Параметр
|
i1
= j-0
|
i2
= j--9
|
i3
= j--12
|
i4
= j--1
|
Z1/Z2
|
20/20
|
20/56
|
16/60
|
36/40
|
ΣZ
|
40
|
76
|
76
|
76
|
Построим график мощностей и моментов
Рис. 11 График мощностей и крутящих
моментов после модернизации привода главного движения
2.4
Расчет мощностей на валах коробки скоростей.
Эффективная мощность потребная на резание
Nэф = 18,432 кВт
Определим мощности на валах коробки скоростей
NI = Nэф = 18,432 кВт
NII = Nэф ∙ ηрем ∙ηпк = 18,432 ∙ 0,985 ∙ 0,995 =18,065 кВт
NIII = Nэф ∙ ηрем ∙ηпк2 ∙ ηзп = 18,432 ∙ 0,985 ∙ 0,9952 ∙ 0,95
=17,076 кВт
NIV = Nэф ∙ ηрем ∙ηпк3 ∙ ηзп2 = 18,432 ∙ 0,985 ∙
0,9953 ∙ 0,952 =16,141 кВт
Уточненный кпд коробки скоростей
ηкс = ηрем ∙ηпк3 ∙ ηзп2 = 0,985 ∙ 0,9953 ∙ 0,952 =
0,876
Мощность потребляемая электродвигателем
MII = 30 ∙ NII /(pnрасч) = 30 ∙ 18065/(3,14 ∙ 2500) =
69,038 Н∙м
MIII = 30 ∙ NIII /(pnрасч) = 30 ∙ 17076/(3,14 ∙ 900) =
181,274 Н∙м
MIV = 30 ∙ NIV /(pnрасч) = 30 ∙ 16141/(3,14 ∙ 224) =
688,453 Н∙м
2.6
Определение модулей зубчатых колес коробки скоростей
Определяем поверхностный модуль mпов, см, т.к. зубья колес
при работе испытывают знакопеременные контактные нагрузки.
где sпов - допускаемые напряжения по усталости
поверхностных слоев, Н/см2; Р - мощность вала, на котором
расположено меньшее (ведущее) колесо, кВт; n - расчетная частота вращения ведущего колеса, при которой
передается полная мощность, об/мин; Z - число
зубьев шестерни (малого, ведущего колеса); i - передаточное число (принимается i ≥
1) т.е. для понижающих передач берется величина обратная передаточному
отношению; y0=b/dш - коэффициент ширины зуба шестерни (y0=0,7… 1,6 при симметричном расположении шестерни на жестких валах
(y0= 0,4…0,6 при консольном расположении шестерни); k - коэффициент нагрузки. При предварительных расчетах можно
принять k = 1,2..1.4.
Модуль для передачи с i = 1
принимаем тпов = 4 мм.
Модуль для передачи с i = 2,82
принимаем тпов = 4 мм.
Модуль для передачи с i = 3,75
принимаем тпов = 4 мм.
Модуль для передачи с i = 1,11
принимаем тпов = 4 мм.
.7
Определение геометрических параметров зубчатых колес.
По поверхностному модулю mпов находим габариты колес (Dнар, Dвн, Dд и ширину зубчатого
венца).
Определяем делительные диаметры по формуле
Dд = т ∙ Z
Z = 20 т = 4 мм Dд = т ∙ Z = 4 ∙ 20 = 80 мм
Z = 56 т = 4 мм Dд = т ∙ Z = 4 ∙ 56 = 224 мм
Z = 16 т = 4 мм Dд = т ∙ Z = 4 ∙ 16 = 64 мм
Z = 60 т = 4 мм Dд = т ∙ Z = 4 ∙ 60 = 240 мм
Z = 36 т = 4 мм Dд = т ∙ Z = 4 ∙ 36 = 144 мм
Z = 40 т = 4 мм Dд = т ∙ Z = 4 ∙ 40 = 160 мм
Определяем диаметры вершин по формуле
Dвер = Dд +2т
Z = 20 т = 4 мм Dд = 80 мм Dвер = Dд + 2т = 80 + 2 ∙ 4
= 88 мм
Z = 56 т = 4 мм Dд = 224 мм Dвер = Dд + 2т = 224 + 2 ∙ 4
= 232 мм
Z = 16 т = 4 мм Dд = 64 мм Dвер = Dд + 2т = 64 + 2 ∙ 4
= 72 мм
Z = 60 т = 4 мм Dд = 240 мм Dвер = Dд + 2т = 240 + 2 ∙ 4
= 248 мм
Z = 36 т = 4 мм Dд = 144 мм Dвер = Dд + 2т = 144 + 2 ∙ 4
= 152 мм
Z = 40 т = 4 мм Dд = 160 мм Dвер = Dд + 2т = 160 + 2 ∙
4= 168 мм
Определяем диаметры впадин по формуле
Dвп = Dд - 2,5т
Z = 20 т = 4 мм Dд = 80 мм Dвп = Dд - 2,5т = 80 - 2,5 ∙
4 = 70 мм
Z = 56 т = 4 мм Dд = 224 мм Dвп = Dд - 2,5т = 224 - 2,5 ∙
4 = 214 мм
Z = 16 т = 4 мм Dд = 64 мм Dвп = Dд - 2,5т = 64 - 2,5 ∙
4 = 54 мм
Z = 60 т = 4 мм Dд = 240 мм Dвп = Dд - 2т = 240 - 2,5 ∙
4 = 230 мм
Z = 36 т = 4 мм Dд = 144 мм Dвп = Dд - 2,5т = 144 - 2,5 ∙
4 = 134 мм
Z = 40 т = 4 мм Dд = 160 мм Dвп = Dд - 2т = 160 - 2,5 ∙
4 = 150 мм
Определяем ширину венца зубчатых колес по формуле
b = 10m
ширина всех зубчатых колес
т = 4 мм b = 10т = 10 ∙ 4 = 40 мм
.8
Определение диаметров валов коробки скоростей
Диаметры валов, предварительно можно определить по условному
расчету на кручение:
где Мрасч - расчетный крутящий момент на валу, Н∙мм;
[t] - условное допускаемое напряжение на
кручение, МПа (для стальных колес [t]=15 - 25 МПа).
