Разработка РТК на базе вертикального консольного фрезерного станка мод. ГФ 2171 с ЧПУ и АСИ с оснащением его напольным ПР и ТНС для обработки детали типа "плита" массой до 15 кг

Ширина (мм.) = 2.200e+001

Участок N 14 Стержень:

Длина (mm.)=3.750e+001

Наружний диаметр (mm.)=8.500e+001

Внутренний диаметр (mm.)=4.500e+001

Диаметр шихты (mm.)=0.000e+000

Плотность (кг/m**3)=7.850e+003

Модуль Юнга (н/m**2)=2.100e+011

Mодуль упp.для шихты=2.099e+010

Плотность шихты (кг/m**3)=7.850e+003

Участок N 15 Радиальный ш.подшипник:

Диаметр шарика (мм.) = 1.349e+001

Число шар. в 1 ряду = 2.100e+001

Геом.зазор (натяг) (мм.) = 1.000e+003

Радиальная нагрузка (Н.) = 8.490e+002

Число рядов тел качения = 1.000e+000

Стат.нес.способность (Н.) = 4.590e+004

Дин.нес.способность (Н.) = 4.740e+008

Нар.диаметр кольца (мм.) = 1.300e+002

Вн.диаметр кольца (мм.) = 8.500e+001

Ширина (мм.) = 2.200e+001

Участок N 16 Стержень:

Длина (mm.)=3.750e+001

Наружний диаметр (mm.)=8.500e+001

Внутренний диаметр (mm.)=4.500e+001

Диаметр шихты (mm.)=0.000e+000

Плотность (кг/m**3)=7.850e+003

Модуль Юнга (н/m**2)=2.100e+011

Mодуль упp.для шихты=2.099e+010

Плотность шихты (кг/m**3)=7.850e+003

Участок N 17 Стержень:

Длина (mm.)=5.200e+001

Наружний диаметр (mm.)=8.500e+001

Внутренний диаметр (mm.)=4.500e+001

Диаметр шихты (mm.)=0.000e+000

Плотность (кг/m**3)=7.850e+003

Модуль Юнга (н/m**2)=2.100e+011

Mодуль упp.для шихты=2.100e+010

Плотность шихты (кг/m**3)=7.850e+003

Участок N 18 Стержень:

Длина (mm.)=2.330e+002

Наружний диаметр (mm.)=8.500e+001

Внутренний диаметр (mm.)=4.500e+001

Диаметр шихты (mm.)=0.000e+000

Плотность (кг/m**3)=7.850e+003

Модуль Юнга (н/m**2)=2.100e+011

Mодуль упp.для шихты=2.100e+010

Плотность шихты (кг/m**3)=7.850e+003

Участок N 19 Стержень:

Длина (mm.)=7.800e+001

Наружний диаметр (mm.)=6.800e+001

Внутренний диаметр (mm.)=5.000e+001

Диаметр шихты (mm.)=0.000e+000

Плотность (кг/m**3)=7.850e+003

Модуль Юнга (н/m**2)=2.100e+011

Mодуль упp.для шихты=2.100e+010

Плотность шихты (кг/m**3)=7.850e+003

Участок N 20 Стержень:

Длина (mm.)=2.200e+001

Наружний диаметр (mm.)=6.800e+001

Внутренний диаметр (mm.)=5.000e+001

Диаметр шихты (mm.)=0.000e+000

Плотность (кг/m**3)=7.850e+003

Модуль Юнга (н/m**2)=2.100e+011

Mодуль упp.для шихты=2.100e+010

Плотность шихты (кг/m**3)=7.850e+003

Статический расчет:

-----------------------------------------------------------

| N оп. | Ос.жестк. | Рад.жестк. | Уг.жестк. |

| | н/мкм | н/мкм | н*мкм/рад |

-----------------------------------------------------------

| 1 | 0.000e+000 | 5.442e+003 | 0.000e+000 |

| 2 | 2.754e+002 | 2.482e+002 | 3.978e+011 |

| 3 | 2.170e+002 | 1.983e+002 | 3.134e+011 |

| 4 | 0.000e+000 | 1.171e-003 | 0.000e+000 |

| 5 | 0.000e+000 | 1.171e-003 | 0.000e+000 |

----------------------------------------------------------

Pадиальная и осевые жесткости (н/мкм): 4.575e+002 2.750e+002

Осевая и радиальная нагрузки: (Н) 8.500e+001 2.154e+003

Осевое и радиальные смещения: (мкм) 4.708e+000 3.091e-001

Расчет долговечности:

Исходные данные:

Число режимов=1

-------------------------------------------------

| N реж.| Длител. () |Част.(об/мин)| Ос.сила (Н)|

-------------------------------------------------

| 1 | 1.000e+002 | 2.000e+003 | 8.500e+001 |

-------------------------------------------------

Исходные распределения нагрузок:

--------------------------

| Режим 1 |

--------------------------

| Сила (Н) !Момент (Н*м)|

--------------------------

| 2.154e+001 ! 2.154e+002 |

| 0.000e+000 ! 0.000e+000 |

| 0.000e+000 ! 0.000e+000 |

| 0.000e+000 ! 0.000e+000 |

| 0.000e+000 ! 0.000e+000 |

| 0.000e+000 ! 0.000e+000 |

| 0.000e+000 ! 0.000e+000 |

| 0.000e+000 ! 0.000e+000 |

| 0.000e+000 ! 0.000e+000 |

| 0.000e+000 ! 0.000e+000 |

| 0.000e+000 ! 0.000e+000 |

| 0.000e+000 ! 0.000e+000 |

| 0.000e+000 ! 0.000e+000 |

| 0.000e+000 ! 0.000e+000 |

| 0.000e+000 ! 0.000e+000 |

| 0.000e+000 ! 0.000e+000 |

--------------------------

Результат:

-----------------------------------------

| N опоры | Долгов.(час) | Долг.(млн.об)|

-----------------------------------------

| 1 | 8.800e+009 | 1.060e+009 |

| 2 | 8.230e+004 | 9.870e+003 |

| 3 | 1.330e+005 | 1.600e+004 |

| 4 | 1.680e+031 | 2.020e+030 |

| 5 | 1.180e+031 | 1.410e+030 |

-----------------------------------------

Тепловой расчет:

Исходные данные:

Вязкость (сCт.) = 5.000e+001

Частота вращения (об/мин) = 2.000e+003

Осевая нагрузка (Н.) = 8.500e+001

Способ смазки - Циркуляционная

Распределение нагрузок:

----------------------------------------

| N cеч. | Сила (Н) | Момент (Н*м) |

----------------------------------------

| 1 | 2.154e+001 | 2.154e+002 |

| 2 | 0.000e+000 | 0.000e+000 |

| 3 | 0.000e+000 | 0.000e+000 |

| 4 | 0.000e+000 | 0.000e+000 |

| 5 | 0.000e+000 | 0.000e+000 |

| 6 | 0.000e+000 | 0.000e+000 |

| 7 | 0.000e+000 | 0.000e+000 |

| 8 | 0.000e+000 | 0.000e+000 |

| 9 | 0.000e+000 | 0.000e+000 |

| 10 | 0.000e+000 | 0.000e+000 |

| 11 | 0.000e+000 | 0.000e+000 |

| 12 | 0.000e+000 | 0.000e+000 |

| 13 | 0.000e+000 | 0.000e+000 |

| 14 | 0.000e+000 | 0.000e+000 |

| 15 | 0.000e+000 | 0.000e+000 |

| 16 | 0.000e+000 | 0.000e+000 |

----------------------------------------

Результат теплового расчета:

--------------------------------------------

| N опоры | Потери (квт)| Температура (Гр.)|

--------------------------------------------

| 1 | 5.190e-001 | 1.260e+001 |

| 2 | 1.960e-001 | 1.030e+001 |

--------------------------------------------

Критические частоты:

----------------------------------------

| N гарм.| Част. ( Гц )| Част.(об/мин)|

----------------------------------------

| 1 | 1.009e+002 | 6.054e+003 |

| 2 | 6.766e+002 | 4.060e+004 |

| 3 | 1.941e+003 | 1.164e+005 |

| 4 | 3.803e+003 | 2.282e+005 |

| 5 | 4.201e+003 | 2.521e+005 |

----------------------------------------

Опасные (по точности вращения) частоты (Об/мин):

2.498e+002 2.018e+003 3.027e+003 1.349e+004

Собственная частота осевых колебаний = 5.045e+002

Изгибная линия:

---------------------------------------------------------------

| N сеч.| Сила (Н) | Момент (Н*м)| Смещение(м) | Угол (рад)|

---------------------------------------------------------------

| 1 | 2.154e+001 | 2.154e+002 | 7.448e-006 | 1.286e-004 |

| 2 | 0.000e+000 | 0.000e+000 | 2.495e-006 | 1.254e-004 |

| 3 | 0.000e+000 | 0.000e+000 | 5.266e-007 | 1.206e-004 |

| 4 | 0.000e+000 | 0.000e+000 | -3.887e-006 | 1.126e-004 |

| 5 | 0.000e+000 | 0.000e+000 | -9.490e-006 | 1.084e-004 |

| 6 | 0.000e+000 | 0.000e+000 | -1.502e-005 | 1.084e-004 |

| 7 | 0.000e+000 | 0.000e+000 | -1.675e-005 | 1.084e-004 |

| 8 | 0.000e+000 | 0.000e+000 | -1.892e-005 | 1.084e-004 |

| 9 | 0.000e+000 | 0.000e+000 | -2.813e-005 | 1.084e-004 |

| 10 | 0.000e+000 | 0.000e+000 | -3.204e-005 | 1.084e-004 |

| 11 | 0.000e+000 | 0.000e+000 | -3.610e-005 | 1.084e-004 |

| 12 | 0.000e+000 | 0.000e+000 | -4.017e-005 | 1.084e-004 |

| 13 | 0.000e+000 | 0.000e+000 | -4.580e-005 | 1.083e-004 |

| 14 | 0.000e+000 | 0.000e+000 | -7.105e-005 | 1.084e-004 |

| 15 | 0.000e+000 | 0.000e+000 | -7.951e-005 | 1.084e-004 |

| 16 | 0.000e+000 | 0.000e+000 | -8.190e-005 | 1.084e-004 |



рис. 6. Расчет долговечности по усталости.

рис. 7. Тепловыделение опор

рис.8. Спектр системы



рис.9. АЧХ шпинделя

рис. 10. Изгибная линия

Выводы: Результаты расчетов показывают что под воздействием максимальной нагрузки показатели шпинделя находятся в пределах, требуемых для изготовления годных деталей. Радиальное отклонение конца шпинделя составляет 4,7 мкм, а осевое 0,3 мкм. Опасные (по точности вращения) частоты не входят в ряд частот вращения шпинделя, АЧХ и спектр колебаний шпинделя показывают, что шпиндель пригоден для эксплуатации.

4.2 Расчет редуктора привода шпиндельной головки

4.2.1 Расчет зубчатой передачи шестерен 20 и 23 редуктора привода шпиндельной головки

Расчёт зубчатых передач на изгибную прочность выполнен с помощью программы САПР - normCAD

Исходные данные:

Прочностные характеристики шестерни:

(легированная конструкционная сталь; Ст. 40Х ГОСТ 4543-71 (Н)):

- sт1 = 630 МПа;

- sв1 = 330 МПа;

Коэффициенты смещения:

- x1 = 0 мм;

- x2 = 0 мм;

Угловые параметры передачи:

- b = 0 Град;

- a = 20 Град;

Основные параметры передачи:

- Z1 = 42 ;

- Z2 = 41 ;

- m = 4 мм;

- Lh = 5000 ч;

Прочностные характеристики колеса:

(легированная конструкционная сталь; Ст. 40Х ГОСТ 4543-71 (Н)):

- sт2 = 630 МПа;

- sв2 = 330 МПа;

Параметры циклической нагрузки:

- NFlim = 100 ;

Упругие характеристики материала:

- E1 = 210000 МПа;

- G1 = 78500 МПа;

