8422

Проектирование привода главного движения токарно-винторезного станка

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Проектирование привода главного движения токарно-винторезного станка Оглавление Оглавление Выбор прототипа станка. Кинематический расчет привода. Построение структурной сетки и графика частот вращения. Расчет чисел зубьев в групповых передачах...

Русский

2013-02-11

268.5 KB

106 чел.

Проектирование привода главного движения токарно-винторезного станка

Оглавление

Оглавление

Выбор прототипа станка. 4

Кинематический расчет привода. 5

Построение структурной сетки и графика частот вращения. 6

Расчет чисел зубьев в групповых передачах. 7

Кинематическая схема привода главного движения. 8

Проверка кинематического расчета 9

Уравнения кинематического баланса для всех ступеней скорости: 9

Динамический расчет привода. 11

Расчет зубчатых колес на прочность. 11

Размеры зубчатых колес. 14

Определение диаметров валов. 15

Определение реакций опор и построение эпюр изгибающих и крутящих моментов предшпиндельного вала. 16

Расчет шпоночных соединений. 19

Расчет предшпиндельного вала на прочность. 21

Расчет подшипников предшпиндельного вала 23

Описание системы смазки. 26

Список использованных источников. 27


Выбор прототипа станка.

 

Значение параметров

Частота вращения шпинделя

(мин-1)

Диапазон регулирования

R

Знаменатель ряда

φ

Мощность двигателя

(кВт)

Число скоростей

Z

nнаиб

nнаим

Расчетное

2500

16

Рекомендуемое литературой

1600-3000

-

20-100

1,26

4,5 - 7

12-36

Существующих моделей станков

16К20

1600

1,26

11

22

Принятое

2500

80

32

1,26

4

16


Кинематический расчет привода.

Определяем мощность резания

, где

                                                                                              (1, стр. 100)

Принимаем двигатель АИР 100 L4

Определение знаменателя ряда.

где Z – число скоростей;

R – диапазон регулирования

Расчетную величину знаменателя округляем до стандартного значения (2, стр. 9). По стандартному знаменателю ряда принимаем частоты вращения (3, стр.1): 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500.

Определяем диапазон регулирования

 Определяем диапазон регулирования чисел оборотов шпинделя по формуле.

где nmax , nmin - соответственно максимальное и минимальное числа оборотов шпинделя.


Построение структурной сетки и графика частот вращения.

Структурная сетка

Z=1х4х2х2=16  

График частот вращения

Наибольшее число клеток, которое может пересекать один луч:

          -для понижающих передач:

          -для повышающих передач:


Расчет чисел зубьев в групповых передачах.

1)  i0 = d1/d2 = 1600/1410 = 1,15 = 90/78

2)  i11 = z3/z4 = φ-3 = a1/b1= 1/2;      c1 = a1 + b1 =1+2=3

i12 = z5/z6 = φ-2 = a2/b2= 7/11;    c2 = a2 + b2 =7+11=18

i13 = z7/z8  = φ-1 = a3/b3= 4/5;      c3 = a3 + b3 =4+5=9

i14 = z9/z10 = φ0 = a4/b4= 1;         c4 = a4 + b4 =1+1=2

НОК для  c1, c2, c3, c4: А=18

,      где

Sz – сумма чисел зубьев для данной передачи.

А – наименьшее общее кратное для с1, с2, с3, c4.

m – простой множитель.

   

         

         

         

3) i21 = z12/z13 = φ-4 = a5/b5=  2/5;    c5 = a5 + b5 =2+5=7

   i22 = z10/z11 = φ0 = a6/b6= 1;         c6 = a6 + b6 =1+1=2

НОК для  c5, c6: А=14

   

         

4) i31 = z16/z17 = φ-6 = a7/b7= 1/4;     c7 = a7 + b7 =1+4=5

   i32 = z14/z15 = φ2 = a8/b8= 11/7;    c8 = a8 + b8 =11+7=18

НОК для  c7, c8: А=90

    

         

Кинематическая схема привода главного движения.


