Разработка привода главного движения станка модели 1В62Г

Содержание

Введение

Раздел 1. Определение основных технических характеристик станка

1.1 Расчёт и обоснование режимов резания

1.2 Определение частот вращения

1.3 Определение силы резания и эффективных мощностей

Раздел 2. Кинематический расчёт

2.1 Структурная сетка

2.2 Построение графика частоты вращения

2.3 Определение передаточных отношений и чисел зубьев колёс

Раздел 3. Расчёт элементов привода

3.1 Расчёт крутящих моментов

3.2 Расчёт зубчатых передач

3.3 Расчёт валов привода станка

Раздел 4. Смазывание и обслуживание станка

Раздел 5. Охрана труда и Т. Б.

Заключение

Литература

Введение

Машиностроение является основой научно-технического прогресса в различных отраслях народного хозяйства. Непрерывное совершенствование и развитие машиностроения связано с прогрессом станкостроения, т.к. металлообрабатывающие станки вместе с другими видами технологического оборудования обеспечивают изготовление любых новых видов машин.

Совершенствование современных станков должно обеспечивать повышение скоростей рабочих и вспомогательных движений при соответствующем повышении мощности привода главного движения. Исключительное значение приобретает повышение надёжности станков за счёт насыщения их средствами контроля и измерения, а так же выделения в станки систем диагностирования.

Современные металлообрабатывающие станки обеспечивают высокую точность и качество поверхности обработанных деталей. Ответственные поверхности наиболее важных деталей машин и приборов обрабатывают на станках с погрешностью в долях микрометров, а шероховатость поверхности не превышает сотых долей микрометра.

Раздел 1. Определение основных технических характеристик станка

Основными техническими характеристиками для токарных станков являются:

. Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки;

. Число ступеней частот вращения шпинделя z;

3. Предельные  и , а также промежуточные  частоты вращения шпинделя;

. Мощность привода главного движения.

1.1 Расчёт и обоснование режимов резания

1.1.1 Начинаем расчёт с определения предельных расчётных диаметров (обрабатываемых заготовок для токарных станков) режущих инструментов для сверлильных станков:

 (мм)

Для сверлильных станков рекомендуется следующее соотношение между наибольшим и наименьшим расчётными диаметрами:

 [1] стр. 20.

 (мм)

.1.2 Предельная глубина резания при сверлении:  (мм),  (мм)

.1.3 Предельные значения подач принимаем: для углеродистой стали

 [2] стр.277 табл.25

.1.4 Максимальная скорость резания для сверлильных станков определяется при сверлении с наименьшим диаметром сверла и наименьшей подачей:

 [м/мин]

где

; ; ; .

 где   

=290 м/мин.

=12 м/мин.

1.2 Определение частот вращения

1.2.1 Предельная частота вращения шпинделя определяется по формулам:

.2.2 Диапазон регулирования коробки скоростей определён, как отношение предельных частот вращения шпинделя:

.2.3 Знаменатель геометрического ряда частот вращения шпинделя определён по формуле:

 при Z=22

Принимаем стандартные значения

.2.4 Промежуточная частота вращения определяется следующим образом:

1.3 Определение силы резания и эффективных мощностей

Для токарных станков максимальная осевая сила  и момент резания  соответствуют точению с наибольшей подачей:

Для углеродистой стали:

Для чернового точения:

Для чистового точения:

. Мощность резания  для токарных станков определяется по формуле:

 кВт

Мощность резания для чернового точения:

 (кВт);

 (кВт).

По каталогу подбираем электродвигатель 4А132М4У3, приемлемый по мощности и частоте вращения:

мощность, кВт 18,5

синхронная частота вращения, мин^-1 500

частота вращения с учётом потерь, мин^-11460

Раздел 2. Кинематический расчёт

Структурные сетки используют для отсеивания непригодных вариантов по предельно-допустимым значениям передаточных отношений для зубчатых передач. В приводе главного движения принимаем:

Коробки скоростей проектируются на основании структурной формулы, которая определяет его конструктивный и кинематический вариант. Структурная формула в общем виде имеет вид:

где z - общее число ступеней множительного механизма.

