ГОСТ 2.703-2011

Группа Т52

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

Единая система конструкторской документации

ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ КИНЕМАТИЧЕСКИХ СХЕМ

Unified system of design documentation. Rules for presentation of kinematic diagrams

МКС 01.100.20
ОКСТУ 0002

Дата введения 2012-01-01

Предисловие

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0-2015 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2015 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены"

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием "Всероссийский научно-исследовательский институт стандартизации и сертификации в машиностроении" (ФГУП "ВНИИНМАШ"), Автономной некоммерческой организацией "Научно-исследовательский центр CALS-технологий "Прикладная логистика"" (АНО НИЦ CALS-технологий "Прикладная логистика")

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 12 мая 2011 г. N 39)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97		Сокращенное наименование национального органа по стандартизации
Азербайджан		Азстандарт
		Минэкономики Республики Армения
Беларусь		Госстандарт Республики Беларусь
Казахстан		Госстандарт Республики Казахстан
Киргизия		Кыргызстандарт
		Молдова-Стандарт
		Росстандарт
Таджикистан		Таджикстандарт
Узбекистан		Узстандарт
		Госпотребстандарт Украины

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 3 августа 2011 г. N 211-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 2.703-2011 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2012 г.

5 ВЗАМЕН ГОСТ 2.703-68

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Декабрь 2018 г.


Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национапьные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает правила выполнения кинематических схем изделий всех отраслей промышленности.

На основе настоящего стандарта допускается, при необходимости, разрабатывать стандарты, устанавливающие выполнение кинематических схем изделий конкретных видов техники с учетом их специфики.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:

ГОСТ 2.051-2013 Единая система конструкторской документации. Электронные документы. Общие положения

ГОСТ 2.303-68 Единая система конструкторской документации. Линии

ГОСТ 2.701-2008 Единая система конструкторской документации. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Общие положения

3.1 Схема кинематическая - документ, содержащий в виде условных изображений или обозначений механические составные части и их взаимосвязи.

Схемы кинематические выполняют в соответствии с требованиями настоящего стандарта и ГОСТ 2.701 .

3.2 Схемы кинематические могут быть выполнены как бумажный и (или) электронный конструкторский документ.

Схемы в форме электронного конструкторского документа рекомендуется выполнять однолистными с обеспечением деления этого листа при печати на необходимые форматы.

Примечание - Если схема кинематическая выполняется как электронный конструкторский документ, следует дополнительно руководствоваться ГОСТ 2.051 .

3.3 Сложные схемы для наиболее наглядного представления могут быть выполнены динамическими (с использованием мультимедийных средств).

3.4 Схемы кинематические в зависимости от основного назначения подразделяют на следующие типы:

- принципиальные;

- структурные;

- функциональные.

4 Правила выполнения схем

4.1 Правила выполнения принципиальных схем

4.1.1 На принципиальной схеме изделия должна быть представлена вся совокупность кинематических элементов и их соединений, предназначенных для осуществления, регулирования, управления и контроля заданных движений исполнительных органов; должны быть отражены кинематические связи (механические и немеханические), предусмотренные внутри исполнительных органов, между отдельными парами, цепями и группами, а также связи с источником движения.

4.1.2 Принципиальную схему изделия изображают, как правило, в виде развертки (см. приложение А).

Допускается принципиальные схемы вписывать в контур изображения изделия, а также изображать в аксонометрических проекциях.

4.1.3 Все элементы на схеме изображают условными графическими обозначениями (УГО) или упрощенно в виде контурных очертаний.

Примечание - Если УГО стандартами не установлено, то разработчик выполняет УГО на полях схемы и дает пояснения.

4.1.4 Механизмы, отдельно собираемые и самостоятельно регулируемые, допускается изображать на принципиальной схеме изделия без внутренних связей.

Схему каждого такого механизма изображают в виде выносного элемента на общей принципиальной схеме изделия, в которое входит механизм, или выполняют отдельным документом, при этом на схеме изделия помещают ссылку на этот документ.

4.1.5 Если в состав изделия входит несколько одинаковых механизмов, допускается выполнять принципиальную схему для одного из них в соответствии с требованиями раздела 6, а другие механизмы - изображать упрощенно.

4.1.6 Взаимное расположение элементов на схеме кинематической должно соответствовать исходному, среднему или рабочему положению исполнительных органов изделия (механизма).

Допускается пояснять надписью положение исполнительных органов, для которых выполнена схема.

Если элемент при работе изделия меняет свое положение, то на схеме допускается показывать его крайние положения тонкими штрихпунктирными линиями.

4.1.7 На схеме кинематической, не нарушая ясности схемы, допускается:

- переносить элементы вверх или вниз от их истинного положения, выносить их за контур изделия, не меняя положения;

- поворачивать элементы в положения, наиболее удобные для изображения.

В этих случаях сопряженные звенья пары, вычерченные раздельно, соединяют штриховой линией.

4.1.8 Если валы или оси при изображении на схеме пересекаются, то линии, изображающие их, в местах пересечения не разрывают.

Если на схеме валы или оси закрыты другими элементами или частями механизма, то их изображают как невидимые.

Допускается валы условно поворачивать так, как это показано на рисунке 1.

Рисунок 1

4.1.9 Соотношение размеров условных графических обозначений взаимодействующих элементов на схеме должно примерно соответствовать действительному соотношению размеров этих элементов в изделии.

4.1.10 На принципиальных схемах изображают в соответствии с ГОСТ 2.303 :

- валы, оси, стержни, шатуны, кривошипы и т.д. - сплошными основными линиями толщиной ;

- элементы, показанные упрощенно в виде контурных очертаний, зубчатые колеса, червяки, звездочки, шкивы, кулачки и т.д. - сплошными линиями толщиной ;

- контур изделия, в который вписана схема, - сплошными тонкими линиями толщиной ;

- линии взаимосвязи между сопряженными звеньями пары, вычерченными раздельно, штриховыми линиями толщиной ;

- линии взаимосвязи между элементами или между ними и источником движения через немеханические (энергетические) участки - двойными штриховыми линиями толщиной ;

- расчетные взаимосвязи между элементами - тройными штриховыми линиями толщиной .

4.1.11 На принципиальной схеме изделия указывают:

- наименование каждой кинематической группы элементов, учитывая ее основное функциональное назначение (например, привод подачи), которое наносят на полке линии-выноски, проведенной от соответствующей группы;

- основные характеристики и параметры кинематических элементов, определяющие исполнительные движения рабочих органов изделия или его составных частей.

Примерный перечень основных характеристик и параметров кинематических элементов приведен в приложении Б.

4.1.12 Если принципиальная схема изделия содержит элементы, параметры которых уточняют при регулировании подбором, то на схеме эти параметры указывают на основе расчетных данных и делают надпись: "Параметры подбирают при регулировании".

4.1.13 Если принципиальная схема содержит отсчетные, делительные и другие точные механизмы и пары, то на схеме указывают данные об их кинематической точности: степень точности передачи, значения допустимых относительных перемещений, поворотов, значения допустимых мертвых ходов между основными ведущими и исполнительными элементами и т.д.

4.1.14 На принципиальной схеме допускается указывать:

- предельные значения чисел оборотов валов кинематических цепей;

- справочные и расчетные данные (в виде графиков, диаграмм, таблиц), представляющие последовательность процессов по времени и поясняющие связи между отдельными элементами.

4.1.15 Если принципиальная схема служит для динамического анализа, то на ней указывают необходимые размеры и характеристики элементов, а также наибольшие значения нагрузок основных ведущих элементов.

На такой схеме показывают опоры валов и осей с учетом их функционального назначения.

В остальных случаях опоры валов и осей допускается изображать общими условными графическими обозначениями.

4.1.16 Каждому кинематическому элементу, изображенному на схеме, как правило, присваивают порядковый номер, начиная от источника движения, или буквенно-цифровые позиционные обозначения (см. приложение В). Валы допускается нумеровать римскими цифрами, остальные элементы нумеруют только арабскими цифрами.

Элементы покупных или заимствованных механизмов (например, редукторов, вариаторов) не нумеруют, а порядковый номер присваивают всему механизму в целом.