- E2 = 210000 МПа;

- G2 = 78500 МПа;

- n1 = 0,3 ;

- n2 = 0,3 ;

Допуски и отклонения:

- fKE = 50 мкм;

- fpb1 = 50 мкм;

- fpb2 = 50 мкм;

- Fb = 50 мкм;

Моменты:

- T1 = 208 Нм;

- T1max = 227 Нм;

Частоты вращения:

- n1 = 250 Об/мин;

- n1max = 2000 Об/мин;

Геометрические размеры зубчатых передач:

- b1 = 32 мм;

- b2 = 30 мм;

Результаты расчета:

1) Расчёт зубьев на прочность при изгибе

Расчёт основных геометрических размеров зубчатых передач

bw = min(b1 ; b2)=min(32;30) = 30 мм . (1)

at = arctg(tg(a p/180)/cos(b )) =

=arctg(tg(20 · 3,14159/180)/cos(0)) = 0,34907 Рад . (2)

По табл. 16 в зависимости от at

invat = 0,0149 .

invatw = 2 (x1+x2) tg(a p/180)/(Z1+Z2)+invat = (3)

=2 · (0+0) · tg(20 · 3,14159/180)/(42+41)+0,0149 = 0,0149 .

По табл. 16 atw = 0,34903 Рад .

aw = (Z1+Z2) m/(2 cos(b )) cos(at)/cos(atw) = (4)

=(42+41) · 4/(2 · cos(0)) · cos(0,34907)/cos(0,34903) = 165,99758 мм .

bb = arcsin(sin(b ) cos(a p/180)) = (5)

=arcsin(sin(0) · cos(20 · 3,14159/180)) = 0 Рад .

d1 = m Z1/cos(b )=4 · 42/cos(0) = 168 мм . (6)

d2 = m Z2/cos(b )=4 · 41/cos(0) = 164 мм .

db1 = d1 cos(at)=168 · cos(0,34907) = 157,86812 мм . (7)

db2 = d2 cos(at)=164 · cos(0,34907) = 154,10936 мм . (8)

da1 = d1+2 m (1+x1)=168+2 · 4 · (1+0) = 176 мм . (9)

da2 = d2+2 m (1+x2)=164+2 · 4 · (1+0) = 172 мм . (10)

aa1 = arccos(db1/da1)=arccos(157,8681/176) = 0,45791 Рад . (11)

aa2 = arccos(db2/da2)=arccos(154,1094/172) = 0,46015 Рад . (12)

ea1 = Z1 (tg(aa1)-tg(atw))/(2 p) = (13)

=42 · (tg(0,45791)-tg(0,34903))/(2 · 3,14159) = 0,86176 .

ea2 = Z2 (tg(aa2)-tg(atw))/(2 p) = (14)

=41 · (tg(0,46015)-tg(0,34903))/(2 · 3,14159) = 0,85943 .

ea = ea1+ea2=0,86176+0,85943 = 1,72119 . (15)

Zv1 = Z1/(cos(b ))3=42/(cos(0))3 = 42 . (16)

Zv2 = Z2/(cos(b ))3=41/(cos(0))3 = 41 . (17)

v = p d1 n1/60000=3,14159 · 168 · 250/60000 = 2,19911 м/с . (18)

vmax = p d1 n1max/60000=3,14159 · 168 · 2000/60000 = 17,59292 м/с . (19)

u = Z2/Z1=41/42 = 0,97619 . (20)

FFt = 2000 T1F/d1=2000 · 208/168 = 2476,19048 Н . (21)

FFtmax = 2000 T1max/d1=2000 · 227/168 = 2702,38095 Н . (22)

2) Определение параметров твёрдости

Параметры твёрдости шестерни - определяются по пределу текучести.

По табл. HHB1 = 187,5 .

По табл. HHO1 = 90,05 .

По табл. HK1 = 187,5 .

Параметры твёрдости колеса - определяются по пределу текучести.

По табл. HHB2 = 187,5 .

По табл. HHO2 = 90,05 .

По табл. HK2 = 187,5 .

FFt = 2000 T1F/d1=2000 · 208/168 = 2476,19048 Н .

fpbe = ; fpb12+fpb22 =; 502+502= 70,71068 . (23)

3) Определение коэффициента КА

Режим нагружения ведомой машины - Со средней неравномерностью.

Режим нагружения двигателя - Со средней неравномерностью.

По табл. 21 KA = 1,75 .

Режим нагружения ведомой мащины при пиковой нагрузке - Со средней неравномерностью.

Режим нагружения двигателя при пиковой нагрузке - Со средней неравномерностью.

По табл. 21 KAmax = 1,75 .

4) Продолжение расчета по табл. 13

Т.к. HHv r 350 :

Вид зубьев шестерни - Прямые, без модификации головки.

По табл. 8 dH = 0,006 .

Т.к. b = 0 град :

Прямозубая передача - без модификации головки.

dF=0,16 .

Степень точности по нормам плавности по ГОСТ 1643-81 - 6.

По табл. 9 в зависимости от m

g0 = 4,2 .

wFv = dF g0 v ; aw/u =0,16 · 4,2 · 2,19911 · ; 165,9976/0,97619= 19,27081 Н/мм . (24)

wFvmax = dF g0 vmax ; aw/u= (25)

=0,16 · 4,2 · 17,59292 · ; 165,9976/0,97619= 154,16682 .

wHv = dH g0 v ; aw/u =0,006 · 4,2 · 2,19911 · ; 165,9976/0,97619= 0,72266 Н/мм . (26)

wHvmax = dH g0 vmax ; aw/u=

=0,006 · 4,2 · 17,59292 · ; 165,9976/0,97619= 5,78126 . (27)

Т.к. v Z1/1000=2,19911 · 42/1000=0,09236 < 1 и b =0 = 0 :

vH = wHv bw d1/(2000 T1 KA)=0,72266 · 30 · 168/(2000 · 208 · 1,75) = 0,005 .

vHmax = wHvmax bw d1/(2000 T1max KAmax) =

=5,78126 · 30 · 168/(2000 · 227 · 1,75) = 0,03667 . (28)

KHv = 1+vH=1+0,005 = 1,005 . (29)

KHvmax = 1+vHmax=1+0,03667 = 1,03667 . (30)

vF = wFv bw d1/(2000 T1 KA)=19,27081 · 30 · 168/(2000 · 208 · 1,75) = 0,13341 .

