ΕΡΓΑΛΕΙΟΜΗΧΑΝΕΣ ΚΟΠΗΣ

Transcript

1 ΕΡΓΑΛΕΙΟΜΗΧΑΝΕΣ ΚΟΠΗΣ Α. ΓΕΝΙΚΑ 1. Ορισµός Εργαλειοµηχανή (ΕΜ) είναι το σύνολο µηχανηµάτων που χρησιµοποιούνται για την επιτέλεση µιας κατεργασίας. 2. Βασικές λειτουργίες µιας ΕΜ κοπής Παρέχει την αναγκαία ισχύ για την κατεργασία. Εξασφαλίζει την ασφαλή συγκράτηση ΚΕ και ΤΕ και τη σωστή αρχική σχετική θέση µεταξύ τους. Εκτελεί τις βασικές κινήσεις για την κατεργασία, ελέγχει και διατηρεί τη σχετική θέση ΚΕ/ΤΕ καθόλη τη διάρκεια της κατεργασίας. 3. Κινήσεις ΕΜ κοπής Κύρια κίνηση (primary motion): Απορροφά το µεγαλύτερο ποσοστό της απαιτούµενης για την κατεργασία ισχύος και εξασφαλίζει τη σχετική κίνηση µεταξύ ΚΕ και ΤΕ, ώστε η κόψη του ΚΕ να προσεγγίζει το υλικό ΤΕ. Κίνηση πρόωσης (feed motion): Συµπληρωµατική προς την κύρια κίνηση, αποδίδεται στο ΚΕ ή στο ΤΕ και προκαλεί συνεχή ή διακεκοµµένη αφαίρεση του υλικού, αποδίδοντας τα επιθυµητά γεωµετρικά χαρακτηριστικά στο ΤΕ. Εξαρτάται από το είδος της κατεργασίας κοπής. 4. Συστήµατα αξόνων ΕΜ κατά ISO Πρόκειται για δεξιόστροφα συστήµατα συντεταγµένων που αναφέρονται στο ΚΕ και στο ΤΕ (Σχ. 1). Οι άξονες Χ, Υ, Ζ αναφέρονται στις δυνατές γραµµικές κινήσεις του ΚΕ, ενώ οι κινήσεις Α, Β, C σε περιστροφή περί τους άξονες αυτούς, αντίστοιχα. Σχήµα 1: Συστήµατα αξόνων ΕΜ κατά ISO 1

2 Κανόνες (i) (ii) Άξονας Ζ Ο άξονας Ζ ορίζεται παράλληλα προς τον άξονα της κύριας ατράκτου. Αν δεν υπάρχει κύρια άτρακτος, ο Ζ είναι κάθετος στην επιφάνεια συγκράτησης του ΚΕ. Θετικός Ζ αντιστοιχεί σε αύξηση της απόστασης ΚΕ/συγκράτησης ΤΕ. Άξονας Χ Ο άξονας Χ είναι οριζόντιος και παράλληλος προς την επιφάνεια συγκράτησης ΚΕ. Αν δεν υπάρχει κύρια άτρακτος, ο Χ είναι παράλληλος και θετικός στην κύρια κίνηση κοπής. Όταν περιστρέφεται το ΤΕ, η κίνηση Χ είναι ακτινική και παράλληλη στην εγκάρσια ολίσθηση, µε θετικές τιµές που αντιστοιχούν στην αποµάκρυνση του ΚΕ από τον άξονα περιστροφής του ΤΕ. Όταν περιστρέφεται το ΚΕ, για οριζόντιο άξονα Ζ ο θετικός άξονας Χ βρίσκεται δεξιά όπως κοιτάµε από την κύρια άτρακτο προς το ΤΕ, ενώ για κατακόρυφο άξονα Ζ ο θετικός άξονας Χ βρίσκεται δεξιά όπως κοιτάµε από την κύρια άτρακτο προς την στήλη της ΕΜ. (iii) Άξονας Υ Ο θετικός άξονας Υ επιλέγεται έτσι ώστε να συµπληρώνει το σύστηµα αξόνων µε τους άξονες +Χ και +Ζ. 5. Ταξινόµηση ΕΜ κοπής Ως προς το είδος της κατεργασίας Τόρνος ράπανο Πλάνη Φρεζοµηχανή Λειαντικό µηχάνηµα (Φρεζοδράπανο, φρεζοπλάνη, πριόνι, γραναζοκόπτης, ΕΜ κοπής ελικώσεων, αυλακώσεων, honing, lapping κλπ.) Ως προς το είδος της κύριας κίνησης Με περιστροφική κύρια κίνηση Τόρνος (οριζόντιος, κατακόρυφος, πυργωτός, σπειροτόµησης) ράπανο (στήλης, οριζόντιο ακτινωτό) Φρεζοµηχανή (οριζόντια, κατακόρυφη, παντογράφος) Φρεζοδράπανο Λειαντικό (επίπεδης, κυλινδρικής, άκεντρης λείανσης κλπ.) ΕΜ στίλβωσης (honing, lapping) Γραναζοκόπτης ΕΜ απόξεσης οδοντοτροχών Με ευθύγραµµη κύρια κίνηση Πλάνη (οριζόντια, κατακόρυφη, τραπεζοπλάνη) ΕΜ αυλάκωσης Γραναζοκόπτης (παράλληλων οδοντοτροχών, κωνικών οδοντοτροχών µε ίσιους οδόντες) 2

