Расчет коробки скоростей

Расчет коробки скоростей

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФИЛИАЛ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» В Г. СЫЗРАНИ

Кафедра «ТМС»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине

«Технологические машины и оборудование общего назначения»

Студент гр. НЗ 506

Степанова Н.В.

Сызрань, 2015

ВВЕДЕНИЕ

Машиностроительный комплекс составляют машиностроение и металлообработка. Машиностроение занимается производством машин и оборудования, различного рода механизмов для материального производства, науки, культуры, сферы услуг. Следовательно, продукция машиностроения потребляется всеми без исключения отраслями народного хозяйства.

Металлообработка занимается производством металлических изделий, ремонтом машин и оборудования.

Структура машиностроения очень сложна, в состав этой отрасли входят как самостоятельные отрасли, такие как тяжелое, энергетическое и транспортное машиностроение; электротехническая промышленность; химическое и нефтяное машиностроение; станкостроение и инструментальная промышленность; приборостроение; тракторное и сельскохозяйственное машиностроение; машиностроение для легкой и пищевой промышленности и т. д., так и множество специализированных подотраслей и производств.

Машиностроение также производит предметы потребления, в основном длительного пользования. Эта отрасль имеет огромное значение для народного хозяйства страны, так как служит основой научно-технического прогресса и материально-технического перевооружения всех отраслей народного хозяйства

Целью этой работы является анализ отраслевой структуры машиностроительного комплекса и факторов размещения его отраслей и производств, а также характеристика современного состояния комплекса, перспектив и вариантов выхода из создавшейся сегодня сложной экономической ситуации.

1. ТОКАРНО-ВИНТОРЕЗНЫЙ СТАНОК 1К620

токарный винторезный зубчатый смазка

1.1 Общая характеристика станка

Назначения станка. Универсальный токарно-винторезный станок модели 1К160 предназначен для выполнения разнообразный работ, в том числе для нарезания резьб: метрической, модульной, дюймовой, питчевой, многозаходной, а также для нарезания точной резьбы. Кроме перечисленных видов резьб, на станке можно также нарезать архимедову спираль с шагом 3/8 и 7/16.

Ввиду широкой универсальности и высокой точности станок целесообразно использовать в экспериментальных цехах и в научно-исследовательских лабораториях.

Техническая характеристика станка:

Наибольший диаметр обрабатываемой детали в мм

над станиной.....................................................................400

над нижней частью суппорта...........................................220

Наибольший диаметр обрабатываемого прутка в мм....45

расстояние между центрами в мм....................................700,1000,1400

Наибольшая длина обтачивания в мм.............................655,945,1325

Пределы поворота вкрней части суппорта в град..........+65

Измененние чисел оборотов шпинделя...........................беступенчатое

Пределы чисел оборотов шпинделя в минуту................12-3000

Количество величин подач суппорта...............................48

Пределы величин продольных подач в мм/об................0,070-4,16

пределы величин поперечных подач в мм/об.................0,035-2,08

шаги нарезаемых резьб:

метической в мм...............................................................1-192

дюймовой ( число ниток на 1).........................................24-2

модульной, модуль в мм.................................................0.5-48

питчевой в питчах............................................................96-1

Диаметр отверстия в шпинделях в мм............................47

Скорость быстрого перемещения суппорта в м/мин

продольного.....................................................................3,4

поперечного.....................................................................1,7