KFv = 1+vF=1+0,13341 = 1,13341 . (31)

vFmax = wFvmax bw d1/(2000 T1max KAmax) =

=154,1668 · 30 · 168/(2000 · 227 · 1,75) = 0,97797 . (32)

KFvmax = 1+vFmax=1+0,97797 = 1,97797 . (33)

c' = 1/(0,05139+0,1425/Zv1+0,186/Zv2-0,01 x1-0,1027 x1/Zv1+0,00455 x2+0,3762 x2/Zv2+0,00734 x12-0,00054 x22) =

=1/(0,05139+0,1425/42+0,186/41-0,01 · 0-0,1027 · 0/42+0,00455 · 0+0,3762 · 0/41+0,00734 · 02-0,00054 · 02) = 16,85788 Н/(мм мкм) . (34)

cg = c' (0,75 ea+0,25)=16,85788 · (0,75 · 1,72119+0,25) = 25,97618 Н/(мм мкм) . (35)

mred = 3,25 10 (-9) d22/(u2+1) =

=3,25 · 10 (-9) · 1642/(0,976192+1) = 0,000044759 кг . (36)

nE1 = 30/(p Z1) ; cg bw/mred=

=30/(3,14159 · 42) · ; 25,97618 · 30/0,000044759= 948,70278 Об/мин . (37)

fpb = max(fpb1 ; fpb2)=max(50;50) = 50 мкм . (38)

5) Определение предела контактной выносливости шестерни

Способ химической и термической обработки шестерни - Закалка при нагреве ТВЧ.

sHlim1 = 17 HHO1+200=17 · 90,05+200 = 1730,85 МПа . (39)

NK1 = 60 n1 Lh=60 · 250 · 5000 = 75000000 . (40)

Структура шестерни - однородная.

SH1=1,1 .

NHlim1 = 30 HHB12,4=30 · 187,52,4 = 8557054,69008 . (41)

Т.к. NK1=75000000 > NHlim1=8557055 :

ZN1 = (NHlim1/NK1) (1/20)=(8557055/75000000) (1/20) = 0,89715 . (42)

Параметры шероховатости шестерни - выбираются по таблице в зависимости от класса точности.

Класс шероховатости поверхности шестерни - 7.

По табл. Ra1 = 1,25 мкм .

По табл. Rz1 = 6,3 мкм .

Т.к. Ra1=1,25 мкм t 1,25 мкм и Ra1=1,25 мкм < 2,5 мкм :

ZR1=0,95 .

Т.к. HK1 r 350 :

Zv1 = 0,85 v0,1=0,85 · 2,199110,1 = 0,91969 . (43)

ZL=1 .

ZX1 = ; 1,07-10 (-4) d1 =; 1,07-10 (-4) · 168= 1,02626 . (44)

Т.к. d1 < 700 мм :

ZX1=1 .

ya1 = 160/sHlim1 fpb=160/1730,85 · 50 = 4,62201 мкм . (45)

6) Определение предела контактной выносливости колеса

Способ химической и термической обработки колеса - Закалка при нагреве ТВЧ.

sHlim2 = 17 HHO2+200=17 · 90,05+200 = 1730,85 МПа . (46)

NK2 = 60 n1 Lh Z1/Z2=60 · 250 · 5000 · 42/41 = 76829268,29268 . (47)

Структура колеса - однородная.

SH2=1,1 .

NHlim2 = 30 HHB22,4=30 · 187,52,4 = 8557054,69008 . (48)

Т.к. NK2=76829270 > NHlim2=8557055 :

ZN2 = (NHlim2/NK2) (1/20)=(8557055/76829270) (1/20) = 0,89607 . (49)

Параметры шероховатости колеса - выбираются по таблице в зависимости от класса точности.

Класс шероховатости поверхности колеса - 7.

По табл. Ra2 = 1,25 мкм .

По табл. Rz2 = 6,3 мкм .

Т.к. Ra2=1,25 мкм t 1,25 мкм и Ra2=1,25 мкм < 2,5 мкм :

ZR2=0,95 .

Т.к. HK2 r 350 :

Zv2 = 0,8 v (0,1)=0,8 · 2,19911 (0,1) = 0,86559 . (50)

ZL=1 .

ZX2 = ; 1,07-10 (-4) d2 =; 1,07-10 (-4) · 164= 1,02645 . (51)

Т.к. d1 < 700 мм :

ZX2=1 .

ya2 = 160/sHlim2 fpb=160/1730,85 · 50 = 4,62201 мкм . (52)

7) Продолжение расчета по табл. 13

fpbeff = fpb-ya=50-4,62201 = 45,37799 мкм . (53)

ya = (ya1+ya2)/2=(4,62201+4,62201)/2 = 4,62201 мкм . (54)

Т.к. b = 0 рад :

h = 2 m/ea=2 · 4/1,72119 = 4,64795 . (55)

NF = (b/h)2/((b/h)2+b/h+1) =

=(30/4,64795)2/((30/4,64795)2+30/4,64795+1) = 0,84822 . (56)

fkZ = 0,5 Fb=0,5 · 50 = 25 мкм . (57)

fky0 = fKE+fkZ=50+25 = 75 мкм . (58)

Т.к. eb = 0 :

Ze = ; (4-ea)/3 =; (4-1,72119)/3= 0,87155 . (60)

KHb0 = 1+(0,4 bw fky0 c' cos(at))/(FFt Ze2 KA KHv) =

=1+(0,4 · 30 · 75 · 16,85788 · cos(0,34907))/(2476,19 · 0,871552 · 1,75 · 1,005) = 5,30981 . (61)

KHw = 1-20/((0,01 HHv+2)2 (v+4)0,25) =

=1-20/((0,01 · 187,5+2)2 · (2,19911+4)0,25) = 0,15588 . (62)

KHb = 1+(KHb0-1) KHw=1+(5,30981-1) · 0,15588 = 1,67181 . (63)

KFb = (KHb) (NF)=(1,67181) (0,84822) = 1,54636 (формула (42); табл. 13).