Проверка кинематического расчета

Уравнения кинематического баланса для всех ступеней скорости:

 

Определим предельно допустимое отклонение скорости от стандартного значения:

Для удобства сравнения, сведем полученные данные в таблицу

Стандартная частота вращения

Действительная частота вращения

Относительное отклонение

Допустимое относительное отклонение

nСТ, об/мин

nШП , об/мин

nдоп, %

80

81,3

1,59

±2,6

100

101,5

1,47

125

127,2

1,72

160

162,5

1,53

200

203,3

1,62

250

254,8

1,88

315

320,2

1,62

400

406,5

1,59

500

508,2

1,61

630

640,1

1,57

800

815,1

1,85

1000

1020,6

2,01

1250

1275,2

1,97

1600

1626,9

1,65

2000

2044,1

2,15

2500

2556,5

2,21


Динамический расчет привода.

 Выбор расчетной кинематической цепи.

В качестве расчетной частоты вращения выбираем частоту вращения шпинделя, соответствующую верхней ступени нижней трети ряда скоростей шпинделя. Так как количество скоростей равно 16 то расчетной частоте соответствует n5=200 об/ мин

Расчетная цепь:      

Расчет зубчатых колес на прочность.

Расчет зубьев на прочность производится по напряжениям изгиба и по контактным напряжениям.

Для изготовления колес и блоков коробки применим материал – Сталь45 с характеристиками: []И=26 кг/мм2; []Н=100 кг/мм2;

Для стальных прямозубых цилиндрических колес величина модуля рассчитывается по формулам:

, мм;

, мм        где

[σ]и; [σ]к – допускаемые напряжения на изгиб и контактную прочность, кг/мм2 (3, стр. 3, табл.4);

Ni = Ni-1· η – номинальная передаваемая мощность, кВт;

η – КПД передачи от двигателя до рассчитываемой шестерни;

n – расчетная частота вращения шестерни, 1/мин;

yF – коэффициент прочности зуба по местным напряжениям;

z – число зубьев шестерни (малого колеса);

u – передаточное число (u ≥ 1);

ψm, ψd – коэффициенты ширины зуба;

К – коэффициент нагрузки, учитывающий изменение нагрузки от действия различных факторов по сравнению с номинальной.

1) Блок Б1 (18/36)

 

   

Принимаем стандартный модуль m = 2,5мм.

2) Блок Б2 (28/28)

Принимаем стандартный модуль m = 2,5 мм.

3) Блок Б3 (18/72)

Принимаем стандартный модуль m = 3 мм.


Размеры зубчатых колес.

Колеса

Делительный

Диаметр

d

Диаметр вершин

da

Диаметр впадин

df

Ширина венца

b

Межосевое расстояние А

18

45

50

38,75

25

67,5

36

90

95

83,75

25

21

52,5

57,5

46,25

25

33

82,5

87,5

76,25

25

24

60

65

53,75

25

30

75

80

68,75

25

28

70

75

63,75

25

70

28

70

75

63,75

25

28

70

75

63,75

25

18

45

50

38,75

25

40

100

105

93,75

25

55

165

171

157,5

24

135

35

105

111

97,5

24

18

54

60

46,5

24

72

216

222

208,5

24


Определение диаметров валов.

Первоначально диаметры валов рассчитывают без учета изгибающих моментов из условия прочности на кручение:

    =>    dпI = 25 мм;
  =>    dпII = 30 мм;
  =>    dпIII = 30 мм;
  =>    dпIV = 45 мм.


Определение реакций опор и построение эпюр изгибающих и крутящих моментов предшпиндельного вала.

Определение реакций опор.

Крутящий момент:

 

Силы в зацеплении:

        А) Цилиндрическая передача

 

 

         Б) Цилиндрическая передача

Вертикальная плоскость

Проверка:  -RAx + Frц1 + Frц2 - RBx =-921,7+1244+753,9-1076,2=0


Горизонтальная плоскость

Проверка:   -RAy+Ftц1-RBy +Ftц2 =-2532,5+3418+2071,5-2958=0

Построение эпюр моментов

Строим эпюры изгибающих моментов относительно оси Х:

    

 

 

Строим эпюры изгибающих моментов относительно оси Y:

    

 

    

Строим эпюры крутящих моментов

.

Определяем суммарные радиальные реакции в опорах.

Определяем суммарный изгибающий момент.


