Коробка передач Советский патент 1988 года по МПК F16H3/64 

Изобретение относится к машино- , строению и может быть использовано в качестве узла кинематической настрой- iки в металлорежущих станках,

Целью изобретения является расширение кинематических возможностей коробки передач.

На фиг, 1-12 представлены кинематические схемы коробок передач с раз- ю личными значениями передаточных отношений между центральными колесами при остановленном водиле i (н четных фигурах представлены ускоряюпще, а на

ечетных фигурах - защемляющие ва- ианты исполнения коробки передач).

Каждая коробка передач содержит последовательно связанные дифферениалы, в состав каждого из которых входит по два центральных колеса In и 2п, водило Зп и одновенцовые или вухвенцовые сателлиты 4п, управляемые тормозы 5k и муфты 6k и зубчатые передачи 7k для кинематической связи дифференциалов с входным валом 8 коробки передач, параллельному выходному валу 9, где индексы п и k обозначают соответственно номера дифференциала и степень члена полинома, пред ставлякще го передаточное отношение коробки.

Передаточное отношение между выходным и первым входным звеном каждого использованного в коробке передач дифференциала при условно заторможенном втором входном звене (со стороны предьщущего дифференциала)

I -- . 1 равно ±К или + - .

сС

в коробках передач, показанных на фиг. 1-8, центральное колесо 1, начиная с второго дифференциала, связано с водилом 3 предыдущего дифференциала, а центральное колесо 2 каждого дифферейциала связано с управляемым тормозом 5 и ерез ряд переключаемых муфтами 6 зубчатых передач 7 с входным валом 8.

В ускоряющих коробках передач (фиг. 1 и 3) центральное колесо 1, первого дифференциала соединено с ВЫХОДНЫМ валом коробки, а водило Зп последнего дифференциала связано с тормозом 5п и через переключаемые зубчатые передачи 7п с входным валом 8, а на фиг. 3 и 4 колесо 1, связано с тормозом 5п и валом 8, а водило Зп соединено с выходным валом. В замедляющих коробках передач (фиг 2

и 4) центральное колесо 1.

5

0

5

30

5

но, а водило 2 соединено

заторможе- с выходным

валом, а на фиг. 6 и 8 колесо 1 сое-, динено с выходным валом, а водило 3 заторможено.

В коробках передач, показанных на фиг. 9-12, центральное колесо 1, начиная со второго дифференциала, связано с центральным колесом 2 предьщущего дифференциала, а водило 3 каждого дифференциала связано с управляемым тормозом 5 и через ряд переключаемых муфтами 6 зубчатых передач 7 с входным валом 8. В ускоряющих вариантах на фиг. 9 и 11 центральное колесо 1, соединено с выходным валом коробки, а центральное колесо 2п - с тормозом 5п и через зубчатые передачи 7п с выходным валом 8. В замедляющих вариантах на фиг. 10 и 12 центрально колесо 1i заторможено, а центральное колесо 2 соединено с выходным валом .

Коробка передач работает следующим образом.

Вращение с входного вала 8 через зубчатые передачи 7 передается на дифференциалы и далее на выходной вал. Передаточное отношение коробки зависит от комбинации включенных тормозов 5 или зубчатых передач 7.

Угловые скорости звеньев каждого содержащегося в коробке передач дифференциала связаны формулой Виллиса

3 Ui,-U)3 1-1 tOj-W

(1)

где

LO И

W. 1-1

u)j угловые скорости соответственно 1-го и 2-го центральных колес; угловая скорость водила 3,

передаточное отношение между центральными колесами при условно заторможенном водиле 3.

Лобое из трех конечных звеньев дифференциала может использовано в качестве выходного (ведомого) и тогда два других будут входными (ведущими).

Из формулы (1) получаем три выражения для каждого их трех звеньев

Г

- 1 - it-i .

