Конструирование и расчет металлорежущих станков

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Определение основных технических характеристик станка

1.1 Расчет и обоснование режимов резания

1.2 Определение частот вращения

1.3 Определение сил резания и эффективных мощностей

2. Кинематический расчет

2.1 Структурная формула привода

2.2 Построение структурной сетки

2.3 Кинематическая схема привода

2.4 Построения графика частот вращения

2.5 Определение передаточных отношений и чисел зубьев колес

3. Расчет элементов привода

3.1 Расчет крутящих моментов

3.2 Расчет зубчатых передач

3.3 Расчет валов привода станка

Литература

Введение

Машиностроение является основной частью научно-технического прогресса в различных отраслях народного хозяйства. Непрерывное совершенствование и развитие машиностроения, так как металлообрабатывающие станки вместе с другими видами технологического оборудования обеспечивают изготовление любых новых видов машин.

Совершенствование современных станков должно обеспечивать повышение скоростей рабочих и вспомогательных движений при соответствующем повышении мощности привода главного движения. Исключительное значение приобретает повышение надежности станков за счет насыщения их средствами контроля и измерения, а также введения в станки систем диагностирования.

Современные металлообрабатывающие станки обеспечивают высокую точность и качество поверхности образованных деталей. Ответственные поверхности наиболее важных деталей машин и приборов обрабатывают на станках с погрешностью в долях микрометров, а шероховатость поверхности не превышает сотых долей микрометра.

1. Определение основных технических характеристик станка

Основными техническими характеристиками фрезерного станка являются:

- ширина и длина рабочей поверхности стола BЧL;

- число ступеней частот вращения шпинделя Z;

- предельные Nmin и Nmax, а также промежуточные Пi частоты вращения шпинделя;

- мощность привода главного движения N.

1.1 Расчет и обоснование режимов резания

Определяем предельные расчетные диаметры режущего инструмента для фрезерного станка:

мм

мм

Назначаем предельные глубины резания tmax, tmin :

tmin = 0,5 мм - при черновой обработке латуни [1] стр. 201 табл. 35.

Tmax = 3,0 мм - при чистовой обработке стали [1] стр. 284 табл. 35.

Назначаем предельные значения подач Szmax, Szmax :

Smax = 0,38 мм - при черновой обработке легкообрабатываемых материалов [1] стр.284.

Smin = 0,09 мм - при чистовой обработке труднообрабатываемых материалов [1] стр. 284.

Предельные скорости резания



где Т = 180; CV = 332; X =0.1; Y = 0.4; U = 0.2; P=0; m=0,2; q=0,2

мм; B=50; z=8 при точении мягких сталей

где Т = 180; q=0,2; CV = 108; X = 0,06; Y = 0,3; m = 0,32; U=0,2; p=0

мм; B=50; z=18 при точении чугуна

1.2 Определение частот вращения

Максимальная частота вращения шпинделя;

Принимаем стандартное значение мин^-1.

Минимальная частота вращения шпинделя;

 ;

Принимаем мин^-1;

Диапазон регулирования коробки скоростей;

Знаменатель геометрического ряда частот вращения:

где z- число ступеней частот вравчения z = 18

Принимаем стандартное значение: ц=1,26.

Промежуточные частоты вращения:

мин-1.

мин^-1

мин^-1

мин^-1

мин^-1

мин^-1

мин^-1

мин^-1

мин^-1

мин^-1

мин^-1

мин^-1

мин^-1

мин^-1

мин^-1

мин^-1

мин^-1

мин^-1

1.3 Определение сил резания и эффективных мощностей

Определяем максимальную окружную силу резания Pz

[1] стр. 298

Cp = 825; t = 3,0 мм; x = 1; y=0,75; u=1,1; w=0,2; z=8;q=1,3

Кmр = (дb/750)n = (750/750)n = 1 0,9 =1

H

Определяем эффективную мощность резания Nэх .

Nэх = (Pz * х)/(6 * 104) = (3300 * 182)/(6 * 104) = 7,9 кВт.

Определение мощности привода главного движения:

Nnх = Nэх/(1,25 * ?х) = 7,9/(0.85 * 1.25) = 7,5 кВт.

Мощность Nns требуемая на подачу:

Nns = (0,15 ч 0,2) * Nnх = 0,2 * 7,5 = 1,5 кВт.