Порядковый номер элемента проставляют на полке линии-выноски. Под полкой линии-выноски указывают основные характеристики и параметры кинематического элемента.

Характеристики и параметры кинематических элементов допускается помещать в перечень элементов, оформленный в виде таблицы по ГОСТ 2.701 .

4.1.17 Сменные кинематические элементы групп настройки обозначают на схеме строчными буквами латинского алфавита и указывают в таблице характеристики для всего набора сменных элементов. Таким элементам порядковые номера не присваивают.

Допускается таблицу характеристик выполнять на отдельных листах.

4.2 Правила выполнения структурных схем

4.2.1 На структурной схеме изображают все основные функциональные части изделия (элементы, устройства) и основные взаимосвязи между ними.

4.2.2 Структурные схемы изделия представляют либо графическим изображением с применением простых геометрических фигур, либо аналитической записью, допускающей применение электронной вычислительной машины.

4.2.3 На структурной схеме должны быть указаны наименования каждой функциональной части изделия, если для ее обозначения применена простая геометрическая фигура. При этом наименования, как правило, вписывают внутрь этой фигуры.

4.3 Правила выполнения функциональных схем

4.3.1 На функциональной схеме изображают функциональные части изделия, участвующие в процессе, иллюстрируемом схемой, и связи между этими частями.

4.3.2 Функциональные части изображают простыми геометрическими фигурами.

Для передачи более полной информации о функциональной части внутри геометрической фигуры допускается помещать соответствующие обозначения или надпись.

4.3.3 На функциональной схеме должны быть указаны наименования всех изображенных функциональных частей.

4.3.4 Для наиболее наглядного представления процессов, иллюстрируемых функциональной схемой, обозначения функциональных частей следует располагать в последовательности их функциональной связи.

Допускается, если это не нарушает наглядности представления процессов, учитывать действительное расположение функциональных частей.

Приложение А (справочное). Пример выполнения принципиальной кинематической схемы

Приложение А
(справочное)

Приложение Б (справочное). Примерный перечень основных характеристик и параметров кинематических элементов

Приложение Б
(справочное)

Таблица Б.1

Наименование	Данные, указываемые на схеме
1 Источник движения (двигатель)	Наименование, тип, характеристика
2 Механизм, кинематическая группа	Характеристика основных исполнительных движений, диапазон регулирования и т.д. Передаточные отношения основных элементов. Размеры, определяющие пределы перемещений: длина перемещения или угол поворота исполнительного органа. Направление вращения или перемещения элементов, от которых зависят получение заданных исполнительных движений и их согласованность. Допускается помещать надписи с указанием режимов работы изделия или механизма, которым соответствуют указанные направления движения. Примечание - Для групп и механизмов, показанных на схеме условно, без внутренних связей указывают передаточные отношения и характеристики основных движений.
3 Отсчетное устройство	Предел измерения или цена деления
4 Кинематические звенья:
а) шкивы ременной передачи	Диаметр (для сменных шкивов - отношение диаметров ведущих шкивов к диаметрам ведомых шкивов)
б) зубчатое колесо	Число зубьев (для зубчатых секторов - число зубьев на полной окружности и фактическое число зубьев), модуль, для косозубых колес - направление и угол наклона зубьев
в) зубчатая рейка	Модуль, для косозубых реек - направление и угол наклона зубьев
г) червяк	Осевой модуль, число заходов, тип червяка (если он не архимедов), направление витка и диаметр червяка
д) ходовой винт	Ход винтовой линии, число заходов, надпись "лев." - для левых резьб
е) звездочка цепной передачи	Число зубьев, шаг цепи
ж) кулачок	Параметры кривых, определяющих скорость и пределы перемещения поводка (толкателя)

Приложение В (рекомендуемое). Буквенные коды наиболее распространенных групп элементов

Таблица В.1

Буквенный код	Группа элементов механизмов	Пример элемента
	Механизм (общее обозначение)
	Элементы кулачковых механизмов	Кулачок, толкатель
	Разные элементы
	Элементы механизмов с гибкими звеньями	Ремень, цепь
	Элементы рычажных механизмов	Коромысло, кривошип, кулиса, шатун
	Источник движения	Двигатель
	Элементы мальтийских и храповых механизмов
	Элементы зубчатых и фрикционных механизмов	Зубчатое колесо, зубчатая рейка зубчатый сектор, червяк
	Муфты, тормоза

УДК 62:006.354	МКС 01.100.20
Ключевые слова: конструкторская документация, кинематическая схема, принципиальная схема, структурная схема, функциональная схема

Электронный текст документа
подготовлен АО "Кодекс" и сверен по:
официальное издание
М.: Стандартинформ, 2019

Наименование	Обозначение
Вал, валик, ось, стержень и т. п.
Неподвижное закрепление оси стержня
Опора для стержня: а) неподвижная;	а)
б) подвижная	б)
Подшипники скольжения: а) радиальный;	а)
б) радиально-упорный односторонний;	б)
в) радиально-упорный двусторонний	в)
Подшипники качения: а) радиальный шариковый;	а)
б) радиальный роликовый;	б)
в) радиально-упорные односторонний и двусторонний;	в)
г) радиально-упорный роликовый;	г)
д) упорный шариковый;	д)
е) упорный роликовый	е)
Муфта сцепления кулачковая
Муфты сцепления фрикционные: а) общего назначения (без уточнения типа);	а)
б) односторонние общего назначения;	б)
в) односторонние электромагнитные;	в)
г) односторонние гидравлические;	г)
Наименование	Обозначение
д) дисковые односторонние;	д)
е) двусторонние общего назначения	е)
Ползун в неподвижных направляющих
Соединение кривошипа с шатуном: а) с постоянным радиусом;	а)
б) с переменным радиусом
Кривошипно-кулисные механизмы а) с поступательно движущейся кулисой;	а)
6) с вращающейся кулисой; в) с качающейся кулисой	в) б)
Соединение детали с валом: а) свободное при вращении;	а)
б) подвижное без вращения;	б)
в) глухое	в)
Соединение двух валов: а) глухое;	а)
б) эластичное;	б)
в) шарнирное;	в)
г) телескопическое;	г)
д) плавающей муфтой;	д)
е) зубчатой муфтой	е)
Наименование	Обозначение
Храповой зубчатый механизм с наружным зацеплением односторонний
Маховик, на валу Шкив ступенчатый, закрепленный на валу
Передачи плоским ремнем: а) открытые;
б) перекрестные;
в) полуперекрестные
Передачи клиновым ремнем
Передачи цепью
Передачи зубчатые цилиндрические: а) внешнего зацепления;
б) внутреннего зацепления
Передачи зубчатые с пересекающимися валами (конические)
Передачи зубчатые со скрещивающимися валами а) гипоидные;
б) червячные;
Наименование	Обозначение
в) винтовые
Передачи зубчатые реечные
Винт, передающий движение
Гайка на винте, передающем движение а) неразъемная; б) неразъемная с шариками
Передачи круглым ремнем и шнуром
Передачи зубчатым ремнем
Пружины: а) цилиндрические сжатия; б) цилиндрические растяжения
Конец вала под съемную рукоятку Маховичок
Передвижные упоры
Рукоятка

В кинематических схемах приводятся данные привода и передач станка: мощность, частота вращения двигателя, диаметры шкивов ременной передачи, числа зубьев зубчатых колес, шаги ходовых винтов и др. В основу методики настройки кинематических цепей положено установление связей относительных перемещений инструмента и заготовки при обработке путем составления уравнений баланса движений.

Например, для главного привода токарного станка (см. рис. 1):

Конструкция лобового токарного станка 16К20 представлена на рис. 2.

Рис. 2. Внешний вид токарного станка 16К20.

Лобовой токарный станок 16К20 предназначен для наружного и внутреннего точения, нарезания резьбы резцом в единичном и мелкосерийном производстве. Он состоит из станины поз. 1 (рис. 2). Слева размещается передняя бабка поз. 3 и коробка подач поз. 2. На направляющих станины поз. 9 установлена каретка поз. 6 с фартуком поз. 7 и поперечным суппортом поз. 4 с резцедержателем. Справа размещается задняя бабка поз.5.

