Разработка коробки скоростей токарно-револьверного станка

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗАДАНИЕ

Спроектировать коробку скоростей на базе токарно-револьверного станка по следующим исходным данным:

- максимальный диаметр обрабатываемой заготовки(прутка): d = 25 мм;

- число ступеней регулирования Z = 14;

- частота вращения шпиндельного вала nmin = 43 об/мин.;

- знаменатель ряда частот вращения ? = 1,41;

- обрабатываемый материал 40Х13.

ВВЕДЕНИЕ

Приводы металлорежущих станков предназначены для осуществления рабочих, вспомогательных и установочных перемещений инструментов и заготовки. Их делят на приводы главного движения -- коробки скоростей и приводы координатных и вспомогательных перемещений -- коробки подач. К каждому виду привода, с учетом служебного назначения станка, предъявляют свои специфические требования по передаче силы, обеспечению постоянства скорости, ее изменения и настройки, точности перемещения и погрешности позиционирования узла, быстродействию, надежности, стоимости, габаритным размерам.

Целью данного курсового проекта является разработка коробки скоростей токарно-револьверного станка, имеющего свои специфические особенности, которые оказывают непосредственное влияние при проектировании коробки.

1. Кинематический расчет станка

подшипник шпиндельный зубчатый вал

1.1 Определение скоростей резания

Рассчитаем скорость резания для различных работ, выполняемых на токарно-револьверном станке, при черновой и чистовой обработке стали 40Х13 (?в=610 МПа). Для расчета используем эмпирическую формулу:

1). Точение наружное:

[3; стр.265]

;

;

2). Отрезка:

[3; стр.268]

;

3). Сверление:

[3; стр.276]

;



4). Зенкерование:

[3; стр.276]

;

;

5). Нарезание резьбы:

[3; стр.297]

;

Полученные данные заносим в таблицу 1.

Исходя из полученных данных, Vmax = 344 м/мин; Vmin = 6 м/мин.

Таблица 1.Скорость резания при различных способах обработки

№ п/п	Виды работ	Инструм. материал	Сталь 40Х13
			Vmin, м/мин	Vmax, м/мин
1	Точение наружное	Т15К6	--	344
		Т5К10	84	--
		ВК6	--	--
2	Отрезка	Т5К10	6	--
		ВК6	--	--
3	Сверление	Р6М5	22	--
		ВК8	--	--
4	Зенкерова-ние	Р6М5	--	48
		ВК8	--	--
5	Нарезание резьбы	Р6М5	--	13

1.2 Расчет диапазона регулирования и числа ступеней передач

Максимальная частота вращения шпинделя:

Принимаем ;

Минимальная частота вращения шпинделя:

Определяем диапазон регулирования частот:

Определяем число ступеней коробки скоростей:

Принимаем Z = 14.

1.3 Выбор структурной формулы коробки скоростей

По числу ступеней коробки скоростей Z =14 и знаменателю геометрической прогрессии ? = 1,41 выбираем структурную формулу:

Затем определяем вид кинематической схемы привода -- вид АI-2 (рис. 1) [1, стр.26, рис. 5.3].

КШ = 18 - количество зубчатых колес в коробке скоростей;

КВ = 5 - количество валов коробки скоростей;

КБ = 4 - количество блоков-шестерен;

Zкц = 2 - количество ступеней скорости, передаваемых по короткой кинематической цепи;

Рис. 1. Типовая кинематическая схема привода

1.4 Разработка и построение структурной сетки и графика частот вращения

В соответствии со знаменателем прогрессии ?=1,41 выбираем стандартный ряд частот вращения шпинделя: 40; 56; 80; 100; 140; 200; 280; 400; 560; 800; 1000; 1400; 2000, 2800.

На основании полученных данных строим структурную сетку и график частот вращения коробки скоростей.



Рис. 2. Структурная сетка

Рис.3. График частот вращения

С помощью графика частот вращения находим передаточные отношения:

1.5 Выбор числа зубьев зубчатых колес

По полученным передаточным отношениям определяем числа зубьев зубчатых колес [2; стр. 98; табл. 4.2]. Выбранные значения сводим в табл. 2.