 - число передач в группе;

 - характеристики групп.

При графическом изображении множительного механизма характеристика "x" означает число интервалов  между соседними лучами, изображающими передачи данной группы. Полный диапазон регулирования групповой передачи зависит от характеристики "x" и числа передач , т.е.  или , где . Показатель степени означает количество интервалов  между соседними лучами изображающей передачи данной группы. Устанавливаем, что оптимальным вариантом, обеспечивающим главное изменение диапазонов регулирования при переходе от группы к группе, является структурная формула:

Выбранный вариант множительного механизма обеспечивает наибольшую простоту, наименьшее количество передач и групп, оптимальные радиальные и осевые размеры.

.1 Структурная сетка

Построение ведётся в полулогарифмических координатах: N валов множительного механизма - lg n.

Оптимальный вариант структурной сетки выбираем из условия, что для последней переборной группы:

-ый вариант  условие выполняется

-ой вариант  условие выполняется

Оптимальным выбираем 1-ый вариант.

2.2 Построение графика частоты вращения

График частот вращения строим из условия оптимальных передаточных отношений и его допустимых значений, т.е. чтобы показатель "m" (число интервалов  на которое поднимается или опускается луч, изображающий соответствующую передачу на графике частот вращения) не превышая допустимых значений  при   для повышения скоростей и  для понижающих скоростей.

2.3 Определение передаточных отношений и чисел зубьев колёс

Определяем передаточные отношения, используя график частот вращения в соответствии с числом интервалов перекрываемых лучом, определяем число зубьев колёс передач табличным методом. По таблицам определяем число зубьев ведомого колеса при передаточном отношении  или ведущего колеса при  в соответствии с подобранной суммой зубьев . Исходя из условий контактности передач величину  и наименьшее число зубьев  в приводах главного движения ограничивают в пределах  . Выбранные значения заносим в табл.2.1.

Таблица 2.1.

Раздел 3. Расчёт элементов привода

3.1 Расчёт крутящих моментов

При определении крутящих моментов на валах коробки скоростей универсальных станков расчётная частота вращения шпинделя принимается не , а рассчитывается для токарных станков по формуле:

где диапазон регулирования частот вращения.

Стандартное значение .

Крутящий момент на валу электродвигателя привода при номинальной мощности определяется по формуле:

где

мощность электродвигателя, кВт;

частота вращения электродвигателя, об/мин

Для определения крутящих моментов  на валах привода главного движения используется формула:

где мощность электродвигателя, кВт;

КПД участка цепи от двигателя до данного вала;

частота вращения го вала, об/мин.

Крутящий момент на шпинделе, соответствующей расчётной частоте () принимается в качестве наибольшего и равен:

Крутящий момент на валу электродвигателя равен: .

Крутящий момент на правом валу равен:

Крутящий момент на 2 валу равен:

Крутящий момент на 3 валу равен:

Крутящий момент на 4 валу равен:

Крутящий момент на 5 валу равен:

Крутящий момент на 6 валу равен:

3.2 Расчёт зубчатых передач

3.2.1 Выбор материала и термообработки зубчатых колёс.

Выбираем для изготовления колёс и шестерен материал сталь 40Х со следующими механическими характеристиками:

а) назначаем термообработку - улучшение;

б)   

где НВ - твёрдость по Бринеллю, предел выносливости,  предел текучести.

Расчёт ведём для зубчатой пары:

 контактные.

.2.2 Определение допустимых напряжений.

Определяем базовые пределы контактной выносливости по формуле:

Допускаемые контактные напряжения определяем по формуле:

где базовый предел контактной выносливости;

коэффициент безопасности;

коэффициент долговечности.