Расчет шпоночных соединений.

Призматические шпонки проверяют на смятие.

 окружная сила, которая действует на шпонку;

Асм – площадь смятия;

[σ]см – допускаемое напряжение смятия:    

  1.  Шпонка 10´8´45 (ГОСТ 23360-78)

d=35мм.                 

t1=6мм  

t2=3мм                               

            

Условие прочности выполняется

  1.  Шпонка 10´8´100 (ГОСТ 23360-78)

d=45мм.                 

t1=5,5мм  

t2=3,8мм                               

            

Условие прочности выполняется

Условие прочности выполняется

  1.  Шпонка 14´9´90 (ГОСТ 23360-78)

d=48мм.                 

t1=5,5мм  

t2=3,8мм                               

            

Условие прочности выполняется


Расчет предшпиндельного вала на прочность.

Расчет вала на сопротивление усталости.

где [S] – допустимый запас прочности,    [S] = 1,2…2,5

Опасным сечением является сечение В.

Амплитуды напряжений и среднее напряжение цикла:

Вал выполнен из стали Ст45, твердость вала ≥ 240 НВ                     

Механические характеристики:

    (4, с.185)

Концентратором напряжения является шпонка.

Коэффициент влияния абсолютных размеров Кdτ = 0,81

                                                                              К = 0,81

Эффективный коэффициент концентрации напряжений Кσ = 1,55

                                                                                               Кτ = 1,7

Коэффициенты влияния качества поверхности КFτ = 0,935

                                                                               К = 0,89

Коэффициент влияния поверхностного упрочнения КV = 1,7

Коэффициенты снижения предела выносливости:

Приделы выносливости гладких образцов при симметричном цикле изгиба и кручения:

Коэффициент чувствительности к асимметрии цикла напряжений:

Коэффициенты запаса по нормальным и касательным напряжениям:

Условие прочности выполняется

Расчет вала на статическую прочность.

,

где [S]T  - допустимый запас прочности,     [S]T = 1,3…1,5

Условие прочности выполняется

Расчет подшипников предшпиндельного вала

Проверка подшипников заключается в определении долговечности подшипников Lh при обеспечении требуемой грузоподъемности С, и сравнении её с требуемой долговечностью для обеспечения данного типа оборудования Lh треб. То есть, работоспособные подшипники должны удовлетворять условию:

Где m – показатель степени,  - для шариковых радиальных подшипников   

                                                 - для роликовых подшипников

       - коэффициент надежности,                                                      (4, стр. 83)         

      - коэффициент, учитывающий влияние качества подшипника и качество его эксплуатации,                                                                                     

     n - частота вращения внутреннего кольца подшипника тихоходного вала,                                        

      - базовая динамическая грузоподъемность подшипника

     - требуемая долговечность,                                                

эквивалентная динамическая нагрузка.   

  при   

  при  

Схема установки подшипников:

Рассчитаем опору А:

Подшипник 206 ГОСТ 8338-75

Осевая нагрузка подшипника:      

Радиальная нагрузка подшипника:     

Статическая грузоподъемность:                                                   

Коэффициент безопасности:                                                              

Температурный коэффициент:                                                               

Коэффициент вращения:                                                                           

 

Назначенный подшипник годен.

Рассчитаем опору В:

Подшипник 206 ГОСТ 8338-75

Осевая нагрузка подшипника:      

Радиальная нагрузка подшипника:     

Статическая грузоподъемность:                                                   

Коэффициент безопасности:                                                              

Температурный коэффициент:                                                               

Коэффициент вращения:                                                                           

 

Назначенный подшипник годен.


Описание системы смазки.

Для подшипников в шпиндельном узле используем циркуляционный способ смазки. Смазка подается через специальные каналы в корпусе. На зубчатые колеса смазка так же подается принудительно. Отвод осуществляется через специальные отверстия в корпусе у нижней опоры шпинделя. Подшипники и зубчатые колеса в коробке скоростей смазываются разбрызгиванием и масляным туманом. Вязкость смазки 12-23 сст при 50С. Данной вязкостью обладает масло   И-20А.


Список использованных источников.