3 ΕΜ αποκοπής (παλινδροµικό πριόνι) Ως προς το βαθµό εξειδίκευσης ΕΜ γενικής χρήσης ΕΜ ειδικής χρήσης Αυστηρά εξειδικευµένες ΕΜ Γραµµή µεταφοράς (transfer line) Ως προς το βάρος της ΕΜ Ελαφριά (µε βάρος µέχρι 1t) Μέσου βάρους (µε βάρους µεταξύ 1-10t) Βαριά (µε βάρος πάνω από10t) Ως προς την ακρίβεια κατεργασίας ΕΜ συνήθους ακριβείας ΕΜ ακριβείας ΕΜ µεγάλης ακριβείας ΕΜ υψίστης ακριβείας Ανάλογα µε τη µορφή των κατεργαζοµένων επιφανειών ΕΜ κατεργασίας επίπεδων επιφανειών ΕΜ κατεργασίας κυλινδρικών επιφανειών ΕΜ κατεργασίας επιφανειών µε ειδική µορφή (γραναζοκόπτης, παντογράφος κλπ.) Ως προς το βαθµό αυτοµατισµού Κοινή Ηµιαυµόµατη Αυτόµατη. 3

4 Β. ΣΥΓΚΡΟΤΗΣΗ ΕΡΓΑΛΕΙΟΜΗΧΑΝΩΝ ΚΟΠΗΣ 1. Τα κύρια µέρη µιας ΕΜ κοπής (Σχ. 2) οµικά στοιχεία: Απαρτίζονται από το σώµα (βάση, κλίνη, ορθοστάτης), την τράπεζα, τα εργαλειοφορεία, τους ολισθητήρες, την κύρια άτρακτο. Στοιχεία µετάδοσης κίνησης: Περιλαµβάνουν µηχανισµούς που εξασφαλίζουν την κύρια κίνηση και την κίνηση πρόωσης (κιβώτιο ταχυτήτων, κιβώτιο προώσεων), µηχανισµούς µετατροπής περιστροφικής κίνησης σε παλινδροµική, διατάξεις περιοδικής ή διακοπτόµενης κίνησης ή µηχανισµούς βοηθητικών κινήσεων. Συµπληρωµατικός εξοπλισµός για πρόσδεση ΚΕ και ΤΕ (εξαρτήµατα, ιδιοσυσκευές, ειδικές διατάξεις κλπ.). Στοιχεία ελέγχου και προστασίας της ΕΜ: Αφορούν την έναρξη και παύση λειτουργίας της ΕΜ, τις κύριες και βοηθητικές κινήσεις, τον ψηφιακό έλεγχο, τα µέτρα προστασίας έναντι βλάβης ή ατυχήµατος. Σύστηµα παροχής υγρού κοπής. Σύστηµα λίπανσης. ιάφορα παρελκόµενα. Σχήµα 2: οµικά στοιχεία χαρακτηριστικών ΕΜ κοπής (τόρνος, φρέζα) 4

