Главный привод токарного станка с числовым программным управлением

Главный привод токарного станка с числовым программным управлением

Министерство образования и науки

Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Электромеханический факультет

Кафедра технологии автоматизированного машиностроения

Курсовой проект

по дисциплине: Металлорежущие станки

на тему: "Главный привод токарного станка с ЧПУ"

Иваново 2009

Содержание

Введение

. Выбор электродвигателя

. Определение числа зубьев колес передач

. Выбор материала и термообработки зубчатых колес

. Расчет на прочность элементов привода

.1 Определение КПД привода и мощности на каждом валу

.2 Определение крутящих моментов на валах

.3 Определение параметров зубчатых колес

.3.1 Расчет модуля

.3.2 Определение геометрических параметров зубчатых колес

.3.3 Определение межосевого расстояния

.4 Расчет клиноременной передачи

.5 Расчет действительных частот вращения шпинделя

.6 Нагрузка валов

.6.1 Предварительный расчет валов

.6.2 Уточненный расчет ведущего вала

.6.3 Проверка шлицевых соединений

.7 Выбор подшипников качения

. Описание разработанной конструкции

Заключение

Список используемой литературы

электродвигатель передача зубчатый шлицевый

Введение

Высокие темпы роста выпуска продукции машиностроительной и других отраслей производства требуют разработки и внедрения новейшего высокопроизводительного оборудования, различных типов станков-автоматов и автоматических линий.

При реализации поставленных задач, важное место занимает проблема улучшения использования действующего металлорежущего оборудования за счет его усовершенствования (повышения скоростей обработки, повышение точности и надежности работы, увеличение мощности привода, применение средств автоматизации и управления рабочим процессом, использование приспособлений и устройств, расширяющий технологические возможности станков).

Создание металлорежущих станков должно предусматривать их наибольший экономический эффект и высокие тактико-технические и эксплуатационные показатели.

Основные требования, предъявляемые к создаваемому станку: высокая производительность, надежность, технологичность, ремонтопригодность, минимальные габариты и масса, удобство эксплуатации, экономичность, техническая эстетика. Все эти требования учитываются в процессе проектирования и конструирования.

1. Выбор электродвигателя

Дано: n_max = 3000 (об/мин); n_min = 50 (об/мин); P_дв = 7(кВт).

Выбирается регулируемый электродвигатель в зависимости от требуемой мощности.

Требованиям удовлетворяет асинхронный электродвигатель с частотным регулированием мод. 2AD100D с параметрами P = 7,5(кВт), n_ном = 1500 (об/мин), n_max = 7500 (об/мин).

Определяется диапазон регулирования частот вращения привода:

Определяется диапазон регулирования частот вращения двигателя при

постоянной мощности:

Рисунок 2. График частот вращения

Рисунок 3. Кинематика привода.

Разрабатывается график частот вращения.

Для ориентирования используем стандартный ряд частот вращения (φ=1,25), а каркас графика должен охватывать частоты вращения от n_min = 50 до максимальной частоты вращения в приводе n_эmax = 3000.

2. Определение числа зубьев колес передач

Метод наименьшего общего кратного.

Рисунок 4. Группа передач

Так как межосевое расстояние для всех зубчатых колес группы является величиной постоянной (рисунок 6) и равно

то при одинаковом модуле зубчатых колес должно быть справедливо соотношение

где    a_w - межосевое расстояние групповых передач;

m - модуль;

β - угол наклона зубьев (β=0^o);

S_z - сумма чисел зубьев сопряженных колес;

Z и Z^| - числа зубьев ведущего и ведомого колес.

Для передаточного отношения  определим E_min, приняв z_min = 18;

.

3. Выбор материала и термообработки зубчатых колес

Таблица 1. Допускаемые контактные напряжения (R_к) и напряжения на изгиб (R_в)

4. Расчет на прочность элементов привода

.1 Определение КПД привода и мощности на каждом валу

где    N - мощность на рассчитываемом валу (кВт);

N_дв. - мощность электродвигателя (кВт);

η - КПД кинематической цепи от электродвигателя до вала.

4.2 Определение крутящих моментов на валах

Определение крутящих моментов, действующих на валах, производится по формуле

где    M_кр. - крутящий момент (Н*м);

n_р - минимальная частота вращения рассчитываемого вала, при котором может быть полностью использована мощность электродвигателя.

4.3 Определение параметров зубчатых колес

.3.1 Расчет модуля

Для стальных прямозубых колес модуль определяется:

. по напряжениям изгиба

2. по контактным напряжениям

Из двух значений модуля, выбирают большее и округляют до ближайшего большего стандартного значения.

Обозначения и размерности величин в формулах:

знак "+" - соответствует наружному зацеплению;

знак "-" - соответствует внутреннему зацеплению;

N - мощность, передаваемая рассчитываемой шестерни, определяется с учетом КПД передачи от электродвигателя до рассчитываемой шестерни, кВт;

U - передаточное число пары колес, в которой работает рассчитываемая шестерня, понимаемое всегда как отношение числа зубьев колеса к числу зубьев шестерни (всегда больше или равно единице);

z - число зубьев рассчитываемой шестерни;

 - отношение ширины зуба к модулю;

R_b - допускаемое напряжение изгиба (МПа)

R_к - допускаемое контактное напряжение (МПа);

y - коэффициент формы зуба.

