Модернізація приводу головного руху зі ступеневим регулюванням свердлильного верстата
Міністерство освіти і науки України
Житомирський державний технологічний
університет
Кафедра ТМ і КТС
Пояснювальна записка до курсової
роботи з дисципліни:
"Розрахунок та моделювання верстатами"
на тему: "Модернізація приводу
головного руху зі ступеневим регулюванням свердлильного верстата"
Житомир
2007
Глава 1. Розрахунок вихідних даних
1.1 Діаметри обробки
– приймаємо .
1.2 Глибина різання
,
де – діаметр обробки,
мм;
1.3 Подача
Значення подачі ,
1.4 Швидкість різання
де – розраховується для
чистового точіння при:
–
найменшій глибині різання ;
–
стійкості різального
інструмента ;
–
коефіцієнті для твердого сплаву;
–
коефіцієнті ; (показники ступенів , та –для твердого сплаву);
–
подача для чистової
обробки вибирається з довідника.
де – розраховується при:
–
найбільшій глибині різання
;
–
стійкості різального
інструмента ;
–
коефіцієнті швидкорізальної сталі;
–
коефіцієнті ; (показники ступенів , та –для швидкорізальної сталі);
Частоти обертання шпинделя:
1.5 Сила різання, потужність двигуна
Приймаємо ,
де – для твердосплавного
інструменту;
де – ефективна
потужність, кВт.
Необхідна потужність електродвигуна:
,
де – коефіцієнт, який
враховує потужність, що витрачається на рух подачі ;
– потужність
холостого ходу верстата, кВт.
Глава 2. Розрахунки кінематики приводу шпинделя
зі ступеневим регулюванням
При відомих найбільшій та найменшій частотах обертання
шпинделя кількість ступенів можна визначити за формулою:
,
де – діапазон частот
обертання шпинделя.
Розрахунок починаємо з знаменника ряду :
– умова не
забезпечується.
Проводимо розрахунок з знаменником ряду :
– умова не
забезпечується
Проводимо розрахунок з знаменником ряду :
-- умова
виконується
Одержане значення округлюємо до .
2.1 Приводи шпинделя з двошвидкісним електродвигуном та
автоматизованою коробкою передач
Конструктивний варіант для випадку буде мати вигляд:
,
при цьому двошвидкісний двигун виконує роль першої
структурної групи. Для доцільно вибирати двигун з
діапазоном частот обертання вала .
Розширити діапазон регулювання АКП (і одночасно
уникнути повторюваності частот) можна за рахунок використання вузла зворотного
зв’язку.
Будуємо картину частот, прийнявши об/хв., об/хв.
2.2 Розрахунок чисел зубів зубчастих передач
З картини частот обертання шпинделя беремо передаточні
відношення для кожної групи і виражаємо їх неправильним дробом.
Для І-ої групи:
, ,
;
Розраховуємо мінімальне значення коефіцієнта
корегування сумарного числа зубів у передачі:
,
Маємо:
Розраховуємо сумарну кількість зубів в кожній
зубчастій передачі в групі:
,
Розраховуємо числа зубів ведучого та веденого коліс в
кожній передачі:
Для ІІ-ої групи:
, ,
;
Розраховуємо мінімальне значення коефіцієнта
корегування сумарного числа зубів у передачі:
,
Розраховуємо сумарну кількість зубів в кожній
зубчастій передачі в групі:
,
Розраховуємо числа зубів ведучого та веденого коліс в
кожній передачі:
Для ІІІ-ої групи:
, ,
;
Розраховуємо мінімальне значення коефіцієнта
корегування сумарного числа зубів у передачі:
,
Розраховуємо сумарну кількість зубів в кожній
зубчастій передачі в групі:
,
Розраховуємо числа зубів ведучого та веденого коліс в
кожній передачі:
Оскільки , кількість зубців в
І-й групі збільшуємо до
2.3 Розрахунок зубчастих передач
Орієнтовно модуль зубчастих передач в групі
розраховується для пари з найменшим передаточним відношенням:
де N – потужність електродвигуна, кВт;
– допустиме
навантаження, Н/мм2;
– розрахункова
частота обертання колеса, хв-1;
– коефіцієнт ширини
зубчастого колеса, ;
– кисло зубців
колеса;
– коефіцієнт форми
зубців;
– коефіцієнт
швидкості.
Модуль в І-й групі:
,
Приймаємо m=3.
Модуль в ІІ-й групі:
,
Приймаємо m=6.
Модуль в ІІІ-й групі:
,
Приймаємо m=4.
Розраховуємо міжосьові відстані :
,
,
.
