Для определения режимов резания задаются все исходные даные, относящиеся к обрабатываемым заготовкам, включая толщину сострагиваемого слоя древесины, модель станка, время работы режущего инструмента между переточками и коэффициент загрузки станков в течение рабочего времени m. При выполнени расчетов необходимо ориентироваться на применение стального инструмента с углом резания д = 60…70?. Схема фрезеровки представлена на рис. 3.1.

Рисунок 3.1 - Схема процеса фрезерования

3.1.1 Определение скорости подачи

Пример расчета для нижней горизонтальной фрезы (доска 12x50 x6000, h=1.0 м, b=54 м, Н=30 мкм.).

Скорость подачи, м/мин:

м/мин; (3.1)

м/мин,

где u_z - подача на зуб (u_{z =}м);

z - число резцов фрезы (z=4);

n - частота вращения фрезы (n=5000 мин^-1).

Подача на зуб u_z1, ограниченая шероховатостью фрезерованной поверхности, определяется по формуле, м:

м, (3.2)

где Н - высота микронеровностей (Н=30 мкм);

D - диаметр окружности резания (D=190м).

3.1.2 Дополнительные данные для расчета силовых характеристик

Средняя условная окружная сила резания определяется по формуле, Н:

Н; (3.3)

Н,

где К - средне условное сопротивление резанию в пределах одного оборота, МПа,при е ? 0,1 м:

МПа; (3.4)

МПа,

где К_n - давление стружки по передней грани резца, МПа, для сосны и ели:

К_n=(0,2+0,004_с)д+(0,07+0,0015_с)v-(5,5+0,15_с)=(0,2+0,004*4,16)'60+(0,07 +0,0015*4,16)х(90-49,72)-(5,5+0,15*4,16) = 9,95 МПа, (3.5)

и_с - кинематика угола встречи на половине длины срезаемой стружки (дуги резания), град:

; ; (3.6)

,

где h - высота сострагиваемого слоя (h=1,0 м);

а_с - коэффициентзатупления режущего инструмента:

; (3.7)

Д_с - приращение радиуса затупления режущего инструмента за время работы, мкм:

(3.8)

где А - приращение радиуса затупления режущего инструмента за 1 м пути резания, мкм/м: для мягких пород древесины А = 0,0008;

Т - время работы резцов (Т=240 мин);

m' - коэффициент загрузки станка в течение рабочего времени, m'= 0,7;

с₀ - радиус скругления рабочих кромок режущего инструмента после заточки (исходная острота), мкм, (для фрез и ножей с₀ = 5);

Р - условная удельная касательная сила резания по задней грани резца, Н/м, для сосны и ели:

Р = 1,6 + 0,036 * 4,16 = 1,75 Н/м;

b - ширина фрезерования, м;

v - скорость резания, м/с:

м/сек. (3.9)

При м/св в формуле 3.5 необходимо вместо v подставлять выражение (90-v) .

Средняя касательная сила резания на дуге контакта режущего инструмента с древесиной (в пределах длины срезаемой стружки), Н:

(3.10)

где ц - угол контакта режущего инструмента с древесиной, град:

ц = 2*и = 2*4,16 = 8,32?‚

Максимальная касательная сила резания на дуге контакта режущего инструмента с древесиной по учебнику, соответствующая углу и_вых (ц), Н:

Р_max = 2*Р = 2*148,1 = 296,2 Н. (3.11)

Нормальная составляющая силы резания применительно к условной касательной силе Р_к, Н:

Н, (3.12)

где Р_з - условная касательная сила резания по задней грани режущего инструмента, Н.

