43062

Модернизация привода главного движения универсального токарно-винторезного станка модели 1М63

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Станок универсальный токарно-винторезный модели 1М63 предназначен для выполнения самых разнообразных токарных работ, в том числе точения конусов и нарезания резьб метрической, дюймовой, модульной и питчевой.

Русский

2013-11-04

2.8 MB

84 чел.

                                                                       - 59 -

Министерство образования и науки Украины

Национальная металлургическая академия Украины

Кафедра «Технология Машиностроения»

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине

“Оборудование и транспорт механообрабатывающих цехов”

На тему:

Модернизация привода главного движения

универсального токарно-винторезного станка           модели 1М63

Разработал:                                                       ст.гр. ТМ-

Проверил:                                                                                    

 

Днепропетровск

РЕФЕРАТ

Курсовой проект по дисциплине «Оборудование и транспорт механо-обратывающих цехов» для студентов специальности 7.090202 - технология машиностроения: 74с., 3 таблицы, 20 рисунков.

Объект разработки – станок универсальный токарно-винторезный модели 1М63.

Цель разработки – получение улучшенной коробки скоростей привода главного движения.

УЧЕБНЫЙ ПРОЕКТ, ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ, ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ, ГРАФИК ЧИСЕЛ ОБОРОТОВ, РАСЧЁТ РЕМЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ, ЭСКИЗЫ ВАЛОВ, РАСЧЁТ ВАЛОВ НА ПРОЧНОСТЬ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОРОБКИ СКОРОСТЕЙ.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………….7

1.  ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ………………………………………………....8

2.   ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАНКА-АНАЛОГА…………………… 13

2.1   Назначение и область применения станка-аналога ……………………...13

2.2   Схема кинематическая станка-аналога …………………………………...16

    2.3   Техническая характеристика станка-аналога…………………….……….17

3.  РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ………………………………………………………....19

3.1    Определение основных технических данных станка…..………………..19

3.1.1 Определение предельно допускаемых скоростей резания……………...19

3.1.2 Определение предельных частот вращения шпинделя …….…………...19

3.1.3 Определение предельных значений     составляющих   усилий

резания  ………………………………………………………………………......20

3.1.4 Определение предельных значений эффективной мощности,

затрачиваемой на резание................................................................................20

4. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ПРИВОДА СТАНКА…………................21

4.1 Разработка кинематической схемы……...…..……………………..……….21

4.1.1 Выбор структурной формулы и её анализ………………………………..21

4.1.2 Построение структурных сеток в соответствии с выбранной

структурной формулой и выбор варианта……………………………...………21

4.1.3 Выбор оптимального варианта структурной сетки…………...................24

4.1.4  Построение графика частот вращения......…………………………….…24

4.1.5 Построение кинематической схемы и определение передаточных

отношений………………..……………………………….………………………………………...25

  1.  Расчет коэффициента полезного действия коробки скоростей и

мощности электродвигателя …….……………...…………………………….…26

4.2.1 Мощность холостого хода   …………………………..…………………...26

4.2.2 Определение расчетного (условного)  КПД коробки скоростей ….….. .27

4.2.3 Определение мощности электродвигателя………………..……………...27

4.2.4  Определение коэффициента полезного действия коробки скоростей....28

4.3 Проверочный расчет моментов Мкр. на валах коробки

скоростей …………………………………………………………………………28

4.4 Определение предельных значений крутящих моментов на валах

привода………………………………………………………………………...….29

4.5 Определение параметров ременной передачи…………………..………….30

4.6 Выбор чисел зубьев и определение фактической частоты

вращения шпинделя……………..…………………………………………….…32

5. ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И

ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОРОБОК СКОРОСТЕЙ…………………………………….37

5.1 Выбор и расчет конструктивных элементов коробки скоростей ………....37

5.1.1 Прямозубые передачи станков общего назначения……………………...37

5.2 Расчёт валов…………………………………………………………………. 44

5.2.1 Проверочный расчет опор и валов………………………………………..44

5.2.2 Выбор шлицевых и шпоночных  соединений …………………………...45

5.2.3 Проверочный расчёт подшипников качения…………………...….……..49

5.2.4 Выбор предохранительных и электромагнитных муфт……………...… 54

5.2.5 Уточнённый (проверочный) расчёт валов……………………………..... 55

5.3 Система смазки……………………………………………………………....66

5.3.1. Общие сведения …………………………………………………………...66

5.3.2. Описание работы …………………………………………………………..66

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК………………….………………………………..……….71

Приложение А. Спецификация ………………………………………………….72

ВВЕДЕНИЕ

В данном курсовом проекте рассмотрен станок универсальный токарно-винторезный модели 1М63 относящийся к группе токарных станков. Станок данной группы предназначен для выполнения самых разнообразных токарных работ.

Техническая характеристика, а также его жесткость позволяют полностью использовать возможности режущего инструмента при обработке различных металлов и их сплавов.

  1.  ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

В качестве станка-аналога берём универсальный токарно-винторезный станок модели 1М63.

1.1 Наименование разработки

«Станок универсальный токарно-винторезный модели 1М63»

1.2 Назначение станка

Станок универсальный токарно-винторезный модели 1М63 предназначен для выполнения самых разнообразных токарных работ, в том числе точения конусов и нарезания резьб метрической, дюймовой, модульной и питчевой.

1.3 Основание для разработки

Задание на курсовой проект по дисциплине “Оборудование и транспорт механообрабатывающих цехов” на тему  «Модернизация привода главного движения универсального токарно-винторезного станка модели 1М63».

1.4 Цель и назначение разработки

Цель – получение улучшенной коробки скоростей привода главного движения.

Назначение – для обработки заготовок в более широком диапазоне частоты вращения шпинделя.

1.5 Источники разработки

Паспорт станка универсального токарно-винторезного модели 1М63 и приводимая литература в списке ссылок на литературу.

1.6 Технические требования

1.6.1 Состав станка

Вид кинематического исполнения станка и номинальные значения кинематических факторов по ГОСТ 15150 – 69.

1 – станина

2 – бабка передняя

3 – бабка задняя

4 – суппорт

5 – фартук

6 – коробка подач

7 – сменные зубчатые колеса

8 – люнет неподвижный

9 – люнет подвижный

10 – охлаждение

11 – электрооборудование

12 – электротруборазводка

13 – электрошкаф

14 – принадлежности

15 – ограждение патрона

1.6.2 Конструктивные требования к станку и составным

частям

1. Станок должен поставляться с отсоединённым двигателем привода шпинделя с соблюдением правил транспортировки.

2. Размеры и вес станка:

     -  длина      3550 мм;

     -  ширина   1690 мм;

     -  высота     1420 мм;

  -  масса       3800  кг.

3. Станок должен размещаться:

   а) при эксплуатации – в закрытом помещении, но при этом все  

                 открытые поверхности должны быть покрыты устойчивым и не

                 нарушенным слоем лакокрасочного покрытия;

             б) при транспортировке – допускается на открытых платформах, но с соблюдением правил консервации и транспортировки

4. Для установки станка необходим фундамент, выложенный на грунте, неподверженном влиянию грунтовых вод и осадке грунта.

5. Требования к помехозащищённости предъявляются в паспорте

станка.

1.7 Показатели назначения

1. Размер заготовки:

   - наибольшая длина      -  1400 мм

   - наибольший диаметр  -  650 мм

   - наименьший диаметр -  20 мм

2. Мощность двигателя    -  15 кВт

3. Количество скоростей

   шпинделя                       - 24

4. Знаменатель геомет-

   рической прогрессии    φ = 1,12

1.8 Требования к технологичности и

материалообеспечению

Технологические требования к изготовлению и контролю параметров должны соответствовать системе ЕСТАП принятой на заводе – изготовителе.

Контроль основных показателей должен производиться серийно выпускаемыми измерительными средствами и приборами.

1.9 Требования к уровню унификации и стандартизации

При разработке или модернизации станка нужно максимально использовать стандартные изделия, детали и узлы, возможно использованные уже на других моделях станков. Уровень унификации должен быть не менее 35%.

1.10 Требования к безопасности и охране труда

Требования безопасности к станку должны соответствовать ГОСТ 26-09-2002-77, а также санитарным правилам организации техпроцесса, требованиям к производственному процессу:

- не допускать рабочего, не ознакомив его с правилами техники

безопасности  и инструкцией по обслуживанию станка;

- при обработке детали в центрах запрещается применять центры с     изношенными конусами;

- не производить во время работы станка регулировку его механизмов;

- чистку и обтирку, а также подналадку нужно производить во время

полной остановки станка. При этом станок должен быть отключен от

электросети;

- рабочее место у станка не должно быть скользким и

загромождённым;

- нельзя притормаживать руками включенный, но ещё вращающийся

шпиндель;

- уходя от станка необходимо отключить его от сети.