Диаметр выходного конца II вала
принимаем dв II = 45 мм, т.к. на конец вала будет
крепиться шкив ременной передачи Æ228 мм.
Диаметр выходного конца III вала
принимаем диаметр вала dв III = 35 мм.
Диаметр выходного конца IV вала
принимаем вала dв IV = 55 мм.
.9
Расчет ременных передач
Исходные данные:
NI = 18,432 кВт - мощность передаваемая ремнем от
электродвигателя к коробке скоростей;
NIV = 16,141 кВт - мощность передаваемая ремнем от
коробки скоростей на шпиндель токарного станка;
п I = 710 об/мин - частота вращения вала
электродвигателя;
п II = 560 об/мин - частота вращения вала ведомого
шкива ременной передачи от электродвигателя к коробке скоростей;
п IV = п V = 315 об/мин - частота
вращения валов ведущего и ведомого шкива ременной передачи от коробки скоростей
на шпиндель;
MIV = 688,453 Н∙м
i рем 1 = 0,79 - передаточное отношение ременной передачи
от электродвигателя к коробке скоростей;
i рем 2 = 1 - передаточное отношение ременной передачи от
коробки скоростей на шпиндель;
Кр - коэффициент режима работы токарного станка Кр
=1,0 для токарных станков.
Расчетный момент на быстроходном валу
В соответствии с рекомендациями применяем ремни сечения Л.
Диаметр меньшего шкива ременной передачи от электродвигателя к
коробке скоростей определяем по формуле:
Принимаем ближайшее к стандартному d1 = 180
мм.
Диаметр ведомого вала:
d3 = d4 = 236 мм.
Скорость ремня:
По номограмме определяем число клиньев поликлинового ремня
для ременной передачи от электродвигателя к коробке скоростей
Zрем 1 = 16; Zрем2 = 18.
Межосевое расстояние:
Длина ремня:
Принимаем Lрем 1 = 1600 мм.
Принимаем Lрем 2 = 2000 мм.
Межосевое расстояние выверенное по принятой длине ремня:
Угол обхвата на малом шкиве:
Усилие, действующее на вал:
Ширина шкива:
Ременная передача от электродвигателя к коробке скоростей:
основные геометрические параметры ремня
Lрем 1 = 1600 мм; арем 1 = 480 мм; Zрем 1 = 14; t = 4,8 мм; Н = 9,5 мм; h = 4,85 мм; r1 = 0,2 мм; r2 = 0,7 мм; j = 40°.
основные геометрические параметры шкивов
d1 = 180 мм; d2 = 228 мм; Вш рем 1
= 73 мм; Zрем 1 = 14; t = 4,8 мм; Н = 9,5 мм; h = 4,85 мм; r1 = 0,2 мм; r2 = 0,7 мм;j = 40°±15'.
Ременная передача от электродвигателя к коробке скоростей:
основные геометрические параметры ремня
Lрем 2 = 2000 мм; арем 2 = 700 мм; Zрем 2 = 18; t = 4,8 мм; Н = 9,5 мм; h = 4,85 мм; r1 = 0,2 мм; r2 = 0,7 мм; j = 40°.
основные геометрические параметры шкивов
d3 = d4 = 236 мм; Вш рем 2 = 93 мм; Zрем 2 = 18; t = 4,8 мм; Н = 9,5 мм; h = 4,85 мм; r1 = 0,2 мм; r2 = 0,7 мм;j = 40°±15'.
3.