Т.к. HHv < 350 :

aa=0,2 мкм .

Т.к. b = 0 рад :

KFa=1 .

Zv1 = Z1/(cos(b ))3=42/(cos(0))3 = 42 . (64)

Zv2 = Z2/(cos(b ))3=41/(cos(0))3 = 41 . (65)

Тип фрезы, используемый для нарезания - без протуберанца.

YFS1 = 3,47+13,2/Zv1-29,7 x1/Zv1+0,092 x12 =

=3,47+13,2/42-29,7 · 0/42+0,092 · 02 = 3,78429 . (66)

YFS2 = 3,47+13,2/Zv2-29,7 x2/Zv2+0,092 x22 =

=3,47+13,2/41-29,7 · 0/41+0,092 · 02 = 3,79195 . (67)

Т.к. b = 0 град :

Yb=1 .

Т.к. b = 0 рад :

Ye=1 .

qF1=6 .

qF2=6 .

NK1 = 60 n1 Lh=60 · 250 · 5000 = 75000000 . (68)

NK2 = 60 NK1 Z1/Z2=60 · 75000000 · 42/41 = 4609756097,56098 . (69)

YN1 = (NFlim/NK1) (1/qF1)=(100/75000000) (1/6) = 0,10491 . (70)

Т.к. YN1 < 1 :

YN1=1 .

YN2 = (NFlim/NK2) (1/qF2)=(100/4609756000) (1/6) = 0,05281 . (71)

Т.к. YN2 < 1 :

YN2=1 .

Параметры выносливости - определяются.

8) Табл. 14. Определение параметров sFlim0, Yg, Yd и SА для цементированных зубчатых колёс.

Концентрация углерода на поверхности шестерни - 0,75 - 1,1%, достигается при контроле и автоматическом регулировании углеродного потенциала карбюризатора и закалочной атмосферы.

Тип стали шестерни - Содержащая никель более 1% и хром 1% и менее (например марок 20ХН, 20ХН2М, 12ХН2, 12ХН3А; 20ХН3А, 15ХГНТА по ГОСТ 4543 - 71).

sFlim10=950 МПа .

Отсутствие шлифовочных прижогов или острой шлифовочной ступеньки на переходной поверхности шестерни - гарантированно.

Yg1=0,75 .

Дополнительная механическая обработка шестерни - электрохимическая обработка.

Yd1 = 1,0 =1 .

SF1=1,55 .

9) Определение параметров sFlim0, Yg, Yd и SА для цементированных зубчатых колёс.

Концентрация углерода на поверхности колеса - 0,75 - 1,1%, достигается при контроле и автоматическом регулировании углеродного потенциала карбюризатора и закалочной атмосферы.

Тип стали колеса - Содержащая никель более 1% и хром 1% и менее (например марок 20ХН, 20ХН2М, 12ХН2, 12ХН3А; 20ХН3А, 15ХГНТА по ГОСТ 4543 - 71).

sFlim20=950 МПа .

Отсутствие шлифовочных прижогов или острой шлифовочной ступеньки на переходной поверхности колеса - гарантированно.

Yg2=0,75 .

Дополнительная механическая обработка колеса - электрохимическая обработка.

Yd2 = 1,0 =1 .

SF2=1,55 .

10) Продолжение расчета по табл. 13

Тип заготовки шестерни - поковка или штамповка.

YZ1=1 .

Тип заготовки колеса - поковка или штамповка.

YZ2=1 .

YA=1 .

YT1=1 .

YT2=1 .

sFlim1 = sFlim10 YT1 YZ1 YA Yg1 Yd1 =

=950 · 1 · 1 · 1 · 0,75 · 1 = 712,5 МПа . (72)

sFlim2 = sFlim20 YT2 YZ2 YA Yg2 Yd2 =

=950 · 1 · 1 · 1 · 0,75 · 1 = 712,5 МПа . (73)

Способ термообработки - отжиг и улучшение.

gA=0,35 .

Yd = 1,082-0,172 log(m)=1,082-0,172 · log(4) = 0,97845 . (75)

Способ механической обработки шестерни - шлифование, зубофрезерование (Rz = 40 мкм).

YR1=1 .

Способ механической обработки колеса - шлифование, зубофрезерование (Rz = 40 мкм).

YR2=1 .

YX1 = 1,05-0,000125 d1=1,05-0,000125 · 168 = 1,029 . (76)

YX2 = 1,05-0,000125 d2=1,05-0,000125 · 164 = 1,0295 . (77)

11) Напряжение изгиба в опасном сечении

KF = KA KFv KFb KFa=1,75 · 1,13341 · 1,54636 · 1 = 3,06715; (78)

sF1 = FFt/(b1 m) KF YFS1 Yb Ye =

=2476,19/(32 · 4) · 3,06715 · 3,78429 · 1 · 1 = 224,53985 (79)

sF2 = FFt/(b2 m) KF YFS2 Yb Ye =

=2476,19/(30 · 4) · 3,06715 · 3,79195 · 1 · 1 = 239,99397 (80)

12) Допускаемое напряжение изгиба на переходной поверхности зуба, не вызывающее усталостного разрушения материала

sFP1 = sFlim1 YN1/SF1 YR1 YX1 Yd =

=712,5 · 1/1,55 · 1 · 1,029 · 0,97845 = 462,81474 (81)

sFP2 = sFlim2 YN2/SF2 YR2 YX2 Yd =

=712,5 · 1/1,55 · 1 · 1,0295 · 0,97845 = 463,03963 (82).

13) Продолжение расчета по п. 2

sF1=224,5399 r sFP1=462,8147 (48,51616% от предельного значения) - условие выполнено (83).

sF2=239,994 r sFP2=463,0396 (51,83012% от предельного значения) - условие выполнено (84 ).

Тип закалки ТВЧ шестерни - Сквозная до переходной поверхности.

sFS1t0=1800 МПа .

