Конструирование мехатронных модулей

Spetsifikatsia_3.spw

Модуль главного движения
Пояснительная записка
Втулка дистанционная
Лабиринтное уплотнение
Лабиринтное упровление
Винт М6-6gx20 ГОСТ 11738-84
Винт М8-6gx16 ГОСТ 11738-84
Винт М12-6gx30 ГОСТ 11738-84
Шайба 6Л ГОСТ 6402-70
Шайба 8Л ГОСТ 6402-70
Шайба 12Л ГОСТ 6402-70
Шпонка 20х9х43 ГОСТ 23360-78
Шпонка 20х10х38 ГОСТ 23360-78
Шпонка 20х15х53 ГОСТ 23360-78
Кольцо пружинное ГОСТ 13942-86
Гайка М36 ГОСТ 11871-88
Гайка М25 ГОСТ 11871-88
Гайка М52х2 ГОСТ 11871-88
Подшипник 205 ГОСТ 8338-75
Подшипник 210 ГОСТ 8338-75
Подшипник 3182111 ГОСТ 7634-75
Подшипник 3182108 ГОСТ 7634-75
Подшипник 178811 ГОСТ 20821-75.

курсачччччччччччччччч.docx

Уфимский государственный авиационный технический университет
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по дисциплине
«Конструирование мехатронных модулей»
Анализ конструкции обрабатываемых деталей уточнение технологии изготовления детали представителя.6
1Конструктивные особенности детали6
2Анализ базового технологического процесса и предложения по его модернизации8
Определение основных технических характеристик модуля.12
1Основные технологические условия использования станка12
2Характерные сочетания технологических условий14
3Определение значений предельных режимов резания и наибольшей (расчетной) эффективной мощности14
4Определение расчетных значений технических характеристик модуля15
5Анализ технических характеристик модулей аналогичных станков15
6Уточнение технических характеристик проектируемого модуля станка17
Определение компоновок станка и модуля.18
Определение функциональных подсистем проектируемого модуля и разработка его структуры.21
1Основные переходы и схемы обработки.21
2Определение функциональных подсистем.22
3Разработка структуры проектируемого модуля.23
Разработка кинематической схемы модуля26
1Определение параметров коробки передач26
2Определение передаточных отношений чисел зубьев шестерен и диаметров уточнение кинематической схемы.30
3Определение расчетных нагрузок.31
4Расчёт средних диаметров валов33
5Расчет зубчатых передач33
6Расчет допускаемых контактных напряжений.34
7Расчет допускаемых напряжений изгиба.35
8Расчёт модулей для зубчатых колёс35
9Геометрический расчет зубчатых передач.37
10Проектирование ременной передачи.38
Проверочный расчет деталей.39
1.Проверочный расчет зубчатых передач.39
2.Проверочный расчет промежуточного вала.41
2.1.Определение реакций в опорах.41
2.2.Построение эпюр.44
2.3. Определение фактического запаса прочности вала44
Целью данного курсового проекта является разработка элементов главного движения станка с компьютерным управлением.
Повышение технологических возможностей металлообрабатывающих станков с автоматическим управлением неразрывно связано с необходимостью совершенствования их конструкции. Одним из актуальных направлений разработки современных станков является повышение их автономности и эффективности. Это обеспечивается путем создания интегрированных станочных систем которые предусматривают объединение функций и устройств обеспечивающих комплексную реализацию производственных задач. Примером интегрированной станочной системы является многоцелевой станок с компьютерным управлением в котором имеет место интеграция различных методов обработки (точение фрезерование сверление и др.) а также выполняемых производственных функций (обработка смена инструмента и обрабатываемых деталей и др.).
При проектировании данного оборудования большое значение отводится вопросам рационального построения модулей которые должны обеспечивать осуществление исполнительных движений с необходимыми параметрами пространства и времени. Актуальной становится задача реализации управляемых исполнительных движений с адаптацией к изменяющимся условиям обработки деталей. В связи с этим большое значение приобретают вопросы проектирования станочных модулей с соответствующей структурой и конструкцией.