 Н, (3.13)

где f_пр - приведеный коэффициент трения (для затупленого режущего инструмента принимается f_пр = (0,7…0,8);

Р_n - условная касательная сила резания по передней грани режущего инструмента, Н:

Р_n = Р_к-Р_з = 13,69-4,98 = 8,71 Н, (3.14)

Нормальные составляющие (средняя и максимальная силы на дуге контакта режущего инструмента с древесиной) определяются согласно формулам (3.10) и (3.11):

Н; (3.15)

P_Н.max = 2*Р_Н.ср = 2*55,3 = 110,6 Н. (3.16)

Сила сопротивления подаче материала в общем виде определяется по формуле, Н:

Р_и = Р_к*Cosи+Р_н*Sinи, Н; (3.17)

Р_и = 13,69*Cos 4,16?+5,11*Sin 4,16? = 14,02 Н,

где Р_к, Р_н - касательная и нормальная силы;

и - кинематический угол встречи, град (и_вых - при определени максимальной силы Р_н.max и и_с - при определени условной средней Р_и и средней силы Р_н.ср на дуге контакта).

Вертикальная составляющая силы резания определяется по формуле, Н:

Р_b = Р_к* Sinи-Р_н* Cosи, Н; (3.18)

Р_b = 13.69* Sin 4,16-5,11* Cos 4,16 = -4,10 Н;

Мощность на резание определяется по формуле, кВт:

кВт. (3.19)

Припуск на механическую обработку с двух сторон по ГОСТ 7307-75:

1. По толщине:

- при толщине 12 м и ширине 50 м - 3,5 м;

- при толщине 12 м и ширине 250 м -5 м;

- при толщине 125 м и ширине 50 м - 4,5 м;

- при толщине 125 м и ширине 250 м - 6,5 м.

2. По ширине:

- при толщине 12 м и ширине 50 м - 4,0 м;

- при толщине 12 м и ширине 250 м -5,5 м;

- при толщине 125 м и ширине 50 м - 4,5 м;

- при толщине 125 м и ширине 250 м - 6,5 м.

Результаты расчетов сводим в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 - Результаты расчетов

Таким образом, расчёт мощности фрезерования показал, что, установленые на станке электродвигатели привода нижнего и верхнего горизонтальных шпинделей мощностью 5,5 кВт и 7,5 кВт при фрезеровании пиломатериалов шириной 250 м не удовлетворяют заданым параметрам фрезерования.

3.1.3 Расчет высоты снимаемого слоя по мощьности механизма резания

, м, (3.20)

где N_рез - мощность двигателя механизма резания, кВт;

К₀ - приведеное удельное сопротивление резанию:

К₀ = К_iК_пК_вК_t, Н/м²; (3.21)

К_i - удельное сопротивление резанию.

при U_z = 0,375 м; К_i = 28,0 Н/м²,

при U_z = 2,10 м; К_i = 13,0 Н/м²,

U_z - подача на зуб, м:

,м ; (3.22)

при м/мин:

м;

при м/мин:

м,

где К_п - поправочный коэффициент, учитывающий влияние породы обрабатываемой древесины (для ели К_п = 0,95);

К_в - поправочный коэффициент, учитывающий влияние влажности обрабатываемой древесины (при W=10% К_в = 1,0);

К_t - поправочный коэффициент, учитывающий влияние времени работы инструмента (при t = 4ч К_t = 1,43);

при U_z = 0,375 м:

К₀ = 28*0,95*1,0*1,43 = 38 Н/м²;

при U_z = 2,1 м:

К₀ = 13*0,95*1,0*1,43 = 17,7 Н/м²,

где В - ширина фрезерования, м;

U - скорость подачи, м/мин;

H - высота снимаемого слоя, м;

з_рез - К.П.Д. элементов передач механизма резания (з_рез = 0,85).

Нижняя фреза:

В = 256,5 м, N_рез = 5,5 кВт,

при U = 7,5 м/мин:

м,

при U = 42 м/мин:

м.

Верхняя фреза:

В=250 м, кВт,

при U = 7,5 м/мин:

м,

при U = 42 м/мин:

м.

Боковая фреза:

В = 131,5 м, N_рез = 5,5 кВт,

при U = 7,5 м/мин:

м,

при U = 42 м/мин:

м.

Вывод: максимальная высота снимаемого слоя при подаче 7,5 м/мин: нижней фрезой - 3,9 м, верхней фрезой - 5,5 м, боковой фрезой - 7,5 м; при подаче 42 м/мин: нижней фрезой - 1,24 м, верхней фрезой - 1,84 м, боковой фрезой - 2,7 м.

