Проектирование коробки скоростей для станка мод. 262

Готовая коробка.dwg

МИВУ 151002-12.000СБ
Автоматическая коробка
скоростей станка мод.262
Плоскость разъема покрыть герметиком при окончательной
необработанные поверхности красить внутри коробки
маслостойкой краской
снаружи нитроэмалью.
Коробку залить маслом ИЗО ГОСТ 1707-51

Общий вид станка.dwg

Тумблер верхнего освещения
Кнопки пуска и выключения электромашинного усилителя
Кнопка включения контурного фрезерования
Переключатель штурвала
Переключатель контурного фрезерования и сигнальная
Кнопка включения штурвала
Реверсивный пуск и останов медленных и быстрых уста
новочных перемещений подвижных органов
Кнопки пуска и выключения подачи подвижного органа
выбранного на переключателе 9
Переключатель выбора органана на подачу
Зажим радиального суппорта планшайбы
Кнопки пуска и остановки прямого и обратного вращения
Кнопки установочного поворота шпинделя (планшайбы)
Рукоятка включения радиального супорта штурвала при
Кнопка включения подсветки оптики бабки
Рукоятка выбора величины подачи (вариатор подач)
Рукоятка выбора скорости вращения шпинделя и планшайбы
Рукоятка зажима шпиндельной бабки
Рукоятка включения планшайбы
Рукоятка тонкого ручного перемещения органа
и шпинделя "быстро" (штурвал)
Рукоятка зажима поворотного стола
Кнопка включения подсветки оптики поперечного перемещения
Рукоятка зажима нижних саней
Кнопка быстрого поворота стола
Рукоятка тонкого устновочного поворота стола
Рукоятка зажима верхних саней стола
Тумблер подсвета поворота оптики стола
Рукоятка зажима саней задней стойки
Рукоятка перемещения задней стойки
Кнопки прямого и обратного перемещения органа
переключателем 9 со скоростью
установленной на операторе 7
Кнопки быстрого прямого и обратного перемещений подвижного
выбранного переключателем 9
Винт корректировки положения люнета по высоте
Тумблер подсвета оптики люнета
Диаметр выдвижного шпинделя
Число скоростей вращения шпинделя
Пределы частот вращения шпинделя
Расстояние от шпинделя до задней бабки
Мощность электродвигателя главного движения

Тихоходный вал.dwg

Сталь 45 ГОСТ 1050-88
МИВУ. 151002-12.02.03
* Размер для справок.
Нормальный исходный контур
Коэффициент смещения
Контрольный комплекс

П.З..doc

Описание принципа работы станка
Расчет режимов резания
Кинематический расчёт
Выбор электродвигателя
Силовой расчёт коробки скоростей
Расчёт шпиндельного узла на прочность
Подбор электромагнитных муфт
Расчет смазки станка
Список используемой литературы
Металлорежущие станки являются основным видом заводского оборудования предназначенным для производства современных машин приборов инструментов и других изделий поэтому количество и качество металлорежущих станков их техническая оснащенность в значительной степени характеризует производственную мощь страны.
Развитие вычислительной техники позволило создать высокопроизводительные металлорежущие станки с программным управлением в том числе с автоматической сменой инструмента.
В настоящее время российские станкостроители создают сложные и уникальные станки оснащенные современным оборудованием.
Курсовой проект – это один из последних этапов подготовки инженера позволяющий показать общий объем полученных в процессе обучения знаний умение применять эти знания а также в свой практический опыт к решению инженерных вопросов.
Цель курсового проекта – научиться практическому решению применению полученных ранее знаний к решению конкретной задачи.
Темой курсового проекта предусматривается конструкторская разработка модернизация и полный расчет заданного узла металлорежущего станка.
Станок предназначен для сверления растачивания зенкерования и развертывания точных и взаимосвязанных отверстий подрезания торцов радиальным суппортом фрезерования плоскостей и нарезания резьб расточным шпинделем в условиях индивидуального и серийного производства.
Техническая характеристика станка.
Диаметр расточного шпинделя в мм - 85
Размеры рабочей поверхности стола в мм - 800-1000
Наибольший вес обрабатываемой детали в кг - 2000
Расстояние от оси шпинделя до поверхности стола в мм -
Число скоростей вращения шпинделя 18
Пределы чисел оборотов шпинделя в минуту 20-1000
Число скоростей вращения планшайбы 14
Пределы чисел оборотов шпинделя в минуту 10-200
Количество величин подач рабочих органов 18
Мощность главного электродвигателя в кВт 6.57
Число метрических резьб в мм 16
Пределы шагов метрических резьб в мм 1-10
Число дюймовых резьб 14
Пределы чисел ниток на 1 дюйм 4-20
Движение резания – вращение шпинделя или шпинделя и планшайбы.