1.11 Эстетические и эргономические требования

Этим нормам станок также должен соответствовать (до и после модернизации). На стадии разработки «технический проект» показатель эстетики должен быть менее 4,5.

1.12 Требование к патентной чистоте

Станок должен обладать патентной чистотой по странам СНГ и ведущим промышленным государствам. Станок должен быть разработан на уровне изобретений.

1.13 Требования к составным частям установки

Разработка и модернизация станка должна производиться на базе технологических возможностей. Комплектующие изделия выбирают из числа освоенных и серийных, выпускаемых промышленностью.

1.14 Условия эксплуатации

Установка должна быть разработана по ГОСТ 440 – 71. Температура окружающей среды при эксплуатации не ниже – 150 С. Отклонения напряжения питающей электросети в пределах ±10%.

1.15 Требования к маркировке и установке

Маркировка станка производится в соответствии с ГОСТ 2675–71.

Транспортная маркировка по ГОСТ 14.192 - 77

Установка в соответствии с ГОСТ 26-09-2002-77.

Консервация в соответствии с ТУ2.024.4779 – 85.

Количество транспортных мест определяется при разработке документации.

                                                                                                                                  

1.16 Требования к транспортировке и хранению

Станок должен транспортироваться и храниться в соответствии с ГОСТ 26–09–2002–77. Транспортировка станка допускается железнодорожным, автомобильным, водным и воздушным транспортом с соблюдением всех норм транспортировки.

Условия хранения должны соответствовать группе 2 по ГОСТ 15.150–69. Срок хранения упакованного станка без консервации – 2 года, со дня изготовления.

1.17 Требования к категории качества

Так как требования качеству постоянно растут, то они должны отвечать высшей категории на момент поставки станка заказчику.

1.18 Предполагаемые экономические показатели

1. Предполагаемая экономическая эффективность

2. Ориентировочная цена – договорная

3. Модернизация станка позволит изменить параметры резания и обработки в целом для обработки более точных изделий.

2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАНКА-АНАЛОГА

2.1 Назначение и область применения станка-аналога

Универсальный токарно-винторезный станок модели 1М63 предназначен для выполнения самых разнообразных токарных работ, в том числе точения конусов и нарезания резьб метрической, дюймовой, модульной и питчевой.

Техническая характеристика и жесткость станка позволяют полностью использовать возможности быстрорежущего и твердосплавного инструмента при обработке черных и цветных металлов.

Станок аналог состоит из следующих основных узлов:                                   

1 Станина является базовой сборочной единицей, на которой монтируются остальные сборочные единицы.

Станина цельнолитая с тумбами имеет две призматических направляющих для каретки и две для задней бабки, из которых одна плоская.

Внутри станины имеются наклонные люки (окна) для отвода стружки и охлаждающей жидкости.

В правой тумбе помещается бак с эмульсией и электронасос.

На левой тумбе сзади крепится электродвигатель главного привода [8].

2 Передняя бабка установлена на левой головной части станины. 

Все зубчатые колеса кинематической цепи смонтированы па валах и шпинделе, изготовлены из хромистой стали, закалены и прошлифованы. Валы установлены на подшипниках качения. Шпиндель со сквозным отверстием и внутренними конусами имеет две опоры. Передняя опора – двухрядный подшипник с короткими цилиндрическими роликами.

Задняя опора – радиально-упорный подшипник, работающий в паре с упорным шарикоподшипником.

Изменение частоты вращения шпинделя достигается перемещением блоков шестерен по шлицевым валам при помощи двух рукояток, выведенных на переднюю стенку. Прямое и обратное вращение шпинделя осуществляется фрикционной механической муфтой, а торможение – электромагнитной муфтой [8].

3 Задняя бабка перемещается по направляющим станины на четырех радиальных шарикоподшипниках, установленных в мостике. На направляющих станины бабка закрепляется при помощи двух планок четырьмя болтами. Поперечное смещение корпуса бабки относительно мостика производится с помощью двух винтов и гайки, установленной в мостике.

Перемещение пиноли производится маховичком [8].

4 Суппорт крестовой конструкции имеет продольное перемещение по призматическим   направляющим станины и поперечное по направляющим каретки. Перемещение можно осуществлять вручную и механическим приводом. Имеется механизм для быстрого перемещения суппорта. 

Поворотная часть суппорта имеет направляющие для перемещения верхней части суппорта с резцовой головкой. Верхняя часть суппорта также может перемещаться вручную и механически [8].

                                                                                                                            

5 Фартук закрытого типа со съемной передней стенкой (крышкой). Движение суппорту передается через фартук от ходового винта или ходового вала. Механизм фартука снабжен четырьмя электромагнитными муфтами, что позволило сосредоточить управление на одной рукоятке, причем направления включения рукоятки совпадают с направлениями движения подачи. В эту же рукоятку встроена кнопка, нажатием которой включается быстрый ход суппорта.

Благодаря наличию в фартуке обгонной муфты включение быстрого хода возможно при включенной подаче. Электрическая блокировка исключает возможность одновременного включения быстрого перемещения суппорта и подачи от ходового вала при сцепленной гайке ходового винта. [8].

6 Коробка подач имеет две продольные расточки, в которых на подшипниках качения смонтированы валы. Зубчатые колеса изготовлены из хромистой стали и закалены.

Коррегнрованные зубчатые колеса дают возможность нарезания двух типов резьб, метрической и дюймовой, без перестановки сменных зубчатых колес.

При перестановке сменных зубчатых колес имеется возможность нарезания еще двух типов резьб – модульной и питчевой.

Предусмотрено также прямое включение ходового винта (минуя механизмы коробки подач) для нарезания точных и специальных резьб [8].

7 Сменные зубчатые колеса

Расположенные на стенке корпуса передней бабки сменные зубчатые колеса позволяют осуществлять подачу и нарезание метрической, дюймовой, модульной и питчевой резьб в соответствии с паспортными данными [8].                                                                  

8 Люнеты

Для обработки нежестких деталей диаметром от 20 до 150 мм станок оснащен подвижным  и  неподвижным   люнетами.   Люнеты снабжены сменными роликами и сухарями, устанавливаемыми в зависимости от условий работы [8].

9 Охлаждение

От электронасоса, установленного в правой тумбе станины, охлаждающая жидкость через трубопровод и шланг подается к инструменту, а затем стекает в два корыта, установленные спереди и сзади станка, откуда возвращается в бак электронасоса.

Очистку корыт и бака необходимо производить не реже одного
раза в месяц [8].
 

Виды формообразующих движений.

1.Главное движение резания              - вращательное движение заготовки

2.Движения подач:                               - продольная подача резца

                                                                      - поперечная подача резца

                                                                                                                               

Органы управления:

1,4. Рукоятки регулировки частоты вращения шпинделя.

2. Рукоятка установки нормального или увеличенного шага и деление на многозаходные резьбы.

3. Рукоятка установки правой и левой резьб и подачи.

5. Рукоятка включения механического перемещения верхнего суппорта.

6. Рукоятка поворота и крепления резцовой головки.

7. Тумблер включения местного освещения.

8. Головка зажима и отжима сухаря крепления каретки.

9. Тумблер переключения на точение конусов и цилиндров.

10. Рукоятка включения подач и быстрых ходов суппорта.

11. Рукоятка крепления пиноли задней бабки.

12. Маховик перемещения пиноли задней бабки.

13. Рукоятка крепления поддержки ходового винта и вала.

14. Рукоятка ручного перемещения верхнего суппорта.

15,22. Рукоятки управления фрикционом.

16. Тумблер включения насоса охлаждения.

17,23. Кнопочные станции включения и выключения главного привода.

18. Рукоятка включения гайки ходового винта.

19. Рукоятка ручной поперечной подачи суппорта.  

20. Рукоятка включения механической подачи верхнего суппорта и поперечной подачи.

21. Маховик ручного продольного перемещения суппорта.

24. Рукоятка включения ходового винта и вала.

25,26. Рукоятка установки величины подач и шага резьбы.

27. Квадрат вала шкива для деления на многозаходные резьбы.

28. Рукоятка установки на подачу и нарезание резьб.

29. Рукоятка включения напряжения.