Тип закалки ТВЧ колеса - Сквозная до переходной поверхности.

sFS2t0=1800 МПа .

Зубошлифование шестерни - присутствует.

Режим зубошлифования шестерни - черновой.

Yg1St=0,95 .

Зубошлифование колеса - присутствует.

Режим зубошлифования колеса - черновой.

Yg2St=0,95 .

Деформационное упрочнение шестерни - имеется.

Зубошлифование шестерни - имеется.

Yd1St=0,95 .

Деформационное упрочнение колеса - имеется.

Зубошлифование колеса - имеется.

Yd2St=0,95 .

qF = max(qF1 ; qF2)=max(6;6) = 6 .

sFS1t = sFS1t0 Yg1St Yd1St=1800 · 0,95 · 0,95 = 1624,5 МПа . (85)

sFS2t = sFS2t0 Yg2St Yd2St=1800 · 0,95 · 0,95 = 1624,5 МПа . (86)

Т.к. qF = 6 :

YNmax=4 .

SY=1,75 .

SFSt1 = YZ1 SY=1 · 1,75 = 1,75 . (87)

SFSt2 = YZ2 SY=1 · 1,75 = 1,75 . (88)

14) Расчет на прочность при изгибе максимальной нагрузкой

sF1max = FFtmax/(bw m) KFv KFb KFa YFS1 Yb Ye =

=2702,381/(30 · 4) · 1,13341 · 1,54636 · 1 · 3,78429 · 1 · 1 = 149,3645 МПа (89).

sF2max = FFtmax/(bw m) KFv KFb KFa YFS2 Yb Ye =

=2702,381/(30 · 4) · 1,13341 · 1,54636 · 1 · 3,79195 · 1 · 1 = 149,66684 МПа (90 ).

YRSt=1 .

15) Расчет на прочность при изгибе максимальной нагрузкой

sFP1max = sFS1t/SFSt1 YRSt YX1 =

=1624,5/1,75 · 1 · 1,029 = 955,206 МПа (91 ).

sFP2max = sFS2t/SFSt2 YRSt YX2 =

=1624,5/1,75 · 1 · 1,0295 = 955,67014 МПа (92 ).

16) Продолжение расчета по п. 2

sF1max=149,3645 r sFP1max=955,206 (15,63689% от предельного значения) - условие выполнено (93 ).

sF2max=149,6668 r sFP2max=955,6702 (15,66093% от предельного значения) - условие выполнено (94 ).

Вывод: Результаты расчета показывают, что зубчатая передача отвечает требованиям точности и жесткости. Обладает запасом прочности на весь срок эксплуатации станка и применима в условиях автоматизированного производства.

4.2.2 Расчет вала 6 на прочность редуктора привода шпиндельной головки

Исходные данные:

Ft=2476 H; Fx=43 H; Fr=0.25Ft=619 H; FR=250H; Lh=10000 час;

рис. 11. Схема распределения нагрузок вала.

М=0,6 ; n=250 минО№ ;

Горизонтальная проекция [9]

Внешняя нагрузка

НА*144+FR*34+Ft*34=0

(1)

Исправляем направление реакции опоры НА

?МА=0; -FR*110-Ft*110-Hc*144=0;

(2)

Исправляем направление

?F=?H; 2476+3605=4645+1435

6080=6080

в вертикальной плоскости

Fr; Н*мм; (3)

?Мс=0; VA*144-Mx-Fr*34=0; (4)

(5)

?МA=0; -VC*144-Mx+Fr*110=0; (6)

(7)

?F=?V;

619=448+171;

Опасное сечение в т.Б

Мин=0,1Т=0,1*208000=20800 Н*мм

Миv=0

Ми= Н*мм

Т=208 Н*м

Напряжение в опасных сечениях

МПа (8)

МПа (9)

Проверочный расчет.

Проверка на статическую прочность

Кп=2,0; Сталь 45, НВ 240 ... 270; МПа; МПа;

МПа

МПа

МПа

Коэффициенты чувствительности для стали

Запасы прочности по пределу текучести

(10)

(11)

n= (12)

Условие прочности выполняется.

Выводы: Вал применим в данной РТК, т.к. запас прочности по пределу текучести в несколько раз превосходит требуемый запас прочности.

4.2.3 Расчет подшипников качения для вала 6 редуктора привода шпиндельной головки

- коэффициент режима работы;

Lh=10000 час; n= 250 об/мин;

Расчетная схема узла подшипника.

рис.12 Схема нагрузок подшипника.

[9] (1)

(2)

Fx=43 H.

Fea=0.83*e*Fra=495 H. (3)

Fec=0.83*e*Frc=1646 H. (4)

e=0.41 - параметр осевого нагружения;

Расчетно - динамическая нагрузка на подшипники

FR=(xVFr+yFa)*Kб*Кт*Кн (5)

Кб=1,4 - коэффициент безопасности;

Кт=1 - температурный коэффициент;

Кн=- коэффициент нагрузки;

V=1 - коэффициент вращения кольца подшипника;

Fa - расчетная осевая сила

Х - коэффициент радиальной нагрузки;

У - коэффициент осевой нагрузки;

Сумма осевых сил, нагружающих опору

?А=Fec+Fx-Fea=1646+43-495=1194 H (6)

?C=Fea-Fx-Fec=495-43-1646=-1194 H (7)

FaA=Fec+Fx=1689 H; FaC=FeA-Fx=452 H; (8)

<e=0.41

1.16>e=0.41 x=1 ; y=0

x=0.4 y=0.6

FRA=2067 H. FRC=4267 H.

Наиболее нагружена опора С и дальнейший расчет ведется для опоры С.

Требуемая динамическая грузоподъемность

(9)

(10)

Стр=4247*4,5=19111 Н < [C]r=21300 Н.

Выводы: Подшипник мод. 6 - 46208 Е 6 класса точности удовлетворяет условиям эксплуатации и имеет запас по условию требуемой динамической грузоподъемности.

