивно проводятся научно-исследовательские работы, основными направлениями которых являются повышение осевой жесткости, кинематической точности, увеличение КПД, обеспечение технологичности конструкций. Разработанные оригинальные конструкции ПРВП защищены патентами РФ. 

 

 

5 Кинематическая схема  проектируемого привода  подач

 

    Движение  передается от электродвигателя, который  выполняет роль и реверсивного механизма. При изменении пар полюсов меняется направление вращения двигателя. Еще двигатель может менять скорость вращения. В данном случае нам необходимо использовать линейный двигатель для регулирования частоты вращения, т.к. у нас отсутствует коробка скоростей. Движение от электродвигателя передается через ременную передачу на винт. Затем на передачу винт гайка качения и приводит в движение стол. Рукоятка  служит для ручного управления подачей. Датчик  контролирует положение стола и сообщает о его местонахождении. 

 

Рисунок 11.1- Кинематическая схема привода  подач 

1 - высокомоментный регулируемый двигатель.

2- механический редуктор ручных перемещений рабочего органа при наладке

3- ременная передача.

4,10- опоры ходового винта. В передней опоре установлен комплект из радиально-упорных шариковых подшипников. В задней опоре установлен радиальный шариковый подшипник.

5- передача винт-гайка качения.

6- телескопическая защита ходового винта.

7- рабочий орган станка с направляющими качения.

8- присоединительная муфта.

9-датчик обратной связи.

6 Кинематический расчет привода подач

 
 

    6.1  Расчет частот вращения ходового винта при рабочей подаче и быстром перемещении

         Рассчитаем частоты вращения ходового винта при рабочей подаче n_Smax  и вращения ходового винта при быстром перемещении n_v : 

      ,

    где -максимальная подача,;=9600 ;

    v-максимальная скорость перемещения ,; v=18.

    P-шаг передачи винт-гайка,  мм; P=12мм.

    - частота вращения ходового винта при рабочей подаче.

    - частота вращения ходового винта при быстром премещении. 

      6.2 Определение передаточного отношения механического редуктора 

    где и -расчетные передаточные отношения редуктора при рабочей подаче и быстром перемещении ;

      и -номинальная и максимальная частота вращения электродвигателя , ; ;

    -расчетные  частоты электродвигателя при  и v.

      и -частоты вращения ходового винта при и v ,; 
 
 

    6.3  Выбор передаточного отношения редуктора

    Сравнивая полученные значения выбираем большее значение, т.е   

    6.4 Определение фактических частот  вращения электродвигателя при и v

         Фактические частоты вращения электродвигателя при рабочей подаче и быстром перемещении будут равны соответственно: 

    =;       =;

    =;

    = .

    6.5  Подбор чисел зубьев редуктора привода подач

         Выбираем числа зубьев редуктора привода подачи:

    I= =0,8== .

    Выбираем  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

7 Выбор типа направляющих 

   Для направляющих качения характерны низкая сила трения (10..40 Н) и ее независимость  от скорости рабочего органа, благодаря  чему достигаются равномерность  медленных движений, снижение мощности привода подачи и высокая точность позиционирования. Для направляющих качания характерна высокая долговечность, т.к. при хорошей защите их износ  на порядок  ниже, чем износ направляющих полужидкостного трения.

   Конструкции направляющих подвижных узлов в  многооперационных станках отличаются большим разнообразием. Требования к направляющим определяются необходимостью повышения производительности станка и точности обработки, обусловленного повышением и улучшением следующих  параметров:

   1) точности перемещения подвижного  узла по заданной программой  траектории и выхода в требуемую  координату;

   2)  плавности перемещения, особенно  при малых подачах;

   3)  жесткости, в том числе и  динамической;

   4)  демпфирующей способности, беззазорности и удобства регулировки;

   5)  износостойкости и долговечности;

   6)  простоты изготовления и обслуживания.

   При использовании направляющих качения  с малыми коэффициентами трения покоя  и движения (не более 0.005 — 0.01), обеспечивается высокая точность перемещения и равномерность подачи и, следовательно, высокая точность и повторяемость выхода на требуемую координату, что позволяет снизить мощность привода подачи. Улучшение большинства параметров точности станка достигается за счет повышения точности формы направляющих. 

 

8 Расчетная схема  привода подач  с рабочим органом

    Составляем  расчетную схему привода с  приложением всех действующих нагрузок, сил резания, сил тяжести, реакций  направляющих и тяговой силы.

Рисунок 13.1– Расчетная схема привода  горизонтальной подачи

 

9 Расчет тяговых  усилий

    9.1 Расчет тягового усилия при рабочем и холостом ходе

    Расчет  тяговых усилий при Р.Х.

     ;

    Расчет  тяговых усилий при Х.Х.

    

    где

     -тяговое усилие; -проекция сил резания на направление движения рабочего органа; -силы трения в направляющих; -проекция силы тяжести на направление движения.

    Для рабочего органа тяговое усилие будет  равно:

    ;

    Для холостого хода соответственно:

    ,

    где - составляющая силы резания по направлению подачи.

    -нормальная  реакция в направляющих.

    -коэффициент  трения-качения, мм; .