Определяем контактные допускаемые контактные напряжения изгиба:

где

предел выносливости материала зубьев при изгибе, соответствующей базовому числу от нулевых циклов;

коэффициент долговечности;

коэффициент нагрузки;

коэффициент безопасности;

тогда:

.2.3 Проектировочный расчёт:

.2.3.1 Определяем ориентировочные значения диаметра нормальной окружности для шестерни z=15,

где ;     

 (мм).

.2.3.2 Определяем модуль из расчёта на контактную выносливость:

.2.3.3 Определяем модуль из расчёта на изгибную выносливость:

где  ;   

 (мм).

.2.4 Проверочный расчёт.

.2.4.1 Определяем расчётное контактное напряжение по формуле:

;

где   ; α=20;

;

где ; ; ; ;

.2.4.2 Определяем расчётное напряжение изгиба зубьев:

3.3 Расчёт валов привода станка

3.3.1 Проектировочный расчёт валов

В результате проектировочного расчёта определяем ориентировочные значения диаметров валов. Этот расчёт ведётся только на кручение по известному крутящему моменту, передаваемому валом. Диаметр выходного конца вала или промежуточного вала под шестерней определяется по формуле:

мм

где: 10-20 - допускаемое напряжение на кручение для шестерни; 20-25 - допускаемое напряжение на кручение для выходного конца вала.

 мм. Принимаем 32 мм из стандартного ряда.

 мм. Принимаем 30 мм.

 Принимаем 30 мм.

 Принимаем 30 мм.

 Принимаем 30 мм.

 Принимаем 30 мм.

 Принимаем 30 мм.

.3.2 Проверочный расчёт на статическую прочность.

Расчёт валов коробки скоростей имеет специфические особенности, обусловленные конструктивным и кинематическим их исполнением. Для составления расчётной схемы необходимо иметь поперечное расположение валов, на которые устанавливаются положения зацепления зубчатых колёс, направления сил в зацеплении. Расчёт производят для 6-го вала по расчётной цепи:

Радиальные силы:

 кН;  кН.

Плоскость YZ:

Изгибающие моменты

Плоскость XZ:

M₃y = - Rx₁×l = - 0,173×90 = - 184Hм;

M₄y = Rx₂×l₃ = 0.57×145 = 955Нм.

Плоскость YZ:

M₃x = Ry₁×l₁ = 0.663×90 = 690Нм;

M₄x = - Ry₂×l₃ = - 0,067×145 = - 115Нм

Эквивалентный момент для сечения с большим изгибающим моментом (по пятой теории прочности):

= Нм;

Диаметр вала в рассчитанном сечении:

 мм.

Получив значение сечения вала в опасном сечении и сравнив его с найденным при проектировочном расчёте видим, что они примерно одинаковы, поэтому оставим

.3.3 Расчёт на усталостную прочность.

На практике установлено, что для валов основным видом разрушения является усталостное разрушение. Статическое разрушение наблюдается значительно реже. Оно происходит под действием случайных кратковременных нагрузок. Поэтому для валов расчёт на усталостную прочность является основным. Причём, что нормальное напряжение от изгиба изменяется по симметрическому циклу. Расчёт на усталостную прочность состоит в определении коэффициента запаса прочности "n" для опасного сечения и сравниваем его с требуемым (допускаемым) значением [n]. Прочность соблюдается при n≥ [n].

Материал вала ─ сталь 45. Термообработка ─ улучшение.

Предел прочности: δ_В = 750МПа.

Предел выносливости при симметричном цикле изгиба кручения касательных напряжений:

 [5], стр.96

Кδ = 1; Кτ = 1; ε_δ = 0.76; ε_τ = 0,65; β = 0,95; δ_υ = δ_u; δ_м = 0; ψ_δ =0,2; ψ_τ = 0,1.

Предел выносливости при симметричном цикле изгиба:

δ_-1 = = 322МПа [5], стр.95.

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям [5], стр.95:

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям [5], стр.100:

При совместном действии напряжения, кручения, и изгиба запас сопротивления усталости определяется по формуле [5], стр.95:

n = 5.35 > [n] = 2,5…3,0.

.3.4 Расчёт вала на жёсткость.