4.3 Расчет передачи винт - гайка качения продольного перемещения стола

Введение

Привода подач станков с ЧПУ должны обеспечивать высокую жесткость, точность позиционирования и минимальную зону нечувствительности. Это предъявляет повышенные требования к каждому элементу привода: двигателю, передаточным звеньям, передаче винт-гайка качения, опорам ходового винта и т.д.

Передачи винт-гайка качения (ВГК) является одним из основных элементов приводов подач современных станков с ЧПУ. На стадии проектирования передачи ВГК весьма важно не только выбрать ее размеры, но и рассмотреть возможные варианты конструкции, выбрать из этих вариантов оптимальный, обладающий хорошими эксплуатационными параметрами при наименьших расходов материалов на изготовление.

4.3.2 Расчет передачи винт - гайка качения

Исходные данные:

Q=5010 Н Q=Kn*Pх+F

L=1700 мм F=(Pz+2Py+p)*f

L1=1000 мм F=(2393+2*840+7000)*0.15=1660 H

t= 10 мм Q=1.4*2393+1660=5010 H

nmax=600 минО№

nmin=3 мин О№

где Q - наибольшая осевая нагрузка;

Кп- коэффициент, учитывающий влияние опрокидывающего момента, возникающего вследствие несимметричного приложения силы подачи;

Px- cоставляющая силы резания действующая в направлении подачи;

F- сила трения в направляющих;

Производим предварительный выбор размеров передачи:

а0, а, t, r1,r2, dкв.

В соответствии с нормалью станкостроения Н23-7 принимаем:

а0= 70 мм; а=45є; t=10 мм; r1: r2=3,0:3,12=0,96; dкв=65,76 мм.

л=2є36№

1) Допустимая статическая нагрузка:

на один шарик [p]см

[p]см=20(d1)І= 20*(2*3,0)І=720 Н

d1=2 r1

d1- диаметр шарика, мм

на винт [Q]см при отсутствии натяга

Zрасч=0,7*Z- расчетное число шариков

Z=3Zi=3((р*do/d1)-5);

Z- число шариков в одном рабочем витке

Z=3Zi=3((р*70/6)-5)=94,9=95

Zрасч=67 шариков;

[Q]см= Zрасч*[p]см*sina*cosл , H

[Q]см= 67*720*sin45*cos2=34077 H

2) Коэффициент долговечности К

n= минО№

n - расчетная частота вращения;

Число циклов нагружения за один оборот винта Сi

Ci=0.5*Zi*(1+(r1/r0)*cosa)

Ro=0.5do=0.5*70=35 мм;

Ci=0.5*95*(1+(3,0/35)*cos45)=50,4

Т - расчетный срок службы передачи; Т=5000 час;

Kq=0.6; Kq- коэффициент переменности нагрузки

3) Допустимая нагрузка при отсутствии натяга и долговечности Т=5000 час.

На один шарик [P]

H

на винт [P]

Н

Q?[Q]

5010 H ?[7408] H

4) Допустимая сила натяга

, Н

Н

Н

Н

Фактическая сила натяга в передаче должна лежать в пределах от Рнмин до Рнмах.

5) Относительное осевое перемещение бн двух гаек, необходимое для создания натяга.

мкм

де d1- 6 мм; Pн1- 53; 65,5 Н

мкм

мкм

6) Осевое перемещение гайки относительно винта в результате контактной деформации при нагрузке Q=5000 H.

При наличии предварительного натяга

, мкм

мкм ; мкм;

7) К.П.Д. передачи при наличии натяга и нагрузке Q=5010 H.

; =0,1є

Н

Для Рн мин

Момент холостого хода передачи:

 , н*см;

Н*см;

Для Рн мах

Момент холостого хода передачи:

, н*см;

Н*см;

Выводы: В ходе расчета был произведен выбор конструкции передачи винт - гайка качения привода продольного перемещения стола и ее расчет, который показал, что передача имеет высокий К.П.Д. ,и небольшое сопротивление передаче крутящего момента от редуктора привода к непосредственно силовому столу.

4.4 Расчет на износ поступательных направляющих скольжения силового стола

4.6.1 Введение

Износ, возникающий при трении сопряжённых поверхностей, является наиболее характерным видом повреждения большинства машин и механизмов.

Изнашивание - это процесс постепенного изменения размеров тела при трении, проявляющийся в отделении с поверхности трения материала и его остаточной деформации. При контакте двух сопряжённых поверхностей и их относительном перемещении в поверхностных слоях возникают механические и молекулярные взаимодействия, которые в конечном итоге и приводят к разрушению микрообъёмов поверхностей, т.е. к их износу.

Для расчёта и прогнозирования работоспособности станков при их износе, для выбора рациональных материалов, размеров и конструкций сопряжений при заданных условиях их работы необходимо знать основные закономерности изнашивания рабочих элементов станков. Только численная оценка степени износа сопряжений станков позволяет решать указанные выше задачи.

Показателями износа в соответствии с общим методическим подходом по оценке степени повреждения являются :

^* линейный износ U (мкм) - изменение размера поверхности при её износе, измеренное в направлении, перпендикулярном к поверхности трения;

^* скорость изнашивания у = dU /dt (мкм/ч) - отношение величины износа ко временя, а течение которого он возникает;

* интенсивность изнашивания j=dU/ds - отношение величины износа к относительному пути трения (s), на котором проходило изнашивание; эта величина будет безразмерной, если линейный износ и путь трения измеряются в одних единицах.

4.6.2 Расчет на износ поступательных направляющих скольжения силового стола

Исходные данные:

L=1000 мм - максимальный ход стола;

L0=1600 мм - длина направляющих скольжения;

Px=2393 H ; Py=2154 H; Pz= 1197 H; Rфр=0,05 мм;

Уравнения системы сил, действующих на направляющие. [1]

Х = Px+Qx-(A+C)*м=0; (1)

Y= Px*Rфр-A*sinб-Py=0; (2)

Z= C +A*cosб-Pz-G=0; (3)

Mx=CYc- A*sinбYA=0; (4)

My=CXc+ A*cosбXA=0; (5)

Mz=-Px*Rфр+ A*sinбXA-CмYc=0; (6)

м=0,1

Qx=5010 H - вес стола;

а=0,04 м; - ширина грани А; с=0,079 м; - ширина грани С;

Схема сил действующих на силовой стол

рис. 19. Схема сил действующих на направляющие А, С.