(2)

(1 - i , ,) u;

i..2

(1 - )ъ

z;(3)

(4)

t-s

В корсбке передач, изображенной на фиг. 1, передаточное отношение между центральным колесом 1 и водилом 3 при условно заторможенном колесе

i

1-3

и, -г- + К, а передаточное

и

отношение между центральными колесами из (1) i (-,2. . Кинематика этого исполнения коробки описывается формулой (3), которая после подстановок приобретает вид

ш, К LJ J (1 - К)

О).

Для п таких дифференциалов, связанных между собой так, что центральное колесо 1, начиная с второго дифференциала, соединено с водилом 3 предыдущего дифференциала, угловая скорость первого центрального колеса первого дифференциала 1 , являющегося выходным звеном ускоряклцей коробки передач, определяется выражением

ш,

К

1- 1пWj., + (1 - к) к

, + Ксоо. ) (6) передаточное отношение коробки

,,.,,+

10

15

442757

лом 8, выполненных в виде ряда переключаемых зубчатых передач.

Полином (7) отражает кинематическую структуру коробки передач (фиг.1) и представляет ее передаточное отношение в виде цифрового кода, основанием счисления является целое положительное число К, а количество разрядов кода равно п + 1.

Набор заданной цифры в каждом разряде кода осуществляется включением тормоза 5 или одной из муфт 6 в соответствующей кинематической связи с входным валом. Набор кода заданного передаточного отношения осуществляется включением соответствующей коду комбинации тормозов 5 и муфт 6,

В конкретном примере исполнения коробка передач, заменяющая гитару деления зубо фрезерного станка, может содержать два циала. Для осуществления и i -1. -4 зубчатые колеса, содержащиеся в каждом дифференциале, могут быть выполнены, например, со следующими количествами зубьев: первое центральное - Z 20, второе центральное внутреннего зацепления Z 80.

Структурная формула настройки коробки передач в этом конкретном примере исполнения имеет вид

20

25

30

пятеричных дифферен- i ., К 5

35

54 3, +.51

21

1 Г; I

Предлагаемая коробка передач относится к машиностроению может быть использована в качестве узла кинематической настройки в металлорежущих станках и отличается от известных тем, что, с целью расширения кинематических возможностей, в качестве каждого содержащегося в коробке дифференциала с двумя входными и одним выходным звеньями использован дифференциал,, прямое и обратное значение передаточного отношения между выходным и первым входным звеньями которого равно целому числу -1 К +1 а кинематическая связь между вторым входным звеном каждого дифференциала и входным валом коробки выполнена в виде ряда переключаемых зубчатых передач, совокупность значений передаточных отношений которого представлена арифметическим рядом, а число значений и диапазон регулирования передаточного отношения равны К-1, Предлагаемое изобретение позволяет существенно расширить возможность автоматизации настройки замкнутых кинематических связей в зубообрабатывающих и резьбообрабатывающих станках, повышая их гибкость, и открывая возможность их применения в гибких автоматизированных производствах. 4 з.п. ф-лы, 12 ил. (Л 4 N5 СП Ч

.

1 ыа Ь«-

+ . i

In- 1 )

3tt

+

lii .

Wi

е isn ы7 0, 1, 2, .,,, (K-1), n(1 - K)

Ittto. t t

(K - 1),

bj (п-ц( 1 - К) - . г((,-о

2, .,,, (К - 1), ai(1 - К)

21

Wg (К - 1)

- О, I, 2,,,,,

передаточные отношения кинематических связей между соответственно води- лом Зп, вторыми центральными колесами 2н, 2(р.,), ,,,, 2, и входным ва

50

55

где , з-аа 3i принимают значение О, 1, 2, 3, 4, а i , 1 - 124, Для настройки коробк и, например, на i ,