Прогибы и узлы поворота в вертикальной плоскости.

Момент инерции

 мм

Учитывая, что прогиб в местах посадки подшипников равен нулю (f = 0), можно записать:

0,0006

Угол поворота в месте посадки подшипников (т.2):

θ=EIθ1--0,00094

Угол поворота в месте посадки зубчатых колес:

θ= EIθ1-=0,0006<0,01

Прогиб в точках 3 и 4;

ЕIf₃ = θθ

ЕIf₄ = θ

Раздел 4. Смазывание и обслуживание станка

Циркуляционной системой осуществляется смазка элементов станка: коробки скоростей, подач и механизмов подач, включающих в себя масленый резервуар. Уровень масла по красной точке указателя 8 допуска станка или после его включения через 10-15 мин.

Количество разливаемого масла - 7 литров.

Верхний и нижний подшипники шпинделя смазывают способом набивки смазки УЧАТИМ - 201 ГОСТ6267-74.

Привод (подшипники) смазываются также способом набивки смазкой УЧАТИМ - 201, периодичность смазки один раз в год. Направляющие колоны смазываются индустриальным маслом 20А ГОСТ 20799-75.

При нормальной работе масло должно непрерывно поступать в контрольный глазок. Смену масла рекомендуется производить через каждые десять дней, а затем один раз в три месяца.

Проверку системы смазки производят через каждые три месяца.

Раздел 5. Охрана труда и Т. Б.

Безопасность труда на станке 1В62Г достигается соответствуя требованиям ГОСТ 12.2.009-80, СТ СЭВ 578-77, СТ СЭВ 539-77, СТ СЭВ 500-77.

Требования безопасности труда при эксплуатации станка учитывается соответствующими разделами:

. Для обслуживающего персонала:

Персонал, допущенный в установленном на предприятии порядке к работе на станке, а так же к его наладке и ремонту обязан:

.1 Получить инструктаж по Т.Б. в соответствии с заводскими инструктажами, разработанными на основании руководства по эксплуатации и типовых инструкций по охране труда.

.2 Ознакомиться с общими правилами эксплуатации и ремонта станка и указаниями по Т.Б., которые содержатся в руководстве по эксплуатации электрооборудования.

.3 Чистку и регулировку механизмов станка проводить при полной остановке и отключении станка от энергопотребителей.

. При транспортировке и установке станка:

.1 При монтаже, демонтаже и ремонте и ремонте для надёжного закрепления и безопасности перемещения станка следует использовать специальные рем. болты и другие устройства, предусмотренные конструкцией станка.

Грузоподъёмные устройства следует выбирать с учётом указанных в разделе.

.2 При расконсервировании станка следует руководствоваться Т.Б. по ГОСТ 2014-78.

. При подготовке станка к работе:

.1 Проверить исправность кнопочных и тормозных устройств.

.2 Проверить исправность системы смазки и системы охлаждения.

. При работе станка:

.1 Режимы резания должны соответствовать руководству по эксплуатации.

.2 При отсутствии подачи масла на контрольный глазок немедленно остановить станок.

.3 Не рекомендуется переключать скорости и подачи на ходу, т.к. это может привести к выходу из строя зубчатых колёс.

Заключение

В курсовом проекте разработан привод главного движения станка модели 1В62Г, так же имеется смазка станка, инструктаж по охране труда, технике безопасности и т.д.

Литература

1. В.И. Глубокий: "Металлорежущие станки и промышленные работы" Мн. 1984 г.

. Справочник технолога - машиностроителя; под редакцией А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова, Машиностроение 1985 г.

. Ф.Д. Релин: "Металлические материалы" Мн. Высшая школа 1987 г.

. А.И. Кочергин: "Конструирование и расчёт металлорежущих станков и станочных комплексов" Мн. Высшая школа 1991 г.

. С.А. Чернавский: "Курсовое проектирование деталей машин" 1979 г.

. В. Пуш: "Металлорежущие станки"; 1986 г.