N = Nnх + Nns = 7,5 + 1,5= 9 кВт; n = 1460 мин^-1

Выбираем электродвигатель: АИР 132S4

2. Кинематический расчет

2.1 Структурная формула привода

Составляем две структурные формулы:

1. z = 18= 3(1)Ч3(3)Ч2(9);

Для каждой построим структурные сетки и выберем оптимальный вариант;

2. z = 18 =3(6)Ч3(2)Ч2(1);

2.2 Построение структурной сетки

Составляем две структурные формулы:

3. z = 18= 3(1)Ч3(3)Ч2(9);

Для каждой построим структурные сетки и выберем оптимальный вариант;

4. z = 18 =3(6)Ч3(2)Ч2(1);

Вариант 1

Вариант 2

Выбираем оптимальный вариант№1

2.3 Кинематическая схема привода

По заданному числу частот вращения шпинделя z определяем структуру привода, при этом учитываем, что число передач в группе Р<=4.

При выполнении кинематической схемы необходимо пользоваться условными обозначениями по ГОСТ 2.770-68.

2.4 Построение графика частот вращения

Согласно выбранного оптимального варианта структурной сетки производим построение графика частот вращения шпинделя.

Заранее рассчитываем максимальные наклоны лучей при ц =1,26;

вверх на 3 интервала

вниз на 6 интервалов



2.5 Определение передаточных отношений и чисел зубьев колес

i1 =1/ц3=27/53; i6 =1/ц2=27/37;

i2 =1/ц2=22/32; i7 = ц4=82/38;

i3 =1/ц3=19/35; i8 = 1/ц6=19/69:

i4 = 1/ц4 =16/38;

i5 =ц2= 38/26; i2=z3/z9; i3=z2/z6; i4=z4/z10;

z3+z9=z2+z6=z4+z10=?z=54;

i5=z10/z13; i6=z7/z11;

z13+z10=z11+z7=?z=64;

i7=z14/z16; i8=z15/z17.

3. Расчет элементов привода

3.1 Расчет крутящих моментов

Определяем расчетную частоту вращения шпинделя:

Nр = Nmin 4vRn = 31,5 4v50,8 = 84 мин^-1.

Принимаем Nр = 80 мин^-1.

Составляем расчетную цепь:

N = 1460Ч27/53 Ч19/35Ч27/37Ч19/69 = 80 мин^-1.

Крутящий момент на валу электродвигателя:

Тэ=9,55Ч103ЧNэ/nэ = 9,55Ч103Ч17/1460 = 111Нм;

Крутящий момент на валу II:

ТкрII = 9,55Ч103Ч17/630 = 257 Нм;

Крутящий момент на валу III:

ТкрIII = 9,55Ч103Ч17Ч 0,992/250 = 636Нм;

Крутящий момент на валу IV:

ТкрIV = 9,55Ч103Ч0,993/100 = 1020Нм;

Крутящий момент на валу V:

ТкрV = 9,55Ч103Ч0,993/80 = 1260Нм;

3.2 Расчет зубчатых передач

станок металлорежущий кинематический привод

Выбор материала и термообработки зубчатых колес.

Выбираем для изготовления колес и шестерен материал сталь 40Х со следующими механическими характеристиками:

а) термообработка - улучшение;

б) НВк = 230…260; двк = 800 Н/ммІ; дтк = 590 Н/ммІ.

НВш = 260…280; двш = 950 Н/ммІ; дтш = 700 Н/ммІ.

Расчет ведем для зубчатой пары:

i7 =z15/z16 = 82/38 =2,15.

Определение допускаемых напряжений.

Определяем базовые пределы контактной выносливости:

днlimbk = 2HB+70 = 2Ч260 + 70 = 590 H/ммІ.

днlimbk = 2HB+70 = 2Ч280 + 70 = 630 H/м.

Определяем допускаемые контактные напряжения:

днр = днlimbk/SнЧКнL;

Sн = 1,1; КнL = 6vNно/N??1; КнL =1,2.

днрк = 590/1,1Ч1,2 = 643 Н/ммІ;

днрш = 630/1,1Ч1,2 = 687 Н/ммІ;

Определяем контактные напряжения изгиба:

дFр = днlimbk/SFЧКFCЧ КFL;

дFlimbk = 1,8HB = 1,8Ч260 = 468 Н/ммІ;

дFlimbш = 1,8HB = 1,8Ч280 = 504 Н/ммІ;

дFрк = 468/1,75Ч1Ч0,75 = 200 Н/ммІ;

дFрш = 504/1,75Ч1Ч0,75 = 216 Н/ммІ

Проектировочный расчет.

