Проектирование коробки скоростей главного движения токарно-карусельного станка
Содержание
Введение
. Расчёт технических характеристик
. Расчёт кинематических характеристик
. Силовой расчёт
4. Расчёт шпонок на
прочность.
. Расчёт шлицевых соединений
6. Смазка
Введение
Целью данного курсового проекта было
проектирование коробки скоростей главного движения токарно-карусельного станка.
Токарно-карусельные станки
предназначены для черновой и чистовой обработки различных заготовок из черных и
цветных металлов, а так же производить обточку и расточку цилиндрических,
конических и фасонных поверхностей, подрезку торцев и сверление отверстий в
крупногабаритных деталях класса дисков и втулок.
Наиболее характерными деталями,
обрабатываемыми на токарно-карусельном станке являются маховики, заготовки
зубчатых колес, диски турбин, бандажи и т.п.
1. Расчет технических характеристик
Дано:
1. Диаметр обрабатываемой
детали
2. Обрабатываемый материал
Сталь конструкционная
3. Материал инструмента:
Т15К6, Т5К10
Расчет
1. Диаметр планшайбы
2. Наименьший диаметр
обрабатываемой детали
3. Максимальная глубина
резания
4. Минимальная глубина резания
5. Максимальная подача
6. Минимальная подача
Для станков мелкого размера
7. Максимальная скорость при
обработке конструкционной стали с пределом прочности 650МПа инструментом из
Т15К6
Период стойкости
пластины: принимаем среднее значение
Минимальная глубина
резания
Минимальная подача
Поправочные коэффициенты
=0,15
y=0,45
m=0,2
(табл. 17, стр. 269,
справочник Технолога-машиностроителя т.2 под ред. А.Г.Косиловой)
Коэффициент учитывающий
механические свойства обрабатываемого материала
- поправочный
коэффициент учитывающий влияние физико-механических свойств обрабатываемого
материала на скорость резания
- показатель степени
при обработке резцом из твердого сплава
- коэффициент для
материала инструмента из твердого сплава
(табл. 2, стр. 262,
справочник Технолога-машиностроителя т.2 под ред. А.Г.Косиловой)
- поправочный
коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала на скорость
резания
(табл. 6, стр. 263,
справочник Технолога-машиностроителя т.2 под ред. А.Г.Косиловой)
8. Минимальная скорость
резания при обработке конструкционной стали с пределом прочности 650МПа
инструментом из Т15К6
Период стойкости
пластины: принимаем среднее значение
Максимальная глубина
резания
Максимальная подача
Поправочные коэффициенты
x=0,15
y=0,45
m=0,2
(табл. 17, стр. 269,
справочник Технолога-машиностроителя т.2 под ред. А.Г.Косиловой)
Коэффициент учитывающий
механические свойства обрабатываемого материала
- поправочный
коэффициент учитывающий влияние физико-механических свойств обрабатываемого
материала на скорость резания
- показатель степени
при обработке резцом из твердого сплава
- коэффициент для
материала инструмента из твердого сплава
(табл. 2, стр. 262,
справочник Технолога-машиностроителя т.2 под ред. А.Г.Косиловой)
- поправочный
коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала на скорость
резания
(табл. 6, стр. 263,
справочник Технолога-машиностроителя т.2 под ред. А.Г.Косиловой)
9. Максимальная частота
вращения планшайбы
10. Минимальная частота вращения
планшайбы
11. Максимальная сила резания
(тангенциальная составляющая) при обработке конструкционной стали с пределом
прочности 650МПа инструментом из Т15К6
Максимальная глубина
резания
Максимальная подача
Минимальная скорость
резания
Поправочные коэффициенты
x=1
y=0,75
n=-0,15
(табл. 22, стр. 273,
справочник Технолога-машиностроителя т.2 под ред. А.Г.Косиловой)
Коэффициент учитывающий
фактические условия резания
- коэффициент,
учитывающий влияние качества обрабатываемого материала на силовые зависимости
-
показатель степени
n=0,75
(табл. 9, стр. 264,
справочник Технолога-машиностроителя т.2 под ред. А.Г.Косиловой)
Поправочные
коэффициенты, учитывающие влияние геометрических параметров режущей части
инструмента на силу резания
(табл. 23, стр. 275,
справочник Технолога-машиностроителя т.2 под ред. А.Г.Косиловой)
(Н)
12. Максимальная эффективная
мощность резания при обработке углеродистой стали с пределом прочности 750МПа
инструментом из Т15К6
13. Установленная мощность
электродвигателя
(принимается
предварительно)
14. Выбор электродвигателя
АИР 160S8 ТУ 16-525.564-84
2. Расчет кинематических
характеристик
станок
заготовка скорость коробка кинематический
Дано:
1. Знаменатель геометрической
прогрессии
2. Максимальная и минимальная
частоты вращения
3. Электродвигатель
АИР 160S8 ТУ 16-525.564-84
Расчет
1. Т.к. поворотный стол у
карусельного станка имеет цилиндрическую зубчатую передачу с передаточным
отношение равным 4, и коническую передачу с передаточным отношением равным 1 ,
то
Принимаем 
2. Число скоростей Z
Примем число ступеней z=18
Примем
3. Расчёт частоты вращения
Принимаем:
4. Выбор структурного графика
Возможны варианты:
*3*2
*2*3
*3*3
При условии, что на первом валу
коробки скоростей желательно иметь большее число зубчатых колёс выберем вариант
3*3*2
5. Расчёт передаточных
отношений
С целью ограничения
габаритов зубчатых передач установлены пределы 
; 
.