Расчет шпиндельного узла
Исходные данные:
Мощность привода главного движения: Р = 30 кВт;
Максимальная частота вращения шпинделя: nmax = 3550 об/мин;
Класс точности станка - П;
NIV = 16,141 кВт - мощность передаваемая ремнем от
коробки скоростей на шпиндель токарного станка;
MIV = 688,453 Н∙м - крутящий момент
передаваемый ремнем от коробки скоростей на шпиндель токарного станка;
Параметр шероховатости обработанной поверхности Ra = 20 мкм;
Шпиндельный узел должен обеспечит шероховатость Ra = 20 мкм. Заданную
шероховатость обеспечивают все виды опор. Выбираем опоры качения, как наиболее
распространенные и позволяющие получить шероховатость Ra £ 20 мкм.
Ориентировочно минимально необходимый диаметр шейки шпинделя
определяется по формулам:
из условия жесткости по передаваемому крутящему моменту
- из условия передачи мощности на шпинделе
где l, N - соответственно расстояние между опорами (мм) и мощность
(кВт) на шпинделе.
Для дальнейших расчетов принимается большее значение диаметра
dmin.
Максимально возможный диаметр шейки шпинделя под передней
опорой
для выбранной компоновочной схемы определяется по формуле
где (dn)табл - параметр быстроходной схемы, (dn)табл
= (4,0¸6,0)∙105 мм∙мин-1; nmax
- максимальная частота вращения шпинделя расчетная из графика частот вращения,
мин-1.
Полученный диаметр dmax корректируется по имеющимся
ограничениям (возможности выполнения осевого отверстия в шпинделе для
инструмента или заготовки, или размещения механизма зажима заготовки или
инструмента и др.).
При этом необходимо стремиться выбрать диаметр как можно большего
размера. Это приведет к увеличению жесткости шпиндельного узла:
min = 96,9 < d ≤ dmax =
112,68 мм.
По выражению определяем диаметр шейки шпинделя под переднюю
опору d
= 110 мм.
Ориентировочные значения диаметров шпинделя между опорами (dМ), в задней опоре (dЗ) переднего конца
шпинделя находим по выражениям.
Диаметр шпинделя между опорами: dM = 0,9 ∙ d = 0,9 ∙ 110 = 99
мм; принимаем dM = 100 мм.
Диаметр переднего конца шпинделя:
D1 = (1,05¸1,2) ∙ d = (1,05¸1,2) ∙ 110 = 115,5 ¸ 132 мм
Принимаем по ГОСТ 12595-85 D1 = 125 мм.
В соответствии с типом станка и наибольшим диаметром
обработки по таблице выбираем максимальный диаметр фланца шпинделя D = 210 мм.
Диаметр сквозного отверстия предварительно принимаем
d0 = 0,5 ∙ d = 0,5 ∙ 110 = 55
мм
Ориентировочно длину консольной части шпинделя принимаем
равной а = 170 мм. Тогда расстояние между опорами b = 3a = 3 ∙ 170 = 510
мм.
Таблица ориентировочных размерных параметров шпиндельного
узла, мм
d
|
dM
|
D1
|
D
|
d0
|
a
|
b
|
d3
|
110
|
100
|
125
|
210
|
55
|
170
|
510
|
90
|
Список
литературы
1. Гжиров Р.И.,
Серебреницкий П.П. Программирование обработки на станках с ЧПУ: Справочник. -
Ленинград «Машиностроение», Ленинградское отделение, 1990.
. Кузнецов Ю.И., Маслов
А.Р., Байков А.Н. Оснастка для станков с ЧПУ: Справочник. - М.
«Машиностроение», 1990.
. Электронный каталог Korloy, 2007.
. Кочергин А.И.
Конструирование и расчет металлорежущих станков и станочных комплексов.
Курсовое проектирование: Учеб. пособие для вузов. - Мн.: Выш. шк., 1991. - 382
с.: ил.
. Ачеркан Н.С.
Конструирование и расчет металлорежущих станков. - 2-е изд. - М.: Машгиз.,
1952.
. Проектирование
металлорежущих станков и станочных систем: Справочник-учебник. В 3-х т. Т. 2 Ч.
1. Расчет и конструирование узлов и элементов станков / А.С. Проников, Е.И.
Борисов, В.В. Бушуев и др.; Под общ. ред. А.С. Проникова. - М.: Издательство
МГТУ им. Н.Э. Баумана: Машиностроение, 1995ю - 371 с.: ил.
7. Альбом: Металлорежущие станки с числовым
программным управлением. Составил: доц., к.т.н. Рохин В.Л. - Курган, 2008.
. Методические указания к выполнению курсовой
работы по дисциплине «Оборудование машиностроительного производства» для
студентов направления 552900 специальностей 120100, 120200. Составили: доц.
к.т.н. Рохин В.Л., доц. к.т.н. Иванов В.Н., доц. к.т.н. Курдюков В.И. - Курган,
1996.
. Методические указания к выполнению курсового
проекта по металлорежущим станкам для специальностей 0501,0636 «Расчет основных
технических характеристик металлорежущих станков». Составили: доц. к.т.н. Рохин
В.Л., доц. к.т.н. Иванов В.Н. - Курган, 1983.