В передней бабке размещается коробка скоростей со шпинделем, а на ее панели размещены органы управления. Продольная и поперечная подачи каретки и суппорта осуществляются от механизмов, расположенных в фартуке и получающих движение от ходового вала поз. 10 при точении или от ходового винта поз. 8 при нарезании резьбы резцом. В нижней части станина снабжена корытом для сбора стружки и охлаждающей жидкости.

Техническая характеристика станка 16К20. Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки над станиной станка составляет 400 мм, а над суппортом – 200 мм. Наибольший диаметр прутка, проходящий через отверстие шпинделя, 50 мм. Число вариантов частот вращения шпинделя равно 22. Пределы частот вращения шпинделя от 12,5 до 1600 мин –1 . Пределы величин продольных подач от 0,05 до 2,8 мм/об, поперечных подач от 0,025 до 1,4 мм/об. Шаг нарезаемой резьбы: метрической от 0,5 до 112 мм; дюймовой от 56 до 0,5 нитки на 1², модульной от 0,5 до 112 мм, питчевой от 56 до 95 питча.

Кинематическая схема токарного станка модели 16К20 представлена на рис. 3. Вращение шпинделя осуществляется от электродвигателя через ременную передачу со шкивами и коробку скоростей. На валу I коробки скоростей установлена фрикционная двухсторонняя муфта М 1 . Для получения прямого вращения шпинделя муфту М 1 включают влево, тогда вращение от вала I через зубчатые колеса 56/34 или 51/39 блока Б 1 передается на вал II. С вала II вращение передается на вал III через три варианта зацепления зубчатых колес передвижного блока Б 2: 29/47, 21/55 или 38/38. Полученные т.о. шесть вариантов частот передаются на шпиндель IV при выключенном блоке Б 3 перебора двумя вариантами зацепления зубчатых колес 60/48 или 30/60.

При зацеплении зубчатых колес 45/45 или 15/60 вала III передвижного блока Б 3 , установленного на валу IV, и зубчатых колес 18/72 шпинделя вал IV получает 12 частот вращения. Через зубчатые колеса 30/60 вала V и блока Б 4 вращение передается на шпиндель. Следовательно, шпиндель получает 24 варианта частот вращения, но т.к. значения частот 500 и 630 мин –1 повторяются дважды, то шпиндель имеет только 22 частоты вращения.

Уравнение кинематического баланса цепи главного движения станка для максимальной частоты вращения шпинделя имеет вид:

Для минимальной частоты вращения в соответствии с рис. 3 уравнение принимает следующий вид:

Изменение направления вращения шпинделя осуществляется переключением муфты М 1 вправо. При этом вращение с вала I на вал II передается через зубчатые колеса 50/24 и 36/38. колеса 24 и 36 свободно установлены на валу VII. За счет этого промежуточного вала обеспечивается реверсирование шпинделя.

Привод подач содержит звено увеличения шага, механизм реверса, гитару сменных колес a, b, c, d, коробку подач и механизм фартука. Движение подачи осуществляется от шпинделя через колеса 60/60. При нарезании резьбы с шагом 16…112 мм через звено увеличения шага, которое расположено в коробке скоростей и имеет два передаточных отношения:

Это соответственно увеличивает шаг нарезаемой резьбы во столько же раз.

Для изменения направления подачи при нарезании резьбы резцом служит реверсивный механизм, состоящий из зубчатых колес.

N=10 кВА n=1460 мин -1 М

ф148

Рис.3. Кинематическая схема токарного станка модели 16К20.

При зацеплении зубчатых колес 30/45 валов VIII и X нарезается правая резьба, а при зацеплении колес 30/25 и 25/45 валов VIII, IX и X – левая. В случае нарезания метрических и дюймовых резьб, а также для подачи от ходового вала XIX гитару составляют из сменных колес:

.

В коробке подач при нарезании резьбы муфту М 2 отключают, а муфты М 3 , М 4 , М 5 включают. При точении муфту М 5 выключают, т.к. движение на ходовой вал XIX передается через обгонную муфту М 6 и колеса 28/35.

При нарезании модульных и питчевых резьб гитару составляют из колес:

.

В коробке подач муфты М 2 , М 3 , М 4 выключают, а муфту М 5 включают.

Продольную и поперечную подачу суппорта осуществляют от ходового вала XIX через механизм фартука. По валу XIX вдоль шпоночного паза скользит зубчатое колесо Z=30 и передает вращение через зубчатые колеса 30/32, 32/32, 32/30 (при включенной муфте М 7) и червячную передачу 4/21 валу XXII. Для получения продольной подачи суппорта и его реверсирования включают одну из муфт М 8 или М 9 . Тогда вращение от вала XXII передается через зубчатые колеса 36/41 (включена муфта М 9) или 36/41, 41/41 (включена муфта М 8) и 17/66 валу XXIII и реечной шестерне Z=10, которая, перекатываясь по зубчатой рейке с модулем m=3 мм, осуществляет продольное перемещение суппорта. Поперечная подача суппорта и ее реверсирование осуществляется включением муфт М 10 или М 11 . От вала XXII через зубчатые колеса 36/36 (при включении М 10) или 36/36, 36/36 (при включении М 11) и 34/29, 29/16 вращение передается ходовому винту XXIII с шагом 5 мм, который перемещает поперечный суппорт.

Уравнение кинематического баланса цепей подач станка имеет следующий вид:

а) для цепи нарезания метрической резьбы со стандартным шагом Рр без включения звена увеличения шага

б) для цепей нарезания дюймовых резьб с шагом Рр (шаг дюймовой резьбы Рр=25,4/k мм, где k – число ниток резьбы на 1²)

Для того, чтобы схематично изобразить основные узлы станка или другого механизма используют кинематические схемы.

В таких схемах узлы, детали способы взаимодействия отдельных элементов механизма изображаются условно. Каждый типовой элемент имеет свое обозначение.

Как читать кинематические схемы станков

Для того, чтобы научиться читать кинематические схемы, необходимо знать обозначения отдельных элементов и научиться понимать взаимодействие отдельных составляющих. В первую очередь изучим наиболее обозначения наиболее распространенных элементов, условные обозначения на кинематических схемах представлены в ГОСТ 3462-52.

Обозначение валов

Вал на кинематической схеме обозначается жирной прямой линией. На схеме шпинделя изображается наконечник.

Обозначение подшипников на схемах

Обозначение подшипника зависит от его типа.

Подшипник скольжения изображается в виде обычных скоб-опор. Если подшипник упорный опоры изображаются под углом.

Шариковые подшипники на кинематических схемах станков изображаются следующим образом.

Шарики в подшипниках условно изображены в виде круга.

В условных изображениях роликовых подшипников ролики показаны в виде прямоугольников.

Схематическое обозначение соединений деталей

В кинематических схемах изображаются различные типы соединений валов и деталей.

Условное обозначенние муфты зависит от ее типа, наиболее распространенные из них:

• кулачковые
• фрикционные

Обозначения односторонних муфт на кинематических схемах станков показано на рисунке.

Обозначение двусторонней муфты можно получить зеркально отобразив по горизонтали схему односторонней.

Обозначение зубчатых передач на схемах станков

Зубчатые передачи - один из самых распространенных элементов станков. Условное обозначение позволяет понять какой тип передачи используется - прямозубая, кососзубая, шевронная, коническая, червячная. Кроме того, по схеме можно узнать какое колесо больше, а какое меньше.

В соответствии с ГОСТом 2.703 - 68 на кинематической схеме необходимо изображать всю совокупность кинематических элементов и их соединений, все кинематические связи между парами, цепями и т.п., а также связи с источниками движения.

Кинематическую схему изделия следует вычерчивать, как правило, в виде развертки. Допускается изображать схемы в аксонометрических проекциях и, не нарушая ясности схемы, переносить элементы вверх или вниз от их истинного положения, а также поворачивать их в положения, наиболее удобные для изображения. В этих случаях сопряженные звенья пары, вычерченные раздельно, следует соединять штриховой линией.

Все элементы схемы должны быть изображены условными графическими обозначениями по ГОСТУ 2.770 - 68 (рис. 10.1) или упрощенно внешними очертаниями.