30. Рукоятка фиксации ограждения патрона.

                                                                                                                           

   

  1.  Схема кинематическая станка-аналога

  Кинематика станка обеспечивает следующие движения:

- 24 частоты вращения шпинделя

- продольные подачи

- поперечные подачи

- подача верхней части суппорта

- быстрое перемещение суппорта

 Привод главного движения осуществляется от электродвигателя через клиноременную передачу.

Частота вращения  шпинделя  изменяется  передвижением  зубчатых блоков по шлицевым валам.

Коробка скоростей сообщает шпинделю 24 скорости прямого вращения и 11 скоростей обратного вращения через кинематические цепи. Из полученных 24 скоростей две скорости перекрываются.

Реверс шпинделя осуществляется механической фрикционной муфтой.

Продольные подачи. Через сменные зубчатые колеса на первый вал коробки подач. Далее через зубчатые колеса метрической резьбы и зубчатые колеса на ходовой вал и зубчатые колеса фартука, червячную пару, зубчатые колеса на рейку. При обратной подаче on червячной пары через зубчатые колеса на рейку.

Поперечные подачи. От ходового валика через зубчатые колеса червячную пару, на винт. При обратной подаче от червячной пары через зубчатые колеса на винт.

Подача верхней части суппорта. От фартука через зубчатые колеса и кулачковую муфту на винт.

Быстрое перемещение суппорта. От электродвигателя, помещенного на торце фартука, через зубчатые колеса, червячную пару и далее через зубчатые колеса продольной и поперечной подач [8].

                                                                                                                        

 Уравнение конечных перемещений.

 

Главное движение – вращение заготовки. Уравнение конечных перемещений имеет вид:

                                            ,                                              (2.1)

где    n1 – скорость вращения электродвигателя, об/мин

 Un – постоянное передаточное отношение (ременная передача)

 Uсм – сменное передаточное отношение (зубчатая пара)

Движения подач – перемещение инструмента. Уравнение конечных перемещений имеет вид:

                             (2.2)

где   tх.в. – шаг ходового винта

 nдв.под. – скорость вращения электродвигателя подач, об/мин

2.3 Техническая характеристика станка-аналога

Класс точности по ГОСТ 8–71

Наибольший диаметр   обрабатываемого изделия над станиной, мм            630

Наибольший диаметр обрабатываемого изделия  над   суппортом, мм        350

Наибольшая длина обрабатываемого изделия, мм                                     1400

Конец шпинделя по ГОСТ 12593—72                                                           8М

Диаметр прутка, проходящего в отверстие шпинделя, мм                          65

Высота резца, установленного в резцедержателе, мм                                  32

Количество скоростей шпинделя                                                                   22

Пределы частоты вращения шпинделя, об/мин                                      10–1250

Количество подач                                                                                            32

Пределы подач, мм/об:

продольных                                                                                             0,064–1,025

поперечных                                                                                            0,0256–0,378

Наибольшее усилие резания Рх, допускаемое механизмом подач, при подачах, кгс:

продольной                                                                                                     680

поперечной                                                                                                     370

Пределы шагов нарезаемых резьб:

метрических, мм                                                                                          1–192

дюймовых, ниток/дюйм                                                                            24–1/4

модульных, модуль                                                                                  0,5–48

питчевых, питч                                                                                            96–1

Габаритные размеры станка, мм                                                    3350х1690х1420

Наибольшая масса обрабатываемой детали в центрах, кг                       2000

Масса станка, кг                                                                                           3800

Количество электродвигателей на станке (с электронасосом)                   3

Тип электродвигателя главного движения                                             4А160S4

Мощность электродвигателя главного движения, кВт                             15

Частота вращения электродвигателя главного движения, об/мин         1460

Тип электродвигателя быстрых ходов                                          4АХ80А4, М300

Мощность электродвигателя быстрых ходов, кВт                                   1,1

Частота вращения электродвигателя быстрых ходов, об/мин                1400

Тип электронасоса                                                                                     ПА-22

Производительность электронасоса, л/мин                                                22

Мощность двигателя электронасоса, кВт                                               0,125

Частота вращения двигателя электронасоса, об/мин                              2800

Техническая характеристика системы смазки

Тип насоса лопастной                                                                        8,2МН3032–61

Производительность насоса, л/мин                                                            8,2

Наибольшее давление, кгс/см2                                                                   2,5

3 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Определение основных технических данных станка

3.1.1 Определение предельно допускаемых скоростей

резания

При определении минимальной скорости резания :

  •  глубину резания и подачу принимают максимальными;
  •  материал заготовки – легированная сталь
  •  материал режущей части резца – твердый сплав при стойкости Т=60мин.

Определяем скорость резания [2]:

                                            , м/мин                                            (3.1)

где  T – стойкость режущего инструмента в минутах;

          t – глубина резания в мм;  

         S – подача на один оборот;   

         c, m, x, y, n, z, q, р, Cv, Kv – эмпирические коэффициенты и показатели степеней, которые выбираются по таблицам [2].

 м/мин

где

3.1.2 Определение предельных частот вращения шпинделя

Определение предельной частоты вращения шпинделя осуществляется по формуле[2]:

                                                                      (3.2)

где   Vmin – наименьшая скорость резания  

3.1.3 Определение предельных значений составляющих

усилия резания

Для расчета станка на прочность и выбора мощности электродвигателя определяют составляющую усилия резания Pz,  пользуясь формулой [2]:

                                        , кН                                           (3.3)

где     n – частота вращения заготовки, об/мин.

         t – глубина резания в мм;

         S – подача на один оборот;   

         x, y, n, q, р, Cр, Kр , q, w – эмпирические коэффициенты и показатели степеней, которые выбираются по таблицам [2].

3.1.4 Определение предельных значений эффективной

мощности, затрачиваемой на резание

Предварительное определение мощности электродвигателя главного движения (до определения кинематической структуры привода) определяется по формуле [2]:

,                             (3.4)

Где   – КПД цепи главного движения (для станков с вращательным главным                                        движением =0,7-0,85).

        – полезная мощность резания, кВт [2]:

                                                                                                     (3.5)  

  1.  КИНЕМАТИЧЕСКИЙ  РАСЧЕТ  ПРИВОДА  СТАНКА

4.1 Разработка кинематической схемы

4.1.1 Выбор структурной формулы и ее анализ

Количество вариантов структурных формул с учетом перестановок [7]:

,           (4.1)

где    m – число множительных групп;

n – число множительных групп с одинаковым числом передач.

4.1.2 Построение структурных сеток в соответствии с

выбранной структурной формулой

и выбор варианта

Количество вариантов структурных сеток для каждой структурной формулы [7]:

                                                                                                                            

Таблица 4.1. – Характеристики структурных формул

вар.

Структурные формулы

Ха

Хb

Хс

1

1

2

1

3

1

4

1

5

1

6

1

Определение чисел оборотов на каждой ступени.

Число оборотов на каждой ступени определяется по формуле [7]:

                                                           (4.2)

где    ni – рассчитываемая частота вращения

ni-1- частота вращения на предыдущей ступени

φ  - знаменатель геометрической прогрессии  

   

                                                                                  

                                     

                                                          

Рисунок 4.1 – Структурная сетка №1

Рисунок 4.2 – Структурная сетка №2

Рисунок 4.3 – Структурная сетка №3

         Рисунок 4.4 – Структурная сетка №4               Рисунок 4.5 – Структурная сетка №5

Рисунок 4.6 – Структурная сетка №6

                                                                                                                       

4.1.3 Выбор оптимального варианта структурной сетки

При выборе оптимального варианта  структурной сетки основным критерием является следующий:

-структурные сетки, у которых лучи в первых передачах располагаются более тесно, обеспечивают меньшие размеры промежуточных передач, т.е. желательно, чтобы  и т.д.

Из наших структурных сеток, наиболее приемлемой является сетка №2, т.к. её лучи расположены более плотно.

  1.  Построение графика частот вращения  конечного

звена привода

Структурная сетка не дает фактических значений частот вращения и передаточных отношений передач в группах. Для определения этих величин строят второй график - график частот вращения. График частот вращения привода представляет собой фактическую картину частот вращения.

Для его построения должны быть известны:

а) знаменатель ряда частот вращения ;

б) фактические частоты вращения от  до  ;

в) частота вращения выбранного привода двигателя ;

г) полная кинематическая схема привода, которая кроме групповых передач может иметь и одиночные передачи.