Все полученные передаточные отношения находятся в допустимых пределах.
6. Подбор чисел
зубьев
Первая переборная группа:
Вторая переборная
группа:
Третья переборная
группа:
Исходя из структурного
графика, входящий вал коробки скоростей должен иметь 
Эл. двигатель имеет
Введём этот коэффициент
в передаточное отношение первой переборной группы
7. Определение
фактических чисел оборотов коробки скоростей
8. Определение фактических чисел
оборотов планшайбы
Выходной вал коробки скоростей
соединён с приводным валом планшайбы через коническую передачу и цилиндрическую
передачу
; 
Числа оборотов
планшайбы:
Принимаем:
9. Проверка
Числа оборотов ряда
должны отклоняться от табличных значений не более, чем 
10. Зубчатые колёса
Расчет крутящих
моментов
Предварительный расчет диаметров
валов
12. Расчёт мощности на каждом валу
13.
14. Расчёт модуля зубьев по
напряжениям изгиба
15.
Принимаем:
16. Ширина колёс
17. Расчёт модуля по программе
Расчет геометрических параметров
зубчатого зацепления
Вал № 1
входные данные
передаточное отношение= 1,45
допустимые контактные напряжения=
580,00
скорость вращения шестерни= 530,00
знаменатель геометрического ряда=
1,06
количество зубьев шестерни= 29,00
коэффициент ширины зуба= 8,00
мощность зубчатой передачи= 7,28
допустимые напряжения на изгиб=
290,00
угол наклона зуба шестерни= 0,00
вид стали= 40,00
количество скоростей= 1,00
Результаты расчетов :
ПРЕОБЛАДАЮТ ИЗГИБНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ
МОДУЛЬ КОЛЕСА = 1,04
ШИРИНА КОЛЕСА = 8,48
Вал № 2
входные данные
передаточное отношение= 1,69
допустимые контактные напряжения=
580,00
скорость вращения шестерни= 315,00
знаменатель геометрического ряда=
1,06
количество зубьев шестерни= 29,00
коэффициент ширины зуба= 8,00
мощность зубчатой передачи= 7,06
допустимые напряжения на изгиб=
290,00
угол наклона зуба шестерни= 0,00
вид стали= 40,00
количество скоростей= 1,00
Результаты расчетов :
ПРЕОБЛАДАЮТ ИЗГИБНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ
МОДУЛЬ КОЛЕСА = 1,20
ШИРИНА КОЛЕСА = 9,73
Вал № 3
входные данные
передаточное отношение= 1,00
допустимые контактные напряжения=
580,00
скорость вращения шестерни= 36,00
знаменатель геометрического ряда=
1,06
количество зубьев шестерни= 29,00
коэффициент ширины зуба= 8,00
мощность зубчатой передачи= 6,85
допустимые напряжения на изгиб=
290,00
угол наклона зуба шестерни= 0,00
вид стали= 40,00
количество скоростей= 1,00
Результаты расчетов :
ПРЕОБЛАДАЮТ ИЗГИБНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ
МОДУЛЬ КОЛЕСА = 2,26
ШИРИНА КОЛЕСА = 18,11
Вал № 4
входные данные
передаточное отношение= 1,67
допустимые контактные напряжения=
580,00
скорость вращения шестерни= 190,00
знаменатель геометрического ряда=
1,06
количество зубьев шестерни= 27,00
коэффициент ширины зуба= 8,00
мощность зубчатой передачи= 6,45
допустимые напряжения на изгиб=
290,00
угол наклона зуба шестерни= 0,00
вид стали= 40,00
количество скоростей= 1,00
Результаты расчетов :