Элементы схемы следует изображать:

валы, оси, стержни и т. п. - сплошными основными линиями толщиной S;

элементы, изображенные упрощенно внешними очертаниями (зубчатые колеса, червяки, шкивы, звездочки и т. п.), - сплошными тонкими линиями толщиной S/2;

контур изделия, в который вписана схема, - сплошными тонкими линиями толщиной S/3;

кинематические связи между сопряженными звеньями пары, вычерченными раздельно, - штриховыми линиями толщиной S/2;

крайние положения элемента, меняющего свое положение при работе изделия, - тонкими штрихпунктирными линиями с двумя точками;

валы или оси, закрытые другими элементами (невидимые), - штриховыми линиями.

Каждому кинематическому элементу следует присвоить порядковый номер, начиная от источника движения. Валы нумеруют римскими цифрами, остальные элементы - арабскими. Элементы покупных или заимствованных механизмов (например, редукторов) не нумеруют, порядковый номер присваивают всему механизму.

Порядковый номер проставляют на полке линии-выноске. Под полкой необходимо указывать основные характеристики и параметры кинематического элемента:

мощность электродвигателя, Вт и частоту вращения его вала, мин -1 (угловую скорость, рад/c) или мощность и частоту вращения входного вала агрегата;

вращающий момент, Н·м, и частоту вращения, мин -1 выходного вала;

число и угол наклона зубьев и модуль зубчатых и червячных колес, а для червяка - число заходов, модуль и коэффициент диаметра;

диаметры шкивов ременной передачи; число зубьев звездочек и шаг цепи и т. п.

В случае перегруженности схемы изображениями связей и кинематических звеньев, характеристику элементов схемы можно указывать на поле чертежа - схемы в виде таблицы. В ней приводят полный перечень составных элементов.

Поясним некоторые моменты процесса чтения и выполнения кинематических схем, и, в первую очередь, с принятыми условностями при создании кинематических схем.

1. Кинематическую схему принято изображать в виде развертки. Что означает это слово применительно к кинематической схеме?

Дело в том, что пространственное расположение кинематических звеньев в механизме большей частью таково, что затрудняет их изображение на схеме, так как отдельные звенья заслоняют друг друга.

Это в свою очередь, приводит к непониманию или неправильному представлению о схеме. Чтобы избежать этого, в схемах применяют условный способ так называемых развернутых изображений.

На рис. 10.1, а показано изображение двух пар зубчатых колес. Так как на кинематических схемах зубчатые колеса принято изображать в виде прямоугольников, то нетрудно представить, что при данном пространственном расположении зубчатых колес их изображения будут попарно накладываться.

Для предотвращения таких накладок, в не зависимости от пространственного расположения кинематических звеньев в механизме, их принято изображать в развернутом виде, то есть оси вращения всех сопряженных зубчатых колес должны лежать в одной плоскости, параллельной плоскости изображения (см. рис. 10.1, б).

Пример развертки кинематических звеньев в схеме.

2. Переход от конструктивной схемы к кинематической облегчает образное восприятие последней (рис. 10.2). Из этой схемы видно, что кривошип 1 имеет жесткую опору, которая отмечена толстой основной линией со штриховкой; поршень 2, изображенный на кинематической схеме в виде прямоугольника, имеет зазор со стенками цилиндра, которые, как неподвижные элементы, также имеют одностороннюю штриховку. Зазор свидетельствует о возможном возвратно-поступательном движении поршня.

Конструктивная и кинематическая схемы двигателя внутреннего сгорания

3. На всех схемах валы и оси изображаются одинаковой толстой основной линией (рис. 10.3). Разница между ними следующая:

а) опоры валов изображают двумя черточками с промежутком по обе стопоры вала; поскольку валы вращаются вместе с насажанными и соединенными с ними шпонками зубчатыми колесами (шкивами), опорами служат подшипники скольжения либо подшипники качения. В тех случаях, когда нужно уточнить тип опор вала, стандартом предусмотрены специальные обозначения на базе приведенных черточек;

б) ось - неподвижное изделие, поэтому концы ее заделаны в неподвижные опоры, отмеченные на схеме отрезками прямых с односторонней штриховкой. Насажанное на ось зубчатое колесо свободно вращается при вращении ведомого колеса на валу.

Валы и оси на кинематических схемах

4. Некоторые правила чтения кинематических схем:

а) большей частью ведущим зубчатым колесом (шкивом) является меньшее из сопряженной пары, а большее - ведомым (рис. 10.4). Указанные на схеме буквы n 1 и n 2 - обозначение передаточного числа или отношение частоты вращения n ведущего и ведомого колес: n 1 /n 2 ;

Вал ведущий и вал ведомый на кинематических схемах

б) на рис. 10.5 показана понижающая зубчатая передача, так как n 1 > n 2 . В зубчатой передаче сопряженные зубчатые колеса изготавливают одного модуля, поэтому большее из колес имеет больше зубьев. Передаточное отношение зубчатой передачи:

где Z 1 и Z 2 - числа зубьев зубчатых колес;

Понижающая зубчатая передача

в) на рис. 10.6 показана повышающая передача, так как n 1 < n 2 ;

г) на рис. 10.7 изображены передачи на три скорости: ступенчато-шкивная передача с плоским ремнем и коробка передач с подвижным блоком зубчатых колес.

В ременной передаче для использования одного ремня на всех ступенях предусмотрено условие: d 1 +d 2 =d 3 +d 4 =d 5 +d 6 , где d 1 , d 2 , d 3 , d 4 , d 5 , d 6 - диаметры шкивов в мм.

Вращение передается с вала I на вал II (n I и n II).

Частота вращения:

n II =n I ·d 1 /d 2 ; n II =n I ·d 3 /d 4 ; n II =n I ·d 5 /d 6 .

Повышающая зубчатая передача

Трехскоростные передачи

На рис. 10.7, б приведена коробка передач на три скорости вращения с передвижным блоком зубчатых колес Z 1 - Z 3 - Z 5 , которые могут перемещаться по шпонке вала I; на валу II колеса жестко соединены с валом шпонками.

Частота вращения вала II:

n II =n I ·Z 1 /Z 2 ; n II =n I ·Z 3 /Z 4 ; n II =n I ·Z 5 /Z 6 .

где Z 1 , Z 2 , Z 3 , ..., Z 6 - число зубьев колес.

Так как зубчатые колеса одного модуля, то

Z 1 +Z 2 =Z 3 +Z 4 = Z 5 +Z 6 .

5. Следует отметить, что «безмасштабность» схем - относительный признак. Так, для принципиальных кинематических схем соотношение размеров условных графических обозначений взаимодействующих элементов должно на схеме примерно соответствовать действительному соотношению размеров этих элементов.

Это видно из рассмотрения принципиальных кинематических схем конического дифференциала зубофрезерного станка, изображенного в ортогональной и аксонометрической проекциях (см. рис. 10.8). На этих схемах геометрические размеры конических шестерен 3...6 одинаковы.

Кинематическая принципиальная схема конического дифференциала:

а – ортогональная проекция; аксонометрическая проекция.

На рис. 10.9 приведен пример принципиальной кинематической схемы, которая состоит из условных графических обозначений элементов, связей между ними и буквенно-цифровых позиционных обозначений элементов, а также составных элементов схемы, выполненных в виде таблицы. По изображению можно представить последовательность передачи движения от двигателя к исполнительному устройству. В таблице приведены обозначения составных элементов, их объяснения и параметры.

Пример кинематической принципиальной схемы

Продолжение табл. 3.1

Продолжение табл. 3.1

Окончание табл. 3.1

Среди передач движения от привода к рабочим органам станка наибольшее распространение получили механические передачи (рис. 3.1).

По способу передачи движения от ведущего элемента к ведомому механические передачи подразделяются следующим образом: передачи зацеплением с непосредственным контактом (зубчатые - рис. 3.1, а; червячные - рис. 3.1, б; храповые; кулачковые) или с гибкой связью (цепные); передачи трением с непосредственным касанием (фрикционные) или с гибкой связью (ременные - рис. 3.1, в).