         Рисунок 4.7 – График чисел оборотов

4.1.5 Построение кинематической схемы и определение

передаточных отношений

При разработке кинематической схемы станка в первую очередь необходимо решить вопрос выбора типа привода. Привод - источник движения и совокупность механизмов, передающих движение к конечным звеньям станка [3,6]. Кинематическая схема модернизируемой коробки скоростей представлена на рисунке 4.8.

Станок может иметь один или несколько источников движения. Применение нескольких двигателей позволяет сократить кинематические цепи, упростить управление, механизировать и автоматизировать станок. Если же между отдельными кинематическими цепями требуется строгая взаимосвязь, то они должны получать движение от общего двигателя. Выбор привода имеет существенное значение при проектировании нового станка, так как это является одним из основных условий создания высококачественной и экономичной продукции.

По выбранной структурной сетке и построенному графику частот вращения составляем кинематическую схему привода от двигателя к последнему валу, условно обозначив числа зубьев колес через Z1, Z2  …  Zn 

     

4.2  Расчет коэффициента полезного действия коробки

скоростей и мощности электродвигателя

Расчет выполняется в следующей последовательности. Определить эффективную мощность станка, т.е. мощность, затрачиваемую на процесс резания по формуле 3.5.

  1.  Мощность холостого хода

Для станков с главным вращательным движением мощность холостого хода приближенно может быть рассчитана по формуле [7]:

, кВт             (4.3)

где   среднее арифметическое диаметров в мм всех опорных (подшипниковых) шеек валов коробки скоростей станка, исключая шпиндель; в зависимости от габаритов станка можно принять мм;

  среднее арифметическое в мм диаметров опорных шеек шпинделя; в зависимости от габаритов станка можно принять  мм или по аналогии со станкам-прототипам;

с - коэффициент, равный 1,5 для шпинделя, смонтированного на подшипниках качения;

  частоты вращения в мин-1 валов коробки скоростей и шпинделя на той ступени, на которой рассчитывается ; берутся из структурного графика привода главного движения станка в соответствии с найденной скоростью резания .

  1.  Определение расчетного (условного)  КПД коробки

скоростей

Расчетный (условный)  КПД станка определяют по зависимости [7]:

,                         (4.4)

где   -  КПД передач и подшипников качения и скольжения, соответственно;

- соответственно, количество однотипных передач и подшипников коробки скоростей - станка;

- коэффициент, приближенно учитывающий затраты мощности в приводе подач; для токарных станков =0,96.

                                                                                                                               

  1.  Определение мощности электродвигателя

Мощность главного электродвигателя определяется по формуле [7]:

               

                 , кВт                                (4.5)

Коэффициент меньше единицы может быть принят с учетом того, что двигатели в состоянии кратковременно работать с перегрузкой до 25% от номинальной мощности.

         

По рассчитанной мощности  подбираем двигатель по каталогу. Принимаем двигатель 4А160S4У3.

4.2.4  Определение коэффициента полезного действия

коробки скоростей

Определение коэффициент полезного действия станка производим по зависимости [7]:

,                 (4.6)

где - мощность электродвигателя  подобранного по каталогу.

  КПД станков с главным вращательным движением должен быть не ниже 0,7.

                                                                                                                                  

  1.  Проверочный расчет моментов Мкр. на валах

коробки скоростей

Момент (Мmах.)шп. на валу двигателя для заданных условий обработки [7]:

                                       ,                              (4.7)

Момент (Мmах.) на валу двигателя определяется из выражения [7]:

                                       ,                             (4.8)

где  - передаточные отношения промежуточных передач от двигателя к шпинделю станка при получении минимальной частоты вращения шпинделя.

Момент, развиваемый двигателем, определяем по формуле [7]:

                                                  (4.9)

При этом необходимо, чтобы выполнялось условие

                                                                                              (4.10)

          Данное условие выполняется, т.к.

97,5>85,24

4.4  Определение предельных значений крутящих моментов

на валах привода

Расчетный крутящий момент на любом валу привода главного движений станка равен [7]:

,   Н·м                                        (4.11)

где номинальная мощность главного электродвигателя в кВт;

- кпд механизма от вала электродвигателя до рассматриваемого вала;

-расчетная частота вращения вала в мин-1;

где  - передаточное отношение шпиндельной передачи (отношение числа зубьев ведущего колеса к числу зубьев ведомого).

Расчетные крутящие моменты на остальных валах привода главного движения определяются по их минимальным частотам вращения, т.е.

 

                                         ,                                              (4.12)

                                                                                                  

4.5 Определение параметров ременной передачи

В ременных передачах нагрузка передается силами трения, возникающая между шкивами и ремнями вследствие натяжения последнего. В зависимости от формы поперечного сечения ремня различают плоскоременную, клиноременную, поликлиноременную или круглоременную. В станкостроении  преимущественно используется клиноременная передача. Основными критериями работоспособности ременных передач являются: тяговая способность, определяемая силой трения между ремнем и шкивом, долговечность ремня, которая в условиях нормальной эксплуатации ограничивается разрушением ремня от усталости.

В настоящее время основным расчетом ременных передач является расчет по тяговой способности. Долговечность ремня учитывается при расчете путем выбора основных параметров передачи в соответствии с рекомендациями, выработанными практикой. При расчете ременных передач используют методику, приведенную в [5].

Для определения диаметров ременной передачи задаются диаметром меньшего (ведущего) шкива d, величина которого выбирается в зависимости от передаваемого момента (М) и типа ремня (ГОСТ 1284-68). Либо задаются величиной передаваемого момента на первом валу и определяют тип ремня и диаметр меньшего шкива [5]. Затем по известному  уже передаточному отношению ременной передачи определяют диаметр D ведомого шкива из формулы [7]:

                                                      ,                                              (4.13)

где – γ коэффициент проскальзывания ремня, γ=0,97-0,98.

                       ,                                 (4.14)

где – Up – передаточное отношение ременной передачи,

        nэд. – частота вращения двигателя.

Округляем данный диаметр до стандартного, каковым является диаметр D = 355мм.

Определяем количество ремней, необходимых для передачи крутящего момента. Для этого по справочнику [5] определяем значения коэффициентов k1, k2 (Приложение В) [7]. Затем по значению скорости, развиваемой ремнем на шкиве, диаметру меньшего шкива определяем значение мощности, передаваемой одним ремнем N0 (Приложение В) [7].

Для этого необходимо определить скорость, развиваемую малым шкивом. Воспользуемся формулой [7]:

                                    ,м/с                                (4.15)

Количество ремней находим по выражению [7]:

                                              ,                                            (4.16)

где N0 – мощность, передаваемая одним ремнем, кВт;

     К12 – коэффициенты зависящие от угла обхвата и нагрузки

Для силового расчета первого вала необходимо знать величину силы, действующей на вал со стороны шкива. Ее величину определяют по выражению [5]:

,                           (4.17)

где δ0=120 Н/см2,

     F -  площадь ремней,

     

,                            (4.18)

где h, a, p – параметры сечения  ремня. Величины параметров определяем по    

                   справочнику  [5]

4.6 Выбор чисел зубьев и определение фактической

частоты вращения шпинделя

В станкостроении межосевые расстояния, суммы чисел зубьев пары сопряженных колес, числа зубьев червячных колес и модули нормализованы. Поэтому, в ряде случаев, приходится округлять расчетное значение параметров зубьев до стандартных значений.

Зная передаточные отношения между валами, выражают их в виде  простой дроби и, задавшись суммой чисел зубьев, подбирают числа зубьев каждой пары зубчатых колес для данной множительной группы, т.е.

,    и т.д.                            (4.19)

                             ΣZ=80

               

                              ΣZ=91

                   

                   ΣZ=99

После выбора чисел зубьев колес производится определение действительных значений частот вращения и степень их отклонения от стандартного ряда в процентах.

По кинематической схеме, зная частоту вращения двигателя и числа зубьев колес привода, определяем частоту вращения шпинделя [7]:

                                              ,                                         (4.20)

где     Unпостоянные передаточные отношения привода, выраженные через диаметр шкивов, числа зубьев колес и т.д.;  

          Uxпеременные передаточные отношения привода, выраженные через числа зубьев колес.

Допускаемое отклонение фактических чисел оборотов шпинделя по сравнению с заданными .