5 2. οµικά στοιχεία ΕΜ κοπής Το σώµα της ΕΜ Είναι το πιο βασικό δοµικό στοιχείο της ΕΜ. Πάνω σ αυτό στηρίζονται σταθερά ή οδηγούνται σε καθορισµένες διευθύνσεις µέσω ολισθητήρων τα άλλα κύρια µέρη της ΕΜ. Πρέπει να σχεδιάζεται έτσι ώστε να αντέχει στις αναπτυσσόµενες τάσεις και παραµορφώσεις και να ανταποκρίνεται στην απαιτούµενη ακρίβεια κατεργασίας. Πρέπει να διαθέτει επαρκή στιβαρότητα, ώστε να αντεπεξέρχεται αποτελεσµατικά στις ταλαντώσεις της κατεργασίας. Απαιτείται άριστη αρχική ευθυγράµµιση του και διατήρηση της σε ορισµένα αποδεκτά όρια κατά την κατεργασία, ώστε να επιτυγχάνεται καλή ακρίβεια της ΕΜ. Κατασκευή σώµατος ΕΜ (α) Ως χυτό από φαιό χυτοσίδηρο (ΕΜ µέσου βάρους) ή από ταχυχάλυβα (βαριές ΕΜ). (β) Ως συγκολλητή κατασκευή από χαλυβδοελάσµατα και µορφοδοκούς (εξασφαλίζονται µικρό βάρος ΕΜ, ευκολία επισκευών, δυνατότητα τροποποιήσεων της ΕΜ, αλλά δυσχεραίνεται η δυναµική απόκριση της ΕΜ σε κραδασµούς και ταλαντώσεις). Κεφαλή, τράπεζα, εργαλειοφορεία Η κεφαλή παρέχει τα µέσα πρόσδεσης και περιστροφής ΚΕ ή ΤΕ ή περιστροφής και πρόωσης του ΚΕ. Η τράπεζα συγκρατεί το ΤΕ µε τη βοήθεια ποικίλων συσκευών πρόσδεσης. Σε ορισµένες ΕΜ µπορεί να µετακινείται σε περισσότερες από µία διευθύνσεις ή ακόµη και να περιστρέφεται. Τα διάφορα φορεία διευκολύνουν τις µετακινήσεις των δοµικών στοιχείων της ΕΜ κατά µήκος καθορισµένων διευθύνσεων. Ολισθητήρες Ρόλος Εξασφαλίζουν την προσαρµογή και οδήγηση των διαφόρων δοµικών στοιχείων κατά την κίνησή τους (συνήθως ευθύγραµµη) σύµφωνα µε τις α;παιτήσεις και την κινηµατική της κατεργασίας. Χαρακτηριστικά Είναι γραµµικά έδρανα µε το ένα τους µέλος ενσωµατωµένο στο σώµα της ΕΜ και το άλλο στο κινούµενο δοµικό της στοιχείο. Επιτρέπουν ένα βαθµό ελευθερίας στο κινούµενο δοµικό στοιχείο. Είδη (Σχ. 3) Μορφής V, επίπεδοι, µορφής χελιδονοουράς, κυλινδρικοί, συνδυασµός των ανωτέρω, αντιτριβής (µε σφαίρες ή/και κυλίνδρους), µε υδροστατική λίπανση. Απαιτήσεις Ευθυγράµµισή τους µε την απαιτούµενη εκάστοτε ακρίβεια για συνθήκες δυσµενέστερης λειτουργίας. Εξασφάλιση εύκολης ρύθµισής τους. υνατότητα επαρκούς λίπανσης. Κατάλληλη διαµόρφωσή τους για αποφυγή εµπλοκής αποβλίττων ή ξένων σωµατιδίων στις τριβόµενες επιφάνειες. 5

6 Παρεµπόδιση οποιασδήποτε µετατόπισης σε διεύθυνση άλλη από την καθορισµένη. Υλικά κατασκευής Φαιός χυτοσίδηρος, όταν σώµα και κινητό δοµικό στοιχείο είναι χυτοσιδηρά. Χάλυβας (συγκολλητοί ολισθητήρες στο χαλύβδινο σώµα της ΕΜ ή κοχλιωµένοι ολισθητήρες στο χυτοσιδηρό σώµα της ΕΜ). Πλαστικά µε καλές αντιτριβικές και αντισκωριωτικές ιδιότητες. Άτρακτος (Σχ. 4) Σχήµα 3: Είδη ολισθητήρων Στηρίζεται σε κατάλληλα µελετηµένα έδρανα και εξασφαλίζει την περιστροφική κίνηση του ΤΕ ή του ΚΕ. Πρέπει να µελετάται, ώστε να αντέχει στα επιβαλλόµενα φορτία και να αναπτύσσει βέλη κάµψης συµβατά προς την επιδιωκόµενη ακρίβεια κατεργασίας. Η κεφαλή της ατράκτου διαµορφώνεται σε τυποποιηµένη κολουροκωνική κοιλότητα για την πρόσδεση του ΚΕ ή του κέντρου και των συστελλόµενων σφιγκτήρων για τη συγκράτηση του ΤΕ. 6