Определяем ориентировочное значение диаметра начальной окружности для шестерни z = 82; i > 1.

dw=kd3vТнЧКнв(u+1)/UЧШвdЧднр2=770Ч3v1020Ч1,3(2,15+1)/2,15Ч0,4ЧЧ6872 =360мм.

Определяем модуль:

m = dw/z =360/82 = 4,4мм.

Определяем модуль из расчета на выносливость:

m = Кm3vTFЧKFBЧYF/z2ЧШbdЧдFP = 133v1235Ч1,4Ч3,9/822Ч0,4Ч216 = 3мм.

Проверочный расчет

Определяем расчетное контактное напряжение:

дн = zнЧzmЧzЕvWkt(u+1)/dwЧu;

zн, zm, zЕ -коэффициенты, учитывающие форму сопряженных поверхностей, механические свойства сопряженных колес и суммарную длину контактной линии.

zн = 1.3; zm = 254; zЕ = 1 [4] стр. 83.

дн = 1,3Ч254Ч13v 856(2,15+1)/165Ч2,15 = 649Н/ммІ.

Проверка: дн? днр 649< 687 Н/ммІ.

Определяем расчетное напряжение изгиба зубьев:

дF = YF Ч YE Ч Yв Ч WFt/m;

YF = 3,63; YE = 1; Yв = 1; WFt = Wкt = 856.

дF = 3,63Ч1Ч1Ч856/3 = 208 Н/ммІ.

Проверка: дF ? дFр; 208 < 216.

3.3 Расчет валов привода станка

Проектировочный расчет валов.

Диаметр выходного конца вала или диаметр промежуточного вала под шестерней.

d = 102 3vT/200[ik], мм [1] стр.38.

[ik] = 20 ч 25 м/ммІ.

d = 102Ч 3v 111/200Ч20 = 30,2 мм. Принимаем d = 32 мм.

d = 102Ч 3v 257/200Ч20 =45,5 мм. Принимаем d = 48 мм.

d = 102Ч 3v 636/200Ч20 =61 мм. Принимаем d = 64 мм.

d = 102Ч 3v 1020/200Ч20 =67 мм. Принимаем d = 68 мм.

Проверочный расчет на статическую прочность.

Расчет производим для IV вала по расчетной цепи:

пр = 1440ЧinЧi2Чi5Чi8 = 1460Ч27/53Ч19/35Ч27/37Ч19/69 = 80 мин-1.

С III вала на IV осуществляется передача z7/z11

С IV вала на V осуществляется передача z15/z17

Окружные силы:

Ft7,11 = 2T/dwz11 = 2Ч1020/120 = 17кН.

Ft15,17 = 2T/dwz17 = 2Ч1020/144 = 14,1кН.

Радиальные силы:

Fr7,11 = Ft7,11 Ч tgб = Ft7,11 Ч tg200 = 17Ч 0,364 = 6,19 кН.

Fr15,17 = Ft15,17Ч tg200 = 14,1Ч 0,364 = 5,13 кН.

Находим реакции в опорах:

Плоскость xz

УM1 = 0; Fr7,11Чl1- Ft15,17Ч(l1+l2)+Rx2Чl = 0

Rx2 = -Fr7,11Чl1- Ft15,17Ч(l1+l2)/l = -6,19Ч100+14,1(100+160)/419 = 7,27кН.

УM2 = 0; Ft15,17Чl3- Fr7,11Ч(l2+l3)-Rx1Чl = 0

Rx1 = Ft15,17Чl3- Fr7,11Ч(l2+l3)/l = 14,1Ч159-6,19(160+159)/419 = 0,64кН.

Плоскость yz

УM1 = 0; Ft7,11Чl1- Fr15,17Ч(l1+l2)+Ry2Чl = 0

Ry2 = -Ft7,11Чl1+ Fr15,17Ч(l1+l2)/l = -17Ч100+5,13(100+160)/419 = -0,87кН.

УM2 = 0; Fr15,17Чl3- Ft7,11Ч(l2+l3)+Rx1Чl = 0

Ry1 = -Fr15,17Чl3- Ft7,11Ч(l2+l3)/l = -5,13Ч159+17(160+159)/419 = 10,1кН.

Изгибающие моменты:

Плоскость xz

M3y = -Rx1Чl = -0,64Ч100 = -64Hм; M4y = Rx2Чl3 = 7,27Ч159 = 1155Нм.