 

    

     

     

           

    

    

           

    

    

5.  ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

И ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОРОБОК СКОРОСТЕЙ

5.1  Выбор и расчет конструктивных элементов коробки  скоростей

5.1.1 Прямозубые передачи станков общего назначения

В приводных механизмах современных станков используют в основном стальные закаленные зубчатые колеса. Расчетные формулы для

                                                                                                                   

стальных закаленных цилиндрических прямозубых зубчатых передач коробок скоростей и подач имеют вид [7]: 

, мм                             (5.1)

, мм                           (5.2)

где расчетный крутящий момент на валу шестерни (меньшего колеса)  

передачи в , определенный по методике изложенной ранее;

z  число зубьев шестерни;

U  передаточное число, равное отношению числа зубьев большего колеса к числу зубьев меньшего колеса (), независимо от того, понижающая передача или повышающая;

  знак плюс для подач наружного зацепления, минус для подач внутреннего;

- коэффициент формы зуба

 - коэффициент определяют по выражению  [7]:

    ,                                    (5.3)

b  рабочая ширина зубчатого венца колеса в мм; для зубчатых колес передвижных блоков рекомендуется принимать  (для тяжело нагруженных колес блоков );

                                      

  коэффициенты, учитывающие увеличение нагрузки на передачу  

по сравнению с номинальной вследствие неравномерного

характера процесса резания в работе привода [7]:     

    

   

   ,                                  (5.4)

где      коэффициент перегрузки выбирается по табл. 5.2 [7].

,  коэффициенты динамичности нагрузки, учитывающие дополнительные динамические нагрузки на зубья колес, возникающие при работе передачи вследствие погрешностей ее изготовления и монтажа, а также деформаций зубьев под нагрузкой; если окружная скорость передачи  1 м/с, то  ==1; в остальных случаях значения коэффициентов выбираются из табл. 5.3 [7]:

При определении величины  и окружной скорости  необходимо задаться исходным модулем; если в последующем окажется, что полученный модуль отличается от предварительно выбранного не более чем на 25-30% расчет можно оставить в силе; в противном случае расчет модуля необходимо произвести заново.

                                                                                                        

коэффициенты неравномерности распределения нагрузки по длине зуба; учитывают увеличение нагрузки на опасном участке контактной линии вследствие упругих деформации валов и подшипников, а также от  погрешностей изготовления сопряженных колес, ведущих к взаимному перекосу контактирующих зубьев; выбираются по табл. 5.4 [7]:

 

 

 

 

 

 

  допускаемые напряжения на изгиб и контактную прочность

в  определяются по формулам [7]:  

   ,                    (5.5)

   ,                     (5.6)

где     длительные пределы выносливости зубьев при расчете

на изгиб и контактную прочность в  

 коэффициент, учитывающий влияние режима шлифования зубьев

на величину допускаемого изгибного напряжения

 коэффициенты переменности режима работы,

                         учитывающие благоприятное влияние переменного                      

                         режима работы универсального станка на величину:

                                  допускаемого напряжения, когда через рассчитываемую

                                  передачу не всегда передается полная мощность, что

                                  позволяет повысить допускаемые напряжения по      

сравнению с длительными пределами выносливости;  

величина  берется из табл. 5.7 [7], а      

рассчитывается по формуле [7]:    

                    

  ,                                        (5.7)

где  - расчетное (базовое) число циклов нагружения при испытании

              материала шестерни на усталостную прочность (табл. 5.7) [7];

  - количество передач в группе, где находится рассматриваемая

       передача;

- расчетная частота вращения шестерни в мин-1;

 коэффициенты увеличения  и , зависящие от степени   универсальности станка в расположения передачи ближе к входному или выходному валу привода

Если при расчете значение, корня получается меньше единицы, следует принимать его равным 1.

    

    ,

              ,

    ,

              ,

    ,

            ,

После расчета модуля передачи по напряжениям изгиба и на контактную прочность больший из полученных модулей округляется, как правило, до стандартной ближайшей величины. Меньшую из стандартных ближайших величин можно принимать лишь в том случае, если расчетное значение отличается от стандартного не более чем на 20-25%.

, мм           

, мм  

Так, как в первой группе модуль контактный больше, то сравниваем его с принятым, и, если величина отклонения не будет превышать 25%, округляем до стандартного.     

                     mк1=3.5мм

                    

           

, мм           

, мм

Так, как во второй группе модуль контактный больше, то сравниваем его с принятым, и, если величина отклонения не будет превышать 25%, округляем до стандартного.     

                     mк2=3.5мм

                    

   

, мм   

, мм

   Так, как в третьей группе модуль контактный больше, то сравниваем его с принятым, и, если величина отклонения не будет превышать 25%, округляем до стандартного.     

                     mк3=5.5мм

                 

Межцентровое расстояние между валами А определяют по формуле [7]:

    , мм                                               (5.8)

где z1, z2, m – числа зубьев и принятый модуль пары зубчатых колес.

, мм

, мм

, мм

Для определения габаритов   коробки скоростей рассчитывают диаметры окружности выступов по формулам [7]:

    ,                                      (5.9)

                                 

                              

При проектировании коробки следует стремиться к наименьшим габаритам передач, при этом расстояние от колеса до стенки корпуса коробки принимается примерно равным 3 модуля.

5.2  Расчет валов

5.2.1  Проверочный расчет опор и валов

 На валах и осях размещают вращающиеся детали: зубчатые колеса, шкивы и т.п. Вал отличается от оси тем, что передает вращающийся момент от одной детали к другой, а ось не передает.

Приближенный расчет сводится к определению диаметра вала по формуле [7]:

  , см                                  (5.10)

где – расчетный крутящий момент на валу Н м;

     – допускаемое (пониженное) напряжение кручения в Н/м2;

, см

Принимаем d1=32 мм

, см

Принимаем d2=35 мм

, см

Принимаем d3=45 мм

, см

Принимаем d4=60 мм

При наличии шпоночного паза в опасном сечении вала расчетное значение  необходимо увеличить на  %.

Боковые поверхности зубьев шлицевого соединения работают на смятие, а основание их – на изгиб и срез. Для применяемых соотношений элемента шлицевых соединений решающее значение имеет расчет на смятие.

Эскизы валов модернизируемой коробки скоростей представлены на рисунке 5.1.

5.2.2 Выбор шлицевых и шпоночных соединений

Для проверки шлицев на смятие используют формулу [5]:

     ,                                      (5.11)

где Мкр. max. – наибольший допускаемый крутящий момент, передаваемый соединением, ,

ψ =(0,7-0,8) - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения усилий по рабочим поверхностям зубьев, обычно принимают равным

ψ =0,75,

[σсм] - допускаемые напряжения смятия

F- площадь всех боковых поверхностей зубьев с одной стороны на 1 мм длины, мм2;

Для прямобочных (прямоугольных) зубьев [5]:

                                ,                            (5.12)

где – z - число зубьев,

        Dв – наружный диаметр зубьев вала, мм;

        dа- диаметр отверстия шлицевой втулки, мм;

        f – размер фаски, мм;

        r –радиус закругления, мм;    

        l – рабочая длина зуба, мм

Для прямобочных (прямоугольных) зубьев [5]:

            , мм                    (5.13)

Для второго вала

    

Для третьего, комбинированного вала

            

В качестве допускаемого значения [σ] принимаем

[σ] = 10 Н/мм2

Затем сравниваем полученные значения

1.02<10

1.65<10

Из сравнения видно, что шлицы выдержат напряжения смятия.

Пример условного обозначения [5] соединения с числом зубьев z=8, внутренним диаметром d=36, наружным диаметром D=42 мм, шириной зуба b=7 мм, с центрированием по наружному диаметру, с посадкой по диаметру

центрирования  и по размеру

;   

Или

                                            

На участке между серединами шпонок передается постоянный крутящий момент Мкр.

Усилия Р1 и Р2, действующие на шпонки и приложенные на плече, равном радиусу соответствующей ступени вала, составляют [5]:

  , ,                 (5.14)

D2>D1, значит шпонка ступени D2 нагружена меньше шпонки ступени D1. По соображениям прочности и работоспособности шпоночных соединений нет оснований к назначению для ступени D2 шпонки большей, чем для ступени D1. Наоборот, чем больше диаметр ступени ступенчатого вала, тем меньшим для нее может быть сечение шпонки.  Наличие на одном валу шпоночных пазов, одинаковых по сечению и длине, улучшает технологичность конструкции вала. Таким образом, рекомендуется назначать одинаковые шпонки, для всех ступеней вала исходя из ступени наименьшего диаметра, имеющего шпоночный паз.