Движение подач – осевое поступательное перемещение шпинделя продольное перемещение стола поперечное перемещение стола вертикальное перемещение шпиндельной бабки и радиальное перемещение суппорта планшайбы.
Взаимосвязанное движение – поступательное перемещение расточного шпинделя при нарезании внутренней резьбы резцом.
Вспомогательные движения перемещение задней стойки в продольном направлении быстрые перемещения стола шпиндельной бабки и шпинделя: ручное перемещение шпиндельной бабки стола шпинделя радиального суппорта и точное установочное перемещение опорного люнета.
Обрабатываемая деталь закрепляется неподвижно на столе станка или в соответствующем приспособлении. Режущие инструменты устанавливаются в шпинделе на планшайбе или на радиальном суппорте.
При растачивании коротких отверстий подача сообщается шпинделю; при обработке длинных и соосных отверстий с помощью борштанги второй конец которой вводится во втулку опорного подшипника люнета подача как правило сообщается столу в продольном направлении. В случае нарезания резьбы шпинделю сообщается за один оборот осевое поступательное перемещение равное шагу нарезаемой резьбы.
При фрезеровании движение подачи сообщается столу в поперечном направлении или шпиндельной бабке в вертикальном направлении. При подрезании торцов и растачивании канавок движение резания сообщается планшайбе с радиальным суппортом а его перемещение в радиальном направлении является подачей.
Конструктивные особенности.
Применено преселективное однорукояточное управление коробками скоростей и подач. Установлен привод быстрых перемещений рабочих органов станка. Имеется специальный механизм точных ручных перемещений рабочих органов станка.
Для определения основных технических характеристик станка проводят расчет режимов резания для нескольких технологических операций. Расчет скоростей резания производят для наиболее интенсивного – чернового режима обработки (аварийного) на которую требуется максимальная мощность электродвигателя.
Исходные данные для расчета:
Материал заготовки – сталь 45 при НВ 170-179 и в = 640 МПа
Материал инструмента – быстрорежущая сталь;
Глубина сверления – =600 мм;
Диаметр сверла – =60 мм;
Обработка – черновая.
Расчет скоростей резания при сверлении производится по формуле 2.1:
Где – коэффициент учитывающий конкретные условия обработки (материал инструмента и заготовки условия обработки); - показатели степени для конкретных условий обработки; T - период стойкости инструмента; t - глубина резания. При фрезеровании глубина резания определяется припуском на обработку требуемой точностью шероховатостью поверхности готовой детали; S – подача – выбирается в зависимости от диаметра инструмента и обрабатываемого материала;
Для сверления зенкерования развертывания:
где - коэффициент учитывающий качество обрабатываемого материала; - коэффициент учитывающий качество материала инструмента; - коэффициент отражающий состояние поверхности заготовки.
Результаты расчета на ЭВМ:
Кинематический расчет.
При разработке кинематической схемы цепи главного движения для станков с главным вращательным движением должны быть известны:
-число ступеней вращения шпинделя z;
- знаменатель геометрического ряда ;
- частоты вращения шпинделя от до ;
- число оборотов электродвигателя ;
Для кинематического расчета коробки скоростей используют графо-аналитический метод.
Порядок расчета коробки скоростей:
- определение структуры привода.
- построение структурных сеток.
- построение графика частоты вращения.
- выбор чисел зубьев.
Определение структуры привода
В металлорежущих станках находят применение множительные и сложенные структуры приводов главного движения.
Множительными коробками передач называются такие коробки для которых число скоростей Z получается путем перемножения количества передач в каждой группе ( Р1 Р2 Р3 .Рk)
Структурная формула для множительных коробок скоростей в общем виде запишется Z = P1P2P3 Pk где k – число групповых передач коробки скоростей.
Общее число скоростей привода со сложенной структурой определяется сложением числа скоростей всех кинематических цепей привода.
В данной коробке скоростей применяется множительная коробка:
Z = P1P2 = 33 = 9 – учитывая 2скорости эл. двигателя общее число скоростей будет равным 18.
Определяем диапазон частот регулирования частот вращения
Наибольшее и наименьшее число оборотов шпинделя
Определяем знаменатель геометрического ряда.
