Расчёт кинематической схемы токарно-винторезного станка 1К62

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Кинематический расчёт привода главного движения

1.1 Разработка кинематической схемы привода, выбор электродвигателя и значений ряда частот вращения шпинделя

1.2 Построение диаграммы частот вращения валов и определение передаточных отношений всех передач привода

1.3 Определение чисел зубьев шестерён

1.4 Определение фактических частот вращения шпинделя и их отклонений от проектных значений

2. Описание конструкции разработанного узла

3. Расчёты деталей и механизмов привода главного движения

3.1 Динамический расчет привода

3.2 Расчет зубчатых колес

3.3 Определение диаметров валов

3.4 Выбор, обоснование и расчёт опор валов и шпинделя

3.5 Расчёт шпинделя на жёсткость

4. Описание системы смазки

Заключение

Список использованной литературы



Введение

Токарный станок -- станок для обрабатывания резанием (точением) заготовок из металлов и других материалов в виде тел вращения. На токарных станках осуществляют следующие токарные работы: обточку и расточку цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, нарезание резьбы, подрезку и отделку торцов, сверление, зенкерование и развертывание отверстий и т. д. Заготовка принимает вращение от шпинделя, резец -- режущий инструмент -- передвигается вместе с салазками суппорта от ходового вала или ходового винта, приобретающих вращение от механизма подачи. В состав токарной группы станков входят станки осуществляющие различные операции точения: обдирку, снятие фасок, растачивание и т. д.

Значительную долю станочного парка представляют станки токарной группы. Она включает, согласно классификации ЭНИМС, девять типов станков, различающихся по предназначению, конструктивной компоновке, степени автоматизации и прочим признакам. Станки предопределены основным образом для обработки наружных и внутренних цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, нарезания резьб и обработки торцовых поверхностей деталей типа тел вращения с помощью разнообразных резцов, свёрел, зенкеров, развёрток, метчиков и плашек. Использование на станках добавочных специальных устройств (для шлифования, фрезерования, сверления радиальных отверстий и прочих видов обработки) существенно расширяет технологические возможности оборудования.

Токарные станки, полуавтоматы и автоматы, в зависимости от местоположения шпинделя, несущего приспособление для установки заготовки отрабатываемой детали, делятся на горизонтальные и вертикальные. Вертикальные предопределены преимущественно для отделки деталей большой массы, значительного диаметра и относительно малой длины. Самым популярным токарным станок в советское время был 16К20.

Целью данной работы является произвести расчёт кинематической схемы токарно-винторезного станка 1К62, а также расчёт рациональных режимов резанья.



1. Кинематический расчёт привода главного движения

1.1 Разработка кинематической схемы привода, выбор электродвигателя и значений ряда частот вращения шпинделя

Показатель геометрического ряда чисел оборотов шпинделя подсчитывается по формуле:

,

где nmax - максимальная частота вращения шпинделя;

nmin - минимальная частота вращения шпинделя;

z - число скоростей.

В нашем случае: z = 16, nmax = 1200, nmin = 40.

Согласно стандарту и рекомендациям [2], принимаем знаменатель прогрессии ряда:

= 1,26

Принимаем ряд частот вращения шпинделя:

;

	Расчетные	Табличные
n1	40,0	40
n2	50,4	50
n3	63,5	63
n4	80,0	80
n5	100,8	100
n6	127,0	125
n7	160,1	160
n8	201,7	200
n9	254,1	250
n10	320,2	315
n11	403,4	400
n12	508,3	500
n13	640,5	630
n14	807,0	800
n15	1016,8	1000
n16	1281,2	1250

Определим структуру коробки скоростей на основе элементарных двухваловых передач с двойными и тройными передвижными блоками в группах. Число ступеней z частот вращения шпинделя при настройке последовательно включающимися групповыми передачами равно произведению чисел передач pk в каждой группе [2]:

,

где - число передач в каждой группе; m - число групп передач.

Промежуточные значения передаточных отношений или чисел оборотов шпинделя могут быть получены путем различных комбинаций передач в группах P1,P2,P3…Pn в зависимости от принятого порядка перемещений групп передач, т.е. от того, какая группа передач принята основной, какая первой умножающей, какая второй умножающей и т.д. Передаточные отношения в коробках скоростей строятся по закону геометрического ряда. Передаточные отношения в каждой группе передач также образуют геометрический ряд, но с показателем цx, где x - у каждой группы передач свой.

