Наибольшим распространением пользуются коробки скоростей и подач с зубчатыми колесами.

Зубчатые передачи

В коробках скоростей и подач изменение чисел оборотов достигается поочередным включением различных зубчатых передач между валами коробок скоростей и подач. Для поочередного включения могут быть использованы либо сменные зубчатые колеса (рис. 1), либо постоянные зубчатые колеса, для включения которых используются те или иные механизмы включения.

Прежде чем перейти к рассмотрению различных элементарных механизмов, заметим, что в станках передаточные отношения зубчатых колес рекомендуется ограничивать следующими значениями: для коробок скоростей imax = 2, imin = 1/4, для коробок подач imax= 2,5, imin = 1/5. В отдельных случаях допускаются увеличение imax до 2,5-4. Применение передаточных отношений, выходящих за указанные пределы, приводит к увеличению габаритов механизма, снижению к.п.д. и появлению конструктивных трудностей при размещении механизмов переключения, увеличению шума.

Рис. 1 Сменные зубчатые колеса (гитара)

Сменные шестерни

Сменные шестерни 3 и 5 (рис. 1) устанавливаются на консольных концах валов 4 и 6 на шпонках или шлицах. Шестерни закрепляются с помощью быстросъемных шайб и гаек. Если исходить из указанных выше предельных передаточных отношений, то сменные шестерни могут обеспечить изменение чисел оборотов в диапазоне 10-12. При проектировании кожуха 2 необходимо предусмотреть возможность установки как ведомой, так и ведущей шестерен с наибольшим числом зубьев.

При постоянных поочередно включаемых шестернях, установленных на двух параллельных валах, диапазон изменения чисел оборотов находится в указанных для сменных шестерен пределах. Так как в большинстве случаев требуется значительно больший диапазон, то коробки скоростей и подач выполняются многоваловыми. Для включения различных зубчатых передач между двумя смежными валами используются элементарные механизмы, представленные на рис. 2.

Подвижные шестерни

При переключении с помощью подвижных шестерен последние выполняются в виде блоков (рис. 2, а-в). Наибольшим распространением пользуются механизмы с двойным и тройным блоком (рис. 2, а и б). При блоках из четырех шестерен сильно возрастает осевая длина механизма, поэтому такой вариант используется только в отдельных случаях, когда большая длина механизма предопределяется другими конструктивными элементами. В других случаях поочередное включение четырех передач осуществляется с помощью двух отдельных двойных подвижных блоков.

Благодаря достоинствам, присущим механизмам переключения с подвижными шестернями, они находят широкое применение в коробках скоростей и подач, рассчитанных как на работу при высоких скоростях, так и на передачу больших крутящих моментов.

Использование муфт

При использовании в механизмах изменения чисел оборотов кулачковых, зубчатых и фрикционных муфт они имеют схему, представленную на рис. 2, г. Как правило, эти механизмы выполняются с двухсторонней муфтой I. Вследствие указанных выше недостатков механизмов переключения с муфтами они применяются реже. Исключение составляют электромагнитные фрикционные муфты, которые находят более или менее значительное распространение при дистанционном и автоматическом управлении.

Рис. 2 Механизмы для ступенчатого изменения числа оборотов

В ряде конструкций коробок скоростей и подач используется механизм, изображенный на рис. 2, д. В данном случае ведущим звеном является втулка шестерни, которая получает вращение через зубчатую или ременную передачу. В показанном на схеме положении вращение передается от втулки шестерни zx через шестерни z1 -z2, z3-z4 валу III. При перемещении шестерни z4 влево она выходит из зацепления с шестерней z3 и муфта, выполненная заодно с шестерней z4, сцепляется с муфтой, выполненной заодно с шестерней z3. При этом вращение от шестерни zx непосредственно передается валу III. Так как обе пары зубчатых колес могут быть выполнены понижающими с передаточным отношением 1/4, то при данной схеме диапазон изменения чисел оборотов вала III может быть расширен до 16. Механизмы этого типа называют передачей со звеном возврата.

Механизм перебора

Другая модификация подобного механизма, называемая перебором, изображена на рис. 17, е. В этом случае при непосредственном сцеплении вала III с шестерней с помощью муфты I шестерни z2 и z3, связанные общей втулкой, перемещаются в осевом направлении и выводятся из зацепления с шестернями z1 и z4, что способствует повышению к. п. д. и уменьшению потерь холостого хода при включении высокого числа оборотов вала III.

Механизмы последних двух типов обычно находят применение в последних звеньях коробок скоростей и подач.

Прочие механизмы

Механизмы, показанные на рис. 2, ж-и, применяются в коробках подач.

Механизм с подвижной шпонкой (рис. 2, ж) отличается малыми размерами вдоль оси. В тех случаях, когда недостатки механизмов с подвижной шпонкой, указанные выше, не имеют существенного значения, механизм используется благодаря своей компактности. В частности, он применяется в коробках подач сверлильных станков, коробках подач, расположенных в фартуках револьверных станков, в коробках подач карусельных станков.

Механизм, изображенный на рис. 2, з, состоит из жестко закрепленных на валу I шестерен z1-z7 и накидной шестерни z8. Накидная шестерня z8 вместе с подвижной шестерней z9 смонтированы в кожухе I, который может передвигаться вдоль вала II и поворачиваться около его оси. Для включения той или иной передачи кожух I перемещается в осевом направлении до совмещения накидной шестерни с соответствующей шестерней z1-z7, после чего поворотом кожуха I вокруг оси вала II накидная шестерня вводится в зацепление с соответствующей шестерней z1-z7.

В требующемся положении кожух I удерживается фиксатором. Данному механизму присущи все рассмотренные выше недостатки, свойственные механизмам с накидной шестерней. Его достоинствами являются малые размеры вдоль оси и возможность свободного выбора передаточных отношений независимо от межцентрового расстояния. Этот механизм находит значительное применение в коробках подач токарно-винторезных станков, где он позволяет получить при небольших габаритах большое число передаточных отношений, необходимых для нарезания резьб с различным шагом. Этот механизм называется также коробкой Нортона.

Механизм, представленный на рис. 2, и, также применяется в коробках подач токарно-винторезных станков, где он служит для уменьшения в 2, 4, 8 раз или соответствующего увеличения шагов нарезаемых резьб, настраиваемых с помощью механизмов с накидной шестерней или других механизмов коробки подач. На ведущем валу закреплена только одна шестерня z1, на валу III помещается подвижная шестерня z11, которая может занимать три положения, два из которых показаны пунктиром. В первом положении вращение передается от шестерни z1 шестерне z11 через шестерню z2 ,которая в этом случае является паразитной.

Во втором положении вращение передается через шестерни:

(z1 — z3 — z5)/(z2 — z4 — z6 — z11)

и передаточное отношение равно 1/2. В третьем положении вращение передается через шестерни:

(z1 — z3 — z5 — z7 — z9 — z10)/(z2 — z4 — z6 — z8 — z10 — z11)