7 Υλικά κατασκευής ατράκτου Ηµίσκληρος ανθρακούχος χάλυβας (π(c)= %) που έχει υποστεί βαφή και επαναφορά σε υψηλή θερµοκρασία. Σε ΕΜ ακριβείας χρησιµοποιούνται κατάλληλα χαλυβοκράµατα κατασκευών σε ειδικές συνθήκες βαφής και επαναφοράς. Στις θέσεις στροφέων που απαιτείται αυξηµένη σκληρότητα χρησιµοποιείται εναζωτωµένος ή ενανθρακωµένος χάλυβας. Έδρανα Η ακρίβεια οδήγησης της ατράκτου, ακτινικά και αξονικά, επιτυγχάνεται µε κατάλληλα έδρανα. Η χάρη µεταξύ στροφέα/τριβέα είναι πολύ µικρή. Τα έδρανα ολίσθησης κατασκευάζονται συνήθως διµερή από κρατέρωµα ή λευκό µέταλλο, µε αντιτριβική επένδυση µετάλλου και κέλυφος από κατάλληλο χάλυβα. Συναρµολογούνται έτσι ώστε η ρύθµιση τους (ακτινικά και αξονικά) να είναι εύκολη. Εναλλακτικά, χρησιµοποιούνται υδροστατικά έδρανα (λίπανση υπό πίεση) για χαµηλές ταχύτητες και συνθήκες υγρής τριβής ή αεροστατικά έδρανα σε υψηλές ταχύτητες (προσαγωγή πεπιεσµένου αέρα στο διάκενο τριβές/στροφέα). Τα έδρανα κύλισης είναι αυστηρών απαιτήσεων και υψηλής στάθµης ακριβείας. Χρησιµοποιούνται ως έδρανα µε προένταση ή ως αξονικά έδρανα. Σχήµα 4: Κατασκευαστική διαµόρφωση κύριας ατράκτου τόρνου και των εδράνων της 3. Μετάδοση κίνησης στις ΕΜ (α) Γενικά Η κίνηση προσδίδεται κατά κανόνα από ηλεκτροκινητήρα (Η/Κ) µε καθορισµένη περιστροφική ταχύτητα και ισχύ. Μέσω κατάλληλων στοιχείων µετάδοσης κίνησης (τροχαλίες/ιµάντες, οδοντοπτροχούς, συµπλέκτες κλπ.) η κίνηση αυτή µεταφέρεται στο ΤΕ ή το ΚΕ ως κύρια κίνηση ή ως κίνηση πρόωσης ή ως άλλη βοηθητική κίνηση. Η κύρια (πρωτεύουσα) κίνηση της ΕΜ είναι περιστροφική ή µεταφορική. Η κίνηση πρόωσης είναι µεταφορική. Η κίνηση των βασικών στοιχείων περιστροφική. 7

8 Η ταχύτητα κοπής και η ταχύτητα πρόωσης ποικίλουν ανάλογα µε το υλικό και τη µορφή του κατεργαζόµενου ΤΕ, το υλικό ΚΕ, το ρυθµό αφαίρεσης υλικού και το βαθµό διαστατικής ακρίβειας και τραχύτητας επιφάνειας. Συνεπώς, υπάρχει µεγάλο εύρος τιµών περιστροφικής ταχύτητας και πρόωσης. Όσο µεγαλύτερο είναι το εύρος τιµών ταχυτήτων κοπής και προώσεων, τόσο ευρύτερη είναι η χρήση της ΕΜ. Η µεταβολή των ταχυτήτων κοπής και πρόωσης µπορεί να γίνεται κατά δύο τρόπους: (α) Κλιµακωτά (κατά βήµατα): Κατά την οποία οι ταχύτητες λαµβάνουν διακεκριµένες τιµές µε δεδοµένο βήµα µεταβολής. (β) Κατά συνεχή τρόπο: Όπου οι ταχύτητες µπορεί να λάβουν οποιαδήποτε τιµή (µέσα στα όρια δυνατοτήτων της ΕΜ). (β) Κλιµακωτή µετάδοση περιστροφικής κίνησης στις ΕΜ (β.1) Η κλιµάκωση των περιστροφικών ταχυτήτων και προώσεων Η κλιµάκωση των περιστροφικών ταχυτήτων γίνεται µεταξύ δύο επιλεγοµένων κάθε φορά ορίων [n min, n max ]. Σχέση ακραίων στροφών: nmax B n = nmin Σχέση ακραίων ταχυτήτων κοπής: υmax B υ = υmin Σχέση ακραίων διαµέτρων: dmax B d = d Ισχύει: B min n = B υ Η τελευταία σχέση είναι ιδιαίτερα σηµαντική για τη µελέτη κατασκευής ή για την επιλογή µιας ΕΜ, ώστε να ανταποκρίνεται στις συνήθεις κατεργασίες που καλείται να εκτελεί. Η πράξη έχει δείξει ότι το ελάχιστο πλήθος ταχυτήτων σε µια ΕΜ σε κλιµακωτή διαβάθµισή της είναι 6 και το µέγιστο πλήθος Σήµερα ακολουθείται η γεωµετρική κλιµάκωση, κατά την οποία οι τιµές της περιστροφικής ταχύτητας αποτελούν διαδοχικούς όρους γεωµετρικής προόδου µε λόγο φ µεταξύ των ακραίων τιµών n και n = n. min = n 1 max z Προφανώς ισχύουν οι σχέσεις: k 1 n k = n 1 φ, k=1, 2,, z 1/(z 1) φ = B n Οι τιµές n 1, n 2,, n z επιλέγονται από σειρές κανονικών αριθµών R10, R20, R40 ή περιοδικά µέρη αυτών (π.χ. R20/2, R20/3 κ.ο.κ.), οι οποίες λέγονται σειρές Renard. Τέτοιες τυποποιηµένες σειρές για τις ταχύτητες περιστροφής και πρόωσης παρέχονται στους Πίν. 1 και 2, αντίστοιχα. B d 8