Основным кинематическим параметром, характеризующим все виды механических передач вращательного движения, является передаточное число - отношение числа зубьев большего колеса к числу зубьев меньшего в зубчатой передаче, числа зубьев колеса к числу заходов червяка в червячной передаче, числа зубьев большой звездочки к числу зубьев малой в цепной передаче, а также диаметра большого шкива или катка к диаметру меньшего в ременной или фрикционной передаче. Передаточное число характеризует изменение частоты вращения в передаче

где и - частота вращения ведущего I и ведомого II валов, мин -1 или с -1 (см. рис. 3.1, а, б и в).

Так, для зубчатых (см. рис. 3.1, а ) и цепных передач

где - число зубьев большего зубчатого колеса или звездочки; - число зубьев меньшего зубчатого колеса или звездочки.

Для червячной передачи (см. рис. 3.1, б )

где - число зубьев червячного колеса; - число заходов червяка.

Для ременной передачи (рис. 3.1, в)

где - диаметр ведомого (большего) шкива передачи, мм; - диаметр ведущего (меньшего) шкива передачи, мм.

Для преобразования вращательного движения в поступательное или наоборот используют реечную (рис. 3.1, г ) или винтовую (рис. 3.1, д) передачи. В первом случае ось вращательного движения и направление поступательного движения перпендикулярны, а во втором - параллельны.

Передачи, преобразующие вращательное движение в поступательное, характеризуются расстоянием, на которое поступательно перемещается движущийся элемент за один оборот приводного вала.

В реечной передаче (см. рис. 3.1, г) перемещение рейки за один оборот зубчатого колеса (шестерни)

где - число зубьев колеса; - модуль зацепления.

Рис. 3.1. Передачи в станках: а - зубчатая: I - ведущий вал; - число зубьев шестерни; - частота вращения ведущего вала; II - ведомый вал; - число зубьев колеса; - частота вращения ведомого вала; б - червячная: и - частота вращения и число заходов червяка соответственно; и - частота вращения и число зубьев колеса соответственно; в - ременная: и - частота вращения ведущего ролика и его диаметр соответственно; и - частота вращения ведомого ролика и его диаметр соответственно; г - винтовая: - шаг винта; - направление перемещения гайки; д - реечная: - направление перемещения рейки; - шаг зубьев рейки; - число зубьев колеса; - направление вращения колеса

Пара винт-гайка используется в механизмах подач почти всех станков. При повороте винта на один оборот гайка перемещается вправо или влево (в зависимости от направления резьбы) на один шаг. Существуют конструкции, в которых гайка неподвижна, а винт вращается и перемещается, а также конструкции с вращающейся и перемещающейся гайкой. Для передачи винт-гайка перемещение поступательно движущегося элемента

где - шаг винта, мм; - число заходов винта.

При последовательном расположении нескольких передач их общее передаточное число равно произведению передаточных чисел отдельных передач

где - общее передаточное число кинематической цепи; - передаточные числа всех элементов кинематической цепи.

Частота вращения последнего ведомого вала кинематической цепи равна частоте вращения ведущего вала , деленной на общее передаточное число,

Скорость перемещения (мм/мин) конечного элемента (узла) кинематической цепи

где - частота вращения ведущего вала начального элемента; - перемещение поступательно движущегося элемента на один оборот ведущего вала, мм.

Математическое выражение связи движений ведущего и ведомого элементов (начального и конечного звеньев) кинематической цепи станка называется уравнением кинематического баланса. В него входят составляющие, характеризующие все элементы цепи от начального до конечного звена, в том числе и преобразующие движение, например вращательное в поступательное. В этом случае в уравнение баланса входит единица измерения параметра (шаг ходового винта - при использовании передачи винт-гайка или модуль - при использовании передачи зубчатое колесо-рейка), определяющего условия этого преобразования, миллиметр. Этот параметр позволяет также согласовывать характеристики движения начального и конечного звеньев кинематической цепи. При передаче только вращательного движения в уравнение входят безразмерные составляющие (передаточные числа механизмов и отдельных передач), в связи с чем единицы измерения параметров движения конечного и начального звеньев одинаковы.

Для станков с главным вращательным движением предельные значения частот вращения шпинделя и обеспечивают обработку заготовки с диаметром обрабатываемых поверхностей в диапазоне от до .

Диапазон регулирования частот вращения шпинделя характеризует эксплуатационные возможности станка и определяется отношением наибольшей частоты вращения шпинделя станка к наименьшей:

Значения частот вращения от до образуют ряд. В станкостроении, как правило, применяют геометрический ряд, в котором смежные значения различаются в раз ( - знаменатель ряда: ). Приняты и нормализованы следующие значения знаменателя 1,06; 1,12; 1,26; 1,41; 1,58; 1,78; 2,00. Эти значения положены в основу табличных рядов частот вращения шпинделя.

3.2. Типовые детали и механизмы станков

Станины и направляющие. Несущую систему станка образует совокупность его элементов, через которые замыкаются силы, возникающие между инструментом и заготовкой в процессе резания. Основными элементами несущей системы станка являются станина и корпусные детали (поперечины, хоботы, ползуны, плиты, столы, суппорты и т.д.).

Станина 1 (рис. 3.2) служит для монтажа деталей и узлов станка, относительно нее ориентируются и перемещаются подвижные детали и узлы. Станина так же, как и другие элементы несущей системы, должна обладать стабильностью свойств и обеспечивать в течение срока службы станка возможность обработки заготовок с заданными режимами и точностью. Это достигается правильным выбором материала станины и технологией ее изготовления, износостойкостью направляющих.

Рис. 3.2. Станины станков: а - токарно-винторезного; б - токарного с программным управлением; в - плоскошлифовального; 1 - станина, 2 - направляющие.

Для изготовления станин используют следующие основные материалы: для литых станин - чугун; для сварных - сталь, для станин тяжелых станков - железобетон (иногда), для станков высокой точности - искусственный материал синтегран, изготовляемый на основе крошки минеральных материалов и смолы и характеризующийся незначительными температурными деформациями.

Направляющие 2 обеспечивают требуемое взаимное расположение и возможность относительного перемещения узлов, несущих инструмент и заготовку. Конструкции направляющих для перемещения узла допускает только одну степень свободы движения.

В зависимости от назначения и конструктивного исполнения существует следующая классификация направляющих:

По виду движения - главного движения и движения подачи; направляющие для перестановки сопряженных и вспомогательных узлов, неподвижных в процессе обработки;

По траектории движения - прямолинейного и кругового движения;

По направлению траектории перемещения узла в пространстве - горизонтальные, вертикальные и наклонные;

По геометрической форме - призматические, плоские, цилиндрические, конические (только для кругового движения) и их сочетания.

Рис. 3.3. Примеры направляющих скольжения: а - плоская; 6 - призматическая; в - в виде «ласточкина хвоста»

Наибольшее распространение получили направляющие скольжения и направляющие качения (в последних используют шарики или ролики в качестве промежуточных тел качения).

Для изготовления направляющих скольжения (рис. 3.3) (когда направляющие выполнены как одно целое со станиной) используют серый чугун. Износостойкость направляющих повышают поверхностной закалкой, твердость HRC 42…56.

Стальные направляющие выполняют накладными, обычно за- каленными, твердостью HRC 58…63. Чаще всего используют сталь 40Х с закалкой ТВЧ 1 , стали 15Х и 20Х - с последующей цементацией и закалкой.

Надежная работа направляющих зависит от защитных устройств, предохраняющих рабочие поверхности от попадания на них пыли, стружки, грязи (рис. 3.4). Защитные устройства изготовляют из различных материалов, в том числе полимерных.

Шпиндели и их опоры. Шпиндель - разновидность вала - служит для закрепления и вращения режущего инструмента или приспособления, несущего заготовку.

Для сохранения точности обработки в течение заданного срока службы станка шпиндель обеспечивает стабильность положения оси при вращении и поступательном движении, износостойкость опорных, посадочных и базирующих поверхностей.

Шпиндели, как правило, изготовляют из стали (40Х, 20Х, 18ХГТ, 40ХФА и др.) и подвергают термической обработке (цементации, азотированию, объемной или поверхностной закалке, отпуску).

Для закрепления инструмента или приспособления передние концы шпинделей стандартизованы. Основные типы концов шпинделей станков показаны в табл. 3.2.