Мощность главного электродвигателя в кВт................10

Рис.1. Токарно-винторезный станок 1К620: Основные узлы (рис. 1): А-вариатор с клиновым ремнем; Б- гитара сменных колес; В- передняя бабка; Г -тахометр чисел оборотов шпинделя; Д - защитный кожух; Е - суппорт; Ж - задняя бабка; З - шкаф с электрооборудованием; И - привод быстрых перемещений суппорта; К - станина; Л - поддон; М - задняя тумба; Н - фартук; О - передняя тумба с главным электродвигателем; П - коробка подач Органы управления: 1 - рукоятка выключения цепи механического реверсирования привода движения резания; 2 - грибок управления звеном увеличения шага; 3 - грибок управления реверсом для нарезания правых и левых резьб; 4 - рукоятка управления переборами; 5 - кнопочная станция пуска и остановки шпинделя; 6 - рукоятка ручного поперечного перемещения суппорта; 7 - рукоятка поворота, фиксации и закрепления четырехпозиционного резцедержателя; 8 - рукоятка ручного перемещения верхней части суппорта; 9 - кнопка выключения электродвигателя быстрых перемещений суппорта; 10 - рукоятка закрепления пиноли задней бабки; 11 - кнопка пуска и остановки главного электродвигателя; 12 - рычаг закрепления задней бабки; 13 - маховичок ручного перемещения пиноли задней бабки; 14 - рукоятка включения, выключения и реверсирования продольных и поперечных механических перемещений суппорта; 15 - кнопочная станция плавного изменения чисел оборотов шпинделя; 16 - рукоятка выключения сточной гайки; 17 - рукоятка реверсирования шпинделя с одновременным острым отводом резца при нарезания резьбы; 18 - кнопка блокирования фрикционной муфты при нарезании торцовый резьбы и оюточке конусов; 19 - маховичок ручного продольного перемещения суппорта; 20 - кнопка выключения реечной шестерни при нарезании резьбы; 21 - рукоятка включения поперечной подачи суппорта или подачей верхней части суппорта; 22 - штурвал для установки величины подачи или шага резьбы; 23 - рукоятка установки типа резьбы или подачи.

Движение в станке; движения резания - вращение шпинделя с обрабатываемой деталью; движение подачи - прямолинейное поступательное перемещение суппорта в продольном и поперечном направлениях, а верхней части суппорта - под углом к оси вращения детали, перемещение задней бабки совместно с суппортом вдоль оси шпинделя; вспомогательные движения - быстрые механические и ручные установочные перемещения суппорта вдоль , поперек оси обрабатываемой детали и под углом к ней; электромеханическое управление вариатором изменения скорости вращения шпинделя; ручное перемещение пиноли задней бабки вдоль оси шпинделя и ручной поворот четырехпозиционного резкодержателя.

Рис.2. Кинематическая схема токарно-винторезного станка 1К620

Согласно заданию, выданному на курсовое проектирование, необходимо разработать коробку скоростей токарно-винторезного станка с Dmax заготовки = 400 мм.

При проектировании товарно-винторезного станка используем в качестве базового станок модели 1К630.

Основными параметрами токарных станков являются:

Dmax наибольший наружный диаметр обрабатываемого изделия над станиной;

DС наибольший наружный диаметр изделия, обрабатываемого над суппортом, мм;

d0 диаметр отверстия шпинделя, мм.

Заданному параметру по ГОСТ 440-84 соответствующие характеристики DС = 212мм; L = 710мм; d0 =40-45.

По заданному диаметру определяется по ГОСТ 440-84.

Наименьший диаметр обрабатываемых изделий определяется по формуле

, а максимальная и минимальные длины обрабатываемых изделий по зависимости

.

.

2. Определение мощности электродвигателя

Мощность электродвигателя привода главного двигателя определяется по формуле

,

где - КПД привода главного двигателя n, = 0,78

К - коэффициент перегрузки электродвигателя К = 1,28

Мощность электродвигателя принимаем по базовому станку 1К120 N=10 (кВт).

3. Кинематиечский расчет коробки скоростей

3.1 Обоснование числа ступней скоростей

- диапазон регулирования чисел оборотов;

φ - знаменатель геометрического ряда ГОСТ 8032-84.

В универсальных станках достаточно хорошие эксплуатационные свойства обеспечивают φ = 1,26 и φ = 1,41. Конструкция коробки скоростей получается не слишком сложной и компактной

Принимаем φ = 1,26

Принимаем Zn = 12 для удобства разложения на простые сомножители.

3.2 Выбор структуры привода

После определения числа ступеней скоростей следует выбрать структурную формулу привода. Так, при Z = 12 могут быть три случая; 12 = 3*2*2, 12=2*3*2, 12= 2*2*3. Сомножители в структурной формуле соответствуют группам передач. При выборе расположения групп передач целесообразнее вначале иметь группы с большим числом вариантов. Так, для рассматриваемого примера оптимальным будет вариант 12 = 3*2*2.

При кинематическом расчете привода графоаналитическим методом используют структурные сетки. Они представляют собой графики, на которых вертикальными линиями обозначаются валы привода, горизонтальными линиями - ступени чисел оборотов, а лучи показывают изменение чисел оборотов при работе тех или иных кинематических пар привода.