9 Πίνακας 1: Προτυποποιηµένες περιστροφικές ταχύτητες (rpm) για πλήρες φορτίο Η/Κ (DIN 804) R20 R20/2 R20/3 R20/4 R20/6 Φ=1.12 Φ=1.25 Φ=1.4 Φ=1.6 Φ= Πίνακας 2: Προτυποποιηµένες ταχύτητες πρόωσης (mm/min) (DIN 803) R20 R20/2 R20/3 R20/4 R20/6 Φ=1.12 Φ=1.25 Φ=1.4 Φ=1.6 Φ=

10 (β.2) Κλιµακωτή ιµαντιοκίνηση στις ΕΜ Η ιµαντιοκίνηση στις ΕΜ µπορεί να γίνει µε δύο τρόπους: (α) Με το σύστηµα ατοµικής κίνησης (Σχ. 5) Κάθε ΕΜ κινείται από δικό της Η/Κ. Με τον τρόπο αυτό εξασφαλίζεται σε κάθε ΕΜ ανεξαρτησία λειτουργίας και χρησιµοποιείται για τη µετάδοση κίνησης από τον Η/Κ στο κιβώτιο ταχυτήτων µόνο, µέσω τραπεζοειδών ιµάντων. Σπάνια χρησιµοποιείται για απευθείας µετάδοση κίνησης στην άτρακτο όταν επιδιώκεται υψηλή περιστροφική ταχύτητα σ αυτή. nii di Η σχέση µετάδοσης σε σύστηµα τροχαλιών παρέχεται από τη σχέση: i = = ni dii Σχήµα 5: Ιµαντιοκίνηση (β) Με το σύστηµα οµαδικής κίνησης (Σχ. 6) Ένας Η/Κ δίνει κίνηση σε κεντρικό άξονα, από τον οποίο παρέχεται κίνηση σε οµάδα ΕΜ του χώρου εργασίας. Το σύστηµα αυτό βαθµιαία τείνει να εγκαταλειφθεί λόγω του µεγάλου µειονεκτήµατος να σταµατά η λειτουργία όλων των ΕΜ από τυχόν βλάβη του συστήµατος. Σχήµα 6: Σύστηµα οµαδικής ιµαντιοκίνησης εργαλειοµηχανών Β, Β, Γ, Γ, Ε, Ζ, Η: Σταθερές τροχαλίες : Ελεύθερες τροχαλίες, Κ: Μεταφορέας ιµάντα Η κλιµακωτή ιµαντιοκίνηση µπορεί να επιτευχθεί µε τους εξής τρόπους: (α) Κινητήρια τροχαλία σταθερής διαµέτρου-βαθµιδωτή κινούµενη τροχαλία (Σχ. 7) (β) Βαθµιδωτές κινητήρια και κινούµενη τροχαλία (Σχ. 7) (γ) Μικτό σύστηµα βαθµιδωτής τροχαλίας και οδοντοτροχών για αύξηση των στροφών στον άξονα ΙΙ (Σχ. 8) 10