Рациональная структура модуля станка может быть построена на основе использования результатов оптимизации процесса резания особенно труднообрабатываемых сталей и сплавов а также исследований точности жесткости и динамики станков. Немаловажную роль играет формирование на этой основе соответствующих алгоритмов выполнения переходов обработки и управления оборудованием при изготовлении деталей которые должны учитываться при проектировании модулей.
Ограниченные возможности приводов таких модулей в отношении диапазона регулирования частот вращения шпинделя с постоянной мощностью при силовом резании требуют наряду с регулируемыми электродвигателями применения переборных коробок передач с автоматическим управлением а также поиска других компромиссных решений. В связи с этим необходима разработка вариантов кинематики и конструкции приводов с учетом методов улучшения кинематики и применения новых технических решений.
При решении конкретных задач целесообразно использование уточненных методик проектирования модулей предусматривающих моделирование разрабатываемых конструкций и применение средств автоматизации проектных работ.
Анализ конструкции обрабатываемых деталей уточнение технологии изготовления детали представителя.
Целью данного раздела является анализ существующего технологического процесса и предложение его усовершенствования в связи с разрабатываемым оборудованием а также в целях получения экономического эффекта.
Проведен анализ детали-представителя ее назначения конструктивных особенностей и технологичности изготовления.
В проекте в качестве детали-представителя выбрана следующая деталь – цапфа.
Деталь отливается из титанового деформируемого сплава ВТ20 (химический состав представлен в таблице 1.1).
Подробный эскиз детали представлен в приложении А.
1Конструктивные особенности детали
Деталь относится к группе корпусных деталей. Их назначение – обеспечение правильного взаимного расположения деталей передающих вращающих момент. Заготовка изготавливается из титанового сплава ВТ-20 в качестве материала-заменителя будем использовать латунь обрабатываемую давлением Л70; химический состав и свойства материалов указаны в таблицах 1.1 и 1.2 а также 1.3 и 1.4.
ВТ-20 обладает следующими механическими свойствами:
- предел прочности МПа
Данный титановый деформируемый сплав применяется в деталях длительно работающих при температуре до 500°; коррозионная стойкость хорошая; класс по структуре псевдо α.
Таблица 1.1 – Химический состав латуни Л70 (%)
Таблица 1.2 – Свойства материала Л70
Лист мягк. ГОСТ 2208-2007
Лист тверд. ГОСТ 2208-2007
Трубы полутверд. ГОСТ 21646-2003
Твердость Л70мягк. ГОСТ 2208-2007
Твердость Л70тверд. ГОСТ 2208-2007
2Анализ базового технологического процесса и предложения по его модернизации
Основной целью выбора оптимального технологического процесса является системный анализ возможных преобразований технологических операций и целесообразности таких преобразований.
Технологический процесс изготовления детали “Стакан” состоит из 10 операций: 3-х токарных 6-ти сверлильных 1-ой фрезерной.
В базовом техническом процессе используется технологически устаревшие оборудование не обеспечивающие должной точности обработки. В данном техническом процессе используется большое количество переустановов и используемого оборудования способствующего обработке детали-представителя. Следует сконцентрировать несколько операций на одном более производительном станке.
Краткие сведения о технологическом процессе изготовления детали представлены в таблице 1.3.
Таблица 1.3 – Базовый технологический процесс изготовления детали.
Наименование операции
Токарно-револьверная
Капиллярный контроль
Целью данного раздела является оптимизация технологического процесса за счет уменьшения штучного времени и затрат на осуществление технологического процесса.
При разработке нового технологического процесса обработка детали будет происходить на многоцелевом станке.
Основными преимуществами многоцелевого станка с ЧПУ по сравнению с универсальными станками с ручным управлением являются:
а) повышение точности обработки;
б) концентрация переходов обработки на одном станке что приводит к сокращению затрат времени на установку заготовки сокращению числа операций оборотных средств в незавершенном производстве затрат времени и средств на транспортирование и контроль деталей;
в) сокращение цикла подготовки производства новых изделий и сроков их поставки;
г) обеспечение высокой точности обработки деталей так как процесс обработки не зависит от навыков и интуиции оператора;
д) повышение производительности станка в результате оптимизации технологических параметров автоматизации всех перемещений;
е) возможность использования менее квалифицированной рабочей силы;
ж) уменьшение парка станков так как один станок с ЧПУ заменяет несколько станков с ручным управлением.