Таблица 2.Числа зубьев зубчатых колес

Направление передачи (валы)	I - II	II - III	II - IV	IV-V	V- III
Передаточные Отношения
Числа зубьев
Z?	60	96	90	90	96

2. Разработка кинематической схемы коробки скоростей

На основании рассчитанных и выбранных данных строим кинематическую схему коробки скоростей (рис. 4). При этом принимаем расстояния между торцами зубчатых колес и стенкой корпуса 10 мм, между торцем колеса и зубчатого блока 8 мм, ширина канавки на зубчатых блоках для выхода долбяка - 7 мм.

Рис. 4 Кинематическая схема коробки скоростей

3. Силовой расчет станка

3.1 Расчет мощности электродвигателя и крутящих моментов на валах коробки скоростей

Рассчитываем силовые характеристики при частоте вращения

Вал III:

Эффективная мощность резания:

(кВТ);

где Pz - составляющая силы резания при черновом продольном точении:

где Cpz = 300, х = 1,0, у = 0,75, n = -0.15, kp = kMP k?p k?p k?p krp

[3; стр.271]

- скорость резания;

Крутящий момент на III-м валу:

(Нм);

Вал V:

(кВт);

(Нм);

Вал IV:

(кВт);

(Нм);

Вал II:

(кВт);

(Нм);

Вал I:

(кВт);

(Нм);

Вал электродвигателя:

(кВт);

Принимаем асинхронный электродвигатель общего применения типа 4А80В2У3 с короткозамкнутым ротором (ГОСТ 19523-81) мощностью Nэд = 2.2кВт, синхронная частота вращения n = 2850об/мин, [4;стр. 30; прил.4].

Для обеспечения на валу I частоты вращения об/мин ставим ременную передачу:

Так как

(Нм),

то(мм);

Принимаем тогда

3.2 Расчет основных параметров зубчатых зацеплений

При расчете зубчатых колес коробки скоростей модуль рассчитывается для каждой из передач в отдельности исходя из прочности зубьев на изгиб, а также исходя из усталости поверхностных слоев.

Для стальных прямозубых колес формулы для определения модуля имеют вид:

где ?изг и ?пов - допускаемые напряжения на изгиб и по усталости поверхностных слоев, Н/см2. ?изг=288 Н/см2, ?пов=883 Н/см2.

N - мощность на валу рассчитываемой шестерни, кВт

n - число оборотов расщитуемой шестерни, об/мин.

у - коэффициент формы зуба (при z=20-60 у=0,243-0,268);

z - число зубьев шестерни (меньшего колеса)

i - передаточное число (принимается i?1, т. е. для замедляющих передач берется величина обратная передаточному отношению).

? - коэффициент ширины зубчатого колеса.

?=

где b - ширина шестерни, мм

Принимаем ?=8.

k - коэффициент нагрузки, который учитывает изменение нагрузки по сравнению с номинальной от действия различных факторов; k=1(3, с. 151).

Для каждой из передач определяем модули.

Для передачи I - II модуль из условия обеспечения изгибной прочности:

мм;

Из условия обеспечения усталостной прочности поверхностных слоев:

мм;

Принимаем мм;

Для передачи II -III:

;

мм;

Принимаем ;

для передачи II - IV:

мм;

мм;

Принимаем мм;

для передачи IV-V:

мм;

мм;

Принимаем мм;

для передачи V-III:

мм;

мм;

Принимаем мм.

Основные размеры зубчатых колес:

1). Передача I-II:

Z = 25:35:

- делительный диаметр колеса;

- диаметр впадин колеса;

- диаметр вершин колеса;

- делительный диаметр шестерни;

- диаметр впадин шестерни;

- диаметр вершин шестерни;

- ширина колеса и шестерни;

(мм) - межосевое расстояние;

Z = 30:30:

2). Передача II - III:

Z = 48:48:

3). Передача II-IV:

Z = 18:72:

4). Передача IV-V:

Z = 18:72:

Z = 30:60:

Z = 45:45:

5). Передача V - III:

Z = 19:77:

Z = 32:64:

3.3 Конструирование и проверочный расчет валов

Рассчитаем приближенно диаметры валов коробки скоростей:

Принимаем .