3.2 Расчет сил сопротивления подаче

Подача на зуб u_z определяется по формуле (3.22), м:

м, (3.22)

где U - скорость подачи (U = 42 м/мин);

z - количество ножей (z = 4);

n - частота вращения шпинделя (n = 5000).

Средняя условная окружная сила резания определяется по формуле (3.23):

, Н; (3.23)

где К - средне условное сопротивление резанию в пределах одного оборота по формуле (3.24):

при е ? 0,1 м:

МПа; (3.24)

.

К_n - давление стружки по передней грани режущего инструмента по формуле (3.25), Мпа, для сосны и ели:

К_n=(0,2+0,004_с)д+(0,07+0,0015_с)v-(5,5+0,15_с)=(0,2+0,004*4,63)*60+ +(0,07+0,0015*4,63)*(90-49,72)-(5,5+0,15*4,63) = 10,02 МПа, (3.25)

и_с - кинематика угола встречи на половине длины срезаемой стружки (дуги резания) по формуле (3.26):

; град, (3.26)

где h - высота срезаемого слоя (h=1,24 м);

а_с - коэффициент, учитывающий затупление режущего инструмента по формуле (3.27):

. (3.27)

Д_с - при вращение радиуса затупления режущего инструмента за время работы по формуле (3.28):

мкм, (3.28)

А - при вращение радиуса затупления режущего инструмента за 1 м пути резания, мкм/м:

для мягких пород древесины А = 0,0008;

Т - время работы режущего инструмента (Т = 240 мин);

m' - коэффициент загрузки оборудования в течение рабочего времени, m' = 0,7;

с₀ - радиус закругления рабочихх кромок режущего инструмента после заточки (исходная острота), мкм:

для фрез и ножей с₀ = 5;

Р - условная удельная касательная сила резания по задней грани резца, Н/м, для сосны и ели:

Р = 1,6+0,036*и = 1,6+0,036*4,63 = 1,77 Н/м;

b - ширина строгания, м;

v - скорость резания по формуле (3.29), м/с:

м/сек. (3.29)

При м/св в формуле (3.5) необходимо вместо v подставлять выражение .

Нормальная составляющая силы резания применительно к условной касательной силе Р_к по формуле (3.30), Н:

,Н; (3.30)

Н,

где Р_з - условная касательная сила резания по задней грани резцов по формуле (3.31), Н:

Н ; (3.31)

 Н,

где f_пр - приведеный коэффициент трения (для затупленых режущих инструментов принимается; f_пр = (0,7…0,8)

Р_n - условная касательная сила резания по передней грани режущего инструмента по формуле (3.32), Н:

Р_n = Р_К-Р_З = 110,73-28,59 = 82,14 Н; (3.32)

ц - угол контакта режущего инструмента с древесиной, град:

ц = 2*и = 2*4,63 = 9,27?

Сила сопротивления подаче материала в общем виде определяется по формуле (3.33):

Р_и=Р_к*Cosи+Р_н*Sinи=110,73*Cos 4,63?+23,63*Sin 4,63?=112,28Н, (3.33)

где Р_к, Р_н - касательная и нормальная силы;

и - кинематический угол встречи.

Сопротивление подаче от прижимных элементов:

; (3.34)

где m - число прижимных элементов (m = 4(2));

усилие прижима, (принимается Р_Пр = 600 Н (1200 Н));

К - коэффициент трения качения прижимных роликов по древесине (К = 0,59 (0,75));

d - диаметр подшипниковых опор прижимных роликов, (d = 2,0 см (4,5см));

D - диаметр прижимных роликов, (D = 12,8 см (18,0 см));

f - коэффициент трения в подшипниках вальцов, f = 0,017);

коэффициент трения скольжения материала заготовки, (µ = 0,4).

3.2.2 Верхняя горизонтальная фреза

Подача на зуб u_z определяется по формуле (3.22), м:

м.

Средняя условная окружная сила резания определяется по формуле (3.3):

Средне условное сопротивление резанию в пределах одного оборота по формуле (3.4), Мпа,при е ? 0,1 м:

МПа.