Рис. 3.4. Основные типы защитных устройств для направляющих: а - щитки; б - телескопические щитки; в, г и д - лента; е - гармоникообразные меха

В качестве опор шпинделей применяют подшипники скольжения и качения. Конструктивная схема регулируемых подшипников скольжения, выполняемых в виде бронзовых втулок-вкладышей, одна из поверхностей которых имеет коническую форму, приведена на рис. 3.5.

В опорах скольжения шпинделей используют смазочный материал в виде жидкости (в гидростатических и гидродинамических подшипниках) или газа (в аэродинамических и аэростатических подшипниках).

Существуют одно- и многоклиновые гидродинамические подшипники. Одноклиновые наиболее просты по конструкции (втулка), но не обеспечивают стабильного положения шпинделя при больших скоростях скольжения и малых нагрузках. Этот недостаток отсутствует в многоклиновых подшипниках, имеющих несколько несущих масляных слоев, охватывающих шейку шпинделя равномерно со всех сторон (рис. 3.6).

Таблица 3.2

Основные типы концов шпинделей станков

Рис. 3.5. Регулируемые подшипники скольжения: а - с цилиндрической шейкой шпинделя: 1 - шейка шпинделя; 2 - разрезная втулка; 3 - корпус; б - с конической шейкой шпинделя: 1 - шпиндель; 2 - цельная втулка

Рис. 3.6. Опора шпинделя шлифовального круга с гидродинамическим пятивкладышным подшипником: 1 - самоустанавливающиеся вкладыши; 2 - шпиндель; 3 - обойма; 4 - гайка; 5 - подшипники качения; 6 - винты со сферическим опорным торцом; 7 - манжеты

Гидростатические подшипники - подшипники скольжения, в которых масляный слой между трущимися поверхностями создается путем подвода к ним масла под давлением от насоса, - обеспечивают высокую точность положения оси шпинделя при вращении, имеют большую жесткость и обеспечивают режим жидкостного трения при малых скоростях скольжения (рис. 3.7).

Подшипники с газовой смазкой (аэродинамические и аэростатические) по конструкции подобны подшипникам гидравлическим, но обеспечивают меньшие потери при трении, что позволяет применять их в опорах быстроходных шпинделей.

Подшипники качения в качестве опор шпинделей широко применяют в станках разных типов. К точности вращения шпинделей предъявляют повышенные требования, поэтому в их опорах применяют подшипники высоких классов точности, устанавливаемые с предварительным натягом, который позволяет устранить вредное влияние зазоров. Натяг в радиально-упорных шариковых и конических роликовых подшипниках создается при их парной установке в результате осевого смещения внутренних колец относительно наружных.

Это смещение осуществляется с помощью специальных элементов конструкции шпиндельного узла: проставочных колец определенного размера; пружин, обеспечивающих постоянство силы предварительного натяга; резьбовых соединений. В роликоподшипниках с цилиндрическими роликами предварительный натяг создается за счет деформирования внутреннего кольца 6 (рис. 3.8) при затяжке его на коническую шейку шпинделя 8 с помощью втулки 5 , перемещаемой гайками 1. Подшипники шпиндельных опор надежно защищены от загрязнения и вытекания смазочного материала манжетными и лабиринтными уплотнениями 7 .

Подшипники качения 4 широко используют в качестве упорных, фиксирующих положение шпинделя в осевом направлении и воспринимающих возникающие в этом направлении нагрузки. Предварительный натяг шариковых упорных подшипников 4 создается пружинами 3. Регулирование пружин осуществляют гайками 2.

Рис. 3.7. Гидростатический подшипник: 1 - корпус подшипника; 2 - шейка шпинделя; 3 - карман, создающий несущую поверхность подшипника (стрелками показано направление подвода смазочного материала под давлением и его отвод)

Рис. 3.8. Передняя опора шпинделя токарного станка на подшипниках качения: 1 - гайки; 2 - регулировочные гайки; 3 - пружины; 4 - подшипники качения упорные; 5 - втулки; 6 - внутреннее кольцо роликоподшипника; 7 - уплотнения; 8 - шпиндель

Пример использования радиально-упорных шариковых подшипников для восприятия осевых нагрузок приведен на рис. 3.6. Предварительный натяг создается регулировкой положения наружных
колец подшипников 5 с помощью гайки 4.

Типовые механизмы для осуществления поступательного движения. Поступательное движение в рассматриваемых станках обеспечивают следующие механизмы и устройства:

Механизмы, преобразующие вращательное движение в поступательное: зубчатое колесо или червяк с рейкой, ходовой винт - гайка и другие механизмы;

Гидравлические устройства с парой цилиндр - поршень;

Электромагнитные устройства типа соленоидов, используемые в основном в приводах систем управления. Приведем примеры некоторых из указанных механизмов (условные обозначения см. в табл. 3.1).

Пара зубчатое колесо-рейка имеет высокий КПД, что обусловливает ее применение в большом диапазоне скоростей движения рейки, в том числе в приводах главного движения, передающих значительную мощность, и приводах вспомогательных перемещений.

Червячно-реечная передача отличается от пары зубчатое колесо - рейка повышенной плавностью движения. Однако эта передача сложнее в изготовлении и имеет более низкий КПД.

Механизм ходовой винт - гайка широко применяется в приводах подач, вспомогательных и установочных движений и обеспечивает: малое расстояние, на которое перемещается движущийся элемент за один оборот привода; высокую плавность и точность перемещения, определяемую главным образом точностью изготовления элементов пары; самоторможение (в парах винт-гайка скольжения).

В станкостроении для ходовых винтов и гаек скольжения установлено шесть классов точности: 0 - наиболее точный; 1, 2, 3, 4 и 5-й классы, с помощью которых регулируют допустимые отклонения по шагу, профилю, диаметрам и по параметру шероховатости поверхности. Конструкция гаек зависит от назначения
механизма.

Пары ходовой винт - гайка скольжения из-за низкого КПД заменяют винтовыми парами качения (рис. 3.9). В этих парах устранен износ, уменьшены потери при трении и могут быть устранены зазоры за счет создания предварительного натяга.

Недостатки, присущие парам винт-гайка скольжения и винт - гайка качения, обусловленные особенностями их эксплуатации и изготовления, исключены в гидростатической передаче винт - гайка. Эта пара работает в условиях трения со смазочным материалом; КПД передачи достигает 0,99; масло подается в карманы, выполненные на боковых сторонах резьбы гайки.

Типовые механизмы для осуществления периодических движений. В процессе работы в некоторых станках требуется периодическое перемещение (изменение положения) отдельных узлов или элементов. Периодические движения могут осуществляться храповыми и мальтийскими механизмами, механизмами кулачковыми и с муфтами обгона, электро-, пневмо- и гидромеханизмами.

Храповые механизмы (рис. 3.10) наиболее часто используют в механизмах подачи станков, в которых периодическое перемещение заготовки, режущего (резца, шлифовального круга) или вспомогательного (алмаз для правки шлифовального круга) инструмента производится во время перебега или обратного (вспомогательного) хода (в шлифовальных и других станках).

В большинстве случаев храповые механизмы используют для прямолинейного перемещения соответствующего узла (стола, суппорта, пиноли). С помощью храповой передачи осуществляют также и круговые периодические перемещения.

Муфты служат для соединения двух соосных валов. В зависимости от назначения различают муфты нерасцепляемые, сцепляемые и предохранительные.

Нерасцепляемые муфты (рис. 3.11, а, б, в) служат для жесткого (глухого) соединения валов, например соединения с помощью втулки, через упругие элементы или через промежуточный элемент, имеющий на торцовых плоскостях два взаимно перпендикулярных выступа и позволяющий компенсировать несоосность соединяемых валов.

Рис. 3.9. Пара винт-гайка качения: 1, 2 - гайка, состоящая из двух частей; 3 - винт; 4 - шарики (или ролики)

Рис. 3.10. Схема храпового механизма: 1 - храповик; 2 - собачка; 3 - щиток; 4 - тяга

Сцепляемые муфты (рис. 3.11, г, д, е) применяют для периодического соединения валов. В станках используют сцепляемые кулачковые муфты в виде дисков с торцовыми зубьями-кулачками и зубчатые муфты. Недостатком таких сцепляемых муфт является трудность их включения при большой разнице угловых скоростей ведущего и ведомого элементов. Фрикционные муфты не имеют недостатка, присущего кулачковым муфтам, и позволяют включить их при любых скоростях вращения ведущего и ведомого элементов. Фрикционные муфты бывают конусные и дисковые. В приводах главного движения и подачи широко применяют многодисковые муфты, передающие значительные крутящие моменты при сравнительно небольших габаритных размерах. Сжатие ведущих дисков с ведомыми осуществляется с помощью механического, электромагнитного и гидравлического приводов.