11 Σχήµα 7: 1: Κινητήρια τροχαλία σταθερής διαµέτρου-βαθµιδωτή κινούµενη τροχαλία 2: Βαθµιδωτές κινητήρια και κινούµενη τροχαλία Σχήµα 8: Μικτό σύστηµα βαθµιδωτής τροχαλίας και οδοντοτροχών για αύξηση των στροφών στον άξονα ΙΙ Μηχανισµός: Ο τροχός Α είναι πάγια σφηνωµένος στην άτρακτο της ΕΜ και ο τροχός Β στην κλιµακωτή τροχαλία. Με απευθείας σύνδεση της τροχαλίας στον Α µε τον πείρο Π και αποσυµπλεγµένους τους τροχούς Γ και η άτρακτος αποκτά στροφές n II1,, n II4. Με αφαίρεση του πείρου Π (αποσύµπλεξη του Α) η άτρακτος λαµβάνει κίνηση µέσω των τροχών Γ και και αποκτά έτσι άλλες 4 ταχύτητες n II5,, n II8 ανάλογα µε τις σχέσεις µετάδοσης των ζευγών Β/Γ και /Α. ΧΡΗΣΙΜΕΣ ΣΧΕΣΕΙΣ Κινητήρια τροχαλία µε σταθερή διάµετρο και βαθµιδωτή κινητήρια τροχαλία d d I II 1 2 = d d II II 2 3 = d d II II 3 4 = Φ ηλαδή, οι διάµετροι των βαθµίδων της κινούµενης τροχαλίας ακολουθούν και αυτές την γεωµετρική πρόοδο µε τις περιστροφικές ταχύτητες (µε λόγο Φ). 11

12 Βαθµιδωτές κινητήρια και κινούµενη τροχαλία d d I ν II ν i ν = C iν = C iν + 1 όπου ν ο αύξοντος αριθµός της βαθµίδας των δύο τροχαλιών, µε την προϋπόθεση ότι το άθροισµα των αντιστοίχων διαµέτρων της βαθµίδας θα είναι σταθερό, δηλαδή θα είναι ίσο προς C. Εάν οι διάµετροι των συµµετρικών βαθµίδων των τροχαλιών είναι ίσες, δηλαδή είναι: d = d,d = d,d = d,d = d I 4 II1 I1 II 4 I 3 II 2 I 2 II 3 τότε η σταθερή περιστροφική ταχύτητα του άξονα Ι υπολογίζεται από τη σχέση n = n I II1 (β.3) Κλιµακωτή µετάδοση µε οδοντοτροχούς Κιβώτια ταχυτήτων Κιβώτια πρόωσης Φ ν ν Πραγµατοποιείται µε τα κιβώτια ταχυτήτων και τα κιβώτια πρόωσης. Σχέση µετάδοσης κίνησης µε οδοντοτροχούς 1 nii di u = = = ni dii zi z II όπου: n η ταχύτητα περιστροφής, d η διάµετρος του τροχού, z ο αριθµός οδόντων του τροχού, ο δείκτης Ι αναφέρεται στον κινητήριο τροχό και ο δείκτης ΙΙ στον κινητήριο. Τρόποι συµβολισµού της κλιµακωτής µετάδοσης µε οδοντοτροχούς (Σχ. 9 και 10) (α) Κινηµατικό διάγραµµα: Παρουσιάζει τη δοµή µετάδοσης της κίνησης χρησιµοποιώντας τυποποιηµένα σύµβολα για τα διάφορα στοιχεία µετάδοσης κίνησης (τροχαλίες/ιµάντες, άξονες, οδοντοτροχοί, συµπλέκτες κ.ο.κ.), βλ. Σχ. 9. (β) ιάγραµµα ζεύξης και ροής ισχύος: είχνει αφενός τη ροή ισχύος από την είσοδο της µετάδοσης κίνησης µέχρι την έξοδο και τις αποδιδόµενες στροφές ατράκτου και αφετέρου τις θέσεις των στοιχείων ελέγχου της µετάδοσης (συµπλέκτες Κ 1 και Κ 2 στο Σχ. 9) στον πίνακα της ΕΜ. (γ) ικτυωτό διάγραµµα περιστροφικών ταχυτήτων ή διάγραµµα Germar (Σχ. 10): 12

13 Σχήµα 9: 1: Κινηµατικό διάγραµµα, 2: ιάγραµµα ζεύξης και ροής ισχύος Κατασκευή διαγράµµατος Germar Με βάση το κινηµατικό διάγραµµα, σύρουµε αξονικές ισαπέχουσες οριζόντιες ευθείες Ι, ΙΙ, ΙΙΙ,... που αντιστοιχούν στους άξονες του κιβωτίου. Πάνω στις ευθείες αυτές ορίζουµε ίσα διαστήµατα µε τη βοήθεια των σηµείων Α, Β, Γ Κάθε σηµείο αντιστοιχεί σε µια περιστροφική ταχύτητα και κάθε διάστηµα αντιπροσωπεύει τον logφ, όπου φ ο προτυποποιηµένος λόγος γ.π. που ακολουθούν οι περιστροφικές ταχύτητες του άξονα εξόδου. Στον άξονα Ι τοποθετούµε το σηµείο Ο που αντιστοιχεί στην περιστροφική ταχύτητα εισόδου ή και αυτή του Η/Κ. Κάθε ζεύγος τροχών παριστάνεται µε µία ευθεία που ενώνει δύο σηµεία δύο διαδοχικών αξόνων. ηλαδή, τις δύο περιστροφικές ταχύτητες που αντιστοιχούν στη σχέση µετάδοσης του ζεύγους τροχών. Οι περιστροφικές ταχύτητες µειώνονται όταν κινούµαστε αριστερά του Ο, ενώ αυξάνονται προς τα δεξιά του Ο. 13