Давление стружки по передней грани режущего инструмента, для сосны и ели по формуле (3.5):

К_n=(0,2+0,004_с)д+(0,07+0,0015_с)v-(5,5+0,15_с)=(0,2+0,004*5,65)*60+0,07 +0,0015*5,65)*(90-49,72)-(5,5+0,15*5,65) = 10,17 МПа.

Кинематика угола встречи на половине длины срезаемой стружки (дуги резания) по формуле (3.6):

; .

Коэффициент, учитывающий затупление режущего инструмента по формуле (3.7):

.

Приращение радиуса затупления режущего инструмента за время работы по формуле (3.8):

мкм.

Условная удельная касательная сила резания по задней грани режущего инструмента, Н/м, для сосны и ели:

Р = 1,6+0,036*и = 1,6+0,036*5,65 = 1,8 Н/м.

Нормальная составляющая силы резания применительно к условной касательной силе Р_к по формуле (3.12):

где Р_з - условная касательная сила резания по задней грани режущего инструмента по формуле (3.13):

,

Р_n - условная касательная сила резания по передней грани режущего инструмента по формуле (3.14), Н:

Р_П = Р_К-Р_З = 150,77-39,75 = 111,02 Н,

ц - угол контакта режущего инструмента с древесиной, град:

ц = 2*и = 2*5,65 = 11,3?

Сила сопротивления подаче материала в общем виде определяется по формуле (3.17):

Р_и = 150,77* Cos 5,65?+33,43* Sin 5,65? = 153,33 Н.

Сопротивление подаче от прижимных элементов:

F_Пр = (2m P_Пр-Р_кSinи +Р_нCosи)= (2*2*600-150,77* Sin 5,65?+33,43х

хCos 5,65? )*0,4 = 967,4 Н. (3.35)

3.2.3 Правая вертикальная фреза

Подача на зуб u_z определяется по формуле (3.22):

м.

Средняя условная окружная сила резания определяется по формуле (3.3):

.

Средне условное сопротивление резанию в пределах одного оборота по формуле (3.4), при е ? 0,1 м:

.

Давление стружки по передней грани режущего инструмента, для сосны и ели по формуле (3.5):

К_n=(0,2+0,004_с)д+(0,07+0,0015_с)v-(5,5+0,15_с)=(0,2+0,004*6,85)*60+(0,07 +0,0015*6,85)*(90-49,72)-(5,5+0,15*6,85) = 10,35 МПа.

Кинематика угла встречи на половине длины срезаемой стружки (дуги резания) по формуле (3.6):

; .

Коэффициент, учитывающий затупление режущего инструмента по формуле (3.7):

.

Приращение радиуса затупления режущего инструмента за время работы по формуле (3.8):

,

Условная удельная касательная сила резания по задней грани режущего инструмента, Н/м, для сосны и ели:

Р = 1,6+0,036*6,85 = 1,85 Н/м.

Нормальная составляющая силы резания применительно к условной касательной силе Р_к по формуле (3.12):

Р_к = 29,88/0,75-81,17*tg(70-60) = 113,3 Н,

где Р_з - условная касательная сила резания по задней грани режущего инструмента по формуле (3.13):

Н;

Р_n - условная касательная сила резания по передней грани режущего инструмента по формуле (3.14):

Р_n = 150,77-39,75 = 111,02 Н;

ц - угол контакта режущего инструмента с древесиной, град:

ц = 2и = 2*6,85 = 13,69?

Сила сопротивления подачи материала в общем виде определяется по формуле (3.17):

Р_и = 111,05Cos 6,85?+25,53Sin 6,85? = 113,3 Н.

Сопротивление подачеи от прижимных элементов:

; (3.36)

где m = 3; принимается Р_Пр=600Н; К=0,45; d=1,6 см; D=6,0см; f=0,017.

3.2.4 Левая вертикальная фреза

Подача на зуб определяется по формуле (3.22):

м.

Средняя условная окружная сила резания определяется по формуле (3.3):

Средне условное сопротивление резанию в пределах одного оборота по формуле (3.4), при е ? 0,1 м:

МПа.