Так как напряжения смятия значительно больше напряжений среза, то проводят проверку на смятие. Для проверки шпонок на смятие используют формулы [5]:

  ,                   (5.15)

где  -  наибольший допускаемый крутящий момент, Нм, d – диаметр

вала, см;  

К – высота поверхности смятия в ступице, см;

 l – длина шпонки, см;

[σсм] – допустимое напряжение смятия, МПа

Допускаемые напряжения на смятие для  шпонки обуславливаются режимами работы шпоночного соединения. При спокойном режиме принимают [σсм] до 15000 Н/см2. Широко распространены в общем машиностроении значения [σсм]=6000-9000 Н/см2 при неподвижных шпонках для сопрягаемых элементов из чугунного литья, стального литья и стали.

На первом валу

Принимаем по наибольшей силе шпонку с размерами bxhxl = 10x8x50

Из двух полученных значений выбираем то значение диаметра, при котором сила наибольшая и подставляем его значение в формулу

На третьем валу

Принимаем по наибольшей силе шпонку с размерами bxhxl = 16x10x40

                                                                                                                            

На четвёртом валу

Принимаем по наибольшей силе шпонку с размерами bxhxl = 20x12x60

Откуда видно, что все шпонки выдержат напряжения смятия.

5.2.3 Проверочный расчет подшипников качения

Расчет реакций опор для выбора подшипников (см. рис. 5.2)

Составляем расчётную схему для каждого вала, прикладывая к ним все действующие силы.

Для первого вала

Рис. 5.3 Расчётная схема для определения реакций опор первого вала.

Составляем уравнения равновесия относительно опор

ΣMA(Fk) = 0

 

ΣMB(Fk) = 0

 

ΣY = 0

 

       

                                                                                                       

Выбор подшипников

Подшипники выбирают в следующем порядке:

  1.  Намечают тип подшипника, исходя из условий эксплуатации и конструкции конкретного подшипникового узла;
  2.  Определяют типоразмер подшипника в зависимости от величины и направления действующих нагрузок, частоты вращения и требуемого срока службы;
  3.  Назначают класс точности подшипника с учетом требований к точности вращения узла; если нет особых требований, принимают класс 0.

Предварительно назначаем подшипник роликовый, конический, однорядный средней широкой серии со следующими параметрами:

d = 35 мм, D = 80 мм, T = 32.75 мм, B = 31мм, c = 27 мм, D1 = 63 мм,

d1 = 55мм, r = 2.5мм, r1 = 0.8мм, d2 = 45мм, e = 0.3, Y=2.03,C = 76000 H.

По приведенной нагрузке, числу оборотов подшипника и требуемому сроку службы рассчитывают необходимую динамическую грузоподъемность, являющуюся основной характеристикой подшипника.

,  Н                                    (5.16)

где - fd  для металлорежущих станков равен 2.7-4.5

       fn  - коэффициент, зависящий от частоты вращения подшипника

Таким образом, при

 n = 776.5 об/мин

                                 fn  = 0.388

                                   

                                                                                                    

При С/Р = 6,96 и Lh = 8000 ч, что более чем достаточно, определяем, что L = 650 млн. оборотов

 

Исходя из полученного значения грузоподъемности, назначаем на опору с наибольшей реакцией два таких подшипника.

Для второго вала

Рис. 5.4 Расчётная схема для определения реакций опор второго вала.

Составляем уравнения равновесия относительно опор

ΣMA(Fk) = 0

 

ΣMB(Fk) = 0

 

ΣY = 0

 

Предварительно назначаем подшипник шариковый радиальный однорядный, средней серии со следующими параметрами:

d = 35мм, D = 80мм, B = 21мм, D1 = 67мм, d1 =48мм, r = 2.5 мм, C = 53200 H.

Таким образом, при n = 552.7 об/мин   fn  = 0.39

При С/Р = 7,69 и Lh = 25000 ч, что более чем достаточно, определяем, что L = 460 млн. оборотов

 

Исходя из полученного значения грузоподъемности, назначаем на опоры по одному ранее подобранному подшипнику.

Для третьего вала

Рис. 5.5 Расчётная схема для определения реакций опор третьего вала.

Составляем уравнения равновесия относительно опор

ΣMA(Fk) = 0

 

ΣMB(Fk) = 0

 

ΣY = 0

 

Предварительно назначаем подшипник шариковый радиальный однорядный, тяжелой серии со следующими параметрами:

d = 45мм, D = 120мм, B =29мм, D1 = 97мм, d1 = 68мм, r = 3мм, C = 76100 H.

Таким образом, при n = 619 об/мин   fn  = 0.378

При С/Р = 7.94 и Lh = 32000 ч, что более чем достаточно, определяем, что L = 500 млн. оборотов

 

Исходя из полученного значения грузоподъемности, назначаем на

опоры по одному ранее подобранному подшипнику.

Для четвёртого вала

Рис. 5.6 Расчётная схема для определения реакций опор четвёртого

вала.

Составляем уравнения равновесия относительно опор

ΣMA(Fk) = 0

 

ΣMB(Fk) = 0

 

ΣY = 0

 

                                                                                                                       

Предварительно назначаем на левую опору подшипник шариковый

радиальный однорядный, средней серии со следующими параметрами:

d =60мм, D =130мм, B =31мм, D1 =108мм, d1 =81мм, r = 3.5мм, C =81900 H.

А на правую – роликовый конический легкой серии.

d = 80мм, D = 140мм, T = 28,25мм, B =26мм, c =22мм, D1 =121мм, d1 = 110мм,  r = 3 мм, r1 = 1 мм, d2 = 97мм, e = 0.42, Y = 1.43, C =112000 H.

Таким образом, при n = 1222 об/мин

Для шариковых

                                    fn  = 0.299

                    

При С/Р = 13 и Lh = 32000 ч, что более чем достаточно, определяем, что L = 2200 млн. оборотов

 

Для роликовых

                                    fn  = 0.337

При С/Р = 8.9 и Lh = 20000 ч, что более чем достаточно, определяем, что L = 1500 млн. оборотов

                                                                                                        

Исходя из полученного значения грузоподъемности, назначаем на опоры по одному ранее подобранному подшипнику.

5.2.4 Выбор предохранительных  и электромагнитных  муфт

Руководствуясь справочником [4], назначаем для коробки скоростей вертикального шпоночного станка электромагнитную муфту Э1М102.

5.2.5 Уточненный (проверочный) расчет валов

Определение прогиба и угла поворота. После конструктивного оформления валов, т.е. назначения диаметров всех посадочных мест под подшипники, зубчатые колеса, муфты и пр., а также определения осевых размеров каждого участка, определяют прогибы и углы поворота, как в стержне переменного  сечения.         

При сложной конструкции вала, т.е. при большом числе участков различной жесткости, целесообразно применить табличный метод расчета. Вычисление проводится непосредственно по формулам [7]:

Прогиб                                 (5.17)

Угол поворота                              (5.18)

Пример расчета: Определить угол поворота вала в сечении А (в месте посадки шестерни). Усилие Р1=4060Н, Р2=39000Н.

Модуль упругости материала  Н/см2.

Для расчета все расстояния между опорными сечениями делим на 10 равных участков длиной Δ=3,14 см каждый. Составляем расчетную таблицу.

 

Угол поворота сечения

Прогиб вала

Таблица 5.1- Расчетная таблица для определения угла поворота сечения вала и прогиба вала (см. рисунок 5.7)

Сечение

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Z (см)

0

3,14

6,28

9,42

12,56

15,7

18,84

21,98

25,12

28,26

31,4

d (см)

3,5

3,5

4

4

4,5

4,5

4

4

4

4

3,5

Ix (см4)

7,36

7,36

12,6

12,6

20,1

20,1

12,6

12,6

12,6

12,6

7,36

Нсм

81,1

65,8

50,3

34,8

19

4

 -11,5

-20

-13,2

-6,7

0

M1, Нсм

0

0,07

0,15

0,23

0,31

0,39

0,47

-0,44

-0,29

-0,15

0

0

9,8

7,2

5,4

2

0,4

-25,5

4

2,1

1,05

0

M1Р, Нсм

0

0,07

0,15

0,23

0,31

0,39

0,47

-0,44

-0,29

-0,15

0

Нсм

0

9,8

7,2

5,4

2

0,4

-25,5

4

2,1

1,05

0

Пример расчета: Определить угол поворота вала в сечении А (в месте посадки шестерни). Усилие Р1=6000Н, Р2=13680Н.

