Устранение зазоров в механизмах

Работоспособность и точность большинства механизмов станков в значительной степени зависят от зазоров в соединениях, опорах и передачах. Чаще всего зазоры отрицательно сказываются на эксплуатационных показателях, поэтому конструкторы постоянно заняты поиском эффективных решений, устраняющих зазоры полностью или хотя бы частично. Для станков с ЧПУ эта проблема особенно актуальна, поскольку зазоры оказывают влияние также на работу привода, системы управления и т.д. Особо следует отметить упругие зазоры, которые появляются в результате деформаций элементов станка (в частности, направляющих) при реверсировании движений. Они зависят от жесткости соединения, сил трения, расстояния от направляющих до места измерения и других факторов. Здесь упругие зазоры не рассматриваются.

В основу устройств для выборки зазоров положено использование ряда физико-технических эффектов, наиболее распространенные из которых приведены в табл. 2.20. Чаще всего используют упругие свойства материала, относительные перемещения элементов, а также эффект клина. Соединение валов (схема I, 1) основано на деформации (штриховые линии) сильфонной втулки 7, обеспечивающей как передачу момента, так и точное центрирование зубчатого колеса 2. Рабочие размеры: d= 14... 100 мм; L = 20...60 мм. В схемах 1,2 а 1,4 зазор в зацеплении соответственно цилиндрической и червячной передач устраняется в результате радиального сближения колес пары (схема I, 2) или червяка с колесом (схема I, 4). При этом из-за искусственно увеличенной податливости в радиальном направлении жесткость передачи невысокая.

Выборка зазора в передаче винт-гайка скольжения (схема I, 3) и в направляющей качения (схема I, 5) происходит с помощью пружины 1. Натяг в радиальном двухрядом подшипнике с цилиндрическими роликами (схема I, 6) регулируют, деформируя внутреннее кольцо 7 при его осевом перемещении по конической шейке 2.

Схемы II,  1 6 иллюстрируют устранение зазора путем относительного перемещения или поворота деталей 1 и 2. Такие соединения, как правило, отличаются высокой жесткостью В схеме II, 1 предусмотрен относительный поворот частей 1 и 2 сборной ступицы червячного колеса; в схеме II, 2 тангенциальное относительное смещение (разворот) зубчатых венцов 1 и 2 осуществляется винтом 4, взаимодействующим с пальцем 3 и с торцом паза 5, выполненного в венце 2. Осевое смещение червяков 1 и 2 червячно-реечной передачи (схема II, 3) и червяка 2 (схема II, 4) червячной пары производится с помощью гидроцилиндра или пружины. Натяг в направляющих качения (схема II, 5) создается поворотом эксцентрика 2 (е - эксцентриситет), а в радиально-упорных подшипниках (схема II, 6) сближением внутренних колец 1 и 2 при подшлифовывании компенсатора 3.

В устройствах, выполненных по схемам III, 1 -6, для устранения (или уменьшения) зазора используются свойства конических и клиновых соединений. Так, в винтовой передаче приводов подачи (схема III, 3) зазор выбирается при автоматическом повороте полугаек 1 и 2 пружинами. Зазор в червячной передаче (схема III, 4) уменьшают периодически при износе червячного колеса 7 путем осевого перемещения (по стрелке) червяка 2, имеющего различную толщину витка (S2 > S1) в осевом сечении (разноходовая передача). В этом случае после перемещения червяка в работу вступает профиль с большей толщиной витка.

Устранение зазоров в механизмах

 

Выборка зазора в роликовых направляющих качения (схема III, 5) осуществляется при осевом перемещении опоры I, установленной на клине 2, имеющем конусообразную поверхность. В этом случае достигается также самоустановка опоры 1. Постоянный натяг в подшипнике с коническими роликами (схема III, 6) создается путем осевого нагружения роликов через втулку 1 при подводе масла под постоянным давлением в полость 2.