Давление стружки по передней грани режущего инструмента, для сосны и ели по формуле (3.5):

К_n=(0,2+0,004_с)д+(0,07+0,0015_с)v-(5,5+0,15_с)=(0,2+0,004*6,85*60+ +(0,07+0,0015*6,85)*(90-49,72)-(5,5+0,15*6,85) = 10,35 МПа.

Кинематика угола встречи на половине длины срезаемой стружки (дуги резания) по формуле (3.6):

; .

Коэффициент, учитывающий затупление режущего инструмента по формуле (3.7):

.

Приращение радиуса затупления режущего инструмента за время работы по формуле (3.8):

мкм.

Условная удельная касательная сила резания по задней грани режущего инструмента, Н/м, для сосны и ели:

Р = 1,6+0,036*6,85 = 1,85 Н/м.

Нормальная составляющая силы резания применительно к условной касательной силе Р_к по формуле (3.12):

Р_к = 29,88/0,75-81,17*tg(70-60) = 113,3 Н,

где Р_з - условная касательная сила резания по задней грани режущего инструмента по формуле (3.13), Н:

Р_n - условная касательная сила резания по передней грани режущего инструмента по формуле (3.14), Н:

Р_n = Р_К-Р_З = 150,77-39,75 = 111,02 Н,

ц - угол контакта режущего инструмента с древесиной, град:

ц = 2и = 2*6,85 = 13,69?

Сила сопротивления подачи материала в общем виде определяется по формуле (3.17):

Р_и = 111,05Cos 6,85?+25,53Sin 6,85? = 113,3 Н.

3.3 Сопротивление подачи от подающих органов механизма подачи

, Н; (3.37)

.

где m = 4,

принимается Р_Пр = 1200 Н; К = 0,75; d = 4,5 см; D = 18,0 см; f = 0,013.

3.4 Полное сопротивление подачеи всего станка

?Р_С = ?Р_ез+?F_Пр++?F_Пд, Н; (3.38)

?Р_С=(112,2+153,33+113,3+113,3)+(2346,2+976,4+998,16)+831,2=5644,17Н.

3.5 Тяговая способность органов подачи

Т = 2mР_Прf_Cц.в, Н; (3.39)

Т = 2*4*1200*0,36 = 3456 Н,

где f_Cц.в - коэффициент сцепления вальцов с древесиной, f_Cц.в=0,36, m= 4,

принимается Р_Пр = 1200 Н.

Проверка: Т = 3456 Н<?Р_С = 5644,17 Н.

Вывод: при максимальных размерах обрабатываемого материала тяговая способность механизма подачи недостаточна для преодоления сил сопротивления подачи.

3.6 Потребляемная мощность привода механизма подачи

, кВт; (3.40)

кВт,

где а - коэффициент запаса или превышение тяговой способности органов подачи против сумарной силы сопротивления подачеи, а=1,2;

U_max - наибольшая скорость подачи, U_max = 42 м/мин;

з_под - КПД элементов передач механизмов подачи, з_под = 0,47 .

При установке дополнительной пары подающих вальцов полное сопротивление подачи всего станка составляет ?Р_С = 6121,5 Н, тяговая способность органов подачи Т = 4320 Н, потребная мощность привода механизма подачи N_под = 10,94 кВт.

Таким образом, расчёт мощности привода механизма подачи показал, что, установленый на станке электродвигатель мощностью 5,5 кВт. не удовлетворяет заданым параметрам фрезерования. Нужно заменить установленый на приводе механизма подачи червячный редуктор на цилиндрический, тогда потребная мощность привода механизма подачи будет N_под = 5,47 кВт., и установленый на станке электродвигатель мощностью 5,5 кВт будет удовлетворять заданным параметрам фрезерования.

3.7 Усилие прижима ролика

Для визуального представления, изобразим графически силы действующие на заготовку в процессе работы станка, расчетная схема представлена на рисунке 3.2.

Так же выполним необходимые расчеты согласно данному изображению.

Рисунок 3.2 - Расчётная схема

Подача на зуб u_z определяется по формуле (3.22):

м.