Для основной группы передач x = x0 = 1; для первой умножающей x = x1 = P0·P1, т.е. числу ступеней основной группы передач; для второй умножающей x = x2 = P0·P1·P2·…·Pk-1.

На основании изложенного составим для конкретных условий развернутые структурные формулы, отражающие различный порядок переключения групп передач.

Общий вид формулы:

z = P1(x1)·P2(x2)·P3(x3)·…·Pn(xn)

Не все варианты структурных сеток позволяют получить при разработке коробки скоростей компактное конструктивное решение. Это зависит от наибольшего значения показателя ряда, допускаемого той или иной сеткой. Для коробок скоростей установлены рекомендуемые значения передаточных отношений для любой группы передач: imin = , imax = 2.

При выполнении этих условий получаем выражение для цmax

цmax = ,

где xmax - число интервалов по сетке между двумя крайними лучами последней умножающей группы.

Электродвигатель выбирается по заданной мощности из единой цепи электродвигателей А. При этом учитываются условия, в которых будет работать двигатель, а также конструктивные и экономические факторы.

Строим структурную сетку:



Выберем Z=412428 =16

Выбор числа оборотов двигателя существенно зависит верхнего предела оборотов шпинделя и от конструктивных особенностей привода. Исходя из этого по ГОСТу 13859-68 выбираем электродвигатель 2ПН160МУХЛ4 (мощность P = 4,5 кВт частота вращения n1 = 1000 об/мин).

1.2 Построение диаграммы частот вращения валов и определение передаточных отношений всех передач привода

При построении графика чисел оборотов шпинделя наиболее быстроходные валы расположены ближе к электродвигателю, а максимальные передаточные отношения приходятся на валы, расположенные ближе к шпинделю.

Определим передаточное отношение отдельной передачи согласно выражению: где k - число интервалов между горизонталями, перекрёстных лучами, соединяющими отметки частот вращения на соседних валах [6].

-для повышающей передачи k > 0,

-для понижающей k < 0,

-для передачи с

Рис 3. График частот

Таким образом, по графику частот вращения (рисунок 3) определим передаточные отношения с учётом ограничений по предельно допустимым значениям предельных отношений для прямозубых передач [6]: imin ? 1/4; imax ? 2:



По изобретенной на рис.3 диаграмме строим схематический вид коробки скоростей токарно - винторезного станка:

Рис 4.Кинематическая схема

1.3 Определение чисел зубьев шестерён

Числа зубьев не коррегированных колёс, исходя из условия отсутствия подрезания при их изготовлении и из конструктивных соображений, не следует принимать менее

Zmin=(17-)20-22.

Числа зубьев в группе передач, содержащей шестерни одинакового модуля, можно определить различными способами, и в том числе:

- способом наименьшего общего кратного;

- упрощенным способом;

- с помощью логарифмической линейки;

- по специальным таблицам.

Рассчитаем число зубьев каждой в программе Design

Получаем Блок 1

Блок 2



Блок 3

Имеем:

z1=49 z2=62 z3=43 z4=68 z5=37 z6=74

z7=32 z8=79 z9=67 z10=53 z11=40 z12=80

z13=62 z14=31 z15=22 z16=71

где zi - число зубьев на i-ой шестерне.

1.4 Определение фактических частот вращения шпинделя и их отклонений от проектных значений

Составим уравнение кинематического баланса и произведём проверку частот вращения шпинделя, по конкретно принятой частоте вращения электродвигателя:

 

Определим предельно допустимое отклонение скорости от стандартного значения:

Для удобства сравнения, сведем полученные данные в таблицу:

Таблица 1. Отклонения частот вращения валов

Стандартная частота вращения	Действительная частота вращения	Относительное отклонение	Допустимое относительное отклонение
nСТ, об/мин	nШП , об/мин		nдоп, %
40	39,54	-1,16%	±2,6
50	48,80	-2,39%
63	61,72	-2,03%
80	78,14	-2,33%
100	99,96	-0,04%
125	123,39	-1,29%
160	156,05	-2,47%
200	195,03	-2,48%
250	255,19	2,08%
315	315,00	0,00%
400	398,38	-0,40%
500	497,90	-0,42%
630	645,20	2,41%
800	796,42	-0,45%
1000	1007,23	0,72%
1250	1258,85	0,71%



2. Описание конструкции разработанного узла

Коробка скоростей токарно-винторезного станка состоит из четырёх валов.