Структурные сетки вычерчиваются симметрично и не дают абсолютных значений передаточных отношений.

.3 Построение картины чисел оборотов

Для определения действительных чисел оборотов всех валов и абсолютных передаточных отношений групповых и одиночных передач строится картина чисел оборотов. Ее построение ведется в такой последовательности. Пользуясь ГОСТ 8032-84, проставляют стандартные числа оборотов шпинделя на всех ступенях. При этом становятся очевидными числа оборотов всех валов привода.

Принимаем стандартное значение чисел оборотов об/мин

;63;80;110;125;160;200;250;350;400;500;630.

Зная числа оборотов первого вала коробки скоростей, подбираем электродвигатель

Тип: АДМ132S6 . Мощность: 5,5кВт. Частота вращения: 960 об/мин.

Передаточные отношения кинематических пар легко выразить через знаменатель геометрического ряда:

для 1 первой группы

, Z1=21, Z2=54-21=33, =

, Z3=24, Z3=54-24=30,

, Z5=27, Z6=54-27=27,

для 2 группы:

i4=1.26-3=

i5=1.260=1

для 3 первой группы

=1.26-4=

i7=1.26-4=

После подсчета диаметров шкивов и чисел зубьев шестерен составляются уравнения кинематического баланса привода и определяются действительные числа оборотов шпинделя в минуту:

nдейств1=

nдейств2=

nдейств3=

nдейств4=

nдейств5=

nдейств6=

nдейств7=

nдейств8=

nдейств9=

nдейств10=

nдейств11=

nдейств12=

Отклонение подсчитывается по формуле:

∆=

∆1=

∆2=%

∆3=%

∆4=%

∆5=%

∆6=%

∆7=%

∆8=%

∆9=%

∆10=%

∆11=%

∆12=%

Оно не должно превышать максимальной величины, %

∆max=±10()=±10()= ±2.6.

Действительные и стандартные числа оборотов сводятся в таблицу.

Вычисляются и записываются туда же величины отклонений действительных чисел оборотов от стандартных в процентах (табл. 1).

4. Расчет модулей зубчатых колес

Расчет модулей зубчатых колес ведем на ЭВМ с помощью программы modul. С целью компактности наглядности программы приняты для расчет шесть зубчатых колес (М=6) с использованием двух различных материалов (К=2) для их изготовления. В качестве исходных материалов для шестерен и колес выбираем: В первом случае сталь 45, вид термообработки зубьев - нормализация. Для этого случая [δ]изг = 18 кгс/мм2 ; [δ]кон = 45 кгс/мм2.

Во втором случае марка материала принята та же, вид термообработки улучшение. Допускаемые напряжения: [δ]изг = 18 кгс/мм2, [δ]кон = 60 кгс/мм2.

Модуль при проектировочном расчете цилиндрических зубчатых колес определяем из условия прочности зубьев на изгиб

Проверочный расчет зубчатых колес на контактную прочность производим из условий на контактную прочность

,

Знак «+» соответствуем наружному зацеплению, знак «-» внутреннему;

-передаточное число, отношение числа зубьев большего колеса к числу зубьев меньшего, N- передаваемая мощность;

N1=Nэ * ŋ

где Nэ=10кВт

ŋ- КПД ременной передачи 0,85; зубчатой передачи 0,98

N1=5,4 * 0,98 = 5,39 кВт

N2,3=5,39 * 0,98 =5,28 кВт

N6=5,17 *0,98=5,07кВт

Для расчета принятые зубчатые колоса Z[1] = Z[6]-,21;23;22;44;16;64 , т.е. три пары сопряженных колес, входящих в три группы передач. Каждая из этих пар является замедлительной передачей и имеет наибольшее значение передаточного числа в своей группе. За расчетное число оборотов для каждого зубчатого колеса принято наименьшее из тех, которое оно может иметь в коробке скоростей: n=H[1]=630;400;400;200;200;50. Сделано это по той причине, что в данном случае отношение N/n - N[I]/n[I], имеют наибольшее значение и, следовательно, расчетный модуль получится наибольшим.

Расчетные значения передаточных чисел для указанных колес I=U[I]=1,58;1,58;2;2;4;4,

Значения остальных величин, входящих в зависимости, взяты из таблицы 1.3, 1.4,1.5,1.6.