4Q 82 нужно сначала перевести число 82 из десятеричной в пятеричную систему счисления, а затем, получив i 312, включить в кинематических связях дифференциалов с входным валом 8

g соответствующие муфта 6, а именно в связи водило 3. - муфта, замыкающей зубчатую передачу, зг - в связях вторых центральных колес второго и первого дифференциалов муфты, замыкающих зубчатые передачи, соответственно i 11 1 и i -21 2,

Коробка передач, изображенная на фиг, 2, отличается от исполнения на фиг, 1 только тем, что водило последнего дифференциала 3 соединего с выходным валом коробки, а первое центральное колесо первого дифференциала 1 заторможено, В нем исполь- ззтотся m таких же, как и в коробке

на фиг. 1, дифференхтиалов, И связаны они между собой, их вторые центральные колеса - с входным валом 8 также, как и в исполнении на фиг. 1. Вследствие указанного отличия водило 3 каждого используемого в данном исполнении дифференциала становится выходные звеном, а первое центрально колесо 1 - первым , что в свою очередь означает изменение передаточного отношения между выходным и первым входным на число, обратное . 1 1

л

т. е.

- ii.3 1 К Иначе говоря, направление кинематического потока в коробке изменяется на противоположное, вследствие чего коробка передач при том же i 1 - К становится замедляющей. Из (2) следует

где

Коробка передач этого исполнения позволяет настраивать передаточные отношения, меньшие единицы 1,представленные в виде кода с основанием счисления К и количеством разрядов т.

В конкретном примере исполнения коробка передач может содержать три таких же, как в рассмотренном выше примере,, пятеричных дифференциала. Структурная формула такой коробки Получит вид:

И Ь

5

иг

1 г

г - 5 5 5 Коробка передач в этом примере исполнения может настраиваться на ряд передаточных отношений i 0,008 - 0,992 с шагом 0,008, а диапазон ре

5

0

гулирования, как и в предыдущем исполнении на фиг. 1, равен 12/4.

Для настройки коробки, например, на i 0,816 нужно перевести его в пятеричную систему счисления и, получив i(s) 0,402, набрать его в виде кода путем включения соответствующей комбинации муфт 6 и тормозов 5, а

именно 11 2

В изображенной на фиг. 3 коробке передач использованы дифференциалы,

t

-5- -К,

з 1 + К.

Передаточные отношения для схем

фиг. 3 и 4 имеют вид

1

ij (±К)1зп - (±К) i 2.+

, + (±K)i2 + (10)

для которых 1 1. j

1-2

Зп

{±К) .,, + i-11

(tK)-, + .-1

(±к) i

la

-1

+ ... + (+K) iu,-.)- (K) i,(11)

Из (10) и (11) следует, что члены полинома для нечетных разрядов будут отрицательными, что несколько изменяет структуру кода передаточного отношения.

В конкретном примере исполнения коробка передач на фиг. 3 может содержать, как и в примере исполнения на фиг. 1,.два пятеричных дифференциала, характеризующихся i , -5 и

i п 6Структурная формула этого примера исполнения имеет вид

13

54

31

- 51

71

А пятеричный код для набора пере- : даточного отношения, например, ij 45 82 имеет вид

4(-4)2 - 5-4 + 2 .

В коробке передач, изображенной 50 на фиг. 4 могут быть использованы три таких же пятеричных дифференциала, что и в предьщущем примере, но с противоположным направлением кинематического потока. Структурная формула 55 этого примера

- т

)

5

2г

1 5

21

передаточное отношение i бирается кодом

(-4)0(-2)

JL

5з

1

5 -0,816

О - j.2 5

В коробках передач, представлен ньк на фиг. 5-8 использованы дифференциалы, характеризующиеся тем, что

К

При этом

они выполнены с

(±K) i,,+

ti

1,-н

(±к)- i

+ (iK)iiuMi + (12)

-ГП

1 t(8l (tK) liw +

+ (±К) i

11

Итак, в коробках передач на фиг.5- 7 противоположная, по сравнению с фиг. 1-4, последовательность разря- дов в коде.

