Расчет технических параметров станков
Министерство образования РФ
Тольяттинский государственный университет
автомеханический институт
Кафедра: «Резание, станки и инструмент»
Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине:
“Расчет и конструирование станков”
06.С.03.15.00.000 ПЗ
Студент: Цуркан А.В.
Группа: МСКв - 501
Преподаватель: Гомельский М.В.
Тольятти, 2006.
Содержание
1. Расчет-обоснование технической характеристики станка
2. Кинематический расчет передач проектируемого привода
3. Прочностные расчеты передач, валов, шпиндельного узла
4. Краткое описание станка в целом и подробное описание конструкции привода подач
1. Расчет-обоснование технической характеристики станка
Расчет выполнен по [1].
Определяем наименьший диаметр сверления:
Dmin = (0,25…0,3)Dmax;
где,
Dmax-наибольший диаметр сверления.
Dmin = (0,25…0,3)Dmax=(0,25…0,3)30=7,5мм.
Определяем минимальную подачу при сверлении Dmin:
При обработке самого мягкого (из заданных) материала по табл. 2.2.1:
=0,14-0,18мм,
при сверлении
стали
<600
МПа.
Определяем максимальную подачу при сверлении Dmax:
При обработке самого мягкого (из заданных) материала по табл. 2.2.1:
=0,45-0,55мм,
при сверлении
стали
<600
МПа.
Определяем минимальную подачу при сверлении Dmin:
При обработке самого твердого (из заданных) материала по табл. 2.2.1:
=0,13-0,15мм,
при сверлении
стали
=800…1000
МПа.
Определяем максимальную подачу при сверлении Dmax:
При обработке самого твердого (из заданных) материала по табл. 2.2.1:
=0,32-0,4мм,
при сверлении
стали
=800…1000
МПа.
Определяем минимальную подачу при развертывании Dmin по табл. 2.2.2:
Sminp =0,8мм, при материале режущей части инструмента из быстрорежущей стали.
Определяем максимальную подачу при развертывании Dmax по табл. 2.2.2:
Smaxp =1,2мм, при материале режущей части инструмента из быстрорежущей стали.
В качестве
Smin
принимаем
подачу, меньшую
из,,Sminp.
Следовательно, Smin=0,13мм.
В качестве
Smax
принимаем
подачу, большую
из
,,Smaxp.
Следовательно, Smax=1,2мм.
Определяем максимальную скорость резания при сверлении при обработке самого мягкого материала:
;
где,
СV, ZV, yV, m- коэффициенты и показатели степени;
Т - среднее значение периода стойкости сверл;
-
минимальная
подача при
сверлении Dmin
при обработке
самого мягкого
материала;
Dmin- наименьший диаметр сверления;
КV- поправочный коэффициент.
Определяем период стойкости сверла по табл. 2.2.4:
Т=25мин, для углеродистых сталей.
Определяем коэффициенты и показатели степени, зависящие от материала изделия и инструмента по табл. 2.2.3:
СV=7;
ZV=0,4;
yV=0,7;
m=0,2.
Определяем поправочный коэффициент:
КV = КMV КИV;
где,
КMV- коэффициент, учитывающий механические свойства обрабатываемого материала.
КИV- коэффициент, учитывающий материал инструмента.
.Определяем коэффициент, учитывающий механические свойства обрабатываемого материала:
КMV=1,25, для самого мягкого материала.
Определяем коэффициент, учитывающий материал инструмента:
КИV=1, для инструментальных сталей.
КV = КMV КИV=1.25*1=1.25.
м/мин;
Определяем скорость резания при максимальной мощности резания:
;
где,
Dmax- наибольший диаметр сверления;
-
максимальная
подача при
сверлении Dmax
при обработке
самого мягкого
материала.
Т=50мин, СV=9,8,ZV=0,4,yV=0,5,m=0,2, КMV=1,25, КИV=1;
КV = КMV КИV=1.25*1=1.25.
м/мин.
Определяем минимальную скорость резания при сверлении при обработке самого твердого материала:
;
где,
-
максимальная
подача при
сверлении Dmax
при обработке
самого твердого
материала.
Т=50мин, СV=9,8,ZV=0,4,yV=0,5,m=0,2, КMV=0,9, КИV=1;
КV = КMV КИV=0.9*1=0.9;
м/мин.
Определяем минимальную скорость при развертывании:
Vminp=Vpkp;
где,
Vp- скорости резания, для наибольшей подачи при диаметре развертки Dmax;
kp- поправочный коэффициент.
Vp=9,9м/мин, при Dmax=30мм и Smaxp =1,2мм.
Определяем поправочный коэффициент:
kp=0,78, для углеродистых сталей.
Vminp=Vpkp=9,9*0,78=7,72м/мин.
В качестве Vmin принимаем скорость, меньшую из Vminс и Vminp.
Следовательно, Vmin=7,72м/мин.
Определяем максимальную частоту вращения шпинделя:
об/мин.
Определяем минимальную частоту вращения шпинделя:
об/мин.
Определяем максимальный крутящий момент при сверлении самого твердого материала сверлом из быстрорежущей стали:
;
где,
CM, ZM, yM –коэффициенты и показатели степени в зависимости от обрабатываемого материала (по табл.2.2.11);
КМр– коэффициент, учитывающий влияние механических свойств стали на крутящий момент(по табл.2.2.12).
Определяем коэффициенты и показатели степени, зависящие от материала детали и инструмента:
CM=0,34;
ZM =2;
yM =0,8;
;
Нм.
Определяем крутящий момент при максимальной мощности при сверлении самого мягкого материала:
;
CM=0,34;
ZM =2;
yM =0,8;
;
Нм.
Определяем максимальную эффективную мощность при сверлении:
;
где,
nN– частота вращения шпинделя при сверлении с максимальной мощностью.
Определяем частоту вращения шпинделя при сверлении с максимальной мощностью:
об/мин;
Определяем установленную мощность электродвигателя:
;
где,
η- коэффициент полезного действия привода.
Определяем коэффициент полезного действия привода:
Принимаем
предварительно
=
0,75…0,8.
Определяем максимальное осевое усилие при сверлении самого твердого материала сверлом из быстрорежущей стали:
;
где,
Ср, Zp, yp-значения коэффициентов и показателей степени в формуле окружной силы. Ср=680, Zp=1, yp=0.7.
Определяем тяговую силу, необходимую для осуществления подачи:
;
где,
d- диаметр шлицев на шпинделе.
Определяем диаметр шлицев на шпинделе:
Принимается предварительно d=Dmax,следовательно, d=30мм.
Определяем коэффициент трения в направляющих пиноли и на шлицах шпинделя:
Принимаем
.
2. Кинематический расчет передач проектируемого привода
В данной работе ведется проектирование коробки скоростей вертикально-сверлильного станка.
Диапазон регулирования частот ступенчатой части привода:
,
где:
nmax = 1683,7 об/мин–максимальная частота вращения шпинделя, (см. п.1.9);
nmin = 81,95 об/мин–минимальная частота вращения шпинделя, (см. п.1.8).
Таким образом,
.
Определение числа ступеней подач [6]
,
где Rn = 20,545 – см. п. 2.1;
φ – знаменатель геометрического ряда коробки подач, выбираем φ = 1,41 для вертикально-сверлильного станка;
.
Принимаем полученное значение равным: z = 11(исходя из ряда).
Выбираем значения подач из нормального ряда чисел в станкостроении [3], который соответствует выбранному знаменателю ряда:
63; 90; 125; 180; 250; 355; 500;710;1000;1400;2000 об/мин.
Построение структурной сетки
Формула структуры привода имеет следующий вид:
.
Структурная
сетка привода
р1 = 2 р2 = 2 р3 = 2
х1 = 2 х2 = 3 х3 = 5
х3 = 5, так как для обеспечения 11 ступеней подач, необходимо одну перекрыть.
Рисунок 1
Разработка кинематической схемы
За основу разрабатываемой схемы коробки подач возьмем кинематическую схему станка-аналога 2А135 [4].
Кинематическая схема коробки скоростей
Рисунок 2
Построение графика подач
График подач строится в соответствии с разработанной кинематической схемы станка. Он отражает подачи всех валов привода. Для построения графика используем структурную сетку. Причем понижающие imin и повышающие imax передаточные отношения должны соблюдать условия [10]:
;
.
Диапазон регулирования групповой передачи должен быть:
.
Исходя из этих условий, назначим минимальные передаточные отношения в коробке подач:
;
;
.
Примем передаточные отношения одиночных передач:
;
.
График подач
Рисунок 3
Назначение чисел зубьев шестерен
Числа зубьев в групповых передачах назначаем по таблице 3 [8].
Таблица 1 Числа зубьев шестерен групповых передач
| Sz = 75 | Sz = 78 | Sz = 80 | |||
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
Числа зубьев шестерен одиночных передач:
;
.
Определим передаточное отношение i1:
Уравнения кинематического баланса
Поскольку все передаточные отношения получаются с погрешностью, значения подач также получаются неточными. Отклонение значений частот вращения не должно превышать величины:
Δ ≤ ±10ּ(φ – 1) %.
Для знаменателя φ = 1,41 эта величина составляет Δ = 4,1 %.
1) Значение подачи на графике: S = 0,18 мм/об.
Фактическое значение частоты вращения:
.
Отклонение значения подачи:
.
2) Значение подачи на графике: S = 0,25 мм/об.
Фактическое значение подачи:
.
Отклонение значения подачи:
.
3) Значение подачи на графике: S = 0,355 мм/об.
Фактическое значение подачи:
.
Отклонение значения подачи:
.
4) Значение подачи на графике: S = 0,5 мм/об.
Фактическое значение подачи:
.
Отклонение значения подачи:
.
5) Значение подачи на графике: S = 0,71 мм/об.
Фактическое значение подачи:
.
Отклонение значения подачи:
.
6) Значение подачи на графике: S = 1 мм/об.
Фактическое значение подачи:
.
Отклонение значения подачи:
.
7) Значение подачи на графике: S = 1,4 мм/об.
Фактическое значение подачи:
.
Отклонение значения подачи:
.
Отклонения значений частот вращения не выходят за пределы допустимой величины.
3. Прочностные расчеты передач, валов, шпиндельного узла
Расчет передачи колесо-рейка.
Принимаем передачу колесо-рейка, используя станок аналог 2А135.
Определяем контактные напряжения:
,
где,
M – момент на реечном колесе;
b– ширина зубчатого колеса; b=(8…12)m, принимаем b=8m=28мм;
kv– коэффициент, зависящий от скорости вращения зубчатого колеса. При V<<1м/с принимаем kv=1.
m и z– модуль и число зубьев зубчатого колеса.
где,
Q- тяговая сила, необходимая для осуществления подачи, Q=21256,5Н
(см. п. 1.21.1).
Определяем изгибные напряжения:
где,
-
угол наклона
зуба, для прямозубого
колеса
;
y- коэффициент формы зуба, для ориентировочного расчета принимаем
y=0,1.
Исходя из полученных значений контактных и изгибных напряжений, принимаем Сталь 45, способ термической обработки закалка.
[
]=1000МПа,
[
]=250МПа.
Проверочный расчет зубчатых передач на прочность
Расчет проведем для расчетной цепи по [2] с применением специализированного САПР.
Определяем расчетные моменты на валу ведущих колес по формуле:
Где Мтяг – момент на тяговом валу, Нм, Мтяг=520,8Нм (см. п. 3.1.1);
– коэффициент
полезного
действия на
i-м валу,
об/мин.
Расчет моментов начинаем с десятого вала; передаточные отношения на валах берем с графика подач рисунка 3:
1) i10 = 1/47
;
2) i9 = 1
;
3) i8 = 40/40
;
4) i7 = 26/52
;
5) i6 = 25/50
;
6) i = 21/30
;
7) i5 = 30/34
;
Исходные данные для расчета зубчатых передач занесем в таблицу 2:
Для определения расчетной частоты вращения ведущего колеса и наибольшей частота вращения ведущего колеса в коробке подач возьмем значения частот вращения из структурной схемы коробки скоростей, и умножая эти значения на передаточные отношения расчетной цепи коробки подач получим нужные нам значения.
Значения частот из коробки скоростей следующие:
Определяем значения частот вращения валов в коробке подач по следующим формулам:
Значения наибольшей и расчетной частот вращения 5-го вала:
Значения наибольшей и расчетной частот вращения промежуточного вала:
Значения наибольшей и расчетной частот вращения 6-го вала:
Значения наибольшей и расчетной частот вращения 7-го вала:
Значения наибольшей и расчетной частот вращения 8-го вала:
Таблица 2
| № | Наименование | Обозначение | Размерность | Номер передачи | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||||
| 1 | Расчетный момент на валу ведущего колеса |
М |
Нм | 3,89 | 4,21 | 5,72 | 10,86 | 20,65 |
| 2 | Вид передачи | цилиндр прямозуб | цилиндр прямозуб | цилинпрям |
Цил прям |
Цил прям |
||
| 3 | Угол наклона зуба |
|
град | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 4 | Модуль передачи | m | мм | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 5 | Число зубьев ведущего колеса |
|
30 | 21 | 25 | 26 | 40 | |
| 6 | Число зубьев ведомого колеса |
|
34 | 30 | 50 | 52 | 40 | |
| 7 | Ширина зубчатого венца ведущего колеса |
|
мм | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 |
| 8 | Ширина зубчатого венца ведомого колеса |
|
мм | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 |
| 9 | Конструкция (признак переключения) передачи | Не Переключаемая | непереключаемая | Перек | Перек | Перек | ||
| 10 | Расположение зубчатого колеса на валу | посредине | На консоли |
Вблизи |
Вблизи |
Вблизи |
||
| 11 | Расчетная частота вращения ведущего колеса |
|
об/мин | 125 | 110 | 77 | 38,5 | 19,25 |
| 12 | Наибольшая частота вращения ведущего колеса |
|
об/мин | 1000 | 882 | 616 | 308 | 154 |
| 13 | Время работы передачи с нагрузкой |
Т |
час | 5000 | 5000 | 5000 | 5000 | 5000 |
| 14 | Коэффициент коррекции ведущего колеса |
|
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| 15 | Коэффициент коррекции ведомого колеса |
|
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| 16 | Признак связи колеса с шестерней |
Не паразитное |
Не паразитное |
Не Паразит. |
Не Паразит. |
Не Паразит |
||
| 17 | Режим нагрузки передачи | Средний | Средний | Средн | Сред | Сред | ||
| 18 | Характер процесса резания | Равномерный | Равномерный | Равн | Равн | Равн | ||
| 19 | Вид механической обработки зубьев | шлифован | шлифован | шлифован | шлиф | нешлиф | ||
| 20 | Материал ведущего колеса | 40Х-Н | 40Х-Н | 40Х-Н | 40Х-Н | 40Х-Н | ||
| 21 | Материал ведомого колеса | 40Х-Н | 40Х-Н | 40Х-Н | 40Х-Н | 40Х-Н | ||
Подробный расчет валов. Расчет валов ведем по [3]. Расчет моментов на колесе, приводящем вал в