  1.  Г.А. Тарзиманов. Проектирование металлорежущих станков. -М.:Машиностроение.1972.
  2.  А.И. Лурье, В.К. Зальцберг. Металлорежущие станки. Учебное пособие. Пермь. :ППИ,1977.
  3.  А.И. Лурье В.К. Зальцберг. Приложение к учебному пособию “Металлорежущие станки” Пермь. :ППИ,1978.
  4.  П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов. Конструирование узлов и деталей машин. – М.: Высшая школа, 1998.
  5.  В.И. Анурьев. Справочник конструктора-машиностроителя.Т.1 – М.: Машиностроение, 1992.
  6.  В.И. Анурьев. Справочник конструктора-машиностроителя.Т.2 – М.: Машиностроение, 1992.
  7.  В.И. Анурьев. Справочник конструктора-машиностроителя.Т.3 – М.: Машиностроение, 1992.
  8.  А.М. Кучер, М.М. Киватицкий, АА Покровский. Металлорежущие станки. (Альбом общих видов, кинематических схем и узлов) М.: Машиностроение,1965.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

12095. Определение скорости полета пули методом баллистического маятника 62 KB
  Лабораторная работа №118. Определение скорости полета пули методом баллистического маятника. Краткая теория Баллистическим маятником называется массивное тело подвешенное на двух длинных параллельных нитях. При попадании пули в такой маятник нити обеспечиваю...
12096. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ МОСТОМ ПОСТОЯННОГО ТОКА 32.5 KB
  Лабораторная работа № 4.24к Измерение сопротивления мостом постоянного тока Цель работы: ознакомиться с методом моста постоянного тока измерить сопротивление резисторов этим методом. Работа выполняется на ЭВМ. Краткие теоретические сведения Одним из распрос
12097. Магнитное поле на оси короткого соленоида 49 KB
  Лабораторная работа № 5.28к Магнитное поле на оси короткого соленоида Цель работы: ознакомиться с баллистическим методом измерения магнитной индукции магнитного поля соленоида. Работа выполняется на ЭВМ. Краткие теоретические сведения Баллистический мето
12098. Снятие основной кривой намагничения 63 KB
  Лабораторная работа 530k Снятие основной кривой намагничения Цель работы: познакомиться с баллистическим методом измерения индукции магнитного поля; снять основную кривую намагничения ферромагнитного материала. Работа выполняется на ЭВМ. КРАТКАЯ ТЕОРИЯ ...
12099. Исследование работы однополупериодного выпрямителя при активной и ёмкостной нагрузках 940 KB
  ЛАБРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 Исследование работы однополупериодного выпрямителя при активной и ёмкостной нагрузках Цель исследования. Исследовать работу ОПВ на активный характер нагрузки. Исследовать работу ОПВ на ёмкостный характер нагрузки. Выполнит
12100. Исследование полупроводниковых диодов (выпрямительных и светодиодов) 352 KB
  ЛАБРАТОРНАЯ РАБОТА№ 1 Исследование полупроводниковых диодов выпрямительных и светодиодов а б Рис.1.1. Графическое представление выпрямительного диода а и светодиода б в схемах электрических принц
12101. Исследование работы опорного диода (кремниевого стабилитрона) 220.5 KB
  Лабораторная работа № 2 Исследование работы опорного диода кремниевого стабилитрона Рис.2.1. Графическое представление опорного диода в схемах электрических принципиальных На рис.2.2 показана схема которая наглядно показывает те источники питания элемен
12102. Исследование работы мостового двухполупериодного выпрямителя (ДПВ) при активной и ёмкостной нагрузках (схема Греца) 529 KB
  Лабораторная работа № 4 Исследование работы мостового двухполупериодного выпрямителя ДПВ при активной и ёмкостной нагрузках схема Греца Цель исследования. Исследовать работу ДПВ на активный характер нагрузки. Исследовать работу ДПВ на ёмкостный хар
12103. Исследование ВАХ выпрямительного диода 119 KB
  Отчёт по лабораторной работе № 1 Цель исследования. Исследовать ВАХ выпрямительного диода. Исследовать ВАХ светодиода. Определить статические параметры исследуемых выпрямительных диодов по ВАХ полученных в процессе эксперимента. Выполнение лабо...