Коэффициент перегрузки КП-1,1 на всех валах;

Коэффициент неравномерности распределения КНР = 1,35 для всех валов.

Коэффициент формы зуба (У) = 2,

Коэффициент динамичности КД=1,10 при 7 степени точности и окружной скорости 1-3 м/с.

Z1= 21   У= 0,400

Z2= 33   У= 0,405

Z3= 22   У= 0,408

Z4= 44   У= 0,485

Z5= 16   У= 0,355

Z6= 64   У= 0,505

Определение ширины зубчатых колос:

клээфициент ширины зуба, отношение ширины зуба к модулю

ПСИ (ψ) = b/m=8;

=8*5=40мм; тогlа шестерня Вш=Вш+(2...5)=42...45мм;

Передаваемая мощность, определяется по зависимости N=Nэ*n,

Ниже приводятся результаты расчетов, выполняемых на ЭВМ, выданных принтером. Анализ показывает следующее: расчетные значения модулей зубчатых колес по напряжениям изгиба у шестерен несколько больше, чем у сопряженных с ними колес , что закономерно, расчетные значения модулей у зубьев колес, подвергаемых улучшению, ниже, чем у зубьев, подвергаемых нормализации. Последнее говорит о том, что для уменьшения габаритов коробки скоростей целесообразно зубья колес подвергать улучшению, а не нормализации.

Чаще всего при проектировании коробок скоростей и подач для всех зубчатых колес принимают постоянный модуль, равный максимальному расчетному, округленному до ближайшего стандартного. Если учесть вышесказанное, то для данной коробки скоростей (при условии, что зубья подвергались нормализации) следует принять модуль m=3мм. В табл. приведены расчетные значения контактного модуля. Как видно, значения модулей из расчет на контактную прочность ниже значений из расчета на изгиб (что тоже закономерно).

Исходные данные=6=2

Матрица В

         18

40     18

         18

         18

         18

         18

Матрица D

         50

         50

         50

         50

         50

         50

N(i)= 5,39   5,28  5,28  5,18  5,18  5,07

КП(i)= 1,1    1,1    1,1   1,1   1,1   1,1(i)= 1,10  1,10  1,10 1,10  1,10 1,10

КНР(i)= 1,35 1,35 1,35 1,35 1,35 1,35(i)= 0,400 0,465 0,408 0,485 0,355 0,505(i)=      21       33     22       44    16      60

ПСИ(i)= 8          8       8        8       8       8

H(i)= 630         400    400    200   200   50(i)= 1,58         1,58   2         2       4     4

Результаты вычислений

Время работы 0:7:46

Определение размеров зубчатых колес

модуль m=3

Делительный диаметр колеса определяется по формуле:

d=m*z

z1=21 d1=3*21=63

z2=33 d2=3*33=99=24 d3=3*24=72=30 d4=3*30=90=27 d5=3*27=81=27 d6=3*27=81=22 d7=3*22=66

z8=44 d8=3*44=132

z9=33 d9=3*33=99

z10=33 d10=3*33=99

z11=16 d11=3*16=48

z12=64 d12=3*64=192

z13=40 d13=3*40=120

z14=40 d14=3*40=120

dn=d+2m=d+6-наружний диаметр

dn1=63+6=66=99+6=105=72+6=78=90+6=96=81+6=87=81+6=87=66+6=72=132+6=138=99+6=105=99+6=105=48+6=54=192+6=198=120+6=126=120+6=126

в=d-2,5m=d-7,5 - внутренний диаметр

dв1=63-7,5=55,5

dв2=99-7,5=91,5

dв3=72-7,5=64,5

dв4=90-7,5=82,5

dв5=81-7,5=73,5

dв6=81-7,5=73,5

dв7=66-7,5=58,5

dв8=132-7,5=124,5

dв9=99-7,5=91,5

dв10=99-7,5=91,5

dв11=48-7,5=40,5

dв12=192-7,5=184,5

dв13=120-7,5=112,5

dв14=120-7,5=112,5

aw=0,5(z1+z2) -межосевое расстояние

при d1=63 d2=99 =˃ aw=0,5(63+99)= 81

при d3=72 d4=90 =˃ aw=0,5(72+90)= 81

при d5=81 d6=81 =˃ aw=0,5(81+81)= 81

при d7=66 d8=132 =˃ aw=0,5(66+132)= 99

при d9=99 d10=99 =˃ aw=0,5(99+99)= 99

при d11=48 d12=192 =˃ aw=0,5(48+192)= 120

при d13=120 d14=120 =˃ aw=0,5(120+129)=120

Определяем ширину колес при нормальных расстояниях между опорами валов.