В гидростатических замкнутых опорах и передачах (схемы IV, 1-6) зазоры устраняются благодаря самому принципу действия, когда масло под давлением поступает в противоположные карманы 1 и 2 и заполняет зазор между рабочими поверхностями. (В передачах скольжения, имеющих аналогичное назначение, для обеспечения их работоспособности предусматривают зазор, который отрицательно сказывается на функционировании механизма, например при реверсировании.)

Эффект гидростатической смазки используется, например, в направляющих 1 и 2 шпинделя (схема IV, 1) зубодолбежного станка, предназначенных для осуществления возвратно-поступательного перемещения, и в гидростатической червячно-реечной передаче (схема IV, 3) с карманами на рейке, используемой в тяжелых станках при большой длине перемещения. Реализация гидростатической смазки в червячной передаче (схема IV, 4) возможна только при специальных профилях червяка и колеса (например, в глобоидных парах), обеспечивающих малый и достаточно постоянный зазор в зоне зацепления, играющий роль уплотнения. Выборка зазоров гарантирует высокую точность перемещения узлов (схема IV, 5), в том числе при их реверсировании, и высокую геометрическую и размерную точность шпиндельных узлов (схема IV, 6).

В схемах V, 1 - 6 для ликвидации зазора используются различные эффекты. Применяя самотвердеющую пластмассу, впрыскиваемую в шлицевое соединение, устраняют боковые зазоры (схема V, 1). Для создания предварительного натяга в зацеплении зубчатых колес (схема V, 2) используется относительное проскальзывание колес 1 и 2, числа зубьев которых различаются на единицу (z и z + 1). Оба они находятся в зацеплении с колесом 3, причем колесо 2 всегда отстает от колеса 1 и прижимается к противоположной стороне профиля зуба колеса 3. Сила, с которой выбирается зазор, регулируется пружиной 4.

В винтовой передаче (схема V, 5) использованы магнитные свойства: вращение от винта 1 к гайке 3 передается бесконтактно благодаря взаимодействию магнитных полей, возникающих в витках обмоток 2 винта и гайки. Передача движения при этом осуществляется в обоих направлениях без зазоров (при реверсировании может возникать упругий зазор, величина которого зависит от магнитных свойств передачи). В червячной передаче (схема V, 4), изменяя момент тормоза 1, связанного с косозубым колесом 2, можно регулировать осевую силу, с которой происходит выборка зазора.

В схеме V, 5 зазор в V-образной направляющей при ее износе устраняется автоматически под действием веса узла. Автоматическое регулирование натяга в подшипнике при его нагреве (схема V, 6) осуществляется благодаря назначению материала кольца 1 с повышенным коэффициентом температурного линейного расширения (например, эбонита). При нагреве кольца его ширина 1 увеличивается и натяг уменьшается.

Различные способы устранения зазоров в соединениях с валами показаны на рис. 2.39. В приводах подачи (коробах подач, шариковых винтовых передач и др) используют конусообразные детали, при перемещении которых в осевом направлении зазор выбирается благодаря деформации ступицы (рис. 2.39, а), а зажимные диски 1 и 2 не передают момент, который зависит от зазора в посадке и коэффициента трения, или зажимных колец (рис. 2.39, б и в). Закрепление зубчатого колеса на валу коническими кольцами 1 (рис. 2.39, б) не обеспечивает его точного центрирования, поэтому требуется посадка по дополнительной поверхности диаметром d. Конические кольца обеспечивают герметизацию в месте установки; их разборка не вызывает трудностей, так как они не самотормозящие. Однако такой зажим недостаточно надежно работает при ударных нагрузках. Недостатками зажима на рис. 2.39, в являются зависимость передаваемого момента от температуры (при большой разнице температур ступицы и вала) и отсутствие центрирования соединяемых деталей; однако он нечувствителен к ударным нагрузкам и не требует стопорения зажимных винтов 1.