Принимаем ближайшее стандартное значение геометрического ряда φ=1.26
Рассчитываем частоту вращения на каждом валу
После данного расчёта строим график частот согласно кинематической схеме станка. С учетом рекомендаций и требований график частот вращения.
Выбор электродвигателя.
Мощность привода главного движения определяется в 3 этапа:
)Определяют эффективную мощность резания;
)Определяют мощность привода главного движения;
)По мощности базовой модели станка корректируют мощность привода главного движения и выбирают электродвигатель.
Эффективную мощность считают для каждой технологической операции в отдельности причем величину подачи и глубину резания выбирают так чтобы они соответствовали определяемой ими скорости резания.
Эффективная мощность для сверлильных станков:
где Мкр – крутящий момент Нм
где См – постоянный коэффициент
qMyM- показатели степени Кр – коэффициент учитывающий отличные от табличных механические свойства обрабатываемого материала
См = 0.0345 q = 2 y= 0.8 Kp = 0.88
Мощность Nгл привода главного движения определяют по наибольшей эффективной мощности для резания по формуле:
где – КПД привода станка ( = 0.7-0.85)
Учитывая возможность перегрузки электродвигателя на 25% принимают
Далее по максимальному диаметру обработки находят базовую модель металлорежущего станка аналогичного назначения. Расчетную мощность привода главного движения сравнивают и корректируют по мощности базовой модели станка которую и берем для дальнейших расчетов.
Выбираем двигатель прототип горизонтально-расточного станка мод.262 с мощностью двигателя 6.5 кВт
Силовой расчет коробки скоростей.
Силовой расчет коробки скоростей проектируемого станка проводиться в следующей последовательности:
- определяют крутящий момент на каждом валу коробки скоростей и рассчитывают диаметры валов;
- определяют геометрические размеры зубчатых передач;
- выбирают подшипники для промежуточных валов коробки скоростей;
- выбирают конструкцию шпиндельного узла (тип опор схема установки подшипников);
- проводят расчет шпиндельного узла на жесткость прочность долговечность;
- проводят прочностной расчет наиболее нагруженного вала коробки передач и зубчатой передачи;
- проводят расчет клиноременной передачи.
1. Определение крутящих моментов.
Крутящий момент на валу электродвигателя определяется по формуле:
NЭD – Номинальная мощность электродвигателя кВт
nH – номинальная частота вращения электродвигателя обмин
2 Определение мощность на промежуточных валах по формуле:
где Nн – мощность электродвигателя главного движения кВт;
п – КПД подшипников п=099;
з – КПД зубчатой передачи з = 097;
р – КПД ременной передачи р = 092.
3 Определение мощности на промежуточных валах:
Ni – мощность промежуточного вала.
4Определение диаметров валов по условному расчёту на кручение:
где Мкр – крутящий момент на расчётном валу Нм;
[]кр – допускаемое напряжение кручения МПа.
5 Определение межосевого расстояния:
6 Расчёт модуля зубчатых колёс.
где K1 = 1 и K2 = 0.7 – коэффициенты учитывающие изменение нагрузки на зуб шестерни по сравнению с её номинальным значении
y = 0.13 – коэффициент формы зуба;
= 8 – коэффициент ширины зуба;
Z – число зубьев шестерни;
[]F []N – допускаемые напряжения на изгиб и контакт напряжение Мпа;
Ni – номинальная передаваемая мощность кВт.
7Определение геометрических размеров колёс мм:
7.1 Делительный диаметр:
8Определение сил действующих в зацеплении H:
8.1 Окружная тангенциальная сила:
Расчёт производим на ЭВМ.
Исходные данные для ЭВМ.
Количество валов привода главного движения;
Номинальная частота вращения ЭД;
Номинальная мощность ЭД;
Допустимое контактное напряжение;
Допустимое напряжение на изгиб;
Минимальная частота вращения первого вала;
Число пар подшипников от ЭД до первого вала включительно;
Количество зубчатых передач в цепи от ЭД до первого вала включительно;
Количество ременных передач от ЭД до первого вала включительно;
Количество муфт от ЭД до первого вала включительно;
Число колёс работающих от цепи ЭД до первого вала включительно;
Числа зубьев данных колёс.