Рис. 3.11. Муфты для соединения валов: а - жесткая типа втулки; б - с упругими элементами; в - крестово-подвижная; г - кулачковая; д - многодисковая с механическим приводом: 1 - шайба; 2 - нажимной диск; 3 - шарики; 4 - неподвижная втулка; 5 - втулка; 6 - гайка; 7 - пружины; е - электромагнитная: 1 - шлицевая втулка; 2 - электромагнитная катушка; 3 и 4 - магнитопроводящие диски; 5 - якорь; 6 - втулка

Предохранительные муфты (рис. 3.12) соединяют два вала при нормальных условиях работы и разрывают кинематическую цепь при повышении нагрузки. Разрыв цепи может происходить при разрушении специального элемента, а также в результате проскальзывания сопрягаемых и трущихся частей (например, дисков) или расцепления кулачков двух сопрягаемых частей муфты.

В качестве разрушаемого элемента обычно используют штифт, площадь сечения которого рассчитывают для передачи заданного крутящего момента. Расцепление сопрягаемых элементов муфты происходит при условии, что осевая сила, возникающая на зубьях, кулачках 1 или шариках 5 , при перегрузках превышает силу, создаваемую пружинами 3 и регулируемую гайкой 4. При смещении подвижный элемент 2 муфты воздействует на концевой выключатель, разрывающий электрическую цепь питания двигателя
привода.

Муфты обгона (рис. 3.13) предназначены для передачи вращающего момента при вращении звеньев кинематической цепи в заданном направлении и для разъединения звеньев при вращении в обратном направлении, а также для передачи валу различных по частоте вращений (например, медленного - рабочего вращения и быстрого - вспомогательного). Муфта обгона позволяет передавать дополнительное (быстрое) вращение без выключения основной цепи. В станках наиболее широко применяют муфты роликового типа, которые могут передавать вращающий момент в двух направлениях.

В качестве муфт обгона используют также храповые механизмы.

Рис. 3.12. Схемы предохранительных муфт: а - шариковая; б - кулачковая; 1 - кулачки; 2 - подвижный элемент муфты; 3 - пружины; 4 - гайка; 5 - шарики

Рис. 3.13. Муфта обгона роликовая: 1 - обойма; 2 - ступица; 3 - ролики; 4 - поводковая вилка; 5 - пружины

3.3. Приводы главного движения и движения подачи

Комплекс механизмов с источником движения, служащий для приведения в действие исполнительного органа станка с заданными характеристиками скорости и точности, называют приводом.

Металлорежущие станки оснащают индивидуальным приводом; на многих станках главное движение, движение подачи, вспомогательные движения осуществляются от отдельных источников - электродвигателей и гидравлических устройств. Изменение скорости может быть бесступенчатым и ступенчатым.

В качестве приводов металлорежущих станков используют электродвигатели постоянного и переменного тока, гидродвигатели и пневмодвигатели. Наибольшее распространение в качестве приводов станков получили электродвигатели. Там, где не требуется бесступенчатое регулирование частоты вращения вала, применяют асинхронные двигатели переменного тока (как наиболее дешевые и простые). Для бесступенчатого регулирования частоты вращения, особенно в механизмах подач, все большее применение находят электродвигатели постоянного тока с тиристорным регулированием.

К преимуществам применения электродвигателя в качестве привода относят: высокую скорость вращения, возможность автоматического и дистанционного управления, а также то, что их работа не зависит от температуры окружающей среды.

Среди передач движения от двигателя к рабочим органам станка наибольшее распространение получили механические передачи. По способу передачи движения от ведущего элемента к ведомому механические передачи подразделяются следующим образом:

Передачи трением с непосредственным касанием (фрикционные) или с гибкой связью (ременные);

Передачи зацеплением с непосредственным контактом (зубчатые, червячные, храповые, кулачковые) или с гибкой связью (цепные).

К передачам трением с гибкой связью относятся ременные передачи (рис. 3.14). В этих передачах шкивы ведущего и ведомого валов охватывает ремень с определенной силой натяжения , обеспечивающей появление силы трения между ремнем и шкивами, необходимой для передачи усилия. Натяжение, ограничиваемое прочностью ремня, регулируется раздвиганием валов или специальным натяжным устройством.

Ремни изготовляют из кожи, прорезиненной ткани, пластмассы, они имеют различную форму сечения. Ремни с плоским сечением (рис. 3.14, б ) используют при передаче большой скорости (50 м/с и выше) с относительно небольшими усилиями. Большие мощности передаются несколькими клиновыми ремнями (рис. 3.14, в) или поликлиновым ремнем (рис. 3.14, г). Передачи ремнями с круглым сечением (рис. 3.14, д) используют при небольших относительных усилиях и в передачах между перекрестными валами. Широко применяют ремни с поликлиновым сечением (см. рис. 3.14, г) для увеличения силы трения (при том же натяжении, что и для плоских ремней).

В фрикционных и ременных передачах всегда происходит проскальзывание между трущимися поверхностями, поэтому реальное передаточное отношение для них:

где - теоретическое передаточное отношение; - коэффициент проскальзывания.

Для исключения проскальзывания используют зубчатые ремни (рис. 3.14, е).

Рис. 3.14. Схема ременной передачи (а) и передачи плоским ремнем (б), клиновым ремнем (в), поликлиновым ремнем (г ), круглым ремнем (д), зубчатым ремнем (е ): 1 - тянущий металлический трос зубчатого ремня; 2 - основа зубчатого ремня из пластмассы или резины; 3 - шкив; - ведущий ролик; и - центр вращения и диаметр ведущего ролика соответственно; - ведомый ролик; и - центр вращения и диаметр ведомого ролика соответственно; - сила натяжения ремня; - расстояние между центрами вращения ведущего и ведомого роликов

Цепные передачи (рис. 3.15) (для систем смазки и охлаждения), как и передача зубчатыми ремнями, более стабильно передают скорость вращения на ведомый вал и могут передавать большие мощности.

Рис. 3.15. Цепная передача: - ведущая звездочка; - ведомая звездочка

Зубчатая передача (рис. 3.16) - самая распространенная передача, так как обеспечивает высокую стабильность скоростей вращения, способна передавать большие мощности и имеет относительно малые габаритные размеры. Зубчатые передачи применяют для передачи вращения между валами (параллельными, пересекающимися, перекрещивающимися), а также для преобразования вращательного движения в поступательное (или наоборот). Движение от одного вала к другому передается в результате взаимного зацепления зубчатых колес, образующих кинематическую пару. Зубья этих колес имеют особую форму. Чаще всего встречается зубчатое зацепление, в котором профиль зубьев очерчен по кривой, называемой эвольвентой окружности или просто эвольвентой, а само зацепление называется эвольвентным.

Привод с коробками зубчатых колес является наиболее распространенным приводом главного движения и движения подач в металлорежущих станках и называется соответственно коробкой скоростей и коробкой подач.

Коробки скоростей (рис. 3.17) различают по компоновке и по способу переключения скоростей. Компоновку коробки скоростей определяет назначение станка и его типоразмер.

Коробки скоростей со сменными колесами используют в станках при сравнительно редкой настройке привода. Коробку характеризует простота конструкции, малые габаритные размеры.

Коробки скоростей с передвижными колесами (рис. 3.17, а) получили широкое применение преимущественно в универсальных станках с ручным управлением.