Средняя условная окружная сила резания определяется по формуле (3.3):

Средне условное сопротивление резанию в пределах одного оборота по формуле (3.4), МПа, при е ? 0,1 м:

МПа.

Давление стружки по передней грани режущего инструмента для сосны и ели по формуле (3.5), МПа:

К_n=(0,2+0,004_с)д+(0,07+0,0015_с)v-(5,5+0,15_с)=(0,2+0,004*4,63)*60+ +(0,07+0,0015*4,63)*(90-49,72)-(5,5+0,15*4,63) = 10,02 МПа.

Кинематика угола встречи на половине длины срезаемой стружки (дуги резания) по формуле (3.6):

;

Коэффициент, учитывающий затупление режущего инструмента по формуле (3.7):

.

Приращение радиуса затупления режущего инструмента за время работы по формуле (3.8):

мкм.

Условная удельная касательная сила резания по задней грани режущего инструмента, Н/м,для сосны и ели:

Р = 1,6 + 0,036 * 4,63 = 1,77 Н/м.

Скорость резания по формуле (3.9):

м/сек.

Нормальная составляющая силы резания применительно к условной касательной силе Р_к по формуле (3.12):

.

Условная касательная сила резания по задней грани режущего инструмента по формуле (3.13):

.

Условная касательная сила резания по передней грани режущего инструмента по формуле (3.14):

Р_n = 110,73-28,59 = 82,14 Н.

Сила сопротивления подачи материала в общем виде определяется по формуле (3.17):

Р_и = 110,73 Cos 4,63?+13,6 Sin 4,63? = 175,2 Н.

Сила трения при качении вальца по древесине:

Н; (3.41)

, Н,

где f - коэффициент трения качения, f = 0,75 м;

µ₁ - коэффициент трения в подшипнике вальца, µ = 0,02;

2 - количество верхних вальцов;

d - диаметр оси, d = 45м;

D - диаметр вальца, D =180 м;

F₂ - сила трения доски по поверхности стола:

F₂ = (2Р_пр+S)µ; Н; (3.42)

F₂ = (2Р_пр+12,5)*0,2 = 0,4* Р_пр+2,5 Н.

µ = 0,2

Обще сопротивление подачи:

W = Р_и+F₁+F₂; (3.43)

W = 175,2+0,0257*Р_пр+0,4*Р_пр+2,5 = 177,7+0,4257*Р_пр.

Усилие прижима определим из условия T = Ј W, где T - тяговое усилие вальцов:

Т = 2Р_прf_сц = 2*Р_пр*0,4 = 0,8?*Р_пр, Н, (3.44)

где 2 - количество передних подающих вальцов;

f_сц - коэффициент сцепления вальца с древесиной, f_сц = 0,4;

Ј - коэффициент запаса тягового усилия, Ј = 1,3…1,5.

Имем:

0,8*Р_пр = 1,4(177,7+0,4257Р_пр),

Р_пр = 1189 Н. (Принимаем усилие прижима Р_пр = 1200 Н).

3.8 Расчёт пружины сжатия

Исходные данные для расчета пружинины заносим в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 - Исходные даные

Расчёт пружины сжатия ведётся програмой «КОМПАС - SPRING» компании АСКОН.

Результаты расчетов заносим в таблицу 3.3.

Таблица 3.3 - Результаты расчёта

Параметры пружины сжатия представлены на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 - Параметры пружины сжатия

3.8.1 Вал ведущий

Схема нагрузок на приводной вал в процессе работы предоставлена на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 - Расчетная схема

Вертикальная плоскость:

Загружение первого пролета:

; (3.45)

,

где м;

м;

м;

-грузовые коэффициенты определяем согласно силовой схеме:

;

Загружение второго пролета:

; (3.46)

;

;

;

.

Сумарные опорные моменты:

М₁ = 3,42+20,74 = 24,16 Н*м.

Реакци опор в вертикальной плоскости:

Балка 0-1:

; (3.47)

.

Балка 1-2:

; (3.48)

.

Сумарные реакции в вертикальной плоскости:

;

;

.