ПРЕОБЛАДАЮТ ИЗГИБНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ
МОДУЛЬ КОЛЕСА = 1,39
ШИРИНА КОЛЕСА = 11,23
3. Силовой расчет
3 вала
1. Расчёт на сложное
сопротивление
Определение окружных и радиальных
усилий:
Определение реакций опор
Проверка: 
-6-21+430-213=0
=0 - верно
Проверка: 
+580+1182-1235=0
=0 - верно
Суммарные реакции:
Изгибающие моменты:
Суммарный изгибающий момент:
2. Расчёт на статическую
прочность
Рассмотрим наиболее нагруженное
сечение - середина зубчатого колеса 1
Напряжение изгиба:
Момент сопротивления:
, вал шлицевый 8*56*65
Напряжение кручения:
Частные коэффициенты:
Для вала из стали 5
Общий коэффициент запаса
прочности по пределу текучести:
.75>2 - верно
Значит прочность вала
обеспечена в опасном сечении
3. Проверка подшипников 3
вала:
Требуемая долговечность:
t=15000ч.
Подшипники шариковые
однорядные №210 ГОСТ 8338-75
Расчётный ресурс
подшипника:
> 15000 - верно
Выбранные подшипники
подходят
. Расчёт шпонок на
прочность
2 вал:
Шпонка 18*11*80 ГОСТ 23360-78
D=60мм - диаметр вала
K=4мм - выступ шпонки от шпоночного паза
L=62мм - рабочая длина шпонки (80-18)
B=18мм - ширина шпонки
=210МПа - сталь 3
=100МПа
Проверка на смятие:
<
199<210
- верно
Проверка на срез:
<
.4<100 - верно
Вывод: шпонка обладает
требуемой прочностью.
вал:
Шпонка 18*11*200
D=60мм
K=4мм
L=182мм - рабочая длина шпонки (200-18)
B=18мм
=210МПа - сталь 3
=100МПа
<
<210 - неверно
Заменим материал шпонки сталь 3 на
сталь 45
=310МПа - сталь 45
=125МПа
<
<310 - верно
<
<100 - верно
Вывод: шпонка обладает
требуемой прочностью.
5. Расчёт шлицевых соединений
Вал 1 и вал 3 имеют шлицы 8*56*65,
где
- количество шлицев
D=65мм - наружный диаметр
D=56мм - внутренний диаметр
Материал вала 1 - сталь
40Х
Материал вала 3 - сталь
40Х, т.к. износостойкая при средних условиях эксплуатации
=650 МПа
Проверка на смятие рабочих граней
шлицев:
- рабочая площадь
смятия
=125мм - длина ступицы
F=0.3
- фаска на шлицах
<
.3<60 - верно
Вывод: шлица обладают
требуемой прочностью.
6. Смазка
В коробке скоростей применяется
смазка поливанием. Поливание применяется для зубчатых передач, работающих с
любыми окружными скоростями.
Смазочная жидкость нагнетается из
ванны плунжерным насосом в трубку, расположенную в верхней части коробки
скоростей. Затем из неё разбрызгивается на вращающиеся колёса. Насос приводится
в действие от эксцентрика, расположенного на втором валу коробки.
Производительность насоса
определяется в предположении, что всё количество тепла, выделяемое при трении,
отводится маслом, циркулирующем в смазочной системе.
Работа сил трения:
А = Nэ (1-η),
где Nэ= 7,5кВт - мощность электродвигателя
η = 0,84 - КПД коробки скоростей.
Количество тепла, выделяемое при
трении:
W = 860N (1-η)
Количество тепла, отводимого
смазочной жидкостью:
=60Q х сγΔt
Q
=
N (1-η) = K
х N (1-η);
К=1
= 1 х 7,5(1- 0,84) =
1,2 л/мин
Примем насос плунжерный 25 МН
3030-61
Qном = 0,25 л/мин при n = 100 об/мин
Qнасоса
= 
,
л/мин, что соответствует требуемой производительности насоса Q = 1,2 л/мин.
Выбранный насос
подходит.