На первом валу крепится шкив D1, получающий крутящий момент от электродвигателя через клиноременную передачу. С внутренней стороны на первом валу с помощью шлицов крепится два блока-двойки основной группы.

На втором валу расположены четыре зубчатых колеса основной группы, закрепленные призматической шпонкой, а также блок двойка первой множительной группы.

На третьем валу закреплено 2 зубчатых колеса множительной группы, и блок-двойка второй множительной группы.

Все неподвижные колеса закреплены втулками и стопорными кольцами для исключения перемещения колес по валу.



3. Расчёты деталей и механизмов привода главного движения

3.1 Динамический расчет привода

Определим минимальные частоты вращения каждого вала коробки скоростей, при которых развиваются максимальные вращающие моменты:

В соответствии с этим выбираем расчетную цепь.

Расчетная цепь:

Определим мощности на каждом валу коробки скоростей с учётом потерь в каждой кинематической паре:

Максимальные вращающие моменты на валах, определим по формуле

:

,



где Рi - мощность на каждом валу, кВт; ni - частота вращения вала, мин-1.

3.2 Расчет зубчатых колес

Модули зубчатых колёс рассчитываем, исходя из прочности зуба на изгиб и усталости поверхностных слоёв по формулам:

;

,

где: k = kд • kк • kр = 2,4 - коэффициент, учитывающий изменение нагрузки по

сравнению с номинальной от действия различных

факторов,

где: kд ? 2 - коэффициент динамичности нагрузки;

kк ? 1,2 - коэффициент концентрации нагрузки;

kр ? 1 - коэффициент режима.

N - номинальная передаваемая мощность вала с шестерней;

n - минимальная частота вращения шестерни;

z - число зубьев шестерни;

y = (0,1 …0,13) - коэффициент формы зуба;

ш = (6 … 10) - коэффициент ширины;

i - передаточное отношение пары;

удоп - допускаемое напряжение контактной нагрузки;

Rв - допускаемое напряжение изгибной нагрузки.

Первоначально предполагая, что зубчатые колёса изготовлены из стали 40Х (ув = 900 МПа, ут = 750 МПа), со средней твёрдостью шестерни НRCср = 45 (улучшение и закалка ТВЧ), по известным из курса "Детали машин" формулам [2] примем удоп и Rв равными :

Мпа

Мпа

Из полученных модулей выбираем наибольший и округляем его до ближайшего стандартного значения и принимаем для всех пар данной групповой передачи.

Первая ступень (зацепление 32:79, валы I - II):

Принимаем m =2,5

Вторая ступень (зацепление 40:80, валы II - III):

Принимаем m = 4

Третья ступень (зацепление 22:71, валы III - IV):

Принимаем m = 6,5

Определим делительный диаметр зубчатых колёс по формуле [6]:

- зубчатые колёса изготавливаются прямозубыми.

Определим диаметр окружностей вершин и впадин зубьев колёс по формулам [6]:

диаметр вершин зубьев; диаметр впадин зубьев; коэффициент смещения.

Ширина шестерён ступени:

;

Полученные данные сведем в таблицу:

Колеса	Делительный Диаметр dw	Диаметр вершин da	Диаметр впадин df	Ширина венца b	Модуль m
49	122,5	127,5	116,25	27,8	2,5
62	155	160	148,75	27,8
43	107,5	112,5	101,25	27,8
68	170	175	163,75	27,8
37	92,5	97,5	86,25	27,8
74	185	190	178,75	27,8
32	80	85	73,75	27,8
79	197,5	202,5	191,25	27,8
67	268	276	258	48,0	4
53	212	220	202	48,0
40	160	168	150	48,0
80	320	328	310	48,0
62	403	416	386,75	60,5	6,5
31	201,5	214,5	185,25	60,5
22	143	156	126,75	60,5
71	461,5	474,5	445,25	60,5