Горизонтальная плоскость:

Загружение первого пролета

;

;

.

Загружение второго пролета: М₁ = 0.

Реакци опор в горизонтальной плоскости:

Балка 0-1:

;

.

Балка 1-2:

;

.

Сумарные реакции:

;

;

.

Результирующие реакции:

;

;

.

Изгибающие моменты в вертикальной плоскости:

;

;

.

Изгибающие моменты в горизонтальной плоскости:

;

;

.

Результирующие изгибающие моменты:

;

;

.

3.9 Проверка вала на выносливость

Напряжение изгиба и кручения:

, (3.49)

,

где М_и, М_кр - изгибающий и крутящий моменты на валу, М_и = 58 Мпа, М_кр = 8,7 Мпа;

W_и - момент сопротивления сечения вала изгибу, W_и = 6,28?10^-6 м³;

W_р - момент сопротивления сечения вала кручению, W_р = 12,57?10^-6 м³

Коэффициенты концентрации напряжений в данном сечени (под подшипником):

(ККд₂ = 2,4);

(ККф₂ = 2,086).

Пределы выносливости вала в данном сечени:

; (3.50)

.

Коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям:

, (3.51)

,

где д_а, ф_а - амплитуда напряжений цикла:

д_а = д = 6,18 МПа;

ф_а = ф/2 = 0,346 МПа;

д_т, ф_т - средне напряжение цикла:

д_т = 0, ф_т = ф_а = 0,346 МПа.

,

.

Общий коэффициент запаса прочности вала:

, (3.52)

где - допускаемый запас прочности вала, = 2.

3.10 Кинематический расчет

Требуемая угловая скорость вращения вальца при скорости подачи U=7,5 м/мин:

(3.53)

где U - скорость подачи ,U=7,5 м/мин =0,125 м/с;

диаметр вальца, 180 м.

Синхроная частота вращения вала двигателя:

, oб/мин, (3.54)

где f - частота питающей сети, f=50 Гц;

Р - число пар полюсов, р=2.

Принимается электродвигатель 4А112М4/1445, N=5,5 кВт, n=1500 об/мин, КПД=82 %.

Требуемое передаточное число передачи:

, (3.55)

,

где - угловая скорость вращения вала двигателя:

рад/с. (3.56)

Согласно полученым расчетам изображаем графически кинематическую схему привода ведущего вала (рисунок 3.6).

Разбивка передаточного числа:

На станке имется цилиндрическая зубчатая передача:

; (3.57)

Рисунок 3.6 - Кинематическая схема: 1- частотный преобразователь; 2- электродвигатель; 3- муфта упругая втулочно-пальцевая; 4- цилиндрический редуктор; 5- звёздочка Z1=17; 6- цепь втулочно-роликовая Р=18,875; 7- звёздочка Z2=45; 8- зубчатое колесо Z1=25; 9- зубчатое колесо Z2=35; 10- подшипник; 11- валец

.

Имется цепная передача:

, (3.58)

.

Принят редуктор с передаточным числом i_p = 16.

Обще передаточное отношение привода:

i_общ = i_ц.п. i_з.п.i_р = 1,4*2,65*16 = 59,36.

Действительная угловая скорость вращения вальца:

; (3.59)

.

Действительная окружная скорость вращения вальца:

; (3.60)

.

Действительная частота вращения вальца:

об/мин. (3.61)

Требуемая частота вращения вальца:

об/мин.

Отношение действительной частоты вращения вальца к требуемой:

. (3.62)

Отсюда, требуемая частота тока при минимальной скорости подачи:

 Гц. (3.63)

Отношение максимальной скорости подачи к минимальной:

.

Тогда требуемая частота тока при максимальной подачи:

f_max = 26,5*5,6 = 148,4 Гц.

Отсюда получаем диапазон регулирования частотного преобразователя: 26,5 - 148,4 Гц., обеспечивающий минимальную и максимальную скорость подачи, но, учитывая скольжение двигателя S = 3,7%, окончательно получаем диапазон регулирования: 27,5 - 154 Гц.

4. Технологическая часть

4.1 Описание конструкции и обозначение детали