Фомин 29.05.2010 19:20:07
Количество валов привода главного движения 5
Номинальная частота вращения электродвигателя (1мин) 1440
Номинальная мощность электродвигателя (кВт) 65
Допустимое контактное напряжение Gпов (МПа) 1100
Допустимое напряжение на изгиб Gизг (МПа) 480
Диаметр 0-го вала (мм) 192
**********************************************************************************
Минимальная частота вращения 1-го вала (1мин) 1440
Количество пар подшипников в цепи от 0-го до 1-го вала 2
Количество ременных передач в цепи от 0-го до 1-го вала 1
Колчество муфт в цепи от 0-го до 1-го вала 0
Количество зубчатых передач в цепи от 0-го до 1-го вала 0
Мощность на 1-м валу (кВт) 617
Крутящий момент на 1-м валу 4091
Диаметр 1-го вала (мм) 20
Минимальная частота вращения 2-го вала (1мин) 500
Количество пар подшипников в цепи от 1-го до 2-го вала 2
Количество ременных передач в цепи от 1-го до 2-го вала 0
Колчество муфт в цепи от 1-го до 2-го вала 3
Количество зубчатых передач в цепи от 1-го до 2-го вала 3
Мощность на 2-м валу (кВт) 552
Крутящий момент на 2-м валу 10543
Диаметр 2-го вала (мм) 28
Число зубьев меньшей шестерни Z1 20
Модуль зубчатых колес 2
Межосевое расстояние между 1 и 2 валом (мм) 77
Ширина зубчатых колес (мм) 16
Число зубьев 1-го колеса 20
Делительный диаметр 1-го колеса (мм) 40
Диаметр впадин 1-го колеса (мм) 35
Диаметр выступов 1-го колеса (мм) 44
Число зубьев 2-го колеса 57
Делительный диаметр 2-го колеса (мм) 114
Диаметр впадин 2-го колеса (мм) 109
Диаметр выступов 2-го колеса (мм) 118
Тангенциальная сила действующая на колесо (Н) 5798
Радиальная сила действующая на колесо (Н) 2110
Минимальная частота вращения 3-го вала (1мин) 72
Количество пар подшипников в цепи от 2-го до 3-го вала 2
Количество ременных передач в цепи от 2-го до 3-го вала 0
Колчество муфт в цепи от 2-го до 3-го вала 3
Количество зубчатых передач в цепи от 2-го до 3-го вала 3
Мощность на 3-м валу (кВт) 494
Крутящий момент на 3-м валу 65523
Диаметр 3-го вала (мм) 50
Число зубьев меньшей шестерни Z1 22
Модуль зубчатых колес 4
Межосевое расстояние между 2 и 3 валом (мм) 154
Ширина зубчатых колес (мм) 32
Число зубьев 1-го колеса 22
Делительный диаметр 1-го колеса (мм) 88
Диаметр впадин 1-го колеса (мм) 78
Диаметр выступов 1-го колеса (мм) 96
Число зубьев 2-го колеса 55
Делительный диаметр 2-го колеса (мм) 220
Диаметр впадин 2-го колеса (мм) 210
Диаметр выступов 2-го колеса (мм) 228
Тангенциальная сила действующая на колесо (Н) 16380
Радиальная сила действующая на колесо (Н) 5962
Минимальная частота вращения 4-го вала (1мин) 32
Количество пар подшипников в цепи от 3-го до 4-го вала 2
Количество ременных передач в цепи от 3-го до 4-го вала 0
Колчество муфт в цепи от 3-го до 4-го вала 3
Количество зубчатых передач в цепи от 3-го до 4-го вала 3
Мощность на 4-м валу (кВт) 442
Крутящий момент на 4-м валу 131909
Диаметр 4-го вала (мм) 62
Число зубьев меньшей шестерни Z1 19
Модуль зубчатых колес 5
Межосевое расстояние между 3 и 4 валом (мм) 1675
Ширина зубчатых колес (мм) 40
Число зубьев 1-го колеса 19
Делительный диаметр 1-го колеса (мм) 95
Диаметр впадин 1-го колеса (мм) 825
Диаметр выступов 1-го колеса (мм) 105
Число зубьев 2-го колеса 48
Делительный диаметр 2-го колеса (мм) 240
Диаметр впадин 2-го колеса (мм) 2275
Диаметр выступов 2-го колеса (мм) 250
Тангенциальная сила действующая на колесо (Н) 30547
Радиальная сила действующая на колесо (Н) 11118
Минимальная частота вращения 5-го вала (1мин) 20
Количество пар подшипников в цепи от 4-го до 5-го вала 2
Количество ременных передач в цепи от 4-го до 5-го вала 0
Колчество муфт в цепи от 4-го до 5-го вала 0
Количество зубчатых передач в цепи от 4-го до 5-го вала 1
Мощность на 5-м валу (кВт) 424
Крутящий момент на 5-м валу 20246
Диаметр 5-го вала (мм) 70
Число зубьев меньшей шестерни Z1 43
Межосевое расстояние между 4 и 5 валом (мм) 202
Число зубьев 1-го колеса 43
Делительный диаметр 1-го колеса (мм) 172
Диаметр впадин 1-го колеса (мм) 162
Диаметр выступов 1-го колеса (мм) 180
Число зубьев 2-го колеса 58
Делительный диаметр 2-го колеса (мм) 232
Диаметр впадин 2-го колеса (мм) 222
Диаметр выступов 2-го колеса (мм) 240
Тангенциальная сила действующая на колесо (Н) 25896
Радиальная сила действующая на колесо (Н) 9425
Расчет шпиндельного узла на прочность.