В соединении колеса 1 с валом 3 (рис. 2 39, г), передающего малую нагрузку (вращение датчиков), закрепление колеса на валу и выборка зазора в этом соединении осуществляются при деформации хомутом 2 ступицы, ослабленной прорезями 4. В распространенном соединении выходного вала 1 (рис. 2.39, д) двигателя привода подачи с сильфонной муфтой 2 (и далее с ходовым винтом) передача момента осуществляется силами трения, возникающими в соединении при деформации конусообразной втулки 3.

Разновидности конического соединения, обеспечивающего выборку зазора, приведены на рис. 2.39, е—з, а соединений, передающих большой момент (типа шпоночных) в основном для приводов главного движения, на рис. 2.39, и-л. Уменьшение или полное устранение бокового зазора в шлицевом соединении (рис. 2.39, и) осуществляется в результате деформации ослабленной ступицы 1 колеса кольцом 2 с конической внутренней поверхностью. Шлицы сопряженных деталей 1 и 3 выполняют с разным угловым смещением относительно кулачков 2 полумуфт с трапецеидальным профилем (рис. 2.39, к). Благодаря этому при осевом смешении деталей 1 и 3 выбираются зазоры в шлицевом соединении. Боковой зазор между шпинделем 1 зубодолбежного станка и направляющей втулкой 2 уменьшается посредством клиньев 3 и 4 (рис. 2.39, л).

Зазор в соединении вала 1 с втулкой 3 (рис. 2.39, м) может устанавливаться различным (вплоть до полного устранения) в результате деформации втулки под давлением масла, подводимого в камеру 2. На рис. 2.39, н показана схема выборки зазора в шпоночном соединении шпинделя 7 зубофрезерного станка с зубчатым колесом 2 привода.

Устранение зазоров в механизмах

Ниже приведены рекомендуемые значения удельной нагрузки р и передаваемой осевой силы  F для различных устройств, описанных выше.

Устранение зазоров в механизмах

В табл. 2.21 даны ориентировочные значения передаваемого момента для таких устройств при коэффициенте трения в соединении 0,1 и посадке по диаметру d - H7/h6.

В зубчатых и червячных передачах зазоры выбираются либо в каждой отдельной передаче (рис. 2.40), либо в цепи, образующей замкнутый кинематический контур (см. рис. 2.41). В последнем слу-iae это достигается благодаря взаимному развороту (перемещению) кинематических цепей посредством специального нагружающего устройства (пружинного, гидравлического). В результате относительного поворота кинематических цепей в каждой из них формируется однопрофильное зацепление, которое не нарушается даже при реверсировании движения.

Венец прямозубого колеса 1 поворачивают с помощью эксцентрика 2 и фиксируют винтами (рис. 2.40, а). Зазор в косозубой передаче регулируют путем осевого смещения колеса либо эпизодически посредством компенсатора 2 (рис. 2.40, б), либо постоянно тарельчатыми пружинами 1 (рис. 2.40, в). В последнем случае зазор выбирается полностью и обеспечивается определенная жесткость соединения, зависящая от характеристики пружины.

Зазор в зацеплении силовой червячной передачи ликвидируют осевым перемещением червяка 3 при подводе масла под давлением в полость гидроцилиндра 4 (рис. 2.40, г). Для возможности размещения двух червяков на одной оси передачу выполняют корригированной, благодаря чему поля зацепления 1 и 2 удаляются от средней линии. По конструктивным соображениям такую схему применяют в средних и крупных передачах. При выборке зазора в зубчатой паре редуктора механизма подачи относительный разворот колес 1 и 2 при устранении зазора производится винтами 3-6 (рис. 2.40, д).

Устранение зазоров в механизмах

 

Устранение зазоров в механизмах

Рассмотренные схемы выборки зазора характерны для силовых передач и используются в приводах главного движения и подачи. Другие устройства, обеспечивающие существенно меньшую жесткость (рис. 2.40, е-и), применяются преимущественно в измерительных цепях. Их работа основана на автоматическом относительном повороте венцов 1 и 2 с помощью пружины 3. Сравнительно невысокую жесткость обеспечивает метод устранения зазора путем радиального сближения червяка 1 и червячного колеса 2 с помощью пружины 3 (см. рис. 2.40, и).