14 Σχήµα 10: Κατασκευή διαγράµµατος Germar ενός κιβωτίου ταχυτήτων (α) Κινηµατικό διάγραµµα, (β) ιάγραµµα Germar ΧΡΗΣΙΜΕΣ ΣΧΕΣΕΙΣ Έστω τα ζεύγη τροχών α/β, γ/δ µε αριθµό οδόντων z α, z β, z γ και z δ, αντίστοιχα και ίδιο modul m=t/π και σχέσεις µετάδοσης 1/φ x και 1/φ y, αντίστοιχα. Ισχύουν οι σχέσεις nii1 zα 1 n z II2 γ 1 = =, = = n x I z y β φ ni z δ φ και z α + zβ = z γ + zδ = K Η επίλυση του συστήµατος δίνει K K zα =, z x β = K zα, z γ = y 1 + φ 1 + φ, z δ = K z γ Σηµείωση: Αν τα δύο ζεύγη είχαν διαφορετικά modul, m 1 και m 2, η σχέση του αθροίσµατος των οδόντων θα γραφόταν: m1 ( zα + zβ ) = m2 (z γ + zδ ) = K. 14

15 (δ) Κιβώτια ταχυτήτων και πρόωσης (Σχ. 11 και 12) Συµβολισµοί Τα στοιχεία µετάδοσης κίνησης ενός κιβωτίου συµβολίζονται χάριν ευκολίας σύµφωνα µε τα τυποποιηµένα σύµβολα του Σχ. 11. Ένα κιβώτιο συµβολίζεται µε ένα σύµπλεγµα, που περιλαµβάνει ένα λατινικό ή αραβικό αριθµό, ο οποίος αντιστοιχεί στο πλήθος των αξόνων και έναν αραβικό αριθµό που αναφέρεται στο πλήθος των ταχυτήτων της ατράκτου, π.χ. ΙΙΙ/6 ή ΚΤ 3/6. Χαρακτηριστικά κ.τ. και κ.π. Το κ.τ. πραγµατοποιεί και αποδίδει την κλιµακωτή σειρά στροφών της κύριας ατράκτου. Πολλές φορές το ίδιο κ.τ. δίνει κίνηση στο κ.π. ή/και σε άλλους βοηθητικούς άξονες. Το κ.τ. είναι είτε ενσωµατωµένο µε την κεφαλή της ατράκτου, είτε χωριστό µε ενδιάµεση µετάδοση προς την άτρακτο. Το κ.π. παίρνει κίνηση είτε από ιδιαίτερο Η/Κ είτε από την κύρια άτρακτο της ΕΜ µέσω οδοντοτροχών, ιµάντα ή αλυσίδας και τοποθετείται µπροστά από τον οδηγό κοχλία της ΕΜ. Απαιτήσεις από κ.τ. και κ.π. Μεγάλο πλήθος ταχυτήτων. Μεγάλη µεταφερόµενη ισχύ µε καλό βαθµό απόδοσης. Μικρός όγκος. Στιβαρότητα και ακρίβεια κατασκευής και συναρµολόγησης τους. Αθόρυβη λειτουργία και απουσία κραδασµών στην κίνηση της ατράκτου. Ευκολία προσέγγισης των µηχανισµών του κιβωτίου και για ρύθµιση και για συντήρησή του. Μεγάλη διάρκεια ζωής. Χαµηλό κόστος. Στοιχεία µετάδοσης κίνησης κ.τ. και κ.π. Άξονες: Από κραµατούχο χάλυβα υψηλής αντοχής µε ειδικές θερµικές κατεργασίες. Οδοντοτροχοί: Χαλύβδινοι µε επιφανειακή βαφή. Ελικοειδείς οδοντώσεις µε τελική λείανση. Η σφήνωσή τους στους άξονες συνήθως µε πολύσφηνα. Έδρανα: Συνήθως έδρανα κύλισης και σε περιπτώσεις εξαιρετικής ακρίβειας έδρανα ολίσθησης ειδικής κατασκευής. Σύνδεσµοι: Συνήθως λυόµενοι µε δίσκους τριβής. Πρέπει υπό µικρό όγκο και µε µικρή δύναµη χειρισµού να µεταφέρουν µεγάλες ισχείς, µε ασφάλεια λειτουργίας σε µεγάλο αριθµό συµπλέξεων και αποσυµπλέξεων. Οι δίσκοι τριβής είναι χαλύβδινοι. Σε πολύ µεγάλες ισχείς, η κίνηση για σύµπλεξη και αποσύµπλεξη είναι υδραυλική. 15