Расчет U₂:

z=20; n=250 (об/мин); U=5; N=7,125 (кВт)

Предварительно принимаем  и =1

Принимаем m=3

Принимаем b=30 мм

Проверка:

Расчет U₃:

z=60; n=250 (об/мин); U=1; N=7,125 (кВт)

Принимаем  и =1

Проверка:

.3.2 Определение геометрических параметров зубчатых колес

Диаметры делительных окружностей

Диаметры окружностей вершин

Диаметры окружностей впадин

4.3.3 Определение межосевого расстояния

.4 Расчет клиноременной передачи

N=7,5 кВт

U=2/5

n_дв=7500 об/мин

С=2

Выбираем сечение ремня УО

b₀=10 мм; b_p=8,5 мм; h=8 мм; S=56 мм²; L=630¸3550 мм

Принимаем D₁=64 мм

Принимаем D₂=160 мм

Межосевое расстояние

Определяется длина ремня:

Принимаем L=700 мм

Окончательно межосевое расстояние:

Угол обхвата на малом шкиве:

Режим работы станка

Коэффициент обхвата на малом шкиве

Начальное напряжение ремней

Усилие, действующее на вал

Угол между ветвями

Угол отклонения от линии центров шкивов

Фактическое значение передаточного отношения

.5 Расчет действительных частот вращения шпинделя

.6 Нагрузка валов

.6.1 Предварительный расчет валов

Принимаем d₁=45 мм

Принимаем d₂=58 мм

.6.2 Уточненный расчет ведущего вала

Рисунок 5. Эпюры изгибающих моментов

Плоскость zoy:

Плоскость yox:

Проверка

Изгибающий момент в сечении:

Окончательный расчет вала на прочность

4.6.3 Проверка шлицевых соединений

Расчет запаса статической прочности и выносливости проводится по следующим формулам:

Момент сопротивления при изгибе для вала со шлицами:

Момент сопротивления при кручении для вала со шлицами:

Определяем коэффициенты запаса

 - допускаемый запас выносливости вала.

S < [S] , следовательно выносливость вала обеспечена.

.7 Выбор подшипников качения

Методика расчета подшипников качения основана на ISO и заключается в учете динамической грузоподъемности, должно соблюдаться неравенство:

где С_тр - требуемая величина динамической нагрузки, кН

С - табличное значение динамической нагрузки, кН

Величина С_тр определяется

n - частота вращающегося кольца подшипника

L_h - долговечность подшипника - 5000ч

Q_расч=QK_kK_д

где К_д - коэффициент динамичности

К_к - коэффициент, учитывающий, какое кольцо вращается, К_к=1

 - приведенная нагрузка определяется по радиальной R и осевой А

при А>0,25R

Q=0,75R+A

при А£0,25R

Q=R

ß

Подшипники выбираются шариковые радиально-упорные однорядные 2шт по ГОСТ 8338 - 75 исполнение 206.

5. Описание разработанной конструкции

Коробка передач токарного станка с ЧПУ предназначена для обеспечения главного движения, т. е. передачи крутящего момента от двигателя постоянного тока на шпиндель станка, и изменения частоты вращения шпинделя.

На ведущем валу установлена муфта, посредством которой производится переключение диапазонов частот вращения коробки скоростей.

Асинхронный электродвигатель с частотным регулированием мод. 2AD100D мощностью 7,5 (кВт) передает вращение через клиноременную передачу на ведущий вал, далее через цилиндрические передачи 20/100, или 60/60 на шпиндель.

Комбинация двигателя с бесступенчатым регулированием и двухступенчатой коробкой скоростей обеспечивает 2 диапазона регулирования от 50 до 3000 (об/мин). Коробка скоростей встроена в корпус станка. Для смазки зубчатых колес используют картерный способ. Подвод масла к электромагнитным муфтам осуществляется внутренним или внешним способом. Шпиндель изготовлен полым.

Подшипники шпинделя регулируются с помощью гаек.

В качестве смазки подшипников применяется смазка ЦИАТИМ-201 ГОСТ 6261-69.

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта был проведен анализ назначения и условий работы проектируемого станка, наиболее рациональные конструктивные решения с учетом технологических, монтажных, эксплуатационных и экономических требований; кинематические расчеты; определение сил, действующих на детали и узлы; расчеты конструкции на прочность; выбор материалов.

Список используемой литературы

1.       Кочергин, А. И. Конструирование и расчет металлорежущих станков и станочных комплексов/ А. И. Кочергин. - Минск: Высш. шк., 1991.

2.      Колесов, М. И. Основы технологии машиностроения: учебник для машиностроительных вузов/ М. И. Колесов. - М.: Машиностроение,1988.

.        Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие/ С. А. Чернавский, К. Н. Боков [и др.]. - М.:ООО ТИД "Альянс", 2005.- 416 с.

.        Шейнблит А. Е., Курсовое проектирование деталей машин: Учеб.пособие.Изд-е 2-е, перераб. и дополн. - Калининград: Янтар. Сказ, 2002. - 454 с.:ил., черт. - Б.ц.