3.3 Определение диаметров валов

Диаметры валов рассчитываем приближённо по формуле:

,

М = Т - крутящий момент, равный вращающему моменту на валу;

[ф] - допускаемое напряжение на кручение

МПа

Вал I:

мм

Принимаем d = 25 мм

Вал II:

мм

Принимаем d = 35 мм

Вал III:

Принимаем d = 40 мм

Вал IV:

мм

Принимаем d = 70 мм

3.4 Выбор, обоснование и расчёт опор валов и шпинделя

Так как применяются прямозубые зубчатые передачи, выбираем радиальные однорядные шариковые подшипники типа 312 по ГОСТ 8338-57.

Радиальная нагрузка на подшипники:

Найдем радиальные нагрузки на каждый из подшипников:

;

Дальнейший расчет ведем по максимальной силе Fr1.

Эквивалентная динамическая радиальная нагрузка:

;

Где: V - коэффициент учитывающий, что вращается внутреннее кольцо, V=1;

Кб - коэффициент безопасности, Кб=1,5 (табл.7.3(2));

КТ - температурный коэффициент, КТ=1.

Требуемая динамическая грузоподъемность подшипника:

;

Где: L10h - требуемая долговечность, определяемая режимом и продолжительностью работы,

часов;

n - число оборотов вала, n=46об/мин;

p=3 для шариковых подшипников.

Для данного типа подшипников Сp=64,1 кН;

19,7 кН<64,1 кН;

Таким образом, СТр<Ср, подшипниковый узел работоспособен.

3.5 Расчёт шпинделя на жёсткость

Крутящий момент передаваемый валом(max) .

Окружная сила:

Н;

Радиальная сила



; Н;

Вертикальная плоскость

;

;

Найдём реакции опор:

Н;

;

;

Н;



Момент на валу:

Н·м;

Горизонтальная плоскость

;

;

Найдём реакции опор:

Н;

;

;

Н;



Момент на валу:

Н·м;

Максимальный изгибающий момент:

;

Находим реакции опор:

;

Рассчитываем максимальные напряжения при изгибе и кручении уm и фm:

Для вала применим термически обрабатываемую среднеуглеродистую сталь 45.

;

;

где: - момент сопротивления при изгибе;

- момент сопротивления при кручении.

м3;

м3;

Подставляя полученные значения в формулы получим:

Н/м2;

Н/м2.

Проведем проверку вала на прочность по третьей теории прочности:

Подставляем полученные значения в формулу:

;

Па.

Получаем, что , что удовлетворяет условию прочности

кинематический электродвигатель привод передаточный



4. 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.



Заключение

Итогом выполненного курсового проекта стала спроектированная коробка скоростей привода главного движения токарно-винторезного станка модели 1К62.

В курсовом проекте были проработаны все поставленные вопросы и задачи, методом их решения стала проектно-технологическая часть.

В проекте представлена оптимальная версия компоновки всех элементов, входящих в коробку скоростей привода главного движения. Представлены расчетно-графоаналитические методы решения поставленных задач.

В ходе выполнения курсового проекта были получены знания по расчёту коробки скоростей токарно-винторезного станка станка, выбору механизма переключения передач. В процессе проектировки использовались достижения вычислительной техники при проведении ряда расчетов таких как: расчет чисел зубьев групповых зубчатых передач, расчет модуля прямозубой цилиндрической зубчатой передачи, расчет валов на прочность и выносливость и т.д., также были использованы знания по расчёту ремённых и зубчатых передач, валов и подбор подшипников, выбору сорта масла и расчёт системы охлаждения. При выполнении курсового проекта использовались ГОСТы и справочная литература. А также использовался ЭВМ, программы такие, как КОМПАС, Design и Excel.

Основным итогом проектировки курсового проекта стало приобретение конкретных практических навыков проектирования металлорежущих станков, выработка самостоятельных решений ряда задач, получение инженерных навыков, закрепление ранее изученных теоретических знаний и т.д.



Список использованной литературы

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.

Размещено на Allbest.ru

...