Модуль упругости материала  Н/см2.                                                                                                                                                                                                                           

Для расчета все расстояния между опорными сечениями делим на 10 равных участков длиной Δ=9,74 см каждый. Составляем расчетную таблицу.

Интеграл Мора по правилу трапеций будет иметь вид:

         Угол поворота сечения

Прогиб вала

Таблица 5.2- Расчетная таблица для определения угла поворота сечения вала и прогиба вала (см. рисунок 5.8)

Сечение

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Z (см)

0

9,74

18,48

29,2

39

48,7

58,44

68,2

78

87,66

97,4

d (см)

4,5

5

5

5

5,5

6

5,5

5,4

5,4

5,4

4,5

Ix (см4)

20,1

30,7

30,7

30,7

44,9

63,6

44,9

41,7

41,7

41,7

20,1

Нсм

0

-7,9

-15,9

-30

-94,1

-159

-224,7

-202

-135

-67,4

0

M1, Нсм

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

-0,5

-0,35

-0,17

0

0

-0,06

-0,247

-0,7

-2

-2,97

-7,4

8,7

3,1

1,3

0

M1Р, Нсм

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

-0,5

-0,35

-0,17

0

Нсм

0

-0,06

-0,247

-0,7

-2

-2,97

-7,4

8,7

3,1

1,3

0

                                                                                                      

Расчет на жесткость при кручении. Самый тонкий и длинный вал коробки скоростей проверяется на жесткость при кручении по формуле [7]:

  ,                                         (5.19)

где  Мкр – крутящий момент на валу;

       l – длина участка вала между двумя крайними зубчатыми колесами;

       G – модуль упругости II-го рода для материала вала;

        Iр – полярный момент инерции, определяемый по формуле [7]:

   ,                                      (5.20)

Допускаемый угол поворота лежит в пределах [φ]≤15-20˚

см4

Допускаемый угол закручивания валов коробки скоростей φ=0˚10/ на 100 мм длины вала. В случае  не выполнения допускаемых углов поворота и углов закручивания, жесткость вала С=EI увеличивают.

Если один из валов обладает малой крутильной жесткостью, а, следовательно, низкой собственной частотой крутильных колебаний, то эта частота может совпасть с частотой изменения составляющей силы резания Рz, что вполне возможно при обработке деталей с переменным припуском. При сближении частот наступит явление резонанса, наиболее податливый вал начнет закручиваться на угол, при котором он разрушится. Чтобы этого не произошло, вал или валы необходимо проверить на виброустойчивость.

                                                                                                                      

 Расчет на виброустойчивость. При расчете на виброустойчивость составляют такую же расчетную схему, как и при расчете на жесткость. Расчетная схема приведена на рисунке 5.9.

Массой вала либо пренебрегают, либо приводят к массе зубчатых колес (дисков). Полагают, что вал обладает только упругим сопротивлением деформации кручения с коэффициентом жесткости «С».

Коэффициент жесткости определяют по формуле [7]:

                          (5.21)

Собственную частоту крутильных колебаний определяют по формуле [7]:

,                          (5.22)

где I1 и I2 – моменты инерции первого и второго зубчатых колес.

Пример расчета:

Определить собственную частоту крутильных колебаний двухмассовой системы при следующих данных: d1=174.3 мм; d2=149.6 мм; d0=39 мм; b=20 мм; b2=30 мм; длина вала l=400 мм. Материал зубчатых колес и вала – сталь 40Х. (γ=0,078 Н/см3 и G=0,8·107 Н/см2).

  1.  Определение моментов инерции масс дисков

                                                                                    

  2. Полярный момент инерции поперечного сечения вала

 

3. Коэффициент крутильной жесткости вала

Рисунок 5.9- Расчетная схема для определения собственной частоты крутильных колебаний вала с двумя сосредоточенными массами                                                                           

Собственная частота

 

Максимальные касательные напряжения при крутильных колебаниях валов развиваются в узлах, т.е. в сечениях относительно которых в разные стороны закручиваются крайние колеса (диски). Найдем место расположения опасного сечения (узла колебаний) по формулам:

Расчет шпинделей. Шпиндельный узел металлорежущего станка является наиболее ответственным узлом привода. От его жесткости, плавности вращения, точности изготовления присоединительных элементов во многом зависят точность и чистота обработки деталей.

Определив минимальный наружный диаметр шпинделя, оформляют его  конструктивно как полый вал со ступенчатой наружной поверхностью. Посадочное место передней опоры шпинделя определяют из соотношения

             (5.23)

посадочное место задней опоры определяют из соотношения

             (5.24)

Далее расчет шпинделя токарных, револьверных, фрезерных, расточных и др. типов станков проводят, ориентируясь на расчетную схему (рис. 5.10), учитывая конкретные условия обработки.

Рисунок 5.10 – Расчетная схема проверки шпинделя на жесткость

   ,          (5.25)

где и  - составляющие силы резания.

Значение силы резания  определяют по формуле:

            (5.26)

где  - равнодействующая составляющая силы резания  и ;

      - суммарная сила на зубьях шпиндельного зубчатого колеса z2;

      - угол зацепления;

      - угол трения 5˚;

    Рокр. – окружное усилие, определяемое по формуле:

    ,           (5.27)

где  - крутящий момент на шпинделе;

     m – модуль зацепления зубчатых колес шпиндельной группы;

     z2 – число зубьев шпиндельного колеса.

Прогиб шпинделя «y» определяют по формуле [7]:

                (5.28)

Полученное значение сравнивают с удоп.,

,         (5.29)

где l - расстояние между опорами.

Угол поворота (наклона) оси шпинделя  в передней опоре определяют по формуле:

  ,                 (5.30)

где Е – модуль упругости I – рода материала шпинделя в кг/см2;

      I – средний момент инерции площади сечения шпинделя в передней опоре в мм4, равный

    , мм4         (5.31)

где R и r – радиусы наружной и внутренней поверхностей шпинделя;

мм4

В том случае, если передняя опора состоит из подшипников качения, то в результате действия радиальной силы Р1, шпиндель может совершать радиальные колебания, совпадающие с направлением этой силы. Такого рода колебания называются параметрическими. Частота этих колебаний определяется из схемы скоростей в подшипнике качения (рис. 5.11)

                 

Рисунок 5.11 – Схема скоростей в подшипнике качения

Скорость вращения центра шарика или ролика относительно центра вала

        (5.32)

мм/сек

Частота параметрических колебаний -  равна числу шариков или роликов, проходящих в секунду через направление действующей силы

    , Гц         (5.33)

где n – частота вращения шпинделя, об/сек;

     D  - диаметр беговой дорожки внутреннего кольца;

     d и z – диаметр и число тел качения.

, Гц

      Для повышения частоты параметрических колебаний, а, следовательно, и предупреждения резонансных явлений, для передних опор необходимо выбирать многорядные подшипники, в которых тела качения смещены в сепараторе друг относительно друга по периметру. Повысить частоту параметрических колебаний можно также путем установки нескольких однорядных подшипников.

5.4 Система смазки

5.4.1. Общие сведения

Механизмы станка должны быть всегда хорошо смазаны, так как своевременная и достаточная смазка механизмов обеспечивает надежную работу и увеличивает долговечность станка.

Масло, заливаемое в резервуары станка, должно быть рекомендуемых марок, тщательно очищено и профильтровано.

Принципиальная схема смазки приведена на рис. 5.12, схема расположения элементов системы смазки на станке — на рис. 5.13

5.4.2. Описание работы

Смазка станка обеспечивается следующими системами:

— циркуляционной системой смазки механизмов, зубчатых колес и подшипниковых опор передней бабки.

Насос 6 системы приводится в действие от вала 1 передней бабки через зубчатую передачу. Всасываемое насосом из резервуара 7 масло проходит через фильтр 5, из него подается в подшипниковые опоры шпинделя, электротормозную муфту 1 и в распределительную ванну 3, а из нее к другим смазываемым точкам. Пройдя через смазываемые части, масло собирается на дне  корпуса бабки (резервуар 7).

Кроме того, смазка деталей производится разбрызгиванием.

Контроль за подачей смазки и ее уровнем в резервуаре осуществляется визуально с помощью маслоуказателей 2(1) и 2(2) соответственно. Залив масла в резервуар производится через заливное отверстие 4(1) в крышке бабки, а слив— через отверстие 8(1)

— циркуляционной системой смазки механизма коробки подач.

Плунжерный насос 13 приводится в действие от эксцентрика, закрепленного на входном валу коробки подач. Масло, всасываемое насосом из резервуара 14, подается в распределительную ванну 9, из которой производится дождевая смазка подшипников и зубчатых колес. 