Полное устранение зазора путем относительного разворота кинематических цепей наиболее часто применяют в силовых передачах, в частности в приводах подачи (рис. 2.41). Это осуществляется при перемещении в осевом направлении шевронного колеса 1 под действием пружины 2 или гидроцилиндра (рис. 2.41, а). Направление разворота зубчатых колес при выборке зазора показано стрелками. Такая конструкция характерна для приводов подач тяжелых станков при большой длине перемещения подвижного узла, поскольку длина реек 3 практически не ограничена (в отличие от длины винта в передачах винт-гайка).

Устранение зазоров в механизмах

В приводе стола зубофрезерного станка с ЧПУ (рис. 2.41, б) отсутствие зазора в зацеплении конечного звена (зубчатого колеса 2) и ведущих колес 1 и 3 обеспечивается благодаря крутильной податливости вала 5, который предварительно закручивают на требуемый угол и затем фиксируют с помощью зубчатой муфты 4. Устранение зазора в приводе круговой подачи стола станка с ЧПУ (рис. 2.41, в) осуществляется путем осевого смещения червяка 1 при подводе масла в гидроцилиндр 2. Аналогичная задача решается при радиальном перемещении салазок 1 с колесом 2 (рис. 2.41, г), в результате чего устраняется зазор в зацеплении зубчатых колес 3 и 5 с колесом 4.

Разновидность привода круговой подачи с выборкой зазора показана на рис. 2.41, д, где это осуществляется при подаче масла в гидроцилиндр 2 за счет осевого перемещения шевронного колеса 1. При этом в зацеплении колес 3-4 и 5-4 зазор полностью устраняется. В приводе стола зубофрезерного станка (рис. 2.41, е) зазор в делительной червячной передаче выбирается при осевом перемещении (посредством гидроцилиндра 4) вспомогательного червяка 3, находящегося в зацеплении с червячным колесом 2, установленным соосно с делительным колесом 1 (червячные колеса условно показаны не на одной оси).

Разновидности способа устранения зазора в силовых цепях (например, в приводах главного движения круглофрезерных станков) показаны на рис. 2.41, ж и з. Разворот кинематических цепей осуществляется при осевом перемещении косозубого колеса 1 пружинами 2. Устранение зазора в планетарных передачах происходит за счет принудительного разворота в противоположные стороны двух соосно расположенных элементов одного из звеньев передачи (рис. 2.41, и). Исходная кинематическая цепь состоит из центрального колеса 1, сателлита 2, неподвижного центрального колеса 3, закрепленного на корпусе, и водила 8. Для выборки зазоров установлена дополнительная кинематическая цепь, содержащая элементы 4-9. При повороте винта 4 (его ось перпендикулярна плоскости рисунка) подвижное центральное колесо 5 поворачивается и выбираются зазоры в парах зубчатых колес 5-6 и 6-7. Через упругий элемент 9 вращение передается колесу 1, и выбираются зазоры в парах 1-2 и 2-3. После выборки всех зазоров упругий элемент закручивается, что обеспечивает постоянный натяг в кинематической цепи и исключает появление зазора при износе элементов передачи.

Устранение зазора и создание натяга в винтовых передачах приводов подачи осуществляется при осевом сближении (в результате подшлифовывания компенсатора 2) полугаек 1 и 3 (рис. 2.42, а) либо при относительном развороте полугаек (рис. 2.42, б и в). Так, в схеме на рис, 2.42, б точная установка натяга обеспечивается поворотом в одну сторону полугаек 7 и 2, число фиксирующих зубьев которых различается на небольшую величину (например, z и z + 1). При повороте полугаек на один зуб величина осевого натяга

Устранение зазоров в механизмах

 

Устранение зазоров в механизмах

В схеме на рис. 2.42, в относительный поворот полугайки 1 и корпуса 2, в котором установлена вторая полугайка. производится винтами 3 и 4.

Смотрите также