Плоскость yz:

M3x = Ry1Чl1 = 10,1Ч100 = 1100Нм; M4x = Ry2Чl3 = -0,87Ч159 = -138Нм

Эквивалентный момент для сечения с большим изгибающим моментом:

Мэ = vМ 4х 2+М 4у 2+0,75ЧТ 42вала = v(-138)2+11552+0,75Ч10202 = 1460Нм;

Диаметр вала в рассчитанном сечении:

d = 1003v Мэ/100[дu] = 1003v1460/100Ч687 = 28мм.

Расчет на усталостную прочность

Материал вала - сталь 40Х.

Термообработка - улучшение.

Предел прочности: дВ = 780МПа.

Предел выносливости при симметричном цикле изгиба кручения касательных напряжений:

Ф-1 = 0,58Ч335 = 194,3МПа [5] стр.100

Кд = 1; Кф = 1; ед = 0.76; еф = 0,65; в = 0,95; дх = дu; дм = 0; шд =0,2; шф = 0,1.

Предел выносливости при симметричном цикле изгиба:

д-1 = 0,43ЧдВ = 0,43Ч780 = 335МПа [5] стр.95.

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:

Nд = д-1/ Кд/ едвЧ дхЧ шдЧдм = 335/1/0,65Ч0,95 = 268

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:

Nф = ф-1/Kф/ ефвЧфх+ш2ЧдМ = 194,3/1/0,65Ч0,95Ч1,87 = 67,2

Запас сопротивления усталости:

N = Nд + Nф /vNд2 + Nф2 = 268+67,2/v2682+64,22 = 6,31

N = 6,31 >[N] = 2,5ч3,0.

Расчет вала на жесткость

Прогибы и узлы поворота в вертикальной плоскости.

Момент инерции

I = рd4/64 = 3,14Ч284/64 = 3Ч104мм.

Учитывая, что прогиб в местах посадки подшипников равен нулю (f = 0),можно записать:

ЕIf2- EIf1+ EIи1l-Ry1Чl3/6- Ft7,11Ч(l2+l3)2/2+ Fr15,17Чl3/6 = 0

и1= Ry1Чl3/6- Ft7,11Ч(l1+l3)2/6+ Fr15,17Чl33/6/EIl = 0,037

Угол поворота в месте посадки подшипников:

и2= EIи1l-Ry1Чl12/2- Ft7,11Ч(l2+l3)2/2+ Fr15,17Чl32/6? EIl = 0,022

Угол поворота в месте посадки зубчатых колес:

и3=EIи1l-Ry1Чl12/2?EI=2,2Ч105Ч3Ч104Ч37Ч10-3-10100Ч1002?2?2,1 Ч105Ч3Ч104 = 0,03<0,1

и2=EIи1l-Ry1Ч(l1+l2)2/2-Ft7,11Чl22/2?EI= 220,7Ч106-10100(100+160)2?2-17000Ч1602?2?2,1Ч105Ч3Ч104 = 0,031<0,1

Прогиб в точках 3 и 4;

ЕIf3 = EIf1 + EIи1l1-Ry1Чl13/6

f3=EIи1l1-Ry1Чl13/6/EI=6,3Ч109Ч35Ч10-3Ч100-10100Ч1003/6/6,3 Ч109=0,32<0,4

ЕIf4 = EIи1(l1+l2)- Ky1(l1+l2)3/6- Ft7,11Ч l23/6

f3 = EIи1(l1+l2)- Ky1(l1+l2)3/6- Ft7,11Ч l23/6/ EI= 0,3<0,4.

Литература

1. "Справочник технолога-машиностроителя" - под редакцией А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова. М.: Машиностроение - 1985.

2. Н.Н. Чернов "Металлорежущие станки" М.: Машиностроение - 1988.

3. В.Э. Пуш "Металлорежущие станки" М.: Машиностроение - 1986.

4. А.И. Кочергин "Конструирование и расчет металлорежущих станков и станочных комплексов" Мн.: Вышейшая школа, 1991.

5. "Проектирование металлорежущих станков и станочных систем" - под редакцией А.С. Проникова. М.: Машиностроение - 1995.

6. С.А. Чернавский "Курсовое проектирование деталей машин" М.: Машиностроение

7. В.Н. Глубокий "Металлорежущие станки и промышленные роботы" Мн.: Вышейшая школа, 1984.

Размещено на Allbest.ru

...