Диаметр шипа под подшипник ; диаметр резьбового конца вала под шкив .

где - допускаемые напряжения при кручении.

Принимаем .



Принимаем .

Конструкцию конца шпинделя принимаем в соответствии с [2; стр. 141; табл. 6.4].

Принимаем .

Принимаем

Проверочный расчет проводим для максимального нагруженного вала - в данном случае шпинделя с крутящим моментом (Нм).

Определяем силы, действующие на шпиндель от зубчатой передачи V-III с Z = 19:77 в вертикальной и горизонтальной плоскостях:

(Н) - тангенциальная сила;

(Н) - радиальная сила;

где - угол зацепления;

где - угол расположения передачи.

На шпиндель будет действовать также сила резания, составляющие которой равны: [п. 3.1];

Определяем расстояния между опорами и точками приложения сил и строим расчетные схемы:

- межопорная длина шпинделя - 600 мм (на основании составленной кинематической схемы и расчетных значений передач);

- расстояние от левой опоры до точки приложения сил - 550 мм;

- консольная длина шпинделя - 60 мм.

вертикальная плоскость:

горизонтальная плоскость:

Рис.5. Эпюры изгибающих и крутящих моментов

Определение реакций:

Суммарные реакции в опорах:

Построение эпюр:



Суммарный изгибающий момент:

Приведенный момент:

Определяем диаметр вала, исходя из приведенного момента:

Расчитаем шпиндель на сопротивление усталости. Для этого определим коэффициент запаса сопротивления усталости по нормальным и по касательным напряжениям в сечении под колесом (точка приложения сил и на расчетной схеме).



где - пределы выносливости при симметричном знакопеременном цикле при изгибе и кручении соответственно [6; стр. 40; табл. 3.7];

- коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении с учетом влияния шероховатости поверхности [6; стр. 57-58; табл. 6.4,6.5];

- коэффициенты, учитывающие влияние абсолютных размеров вала [6; стр.57; табл. 6.3];

- коэффициент упрочнения поверхности вала (без упрочнения опасных сечений) [6; стр. 60; табл. 6.9];

- коэффициенты асимметрии цикла [6; стр.59; табл. 6.9];

- амплитуды напряжений цикла при изгибе и кручении соответственно (при симметричном цикле);

- осевой момент сопротивления сечения вала с прямобочными шлицами;

- полярный момент сопротивления сечения вала с прямобочными шлицами;

- средние напряжения цикла.

Общий запас прочности при сопротивлении усталости:

Запас прочности достаточный.

3.4 Выбор и расчет подшипников

Для установки шпиндельного узла в коробке скоростей используем роликоподшипники радиально-упорные конические однорядные: на правой опоре - №7309 (45?85?21); на левой опоре - №7207 (35?72?18) [7; стр.99].

Рассчитаем долговечность выбранных подшипников:

где с1 = 76100 Н (№7309);

с2 = 35200 Н (№7207) -динамическая грузоподъемность;

(для роликовых подшипников) - коэффициент формы тела качения;

Рис.6. Роликоподшипник радиально-упорный конический однорядный

приведенная нагрузка;

V = 1 (при вращении внутреннего кольца) - «коэффициент кольца»;

- коэффициент безопасности [6; стр. 65; табл. 8.1];

- коэффициент температурного режима [6; стр. 65; табл. 8.2];

- осевые нагрузки на подшипник;

- осевая составляющая силы резания;

- осевые составляющие реакций в опорах;

- коэффициенты приведения нагрузки.

- долговечность подшипника 7309;

- долговечность подшипника 7207.

Для остальных валов используем шарикоподшипники радиальные однорядные №302 (15х42х13) и №303(17х47х14).