Пройдя через смазываемые части, масло собирается на дне корпуса коробки подач (резервуар, 14).

Контроль за подачей масла и его уровнем в резервуаре осуществляется визуально с помощью маслоуказателей 2(3) и 2(4) соответственно. Залив масла в резервуар производится через заливное отверстие 4(2) в верхней крышке коробки подач, а слив – через сливное отверстие 8(2).

— фитильной системы смазки сменных зубчатых колес, состоящей из ванночки 11 и фитилей;

— циркуляционной системой смазки механизма фартука.

Плунжерный насос 18 приводится в действие от эксцентрика 1 связанного с валом-шестерней фартука. Масло, всасываемое насосом через фильтр 19 из резервуара 20 подается к направляющим, станины 23 и в распределительную ванну 22, из которой по трубам к смазываемым точкам механизма фартука. Пройдя через смазываемые точки фартука, масло собирается на дне фартука (резервуар 20). Контроль за подачей масла и его уровнем осуществляется визуально с помощью маслоуказателей 2(5) и 2(6) соответственно. Залив масла в резервуар производится через заливное отверстие 4(3), а слив – через сливное отверстие 8(3).

периодической системой смазки наливом верхних направляющих каретки и винтовой пары резцовых салазок суппорта 24. Залив масла производится через заливное отверстие 4(4);

периодической системой смазки опор скольжения и подшипников скольжения ходового винта поперечного суппорта, направляющих резцовых салазок, механизма резцедержки, ходовой гайки поперечного суппорта, подшипников скольжения конической шестерни суппорта, подшипников скольжения ходового винта резцовых салазок, подшипников люнета, подшипников механизма перемещения пиноли, подшипников скольжения валика переключения фрикциона и подшипников скольжения выходного вала коробки подач. Смазка осуществляется с помощью пресс-масленок 15,  заполняемых ручным шприцем.     

—фитильной системой смазки правой опоры ходового винта и вала, состоящей из ванночки 40 и фитиля;

— периодической системой густой смазки подшипников шкива передней бабки 42, осей сменных зубчатых колес 43, механизма электродвигателя быстрых ходов 44, осуществляемой набивкой вручную смазки универсальная среднеплавкая УС-1 ГОСТ 1033—51 в смазываемые точки.

Направляющие станины под заднюю бабку, ходовой винт и ходовой вал смазываются периодически поливом из масленки.

Сравнительные характеристики коробки скоростей

аналога и коробки скоростей нового станка

Было                                                                               Стало

Число скоростей

22                                                                                          24

Пределы частоты вращения  мин-1

10–1200                                                                              90–1222

Электродвигатель привода шпинделя

4А160S4                                 Тип                                     4А160S4УЗ

15                                 Мощность, кВт                                15

1460                           Частота вращения, мин-1                                  1500

                                      

                                                                                                                                                                                              

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1. Методические указания по оформлению дипломных и курсовых проектов для студентов инженерных специальностей/Составили А.Е. Проволоцкий, В.Е. Кузнецов, В.М. Ласкин.–Днепропетровск: НМетАУ,2003,– 65с.

2. Справочник технолога машиностроителя. В 2-х т. Т2/ Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова 4-е изд.- М.:Машиностроение, 1985.-496 с.

3. Кучер М.С. Металлорежущие станки - М.: Машиностроение, 1969.-719с.

4. Кочергин А.И. Конструирование и расчет металлорежущих станков и станочных комплексов. Курсовое проектирование. – Минск: Вышейша шк., 1991. -382с.

5. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя В 3-х т. Т.2.- 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1978.- 728 с.

6. Кучер А.М.,  Киватицкий М.М., Покровский А.А. Металлорежущие станки. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1972, - 300 с.

7. Проволоцкий А.Е., Негруб С.Л., Кузнецов В.Е., Лапшин С.П.

Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Оборудование и транспорт механообрабатывающих цехов». – Днепропетровск: ГИПОпром, 2004, - 104с.

8. Станок универсальный токарно-винторезный Модель 1М63. Руководство по эксплуатации.

         


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

32194. Тактические основы проверки показаний на месте 30.5 KB
  Тактические основы проверки показаний на месте. Проверка показаний на месте должна быть организована проведена а ее результаты зафиксированы так чтобы впоследствии не возникло сомнений в объективности производства этого следственного действия. При проверке показаний нескольких лиц проверка производится с каждым из них по отдельности и так чтобы они не могли общаться друг с другом и особенно с лицами чьи показания на месте уже проверены. Понятым нужно разъяснить сущность следственного действия и объяснить что они должны не просто...
32195. Тактика задержания и личного обыска 33 KB
  Тактика задержания и личного обыска Задержание это неотложное следственное действие с целью захватить лицо подозреваемое в совершении преступления доставить и водворить в изолятор временного содержания. Подготовка к задержанию и аресту включает в себя: 1 изучение лица подлежащего задержанию и аресту; 2 определение времени и места задержания; 3 решение вопроса о количественном и персональном составе группы задержания; 4 определение обязанностей участников задержания какие действия и в какой последовательности им надлежит совершать до...
32196. Особенности предъявления для опознания трупов 28.5 KB
  Особенности предъявления для опознания трупов Трупы предъявляются для опознания в тех случаях когда нет возможности установить личность умершего по документам либо когда внешность трупа значительно изменена. При обнаружении такого трупа прежде всего устанавливают кто из жителей данной местности региона города поселка деревни пропал без вести. Раздельное предъявление трупа и предметов находившихся при нем одежда очки дипломат трость часы и т. позволяют точнее соблюсти норму закона о порядке предъявления каждого из объектов...
32197. Понятие следственной ситуации. Классификация следственных ситуаций и их роль в раскрытии и расследовании преступлений 34.5 KB
  Понятие следственной ситуации. Характеристика следственной ситуации носит по отношению к процессу расследования преимущественно внешний характер: это характеристика условий в которых протекает данный процесс. Объективные факторы это те не зависящие от участников расследования причины которые вызывают изменения ситуации; субъективные факторы причины порождаемые действиями и поведением участников расследования и иных лиц оказавшихся в той или иной степени втянутыми в сферу судопроизводства. Сочетание всех этих компонентов обусловливает...
32198. Соотношение следственного действия, тактического приема и нормы права 23.5 KB
  Соотношение следственного действия тактического приема и нормы права. Следственные действия действия по собиранию и проверке доказательств осуществляемые следователем органом дознания прокурором судом в установленном законом порядке. Следственными действиями являются: допрос очная ставка обыск и выемка арест имущества осмотр и освидетельствование предъявление для опознания людей и предметов следственный эксперимент. Тактический прием адекватный ситуации способ воздействия на объект документ предмет человека способствующий...
32199. Особенности производства очной ставки с участием н/летних 30.5 KB
  Особенности производства очной ставки с участием н летних. Принимая решение о производстве очной ставки с участием несовершеннолетних особенно малолетних следователь прежде всего должен учитывать особенности их психики и влияние этих особенностей на ход и результаты очной ставки. К тому же несовершеннолетним особенно малолетним нередко присущи фантазия преувеличение иллюзии воображение подражание что служит причиной многих ошибок в показаниях Если же возникшее противоречие иным путем устранить не удалось перед следователем встает...
32200. Венецианская штукатурка 41 KB
  Венецианская штукатурка пришла из Древнего Рима, где мрамор был обыденным материалом для возведения зданий и их украшения. После его обработки оставалось достаточно много мраморной крошки и пыли, которую предприимчивые мастера начали использовать в качестве штукатурки
32201. Звук и, и буквы Ии 37.5 KB
  Ставим ручку на верхнюю линеечку рабочей строки, опускаемся по прямой наклонной линии вниз, выполняем поворот на месте, поднимаемся по крючку до середины, пишем «секрет», по «секрету» прямая наклонная линия вниз, поворот на месте, крючок до середины.
32202. Тактика предъявления для опознания живых лиц 24 KB
  Тактика предъявления для опознания живых лиц. изменены на короткое время кримка разработала тактич правила проведения опознания по функц признакам. Делится как бы на 2 этапа: 1 опознаваемый не знает что его предъявляют для опознания опознаваемый и опознающий находятся в разных комнатах 2 После того как он опознан их заводядт в один кабинет и сост протокол. Общие правила предъявления: 1 предъявлению предшествует допрос опознающего лица при чём обращается внимание на два обства – надо выяснить условия в которых опознающий наблюдал...