(7)

(8)

Метод определения формы изношенной поверхности направляющих стола

рис.20

Определение размеров участков 1,2,3

L/L0	участок	Пределы участка	L1	L2
‹1	1 2 2	0 x L L x L0 L0 x L0+L	0 x-L X-L	X X L0

Пределы интегрирования при расчете износа. Таб.4

Величина удельных давлений Р1 (МПа) по длине направляющих:

(9)

(10)

Коэффициент изнашивания К=1,3*10;

Средняя скорость изнашивания

Расчет и построение формы изношенной поверхности U(x) граней А, С направляющих консоли после 5 лет эксплуатации станка

L0=1,6 м; L=1 м; а=0,04 м; с=0,079 м.

S=N*Фр*Т*n*Scp*60*10, км (11)

Где: Фр - годовой фонд рабочего времени (Фр=2060 ч) , Т - сменность работы (Т=2), n - коэффициент использования станка (n= 0,7), Scp - средняя скорость подачи, мм/мин;

S=5*2060*2*0.7*800*60*10, км

Рис. 21.Форма изношенной поверхности грани А консоли станка.



рис. 22. Форма изношенной поверхности грани С консоли станка.

Выводы: В результате проведения расчета было установлено, что направляющие после 5 лет эксплуатации станка имеют максимальный износ 240 мкм, однако износ будет ниже, т.к. нагрузки, используемые в расчете имеют максимальную величину, на практике станок подвергается нагрузкам, имеющим меньшие средние значения, поэтому можно сделать вывод о том, что после 5 лет эксплуатации станок будет изготовлять детали, соответствующие требованиям качества.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО ПРОЕКТУ

В данной курсовой работе разработана компоновка РТК, рассчитаны узлы оборудования, режимы обработки детали. Данная компоновка позволяет обрабатывать различные типы деталей в автоматическом режиме, при переходе на другой тип детали нужны незначительные подналадки и корректировки. Применен напольный робот агрегатного типа что позволяет быстро его переналаживать. Возможности станка позволяют обрабатывать различные детали заданной точности.

В ходе расчета припусков был определен минимальный припуск, необходимый для изготовления детали с требуемыми параметрами качества и отвечающий условиям рационального использования металла.

Итогом расчета режимов резания можно считать получение значений параметров резания, наиболее полно отвечающих условиям изготовления деталей высокого качества с учетом применения современного инструмента и выбора его оптимальной стойкости.

Результаты расчета шпинделя показывают что под воздействием максимальной нагрузки показатели шпинделя находятся в пределах, требуемых для изготовления годных деталей. Радиальное отклонение конца шпинделя составляет 4,7 мкм, а осевое 0,3 мкм. Опасные (по точности вращения) частоты не входят в ряд частот вращения шпинделя, АЧХ и спектр колебаний шпинделя показывают, что шпиндель пригоден для эксплуатации.

Результаты расчета зубчатой передачи показывают, что она отвечает требованиям точности и жесткости. Обладает запасом прочности на весь срок эксплуатации станка и применима в условиях автоматизированного производства.

Рассчитанный вал применим в данной РТК, т.к. запас прочности по пределу текучести в несколько раз превосходит требуемый запас прочности.

Подшипник мод. 6 - 46208 Е 6 класса точности удовлетворяет условиям эксплуатации и имеет запас по условию требуемой динамической грузоподъемности.

В ходе расчета ВГК был произведен выбор конструкции передачи винт - гайка качения привода продольного перемещения стола и ее расчет, который показал, что передача имеет высокий К.П.Д. ,и небольшое сопротивление передаче крутящего момента от редуктора привода к непосредственно силовому столу.

В результате проведения расчета было установлено, что направляющие после 5 лет эксплуатации станка имеют максимальный износ 240 мкм, однако износ будет ниже, т.к. нагрузки, используемые в расчете имеют максимальную величину, на практике станок подвергается нагрузкам, имеющим меньшие средние значения, поэтому можно сделать вывод о том, что после 5 лет эксплуатации станок будет изготовлять детали, соответствующие требованиям качества.

ЛИТЕРАТУРА

1) Авдеев В.Б. Методические указания №1552 «Расчет на износ поступательных направляющих скольжения». М.,МГТУ «МАМИ»,2001

2) Авдеев В.Б. Методические указания №1575 «Расчет и проектирование передач винт-гайка качения. М.,МГТУ «МАМИ»,2000

3) Аршинов В.А., Алексеев Г.А. «Резание металлов и режущий инструмент», М.:Машиностроение,1968 г.

4) Козырев Ю.Г. «Промышленные роботы». Справочник., М.:Машиностроение,1988 г., 392 с.

5) Промышленные роботы в машиностроении. Альбом схем и чертежей. Под ред. Соломенцева Ю.М,.-М.:Машиностроение,1986 г. 140 стр.

6) Пуш А.В. «Промышленные роботы в станкостроении». Учебное пособие №63. М.,МГТУ «МАМИ»,1980

7) Пуш А.В., Толстов Н.П. «Однооперационные манипуляторы в станкостроении». Учебное пособие №62. М.,МГТУ «МАМИ»,1982

8) Режимы резания металлов. Справочник. Барановский Ю.В. Изд.3-е,перераб. и доп. М.,» машиностроение», 1972

9) Решетов Д.Н. «Детали машин». М. ;Машиностроение; 1989 г.

10) Руководство по эксплуатации станка ГФ 2171.Часть1 ГФ2171.00.000 РЭ

11) Справочник технолога - машиностроителя под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова в 2 - х томах.Т1. М.; Машиностроение; 1985 г.

12) Справочник технолога - машиностроителя под ред. А.Г. Косиловой и Р.К.Мещерякова в 2 - х томах.Т2. М.; Машиностроение; 1985 г.

13) Программа САПР-Spin лицензия N

Размещено на Allbest.ru

...