Согласно предложенным рекомендациям получаем изменяем технологический процесс.
Таблица 1.4 – Технологический процесс после преобразования
и токарно-револьверные операции
Применение нового тех. процесса позволяет сократить количество переустановов тем самым значительно сократить время обработки детали за счет применения современного инструмента увеличить точность обработки освободить площадь за счет замены двух станков одним новым уменьшить число операторов до одного человека.
Определение основных технических характеристик модуля.
Проектируемый станок подобно его аналогу позволит выполнять разнообразные токарные работы при обработке деталей различной сложности. Для изготовления детали-представителя нам необходимы следующие операции: точение наружное продольное точение внутреннее продольное сверление отверстий растачивание.
В данном случае мы рассматриваем модуль главного движения. Поэтому в дальнейшем мы будем рассматривать только операции наружного и внутреннего продольного точения а также растачивание.
1Основные технологические условия использования станка
К технологическим условиям относятся:
-обрабатываемые материалы и их предельные характеристики – ВТ20 титановый деформированный сплав 885 МПа; Л70 латунь обрабатываемая давлением 420 Мпа.
-основные переходы обработки – точение внутреннее продольное растачивание наружное продольное точение;
-характер обработки – черновое и чистовое точение внутреннее продольное а также черновое и чистовое растачивание черновое и чистовое точение наружное режимы резания приведены ниже в таблице 2.1;
-вид материала режущей части инструментов – твердый сплав (Т15К6);
-предельные диаметры обработки dmax = 94 мм (наружное точение продольное) dmin = 36 мм (внутреннее точение продольное).
Рисунок 2.1 – Режимы резания
2Характерные сочетания технологических условий
К этим сочетаниям относятся условия определяющие минимальная скорость резанья- vmin максимальная подача - Smax и максимальная эффективная мощность резанья - Nэфmax – наиболее тяжелый режим обработки который соответствует предварительному черновому наружному точению резцом материала c наибольшей прочностью – титановый деформированный сплав ВТ-20.
3Определение значений предельных режимов резания и наибольшей (расчетной) эффективной мощности
Smax определим по рекомендуемым режимам резания CoroPlus ToolGuide согласно установленным характерным условиям обработки детали. Для предварительного наружного продольного точения резцом конструкционной стали при диаметре обработки:
использовании твердосплавного резца и наибольшей глубине резания:
t = 075 мм Smax= 0757 ммоб.
Наименьшая скорость резания для растачивания резцом титанового деформируемого сплава (290 МПа) твердосплавным инструментом с учетом глубины резания t = 572 мм с наименьшей подачей Smin= 015 ммоб согласно базе режимов равна vmin = 529 ммин.
Наибольшая скорость при чистовом внутреннем продольном точении резцом титанового деформируемого сплава (290 МПа) с учетом глубины резания t = 05 мм с подачей S = 0253 ммоб равна vmax = 669 ммин.
Наибольшее значение эффективной мощности резания определяется при помощи режимов резания CoroPlus ToolGuide. При d = 36 мм твердосплавным резцом при t = 0.5 мм S = 0.253 ммоб V = 66.9ммин эффективная мощность резания Nэф = 4.32 кВт.
4Определение расчетных значений технических характеристик модуля
Минимальная частота вращения шпинделя определяется по режимам резания CoroPlus ToolGuide:
Максимальная частота вращения шпинделя также определяется по режимам резания CoroPlus ToolGuide:
Максимальная мощность резания находится из условий наиболее тяжелого режима обработки (Smax tmax dmax Vmin вmax).
Эффективная мощность резания составляет Nэф =4320 Вт. (п. 2.3)
Мощность приводного электродвигателя:
где - к.п.д. привода ориентировочно = 085;
kп – допускаемый коэффициент перегрузки двигателя зависит от вида и продолжительности обработки. Принимаем kп = 12;
По мощности электродвигателя выбираем двигатель постоянного тока марки 4ПБМ132LО4 со следующими основными характеристиками:
5Анализ технических характеристик модулей аналогичных станков
В качестве станка-аналога для проектируемого модуля был выбран многоцелевой токарный с контршпинделем 200HTP.
Станок многоцелевой токарный патронно-центровой с ЧПУ модели 200HTP предназначен для выполнения разнообразных токарных работ при обработке детали различной сложности.
Станина станка представляет собой жесткую и прочную конструкцию. Наклонное расположение станины обеспечивает свободный сход стружки и доступ в зону резания.
На суппорте станка установлена револьверная головка дискового типа с закрепленным на ней инструментом.
Станок оснащен числовым программным управлением высокой точности что дает возможность производить комплексную обработку деталей в режимах программного управления.
Основные технические характеристики проектируемого модуля и станка аналога представлены в таблице 2.2.
Рисунок 2.2 – Технические характеристики модуля и станка-аналога.
6Уточнение технических характеристик проектируемого модуля станка
На основании сведений полученных для модуля станка-аналога которым был выбран 200HTP проведем корректировку технических характеристик проектируемого модуля.
Необходимые технические характеристики проектируемого модуля представлены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Необходимые технические характеристики проектируемого модуля.
Проектируемый модуль
Пределы частот вращения шпинделя мин-1
Номинальная частота вращения шпинделя мин-1
Мощность привода гл. движения кВт
На основании данной таблицы 2.1 мы получили необходимые технические характеристики проектируемого модуля.
Определение компоновок станка и модуля.
Компоновка станка - это система расположения узлов и направляющих станка отличающаяся структурой пропорциями и свойствами.
Компоновка металлорежущего станка (рис. 3.1) имеет блочную структуру и состоит из одного стационарного и нескольких подвижных блоков разделённых линейными или круговыми направляющими. Каждый подвижный блок выполняет определённое координатное движение. Число направляющих равно или меньше числа элементарных движений предусмотренных кинематической структурой станка.
Компоновка проектируемого станка соответствует компоновке станка-аналога (200HTP)
Рис. 3.1 – Компоновка проектируемого токарного станка:
Станина с горизонтальными направляющими (W);
Основной шпиндель для токарных операций;
Шпиндельная бабка с установленным в ней двигателем и АПК;
Продольные направляющие револьверной головки(Z);
Револьверная головка дискового типа и дополнительный шпиндель для фрезерных и сверлильных операций;
Проектируемый токарный станок имеет 3 одновременно управляемых осей координат:
Перемещение основного шпинделя с шпиндельной бабкой (W);
Перемещение дополнительного шпинделя (X Z).
Станок предназначен для комплексной обработки деталей из различных материалов в условиях мелкосерийного и серийного производства. Станок выполняет операции сверления фрезерования растачивания продольного и поперечного точения нарезания резьб и т.д.
Рис. 3.2 – Габариты рабочего пространства.
Рис. 3.3 – Компоновка модуля главного движения
Трехкулачковый патрон.
Определение функциональных подсистем проектируемого модуля и разработка его структуры.
1Основные переходы и схемы обработки.
Результаты анализа схем обработки для осуществления заданных переходов обработки приведены в таблице 4.1.
Таблица 4.1. Основные переходы и схемы обработки
Метод формообразования поверхности
Состав исполнительных движений
Подрезание торца (поперечное точение)
Фs1(П2) Н2(П3) Н3(П4)
Изменение частоты вращения шпинделя в процессе обработки с учетом температуры резания для достижения наименьшей себестоимости обработки.
2Определение функциональных подсистем.
С учетом известных разработок и алгоритмов управления работой модулей уточнен алгоритм выполнения данного перехода. В проектируемом модуле необходимо обеспечить изменение частоты вращения шпинделя в процессе обработки с учетом температуры обработки для достижения наименьшей себестоимости обработки. Изменение частоты вращения шпинделя в процессе резания с учетом колебаний шпиндельного устройства для исключения резонансных колебаний (снижения шероховатости поверхности изготавливаемой детали) и обеспечения высокой производительности обработки. Изменение частоты вращения шпинделя в процессе резания с учетом диаметра обработки (при его непостоянстве) и оптимальной температуры резания для обеспечения повышенной точности относительного расположения инструмента высокой производительности и наименьшей себестоимости обработки.
Проанализировав состав исполнительных подсистем проектируемого станка его конструкцию кинематику и алгоритм при выполнении перехода определили функциональные подсистемы модуля. В таблице 4.2 для сравнения приведены функциональные подсистемы станка-аналога.
Таблица 4.2 Функциональные подсистемы станков
Функциональные подсистемы станка-аналога
Функциональные подсистемы проектируемого станка
Модуль главного движения
ПО1 [П11 УБ11 ТБ11 О11]
РД1 [(ПО1) ВН11 РБ22]
Подсистемы служат для обеспечения особенностей параметров движения при изготовлении детали.
ПО - обеспечение пуска и останова; РД - обеспечение реверсирования движения; СД - обеспечение скорости движения;
П - пуск УБ - ускорение бесступенчатое ТБ - торможение бесступенчатое
ВН - выбор направления
РБ - бесступенчатое изменение разгона и торможения;
Первое число индекса подсистемы 4-го уровня определяет вид управления:
- программное управление
- программно-адаптивное управление
Существуют следующие варианты обозначений:
- требуемый цикл 12 - параметр определяющий величину перемещения 13 - параметр определяющий скорость движения; 22 - требуемые параметры движений и обеспечения наименьшей себестоимости обработки 21 – требуемые параметры движения и обеспечения наименьшей себестоимости обработки.
3Разработка структуры проектируемого модуля.
Рисунок 4.1. Блок – схемы станка-аналога
ДС1- датчик скорости
Структура станка-аналога разработана с учетом блок-схемы и особенностей выполнения перехода обработки таблица 4.1. На следующем этапе проектирования при разработке кинематической схемы структура модуля может быть уточнена с учетом целесообразности применения его составных частей.
Рисунок 4.2. Структура станка-аналога
РД- регулируемый электродвигатель
АПК-автоматическая переборная коробка
С учетом станка-аналога и установленного состава функциональных подсистем разработана блок-схема модуля (рис. 4.3). Для повышения точности управления целесообразно информацию о скорости движения получать непосредственно с исполнительного органа станка. Структура модуля разработана с учетом блок-схемы и особенностей выполнения перехода обработки (рис. 4.4). На следующем этапе проектирования при разработке кинематической схемы структура модуля может быть уточнена с учетом целесообразности применения его составных частей.
Рис. 4.3 – Блок-схема проектируемого модуля.
ДК – Датчик колебаний;
ДС – Датчик скорости;
ДП – Датчик положения.
Рис. 4.4 – Структура проектируемого модуля
РДПТ - регулируемый электродвигатель постоянного тока;
АПК - автоматическая перебойная коробка
Для повышения точности управления целесообразно информацию о скорости движения получать непосредственно с исполнительного органа станка.
Во избежание перегрева исполнительного инструмента и последующей за этим его поломкой используют датчик температуры.
Разработка кинематической схемы модуля
1Определение параметров коробки передач
Диапазон регулирования привода:
где nmax - максимальная частота вращения на шпинделе
nmin - минимальная частота вращения на шпинделе
Диапазон регулирования с постоянной мощностью:
где b=4 - для многоцелевых станков
Диапазон регулирования с постоянным моментом:
Диапазон регулирования двигателя по полю с постоянной мощностью:
Тогда для выбранного электродвигателя:
Определение знаменателя ряда регулирования.
Первоначально знаменатель ряда принимается равным диапазону регулирования двигателя по полю с постоянной мощностью:
Расчетное число ступеней коробки:
Учитывая что число диапазонов регулирования должно быть целым расчетное число ступеней округляется в большую сторону и принимается равным 3.
При округлении числа ступеней коробки в большую сторону фактический знаменатель ряда уменьшается. Его значение уточняется:
Диапазоны регулирования привода уточняются по принятому окончательно значению знаменателя:
Уточнение частот электродвигателя:
Определение характерных частот вращения шпинделя.
где nр - расчетная частота
Для принятой компоновки модуля с раздельной коробкой передач определим несколько возможных вариантов структурных формул а затем выберем из них оптимальную (рис. 5.1):
В данном курсовом проекте поставлена задача спроектировать привод главного движения с нормальной сложенной структурой и раздельной компоновкой а это значит что шпиндель будет располагаться раздельно с зубчатыми передачами. Выполненный по первому и второму варианту привод главного движения будет иметь большие осевые габариты. Таким образом третий вариант структурной формулы является более предпочтительным. По нему будут идти дальнейшие расчеты.
Рис. 5.1. Структурная сетка.
При окончательной разработке кинематической схемы привода возникает необходимость введения постоянных передач для уменьшения осевых и радиальных габаритов привода.
Разрабатываем принципиальную кинематическую схему привода (рис.5.2)
Рис. 5.2. Принципиальная кинематическая схема разрабатываемого привода с раздельной компоновкой и сложенной структурой.
Построение графика частот вращения шпинделя.
Рис. 5.3. График частот проектируемого модуля.
2 Определение передаточных отношений чисел зубьев шестерен и диаметров уточнение кинематической схемы.
По графику частот вращения определяем значения частных передаточных отношений
Определяем числа зубьев зная передаточные числа
Для постоянной передачи ip = 087 принимается D2 =100 мм коэффициент скольжения для клиноременной передачи =098
С учетом стандартных диаметров шкивов принимаем: D2 =100 мм
Проверка кинематического расчёта.
3Определение расчетных нагрузок.
Мощность на i-том валу равна:
где - коэффициент потери мощности на i-том валу.
где - КПД подшипника
где - КПД зубчатого зацепления
Крутящий момент вала электродвигателя определяется по формуле (стр.77 [6]):
Определим вращающий момент на первом валу:
где передаточное число ременной передачи. ;
рп - к.п.д. ременной передачи (для поликлиновой передачи – 098);
п - к.п.д. подшипника (для подшипника качения - 0997);
Определим вращающий момент на втором валу:
где передаточное число первой передачи.
зп - к.п.д. зубчатой передачи (для цилиндрической прямозубой передачи - 099);
Определим вращающие моменты на третьем валу:
где передаточное число третьей передачи.
м - к.п.д. электромагнитной муфты м = 0.95;
зп - к.п.д. зубчатой передачи (для цилиндрической прямозубой передачи - 099);
4Расчёт средних диаметров валов
Минимальный диаметр вала определяется в зависимости от крутящего момента на нём:
где допустимое напряжения на кручение; =20 30 Нмм2. (с. 256 [3])
Получаем минимальные диаметры валов:
5Расчет зубчатых передач
Расчет ведем по самой нагруженной передаче i2. Как видно из графика (cм. рис. 5.3) максимальный момент на валах возникает при работе двигателя на номинальной частоте следовательно на этой частоте и ведем расчеты.
Выбор материала и определение допускаемых напряжений:
Выбираем для изготовления зубчатых колес сталь 40Х со следующими характеристиками (таблица 10).
Предел текучести т Мпа
Твердость поверхности
Твердость сердцевины
6Расчет допускаемых контактных напряжений.
Для прямозубых передач за расчетное принимается наименьшее из двух допускаемых напряжений определяемых для материала шестерни и колеса .
Допустимые контактные напряжения находятся по формуле (с. 167 [3]):
где предел контактной выносливости по поверхности зуба (табл. 8.9 [3]);
коэффициент безопасности (для термообработки: азотирование) (табл. 8.9 [3]);
коэффициент долговечности ().
За расчетное принимаем: .
7Расчет допускаемых напряжений изгиба.
Допускаемые напряжения изгиба определяются по формуле (с. 173 [3]):
где предел выносливости зубьев по напряжению изгиба для термообработки азотирование стали 40Х (таблица 8.9 [3]);
коэффициент безопасности ( для термообработки: азотирование) (табл. 8.9 [3]);
коэффициент реверсивности нагрузки так как коробка передач реверсивна то принимаем ;
За расчетное принимаем наименьшее допускаемое напряжение изгиба: .
8Расчёт модулей для зубчатых колёс
Модуль передачи определяется по формуле:
где - межосевое расстояние;
сумма зубьев передачи.
Проектировочный расчет межосевого расстояния по условию контактной прочности производится по формуле (стр.18 [4]):
где Ка – объединенный коэффициент Ка = 495 – для прямозубых колес (с.18 [4]);
u – передаточное число u2 = 1;
КН – коэффициент учитывающий распределение нагрузки по ширине венца КН = 103;
– относительная ширина венца принимаем: = 02 (с.17 [4]);
вращающий момент на шестерне;
расчетное допускаемое контактное напряжение.
мм (Из стандартного ряда).
Проектировочный расчет модуля зубчатой передачи по напряжениям изгиба производится по формуле (с. 150 [3]):
где расчетное допускаемое напряжение изгиба;
– коэффициент распределения нагрузки между зубьями и коэффициент динамической нагрузки =101;
- коэффициент формы зуба =3.98;
число зубьев шестерни;
= 25 (по таблице 85 [4]).
Модуль из расчета по напряжениям изгиба:
Модуль из расчета по контактным напряжениям: мм.
9 Геометрический расчет зубчатых передач.
Межосевое расстояние находим по формуле:
Ширина зубчатого венца:
Ширину венца колеса при прямозубой передаче принимаем равной ширине венца шестерни.
Делительные диаметры колес зубчатого зацепления:
Для каждой группы передач проведем расчеты подставляя имеющиеся данные в формулы полученные данные заносим в таблицу 11.
Геометрический расчет зубчатых передач
Межосевое расстояние
Ширина зубчатого венца
Делительный диаметр d мм
10Проектирование ременной передачи.
Для передачи крутящего момента с вала электродвигателя на входной вал коробки передач воспользуемся клиноременной передачей. Клиновая форма ремня увеличивает трение относительно плоского ремня примерно в 3 раза.
Методика расчета сводится к выбору типа сечения ремня и их числу по ГОСТ 1284.3-80.
Назначаем тип сечения «A» (рис.12.23 [4]) при nэmax=4000 мин-1 P=4.5 КВт.
Определяем номинальную мощность P0 передаваемую одним ремнем (рис.12.24 - рис.12.26 [4]) при диаметре ведущего шкива dp=100 мм nmax=4000:
По формуле определяем мощность передаваемую одним ремнем в расчетных условиях эксплуатации:
где коэффициент угла обхвата (с.272 [4]);
коэффициент длины ремня (рис 12.27 [4]);
коэффициент передаточного отношения (с.273 [4]);
коэффициент режима нагрузки (с.273 [4]).
Делаем вывод что для передачи необходимой мощности P=4кВт нам необходимо 3 ремня.
Конструкция шкива на конце входного вала коробки передач приведена на рисунке 5.5.
Рис. 5.5. Шкив расположенный на конце быстроходного вала.
Проверочный расчет деталей.
1.Проверочный расчет зубчатых передач.
Проверочные расчеты зубчатых передач произведём в программе «Komp_IR» (рис. 6.1 - 6.3).
Рис. 6.1. Проверочный расчет передачи
Рис. 6.2. Проверочный расчет передачи
Рис. 6.3. Проверочный расчет передачи
Рис. 6.4. Проверочный расчет передачи
По результатам проверочного расчета можно сделать вывод. Проверяемые передачи годны так как действующие изгибные и контактные напряжения меньше допустимых.
2.Проверочный расчет промежуточного вала.
2.1.Определение реакций в опорах.
При проверке вала будем рассматривать его наиболее нагруженное состояние работает передача i2.
Схематическое изображение промежуточного вала со всеми силами действующими на него представлено на рисунке 6.5.
Рис. 6.5. Расчетная схема нагружаемого вала и эпюры моментов и поперечных сил
Рис. 6.6. Расчетная схема нагружаемого вала и эпюры моментов и поперечных сил
Окружная сила определяется по формуле:
где - передаваемый момент
- делительный диаметр.
Радиальная сила определяется по формуле:
где - угол подъема зуба
Для того чтобы определить реакции в опорах составим уравнения равновесия сил и моментов:
Решая полученную систему уравнений с помощью пакета MathCad получаем:
2.2. Определение фактического запаса прочности вала
Коэффициент запаса рассчитывается по формуле:
где - коэффициент запаса по контактным напряжениям
- коэффициент запаса только по изгибным напряжениям.
- амплитуды переменных составляющих циклов напряжений;
- постоянные составляющие циклов напряжений;
- эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении;
(при расчёте шлицевых соединений по внутреннему диаметру) (с.360 [3]);
- масштабный фактор; (с.360 [3]);
- фактор шероховатости поверхности; (табл. 16.4 [3]);
- коэффициенты корректирующие влияние постоянной составляющей цикла напряжений на сопротивление усталости;
Предел выносливости вала в самом нагруженном сечении больше допускаемого следовательно конструкция работоспособна.
3.Проверка шлицевого соединения.
Проверку шлицевого соединения произведем в программе «KOMP_IR». Результаты расчетов приведены на рис. 6.7.
Рис. 6.7. Расчёт шлицевого соединения
Для работоспособности соединения необходимо выполнение следующего условия:
Так как расчётное напряжение смятия меньше допускаемого то шлицевое соединение выдержит нагрузку.
При выполнении курсового проекта были разработаны элементы эскизного и технического проекта модуля главного движения токарного станка с числовым программным управлением с учетом повышения производительности. В ходе проектирования определены технологическое назначение станка основные функциональные подсистемы модуля и его структура компоновка станка и модуля а также разработана кинематическая схема модуля. Для модуля привода главного движения станка выполнен сборочный чертеж автоматической коробки передач.
Справочник технолога – машиностроителя. В 2-х т. Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - 4-е изд. перераб. и доп. – М.: Машиностроение 1985. 496 с. ил.
Режимы резания труднообрабатываемых материалов: Справочник Я. Л. Гуревич М. В. Горохов В. И. Захаров и др. 2-е изд. перераб. и доп.-М.: Машиностроение 1986 240 с. ил.
Иванов М. Н. Детали машин: учеб. для студентов втузов Под ред. В.А. Финогенова. – 6-е изд. перераб. – М.: Высш. шк. 2000. – 383 с.: ил.
Дунаев П.Ф. Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин: Учеб. Пособие для техн. спец. вузов. – 5-е изд. перераб. и доп. – М.: Высш. шк. 1998. – 487 с. ил.
Металлорежущие станки: Учебник для машиностроительных втузов Под ред. В.Э. Пуша. – М.: Машиностроение. 1985. – 256 с. ил.
Кудояров Р.Г. Акмаев О.К. Проектирование модулей главного движения станков с автоматическим управлением. Учебное пособие. – Уфа: УГАТУ. 2009. – 144 с.
«Эскиз детали представителя»

Chertezh_3.cdw

Перед установкой уплотнений обеспечить зазор между крышками и корпусом 0
Обеспечить на конце шпинделя предварительный натяг 14 осевой нагрузки подшипникового узла.
Необработанные наружные поверхности модуля покрыть серой эмалью ПФ-115 ГОСТ 6465-76
внутренние необработанные поверхности красной эмалью ПФ-117 ГОСТ 6465-76.
Плоскость разьема коробки передач покрыть тонким слоем герметика УТ-34 ГОСТ 2485-80.
В коробку передач залить масло индустриальое И-30А ГОСТ 20799-75 в количестве 7л.
Проверить вручную плавность вращения валов.
Коробку передач обкатить без нагрузки при частоте вращения n=1000 мин
После обкатки масло в модуле заменить.

Strukturnaya_skhema.frw