Рис.7. Шарикоподшипник радиальный однорядный

3.5 Выбор и проверочный расчет шпоночных и шлицевых соединений

На шпинделе назначаем шлицевое соединение d-8?36?40?7 (f = 0.4).

Проверяем выбранное шлицевое соединение на смятие рабочих поверхностей шлицев:

где - коэффициент, учитывающий неравномерное распределение нагрузки между шлицами;

z - число шлицев;

- рабочая длина шлицев;

D - наружный диаметр шлицев;

D - внутренний диаметр шлицев;

На остальные валы назначим шпоночные соединения [6; стр.102]. Рассчитаем на смятие одну из выбранных шпонок на IV-м валу:

где d - диаметр вала;

h - высота шпонки;

- рабочая длина шпонки;

4. Расчет шпиндельного узла на точность обработки

Шпиндель -- узел, который является конечным звеном привода главного движения, предназначен для крепления заготовки и передачи ей крутящего момента. Его работа оказывает существенное влияние на точность обработки и производительность станка.

Критерий этого расчета -- прогиб на переднем конце шпинделя. Этот прогиб определяется как сумма прогибов обусловленных деформациями межопорной части шпинделя, консольной части шпинделя, и смещения переднего конца шпинделя вследствие:

-- податливости передней опоры;

-- податливости задней опоры.

Рис.8. Перемещение шнинделя от силы Р

Прогиб определяется по следующей формуле

При нагрузке Ру на конце шпинделя давление на его опоры:

Прогиб на конце шпинделя от податливости его межопорной и консольной части:

где Ix1 - момент инерции сечения межопорной части;

Ix2 -- момент инерции консольной части шпинделя;

;

Следовательно

Смещение конца шпинделя от податливости опор:



где С1, С2 -- податливость передней и задней опор:

[8; стр. 218];

Следовательно

Допустимый максимальный прогиб

;

где -- экономический допуск на обработку или экономическая точность отклонений по размерам. Для 9-го квалитета .

Поскольку рассчитанный прогиб меньше допустимого то можно сделать вывод, что прогиб от силы Ру не будет влиять на точность обработки.

5. Выбор системы смазки

Так как частота вращения валов и подшипников в проектируемой коробке скоростей достигает 2800 об/мин, то для смазки подшипниковых узлов применяем масло индустриальное ИА-20. Смазывание будем осуществлять с помощью импульсной системы, при которой смазочный материал подается из бака ко всем поверхностям трения одновременно. В состав импульсной системы входит смазочная станция, контрольно-регулирующая аппаратура и импульсные питатели, подключенные к смазочной станции параллельно. Доза масла от каждого питателя поступает к смазочным точкам.

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта была спроектирована коробка скоростей токарно-револьверного станка. В процессе работы был проведен кинематический расчет станка: определены скорости резания, рассчитан диапазон регулирования и число ступеней передач, выбрана структурная формула коробки скоростей и разработаны структурная сетка, график частот вращения и кинематическая схема коробки скоростей. Также был проведен силовой расчет станка, сконструированы все зубчатые передачи и валы, выбраны подшипники и электродвигатель. Проведен проверочный расчет наиболее нагруженного вала, шпоночных и шлицевых соединений; расчет шпиндельного узла на точность обработки и выбрана система смазки.

Список использованной литературы

1. Методические указания к курсовому проекту по курсу «Металлорежущие станки и промышленные роботы»/Сост.: Ю. А. Сапронов, В.Г. Кочергин, Н. В. Вяльцев, А. Е. Горкуша. - Донецк: ДПИ,1987. -48 с.

2. Кочергин И. А. Конструирование и расчет металлорежущих станков и станочных комплексов. Курсовое проектирование: Учеб. Пособие для вузов. Мн.: Выш. шк., 1991. - 382 с.

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

4. Перель Л. Я. Подшипники качения: расчет, проектирование и обслуживание опор: Справочник. - М.: Машиностроение, 1983. - 543 с.

5. Детали и механизмы металлорежущих станков. Под ред. Д. Н. Решетова. Т. 2 М., «Машиностроение», 1972, стр. 520.

Размещено на Allbest.ur

...