Визначаємо діаметри та ширину зубчастих коліс і
діаметри валів, , .
Для І-ої групи:
Для ІІ-ої групи:
Для ІІІ-ої групи:
Оскільки , тобто не
виконується умова монтажу, змінимо сумарну кількість зубців в парах (кратно
передаточним відношенням), не виходячи за .
Збільшимо сумарну кількість зубців в ІІІ-ій групі в 2
рази, а в ІІ-ій – зменшимо в 2 рази, тоді міжосьові відстані матимуть значення:
Діаметри зубчастих коліс в ІІ-й та ІІІ-й групах:
Тепер умова монтажу виконується: .
Ширина зубчастих коліс:
Діаметри валів приймаємо орієнтовно :
4.2 Конструювання шпиндельного вузла
Шпиндельні вузли металорізальних верстатів
проектуються в більшості випадків з підшипниками кочення в опорах.
Використовують в опорах як кулькові, так і роликові підшипники. Підшипники опор
повинні витримувати радіальне та осьове навантаження, що діють на шпиндель в
процесі роботи верстата. Для протидії осьовому навантаженню упорні підшипники
можна проектувати як в передній, так і в задній опорах. Використання
радіально-упорних або упорних підшипників в передній опорі більш ефективне,
тому що розвантажує шпиндель від осьових сил різання, але при цьому
ускладнюється конструкція та розміри передньої опори.
Спеціальні роликові шпиндельні підшипники проектують в
опорах шпинделів при максимальній частоті обертання 2000…2500 обертів за
хвилину. Вкорочені циліндричні ролики підвищують допустиму швидкість обертання.
Передній кінець шпинделя повинен мати строго
стандартизовані як форму, так і розміри.
4.3 Розрахунок радіальної жорсткості шпинделя, розвантаженого
від згинного моменту
В процесі роботи металорізального верстата геометрична
вісь шпинделя змінює своє положення внаслідок податливості опор від дії сил
різання , згинних моментів та зсуву від поперечних сил. Фактичне положення
геометричної осі шпинделя буде залежати від жорсткості шпиндельного вузла, яка
може бути визначена за принципом суперпозиції.
Розрахункова схема:
Реакції в опорах:
;
;
Пружне переміщення тіл кочення та кілець підшипників в
передній опорі:
.
Контактна деформація посадочних поверхонь підшипника і
корпуса:
.
Жорсткість передньої опори:
.
Податливість передньої опори:
.
Пружне зближення тіл кочення та кілець підшипників в
задній опорі:
.
Контактна деформація підшипників і корпуса задньої
опори:
Жорсткість задньої опори:
.
Податливість задньої опори:
.
Переміщення переднього кінця шпинделя від згинних
навантажень:
,
– момент інерції
шпинделя між опорами;
– момент інерції
консолі;
– коефіцієнт
защемлення;
.
Переміщення переднього кінця шпинделя за рахунок
податливості опор:
.
Переміщення переднього кінця шпинделя від зсуву за
рахунок поперечних сил:
,
де – модуль зсуву,
– площа перерізу консолі шпинделя, мм2;
– площа перерізу шпинделя між опорами,
мм2;
Радіальна жорсткість шпиндельного вузла:
,
.
Радіальне переміщення шпинделя в точці заміру
жорсткості:
4.4 Розрахунок осьової жорсткості шпинделя, розвантаженого
від згинного моменту
Осьову жорсткість шпинделя розраховують за осьовою
силою, що діє на шпиндель.
Приймаємо осьове навантаження від сил різання:
Пружне переміщення тіл кочення та кілець підшипника
передньої опори:
де – кількість кульок
підшипника;
– діаметр кульок.
Контактна деформація стиків задньої опори в місцях
дотику:
,
де – діаметр корпусу в
зоні дотику, мм;
– внутрішній діаметр
підшипника, мм;
– коефіцієнт
деформації дотику.
Осьова жорсткість шпиндельного вузла:
.
Кут нахилу шпинделя в передній опорі:
.
4.5 Розрахунок точності підшипників шпиндельного
вузла
У зв’язку
з тим, що шпиндельний вузол є визначальним за точністю металорізального
верстата, виникає необхідність провести розрахунки точності підшипників в
шпиндельних опорах. Пов’язані ці розрахунки з визначенням биття осі шпинделя в
опорах.
Приймаємо коефіцієнт , для
верстатів нормальної точності.
;
У зв’язку з тим, що при експлуатації верстата биття в
підшипниках збільшується в розрахунках приймають:
;
Биття осі шпинделя в передній опорі:
;
Биття осі шпинделя в задній опорі: