Металлорежущие станки и оборудование автоматизированного производства

МУ по курс пр-МРС-ОАП.doc

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Тульский государственный университет
Кафедра "Автоматизированные станочные системы
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ
ОБОРУДОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОИЗВОДСТВА
ОБОРУДОВАНИЕ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по выполнению курсового проекта
для студентов направлений 150400 150900 220200 230100
и специальностей 150401 151001 151002 151003 220301
Рассмотрено на заседании кафедры АСС.
Протокол № 17 от 28 июня 2007 г.
Цели и задачи выполнения курсового проекта 4
Организационные вопросы курсового проектирования .. . .. 5
1Тематика курсовых проектов .. 5
2Задание на курсовой проект и исходные данные к проекту . 6
3Состав и объём курсового проекта 7
4Организация выполнения и защита курсовых проектов . .. 8
Методические указания по выполнению курсового проекта . 10
1Специфика курсового проектирования по металлорежущему 10
оборудованию .. .. .
2Содержание разделов пояснительной записки и указания по их 11
составлению .. .. .
2.1Аннотация .. .. 11
2.2Оглавление .. . 11
2.3Введение .. . 11
2.4Устройство станка .. . 11
2.5Обоснование модернизации (разработки) узла станка . 12
2.6Кинематический расчёт проектируемого привода 12
2.7Описание разработанной конструкции узла 16
2.8Силовые и иные расчёты деталей и механизмов привода . 17
2.9Заключение . .. . 18
2.10Библиографический список использованной литературы .. 18
2.11Спецификация .. . .. 19
3Оформление расчётно-пояснительной записки .. 19
4 Оформление графической части курсового проекта .. 21
Библиографический список рекомендуемой литературы .. 24
Приложение А. Форма титульного листа расчётно-пояснительной записки
Приложение Б. Пример оформления раздела "Оглавление" 28
Приложение В. Значения чисел некоторых геометрических рядов в пределах
Приложение Г. Рекомендации по решению специфических вопросов расчёта и
конструирования привода станка .. 31
Курсовой проект по дисциплинам "Металлорежущие станки" "Оборудование
автоматизированного производства" "Оборудование машиностроительного
производства" – это один из важнейших этапов подготовки студента
позволяющий применить полученные им в процессе обучения знания по
специальным общепрофессиональным и естественнонаучным дисциплинам свой
практический опыт а также навыки приобретённые на практиках в решении
конкретной задачи – проектировании узла металлорежущего станка или иного
технологического оборудования.
Выполняя проект студент изучает конструкцию базового станка и его
частей – несущих и корпусных деталей шпиндельного узла механизмов
переключения скоростей и т.д.; проводит сравнительные анализы вариантов
конструктивных решений поставленной в задании на проектирование задачи;
осваивает методики кинематического силовых и жёсткостных расчётов в том
числе с применением ЭВМ; разрабатывает конструкцию сложного узла (привода)
Цели и задачи выполнения курсового проекта
Цели курсового проектирования: закрепление и углубление полученных
студентом теоретических знаний получение новых знаний и приобретение
навыков конструкторской работы.
Задачами курсового проекта являются:
а)развить способность студента анализировать и критически оценивать
рассматриваемое станочное оборудование с точки зрения обеспечения
производительности и точности технологичности конструкций использования
современных средств автоматизации и т.д.;
б)приобрести навыки в решении комплексных инженерных задач
включающих конструкторские расчётные и аналитические работы и имеющих
целью проектирование наиболее рациональных конструкций узлов станочного
в)показать умение применять полученные теоретические знания к решению
практических задач в области станкостроения;
г)показать умение использовать техническую литературу ГОСТы ЕСКД
иные нормативные материалы по проектированию.
Организационные вопросы
курсового проектирования
1Тематика курсовых проектов
Объектом курсового проектирования может являться узел какого-либо
сложного оборудования машиностроительного производства: металлорежущего
станка автомата промышленного робота манипулятора технологического
модуля позиции автоматической линии и т.п.
Темы курсовых проектов могут быть двух типов:
а)темы конструкторского характера связанные с модернизацией или
разработкой узлов металлорежущих станков промышленных роботов иного
технологического оборудования машиностроительных производств;
б)темы конструкторско-исследовательского характера предусматривающие
проведение теоретических и (или) экспериментальных исследований по
повышению работоспособности элементов станочного оборудования его
точности надёжности долговечности и выполнение на базе этого
конструкторских разработок.
Более полное достижение целей и выполнение задач проектирования
достигается при разработке специфических станочных элементов конструкций
таких как узел шпинделя механизмы изменения частот вращения или скоростей
перемещений рабочего органа механизмы управления. Поэтому в большинстве
случаев предлагается разработка привода главного движения станка как
наиболее полно отвечающего поставленным задачам и несколько реже –
разработка привода подачи и конструкций других механизмов.
Студенты вечерней и заочной форм обучения в срок не превышающий двух
недель от начала семестра могут предложить темы курсовых проектов исходя
из потребностей предприятия где они работают. Актуальность реальной темы
подтверждается при этом письмом от предприятия на имя заведующего кафедрой
АСС ТулГУ который принимает решение по теме курсового проектирования.
Примечание. Далее в тексте для его сокращения употребляются в
основном слова "станок" и "узел станка" что не следует считать отрицанием
возможности разработки иных тем. Кроме того употребляется слово "объект
которое в проектах студентов применяться не должно: следует применять
название вытекающие из темы проекта например "токарный станок
промышленный робот" и т.п.
2Задание на курсовой проект и исходные данные к проекту
Задание с исходными данными для проектирования составляется
преподавателем каф. АСС – руководителем проекта. Студент в начале семестра
получает бланк с заданием и приложение содержащее копии чертежей
(рисунков) кинематической схемы базового станка и конструкции подлежащего
модернизации узла этого станка. По усмотрению руководителя приложение может
не выдаваться – тогда в бланке задания указывается литература по базовому
станку или выдаются материалы в электронном виде.
Задание на проектирование предусматривает разработку привода
ступенчатого или бесступенчатого регулирования.
Для привода главного движения ступенчатого регулирования
металлорежущего станка исходными данными являются:
-модель (тип) станка подлежащего модернизации или принимаемого в
-предельные значения частот вращения шпинделя nmin nmax
-число ступеней (вариантов) частот вращения шпинделя z
-мощность приводного асинхронного электродвигателя N а также (при
необходимости) условия по структуре привода (со сменными колёсами с
перекрытием части скоростей шпинделя и т.д.) управлению им и т.д.
Для привода главного движения бесступенчатого регулирования
-диапазон частот вращения шпинделя с постоянной мощностью [pic] или
частота вращения шпинделя n начиная с которой и выше должна обеспечиваться
передача полной мощности или величина части диапазона (по условному числу
частот вращения шпинделя – 1t=14 13 либо иное) начиная с [pic] где
передачи полной мощности двигателя не требуется. Если заданием не определён
диапазон частот вращения шпинделя с постоянной мощностью студент принимает
-мощность приводного регулируемого электродвигателя постоянного тока
-число ступеней коробки скоростей [pic] либо номинальная и
максимальная частоты вращения вала двигателя nдв.н n дв.max
Для привода подачи металлорежущего станка исходными данными будут:
модель (тип) станка подлежащего модернизации или принимаемого в качестве
прототипа предельные величины подач число ступеней подач (при ступенчатом
регулировании) и характер ряда подач (геометрический арифметический)
мощность приводного двигателя или затрачиваемая на подачу а также (при
необходимости) условия по структуре привода управлению им применяемым
элементам конструкции и т.д.
3Состав и объём курсового проекта
Каждый курсовой проект независимо от его вида представляется
графической частью и расчётно-пояснительной запиской.
3.1Объём графической части проекта составляет 3 (4) листа формата
А1. Содержание графической части конструкторского проекта следующее:
-чертёж принципиальной кинематической (гидрокинематической
пневмогидрокинематической) схемы разрабатываемого или модернизируемого
станка – 1 лист. На этом же чертеже представляется диаграмма частот
вращения (двойных ходов подач) валов и выходного звена проектируемого
-сборочный чертёж разрабатываемого (модернизируемого) привода – 2
листа формата А1 с основной надписью (штампом) на каждом или 1 лист формата
А0. Как правило на одном листе вычерчивается продольный разрез по валам
(развёртка) привода а на другом – поперечный разрез привода с изображением
одного из механизмов управления зубчатыми блоками муфтами и т.д.
Дополнительных разрезов и сечений даётся столько сколько требуется для
показа деталей управления;
-рабочие (деталировочные) чертежи трёх-четырёх деталей выбранных
руководителем проекта из сборочного чертежа спроектированного привода –
лист – если он вводится кафедрой в семестре проектирования. Для
деталировки обычно выбираются следующие детали: шпиндель вал зубчатое
колесо зубчатый блок шкив фланец переводной рычаг и т.п.
Все чертежи выполняются либо вручную в карандаше либо с
использованием САПР и соответствующих печатающих средств. На выполнение
чертежей с использованием САПР даёт разрешение зав. каф. АСС (по его
поручению – руководитель проекта) в начальный период проектирования
убедившись в наличии у студента навыков работы с САПР на компьютере.
3.2В расчётно-пояснительную записку курсового проекта включается:
-титульный лист (приложение А);
-задание на курсовое проектирование (заполненный руководителем
-описание устройства станка для которого узел модернизируется или
проектируется заново;
- обоснование модернизации или разработки узла станка;
- кинематический расчёт проектируемого привода;
- описание разработанной конструкции узла;
- расчёты деталей и механизмов привода;
- заключение (выводы);
- библиографический список использованной литературы;
- спецификация на разработанную конструкцию узла.
Рекомендуемый объём расчётно-пояснительной записки – 30÷45 страниц
Содержание разделов записки и рекомендации по оформлению записки и
чертежей рассматриваются далее в главе 3.
Представление каких-либо частей проекта в виде ксерокопий не
4Организация выполнения и защита курсовых проектов
Курсовой проект выполняется студентом самостоятельно по
индивидуальному заданию при консультациях с руководителем (консультантом).
Консультации проводятся 1÷2 раза в неделю по расписанию кафедры.
Значительный объём и конструкторский характер проекта требуют
постоянной и систематической работы студента над ним в течение всего
периода курсового проектирования который составляет в среднем 12÷15
недель. По окончании этого периода проводятся защиты проектов.
Вопрос о допуске проекта к защите решается руководителем после
просмотра им законченного курсового проекта.
Проект представляется к защите если имеются:
-подписи студента и руководителя на листах графической части проекта
титульном листе расчётно-пояснительной записки и первом листе спецификаций
-внутренняя рецензия.
Руководитель не подписывает проект и не допускает его к защите если
проект выполнен не в соответствии с заданием или на низком уровне с
принципиальными и грубыми ошибками.
Защита курсового проекта проводится перед комиссией состоящей из
преподавателей кафедры АСС. При защите проекта студент делает доклад
длительностью 6-8 минут. В докладе освещаются все узловые вопросы
проработанные в проекте. Рекомендуется следующий порядок изложения
(применительно к проекту узла станка):
-компоновка (основные узлы и их расположение);
-принцип работы станка (положение инструмента и заготовки их
установка движения);
-кинематика спроектированного привода и всего станка;
-особенности разработанной конструкции (шпиндель его опоры
воспринимаемые ими нагрузки опоры других валов регулировка подшипников
устройство муфт механизм переключения зубчатых блоков фиксация их
положений смазка трущихся деталей привода и т.д.).
В докладе следует выделить принятые в проекте новые решения. В
заключении надо отметить предполагаемый технический и экономический эффект
от модернизации или проектирования привода станка.
После доклада члены комиссии могут задавать вопросы как по содержанию
проекта так по различным разделам курсов лекций на базе которых
Обязательным условием успешной защиты проекта является чёткое
представление о работе конструкции и её отдельных частей обоснование
принятых решений отсутствие грубых погрешностей на чертежах и в записке.
За принятые в проекте решения правильность данных и результатов
расчётов несёт ответственность автор проекта т.е. студент.
Принятие правильных но не оптимальных с точки зрения руководителя
рецензента или комиссии решений не является причиной для снижения оценки
Защита признаётся неудовлетворительной если студент слабо разбирается
в представленном им проекте не обосновывает принятых решений или в проекте
обнаруживаются грубые погрешности.
Если у студента имеется время (несколько дней до конца семестра) для
работы над своими ошибками в конце семестра ему предоставляется
возможность повторной защиты с теми же правами и обязанностями если нет –
выставляется оценка "неудовлетворительно".
Методические указания
1Специфика курсового проектирования
по металлорежущему оборудованию
1.1Студентам предполагающим в будущем выполнение выпускной
квалификационной работы бакалавра (ВКР) по кафедре АСС следует знать что
данный курсовой проект может являться основой ВКР. В связи со спецификой
ВКР в курсовом проекте следует предусматривать конструктивные решения
позволяющие автоматизировать работу станка (включая выполнение
вспомогательных функций) при использовании системы ЧПУ. В частности
механизмы управления зубчатыми блоками муфтами и т.д. должны быть как
правило гидравлическими либо электромеханическими. При этом допускается
применение для части переключаемых механизмов (например для переключения
перебора если таковой используется в приводе) устройств ручного
управления. Как правило предусматривается автономность приводов подач и
плавное регулирование их скоростей с помощью регулируемых двигателей. Кроме
того поскольку ВКР должна носить расчётно-аналитический характер уже в
курсовом проекте следует проводить сравнительный анализ вариантов и давать
обоснование принятых решений.
1.2Студентам у которых ВКР не будет связана с данным проектом
при его выполнении можно не ориентироваться на применение ЧПУ
предусматривать коробки скоростей и подач со ступенчатым регулированием и
механизмы ручного переключения скоростей.
1.3В любом случае части проекта выполняются не последовательно
(сначала расчёты потом конструирование или наоборот) а параллельно и в
непрерывной взаимной увязке. Так принимая кинематическую схему и выполняя
кинематический расчёт продумывают компоновочные и конструктивные решения
(вид привода – разделённый или встроенный и его габариты; обеспечение
реверса движения; выбор конструктивных вариантов групповых передач и
способов их переключения и т.д.); выполняя "развёртку" привода учитывают
как он будет "свёрнут" а также в первом приближении делают силовые
расчёты; при окончательном проведении силовых расчётов размеры берут из
выполненного сборочного чертежа.
На любом этапе выполнения проекта любые предыдущие решения могут быть
Методические подходы к решению некоторых вопросов выполнения проекта
приведены в приложении Г.
2Содержание разделов пояснительной записки
и указания по их составлению
Аннотация должна давать краткую характеристику выполненному курсовому
проекту и излагать краткие сведения о его содержании являющиеся вместе с
тем достаточными для его оценки т.е. в сжатой форме указываются наиболее
важные вопросы решенные в проекте новшества и разработки сделанные
студентом в проекте результаты модернизации (проектирования) узла.
Объём аннотации – до одной страницы.
В оглавлении последовательно перечисляют заголовки разделов
подразделов пунктов и указывают номера страниц на которых они помещены.
Оглавление должно включать в себя все заголовки имеющиеся в расчётно-
пояснительной записке. Пример оформления оглавления дан в приложении Б.
Введение должно кратко характеризовать современное состояние
технического вопроса которому посвящен курсовой проект а также цель
проекта. Во введении следует чётко сформулировать в чём заключается
новизна и актуальность рассматриваемого в проекте вопроса и обосновать по
существу необходимость его выполнения.
Объём введения – 1÷2 страницы.
2.4Устройство станка
В этом разделе даётся описание модернизируемого (разрабатываемого)
станка: его назначение технические характеристики компоновка движения и
принцип работы применяемый инструмент виды выполняемых работ. Освещаются
вопросы стружкоудаления охлаждения инструмента и изделия наличие
ограждений и других конструктивных решений обеспечивающих безопасную
Объём раздела – 2÷3 страницы.
2.5Обоснование модернизации (разработки) узла станка
Разработанный станок должен иметь технико-экономические преимущества
перед базовой моделью. Эти преимущества могут заключаться в более высокой
производительности уменьшении расхода электроэнергии эксплутационных и
ремонтных расходов уменьшении массы станка повышении степени унификации
автоматизации управления станком и его работой обеспечении повышения
точности надёжности долговечности и т.д. Целесообразность разработки узла
станка может подтверждаться рациональным использованием конструкционных
материалов унифицированных и стандартных узлов и деталей обеспечением
технологичности деталей и конструкции в целом удобством сборки ремонта и
В данном разделе в описательной форме даётся обоснование всего
комплекса конструкторских решений принятых в результате проведения технико-
экономического анализа сравниваемых вариантов (кинематических схем привода
структурных сеток и диаграмм частот вращения конструкций отдельных
элементов систем управления и т.п.).
Объём раздела – 1÷2 страницы.
2.6Кинематический расчёт проектируемого привода
2.6.1Кинематический расчёт выполняется графоаналитическим методом
[10] и начинается с разработки кинематической схемы проектируемого привода.
Разработке подлежит кинематическая схема всего привода главного
движения начиная от электродвигателя и кончая шпинделем станка. При
разработке кинематической схемы следует ориентироваться на конструкцию
базовой модели проанализировать её всесторонне и переработать в
соответствии с заданием на проектирование.
Привод главного движения ступенчатого регулирования обычно содержит
асинхронный электродвигатель (одно- или многоскоростной) и многоступенчатую
При разработке конструкции привода главного движения бесступенчатого
регулирования для станков с ЧПУ ориентируются на использование
электродвигателя постоянного тока или асинхронного электродвигателя с
частотным регулированием и коробки переключений (скоростей диапазонов) на
малое число вариантов применяемой с целью расширения диапазона частот
вращения шпинделя с постоянной мощностью.
Разработанную кинематическую схему не следует считать окончательной до
полного завершения расчётов и конструирования привода.
При оформлении пояснительной записки приводится в начале
кинематического расчёта окончательно принятая кинематическая схема привода
и конкретные обоснования её разработки. Это делается в обязательном
На схеме валы обозначаются римскими цифрами начиная с вала
электродвигателя а шкивы и шестерни – буквами с индексами (d1 d2 – шкивы
Z1 Z2 – зубчатые колёса).
Независимо от того какой способ регулирования студенту задан следует
провести краткий сравнительный анализ двух вариантов привода – со
ступенчатым и бесступенчатым регулированием – применительно к данным
задания и станку определённому в качестве базовой модели для объекта
2.6.2После разработки начального варианта кинематической схемы
привода производится выбор электродвигателя конкретного типа [1 4 23 и
др.] записываются его данные включая частоту (частоты) вращения вала
двигателя. Если заданием определено число вариантов коробки скоростей
привода бесступенчатого регулирования то двигатель подбирается с таким
соотношением максимальной и номинальной частот вращения чтобы заданный
диапазон частот вращения шпинделя обеспечивался без значительных разрывов
2.6.3Выполняемые далее этапы кинематического расчёта зависят от
заданного вида регулирования.
А.При разработке привода ступенчатого регулирования:
а)определяют знаменатель геометрического ряда частот вращения
шпинделя ( по исходным данным выбирают его стандартное значение и по
таблицам предпочтительных чисел (приложение В и [10]) – значения частот
вращения шпинделя в заданном диапазоне Д от минимальной частоты [pic]до
б)разрабатывают структуру привода: составляют структурную (в
соответствии с принятой кинематической схемой) и развёрнутые структурные
формулы отражающие порядок переключения групповых передач строят
структурные сетки анализируют их и выбирают оптимальный вариант. При
выборе структурной сетки следует иметь в виду что лучшим как правило
будет вариант когда в начале цепи находится основная группа затем первая
множительная и т.д. причём в качестве последней множительной группы должна
быть принята группа с наименьшим числом передач;
в)строят диаграмму (график) частот вращения (ДЧВ) по принятому
варианту структурной сетки принимая передаточные отношения передач в
пределах: 14÷2 – прямозубых 14÷25 – косозубых 14÷1 – ременных. При
построении ДЧВ желательно чтобы передаточные отношения передач линии
редукции – цепи снижающей частоту вращения электродвигателя до минимальной
частоты вращения шпинделя уменьшались тем интенсивнее чем ближе передача
к шпинделю (указанное не всегда удаётся применить к самой последней
передаче – шпиндельной). Кроме того следует иметь в виду: габариты и масса
привода возрастают с увеличением расчётных крутящих (вращающих) моментов на
промежуточных валах а они увеличиваются при уменьшении частот вращения; с
уменьшением скорости клиноремённой передачи количество ремней
увеличивается. На ДЧВ представляемой в расчётно-пояснительной записке все
валы обозначаются римскими цифрами в соответствии с обозначениями на
кинематической схеме привода; проставляются проектные (взятые из таблиц
предпочтительных чисел) частоты вращения валов; указываются передаточные
отношения всех передач в буквенном виде. Например Z7:Z8 где Z7 и Z8 –
обозначения чисел зубьев соответственно ведущего и ведомого колёс
изображённой на ДЧВ конкретной передачи;
г)корректируют исходный вариант кинематической схемы если в неё были
внесены какие-либо изменения например введены одиночные дополнительные
д)определяют по ДЧВ передаточные отношения всех передач привода;
е)определяют рабочие диаметры шкивов ременной передачи (при её
наличии) и числа зубьев всех групповых и одиночных передач привода. Числа
зубьев передач одной - двух групп следует определить каким-либо методом
(наименьшего общего кратного упрощенным [10] или иным) а остальных –
рассчитать на ЭВМ [3] или подобрать по специальным таблицам;
ж)определяют действительные частоты вращения шпинделя и их отклонения
от нормальных значений. Для расчёта действительных частот вращения шпинделя
необходимо составить столько уравнений кинематического баланса в числовом
виде (т.е. с записью в них рассчитанных чисел зубьев колёс и диаметров
шкивов) сколько скоростей имеет шпиндель и решить их.
Б.При разработке привода бесступенчатого регулирования следует
ориентироваться на использование регулируемых двигателей постоянного тока
(ДПТ). Они имеют двухзонное регулирование т.е. могут развивать полную
мощность (говорят: работают с постоянной мощностью) при частотах от
номинальной nдв.н до максимальной nдв.max а при частотах ниже номинальной
величины полной мощности не развивают и работают с постоянным крутящим
моментом. При этом ДПТ реально могут работать в станках с некоторой
минимальной частоты nдв.min.
В каталогах электродвигателей величина nдв.min не указывается
поскольку она зависит не только от типа двигателя но и от моментов
сопротивления на его валу.
Диапазоны регулирования ДПТ в целом Ддв.= nдв.max nдв.min и с
постоянной мощностью Ддв.N= nдв.max nдв.н составляют весьма ограниченные
величины гораздо меньшие чем это требуется в приводах универсальных
станков. С целью обеспечения на шпинделе более значительных диапазонов
регулирования – общего Д и с постоянной мощностью ДN – следует применить в
приводе коробку скоростей (диапазонов). Для её проектирования можно
воспользоваться методикой кинематического расчёта приводов ступенчатого
регулирования в соответствии с которой выполняют следующее [10]:
а)условно выделяют в заданном диапазоне бесступенчатого регулирования
частот вращения шпинделя [pic] геометрический ряд и принимают знаменатель
этого условного геометрического ряда ( равным диапазону регулирования ДПТ с
постоянной мощностью Ддв.N т.е. (=nдв.maxnдв.н. Этот условный
знаменатель не округляют до стандартного значения;
б)определяют расчётное число значений z условного геометрического
ряда частот вращения шпинделя с принятым знаменателем ( по формуле [pic]
(полученное значение z также не следует как-либо округлять);
в)если частота вращения шпинделя n начиная с которой и выше должна
передаваться полная мощность не дана в задании её определяют как
n=nmaxДN либо [pic] где [pic] – третья четвёртая или иная заданная
либо принятая студентом часть диапазона частот вращения шпинделя (по
расчётному числу его ступеней z) в которой передача полной мощности не
требуется; затем определяют [p
г)определяют [pic] и округляют полученное число до целого.
Если это делается в сторону уменьшения диапазон обеспечиваемых частот
вращения шпинделя будет иметь разрывы если в сторону увеличения –
д)определяют минимальное передаточное отношение привода [pic] затем
расчётную минимальную частоту вращения вала электродвигателя [p
ж)строят ДЧВ принимая передаточные отношения зубчатых и ременных
передач как правило в пределах от 14 до 1 (в порядке исключения до 2 –
для зубчатых передач) и просчитывая частоты вращения валов при работе
двигателя на минимальной номинальной и максимальной частотах. Рекомендации
по проектированию ДЧВ бесступенчатого привода и изображению её в расчётно-
пояснительной записке те же что и для ступенчатого привода (см. выше
Для удобства построения ДЧВ шкалу частот вращения валов
целесообразно выполнять со знаменателем меньшим [p его можно
например принять любым из таблицы предпочтительных чисел чтобы можно
было воспользоваться этой таблицей или равным [pic] где а равно 2 3
. В последнем случае возможно значения ряда придётся рассчитать;
совпадение или несовпадение этих значений со стандартными не является
принципиальным т.к. проектируется привод с бесступенчатым регулированием.
Если в задании определено zкс то надо определить сначала φ
и)далее выполняют действия отмеченные выше для ступенчатого привода
(см. пп. Аг-е) и уточняют частоты вращения определённые в соответствии
с указанием предшествующего подпункта.
2.7Описание разработанной конструкции узла
В описании приводятся основные конструктивные особенности:
-форма корпуса узла;
-количество валов их конструктивное оформление;
-устройство муфты соединяющей вал электродвигателя с первым валом
привода (в случае фланцевого двигателя);
-при наличии ременной передачи – способ натяжения ремней и способ
разгрузки ведомого вала от изгибающих усилий этой передачи;
- устройство и работа пусковой фрикционной муфты и органов управления
-механизм (способ) реверсирования и (или) торможения шпинделя;
-конструкция шпиндельного узла: тип опор их регулировка форма
рабочего конца шпинделя способ закрепления в шпинделе заготовки или
-конструкция передвижных зубчатых блоков (цельные сборные) муфт
(кулачковых электромагнитных фрикционных) и органов управления ими;
-способ установки на валах и фиксирования в осевом направлении
неподвижных зубчатых колёс;
-типы подшипников и способы установки их на валах и в расточках
-способ смазки элементов привода: подшипников зубчатых колёс дисков
фрикционных муфт и т.д.
Описание выполняется со ссылками на номера позиций деталей сборочного
Объём раздела – 5÷8 страниц.
2.8Силовые и иные расчёты деталей и механизмов привода
2.8.1Расчёту подлежат основные детали привода: зубчатые колёса
ременные передачи валы шпиндель муфты опоры валов и шпинделей.
Для того чтобы приступить к проработке сборочного чертежа привода
необходимо определить размеры шестерён и шкивов а также принять в первом
приближении диаметры валов и расстояние между стенками в которых будут
размещаться опоры валов.
Расчёт модулей шестерён необходимый для определения их размеров и
ременных передач проводят на ЭВМ по методике [3]. Предварительное
определение диаметров валов и шпинделя следует производить в соответствии с
представленным в приложении Г.
По методике [3] на ЭВМ или по [5 и др.] производится расчёт
подшипников. Это выполняется параллельно с проработкой сборочного чертежа
для того чтобы уменьшить вероятность ошибок при конструировании валов и
подшипниковых узлов. Уточненный расчёт валов на кручение и изгиб
производится после конструктивной проработки привода т.е. после выявления
расстояний между опорами и точками приложения сил по методике [3] на ЭВМ
или по учебным изданиям по сопротивлению материалов или прикладной
механике. Валы подлежащие уточненному расчёту указываются руководителем
проекта. Для этих же валов делается расчёт шлицевых и (или) шпоночных
сопряжений [2 9 11 14 и др.].
Шпиндель рассчитывается только на жёсткость исходя из условий
точности работы станка [3 16].
Студент может выполнить расчёт органов управления и иные расчёты.
2.8.2Производимые расчёты деталей должны содержать следующие
сведения схемы и выкладки:
а)чётко составленный заголовок расчёта с указанием детали (передачи)
и вида рассчитываемого параметра. Например: "Расчёт шпинделя на жёсткость";
б)роль данной детали в механизме описание сил действующих на неё и
в)расчётную схему с указанием сил в буквенном обозначении и
необходимых размеров (в отдельных случаях даётся эскиз детали и
рассчитываемые сечения);
г)выбранный материал детали и его термообработка;
д) допускаемые напряжения со ссылкой на литературный источник;
е) описание этапов (ход) расчёта;
ж)выводы по результатам расчёта.
Заключение должно содержать оценку результатов работы по выполнению
курсового проекта в частности с точки зрения его соответствия требованиям
задания только в более подробном виде. В заключении необходимо отметить
техническую и научную ценность проекта и возможные экономические выгоды в
случае его внедрения.
Объём раздела – до 1 страницы.
2.10Библиографический список использованной литературы
В список литературы следует включать все использованные источники
включая рукописные (отчёты о научно-исследовательских работах лекции
методические разработки и т.д.) в порядке появления ссылок в записке или по
алфавиту. Библиографический список составляют в соответствии с ГОСТ7.1-
03 (Библиографическое описание документа. Общие требования и правила
оформления). Примеры библиографического описания источников в соответствии
с указанным ГОСТ вывешены в библиотеке ТулГУ. В качестве примера также
можно принять библиографический список рекомендованной литературы
приведённый в данных методических указаниях.
Спецификация составляется на конструкцию всего проектируемого узла в
соответствии с указаниями кафедры АСС (выдаются на электронный носитель)
или [28]. Спецификация подшивается в конце записки и в общий счёт страниц
3Оформление расчётно-пояснительной записки
Расчётно-пояснительная записка выполняется на листах бумаги формата А4
(210х297 мм) с учётом следующих требований.
)Текст пишется на одной стороне листа от руки с шагом между строк 8-
мм пастой (чернилами) чёрного фиолетового или синего цвета. Титульный
лист оформляется чертёжным шрифтом размером 10; 5 и 35 мм. Допускается
выполнять записку на двух сторонах листа при условии что на любой стороне
листа не просматривается рисунок или текст другой стороны.
Рекомендуется текст печатать на принтере через 12÷15 интервала с
автоматической расстановкой переносов и запретом висячих строк. Размер
шрифта (кегль) – 14÷12.
)Каждая страница записки должна иметь поля:
- 20 мм сверху и 25 мм снизу
- 25 мм со стороны подшивки и 10 мм с противоположной стороны.
Никаких рамок и штампов на листах записки не делается!
)Все страницы с текстом таблицами и рисунками нумеруются сквозным
порядком кроме титульного листа бланка задания и аннотации. Бланк задания
и аннотация не учитываются при общем подсчёте страниц и поэтому на странице
с введением ставят цифру "2".
Номер ставится в середине нижнего поля страницы.
)Текст записки разделяются на разделы подразделы а в необходимых
случаях – на пункты и подпункты. Разделы нумеруются арабскими цифрами в
пределах всей записки исключая "Введение" и "Заключение". После номера
раздела точка не ставится. Слово "Раздел" не пишется. Рекомендуется каждый
раздел (Введение Устройство станка и др.) начинать с новой страницы но
предшествующая страница не должна быть заполненной менее чем на 12÷23 –
текст надо "подгонять". Не допускается для названия разделов записки
выделять отдельные страницы. Названия разделов можно выделять более крупным
Подразделы нумеруются арабскими цифрами в пределах каждого раздела и
номер подраздела должен состоять из двух чисел разделённых точкой
например: 2.1 – первый подраздел второго раздела. После номера подраздела
Разделы и подразделы должны иметь содержательные заголовки. Заголовки
разделов пишутся прописными буквами подразделов – строчными (кроме первой
прописной). Заголовки отделяются от номера двумя интервалами.
В конце заголовка точка не ставится.
Пункты нумеруются арабскими цифрами внутри подразделов например:
1.3 – третий пункт первого подраздела второго раздела.
Между заголовком и текстом (предыдущим и последующим) делается
)Все иллюстрации (эскизы схемы чертежи графики) помещенные в
текстовой части записки именуются рисунками. Рисунки могут выполняться как
на отдельных страницах так и на страницах с текстом. Снизу и сверху
рисунка должны быть поля шириной 15÷20 мм. На нижнем поле (под рисунком)
указывается номер рисунка. Рисунки нумеруются последовательно в пределах
раздела арабскими цифрами (например: рисунок 1.2 – второй рисунок первого
раздела) и сопровождаются содержательными названиями.
На все рисунки должны быть ссылки в тексте. Рисунки помещают после
первого упоминания в тексте. При ссылке на рисунок следует указывать его
полный номер например: рисунок 1.2. Повторные ссылки на рисунок следует
давать с сокращенным словом "смотри" например (см. рисунок 1.2). В записку
можно помещать копии чертежей проекта в уменьшенном масштабе выполненные
фотографическим или светокопировальным способом.
)Формулы и уравнения приводятся в общем виде и сопровождаются
экспликацией (объяснением) значений символов и коэффициентов. Как правило
формуле должна предшествовать краткая вводная запись с объяснением
обозначением и размерностью той величины которая определяется по этой
формуле. В середине следующей строки приводится формула после которой
ставится запятая. Затем с новой строки без отступа пишется: слово "где" без
двоеточия первый по порядку символ формулы тире объяснение символа и
после запятой его размерность точка с запятой. Далее без переноса на
новые строки таким же образом объясняются остальные символы и коэффициенты
в той последовательности в которой они приведены в формуле. В конце
экспликации ставится точка. Допускается объяснение каждого из следующих за
первым символов и коэффициентов давать с новой строки а до и после формулы
оставлять свободные строки.
Затем записывается формула с численными значениями и конечный
результат с размерностью. Все промежуточные вычисления опускаются.
При выполнении на ЭВМ однотипных расчётов например для нескольких
зубчатых передач формула с пояснением приводится в записке один раз а
исходные данные определяются и записываются для каждого расчёта под своим
(конкретным) заголовком. Например: "Расчёт передачи Z5 – Z6". Под каждым
конкретным заголовком после расчёта исходных данных вклеивается распечатка
с исходными данными и результатами расчёта полученными с ЭВМ.
Формулы на которые делается ссылка нумеруются справа арабскими
цифрами в пределах раздела например: (3.5) – пятая формула третьего
раздела. Ссылка на формулу делается по типу: в формуле (3.5) или
из выражения (4.3) следует .
)Ссылка на литературные источники при заимствовании формул таблиц и
т.п. делается в тексте по форме [10 с. 67] что означает: десятый источник
по библиографическому списку приводимому в конце пояснительной записки
проекта страница 67 в этом источнике.
)Приложения к расчётно-пояснительной записке курсового проекта не
предусматриваются. Единственной прилагаемой частью является спецификация
деталей разработанного узла выполняемая в бланочной форме и не
обозначаемая как приложение. Если же например при выполнении
исследовательского проекта появляется необходимость отделения части
материала от основного текста то его выносят в приложения которые
обозначают прописными буквами русского алфавита например "ПриложениеА".
Слово "Приложение" с буквой помещается в середине страницы; на следующей
строчке также в середине даётся название приложения и далее приводится само
приложение. Ссылка на приложение выполняется по типу: приложение А
повторная ссылка – по типу: (см. приложение А).
4 Оформление графической части курсового проекта
Графическая часть выполняется в соответствии со стандартами ЕСКД
[27÷44 и др.] справочниками [1 2 4÷6 12 и др.] пособиями [7 9÷12 19
Выполнение первого листа проекта производится с учётом следующих
)При наличии в станке только механических передач на первом листе
вычерчивается кинематическая схема.
)При наличии в станке наряду с механическими передачами гидро- или
пневмосистемы вычерчивается комбинированная схема – гидрокинематическая или
пневмокинематическая. Любая из возможных схем должна быть принципиальной.
Объединение указанных видов схем позволяет наиболее полно показать
взаимосвязь между различными механизмами и работу станка в целом.
)При вычерчивании кинематической схемы станка применяют условные
графические обозначения установленные в стандартах ЕСКД [34÷40] и
построенные на их основе; прямоугольники; упрощенные внешние очертания (в
т.ч. аксонометрические). При необходимости (например при показе кинематики
поворотного резцедержателя токарного станка с ЧПУ) применяют
нестандартизованные условные обозначения. В случае применения
нестандартизованных условных обозначений и упрощенных внешних очертаний на
схеме или в записке приводят соответствующие пояснения.
)Все механизмы изображаются в пределах контуров узлов станка
вычерченного в произвольном масштабе в том месте где они размещены в
действительности. Если какое-либо место не удается вписать в контур станка
то в контуре предусматривается разрыв для развертывания схемы.
)Чтобы максимально облегчить разбор комбинированной схемы
желательно вычерчивать её цветными карандашами (цветной пастой) с
соблюдением толщины обводки а именно:
а)контуры станка и отдельных его узлов – чёрными линиями толщиной
б) кинематические пары – чёрными линиями толщиной 08÷1 мм;
в) валы – чёрными линиями толщиной 15÷2 мм;
г)гидросистему – синими линиями причем гидроаппаратуру вычерчивать
линиями толщиной 08÷1мм а трубопроводы – линиями толщиной 04÷05мм;
д)пневмокинематическую связь схемы – синими линиями если в станке
нет гидравлики и оранжевыми если в станке имеется гидропривод;
)Если станок имеет несколько одинаковых приводов или механизмов
(например шпиндельных бабок или суппортов) допускается на схеме станка
раскрыть только один из них.
)Во избежание загромождения схемы условными изображениями различных
подшипников валов рекомендуется показывать их без уточнения типа.
)Электродвигатели на схеме изображаются в виде окружности или
квадрата. Около условного знака двигателя или внутри его указывают принятое
обозначение с порядковым номером мощность и частоту вращения.
)У зубчатых колёс на полках проставляют букву Z знак равенства и
число зубьев (например Z = 22) или число зубьев знак умножения и модуль
(например 22(3). У шкивов аналогичным образом проставляют значения
расчётных диаметров (d1= 90) в винтовых парах – шагов винтовых линий (t =
). Сменные зубчатые колёса обозначают прописными или строчными буквами
русского (А Б В ; а б в ) или строчными буквами латинского (a
)Для приведенных ниже элементов кинематики рекомендуются следующие
-I II III IV V – валы;
-М1 М2 М3 – электродвигатели;
-МФ1 МФ2 МФ3 – муфты.
)Узлы станка (станину стол каретку суппорт и т.д.) детали
механизмов (рычаги кулачки шатуны рукоятки упоры и т.д.) отдельные
устройства (командоаппарат манипулятор накопитель и т.д.) которые
упоминаются при описании схемы следует обозначать арабскими цифрами
вынесенными на полку.
)Выносные линии во всех случаях должны быть как можно короче чтобы
не затемнять ими схему.
)Правила выполнения кинематических и гидравлических схем приведены
в стандартах ЕСКД [33-40] и пояснены на примерах в указаниях [20].
)На свободном поле справа от схемы вычерчивается диаграмма частот
вращения валов спроектированного привода. На ней проставляются передаточные
отношения передач в виде отношений конкретных чисел зубьев шестерён и
диаметров шкивов и фактические частоты вращения валов.
Сборочный чертёж узла (два листа) рекомендуется выполнять в масштабе
:1. Допускается листы объединить в формат А0 без склеивания но с
перекрытием их примерно в 20 мм. На чертеже должны быть проставлены позиции
сборочных единиц и деталей и размеры габаритные сопрягаемые с указанием
посадок в буквенно-цифровом обозначении межосевые с допустимыми
отклонениями установочные и присоединительные.
Библиографический список рекомендуемой литературы
Алиев И.И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию:
учеб. пособие И.И. Алиев. – 4-е изд. доп. – Ростов нД.: Феникс 2003. –
АнурьевВ.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3 т. В.И.
Анурьев. – 9-е изд. перераб. и доп. – М.: Машиностроение 2006. Т.1. – 928
с.; Т.2. – 960 с.; Т.3. – 928 с.
Анцев В.Ю. Автоматизированное проектирование приводов главного
движения металлорежущих станков: учебное пособие В.Ю.Анцев
А.Н.Иноземцев В.Н.Савушкин; под ред. Н.И.Пасько. – Тула: Тул. гос. ун-
Асинхронные двигатели серии 4А: справочник Кравчик А.Э. [и др.].
– СПб. 2002. – 502 с.
Бейзельман Р.Д. Подшипники качения: справочник Р.Д. Бейзельман
Б.В. Цыпкин Л.Я. Парель. – М.: Машиностроение 1975. – 574 с.
Бушуев В.В. Практика конструирования машин: справочник
В.В.Бушуев.– М.: Машиностроение 2006. – 448 с.
Детали машин. Атлас конструкций: учеб. пособие. В 2 ч. Б.А.
Байков [и др.]; под общ. ред. Д.Н.Решетова. – 5-е изд. перераб. и доп. –
М.: Машиностроение 1992. Ч.1. – 352 с.; Ч.2. – 296 с.
Детали и механизмы металлорежущих станков. В 2 т. Д.Н. Решетов [и
др.]; под ред. Д.Н. Решетова. – М.: Машиностроение 1972. Т.1. Общие основы
конструирования; направляющие и несущие системы. – 663 с.; Т.2. Шпиндели и
их опоры; механизмы и детали приводов. – 520 с.
Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин: учеб. пособие
А.Ф. Дунаев О.П. Леликов. – 8-е изд. перераб. и доп. – М.: ACADEMA 2004.
ИноземцевА.Н.Металлорежущиестанки:учеб.пособиеА.Н.Иноземцев
Г.В. Сундуков Г.В. Шадский. – Тула: Тул. гос. ун-т 2002. – 183 с.
Кочергин А.И. Конструирование и расчёт металлорежущих станков и
станочных комплексов. Курсовое проектирование: учебное пособие для вузов
А.И. Кочергин. – Мн.: Выш. шк. 1991. – 382 с.
Курмаз Л.В. Детали машин. Проектирование: Справочное учебно-
методическое пособие Л.В. Курмаз А.Т. Скобейда. – М.: Высш. шк. 2004. –
Локтева С.Е. Станки с программным управлением и промышленные
роботы: учеб. для машиностроительных техникумов С.Е. Локтева. – 2-е изд.
перераб. и доп. – М.: Машиностроение 1986. – 320 с.
Мамет О.П. Краткий справочник конструктора-станкостроителя О.П.
Мамет. – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Машиностроение 1969. – 688 с.
Машиностроение. Энциклопедия Ред. совет: К.В. Фролов [и др.].
Т.IV-7. Металлорежущие станки и деревообрабатывающее оборудование Б.И.
Черпаков [и др.]; под ред. Б.И. Черпакова. 2-е изд. испр. – М.:
Машиностроение 2002. – 864с.
Металлорежущие станки. В 2 т. Н.С. Ачеркан [и др.]; под ред.
Н.С.Ачеркана. 2-е изд. перераб. – М.: Машиностроение 1965. Т.1. – 764
Металлорежущие станки: учебное пособие для втузов Н.С. Колев [и
др.]. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Машиностроение 1980. – 500 с.
Металлорежущие станки: учебник для машиностроительных втузов
В.Э. Пуш [и др.]; под ред. В.Э. Пуша. – М.: Машиностроение 1986. – 576 с.
Проектирование металлорежущих станков и станочных систем:
справочник-учебник. В 3 т. А.С. Проников [и др.]; под общ. ред.
А.С.Проникова. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана Машиностроение 1994. Т.1.
Проектирование станков. – 444 с.; 1995. Т.2. Расчёт и конструирование узлов
и элементов станков. Ч.I. – 371 с. Ч.II. – 320 с.; 2000. Т.3.
Проектирование станочных систем. – 584 с.
Пузырев В.А. Методические указания к составлению описания
гидрокинематических схем в дипломных и курсовых проектах В.А. Пузырев. –
Тула: ТПИ 1981. – 26 с.
Пуш В.Э. Конструирование металлорежущих станков В.Э. Пуш. – М.:
Машиностроение 1977. – 392 с.
Роботизированные технологические комплексы и гибкие
производственные системы в машиностроении: альбом схем и чертежей
Ю.М.Соломенцев [и др.]; под ред. Ю.М. Соломенцева. – М.: Машиностроение
Справочник по электрическим машинам. В 2 т. Под общ. ред.
И.П.Копылова и Б.К.Клокова. – М.: Энергоатомиздат Т.1. 1988. – 455 с.;
Станочное оборудование автоматизированного производства: учебник
для студентов вузов. В 2 т. А.А.Авраамов [и др.]; под ред. В.В.Бушуева.
– М.: Станкин 1993. Т.1. – 584 с.; 1994. Т.2. – 626 с.
Тарзиманов Г.А. Проектирование металлорежущих станков
Г.А.Тарзиманов. – М.: Машиностроение 1980. – 288 с.
Чернов Н.Н. Металлорежущие станки: учеб. для машиностроительных
техникумов Н.Н. Чернов. – 4-е изд. перераб. и доп. – М.: Машиностроение
ГОСТ 2.104-2006. Основные надписи. – Введ. 01.09.2006. – М.:
Стандартинформ 2006. – III 15 с.
ГОСТ 2.106-96. Текстовые документы. – Введ. 01.07.97. – М.: Изд-во
стандартов 1997. – 48 с.
ГОСТ 2.109-73. Общие требования к чертежам. – Введ. 01.07.74.
Переизд. Март 1995 с изм. – М.: Изд-во стандартов 1995. – 47 с.
ГОСТ 2.302-68. Масштабы. – Введ. 01.01.71. Переизд. Авг. 1995 с
изм. – М.: Изд-во стандартов 1995. – 1 с.
ГОСТ 2.305-68. Изображения – виды разрезы сечения. – Введ.
01.71. Переизд. Авг. 1995 с изм. – М.: Изд-во стандартов 1995. – 25 с.
ГОСТ 2.307-68. Нанесение размеров и предельных отклонений. – Введ.
01.71. Переизд. Авг. 1995 с изм. – М.: Изд-во стандартов 1995. – 34 с.
ГОСТ 2.701-84. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению.
– Введ. 01.07.85. – М.: Изд-во стандартов 2000. – 11 с.
ГОСТ 2.703-68. Правила выполнения кинематических схем. – Введ.
01.71. Переизд. Окт. 1986 с изм. – М.: Изд-во стандартов 1987. – 7 с.
ГОСТ 2.704-76. Правила выполнения гидравлических и пневматических
схем. – Введ. 01.01.78. Переизд. Окт. 1982 с изм. – М.: Изд-во стандартов
ГОСТ 2.721-74. Обозначения условные графические в схемах.
Обозначения общего применения. – Введ. 01.07.75. Переизд. Янв. 1998 с изм.
– М.: Изд-во стандартов 1998. – 33 с.
ГОСТ 2.770-68. Обозначения условные графические в схемах. Элементы
кинематики. – Введ. 01.01.71. Переизд. Окт. 1986 с изм. – М.: Изд-во
стандартов 1987. – 17 с.
ГОСТ 2.780-96. Обозначения условные графические. Кондиционеры
рабочей среды ёмкости гидравлические и пневматические. – Введ. 01.01.98. –
М.: Изд-во стандартов 1997. – 8 с.
ГОСТ 2.781-96. Обозначения условные графические. Аппараты
гидравлические и пневматические устройства управления и приборы контрольно-
измерительные.– Введ. 01.01.98.– М.: Изд-во стандартов 1997.– 24с.
ГОСТ 2.782-96. Обозначения условные графические. Машины
гидравлические и пневматические. – Введ. 01.01.98. – М.: Изд-во стандартов
ГОСТ 12593-93. Концы шпинделей фланцевые под поворотную шайбу и
фланцы зажимных устройств. Основные и присоединительные размеры. – Введ.
07.96. – М.: Изд-во стандартов 1996. – 16 с.
ГОСТ 12595-2003. Станки металлорежущие. Концы шпинделей фланцевые
типа А и фланцы зажимных устройств. Основные и присоединительные размеры. –
Введ. 01.07.2005. – М.: Изд-во стандартов 2005. – 9 с.
ГОСТ 30064-93. Концы шпинделей сверлильных расточных и фрезерных
станков. Размеры. Технические требования. – Введ. 01.01.95. – М.: Изд-во
стандартов 1992. – 13 с.
ГОСТ 26651-85. Станки металлорежущие. Концы шпинделей фланцевые
типа Кэмлокк и зажимные устройства. Основные и присоединительные размеры. –
Введ. 01.01.88. – М.: Изд-во стандартов 1987. – 12 с.
Форма титульного листа расчётно-пояснительной записки
РАЗРАБОТКА ПРИВОДА ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ
УНИВЕРСАЛЬНО-ФРЕЗЕРНОГО СТАНКА
Расчётно-пояснительная записка к курсовому проекту
Студент гр. 6ХХХХХ дата
канд. техн. наук доц. дата
Пример оформления раздела "Оглавление
Устройство универсально-фрезерного станка модели 6Н81 4
Обоснование модернизации привода главного движения станка 6
Кинематический расчёт привода главного движения . . 7
1Разработка кинематической схемы привода выбор
электродвигателя и значений ряда частот вращения шпинделя 7
2Разработка структуры привода .. 9
3Построение диаграммы частот вращения валов и определение
передаточных отношений всех передач привода .. 11
4Определение диаметров шкивов ременной передачи и чисел зубьев
5Определение фактических частот вращения шпинделя и их
отклонений от проектных значений 15
Описание разработанной конструкции привода главного движения 16
Расчёты деталей и механизмов привода главного движения .. 24
1Расчёт зубчатых колёс 24
2Расчёт ременной передачи . 26
3Расчёт валов на прочность . 27
4Расчёт шлицевых и шпоночных соединений 29
4Выбор обоснование и расчёт опор валов и шпинделя . . 30
5Расчёт углов поворота рукояток переключения передач 34
5Расчёт шпинделя на жёсткость . . 35
Заключение .. .. 39
Библиографический список использованной литературы 40
Значения чисел некоторых геометрических рядов в пределах 1 - 9500
токарных фрезерных токарных фрезерных
Можно также использовать статистические данные которые связывают с
основным размером токарных и фрезерных станков размеры передних концов
шпинделей [6 с. 357; 24 Т.1 с.229];
-выходным звеном привода главного движения в сверлильных станках
является не шпиндель а гильза (полый вал) со шлицевым отверстием в
которое входит шлицевый хвостовик шпинделя. В связи с этим из условий
обеспечения требуемой жёсткости определяют минимально возможный размер
шлицевого хвостовика шпинделя а значит и шлицевого отверстия гильзы и
далее прорабатывают конструкцию гильзы. Для расчёта можно воспользоваться
следующими формулами:
где [pic]– угол закручивания шлицевого вала градм. Для шпинделей
сверлильных станков нормальной точности допускается yroл закручивания до
градуса на погонный метр;
Мк – наибольший передаваемый шпинделю крутящий момент Н.мм;
G – модуль сдвига Нмм2. Для стали G = 78400 Нмм2;
[pic]– полярный момент инерции шлицевого вала в мм4 вычисленный по
среднему диаметру шлицев;
dср – средний расчётный диаметр шлицев мм.
Г.6При расчёте шлицевых сопряжений определяют удельное давление в
сопряжении р Н мм2 :
либо необходимую длину шлицевого сопряжения L мм по допустимому удельному
давлению [р] которое принимают равным 40÷70Н мм2 при подвижном не под
нагрузкой соединении и 120÷200Н мм2 – при неподвижном.
Мк – передаваемый сопряжением крутящий момент Н.мм;
D и d – наружный и внутренний диаметры шлицев мм;
=075 – коэффициент учитывающий неравномерность использования
рабочей поверхности шлицев.
Длину L надо определять для сопряжения шпинделя с гильзой сверлильного
станка чтобы не увеличивать необоснованно длину шлицевого отверстия в
В случае использования в приводе групповых передач с передвижными
блоками шестерён также следует определять L. Если L получается меньше длины
отверстия шлицы надо предусматривать по его краям разделяя шлицевые
Г.7При конструировании узла рекомендуется выполнять следующее:
-ремни клиноременных передач имеют стандартную длину и для
обеспечения нормальной работы необходимо предусмотреть возможность их
-с целью разгрузки консоли ведомого вала в ременной передаче от
действия больших сил связанных с натяжением ремней желательно шкив
устанавливать не на валу непосредственно а на разгрузочном стакане;
-конструктивные решения механизмов ручного управления переключением
передач достаточно хорошо отработаны а их элементы (ручки и рукоятки
маховички переводные камни и др.) нормализованы. В связи с этим при
проработке в проекте механизмов управления следует пользоваться
литературными источниками [7; 9; 11; 15 и др.] в которых приводятся
рациональные решения;
-разрабатывая механизм ручного управления следует просчитать угол
поворота рукоятки переключения передач исходя из необходимости обеспечения
требуемой длины хода блока и принятой длины (радиуса поворота) переводного
рычага (или радиуса зубчатого сектора перемещающего ползун с вилкой и
т.д.). При проектировании высоко расположенных на станке механизмов
управления эту задачу следует решить по иному: рассчитать длину переводного
рычага в зависимости от рационального (обычно небольшого – до 45÷60°) угла
-на шпинделях токарно-винторезных станков с ЧПУ необходимо
устанавливать разрезное зубчатое колесо для обеспечения беззазорной
передачи вращения на датчик угла поворота шпинделя необходимый для
электронной синхронизации движений при резьбонарезании. Для крепления этого
зубчатого колеса и передачи крутящего момента рекомендуется использовать
вариант без шпонок или шлицев с помощью наборов упругих конических колец;
-приводы подач станков с ЧПУ следует выполнять на основе винтовых пар
качения с использованием компенсирующих муфт и линейных датчиков обратной
Г.8Валы необходимо фиксировать в опорах от осевых перемещений. Для
этого одна опора выполняется фиксирующей (закреплённой) а вторая –
плавающей. Подшипник (или подшипники) фиксирующей опоры закрепляется в
корпусе и на валу. Внутреннее кольцо подшипника плавающий опоры
закрепляется на валу а его наружное кольцо может свободно перемещаться
("плавать") в отверстии корпуса. Эта схема наиболее целесообразна для
длинных и многоопорных валов. В качестве плавающей опоры выбирается менее
нагруженная. При отсутствии осевых нагрузок на вал целесообразно в опорах
устанавливать радиальные шарикоподшипники. При наличии осевых нагрузок в
фиксирующей опоре должны устанавливаться радиально-упорные или радиальные и
упорные подшипники в плавающей – радиальные. Последнее относится к
шпинделям к валам с косозубыми и коническими колёсами и т.д.
Столь же распространены схемы фиксирования (однако с определёнными
ограничениями по расстоянию между опорами) когда вал зафиксирован в двух
опорах причём в каждой опоре в одном направлении. При этом подшипники
могут устанавливаться "враспор" или "врастяжку".
Г.9При выборе и прочерчивании стандартизованных изделий в
обязательном порядке следует пользоваться ГОСТами и справочниками.
В частности наиболее часто используемые в станочных конструкциях
изделия регламентированы следующими стандартами:
-подшипники шариковые однорядные радиальные и радиально-упорные – ГОСТ
38-75 ГОСТ 2893-82 и ГОСТ 831-75;
-подшипники шариковые радиально-упорные двухрядные – ГОСТ 4252-75;
-подшипники роликовые конические однорядные и двухрядные – ГОСТ 27365-87
-подшипники шариковые упорные – ГОСТ 7872-89;
-подшипники радиальные роликовые многорядные – ГОСТ 7634-75;
-гайки круглые шлицевые – ГОСТ 11871-88;
-шайбы стопорные многолапчатые – ГОСТ 11872-89;
-кольца пружинные упорные плоские эксцентрические – ГОСТ 13942-86 и ГОСТ
-шайбы концевые – ГОСТ 14734-69;
-винты установочные – ГОСТ 1476-93 и ГОСТ 1478-93;
-винты с цилиндрической головкой и шестигранным углублением под ключ –
-кольца установочные с винтовым креплением и кольца пружинные для
стопорения винтов – ГОСТ 2832-77 и ГОСТ 2833-77;
-манжеты резиновые для уплотнения валов – ГОСТ 8752-79;
-шпонки призматические – ГОСТ 23360-78 и ГОСТ 30173-96;
-соединения шлицевые – ГОСТ 1139-80;
-крышки торцевые для подшипниковых узлов – ГОСТ 13219.1-81÷13219.17-81
ГОСТ 11641-73 ГОСТ 18511-73÷18514-73.
Перечень изделий и ГОСТов которые могут быть применены не
ограничивается приведёнными выше. Возможно также применение изделий
регламентированных нормалями станкостроения.
При записи названий стандартизованных и нормализованных изделий в
спецификации обязательно указание ГОСТа или нормали.
Г.10Справочники и литературные источники которые студент может
использовать не ограничиваются перечнем приведённым в библиографическом
списке рекомендуемой литературы.
Убедительная просьба к студентам: не портить литературу
не выдёргивать страницы и не делать на листах своих пометок!

Теоретич материал для КП по МРС-ОАП.doc

Теоретические материалы для помощи студентам выполняющим
курсовые проекты и работы по дисциплинам "Металлорежущие станки
и "Оборудование автоматизированного производства
Фрагменты из источников
ИноземцевА.Н. Металлорежущие станки: учеб. пособие А.Н.Иноземцев
Г.В.Сундуков Г.В. Шадский. -Тула: Тул. гос. ун-т 2002. -183 с.
ИноземцевА.Н. Иллюстрационно-дидактические материалы: прил. к учеб.
пособию "Металлорежущие станки" А.Н. Иноземцев Г.В. Сундуков Г.В.
Шадский; Тул. гос. ун-т. -Тула 2002. -97 с.
Основные узлы и механизмы станков
1Базовые детали и направляющие
1.1Назначение базовых деталей и направляющих
Базовые детали металлорежущих станков служат для создания требуемого
пространственного размещения узлов несущих инструмент и обрабатываемую
деталь и обеспечивают точность их взаимного расположения под нагрузкой. К
базовым деталям относят станины основания колонны стойки поперечины
ползуны траверсы столы каретки суппорты планшайбы корпуса шпиндельных
Направляющие обеспечивают правильность траектории движения заготовки и
(или) инструмента точность перестановки узлов и восприятие внешних сил. Во
многих случаях направляющие выполняют как одно целое с базовыми деталями.
Базовые детали и направляющие должны иметь:
- первоначальную точность изготовления всех ответственных поверхностей
для обеспечения требуемой геометрической точности станка;
- высокую жёсткость определяемую контактными деформациями подвижных и
неподвижных стыков местными деформациями и деформациями самих базовых
- высокие демпфирующие свойства т.е. способность гасить колебания
между инструментом и заготовкой от действия различных источников вибраций;
- долговечность которая выражается в стабильности формы базовых
деталей и способности направляющих сохранять первоначальную точность в
течение заданного срока эксплуатации.
Кроме того базовые детали должны иметь малые температурные
деформации из-за которых могут произойти относительные смещения между
инструментом и заготовкой а направляющие должны обладать малой величиной и
постоянством сил трения так как от этого зависит точность позиционирования
Перечисленные основные требования предъявляемые к базовым деталям и
направляющим станков могут быть удовлетворены при правильном выборе
материала и реализации при конструировании общих принципов независимых от
многообразия форм деталей.
Конструирование базовых деталей – это поиск компромиссного решения
между противоречивыми требованиями при создании конструкций:
- жёстких но имеющих малую массу;
- простых по конфигурации но обеспечивающих высокую точность;
- дающих экономию металла но учитывающих возможности литейной
технологии при проектировании литых конструкций и возможности технологии
сварных конструкций.
1.2Виды базовых деталей
Основные неподвижные и подвижные узлы станка монтируются и
устанавливаются на станине. Станины бывают в зависимости от расположения
оси станка горизонтальными и вертикальными. Они имеют как правило
коробчатую форму с внутренними рёбрами жёсткости и перегородками.
Форма поперечного сечения горизонтальных станин определяется
требованиями жёсткости расположением направляющих условиями удаления
стружки и охлаждающей жидкости размещением в станинах различных
механизмов агрегатов и резервуаров для масла и охлаждающей жидкости.
Внутренние полости между стенками часто делают замкнутыми и оставляют
в них стержневую смесь. Замкнутый профиль имеет более высокую жёсткость
(особенно на кручение) чем разомкнутый а сыпучий материал во внутренней
полости повышает демпфирующие свойства станины.
Форма сечений вертикальных станин (стоек) зависит от действующих на
них сил. У большинства станков момент сил действующих на стойку у
основания больше чем момент сил действующих сверху поэтому стойки
выполняют расширяющимися книзу хотя бы в одной плоскости.
В станках с вертикальными станинами для повышения их устойчивости и в
станках с неподвижной заготовкой для уменьшения их массы и габаритов
(станки радиально-сверлильные консольно-фрезерные вертикально-
сверлильные тяжелые расточные и др.) применяют плиты. Конструктивно плиты
выполняют в виде пластины с системой стенок и рёбер или двух пластин
скрепленных стенками и рёбрами. Высота плит не должна быть меньше 110
шпиндельные бабки коробки скоростей и подач фартуки и т.п. служат
для размещения передач приводов. чаще они имеют форму параллелепипеда реже
– цилиндра (многошпиндельные токарные автоматы). Жёсткость таких деталей
увеличивают за счёт увеличения жёсткости стенок непосредственно в месте
приложения нагрузки путём выполнения бобышек и рёбер. Диаметр бобышки
обычно принимается не более 14-16 диаметра отверстия а её высота – до
Отверстия в стенках снижают жёсткость коробок пропорционально
соотношению площадей отверстия и стенки.
Базовые детали типа суппортов и салазок (кареток) предназначены для
перемещения инструмента или заготовки и имеют обычно две системы
направляющих. Конструктивные формы суппортов и салазок определяются формой
и расположением направляющих конструкцией регулирующих элементов и
механизмов привода требованиями к размерам по высоте. При конструировании
салазок и суппортов учитывают противоречивые требования: уменьшение массы и
размеров по высоте с одной стороны и увеличение жёсткости которое
достигается увеличением высоты сечения салазок с другой.
Для поддержания заготовок при обработке служат столы. их делят на
подвижные (консольно-фрезерные расточные поперечно-строгальные станки и
др.) и неподвижные (радиально-сверлильные протяжные и другие станки).
Подвижные столы предназначены для поддержания и перемещения заготовок и
имеют одну систему направляющих т.е. перемещаются в одном направлении.
Столы обычно имеют коробчатую форму с внутренними перегородками и ребрами
повышающими их жёсткость. Фрезерные шлифовальные и другие станки имеют
подвижные столы плоской прямоугольной формы. Их жёсткость определяется
главным образом высотой. В продольно-фрезерных станках отношение высоты
стола к ширине равное 014-016 считается оптимальным. Подвижные столы
круглой формы имеют токарно-карусельные зуборезные и другие станки.
Круглые столы (планшайбы) карусельных станков диаметром более 1000 мм
выполняют коробчатыми с радиальными и кольцевыми ребрами.
В большинстве конструкций базовых деталей (в частности станин) в
стенках предусматривают технологические окна и вырезы. Иногда они нужны для
размещения внутри них каких-либо вспомогательных устройств (элементов
систем смазки и охлаждения противовесов). В некоторых станках стружка
отводится через окна в задней стенке станины. Окна и вырезы сильно снижают
жёсткость базовых деталей особенно крутильную жёсткость. Для частичной
компенсации потери жёсткости используют дополнительные рёбра и перегородки.
Реже встречаются местные утолщения и приливы так как по литейным
соображениям следует стремиться к равной толщине стенок всей конструкции.
Толщина стенок литых станин и других корпусных деталей принимается от 4-5
мм в лёгких станках до 16-20 – в тяжёлых.
1.3материал для базовых деталей
Основными материалами базовых деталей удовлетворяющими условиям
стабильности жёсткости и виброустойчивости являются чугун и
низкоуглеродистая сталь. Значительно реже применяют бетон да и то в
качестве материала для оснований или станин.
Чугун – наиболее распространенный материал для изготовления базовых
При повышенных требованиях к износостойкости направляющих выполненных
как одно целое с базовой деталью применяют чугун марки СЧ 21. Его также
широко используют для изготовления станин и других ответственных деталей
прецизионных станков. Значительно реже применяют чугуны марок СЧ 32 и СЧ
Обладая высокой прочностью и износостойкостью они имеют плохие
литейные качества поэтому их не рекомендуют для изготовления базовых
деталей сложной формы и крупногабаритных. Эти чугуны применяют для
изготовления шпиндельных блоков и плит многошпиндельных станков станин
токарных револьверных станков базовых деталей станков-автоматов и других
интенсивно нагруженных станков.
Для изготовления базовых деталей станков применяют и легированные
чугуны с присадками никеля хрома магния ванадия и других элементов.
В деталях из литых чугунов образуются остаточные напряжения которые
могут привести к короблению базовых деталей и нарушению точности станка.
Напряжения снимаются сами через несколько месяцев в течение которых детали
не используют и ничего с ними не делают. Это называют естественным
старением. Для сокращения времени изготовления станков применяют более
интенсивные методы старения: тепловую обработку отжиг вибрационное
старение статическую перегрузку и др.
Чаще всего применяют чугун марки СЧ 15. Он обладает хорошими литейными
свойствами мало коробится но имеет сравнительно низкие механические
свойства (модуль продольной упругости Е=80-150 кНмм2). Его применяют для
изготовления оснований большинства станков салазок столов корпусов
задних бабок тонкостенных отливок небольшой массы с большими габаритными
размерами и других деталей сложной конфигурации при недопустимости большого
коробления и невозможности подвергнуть их старению.
Низкоуглеродистую сталь применяют при изготовлении сварных базовых
деталей относительно простой формы. Сварными базовые детали делают при
мелкосерийном и единичном характере производства; их также широко применяют
в станках работающих при ударных и при очень больших нагрузках. По
сравнению с литыми сварные конструкции значительно легче при той же
жёсткости поскольку модуль упругости стали в 2-24 раза выше модуля
упругости чугуна. Кроме того сварным конструкциям легче придать более
совершенные формы с точки зрения жёсткости в них проще исправить дефекты
конструкции механическая обработка их менее трудоёмка. Для сварных
конструкций используют в основном листовую сталь марок Ст3 или Ст4
толщиной от 3 мм (лёгкие станки) до 16 (тяжёлые). С целью экономии металла
толщина стенок базовых деталей средних и тяжёлых станков может быть
уменьшена но тогда требуется выполнять большее число перегородок и рёбер
что технологически сложнее. Применение конструкционных фасонных профилей в
сварных станинах позволяет существенно снизить трудоёмкость их
Бетон в качестве материала для станин характеризуется тем что он
хорошо гасит вибрации; это увеличивает динамическую жёсткость станка. Кроме
того большая по сравнению с чугуном тепловая инерция делает бетон менее
чувствительным к колебаниям температуры. Модуль упругости бетона меньше
чем чугуна и ту же жёсткость бетонной станины можно достичь увеличивая
толщину стенок. Вес детали при этом может и не увеличиться так как
удельный вес бетона в три раза меньше чем у серого чугуна. Существенный
недостаток бетона состоит в том что он поглощает влагу – это влечет за
собой объёмные изменения а попадание масла на бетон повреждает его.
Поэтому необходимы мероприятия по защите бетона от влаги и попадания масла.
Для изготовления станин тяжёлых станков иногда применяют железобетон.
Обеспечивая такую же жёсткость как и чугун железобетон даёт экономию
металла примерно на 40-60 %.
Находит применение для изготовления базовых деталей полимербетон.
Состоящий из наполнителя (кварц мраморная или гранитная крошка) и
связующего материала (эпоксидная акриловая или метакриловая смола с
отвердителем) полимербетон обладая сравнительно высоким модулем упругости
(Е40 кНмм2) и достоинствами бетона не боится воздействия масла и влаги.
1.4Исполнения направляющих
В металлорежущих станках применяют направляющие скольжения качения и
Направляющие скольжения по характеру трения делятся на направляющие
полужидкостного трения жидкостного трения и аэростатические.
Полужидкостное трение имеет место на смазанных направляющих когда смазка
не разделяет полностью контактирующие поверхности. Если смазочный материал
разделяет поверхности полностью трение является жидкостным. Это имеет
место в гидростатических и гидродинамических направляющих. В
аэростатических направляющих сопряженные поверхности разделяются слоем
Направляющие качения разделяют по виду тел качения на шариковые и
Все типы направляющих имеют свои достоинства и недостатки что и
определяет их целесообразную область применения. Часто делают
комбинированные направляющие используя достоинства разных типов и достигая
тем самым суммарного эффекта.
В зависимости от траектории движения подвижного узла различают
направляющие прямолинейные и круговые. Их делят также на горизонтальные
вертикальные и наклонные.
Формы поперечного сечения направляющих весьма разнообразны. Наиболее
распространены прямоугольные (плоские) треугольные (призматические)
трапециевидные (типа ласточкина хвоста) и круглые (цилиндрические)
направляющие. Часто используют сочетание различных форм например одна из
направляющих выполняется прямоугольной а другая треугольной.
Направляющие на одной из двух сопряжённых деталей являются
охватывающими а на другой – охватываемыми. Охватываемые направляющие плохо
удерживают смазочный материал а охватывающие удерживают его хорошо но
нуждаются в надёжной защите от загрязнений.
Прямоугольные направляющие отличаются технологичностью изготовления и
простотой контроля геометрической точности. Они способны воспринимать
большие нагрузки и позволяют достаточно просто регулировать зазоры. В этой
связи они находят всё большее применение особенно в станках с программным
Треугольные направляющие обладают свойством автоматического выбора
зазоров под действием собственного веса но угловое расположение рабочих
граней усложняет их изготовление и контроль.
Трапециевидные направляющие отличаются компактностью конструкции но
сложны в изготовлении и контроле. Регулирование зазора у них относительно
простое но не обеспечивает высокой точности сопряжения.
Круглые направляющие применяют редко. В охватываемом варианте они не
обеспечивают большой жёсткости из-за прогиба скалок (штанг) закреплённых
на концах поэтому применяют их в основном при малой длине хода
перемещаемого по ним узла. В охватывающем варианте у таких направляющих
сложно изготовить полукруглые пазы.
Размеры и формы сечений направляющих трения скольжения устанавливаются
стандартами а также нормалями станкостроения. Длину направляющих
подвижного узла увязывают с общей шириной направляющих (ширина самих
направляющих и расстояние между ними) и принимают её в 15-2 больше общей
Направляющие могут быть выполнены как одно целое с базовой деталью
либо быть накладными. Накладные направляющие крепят к базовой детали по
всей их длине. При креплении винтами шаг между ними во избежание
искривления и коробления должен быть не больше двукратной высоты накладной
планки. При механическом креплении или приклеивании накладных направляющих
необходимо предусматривать фиксацию их в поперечном направлении различными
центрирующими выступами поверхностями фасками.
Направляющие необходимо защищать от попадания на рабочие поверхности
грязи мелкой стружки и абразивной пыли. Для этого используются неподвижные
и телескопические щитки защитные ленты гармоникообразные меха и другие
1.5Направляющие скольжения
Характер трения определяет область рационального использования тех или
иных направляющих скольжения в станках.
Направляющие полужидкостного трения характеризуются высокой контактной
жёсткостью и хорошими демпфирующими свойствами. Кроме того они
обеспечивают надёжную фиксацию подвижного узла станка после его перемещения
в заданную позицию. Однако непосредственный контакт сопряженных
поверхностей в направляющих полужидкостного трения определяет непостоянство
и большую величину сил сопротивления. В зависимости от нагрузки скорости
вида смазочного материала и его количества направляющие могут работать в
режиме сухого граничного и полужидкостного трения. Существенную разницу
для этих направляющих составляют силы трения покоя (силы трогания) по
сравнению с силами трения движения; последние в свою очередь сильно
зависят от скорости скольжения. Эта разница приводит к скачкообразному
движению узлов при малых скоростях что крайне нежелательно особенно для
станков с программным управлением. Значительное трение вызывает износ и
следовательно снижает долговечность направляющих.
Для уменьшения недостатков направляющих полужидкостного трения
используют специальные антискачковые масла применяют накладки из
антифрикционных материалов. Если коэффициент трения покоя в паре чугун-
чугун при обычных маслах равен 021-028 то применение антискачкового
масла снижает его до 0075-009. Применение накладок из полимерных
материалов на основе фторопласта снижает коэффициент трения покоя до 004-
Материал направляющих в значительной мере определяет износостойкость и
плавность движения узлов. Во избежание крайне нежелательного явления –
схватывания[1] пару трения комплектуют из разнородных материалов имеющих
различные состав структуру и твёрдость. Направляющие по которым
перемещаются подвижные узлы делают более твёрдыми и износостойкими. Этим
обеспечивается длительное сохранение точности так как при движении
копируется форма неподвижных направляющих.
Направляющие из серого чугуна выполненные как одно целое с базовой
деталью наиболее просты и дешевы но при интенсивной работе не
обеспечивают необходимой долговечности. Их износостойкость повышают
закалкой с нагревом токами высокой частоты или газопламенным методом.
Закалкой одной из сопряженных поверхностей до HRC 48-53 можно повысить
износостойкость более чем в 2 раза. Легирующие присадки к чугунным
направляющим дают повышение износостойкости только при последующей закалке
до высокой твёрдости. Значительного повышения износостойкости чугунных
направляющих можно добиться применением специальных покрытий. Хромирование
направляющих слоем толщиной 25-50 мкм обеспечивает твёрдость до HRC 68-72
в 4-5 раз повышает износостойкость и существенно уменьшает коэффициенты
трения покоя и трения движения. Аналогичный эффект даёт напыление
направляющих слоем молибдена или сплавами с содержанием хрома. Хромируют
только одну из сопряженных поверхностей обычно неподвижную так как пара
хром по хрому склонна к схватыванию хотя и имеет минимальный коэффициент
Направляющие из стали выполняют в виде отдельных планок которые
приваривают к сварным станинам а к чугунным станинам крепят винтами или
приклеивают. Материал накладных направляющих – низкоуглеродистые стали 20
Х 20ХНМ 18ХГТ с цементацией и закалкой до высокой твёрдости (HRC 60-
) азотируемые стали 38ХМЮА 40ХФ 3ОХН2МА с глубиной азотирования 05 мм
и закалкой до очень высокой твёрдости (HV 800-1000). Реже применяют
легированные высокоуглеродистые стали ШХ15 ХВГ 9ХС с объёмной закалкой и
отпуском (HRC 58-62). Стальные закалённые направляющие обеспечивают
наивысшую износостойкость в паре с закалённым чугуном.
Наилучшие результаты по износостойкости отсутствию задиров и
равномерности подачи обеспечивают цветные сплавы такие как алюминиевая
бронза Бр.АМц9-2 оловянистая бронза Бр.ОФ10-1 сплав на цинковой основе
ЦАМ10-5 в паре со сталью или чугуном но высокая стоимость сплавов
сдерживает их широкое применение при изготовлении направляющих. Их
используют главным образом при изготовлении накладных направляющих для
Обладают хорошими характеристиками трения и антизадирными свойствами
пластмассы. Они обеспечивают равномерность движения при малых скоростях и
не дают схватывания однако низкая износостойкость при абразивном
загрязнении влияние тепловых воздействий влаги масла слабых щелочей и
кислот ограничивают их применение. Используют пластмассы в основном в
комбинированных направляющих когда основную нагрузку несут например
роликовые опоры а слой пластмассы на вспомогательных гранях обеспечивает
необходимые характеристики трения. Из пластмасс в станках используют
фторопласт (в виде ленты наклеиваемой на направляющие) фторопласт с
бронзовым наполнителем композиционные материалы на основе эпоксидных смол
с присадками дисульфида молибдена графита и неметаллических наполнителей
материалы на основе ацетатных смол.
Для обеспечения износостойкости направляющих ограничивают допустимые
давления на их рабочих гранях. Рекомендуемые максимальные давления на
направляющих при малых скоростях равны 25-30 МПа; при больших скоростях –
не более 10-12 МПа. Средние давления должны быть вдвое меньше
максимальных. В прецизионных и тяжёлых станках средние давления не должны
превышать 01-02 МПа.
Жидкостное трение между направляющими можно обеспечить за счёт
гидродинамического эффекта либо подачей смазочного материала между
трущимися поверхностями под давлением. Достоинство жидкостного трения в
том что отсутствует износ направляющих обеспечиваются высокие
демпфирующие свойства и плавность движения.
Гидродинамические направляющие хорошо работают лишь при достаточно
больших скоростях скольжения которым соответствуют скорости главного
движения (в станках продольно-строгальных карусельных). Гидродинамический
эффект т.е. эффект всплывания подвижного узла создаётся пологими
клиновыми скосами между смазочными канавками выполненными на рабочей
поверхности неподвижных направляющих перпендикулярно их длине. В
образованные таким образом сужающиеся зазоры при движении затягивается
смазочный материал и обеспечивается разделение трущихся поверхностей слоем
жидкости. Для различных скоростей движения и нагрузки существуют свои
оптимальные геометрические параметры клинового скоса.
Существенным недостатком гидродинамических направляющих является
нарушение жидкостной смазки в периоды разгона и торможения подвижного узла
в результате имеет место износ поверхностей.
Гидростатические направляющие более широко распространены в
металлорежущих станках чем гидродинамические. Они обеспечивают жидкостную
смазку при любых скоростях скольжения а значит и равномерность и высокую
чувствительность точных исполнительных движений. Недостатком
гидростатических направляющих является сложность системы смазки и
необходимость в специальных устройствах для фиксации перемещаемого узла в
На направляющих подвижного узла параллельно их длине выполняют карманы
(углубления) в которые под давлением подаётся масло. Вытекая наружу масло
приподнимает подвижной узел и создает масляную подушку по всей площади
По характеру восприятия нагрузки гидростатические направляющие делятся
на открытые и замкнутые. Открытые направляющие предназначены для восприятия
прижимающих нагрузок а замкнутые (закрытые) могут воспринимать кроме
того и значительные опрокидывающие моменты.
Гидростатические направляющие чувствительны к деформациям и
погрешностям изготовления и монтажа суммарная величина которых для
сопряжённых деталей не должна превышать примерно одной трети минимальной
расчётной толщины щели между деталями. Положительным свойством
гидростатических опор является способность их в значительной мере усреднять
исходные геометрические погрешности сопряженных поверхностей.
Аэростатические направляющие конструктивно подобны гидростатическим.
Разделение трущихся поверхностей в аэростатических направляющих
обеспечивают подачей в карманы воздуха под давлением. Недостатки
аэростатических направляющих по сравнению с гидростатическими заключаются
в малой нагрузочной способности невысоком демпфировании колебаний так как
вязкость воздуха на четыре порядка меньше вязкости масла низкими
динамическими характеристиками склонностью к отказам из-за засорения
магистралей и рабочего зазора.
Преимущества аэростатических направляющих состоят в том что они при
движении обеспечивают низкий коэффициент трения а при отключении подачи
воздуха очень быстро создаётся контакт поверхностей с большим трением
обеспечивающим достаточную жёсткость фиксации узла станка в заданной
позиции. Отпадает необходимость в фиксирующих устройствах в которых
нуждаются гидростатические направляющие.
Аэростатические направляющие используют в прецизионных станках в
которых малы силы резания и необходимо точное позиционирование.
1.6Направляющие качения
Направляющие качения обладают хорошими характеристиками трения
равномерностью и плавностью движения на малых скоростях высокой точностью
установочных перемещений при длительном сохранении точности; малым
тепловыделением простотой системы смазывания. Трение в направляющих
качения практически не зависит от скорости движения.
Недостатками направляющих качения по сравнению с направляющими
скольжения являются высокие трудоёмкость изготовления и стоимость низкое
демпфирование колебаний повышенная чувствительность к загрязнениям.
Наибольшее распространение в металлорежущих станках имеют
направляющие в которых трение качения создаётся при свободном прокатывании
тел качения (шариков или роликов) между движущимися поверхностями. В такой
конструкции есть возможность разместить значительное число тел качения в
зоне контакта и обеспечить необходимые жёсткость и точность движения. При
большой длине хода используют направляющие с циркуляцией тел качения
которые свободно возвращаются на рабочую дорожку по каналу возврата.
Материал и конструктивные формы направляющих качения сходны с
направляющими скольжения. Однако для направляющих качения необходимы
твёрдые и однородные рабочие поверхности. Чугун применяют сравнительно
редко лишь при небольших нагрузках. В основном используют стальные
закалённые направляющие.
1.7Комбинированные направляющие
Сочетание направляющих различных типов в одной конструкции даёт
возможность использовать положительные свойства различных видов трения.
В направляющих качения-скольжения элементы качения могут находиться на
основных боковых или вспомогательных гранях направляющих. Остальные грани
выполняют как поверхности полужидкостного трения. Роликовые опоры на
основных горизонтальных гранях применяются в направляющих тяжёлых
перемещающихся узлов (столы тяжёлых фрезерных станков подвижные стойки
тяжёлых расточных станков суппорты тяжёлых токарных станков и т.п.).
Направляющие с боковыми гранями качения используют в станках где в первую
очередь необходимо устранить переориентацию узлов при реверсах (расточные
многооперационные токарные бесконсольно- и вертикально-фрезерные станки и
Направляющие качения-скольжения с облицовкой граней скольжения
полимерными материалами обладают хорошими свойствами как направляющих
качения так и направляющих скольжения и не имеют их недостатков т.е.
обладают одновременно удовлетворительными характеристиками трения высокими
жёсткостью и демпфированием колебаний являются беззазорными в наиболее
важном направлении и имеют значительно меньшую стоимость чем направляющие
Направляющие полужидкостного трения могут быть дополнены элементами
гидростатических направляющих. Для этого на поверхностях направляющих
выполняются углубления – разгружающие карманы в которые подводится масло
под давлением. Такое конструктивное решение называют гидроразгрузкой
направляющих полужидкостного трения. Подобрав соответствующее давление
масла в карманах можно резко уменьшить коэффициент трения в направляющих
но не допустить всплывания перемещаемого узла имеющее место в
гидростатических направляющих. В результате повышается долговечность
направляющих а отсутствие всплывания обеспечивает высокую контактную
жёсткость и надежную фиксацию узла после его перемещения.
2Приводы металлорежущих станков
2.1Понятие о приводе. Кинематические пары цепи схемы
2.1.2К числу устройств привода необходимых для обеспечения
передачи движения от его начального звена к конечному относятся собственно
передачи (они могут быть ременными зубчатыми цепными винтовыми
фрикционными гидравлическими и др.) а также валы и их опоры муфты и пр.
В ременных передачах движение от ведущего шкива к ведомому может
передаваться плоским ремнём одним или несколькими клиновыми поликлиновым
зубчатым круглым. Ременные передачи часто применяются в станках для
соединения электродвигателя с входным валом станка а также в качестве
шпиндельной передачи для обеспечения высоких частот вращения шпинделя и
безвибрационной работы станка.
Используемые в станках зубчатые передачи могут быть цилиндрическими с
прямыми винтовыми (косыми) и шевронными зубьями; коническими; червячными;
Кинематическая пара передающая вращательное движение характеризуется
передаточным отношением.
Если к примеру частоты вращения I (ведущего – ВЩ) и II (ведомого –
ВМ) валов цилиндрической или конической зубчатой передачи (рис. У.2.) равны
n1 и n2 обмин а числа зубьев шестерён[2] – Z1 и Z2 соответственно то
передаточное отношение i пары и частота вращения ведомого вала будут равны:
Для червячной передачи (рис. У.2в) червяк которой имеет K заходов а
червячное колесо – Z зубьев:
В ременных передачах (рис. У.2г) кроме ремённозубчатых имеет место
проскальзывание и это учитывают соответствующим коэффициентом ((р[3]):
где d1 и d2 – рабочие диаметры шкивов;
(р = 1–( и ( ( 002 – относительное скольжение ремня.
[pic] [pic] [pic] [pic]
Рис. У.2. Кинематические пары для передачи вращательного движения:
а б в – зубчатые цилиндрическая коническая червячная; г – ременная
Передачи преобразующие вращательное движение в прямолинейное
характеризуются величиной перемещения поступательно движущегося элемента за
один оборот приводного вала. Для таких передач часто увязывают скорость
прямолинейного перемещения ведомого звена (v S) с частотой вращения (n)
Эта зависимость будет:
- для винтовой передачи с однозаходным винтом (рис. У.3а) – S = t(n
с многозаходным винтом – S = Н(n = K(t(n
где t и Н – шаг и ход винта;
K – число его заходов;
- для зубчато-реечной и червячно-реечной передач (рис. У.3бв)
S = t(Z(n = ((m(Z(n и S = t(K(n = ((m(K(n
где t и m – шаг и модуль зацепления;
Z – число зубьев реечного колеса;
K – число заходов червяка.
Рис. У.3. Кинематические пары для преобразования вращательного движения в
а – винтовая; б – зубчато-реечная; в – червячно-реечная
Вращательное движение преобразуется в прямолинейное также с помощью
других передач и ряда механизмов (кривошипно-шатунных кривошипно-кулисных
2.1.3Совокупность передач привода определяет движение рабочих
органов т.е. кинематику их и её называют кинематической цепью. В
кинематические цепи могут входить как отдельные передачи так и группы
передач (групповые передачи).
Произвольный пример кинематической цепи состоящей из клиноременной
четырёх зубчатых и цепной передач приведён на рис. У.4.
Рис. У.4. Пример кинематической цепи
Полное передаточное отношение кинематической цепи равно произведению
передаточных отношений всех кинематических пар составляющих цепь.
Полное передаточное отношение I кинематической цепи показанной в
качестве примера на рис. У.4 будет равно:
здесь Z8 и Z9 – числа зубьев звёздочек цепной передачи.
Направление передачи движения записывается в виде т.н. расчётного
перемещения или расчётных перемещений конечных звеньев.
Так если nо и n – частоты вращения ведущего и ведомого валов или
начального и конечного звеньев кинематической цепи то расчётное
перемещение представляют в виде: nо(n. А если nо и S – частота вращения
ведущего вала кинематической цепи и скорость перемещения ведомого звена –
гайки винтовой передачи шага t то расчётное перемещение будет: nо(S
(подробнее см. п. 3.2).
Очевидно в первом случае – n = nо(I а во втором – S = nо(I(t.
То или иное из этих или им подобных выражений с подробно расписанной
правой частью (т.е. вместо I – произведение передаточных отношений всех
кинематических пар составляющих цепь в виде обозначений шестерён шкивов
или конкретных чисел зубьев шестерён диаметров шкивов в последнем случае
– и конкретных значений частот вращения шагов резьб и т.д.) называют
уравнением кинематического баланса.
Для приведённой выше кинематической цепи уравнение кинематического
баланса в общем виде и в предположительно возможном числовом будет:
Уравнение кинематического баланса позволяет определить перемещение
конечного звена в зависимости от перемещения начального звена и полного
передаточного отношения кинематической цепи связывающей эти звенья а при
наличии передач преобразующие вращательное движение в прямолинейное – и их
2.1.4Условное изображение кинематических цепей всех механизмов
станка называют кинематической схемой данного станка.
Кинематические схемы могут быть пространственными и плоскими; первые
более наглядны вторые – проще в исполнении и потому встречаются чаще.
Повышение наглядности плоских схем может быть достигнуто при продуманном их
Кинематическую схему следует вписывать в габариты или контуры
важнейшей проекции станка сохраняя по возможности относительное
расположение его отдельных механизмов.
Главная цель кинематической схемы – создание ясного представления о
кинематике станка. Этой цели подчинено всё остальное поэтому при
вычерчивании плоской схемы допускаются такие условности которые
способствуя уяснению кинематики станка не вполне согласуются с реальной
конструкцией его. К примеру вал изображаемый обычно прямой линией может
быть показан изогнутым. Допускается полуконструктивное изображение
отдельных элементов и частей приводов и узлов станка. Такие подходы
проявлены при выполнении кинематических схем данного пособия.
Кинематические схемы станков несмотря на ряд упрощений и условностей
при изображении их дают простое и наглядное представление не только о
кинематике станков но в некоторой степени и об их конструкции. При
соблюдении определённых правил и при внимательном отношении к составлению
кинематической схемы она может быть понятна почти без всяких дополнительных
пояснений если известен принцип работы станка.
2.2Зубчатые механизмы ступенчатого изменения скорости главного
В станочных приводах со ступенчатым регулированием часто применяются
зубчатые механизмы (далее: механизмы группы передач или групповые
передачи) на 2 3 4 скорости с передвижными (подвижными) блоками шестерён
2.2.1Некоторые варианты групповых передач с передвижными блоками
шестерён показаны на рис. 2.2:
Рис. 2.2. Группы передач с передвижными блоками шестерён:
а б – варианты групп на 2 скорости; в – основное решение
группы на 3 скорости при Z5-Z3≥5 (г); д е – варианты групп на три
скорости при Z5-Z35 (г) с разделённым и широким блоками
соответственно; ж – основной вариант группы на 4 скорости
- механизм на 2 скорости c узким передвижным блоком шестерён (см. рис.
2а) обеспечивает следующие передаточные отношения:
[p [pic]. Их можно представить единой записью: [pic].
Примечание. Здесь и далее шестерни в групповых передачах обозначаются
буквами с цифровым индексом при этом наименьшее колесо на ведущем валу
обозначается Z1 связанное с ним – Z2 следующее по величине на ведущем
валу – Z3 связанное ним – Z4 и т.д.
В группе передач шестерни Z1 и Z3 составляют передвижной двухвенцовый
зубчатый блок или блок-двойку.
Конструктивная длина механизма – больше 4b где b – ширина зубчатого
Расстояние между неподвижными шестернями В>2b а именно B = 2b + 2t
где t – зазор между сопрягаемыми зубчатыми венцами при нейтральном
положении блока принимаемый обычно не менее 1-3 мм;
с – ширина технологической канавки (для выхода зуборезного
долбяка). Ширина канавки и её глубина а принимаются в зависимости от модуля
Модуль мм (() 2 4 6 8
с для прямозубых колес 5 6 7 8
- механизм на 2 скорости c широким передвижным блоком шестерён (см.
рис. 2.2б) имеет большую длину чем предыдущий механизм (>6b) но действие
усилий на валы при включении разных передач сосредоточено почти в одном
- группы передач на 3 скорости (см. рис. 2.2вде):
[p [p [pic] или [pic].
Более распространенный вариант – механизм c узким передвижным блоком
шестерён или блоком-тройкой Z3-Z5-Z1 (см. рис. 2.2в). Он применяется
когда разница в числах зубьев соседних венцов Z5(Z3(5. Если это условие не
выдерживается то при перемещении блока для соединения колёс 1 и 2 (Z1 и
Z2) произойдёт сцепление колеса 6 одновременно с колёсами 3 и 5 (см. рис.
При Z5(Z3(5 применяют механизмы других конструктивных оформлений (см.
рис. 2.2де). В случае разделённого блока длина механизма меньше но
необходимо предусматривать блокировочное устройство для невозможности
одновременного включения передачи 3-4 с передачей 1-2 либо 5-6. При широком
блоке этого не требуется но длина механизма больше;
- группа передач на 4 скорости обычно выполняется из двух параллельных
групп на две скорости (см. рис. 2.2ж). В этом случае также необходима
блокировка от одновременного включения двух передач.
2.2.2В группах передач с муфтами используются сцепные муфты
фрикционные кулачковые зубчатые. На рис. 2.3 показаны некоторые варианты
- группы передач на 2 скорости с двухсторонними муфтами (см. рис.
- группа на 2 скорости с односторонней муфтой и передвижным колесом
- перебор – трёхваловая группа передач на 2 скорости (см. рис. 2.3г)
обеспечивающая значительную редукцию. передаточные отношения механизма:
Первое передаточное отношение обеспечивается при передаче движения с
вала I на III через вал II при выключенной муфте М и сцепленных
последовательных зубчатых парах. При включении муфты и расцеплении зубчатых
пар валы I и III соединяются что равносильно передаточному отношению
- группа передач на 3 скорости (см. рис. 2.3д);
- группа передач на 4 скорости оригинальной конструкции (см. рис.
3е); в ней число пар передач меньше числа обеспечиваемых скоростей
обычно же эти числа равны (см. рис. 2.3абвд). Группа является
четырёхваловой и имеет четыре односторонних муфты. Передаточные отношения
механизма в зависимости от включения муфт приведены в таблице под рисунком.
2.4Сменные зубчатые колёса
Сменные колёса обеспечивают максимальную простоту привода но требуют
значительного времени на их смену. Консольное расположение колёс и
скользящая посадка их на валах не обеспечивают высокой жёсткости и точности
центрирования. Сменные колёса применяют при окружных скоростях не более 8
Используются механизмы с одной парой колёс (т.н. парносменные колёса
или однопарные гитары) с двумя парами (т.н. двухпарные гитары или чаще
гитары сменных шестерён) и более (многопарные гитары).
Со станками имеющими гитары поставляются наборы (комплекты) сменных
Сменные колёса принято обозначать прописными или строчными буквами
латинского или русского алфавитов.
Рис. 2.3. Варианты групп передач [pic]
со сцепными муфтами: а б – группы
на 2 скорости с двухсторонними
муфтами; в – группа на 2 скорости
с односторонней муфтой и
передвижным колесом; г – перебор
на 2 скорости; д е – группы на 3
2.4.1Парносменные колёса (рис. У.5) применяются в приводах
главного движения деления и других ряда автоматов специальных и
специализированных станков. Количество вариантов скоростей обеспечиваемых
механизмом равно количеству колёс в комплекте если все колёса разные или
на единицу меньше при наличии в комплекте двух одинаковых колёс.
Если обозначить сменные колёса (т.е. их числа зубьев) механизма через
а (на I валу) и б (на II валу) а колёса в прилагаемом к станку комплекте
имеют числа зубьев Z1–Zn то передаточное отношение механизма будет равно:
Очевидно: [pic] откуда a + б = 2 A m = сonst т.е. должно
всегда выдерживаться условие Z1+Zn=Z2+Zn-1= = a+б = сonst.
Доска гитары (приклон)
Рис. У.5. Парносменные колёса Рис. У.6. Гитара
2.4.2Гитары сменных шестерен (двухпарные гитары – рис. У.6)
применяются обычно в приводах подач при необходимости обеспечения
регулирования в широком диапазоне с большим количеством вариантов и для
обеспечения точного передаточного отношения. В гитарах имеется две пары
шестерён и при этом первая шестерня (а) и последняя (г) располагаются на
ведущем и ведомом валах а две промежуточных (б в) – на оси закрепляемой
в нужном положении на приклоне (или доске гитары) который тоже
закрепляется в требуем (угловом относительно оси ведомого вала) положении
для обеспечения зацепления колёс.
Передаточное отношение механизма: [pic].
Принимают: [pic] откуда [pic] и
Выражения (2.1) и (2.2) называют условиями сцепляемости.
Подобранные сменные колёса всегда следует проверять по условиям
2.4.3Наборы сменных колёс могут быть пятковыми чётными и
универсальными. В первых двух числа зубьев кратны соответственно 5 и 4.
Пример пяткового набора: 20 25 30 35 120. В наборы может
включаться колесо 127 для обеспечения работ в дюймовой системе измерений.
2.4.4Имеется значительное количество способов подбора сменных
шестерён гитары. Рассмотрим суть одного из них – способа подбора с
разложением передаточного отношения на множители.
Пример. Пусть требуется подобрать из пяткового набора шестерён: 20
30 35 120 четыре колеса обеспечивающие передаточное отношение
Представим передаточное отношение в виде двух дробей разложив
числитель и знаменатель на множители: [pic]. Затем умножим числитель и
знаменатель каждой дроби на какое-либо число чтобы в результате получить
числа из набора шестерён: [pic].
Проверим результат подбора по условиям сцепляемости приняв из скобок
условий (2.1; 2.2) число 20:
+45>20+20 (первое условие выдерживается)
+4045+20 (второе условие не выдерживается).
Если условия сцепляемости (одно или оба) не выдерживаются то можно
переставить местами числитель с числителем или знаменатель со
знаменателем или дроби.
Переставим в примере знаменатели: [pic] тогда получится: 30+40>20+20 и
+45>40+20 т.е. условия сцепляемости при таком подборе выдерживаются.
2.10Компоновки и конструктивные решения приводов главного
[pic] 2.2.10.1Приводы обеспечивающие
Рис. 2.10. Коробка скоростей более 4 вариантов скоростей
встроенная в шпиндельную бабку обычно включают несколько
последовательно расположенных
групп на 2 3 4 скорости
составляющих коробку скоростей.
Выходной вал привода главного
движения – шпиндель – монтируется
в корпусной детали называемой
шпиндельной бабкой (или головкой –
в зависимости от типа станка).
Различают приводы встроенные в
шпиндельную бабку и разделённые.
На рис. 2.10 в качестве примера
показана коробка скоростей на 12
вариантов встроенная в
шпиндельную бабку. Уравнение
кинематического баланса этого
Для размещения всех передач кроме
ременной связывающей
электродвигатель с входным валом
бабки использована одна корпусная
деталь что позволяет проще
обеспечить надлежащую координацию
валов упростить систему смазки
сконцентрировать органы управления
приводом и т.д. В ряде случаев не применяют ременную передачу а двигатель
монтируют на бабке что делает привод ещё более компактным но опасность
появления (или усиления) вибраций шпинделя возрастает.
На рис. 2.11аб показаны разделённые приводы на 12 и 18 вариантов
состоящие из двух узлов – коробки скоростей и шпиндельной бабки с
перебором механизмы которых связаны ременной передачей. Уравнения
кинематического баланса этих приводов будут соответственно:
Кроме недостатков связанных с наличием двух силовых узлов вместо
одного такие приводы имеют достоинства: узел находящийся в рабочей зоне
станка (шпиндельная бабка) является весьма компактным колебания
возникающие в коробке скоростей не передаются шпинделю и т.д.
Рис. 2.11. Разделённые приводы с
переборами: Рис. 2.12. Возможные решения
а – одинарным; б – двойным автоматических коробок скоростей: а –
вариант привода с регулируемым
Рис. 2.13. Варианты решений приводов электродвигателем; б – вариант привода
с уменьшенными осевыми габаритами: а с нерегулируемым электродвигателем
– привод с расположенными одна против
другой группами передач и
дополнительной одиночной передачей; б
– привод со "связанной" шестерней
2.10.2В станках с ЧПУ где требуется изменять скорости
автоматически могут применяться автоматические коробки скоростей (АКС).
В комплексе с регулируемым электродвигателем обычно применяются АКС на
малое число вариантов (2-4). Уравнение кинематического баланса для привода
бесступенчатого регулирования по рис. 2.12а будет:
Для приводов со ступенчатым регулированием применяются АКС на большее
число ступеней иногда в сочетании с переборами. Электродвигатель –
нерегулируемый. Для варианта такой АКС по рис. 2.12б уравнение
кинематического баланса будет:
Переключение передач в АКС может осуществляться электромагнитными
муфтами (см. рис. 2.12) с помощью гидропривода и другими способами.
2.10.3При разработке структуры и компоновки привода и оформлении
шпиндельных узлов учитывают следующее:
- если привод составляется из групп с разными числами вариантов (2 3
) ближе к начальному звену цепи располагают группы на большее число
- если коробка скоростей должна иметь уменьшенные осевые габариты то
можно группы передач устанавливать одна против другой; для обеспечения
этого между ними вводится одиночная передача (рис. 2.13а); возможно также
использование "связанных" шестерен (см. рис. 2.12б – шестерня 4 и рис.
- обычно шпиндель с предыдущим валом не связывают группой более чем на
две скорости а лучшее решение – установить одиночную замедляющую передачу;
- шпиндельное колесо обычно располагают у передней опоры шпинделя;
- при двух колесах на шпинделе ближе к передней опоре располагают
2.11Ручное управление станками
2.11.1Ручное управление циклом работы станка осуществляется
рабочим при помощи рукояток штурвалов маховичков кнопок и т.п. органов
управления. Системы ручного управления можно разделить на механические
гидрофицированные и электрифицированные. В механических системах управления
ручное перемещение органов управления (рукояток маховичков) через
передаточные механизмы передается объектам управления (муфтам передвижным
блокам зубчатых колес зажимам и т.п.). В гидрофицированных системах
вручную переключаются гидрораспределители управляющие перемещением
гидродвигателей воздействующих на объекты управления. Электрифицированное
управление сводится обычно к воздействию на кнопки включающие или
отключающие через различные электрические аппараты те или иные
электродвигатели приводов станка электромагнитные муфты и т.п.
2.11.2При проектировании органов ручного управления учитывают
требования эргономики – науки о взаимодействии человека с машиной.
Основные требования к органам управления следующие:
а) все часто используемые рукоятки необходимо располагать в зоне
удобной для обслуживания. Для этого следует представлять пространство
которое может обслужить рабочий только за счёт рук не наклоняя свои плечи
и корпус. В зоне близко расположенной к рабочему целесообразно
устанавливать органы манипулирование которыми требует больших усилий.
Учитывая физиологические различия правой и левой руки следует располагать
органы управления для точных перемещений так чтобы рабочему было удобно
управлять ими правой рукой;
б) если при работе станка рабочему приходится перемещаться из-за
необходимости наблюдения за обработкой органы управления целесообразно
располагать на передвижном пульте управления; таковым может являться
подвесной пульт (кнопочная станция или пост) который помещается на
поворотном кронштейне и легко занимает положение удобное для рабочего.
Если органы управления установлены на перемещающемся при работе станка узле
и могут занимать неудобное для рабочего положение то следует дублировать
важнейшие органы управления и органы для аварийной остановки станка;
в) силы на рукоятках управления не должны превышать:
[pic] 30-80 Н при редком использовании рукояток и 20-30 Н
Рис. 2.14. Обеспечение – при частом 10 Н – на маховичках и рукоятках
мнемоничности устанавливаемых с большой точностью. Важными
управления факторами удобства и лёгкости управления являются
перемещениями рабочих размеры форма и расположение той части органа
органов управления за которую рабочий берётся рукой;
г) общее количество органов управления следует
уменьшать но при этом число позиций у каждого
органа управления не должно быть более 8-10;
д) должна обеспечиваться безопасность работы на
станках. Безопасность работы достигается в первую
очередь конструкторскими мероприятиями: применением
ограждений хорошим освещением рабочей зоны
максимальной механизацией созданием условий
удобного управления механизмами станка. Для этого
органы управления должны быть сконцентрированы и
расположены в удобных зонах. Рукоятки и маховички не
должны вращаться во время работы станка
электрические кнопки кроме кнопки "Стоп" должны быть
е) для предупреждения аварий которые могут быть
вызваны ошибками рабочего и недоработками в системе
управления следует:
- фиксировать органы управления в каждом из
занимаемых ими положений;
- блокировать механизмы управления т.е. создавать
такие связи между цепями управления которые
например делали бы невозможным
одновременное включение двух несовместимых движений или в других случаях
не допускали бы включения одного движения при не включенном другом;
- ставить ограничители пути установочных движений;
- использовать сигнальные устройства;
ж) следует выполнять правило мнемоничности управления требующее
соответствия направления и характера перемещения органа управления
направлению и характеру перемещения объекта управления. В качестве примеров
можно рассмотреть некоторые случаи (рис. 2.14): направление перемещения
узла должно совпадать с направлением поворота рукоятки включающей это
движение; если орган управления поворачивается в плоскости
перпендикулярной перемещению управляемой части станка то при вращении
этого органа по часовой стрелке перемещаемая часть станка должна удаляться
2.11.2Для ручного управления переключением скоростей и подач
станка могут применяться многорукояточные (многорычажные) и однорукояточные
(однорычажные) системы управления.
В первом случае цепи управления деталями одного и того же узла
являются независимыми друг от друга т.е. для управления каждым
перемещаемым элементом предусмотрен свой орган управления – рукоятка
педаль штурвал. Такие системы целесообразны в станках с небольшим числом
переключаемых элементов и сравнительно редкими переключениями.
В случае однорукояточного управления при помощи одной рукоятки
производится перемещение нескольких или всех переключаемых элементов.
При многорукояточном управлении перемещение подвижных блоков шестерен
привода производится механизмами:
- с переводными рычагами (рис. 2.15а)
- с ползунами приводимыми реечными парами или иными способами (рис.
Формы рукояток не зависят от вида механизма управления. Два из ряда
возможных вариантов рукояток представлены на рис. 2.15ав.
Для захвата блоков на переводные рычаги устанавливаются поворотные
вилки (рис. 2.15г) или камни (рис. 2.15гд).
После переключений положения блоков должны фиксироваться. Фиксирующие
устройства могут размещаться в самих блоках или ползунах (например
подпружиненные шарики или сухари - рис. 2.15е) либо в рукоятках
(подпружиненные шарики штифты сухари).
При недопустимости одновременного включения двух передач например в
группе на 4 скорости (см. рис. 2.2ж) или в группе на 3 скорости при
разделённом блоке (см. рис. 2.2д) должны предусматриваться блокировочные
устройства. Некоторые варианты их показаны на рис. 2.15ж.
При однорукояточном управлении могут применяться различные системы и в
- с плоскими или цилиндрическими (рис. 2.15з) кулачками – для
последовательного переключения скоростей;
- с дисками переключения (рис. 2.15и) – для избирательного
(селективного) переключения скоростей. Системы избирательного переключения
позволяют перейти от одной скорости к любой другой минуя все промежуточные
варианты что сокращает время переключения.
Ещё большее сокращение времени на переключение достигается при
применении систем управления с предварительным набором или выбором скорости
(преселективных систем). В таких системах большая часть манипуляций
необходимых для переключения производится во время работы станка без
изменения установленного для данной операции режима работы. После окончания
этой операции скорость быстро переключается одним движением рукоятки или
В крупных и уникальных станках в станках обрабатывающих токсичные и
т.п. материалы применяются системы дистанционного управления позволяющие
оператору производить большую часть необходимых операций управления
оставаясь на значительном расстоянии от управляемых узлов станка.
3Шпиндели и шпиндельные узлы
Шпиндель является конечным звеном привода главного движения и
предназначен для крепления инструмента или заготовки.
Шпиндельный узел в целом (шпиндель его опоры элементы кинематической
цепи смонтированные на нём) предназначен для осуществления точного
вращения инструмента или обрабатываемой заготовки. Шпиндельный узел –
ответственейшая часть станка и качество элементов этого узла и его сборки
оказывает существенное часто лимитирующее влияние на точность
производительность и надёжность всего станка.
Шпиндельные узлы станков должны обеспечивать: быстрое и точное
закрепление инструмента или обрабатываемой детали в шпинделе; передачу на
инструмент или заготовку требуемых режимов резания; точность вращения
шпинделя; необходимые быстроходность жёсткость и долговечность; высокие
динамические качества; минимальные тепловыделения и температурные
деформации. Рассмотрим подробнее некоторые из этих качеств и критериев.
Рис. 2.15. Управление передвижными блоками шестерен:
аб в – варианты решений при многорукояточном управлении: 1 –
передвижной зубчатый блок; 2 и 3 – переводные камень и рычаг; 4 – ось; 5 –
ступица; 6 – стержень; 7 и 12 – ручки; 8 – ползун с рейкой и вилкой; 9
– направляющая скалка; 10 – зубчатый сектор; 11 – рукоятка; г – схемы
захвата блока с помощью переводных вилки и камня; д – формы переводных
камней и канавок под них на блоках; е – варианты фиксирующих устройств; ж
– варианты блокирующих устройств; з – вариант решения механизма
однорукояточного управления с кулачком для последовательного
переключения скоростей; и – вариант решения механизма однорукояточного
управления для избирательного (селективного) управления: 1 – диск
– штанги с рейками; 3 – реечные шестерни; 4 – переводные рычаги
Точность вращения шпинделя оценивается по величине радиального и
осевого биения его переднего конца. Предельные значения этих параметров для
универсальных станков конкретных классов точности устанавливаются ГОСТами;
для специальных станков они определяются в зависимости от требуемой
[pic] – допуск на лимитирующий размер готового изделия.
Для обеспечения требуемой точности вращения выбирают подшипники
примерно в три раза точнее чем допустимое биение шпинделя.
Быстроходность оценивается показателем b=n·d мммин где d – диаметр
шейки шпинделя под передний подшипник а n – частота вращения шпинделя. Для
опор разных типов принимаются следующие максимальные значения показателей
- опоры на подшипниках качения: (2-25)·106;
- гидростатические опоры: (15-18)·106 (ограничено потерями
- аэростатические опоры: (25-3)·106 (ограничено риском потери
Учитывая указанное а также то что подшипники качения имеют меньшую
стоимость при централизованном изготовлении и просты в эксплуатации
подавляющее число станков изготавливают со шпиндельными узлами на
подшипниках качения. Следует иметь в виду что установка каждого
дополнительного подшипника значительно снижает быстроходность.
Автоматическое регулирование натяга в подшипниках использование
совершенной системы смазывания позволяет повысить быстроходность
жёсткость (статическая жёсткость) шпиндельного узла радиальная и
осевая определяется по деформации шпинделя под нагрузкой:
где Р – сила приложенная на переднем конце шпинделя Н;
у – прогиб переднего конца шпинделя в совокупности с деформацией
Допустимую величину прогиба и жёсткость часто увязывают с требованиями
к точности обработки:
Деформация шпиндельных узлов в общем балансе упругих перемещений
станков доходит до 50% а в некоторых типах до 85%.
Жёсткость шпинделя на участке между опорами исходя из нормальной
работы подшипников не должна быть менее 250-500 Нмкм (бльшие значения –
для прецизионных станков). Для этого диаметр шпинделя должен быть не
меньше чем [pic] где l – расстояние между опорами шпинделя.
Иногда в станках нормального класса точности приведённой величиной
ограничивают жёсткость переднего конца шпинделя.
Долговечность шпиндельного узла зависит в основном от долговечности
опор шпинделя которая в свою очередь зависит от эффективности системы
смазки и качества уплотнений частоты вращения величины предварительного
натяга в подшипниках качения и т.д. Если диаметр шейки шпинделя под
подшипник выбран по критерию жёсткости то размер подшипника может
считаться оптимальным и его долговечность при нормальных условиях
эксплуатации допустимо предполагать до 12000-20000 ч. При применении
бесконтактных опор (гидростатических гидродинамических аэростатических)
долговечность теоретически считают неограниченной.
В металлорежущих станках часто возникают вибрации которые
отрицательно сказываются на точности и чистоте обработки стойкости
инструмента и производительности станка. Виброустойчивость станка на 40-
% зависит от динамических качеств (виброустойчивости) шпиндельного узла.
Виброустойчивость узла определяется амплитудой колебаний переднего конца
шпинделя и частотой собственных колебаний. Причинами вынужденных колебаний
способных привести к возникновению вибраций и резонансных явлений могут
быть дисбаланс находящихся на шпинделе деталей; работа зубчатой передачи
если посредством таковой передаётся вращение шпинделю; прерывистый характер
резания и пр. Чем выше собственная частота шпинделя (не менее 500-600 Гц) и
меньше резонансная амплитуда тем лучшими потенциальными возможностями
обладает шпиндельный узел.
Тепловыделения и температурные деформации шпиндельного узла влияют и
на точность обработки и на работоспособность опор. Тепловыделения
регламентируются допустимым нагревом подшипников. Норма нагревания
установлена только для станков класса Н (допустимый нагрев наружного кольца
подшипника составляет 70°С) для станков других классов имеются лишь
некоторые рекомендации (например нагрев наружного кольца подшипника в
станках класса С не должен превышать 28-30°С).
Конструкция шпиндельного узла зависит с одной стороны от типа и
размеров станка класса его точности максимальной частоты вращения
шпинделя мощности привода а с другой – от взглядов разработчика
(конструктора). В частности конфигурация шпинделя является оригинальной и
определяется конструктором. Однако для крепления инструмента или заготовки
применяют стандартные приспособления в связи с чем передние концы
шпинделей для большинства типов станков стандартизованы.
Также обстоит дело и с конфигурацией шпиндельного отверстия если
таковое должно иметься в шпинделе. К примеру шпиндели универсальных
токарных станков имеют сквозное отверстие назначение которого – позволить
выбить из шпинделя центр с помощью какого-либо стержня а также если на
станке возможна обработка пруткового материала – пропустить свободную
часть прутка. Для установки центра передняя часть отверстия выполнялась в
своё время конической но в современных токарных станках она является
цилиндрической с диаметром большим чем диаметр остальной части отверстия.
При необходимости использования центра он устанавливается через переходную
втулку. Для установки инструмента на сверлильных и расточных станках в
шпинделях выполняется глухое коническое отверстие. С помощью этих отверстий
обеспечивается совмещение осей шпинделя и инструмента т.е. центрирование.
Параметры конусов отверстий и хвостовиков инструментов и
приспособлений стандартизованы при этом для токарных сверлильных и
расточных станков применяются обычно т.н. конуса Морзе (для меньших
диаметров) и метрические (для больших) имеющие конусность примерно 1:20 и
являющиеся самотормозящими для фрезерных – конуса с конусностью 7:24.
В шпинделях фрезерных станков отверстие является сквозным через него
пропускается специальный болт ("шомпол") для закрепления инструмента в
шпинделе. Для передачи крутящего момента фрезе на фланце переднего конца
шпинделя выполняется диаметральный паз в котором закрепляются торцевые
Для установки и центрирования шлифовального круга на переднем конце
шпинделя выполняется наружный конус с конусностью 1:3 передача крутящего
момента обеспечивается сегментной шпонкой а закрепление круга на шпинделе
осуществляется с помощью гайки наворачиваемой на резьбовой выступ шпинделя
(или винта вворачиваемого в резьбовое отверстие на торце шпинделя).
Конфигурация внутренних поверхностей шпинделей станков с ЧПУ и
прутковых станков определяется конструкцией зажимного устройства
встраиваемого в шпиндель.
Главные размеры шпиндельного узла (диаметр шейки шпинделя под передней
опорой и расстояние между опорами) выбирают из расчёта шпинделя на
жёсткость. Величину вылета шпинделя определяют по стандартным размерам его
переднего конца и размерам уплотнений.
Тип приводного элемента зависит в первую очередь от частоты вращения
шпинделя величины передаваемой силы требований к плавности вращения а
также от общей компоновки привода. Зубчатые передачи наиболее просты и
компактны передают большие крутящие моменты однако из-за погрешностей и
передачи возмущений на шпиндель (работа зубчатых передач сопровождается
скольжением по рабочим поверхностям и ударами) их обычно не применяют в
прецизионных станках а также при высоких частотах вращения. Предел по
окружной скорости для непосредственно зубчатых передач составляет 30 мс.
При применении ременной передачи конструкция усложняется увеличиваются её
размеры особенно если шкив устанавливают на самостоятельные опоры для
разгрузки шпинделя. Однако при этом существенно повышается плавность
вращения уменьшаются динамические нагрузки в приводе станков с прерывистым
характером процесса резания. Ременные передачи применяются при окружных
скоростях ремня до 100 мс. Приводные шестерни и шкивы должны иметь посадки
без зазора (предпочтительно на конические поверхности) и быть расположены
ближе к опорам. Шпиндель может быть соединён с последним валом коробки
скоростей муфтой. При этом исключается изгибная деформация шпинделя от
приводного элемента.
Для привода скоростных шпинделей например шлифовальных станков часто
применяют высокочастотные асинхронные электрошпиндели с короткозамкнутым
ротором несущие шлифовальный круг. В станках с исключительно высокими
требованиями к шероховатости обработки для полного исключения передачи
возмущений на шпиндель применяют инерционный привод когда после разгона
шпиндель с маховиком отключают от привода и обработку проводят при его
В шпиндельных узлах станков применяются опоры качения и опоры
В качестве опор качения используются подшипники с двумя рядами
цилиндрических роликов с коническими роликами шариковые и др. Для
обеспечения высокой грузоподъёмности точности вращения повышенной
жёсткости и минимального выделения теплоты применяют подшипники качения
специальных конструкций. в кольцах подшипников могут предусматриваться
отверстия и канавки через которые смазочный материал подаётся
непосредственно на дорожки качения что увеличивает быстроходность опор и
повышает надёжность их работы.
При проектировании шпиндельных узлов обычно применяют хорошо себя
зарекомендовавшие в практике конструктивные схемы. В этой связи они стали
типовыми и приводятся в справочных и учебных изданиях. Их отличительной
особенностью является то что осевая нагрузка воспринимается передней
опорой задняя опора при этом плавающая т.е. не закреплена в осевом
направлении. Это повышает радиальную жёсткость узла уменьшает тепловые
деформации переднего конца шпинделя.
Посадки подшипников качения оказывают большое влияние на точность
вращения шпинделя и другие критерии работоспособности так как они
сказываются на величине и постоянстве предварительного натяга в
подшипниках. Внутренние вращающиеся кольца подшипников следует
устанавливать с небольшим натягом (–2 –4 мкм); наружные не вращающиеся
кольца – с натягом в низкоскоростных шпиндельных узлах и с небольшим
зазором в высокоскоростных.
Опоры скольжения применяют в шпиндельных узлах тех станков где
подшипники качения не могут обеспечить требуемой точности и долговечности
работы. В качестве таких опор используют в зависимости от свойств
гидродинамические и гидростатические подшипники а также подшипники с
Методы смазывания во многом определяют надёжность работы шпиндельного
узла. Для подшипников качения применяют жидкий либо твёрдый (пластичный)
смазочный материал. Следует чётко представлять что вред приносит не только
недостаток смазки (при этом появляется скольжение и износ тел качения) но
и её избыток (увеличивается нагрев из-за интенсивного её перемешивания и
расход мощности). Отмеченное однако относится не только к шпиндельным
Самым простым методом смазывания при горизонтальном расположении валов
привода является смазывание разбрызгиванием производимым одной из
постоянно и быстро вращающихся шестерён привода. При этом методе масло
подаётся в подшипники либо непосредственно либо через специальный сборник.
Следует учитывать что в этом случае к подшипникам поступает масло
загрязнённое продуктами изнашивания шестерён коробки.
Циркуляционное (проточное) смазывание обеспечивает необходимый по
условиям теплоотвода расход масла через подшипник и охлаждает его. В
большинстве случаев система циркуляционного смазывания является общей для
шпинделя и всей коробки скоростей раздельные системы смазывания применяют
для высокоскоростных шпиндельных узлов.
При капельном методе подшипники смазываются независимо от других
элементов что позволяет гарантировать снижение тепловыделения. В
подшипники подаётся ограниченное количество масла (от 1 до 100 г за 1 час).
При таком методе необходимо предотвращать попадание в подшипники смазки из
Смазывание масляным туманом применяют в высокоскоростных узлах. Для
получения масляного тумана пропускают сжатый воздух через специальные
маслораспылители. При прохождении воздуха с распылённым в нём маслом через
подшипник осуществляется не только постоянное и равномерное смазывание но
и интенсивное его охлаждение. Избыточное давление воздуха в подшипнике
препятствует попаданию в него внешних загрязнений.
Смазку впрыскиванием при строгом дозировании смазочного материала
применяют для шпиндельных узлов работающих в особо напряжённых условиях. В
этом случае масло под давлением с помощью специальных дозаторов
периодически впрыскивают через сопла непосредственно в зазор между
сепаратором и кольцом подшипника. Тем самым преодолевается воздушный
барьер создаваемый подшипником при высоких частотах вращения.
Пластичные смазочные материалы применяют в шпиндельных узлах при
относительно низких частотах вращения особенно они удобны для шпиндельных
узлов работающих в вертикальном или наклонном положении.
Уплотнения шпиндельных узлов служат для защиты подшипников шпинделя от
проникновения в них грязи пыли и охлаждающей жидкости а также
препятствуют вытеканию смазочного материала из подшипника. В шпиндельных
узлах чаще всего применяют различные бесконтактные лабиринтные уплотнения
для уменьшения тепловыделений в узле и исключения изнашивания уплотнений.
Для надёжной их работы необходимо чтобы радиальные зазоры в них были не
более 02-03 мм. В уплотнениях размещают полости и каналы для отвода
смазочного материала от подшипников. В шпиндельных узлах работающих в
тяжёлых (по загрязнению) условиях лабиринт заполняют твёрдым смазочным
материалом а при жидком смазочном материале иногда применяют продувку
воздуха через уплотнение.
Материалы шпинделей и термообработка. Для шпинделей станков нормальной
точности применяют конструкционные стали 45 50 40Х с поверхностной
закалкой (обычно закалка с нагревом токами высокой частоты) до твёрдости
HRC 48-56. Шпиндели сложной формы изготавливают из сталей 50Х 40ХГР и
применяют объёмную закалку до HRC 56-60. Для прецизионных станков в
условиях жидкостной смазки применяют низкоуглеродистые стали 20Х 18ХГТ
ХН3А с цементацией и закалкой до твёрдости HRC 56-60. Для
слабонагруженных шпинделей высокоточных станков с целью уменьшения
внутренних деформаций применяют азотируемые стали 38Х2МЮА 38ХВФЮА с
закалкой до твёрдости HRC 63-68. Для изготовления полых шпинделей большого
диаметра иногда применяют серый чугун СЧ 20.
Кинематическая структура станков.
кинематический расчёт и настройка приводов
5Основные технические характеристики станков. Выбор кинематических
К основным техническим характеристикам станков относятся:
- кинематические характеристики – обеспечиваемые станком скорости
- силовые характеристики – обеспечиваемые станком усилия и мощность
- размеры и масса станка.
Остановимся подробнее на кинематических характеристиках.
Скорости рабочих движений определяются по рекомендуемым режимам
резания для обработки конкретной детали (в случае специальных станков) или
типовых деталей (в случае универсальных станков). На основе анализа
вариантов технологических процессов производится выбор предельных скоростей
резания (vmin vmax) и подач (Smin Smax).
Так для универсальных станков значения vmin и Smin могут выбираться
из режимов обработки легированных сталей и твёрдых чугунов а vmax и Smax -
мягких сталей твёрдосплавным и т.п. инструментом при малых сечениях
Отношения vmaxvmin=Дv и SmaxSmin=ДS называют диапазонами
регулирования скорости резания и подачи соответственно.
При выборе пределов скоростей резания и подач учитывают также данные
анализа характеристик аналогичных станков отечественных и зарубежных фирм и
статистические данные об использовании станков в реальных производственных
Предельные значения диаметров обрабатываемых заготовок или применяемых
режущих инструментов Dmin и Dmax для проектируемого универсального станка
обычно устанавливают на основании анализа характеристик существующих
станков того же типоразмера.
Однако в практике эксплуатации станков общего назначения относительно
редко встречается обработка заготовок или применение инструментов с
предельными диаметрами. Учитывая это рассматривают диапазон расчётных
предельных диаметров dmin и dmax сокращённых по сравнению с Dmin и Dmax:
Максимальный расчётный диаметр принимают:
- для токарных и сверлильных станков – dmax=(075 1)Dmax [pic]
- для фрезерных станков – [pic] где В – ширина стола станка.
Минимальный расчётный диаметр для этих же групп станков –
Предельные значения частот вращения шпинделя можно определить по
где Д (Дn) - диапазон регулирования частот вращения шпинделя.
Предельные значения частот вращения шпинделя могут быть установлены на
основании результатов статистического обследования станков аналогичных
проектируемому в реальных производственных условиях.
6Регулирование частот вращения шпинделя
[pic] Регулирование частот вращения в диапазоне Д может
Рис. У.7. быть плавным и ступенчатым. При ступенчатом
Графическая регулировании в пределах от nmin до nmax возможно
интерпретация получение z вариантов частот вращения:
зависимости [pic] [pic]
Поскольку зависимость v от d при некотором n прямо
пропорциональна ([pic]) какая-либо частота вращения
в прямоугольных координатах v-d представляется лучом
– прямой линией выходящей из центра координат.
График в этих координатах с совокупностью лучей
представляющих частоты вращения (рис. У.7) иногда
называют лучевой диаграммой.
Если к примеру на станке коробка скоростей
которого обеспечивает получение на шпинделе
некоторого ряда частот вращения и в том числе
частот nj и nj+1 (см. рис. У.7) требуется
обрабатывать со скоростью v' деталь диаметра dk то
необходимо установить частоту nj если – dm то nj+1.
При необходимости обработки детали диаметра d' скорость v' обеспечить
нельзя а можно лишь vj либо vj+1. Последнее не рекомендуется т.к. это
связано с уменьшением стойкости инструмента.
Величина [pic] называемая относительным перепадом скоростей будет
характеризовать предел возможной потери скорости за счёт ступенчатого
К примеру v=20% означает что при обработке различных деталей в
зависимости от их размеров скорость резания может устанавливаться с
различной степенью точности по отношению к рекомендуемой но это отклонение
не будет превосходить 20%.
В станкостроении для распределения в заданных пределах промежуточных
значений частот вращения и двойных ходов в единицу времени при ступенчатом
регулировании применяют геометрические ряды для распределения подач –
геометрические и в некоторых случаях арифметические ряды.
7Геометрический ряд частот вращения
Ряд частот вращения содержащий z значений частот может быть построен
Очевидно [pic] где [pic].
Прологарифмируем последнее выражение:
В выражениях [pic]– знаменатель геометрической прогрессии называемый
Очевидно: [pic] и для конкретного значения φ v=сonst т.е. в
геометрическом ряде обеспечивается постоянный перепад скоростей. Лучевая
диаграмма для него показана на рис. У.8.
Запишем в качестве примера ряд в котором
n1=10 z=8 [pic]=2 и сравним первую по [pic]
порядку половину чисел со второй: Рис. У.8. Лучевая диаграмма
– 20 – 40 – 80 – – 160 – 320 – 640 – 1280; для геометрического ряда
в этом ряду: 10160= 20320= 40640= 801280 частот вращения
Как видно геометрический ряд позволяет
получать кратные частоты вращения. Это даёт
возможность строить сложные коробки скоростей
из нескольких элементарных двухваловых
групповых передач размещаемых последовательно.
Впервые целесообразность применения
геометрического ряда для приводов станков была
обоснована русским академиком А.В.Гадолиным в
Геометрические ряды применяются также в общей стандартизации
8Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел.
Стандартные значения знаменателей геометрических рядов
Значения чисел и знаменателей геометрических рядов устанавливаются
Точные значения знаменателей геометрических рядов определяются по
формуле [p 10; 20; 40; 80; 160 – число членов прогрессии в
одном десятичном интервале (например в интервале от 1 до 10 исключая
последнее число). Буква R с этими же числами используется для обозначений
рядов: R5 – геометрический ряд с пятью членами в десятичном интервале R10
Точные значения знаменателей округляются до следующих величин
принимаемых в качестве стандартных значений знаменателей (табл. 3.1):
Обозначения основных и дополнительных геометрических рядов
и значения их знаменателей (по ГОСТ 8032-84)
Ряды Основные Дополнительные
R5 R10 R20 R40 R80 R160
[pic] 16 125 112 106 103 1015
Члены прогрессии расположенные в десятичном интервале от 1 до 10
составляют исходный геометрический ряд предпочтительных чисел.
Основными исходными рядами являются следующие (табл. 3.2):
Значения чисел исходных основных геометрических рядов
Как видно ряд со знаменателем равным по величине квадрату
предыдущего знаменателя получается если взять из предыдущего ряда числа
через одно начиная с единицы.
Дополнительные исходные ряды также начинаются с единицы и содержат 80
([pic]=103) и 160 ([pic]=1015) членов в том числе все числа основного
исходного ряда со знаменателем [pic]=106.
Остальные числа рядов получаются умножением или делением чисел
исходных рядов на 10 100 1000 .
Итак из геометрического ряда предпочтительных чисел с меньшим
знаменателем можно получить другие ряды с бльшими знаменателями. Все ряды
основные и дополнительные включают члены [pic] где а – любые числа
начиная с 0. Это относится к бесконечным рядам.
На практике обычно используются ряды ограниченные с одной а чаще – с
обеих сторон например ряды диаметров шкивов давлений частот вращения
шпинделей станков типоразмеров станков и т.д. При ограничении рядов с
одной или обеих сторон их обозначения выполняются по типу: R10(315 ) –
ряд ограничен слева числом 315 т.е. это число является меньшим числом
ряда не ограниченного в сторону бльших значений; R20( 450);
Можно применять т.н. выборочные ряды которые могут не содержать
чисел кратных 10 или иметь иные знаменатели.
Для получения выборочных рядов предпочтительных чисел отбирают каждый
3 4 n член основного или дополнительного ряда начиная с
Обозначения выборочных рядов выполняются по типу: R52(1 1600) –
ряд составлен из каждого второго члена ряда R5 и ограничен числами 1 и
00; R103( 80 ) – ряд составлен из каждого третьего члена ряда R10
и включает число 80; R204(112 ); R405( 600) и т.д.
ГОСТ выделяет шесть предпочтительных рядов (табл. 3.3) из множества
возможных выборочных. Это не означает что при необходимости нельзя
использовать иные выборочные ряды.
Обозначения предпочтительных геометрических рядов
из возможных выборочных и значения их знаменателей (по ГОСТ 8032-84)
Ряды R53 R52 R103 R203 R403 R803
[pic] 4 25 2 14 118 109
Некоторые из свойств рядов предпочтительных чисел следующие:
- основные и дополнительные ряды содержат все целые степени 10;
- ряд R40 включает числа 750 1500 3000 – синхронные частоты вращения
валов электродвигателей;
- в рядах начиная с R10 находится число 315(( т.е. длины
окружностей и площади кругов примерно равны предпочтительным числам если
диаметры – предпочтительные числа;
- члены ряда R10 удваиваются через каждые 3 числа R20 – через 6 и
Нормалью станкостроения Н11-1 и предшествующим изданием ГОСТ
устанавливались значения знаменателей геометрических рядов от 106 до 2
(табл. 3.4) при которых относительный перепад скоростей v (см. п. 3.6)
находится в пределах от 5 до 50 %. Эти пределы обуславливались тем что при
[pic]106 практически имеет место бесступенчатое регулирование а при
[pic]>2 регулирование становится слишком грубым.
Значения знаменателей геометрических рядов (по нормали станкостроения Н11-
[pic] 106 112 126 141 158 178 2
Следует заметить что наиболее применимые значения [pic]
устанавливаемые нормалью (126; 1 41; 158) являются более точными нежели
их аналоги из действующего ГОСТ (125; 14; 16). Поэтому далее они будут
Для удобства расчёта и проектирования приводов в табл. 3.5 и 3.6
соответственно приведены значения знаменателей рядов в различных степенях и
некоторые ряды предпочтительных чисел.
Взаимосвязи значений знаменателей геометрических рядов
а 15 2 3 4 6 8 10 12
6а 109 112 118 126 141 158 178 2
2а 118 126 141 158 2 25 4
Значения чисел некоторых геометрических рядов в пределах 1- 9500
Последнее выражение называют структурной формулой привода.
Структурная формула показывает:
- какое количество частот вращения обеспечивается приводом;
- сколько групп передач в нём;
- число передач в каждой группе;
- расположение каждой группы передач в приводе.
Примечание. количество групп передач при данном z как и порядок
расположения их может быть различным. К примеру если не задаваться
кинематической схемой то структуру привода можно принять: 12=4·3; 12=
·2·2; 12= 2·3·2 и т.д.
9.1.2Порядок переключения групп передач
Для получения последовательно возрастающего геометрического ряда
частот вращения шпинделя в пределах nmin-nmax групповые передачи должны
переключаться в определённом порядке.
Группу передач переключаемую в первую очередь называют основной во
вторую – первой множительной (умножающей переборной) в третью – второй
множительной и т.д. если групп больше чем три.
В качестве основной как и любой множительной можно запроектировать
любую группу передач независимо от её расположения в приводе и не меняя
Если обозначить через рo основную группу рI – I множительную рII –
II множительную то в рассматриваемом случае возможны следующие варианты:
гр."а" гр."б" гр."в"
Очевидно что число вариантов переключений равно числу перестановок
9.1.3Взаимосвязь передаточных отношений в группах передач привода
Примем для привода по рис. 2.10 порядок переключения групп [pic] и
составим для этого случая план соединения шестерен. В рассматриваемой схеме
будем считать что [pic] и это в нижеследующие записи не введём для их
[pic] [pic] [pic] [pic]
здесь I1 I2 I3 – полные передаточные отношения привода;
[pic] – передаточные отношения в I множительной группе и т.д.
где φ – знаменатель геометрического ряда частот вращения шпинделя то
- в основной группе будет обеспечиваться:
т.е. передаточные отношения в основной группе составляют
геометрический ряд со знаменателем равным знаменателю ряда частот вращения
выходного вала привода φ;
- в I множительной группе: [pic]
здесь имеется геометрический ряд со знаменателем [pic]
- во II множительной группе: [pic]
В общем случае при числе передач в группе р:
т.е. передаточные отношения в каждой группе передач образуют
геометрический ряд со знаменателем [pic] где x назовём его
характеристикой группы передач равен:
- для основной группы
- для I множительной
- для II множительной xII = pо·pI = xI· pI .
В общем случае для j-той множительной группы – [pic]
Для последней (k-той) множительной группы – [pic] Умножив правую
часть последнего выражения на единицу в виде pkpk получим:
т.е. характеристику последней множительной группы можно определить зная
число передач в ней и число вариантов скоростей обеспечиваемых на
9.1.4Развёрнутые структурные формулы
Выбранные структуру и порядок переключения групп передач для получения
последовательно возрастающего геометрического ряда можно записать с помощью
развернутой структурной формулы. Её общий вид следующий:
Для рассматриваемого случая и выбранного порядка переключения групп
Из этой формулы можно заключить что
- привод имеет 12 вариантов;
- привод имеет 3 группы передач: рa = 3; рб = 2; рв = 2;
- групповые передачи расположены на 4 валах;
- порядок переключения групп передач следующий:
ра – основная; в ней ха=1 и знаменатель ряда передаточных отношений равен
рб – I множительная; в ней хб=3 и знаменатель [p
рв – II множительная; в ней хв=6 и знаменатель [pic].
Все развернутые структурные формулы для случая z=12=3·2·2 (см. пп.
а) 12=3(1) ·2(3) в) 12=3(2) ·2(1) д) 12=3(4) ·2(1)
·2(6); ·2(6); ·2(2);
б) 12=3(1) ·2(6) г) 12=3(2) ·2(6) е) 12=3(4) ·2(2)
·2(3); ·2(1); ·2(1).
9.1.5Предельные величины передаточных отношений в группах передач
Практикой станкостроения установлены следующие предельные значения
передаточных отношений для любой группы передач:
прямозубых: [pic] или [pic] косозубых: [pic]
9.1.6Диапазоны регулирования привода и отдельных групп передач
Диапазон регулирования частот вращения выходного вала привода
Т.к. наибольшее imax и наименьшее imin передаточные отношения привода
imax = iпост·ia.max·iб.max· ·ij.max· imin =
iпост·ia.min·iб.min· ·ij.min· то
где Да Дб Дj – диапазоны регулирования групповых передач.
Если в j-той группе с числом передач рj передаточные отношения равны:
; iрj=ij.max то Дj=ipj i1.
Поскольку согласно представленному в пп. 3.9.1.3
По последнему выражению и развернутой структурной формуле можно
определить диапазон регулирования любой группы передач.
Например в структуре [pic] обеспечиваются диапазоны регулирования:
Диапазон регулирования частот вращения (передаточных отношений) в
любой группе передач при принятых предельных значениях передаточных
отношений (см. пп. 3.9.1.5) не может превосходить величины [pic].
Очевидно максимально допустимой величины диапазон может достигать в группе
с наибольшей характеристикой т.е. в последней (k-той) множительной:
Т.к. (см. пп. 3.9.1.3) [pic] то при [pic] [pic]
Возведем в квадрат последние две части выражения:
[pic] и разделив на [pic] получим [pic]
т.е. диапазон регулирования при рk = 2 ограничивается величиной 64[pic].
9.1.7Наибольшее допустимое структурой значение знаменателя ряда
В выражении (см. пп. 3.9.1.6) [pic] обозначим:
Из последнего можно заключить что при выбранных порядке переключения
групп передач и структуре привод можно осуществить не с любым значением
знаменателя[pic] а лишь с таким которое не превосходит некоторого
значения [pic] для данного случая.
Таким образом порядок переключения групп передач не является
безразличным для осуществления конструкции по данной кинематической схеме.
Решение последнего уравнения для ряда значений xmax приведено на рис.
9.2Графоаналитический метод определения передаточных отношений
Для определения передаточных отношений передач привода этим методом
предусматривается построение особых графиков: структурных сеток и диаграммы
частот вращения валов привода. Графики строятся на логарифмических шкалах
позволяющих значения геометрического ряда частот вращения располагать
равномерно с интервалами между соседними точками шкалы равными lg[pic].
В самом деле: имеем геометрический ряд n1 n2 n3 (или I1 I2
[pic] lg n3 – lg n2= lg[pic] и т.д.
9.2.1Построение структурных сеток
Структурные сетки строятся по развёрнутым структурным формулам для
наглядного изображения вариантов проектируемой коробки. Анализ структурных
сеток позволяет отбросить неудачные варианты привода.
Для построения структурных сеток проводят столько вертикальных линий
сколько валов в групповых передачах (если бы они располагались
последовательно без разрывов на одиночные передачи; в нашем случае 4 –
сколько групп передач плюс одна) и столько горизонтальных линий сколько
частот вращения обеспечивается приводом т.е z (z = 12).
На пересечениях горизонтальных линий с правой вертикальной отмечают z
точек а на левой вертикальной линии – одну посередине. Из этой точки
проводят столько лучей до второй вертикальной линии сколько передач в
первой по порядку расположения группе. Соседние лучи выходящие из одной
точки расходятся на столько горизонтальных интервалов какова
характеристика данной группы. Из каждой получившейся точки на втором "валу
(вертикальной линии) проводят столько лучей сколько передач во второй
Одиночные передачи на структурных сетках не изображаются.
Каждая структурная сетка строится симметрично относительно
горизонтали проходящей через точку на левом "валу". Структурная сетка в
этой связи показывает лишь относительные связи между передаточными
отношениями и по ней нельзя определить конкретные значения передаточных
отношений а также частоты вращения валов.
Структурные сетки для рассматриваемого примера и вариантов
переключения групп (см. пп. 3.9.1.4) представлены на рис. 3.1.
По структурной сетке можно определить:
- количество групп передач в приводе
- число передач в каждой группе
- конструктивное расположение групп в приводе
- порядок переключения групп передач
- диапазон регулирования каждой группы и всего привода (например для
Да=До =[p Дб=ДI =[p Дв=ДII =[p Д
- количество ступеней частот вращения каждого вала групповых передач.
9.2.2Анализ структурных сеток и выбор оптимального варианта
После построения структурных сеток производится анализ их на [pic]:
хmax равно числу интервалов на структурной сетке между двумя крайними
лучами последней множительной группы.
Для сеток а б в г (см. рис. 3.1а-г) где pk=2 и хmax =6
По этим сеткам могут быть осуществлены коробки скоростей с [pic]
т.е. 141; 126; 118; 112; .
При наибольшем допустимом знаменателе [pic]=141 Д=14111=45.
Для сеток д е (см. рис. 3.1де) где pk=3 и хmax=8 [pic]
Поскольку такого стандартного значения знаменателя нет то по этим сеткам
могут быть осуществлены коробки скоростей с [p 118;
При наибольшем возможном знаменателе [pic]=126 Д=12611=125.
Как видно больший диапазон регулирования может быть обеспечивается
При выборе варианта принимаемого за основу конструирования следует
учитывать что наивыгоднейшим вариантом переключения групп передач является
такой когда группа "a" – основная "б" – I множительная "в" – II
множительная и т.д. (при pa[pic] pб [pic] pв [pic] ).
Характеристики групп в этом случае будут
xa=1xбxв при структуре z = pa· pб · pв .
Рис. 3.1. Варианты структурных сеток для привода со структурой 12=322
и таблица для определения φmax (ж)
При таком решении обеспечивается наименьшая разница в величинах
максимальной и минимальной частот вращения каждого из промежуточных валов
привода что позволяет:
а) уменьшив максимальные частоты вращения промежуточных валов
уменьшить нагрузки в передачах износ возможность возникновения вибраций;
б) увеличив минимальные частоты вращения промежуточных валов
уменьшить размеры деталей передач привода.
9.2.3Построение диаграммы (графика картины) частот вращения валов
Диаграмма частот вращения (ДЧВ) строится для выяснения действительных
частот вращения валов коробки скоростей и действительных передаточных
отношений групповых и одиночных передач. В отличие от структурных сеток
ДЧВ в общем случае несимметрична. На ней лучи отклоняющиеся от
горизонтали вверх изображают ускоряющие передачи вниз - замедляющие.
передачи 1:1 изображаются горизонтальными линиями.
Передаточное отношение передачи выражается в виде [pic] или 1[pic]
где а – число интервалов между горизонталями перекрытых лучом
изображающим данную передачу.
ДЧВ строится на весь привод т.е. на групповые и одиночные передачи.
При этом должны быть известны частоты вращения первого (электродвигатель) и
последнего (шпиндель) валов:
Отношение nminnдв является минимальным передаточным отношением
привода. Выразим его через знаменатель геометрического ряда частот вращения
где m – число интервалов между nmin и nдв на ДЧВ или по ряду
предпочтительных чисел с принятым [pic] (см. табл. 3.6).
Число m может получиться целым или дробным. В последнем случае дробная
часть принимается приближенно в несколько десятых а погрешность от этого
приближения устраняется далее при подсчете передаточного отношения какой-
либо одиночной передачи.
Минимальное передаточное отношение Imin разбивают по групповым
передачам. Остаток Imin распределяют между одиночными передачами.
При разбивке учитывают граничные условия для передач:
зубчатых – [pic] ремённых – [pic].
Разбивку Imin стараются вести так чтобы было возможно меньше
После разбивки минимальное передаточное отношение представляется на
ДЧВ в виде так называемой линии редукции на которой в соответствии с
выбранной структурной сеткой достраиваются лучи изображающие остальные
Пример. Построить ДЧВ привода с кинематической схемой по рис. 2.10
структура которого 12=3(1)·2(3)·2(6) частоты вращения шпинделя должны
изменяться от nmin=335 обмин до nmax=1500 обмин частота вращения вала
электродвигателя nдв=1440 обмин.
а) Определяем знаменатель ряда частот вращения шпинделя: [pic]
б) Выписываем из таблиц рядов предпочтительных чисел (см. табл. 3.6)
для [pic]проектные значения частот вращения от nmin до nmax (или до nдв
5 – 475 – 67 – 95 – 132 – 190 – 265 – 375 – 530 – 750 – 1060 – 1500;
в) проводим (рис. У.12) столько вертикальных линий сколько валов в
приводе (6: I II VI) и столько горизонтальных сколько выписано
частот вращения (12);
г) отмечаем на правой вертикальной линии – "валу VI" – точки
означающие частоты вращения шпинделя от nmin до nmax а на левой линии –
д) определяем [pic]. Для этого подсчитываем m как число интервалов
между nmin и nдв по таблице рядов предпочтительных чисел (см. табл. 3.6)
или по ряду выписанных частот (см. пп. б). От 335 до 1500 имеется 11
интервалов а поскольку nдв=14401500 то примем приближённо m =109.
Минимальное передаточное отношение привода таким образом равно:
е) Рассмотрим все возможные варианты передаточных отношений в
групповых передачах исходя из граничных условий [pic]. Последнее при [pic]
можно представить в виде:
Построим с этой целью ряд структурных графиков (рис. У.9; У.10; у11):
:φ2 1:φ 1:1 φ:1 φ2:1
:φ3 1:φ2 1:φ 1:1 φ:1
:φ4 1:φ3 1:φ2 1:φ 1:1
Рис. У.9. Структурные графики для группы "а" (ра=3) в качестве основной
показывающие возможные комбинации передаточных отношений в группе
Сопоставляя возможные варианты передаточных отношений в каждой группе
выбираем те которые обеспечили бы наилучшие условия для работы передач. В
качестве таковых принимаем для групп pо pI pII варианты по рис. У.9в
У.10б У.11. В них обеспечивается
Примечание. При разбивке передаточного отношения φ можно принимать и в
целых и в дробных степенях. Но в последнем случае надо соблюдать
некоторые условности заключающиеся в следующем. Принимают дополнительно
какое-либо φm 103 или 106) и должно выполняться условие φ±b =
φmin±t где b – число дробное но t – число целое.
:φ 1:1 φ:1 φ2:1 φ2:1
:φ4 1:φ3 1:φ2 1:φ 1:φ4
Рис. У.10. Структурные графики для группы "б" Рис. У.11. Структурный
(рб=2) в качестве I множительной показывающие график для группы "в"
возможные комбинации передаточных отношений в (рв=2) в качестве II
группе множительной
ж) Т.к. [pic] то остаток передаточного отношения [pic] распределяем
между одиночными передачами. Пусть [p
з) Построим на заготовке для ДЧВ (см. рис. У.12) ветвь Imin – линию
редукции. Затем используя выбранные структурные графики или структурную
сетку достраиваем остальные лучи – передаточные отношения (см. рис. У.12);
Рис. У.12. Построение диаграммы частот вращения шпинделя
и) Определим диаметры шкивов ременной передачи исходя из
действительных частот вращения валов связываемых данной передачей. Это
позволит устранить погрешность допущенную при определении m и Imin (см.
Приняв d1 =90 мм получим d2 =120 мм.
Если применяется клиноремённая передача то приняв желаемое число
ремней (чаще: 3-4) определяют по справочникам ремни какого сечения (0
А Б ) при желаемом их числе суммарно обеспечат передачу полной
мощности приводного электродвигателя. По этому сечению принимают
минимальный расчётный диаметр меньшего шкива например для сечения 0 –
диаметр 63 А – 90 Б – 125 В – 200 мм и т.д.
Если в приводе нет ременной передачи то аналогичным образом т.е.
исходя из действительных частот вращения подсчитываются числа зубьев
колёс одиночной зубчатой передачи. К примеру если в рассматриваемом
приводе вместо ременной была бы зубчатая передача Z':Z" то можно было бы
принять по передаточному отношению Z':Z"=1060:1440 различные варианты
чисел зубьев и в том числе 53:72; 35:48; 30:41 и т.п.
к) Из ДЧВ выписываем: [pic]. По i=1:141 можно принять множество
вариантов чисел зубьев колёс передачи например 20:28 25:35; 30:42; 35:49;
:56 и т.д. которые будут в той или иной степени близки к заданному
передаточному отношению;
л) Из ДЧВ выписываем все передаточные отношения групповых передач
валы III - IV – гр. "а" валы IV - V – гр. валы V - VI – гр.
м) Далее определяются числа зубьев всех шестерён и на ДЧВ
проставляются подсчитанные числа зубьев и диаметры шкивов. Также
проставляются фактические (после подсчёта) частоты вращения валов.
Считается что фактические значения частот вращения не должны
превосходить стандартных значений более чем на ±10(φ–1) %.
Пример правильного оформления ДЧВ показан на рис. 3.8.
ДЧВ отражает всё то что содержится в структурной сетке и кроме того
- количество одиночных передач и относительное расположение их среди
- передаточные отношения всех передач привода;
- частоты вращения валов при любых вариантах включения передач.
9.2.4Выбор оптимального варианта ДЧВ
Разбивка Imin может быть произведена по-разному. ДЧВ при этом также
будут различаться. Например для привода на 6 вариантов с двумя одиночными
зубчатыми передачами при φ=141 и Imin=1φ10 возможно несколько ДЧВ в том
числе показанные на рис. 3.2. Чтобы проанализировать их рассмотрим
[pic] 1)Крутящий момент передаваемый
Рис. 3.2. К выбору оптимального шестерней шкивом муфтой валом
варианта обратно пропорционален частоте
диаграммы частот вращения вращения:
где N – мощность привода в кВт;
– КПД кинематической цепи от
электродвигателя до рассматриваемого
n – частота его вращения обмин.
Поскольку модули шестерен (m)
диаметры валов (d) и размеры других
элементов привода находятся в прямой
зависимости от крутящего момента
(например [pic] и т.д.) то снижение
частот вращения элементов привода
обуславливает возрастание их размеров.
В этом плане привод по ДЧВ с линией
редукции АБВГД имеющий сначала три
предельно допустимые замедляющие
передачи (передаточное
отношение каждой – 14) а в конце – ускоряющую передачу с максимально
возможным передаточным отношением (2) будет самым невыгодным.
Размеры элементов привода а значит габариты и масса всего привода
могут получиться наименьшими при выборе передаточных отношений по ДЧВ с
линией редукции АИКЗД где первое передаточное отношение максимальное а
остальные – минимально возможные. Однако в этом случае частота вращения II
вала nII будет в два раза выше nдв и при значительном nII окружные скорости
колес могут оказаться больше допустимых возрастёт опасность вибраций. При
больших частотах вращения возрастают требования к системе смазки и т.д.
С учётом отмеченных конструктивного и динамического факторов
оптимальным будет являться вариант ДЧВ с линией редукции АЕЖЗД в которой
)Ременная передача плохо работает на низких скоростях поэтому её
одну без переборного устройства не используют в качестве шпиндельной
передачи. Передаточное отношение ременной передачи берется от 14 до 1
т.к. она хорошо работает на замедление и плохо на ускорение.
Поэтому в приводе ременную передачу часто используют для связи
электродвигателя с первым валом коробки скоростей и делают её замедляющей
9.3Расчёт чисел зубьев передач групп
Числа зубьев некоррегированных колёс исходя из условия отсутствия
подрезания при их изготовлении и из конструктивных соображений не следует
Числа зубьев в группе передач содержащей шестерни одинакового модуля
можно определить различными способами и в том числе:
- способом наименьшего общего кратного;
- упрощенным способом;
- с помощью логарифмической линейки;
- по специальным таблицам.
Рассмотрим суть упрощенного способа расчёта чисел зубьев.
Пусть в группе передач [pic] при этом [pic] и
[pic] Т.к. [pic] а [pic]
то [pic] или [pic] Приняв [pic] получим:
При расчёте чисел зубьев принимают Z1=Zmin определяют [pic] и
(Z=Z1+ обычно (Z(120. Затем определяют все остальные числа зубьев по
Пример. Определить числа зубьев передач группы на три скорости
представленной на фрагменте ДЧВ (рис. У.13а) φ=126.
Принимаем Z1=20 тогда Z2=20:(14)=80 и (Z=20+80=100;
Подсчитанные числа зубьев проставляем на ДЧВ рис. У.13.б).
[pic] [pic] Рис. У.14а. Фрагмент ДЧВ
Рис. У.13. Фрагменты ДЧВ: а – до для сменных обратимых
расчёта чисел зубьев; б – с шестерён
проставленными числами зубьев
9.4Особенности расчёта приводов со сменными обратимыми зубчатыми
При использовании в приводе сменных колёс (см. пп. 2.2.4.1 и рис.
У.5) можно уменьшить их количество сделав обратимыми т.е. обеспечив с
помощью например двух колёс Z1(Z2 (а(б) два передаточных отношения
[pic] с помощью 4 колёс – 4 и т.д.
На ДЧВ группа из сменных обратимых колёс имеет симметричные лучи.
Фрагмент ДЧВ для группы на четыре варианта из обратимых сменных шестерён
показан на рис. У.14а. Передаточные отношения группы будут следующими:
В данном случае 2 пары сменных обратимых колёс являются основной
Суммы зубьев сменных колёс для станков принимают обычно равными 72
9.5Особенности расчёта приводов с многоскоростными
Применение в приводе многоскоростного электродвигателя позволяет
несколько упростить механическую часть привода и обеспечить возможность
переключения скоростей на ходу.
При расчёте коробок скоростей такой двигатель играет роль первой в
кинематическом плане группы передач т.е. рассматривается как некая
фиктивная "электрогруппа" со знаменателем (э=(р где р – произведение чисел
передач групп предшествующих "электрогруппе" по порядку переключения для
обеспечения последовательно возрастающего геометрического ряда частот
Правильный геометрический ряд частот вращения шпинделя может быть
получен при применении электродвигателей с (э=2. К таким относятся
асинхронные электродвигатели у которых синхронные частоты вращения равны
С учётом отмеченного [pic] откуда [pic].
Решение последнего выражения для ряда значений φ дано ниже:
φ: 106; 109; 112; 118; 126 141 2
p: 12; 8; 6; 4; 3; 2; 1
Очевидно "электрогруппа" при φ 2 должна быть множительной группой. К
примеру при φ=126 и 141 она должна быть I множительной с числом передач
в основной 3 и 2 соответственно.
Пример. Построить структурную сетку для привода [pic] с двухскоростным
электродвигателем и φ =141.
При φ =141 "электрогруппе" должна предшествовать по порядку
переключения основная группа на две скорости. Примем структурный вариант
=2(2)·2(1)·2(4) и построим для этого случая структурную сетку (рис.
У.14б) предварительно проверив какое φmax допускается выбранной
структурой и возможна ли её реализация при заданном φ.
Итак [pic] и реализация структуры при φ[pic]
Минимальное передаточное отношение Рис. У.14б. Построение структурной
привода будет равно: сетки
[pic] для привода с многоскоростным
гдеnдв.min–минимальнаячастота электродвигателем
вращения вала многоскоростного
Примечание. На сетке (см. рис. У.14б)
пунктиром показана часть относящаяся к
группе 2(2) которой на самом деле нет а
есть лишь две частоты вращения вала
электродвигателя nдв.1 и nдв.2. В связи
с этим то что показано пунктиром обычно
на структурных сетках и ДЧВ не
9.6Расширение диапазона регулирования приводов
Как известно (см. пп. 3.9.1.6) диапазон регулирования приводов с
нормальными множительными структурами при двух передачах в последней
множительной группе (pk=2) не может превышать величины 64φ что для
большинства случаев явно недостаточно.
Применение прогрессивных инструментальных материалов и покрытий
обуславливает необходимость увеличения диапазона регулирования в
универсальных станках.
Однако желание увеличить диапазон регулирования при сохранении
нормальной равномерной структуры приводит к нарушению граничных условий по
передаточным отношениям (см. пп. 3.9.1.5) в последней множительной группе.
При необходимости увеличения диапазона регулирования без нарушения
граничных условий в последней множительной группе можно применить ряд
структур и в частности:
- приводы с переборами;
- структуры с перекрытием части ступеней скорости шпинделя;
- структуры с составным геометрическим рядом;
- приводы со сложенной структурой.
Наиболее эффективно применение таких структур при pk=2.
9.6.1Приводы с переборами (ступенями возврата)
Для увеличения редукции и диапазона регулирования в качестве последней
множительной группы часто используют перебор (см. рис. 2.3г и 2.11аб).
Поскольку перебор обычно имеет две последовательные замедляющие
передачи то для него может быть imin=116 а т.к. imax=1 то диапазон
регулирования перебора
Решение последнего выражения для ряда значений xmax дано на рис.
Поскольку перебор (ступень возврата) "возвращает" движение на ту же
ось (на выходной вал соосный с входным) то структурные сетки приводов с
переборами строятся несимметрично.
Для приводов по рис. 2.11 структурные сетки представлены на рис. 3.3.
а) привод на 12 вариантов с одинарным перебором (см. рис. 2.11а и
Нормальная множительная
[pic] структура на 12 вариантов
Рис. 3.3. Варианты структурных сеток приводовобеспечивает значительно
с переборами одинарным (а) и двойным (б) и меньший диапазон:
таблица для определения φmax (в) [pic]
б) привод на 18 вариантов с
двойным перебором (см. рис.
обеспечивается выигрыша по
диапазону в сравнении с
нормальной множительной
структурой [pic] для которой
Этот пример показывает что не
всякое решение даёт выигрыш и
всегда следует делать
сравнительный анализ возможных
При желании из каких либо соображений применить двойной перебор и
допустимости меньшего числа вариантов структура к примеру 9=3(1)·3(3)
лучше аналогичной нормальной.
Для нее [pic] в то время как нормальная структура допускает [pic] что
по величине обеспечиваемого диапазона значительно хуже.
Определение чисел зубьев колёс образующих перебор следует
производить с учётом того что модули передач перебора могут быть
различными вследствие сильной редукции осуществляемой первой передачей и
обусловленного этим значительного увеличения крутящего момента
передаваемого второй парой колёс. Модули обеих передач можно принять и
одинаковыми за счёт более высокого качества материалов второй пары колёс
или увеличения длины их зубьев.
9.6.2Приводы с перекрытием (повторением) части ступеней скорости
Для обеспечения перекрытия части ступеней скорости характеристику
последней множительной группы уменьшают на несколько единиц.
Рассмотрим получение структур с перекрытием при pk=2 на следующем
В структуре z=16=4(1)·2(4)·2(8) с Д=315 (т.к. [pic] то при
φ=126 обеспечивается [pic]) вместо xk=8 примем xk.пер=4 и рассмотрим
построенную для этого случая структурную сетку (рис. 3.4).
Как видно каждая из ступеней n5–n8 получается двумя комбинациями
передач в результате различных частот вращения фактически обеспечивается
zф = z – zпер = 16 – 4 = 12 где zпер – количество перекрытых частот
Развернутую структурную формулу можно представить в виде:
zф=12=4(1)·2(4)·2(4).
Диапазон регулирования привода с перекрытием:
[pic] или (см. рис. 3.4) [pic]
Приравняв показатели степеней в первом и втором выражениях получим
zф = 05z + xk.пер откуда xk.пер = zф – 05z и z = 2(zф –
Для структур с перекрытием φmax следует определять в последней (k-той)
и предпоследней (k–1) множительных группах и принимать φ не превосходящим
меньшего из двух полученных значений φmax.
В рассматриваемом случае xmax (k)=xmax (k-1)=4 [pic] и при
φ=158 обеспечивается диапазон регулирования частот вращения шпинделя
Нормальная множительная структура на 12 вариантов z=12=3(1)·2(3)·2(6)
(см. рис. 2.10) допускает [pic] и при φ =141 обеспечивает [pic]
Как видно структура с перекрытием обеспечивает диапазон регулирования
в 35 раза больший при тех же 12 фактических вариантах. Для этого
потребовалось усложнить конструкцию по рис. 2.10 всего на одну передачу.
Для обеспечения в структуре с перекрытием максимального диапазона при
заданных z и кинематической схеме следует принять φ =φmax при хk.пер =
xmax (k-1). При этом если φmax не равно какому-либо стандартному значению
то приняв стандартное φφmax следует проверить возможность увеличения
хk.пер по формуле [pic] полученной из выражения [pic] (см. пп. 3.9.1.7)
Покажем в качестве примера как спроектировать структуры с
максимальными диапазонами на базе приводов 12=3·2·2 и 24=4·3·2:
а) zф=3(1)·2(xk-1)·2(xk.пер.) zф=3(1)·2(3)·2(xk.пер.) т.к. pk-1
=2 xmax (k-1)=xk-1=3 то принимаем xk.пер =xmax (k-1) =3.
Тогда [pic] zф=122+3=9 и 9=3(1)·2(3)·2(3). При φ =2 [pic]
б) zф=4(1)·3(xk-1)·2(xk.пер) zф=4(1)·3(4)·2(xk.пер.)
т.к. pk-1 [pic]2 то xmax (k-1) = (pk-1–1) ·xk-1=(3–1)·4=8 и
Тогда [pic] zф=242+8=20. При φ =126 [pic] Если принять
xk.пер=lg8lg126[pic]9 то zф=242+9=21=4(1)·3(4)·2(9) и [pic]
Из всех возможных структур с перекрытием максимальный диапазон
т.е. диапазон может быть увеличен примерно в 8 раз по сравнению с тем
какой обеспечивается нормальной множительной структурой.
Использование структур с перекрытием позволяет строить приводы
практически на любые числа вариантов (10 1113 14 15 17 и т.п.).
Рис. 3.4. Структурная сетка Рис. 3.5. Структурная сетка привода на 12
привода с перекрытием части вариантов с составным (ломаным)
ступеней скорости на 12 геометрическим рядом (а) и таблица для
вариантов определения φб.max (б)
9.6.3Применение составных (ломаных) геометрических рядов
В станках средняя часть диапазона скоростей шпинделя используется
чаще чем его крайние значения. В связи с этим можно проектировать
структуры с составным (ломаным) геометрическим рядом т.е. рядом имеющим в
различных интервалах неодинаковые знаменатели.
Удобно использовать ломаные ряды со знаменателем φб для крайних и
[pic] для средних ступеней диапазона частот вращения шпинделя.
В качестве φб и φм могут быть приняты следующие знаменатели основных
рядов 158 и 126; 126 и 112; 112 и 106; а также выборочных 25 и
8; 2 и 141; 141 и 118; 118 и 109.
Один из способов проектирования привода с составным (ломаным)
геометрическим рядом следующий: уменьшают характеристику последней
множительной группы по сравнению с расчётной величиной на 05·u где u =
3 5 7 – какое-либо нечетное число.
То есть xk.лом=xk–05·u. При pk=2 xk=z2 и xk.лом=(z–u)2.
На структурной сетке или ДЧВ u равно числу интервалов ряда частот
вращения со знаменателем φм т.е. u+1 частот вращения шпинделя составляет
ряд со знаменателем φм.
Пусть к примеру z=12 u=7 тогда хk.лом =(12–7)2=25 и
z=12=3(1)·2(3)·2(25).
Структурная сетка для этого случая показана на рис. 3.5. На ней лучи
передач последней группы проведены несколько несимметрично с целью
упрощения построения сетки.
Диапазон регулирования привода с ломаным геометрическим рядом
xmax и φб.max следует определять в k-той и (k–1)-й множительных
группах и φб принимать не превосходящим меньшего из двух найденных φб.max.
Значения φб.max для ряда xmax даны в таблице на рис. 3.1ж и
В рассматриваемом примере:
[pic] и можно принять[pic].
Для сравнения: нормальная множительная структура на 12 вариантов
=3(1)·2(3)·2(6) при [pic] обеспечивает [pic] что в 4 раза меньше.
9.6.4Приводы со сложенной структурой
Привод с нормальной множительной структурой состоит из одной
кинематической цепи и число скоростей (ступеней) определяется как
произведение чисел скоростей последовательно соединённых групп передач.
Сложенной называется структура многоскоростного привода состоящая из
двух или более кинематических цепей передач каждая из которых является
обычной множительной структурой. Одна из этих цепей – короткая –
предназначена для высших скоростей привода другие – более длинные – для
низших скоростей. Общее число скоростей привода определяется как сумма
чисел скоростей обеспечиваемых всеми кинематическими цепями привода.
Начало этих цепей как правило совпадает.
Структурная формула сложенного привода при двух составляющих
структурах имеет вид:
[pic] [pic] где zо – число
Рис. 3.6. Кинематическая схемаРис. 3.7. Вариант ступеней
коробки скоростей на 15 структурной сетки обеспечиваемых общей
вариантов привода со сложеннойчастью слагаемых
со сложенной структурой структурой по рис. 3.6структур
обособленными частями
кинематических цепей.
Вариант кинематической
для случая 15=3·(4+1) возможная структурная сетка и ДЧВ для неё показаны
на рис. 3.6 3.7 и 3.8.
Одна из слагаемых структур – [pic] – обеспечивает 12 вариантов другая
Диапазон регулирования привода [pic].
Очевидно (см. рис. 3.7): [pic] при этом [pic] как для обычной
множительной структуры а [pic] и тогда [pic].
Сложенные структуры аналогичные рассмотренной применяются весьма
При использовании сложенного привода
[pic] появляется возможность:
-укорочения цепи передач на высоких
ступенях скорости что обеспечивает
уменьшение потерь на трение и облегчение
разгона и торможения привода;
-применения передач на шпиндель
различного типа для высоких и для низких
ступеней скорости например ременной и
зубчатой – при разделённом приводе
косозубой и с внутренним зацеплением – в
приводах шпинделей крупных станков.
Рис. 3.8. Вариант диаграммы частот
вращения для привода по рис. 3.6 и 3.7
9.7Бесступенчатое регулирование скорости
Бесступенчатое регулирование скорости с помощью двигателей постоянного
тока (ДПТ) широко используется в станках с ЧПУ.
Применяемые ДПТ имеют двухзонное регулирование (рис.
[pic] У.15): в диапазоне от минимальной (nдв.min) до
номинальной (nдв.н) частоты вращения двигатель
Рис. У.15. График работает с постоянным крутящим моментом
двухзонного (Mдв=const) и полной мощности не развивает а при
регулирования ДПТ частотах от номинальной до максимальной (nдв.max) –
работает с постоянной мощностью (Nдв=const).
Например если nдв.min nдв.н и nдв.max составляют
соответственно 190 1200 и 3000 обмин то диапазоны
регулирования ДПТ будут:
-при постоянной мощности Ддв.N= nдв.max nдв.н=
-при постоянном моменте Ддв.M= nдв.н nдв.min=
-полный Ддв.= nдв.max nдв.min= 156 [pic]253 =
Д3дв.N = = Ддв.M( Ддв.N.
Диапазоны регулирования двигателя в целом и с
постоянной мощностью составляют весьма ограниченные
величины гораздо меньшие чем это требуется в
приводах универсальных станков.
Обычно в станках Д до 200-250 но передачи полной мощности на низших
частотах (до 14 - 13 диапазона по числу частот вращения обозначим эти
величины через 1t) не требуется на средних же и высших частотах
необходимо обеспечивать передачу полной мощности а значит и её
Чтобы удовлетворить этим требованиям используют вместе с регулируемым
двигателем коробку скоростей (диапазонов переключений) на малое число
вариантов zкc (2; 3; 4).
Рис. 3.9. Варианты диаграммы частот вращения (а) и диаграммы мощности (б)
для привода бесступенчатого регулирования скорости шпинделя станка с ЧПУ
Вариант привода бесступенчатого регулирования с коробкой скоростей на
варианта (zкc=4) показан на рис.2.12а а возможная ДЧВ для него – на
рис.3.9а. На ДЧВ обозначены через Д ДМ и ДN диапазоны регулирования
привода соответственно полный с М=сonst и с N=сonst.
Обозначим Ддв.N=(. По аналогии со ступенчатым регулированием будет
По последнему выражению можно определить zкс необходимое для
обеспечения требуемого Д при выбранном электродвигателе т.е. при известных
В варианте привода с ДЧВ по рис. 3.9а обеспечивается [pic] и
[pic]Диаграмма мощности в диапазоне Д=250 возможная для рассматриваемого
привода показана на рис. 3.9б.
В связи с тем что в каталогах электродвигателей nдв.min обычно не
указывается можно вести проектирование привода по следующей методике:
) Выделяя условно в диапазоне частот вращения шпинделя [pic]
геометрический ряд из z значений со знаменателем [pic] определяют [pic]
(полученное число округлять до целого не следует);
) Определяют частоту вращения шпинделя n начиная с которой и выше
должна передаваться полная мощность [pic] где [pic] – третья четвертая
или иная принимаемая часть диапазона частот вращения шпинделя (по числу его
ступеней z) в которой передача полной мощности не требуется;
) Определяют [p если это
делается в сторону уменьшения диапазон обеспечиваемых частот вращения
шпинделя будет иметь разрывы);
) Определяют [pic] затем [pic] если это требуется для справки или
Для удобства построения ДЧВ шкалу частот вращения валов
целесообразно выполнять со знаменателем меньшим [p его можно
например принять любым из табл. 3.6 (чтобы можно было воспользоваться
этой таблицей) или равным [pic] где а равно 2 3 4 . В последнем
случае возможно значения ряда придётся рассчитать; совпадение или
несовпадение этих значений со стандартными не является принципиальным
т.к. проектируется привод с бесступенчатым регулированием.
Строго говоря в станках с ЧПУ регулирование частот вращения
шпинделя в реальности осуществляется ступенчато с малым знаменателем
(равным например 103; 1015) но поскольку при этом различие между
соседними частотами весьма мало а число частот велико (70-100 и более)
то ступенчатостью пренебрегают и считают регулирование бесступенчатым.
Кроме приводов с ДПТ в станках используются приводы имеющие
асинхронные электродвигатели с частотным регулированием. В таких приводах
также применяются коробки скоростей на малое число вариантов с теми же
[1] Схватывание – соединение плотно прижатых одна к другой поверхностей в
результате действия молекулярных сил. Происходит при недостаточном
смазывании сопряжённых поверхностей и большом давлении; опасность
схватывания возрастает при высоких скоростях скольжения когда температура
трущихся поверхностей значительно повышается. Из-за схватывания трущихся
поверхностей происходит т.н. молекулярно-механический износ.
[2] Здесь и далее в смысле "зубчатое колесо" используются слова
шестерня" и "колесо" без придания им каких-либо различающих смысловых
[3] Не путать с КПД!

АТ320Ф3.DWG

.0698.AT320.00.000.K3

АТ320Ф4.dwg

.0698.AT320.00.000.K3

Памятка.doc

К сведению студентов
выполняющих курсовые проекты по металлорежущим станкам
и оборудованию автоматизированного производства
) Курсовые проекты защищаются публично перед комиссией кафедры. К
рецензированию и защите допускаются проекты подписанные руководителем.
Руководитель ставит свою подпись на расчётно-пояснительной записке и листах
графической части если проект выполнен в соответствии с заданием по
содержанию и оформлению соответствует методическим указаниям кафедры и не
содержит принципиальных ошибок. Кроме того если чертежи выполнены с
помощью компьютерных программ графического проектирования руководитель
проверяет имеет ли студент навыки работы с соответствующим графическим
редактором и только удостоверившись в наличии таких навыков подписывает
) Выполнение и защита курсового проекта оценивается в 100 баллов. При
этом отдельным составляющим принадлежат следующие "веса":
а) качество выполнения проекта (т.е. расчётно-пояснительной записки и
графической части) – до 35 баллов
б) оценка рецензента – до 5 баллов (в соответствии с поставленной
рецензентом оценкой: "5" – 5 баллов "4" – 4 и т.д.)
в) качество доклада – до 20 баллов
г) уровень защиты работы и ответов на вопросы – до 40 баллов.
) при оценке качества проекта принимается к сведению характер и
количество ошибок (при их наличии) логичность и последовательность
построения работы правильность выполнения и полнота расчётов соблюдение
стандартов аккуратность исполнения и грамотность проекта.
Качество записки оценивается из суммы 10 баллов графической части –
баллов в том числе: за 1-й (кинематическая схема) и 2-й (первый лист
сборочного чертежа "развёртка" по валам привода) листы – до 10 баллов за
каждый за 3-й лист (второй лист сборочного чертежа) – до 5 баллов.
В зависимости от степени соблюдения указанных требований качество
проекта оценивается баллами в следующих диапазонах: отличное качество –
свыше 30 до 35 хорошее – свыше 20 до 30 удовлетворительное – свыше 10 до
неудовлетворительное – от 0 до 10.
) При рассмотрении качества доклада степень аргументированности
чёткости последовательности и правильности изложения соблюдение
регламента (5-7 минут) оценивается баллами в следующих диапазонах: отлично
– свыше 15 до 20 хорошо – свыше 10 до 15 удовлетворительно – свыше 5 до
неудовлетворительно – от 0 до 5.
) правильность и полнота ответов на вопросы степень
ориентированности в материале работы рациональность предложений по
возможным вариантам решений и исправлению ошибок оценивается баллами в
следующих диапазонах: отлично – свыше 30 до 40 хорошо – свыше 20 до 30
удовлетворительно – свыше 10 до 20 неудовлетворительно – от 0 до 10.
) Комиссия по приёму защиты принимает решение по балльной оценке
вышеуказанных составляющих компонентов в отдельности подсчитывает с учётом
оценки рецензента сумму баллов и по ней выставляет академическую оценку.
Шкала соответствия балльных и академических оценок за выполнение и защиту
курсовых проектов принимается такой же как по курсовым экзаменам т.е. 81-
0 баллов – отлично 61-80 – хорошо 41-60 – удовлетворительно до 40
баллов – неудовлетворительно.
Профессор Г.В. Сундуков

Рецензия.doc

на курсовой проект (работу) по
курсовой проект (работа) выполнен в полном объеме в соответствии с заданием
и может быть оценен следующим образом:
Обоснование разработки
Пояснительная записка
Соблюдение требований ЕСКД
Технологичность конструкции
Технико-экономическое обоснование

АТ320Ф31.dwg

.0698.AT320.00.000.K3