И, наконец, для исполнений коробки, где i . +К (фиг. 9-12) имеем

i5,,, (tK) + (±К)

+ (±К)1 51 + 1з1

(14)

(odl) .. . +

(±к)- (±к)31

J{m-i)

V-№+1 . - (±К) i

«(tK)- i

ъг

3m

Варианты исполнений коробки, использующие дифференциалы с i

К; 1

1-2

1 +

±К, равноценны по своим

кинематическим возможностям, но каждый из них может дать те или иные преимущества при выборке конкретного конструктивного решения.

Возможны исполнения, в которых выходные и первые входные звенья соседних дифференциалов связаны, например, с помощью зубчатых передач. На- личие этих передач в коробке учитывается в структурных формулах (10)- (15) вводом перед каждым членом полинома коэффициента, равного произведению передаточных отношений зубчатых передач между всеми дифференциалами, предшествующих данному. Возможны, например, исполнения, в которых передаточные отношения всех связей между выходными и первыми входными звеньями соседних дифференциа

лов выполнены в виде зубчатых передач внешнего зацепления с передаточ-.

ными отношениями, равными - 1.-Тогда знаки перед членами структурных полиномов меняются через один, что может быть учтено при наборе кода или скомпенсировано выполнением кинематических связей между дифференциалами и входным валом 8 коробки через одну отрицательными. Эти исполнения дают дополнительные возможности при выборе конкретных Конструктивных исполнений коробки передач.

И, наконец, в исполнениях с ревер- сивньйии кинематическими связями между соседними дифференциалами или между каждым дифференциалом и входным валом при заданном ряде передаточных отношений может быть сокращено количество зубчатых передач в кинематических связях между дифференциалами и входным валом (кроме связи высшего

разряда) до г-, если К - четное число или до

К - 1

если К - четное

число или до

если К - нечетК - 1

2 30 ное число.

В конкретном примере исполнения пятеричной ускоряющей трехразрядной коробки передач кинематические связи 1-го и 2-го разрядов могут 35 быть выполнены реверсируемыми, передаточные отношения каждый из которых могут принимать значения + 1 или +2. Передаточное отношение, например, i 62 в таком примере исполнения 40 коробки набирается, как код

222 + 5 2, а, например, i 63 - как код

45

3(-2) (-2)

5-3 - 5-2 -.2

При том же диапазоне регулирования 124 такая коробка содержит в кинематических связях с входным валом 8 зубчатых передач против 12 в исполнениях с нереверсируемыми связями, а общее количество коммутирующих устройств 13 против 15.

Коробка передач за счет возможности увеличения внутреннего передаточного отношения дифференциалов (основания счисления кода), при заданном

арифметическом ряде передаточных отношений значительно упрощает ее кинематическую структуру и конструкцию С увеличением заданного диапазона регулирования преимущества коробок передач с большими основаниями счисления становятся более ощутимыми. Изобретение позволяет существенно расширить возможности автоматизации настройки замкнутых кинематических связей в зубообрабатьшающих и резьбо обрабатывающих станках, повьппая их гибкость и открывая возможность их применения в гибких автоматизированных производствах.

Формула изобретения

валом, каждая кинематическая связь выполнена в виде ряда переключаемых зубчатых передач, число которых равно К - 1, где К - целое число, кроме единицы.

1 К или

равно

Фае. /

1 //

/ч-.

2т

6-1

Фие.2

5n-i

Фие.д

Фс&г. У

7п

Фие. 7

Фаг.

.б

л.

Фаз. в

2п

5/7

Фа&.В

%Э.Й7

. 7п-1

Фш. -f-f

Редактор Н.Лазаренко

Составитель В.Апархов Техред Л.Сердюкова Корректор Г.Решетник

Заказ 6372/34

Тираж 784

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

6п

L / f

7/7 7/7

Подписное