Рис. 3.16. Типы зубчатых передач для вращательных движений: а и б - прямозубая цилиндрическая передача наружного и внутреннего зацепления соответственно; в - косозубая цилиндрическая передача наружного зацепления; г - прямозубая коническая передача; д - шевронное колесо; е - червячная передача

Рис. 3.17. Кинематические схемы коробок скоростей: а- с передвижными колесами: - зубчатые колеса; б- с кулачковыми муфтами: 0, I, II, III, IV - валы коробки скоростей; - зубчатые колеса; - электродвигатель; Мф1, Мф2, МфЗ, Мф4 - фрикционные муфты; - кулачковая муфта

Недостатками этих коробок являются: необходимость выключения привода перед переключением передач; возможность аварии при нарушении блокировки и одновременном включении между смежными валами двух передач одной группы; относительно большие размеры в осевом направлении.

Коробки скоростей с кулачковыми муфтами (рис. 3.17, б) характеризуются малыми осевыми перемещениями муфт при переключениях, возможностью применения косозубых и шевронных колес, малыми усилиями переключения. К недостаткам относят необходимость выключения и притормаживания привода при переключении скоростей.

Коробки скоростей с фрикционными муфтами в отличие от коробок с кулачковыми муфтами обеспечивают плавное переключение передач на ходу. Кроме недостатков, присущих коробкам с кулачковыми муфтами, они характеризуются также ограниченным передаваемым крутящим моментом, большими габаритными размерами, пониженным КПД и др. Несмотря на это, коробки применяют в станках токарной, сверлильной и фрезерной групп.

Коробки скоростей с электромагнитными и другими муфтами, позволяющими применять дистанционное управление, используют в различных автоматах и полуавтоматах, в том числе в станках с ЧПУ. Для унификации привода главного движения таких станков отечественное станкостроение выпускает унифицированные автоматические коробки скоростей (АКС) семи габаритных размеров, рассчитанные на мощность 1,5…55 кВт; число ступеней скорости - 4... 18.

В зависимости от вида используемых механизмов с зубчатыми передачами, служащих для настройки подач, различают следующие коробки подач:

Со сменными колесами при постоянном расстоянии между осями валов;

С передвижными блоками колес;

Со встроенными ступенчатыми конусами (наборами) колес и вытяжными шпонками;

Нортоновские (с накидной шестерней);

С гитарами сменных колес.

Для получения коробок подач с заданными характеристиками их часто конструируют, используя одновременно несколько перечисленных механизмов.

Нортоновские коробки применяют в приводах подач винторезных станков благодаря возможности точного осуществления заданных передаточных отношений Преимущества коробок этого типа - малое число зубчатых колес (число колес - на два больше числа передач), недостатки - низкие жесткость и точность сопряжения включенных колес, возможность засорения передач при наличии выреза в корпусе коробки.

Коробки подач с гитарами сменных колес (рис. 3.18) дают возможность производить настройку подачи с любой степенью точности. Особенности гитар со сменными колесами делают их удобными для применения в станках различных типов, особенно в станках для серийного и массового производства. Такие станки комплектуются соответствующими наборами сменных колес.

Рис. 3.18. Кинематическая схема (а) и конструкция (б и в) гитары сменных зубчатых колес: 1 - кулиса; 2 - гайка; 3 - винт; K, L, M, N - шестерни

3.4. Общие сведения о технологическом процессе
механической обработки

Процесс создания материальных благ называется производством.

Часть процесса производства, содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) определению состояния предмета труда, называют технологическим процессом. Технологический процесс может быть отнесен к изделию, его составной части или к методам обработки, формообразования и сборки. К предметам труда относятся заготовки и изделия. В зависимости от метода выполнения различают следующие элементы технологических процессов:

Формообразование (литье, формование, гальванопластика);

Обработку (резанием, давлением, термическую, электрофизическую, электрохимическую, нанесение покрытия);

Сборку (сварку, пайку, склеивание, узловую и общую сборку);

Технический контроль.

Законченную часть технологического процесса, выполненную на одном рабочем месте, называют технологической операцией. Определение этих терминов дано в ГОСТ 3.1109-82.

На производстве рабочему чаще всего приходится сталкиваться со следующими видами описания технологических процессов по степени их детализации:

Маршрутное описание технологического процесса - это сокращенное описание всех технологических операций в маршрутной карте в последовательности их выполнения, без указания переходов и технологических режимов;

Операционное описание технологического процесса, полное описание всех технологических операций в последовательности их выполнения, с указанием переходов и технологических режимов;

Сокращенное описание технологических операций в маршрутной карте в последовательности их выполнения, с полным описанием отдельных операций в других технологических документах называется маршрутно-операционным описанием процесса.

Описание операций изготовления в их технологической последовательности приводят с соблюдением правил записи этих операций и их кодирования. Например, операции обработки резанием, выполняемые на металлорежущих станках, разбиты на группы. Каждой группе присвоены определенные номера: 08 - программная (операции на станках с программным управлением); 12 - сверлильная; 14 - токарная; 16 - шлифовальная и т.д.

При записи содержания операций используют установленные названия технологических переходов и их условные коды, например: 05 - довести; 08 - заточить; 18 - полировать; 19 - притирать; 30 - точить; 33 - шлифовать; 36 - фрезеровать; 81 - закрепить; 82 - настроить; 83 - переустановить; 90 - снять; 91 - установить.

Часть технологической операции, осуществляемую при неизменном закреплении обрабатываемых заготовок, называют у становом. Фиксированное положение, занимаемое неизменно закрепленной в приспособлении заготовкой относительно инструмента или неподвижной части оборудования для выполнения определенной части операции, называют позицией.

К основным элементам технологической операции относят переходы. Технологическим переходом называют законченную часть технологической операции, выполняемую одними и теми же средствами технологического оснащения при постоянных технологических режимах и установке. Вспомогательным переходом называют законченную часть технологической операции, состоящую из действий человека и (или) оборудования, которые не сопровождаются изменением свойств предмета труда, но необходимы для выполнения технологического перехода.

При оформлении технологических процессов создается комплект технологической документации - совокупность комплектов документов технологических процессов и отдельных документов, необходимых и достаточных для выполнения технологических процессов при изготовлении изделия или его составных частей.

Единой системой технологической документации (ЕСТД) предусмотрены следующие документы: маршрутная карта, карта эскизов, операционная карта, ведомость оснастки, ведомость материалов и т.д. Описание содержания технологических операций, т.е. описание маршрутного технологического процесса, приводят в маршрутной карте - основном технологическом документе в условиях единичного и опытного производства, с помощью которого технологический процесс доводится до рабочего места. В маршрутной карте в соответствии с установленными формами указывают данные об оборудовании, оснастке, о материальных и трудовых затратах. Изложение операционного технологического процесса приводят в операционных картах, составляемых совместно с картами эскизов.

Технологический документ бывает графическим или текстовым. Он отдельно или в совокупности с другими документами определяет технологический процесс или операцию изготовления изделия. Графический документ, который по своему назначению и содержанию заменяет на данной операции рабочий чертеж детали, называют операционным эскизом. Главная проекция на операционном эскизе изображает вид заготовки со стороны рабочего места у станка после выполнения операции. Обрабатываемые поверхности заготовки на операционном эскизе показывают сплошной линией, толщина которой в два-три раза больше толщины основных линий на эскизе. На операционном эскизе указывают размеры обрабатываемых на данной операции поверхностей и их положение относительно баз. Можно приводить также справочные данные с указанием «размеры для справок». На операционном эскизе указывают предельные отклонения в виде чисел или условных обозначений полей допусков и посадок согласно стандартам, а также шероховатость обрабатываемых поверхностей которая должна быть обеспечена данной операцией.

Правила записи операций и переходов, их кодирования и заполнения карт данными определены стандартами и методическими материалами головной организации по разработке ЕСТД.

Контрольные вопросы

1. Приведите формулы для определения скорости резания при главном вращательном движении.

2. Как находят передаточные числа кинематических пар станков?

3. Что такое диапазон регулирования?

4. Какие требования предъявляют к станинам и направляющим станков?

5. Расскажите о назначении и конструкциях шпиндельных узлов и подшипников.

6. Какие муфты применяют в станках?

7. Дайте определение привода и расскажите о приводах, применяемых в станках.

8. Какие основные элементы приводов станков вы знаете?

9. Расскажите о разновидностях и конструкциях коробок скоростей.

10.Какие конструкции коробок подач применяют в станках?

11.Что называют технологическим процессом? Назовите составные части технологических процессов.