16 Σχήµα 10: Είδη κιβωτίων ταχυτήτων 16

17 Σχήµα 12: Είδη κιβωτίων πρόωσης 17

18 (γ) Μετάδοση συνεχούς περιστροφικής κίνησης στις ΕΜ (Σχ. 12) Σχήµα 12: Τρόποι µετάδοσης συνεχούς περιστροφικής κίνησης 18

19 (δ) Η µεταφορική κίνηση στις ΕΜ Συναντάται τόσο ως κύρια κίνηση (πλάνισµα), όσο (κυρίως) και ως κίνηση πρόωσης (τόρνευση, φρεζάρισµα κλπ.). Πραγµατοποιείται υδραυλικά (µέσω συστήµατος κυλίνδρου-εµβόλου) και µηχανικά. Μηχανικά επιτυγχάνεται µέσω µηχανισµών που µετατρέπουν την περιστροφική κίνηση σε µεταφορική. Τέτοια κινηµατικά ζεύγη είναι: (α) Ζεύγος οδοντωτού τροχού-οδοντωτού κανόνα (Σχ. 13) Σε µια περιστροφή του τροχού Α ο οδοντωτός κανόνας Β µετακινείται κατά µήκος ίσο µε την περιφέρεια αυτού. Επιτρέπονται µεγάλες µετακινήσεις. Κατάλληλο για δη- µιουργία πρωτεύουσας κίνησης (πλάνες, τραπεζοπλάνες). Η κίνηση του κανόνα δεν έχει υψηλό βαθµό οµοιοµορφίας λόγω σφαλµάτων στην οδόντωση. εν ενδείκνυται για κίνηση πρόωσης σε ΕΜ ακριβείας. Κατασκευάζεται από ειδικό χυτοσίδηρο ή ανθρακούχο χάλυβα κατασκευών (St50). Σχήµα 13: Ζεύγος οδοντωτού τροχού-οδοντωτού κανόνα (β) Ζεύγος ατέρµονα κοχλία-οδοντωτού κανόνα (Σχ. 14) Παρέχει µικρότερη µετατόπιση κανόνα Β ανά περιστροφή του ατέρµονα κοχλία Α. Πιο οµοιόµορφη η κίνηση του οδοντωτού κανόνα. Υψηλότερο το κόστος κατασκευής. Υλικά κατασκευής του ζεύγους: Ατέρµονας από ενανθρακωµένο χάλυβα µε κατάλληλες θερµικές κατεργασίες, οδοντωτός κανόνας από ειδικό χυτοσίδηρο µε καλές ιδιότητες αντιφθοράς. Σχήµα 14: Ζεύγος ατέρµονα κοχλία-οδοντωτού κανόνα (γ) Ζεύγος κοχλία-περικοχλίου µε τριβείς κύλισης ανακυκλωνόµενους (Σχ. 15) ίνει χαµηλές σχέσεις µεταφοράς και χαµηλές προώσεις. Η κίνηση οµοιόµορφη, οµαλή και ακριβής. Έχει καλές ιδιότητες αυτοπέδησης που διευκολύνουν χρήση του σε κατακόρυφη κίνηση. Ο οδηγός κοχλίας Α κατασκευάζεται σε διάφορες κλάσεις ακριβείας από ανθρακούχο χάλυβα σε αντίστοιχη περιεκτικότητα C. Το περικόχλιο Β κατασκευάζεται από κρατέρωµα (ανώτερη κλάση ακριβείας) ή χυτοσίδηρο αντιφθοράς (κατώτερη κλάση ακριβείας) και είναι διµερές. Οι ανακυκλούµενοι τριβείς κύλισης Γ κινούνται σε ειδικά διαµορφωµένο αγωγό Ε µε σταθερή φορά. Ο ρόλος τους είναι η µείωση της τριβής και της εξ αυτής φθοράς. Σχήµα 15: Ζεύγος κοχλία-περικοχλίου µε τριβείς κύλισης ανακυκλωνόµενους 19

20 4. Συσκευές πρόσδεσης ΚΕ και ΤΕ, (Σχ ) Σχήµα 16 20

21 Σχήµα 17 (Συνεχίζεται) 21

22 Σχήµα 17 22

23 Σχήµα 18 23