Составляем расчётную схему с учётом сил резания и сил действующих в зубчатой паре. Расчёт ведём в двух плоскостях.
Тангенциальная сила Qt = 20276H;
Радиальная сила Qr = 7379 Н;
Сила резания Pz = 21398Н;
Сила резания Py =04·Pz = 8559H.
Сила предварительного натяга задней опоры определяется по формуле:
где: α – угол контакта тел качения с кольцом.
Знак “+” означает что осевая сила А уменьшает натяг а “-” что она его увеличивает.
Осевая сила А = 0.4· Pz =6016Н;
2 Эквивалентную нагрузку определяем по формуле:
где: X Y – коэффициенты зависящие от типа подшипника;
Для шариковых радиально-упорных подшипников Y=0 X=1;
Для роликоподшипника X=1 Y = 0.32.
V – коэффициент вращения относительно вектора нагрузки внутреннего кольца V=1;
K – коэффициент безопасности K = 11;
Kt – коэффициент учитывающий влияние температуры Кt=1.
Долговечность подшипника определяем по формуле:
где: C – динамическая грузоподъёмность подшипника кН;
n – частота вращения шпинделя обмин;
m – показатель степени m=3.33;
Подбор электромагнитных муфт.
Наибольшее применение в коробках скоростей нашли многодисковые фрикционные муфты с электромагнитным управлением. В электромагнитных дисковых муфтах сцепление фрикционных дисков связывающих ведомую и ведущие части муфты происходит под действие сил магнитных притяжения возникающих при пропускании тока через обмотку катушки возбуждения. Дистанционное управление и точное срабатывание этих муфт позволяют легко автоматизировать управление скоростями резания и подачами станков.
Подбор муфт осуществляется по передаваемому моменту по таблице 9.1 и ориентировочно определяется наружный диаметр.
Расчет смазки станка.
При разработке конструкции станка необходимо уделять особое внимание вопросам смазки трусящихся поверхностей. В металлорежущих станках подлежат смазыванию подшипники направляющие зубчатые и цепные передачи муфты шарнирные соединения и др. Смазка способствует уменьшению трения потерь энергии износа и нагрева трусящихся поверхностей увеличению долговечности станка плавности и бесшумности работы передач повышению КПД длительному сохранению точности.
Необходимое количество масло по циркуляционной системе смазки определяется по формуле:
где – суммарная мощность трения расходуемая на все узлы станка
- разность температур масла до выхода и после выхода из зоны трусящихся поверхностей ()
Список используемой литературы.
Станочное оборудование автоматизированных производств.
Под ред. В.В. Бушуева. – М.: Станки т.1т.2 – 1993.
Детали и механизмы металлорежущих станков. Под ред. Д.П.Решетова
т.12. – М.: Машиностроение 1972.
Конструирование металлорежущих станков. Под ред. В.Э.Пуша – М.:
Машиностроение 1977.
Проников А.С. Расчет и конструирование станков. – М.:
Альбом станочного оборудования и автоматизированных производств.
Под ред. В.В. Бушуева. – Москва; ВНИИТЭМР 1991.
Лазуткин А.Г. Никитина Л.Г. Расчет приводов главного движения
металлорежущих станков. – Владимир 1996.
Лазуткин А.Г. Никитина Л.Г. и др. Конструкции узлов коробок скоростей металлорежущих станков. – Владимир 1996.
Справочник технолога – машиностроителя. Под ред. А.Г. Косиловой и
Р.К. Мещерякова т.2. – М.: Машиностроение 1985.
Дунаев П.Ф. Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин – М.: Высшая школа 1995.
Анурьев И.В. Справочник конструктора – машиностроителя. т.123. – М.: Машиностроение 1970.