b=(6-10)* m =8*3=24м

ширину шестерни принимают:

b1=b+5мм=24+5=29мм

5. Описание конструкции коробки скоростей

Коробка скоростей представляет собой чугунный корпус, сверху плотно закрывающийся. Внутри корпуса расположены шестеренчатый механизм, передающий вращение шпинделю станка и механизму передач.

Коробка скоростей приводиться в движение от индивидуального электродвигателя, расположенного в левой тумбе станка. Через клиномеременную передачу вращение передается на приводной шкив коробки скоростей, установленный на шлицевом конце приводного вала. Приводной шкив вращается с высотой угловой скоростью (960об/мин), поэтому шкив тщательно сбалансирован. На первом шлицевом валу смонтирован тройной блок, на втором валу смонтировано 3 шестерни, которые от осевого перемещения зафиксированы распорной втулкой и стопорным кольцом. На третьем валу расположены двойной и тройной блоки. VI вал является валом шпинделем. II, III, IV, V валы смонтированы на подшипниках качения. VI смонтированы на подшипниках скольжения (ввиду больших радиальных размеров). От осевого смещения шестерни, колеса и валы удерживаются пружинными разжимными кольцами, которые входят в кольцевые вытачки на валах и отверстиях корпуса.

6. Разработка систем смазки станка

Для обеспечения надежной работы станка необходимо произвести охлаждение и смазку его подвижных, контактирующих друг с другом частей.

Смазка механизмов коробки скоростей осуществляется путем разбрызгивания масла зубчатыми колесами. На зубчатые колеса масло подается от приводного вала коробки скоростей.

Насос, подает масло на распределительный щиток, расположенный под крышкой коробки скоростей и с этого щитка масло стекает на вращающиеся шестерни и на подшипники. Работа насоса контролируется по маслоуказателю, расположенному на крышке коробки скоростей. Спуск отработанного масла производиться, через отводное спусковое отверстие, расположенное с задней стороны коробки скоростей.

Необходимое количество смазки

, л/мин

Где К=2

n,-КПД коробки подач; n,=0,65;

N - мощность эл.двигателя привода, N-10 кВт

Q=2*10(1-0,65)=7л/мин.

Выбираем масло марки И-30А.

Выбираем насос типа Г12-21 мощностью 1,6 кВт, с номинальной частотой вращения 960 об/мин.

Заключение

В результате выполнения курсового проекта был спроектирован токарно-винторезный станок с Dnmax=400 мм с показателями, превосходящими показатели, базовой модели, что позволяет производить более эффективную обработку резанием.

Библиографический список

1. Общестроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих стаках.Ч.1.Токарные, карусельные, токарно-револьверные, алмазно-расточные, сверлильные, долбежные и фрезерные станки. М.: Машиностроение,1967.412с.

. Обоснование технических характеристик, кинематические расчеты и расчеты на прочность деталей металлорежущих станков: Метод. указ. к выполнению курсового проекта по курсу «Металлорежущие станки и промышленные работы»/Самар. политехн. ин-т; Сост. Д. В. Варнаков, Я. В. Хусаинов. Самара, 1991. 39 с.

. Кучер А.М., Киватицкий М.М., Покровский А.А. Металлорежущие станки. Ленинградское отделение изд-ва «Машиностроение», Л.1972г.-308с. (альбом общих видов, кинематических схем узлов).

. Металлорежущие станки и автоматы: учебник для машиностроительных втузов./под ред. А.С. Проникова - М.: Машиностроение, 1981-479с.

.Общемашиностроительныенормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Изд-во 2Машиностроение», М.-1967г.

. Кочергин А.И. Конструирование и расчет металлорежущих станков и станочных комплексов. Курсовое проектирование: Учеб. Пособие для ВТУЗов. Минск: Высш. шк., 1991.382с.

. Руководство по обслуживанию. Токарно-револьверный станок 1341. станкоимпорт, СССР, Москва.