Проектирование коробки скоростей радиально-сверлильного станка

L2.cdw

После сборки обкатать в течении 10 часов.
В коробку залить масло И-20А ГОСТ 20799-75
Поверхность красить серой эмалью ХС-710 ГОСТ9355-60
Систему смазки принять непрерывную
Регулировать осевую игру выходного вала контрагайками
ПК 10.6.050.503.01.59.02
радиально-сверлильного станка

тит..docx

Курсовой проект: 24с.3 табл.4 рис.10 источников4 приложения.
Объект исследования – коробка скоростей радиально-сверлильного станка.
Цель работы – спроектировать коробку скоростей радиально-сверлильного станка.
В курсовом проекте проведен кинематический расчет радиально-сверлильного станка: были определены диапазон регулирования и число ступеней передач на основании которого выбрана структура коробки скоростей. Также были рассчитаны мощности и крутящие моменты на валах выбран электродвигатель определены передаточные отношения каждой ступени коробки рассчитаны модули для каждой передачи и определены основные размеры зубчатых колес. В работе приведен расчет наиболее нагруженного вала шпоночного и шлицевого соединения выбранного подшипника а также расчет шпиндельного узла на точность обработки; выбрана система смазки и смазочный материал деталей станка.
Разработаны: чертеж общего вида токарно-револьверного станка структурная сетка кинематическая схема и график частот вращения; чертежи развертки и свертки коробки скоростей.
КОРОБКА СКОРОСТЕЙ ВАЛ ПОДШИПНИКСТРУКТУРНАЯ СЕТКА МОДУЛЬ СИСТЕМА СМАЗКИ ШПИНДЕЛЬ
Спроектировать автоматическую коробку скоростей радиально-сверлильного станка
Основной размер станка: D=70мм.
Знаменатель геометрической прогрессии: φ=126.
Предельные значения частот вращения шпинделя: nmin =10обмин
Общая характеристика радиально-сверлильных станков ..6
Определение диапазона регулирования подач . 6
Выбор структурной формулы коробки скоростей .6
Выбор чисел зубьев зубчатых колес коробки скоростей. ..8
Расчет эффективной мощности коробки скоростей . .. ..10
Определение параметров зубчатых колес ..15
Уточненный расчет второго вала .. 16
Выбор элементов передающих крутящий момент 18
разработка системы управления ..20
Выбор подшипников . ..21
определение системы смазки 22
Список использованных источников 24
Приложение А: Общий вид станка и кинематическая схема коробки скоростей
Приложение Б: Сборочный чертеж коробки скоростей
Приложение В: Свертка коробки скоростей

поясн..docx

Перед станкостроением всегда будет стоять задача – создание металлорежущих станков отвечающих современным требованиям машиностроения и всего народного хозяйства. Следовательно требуется создание станков высокой производительности точности и экономичности.
Целью данного курсового проекта является разработка коробки скоростей радиально-сверлильного станка переключение передач в которой осуществляется с помощью ручного управления.
Расчёт коробки скоростей включает определение диапазона регулирования скоростей построение структурной сетки и в соответствии с ней графика частот вращения и кинематической схемы определение чисел зубьев зубчатых колёс коробки определения требуемой эффективной мощности коробки скоростей определения модулей и параметров зубчатых колёс определение параметров валов и уточнённый расчёт на усталость самого нагруженного вала выбор шпоночных или шлицевых соединений передающих крутящий момент выбор ручного управления выбор подшипниковых опор валов выбор системы смазки расчёт динамических характеристик обеспечивающих заданную точность обработки.
Общая характеристика радиально-сверлильных станков
На сверлильных станках сверлят зенкеруют и развертывают отверстия подрезают торцы снимают фаски растачивают канавки.
Применение комбинированных инструментов позволяет выполнять несколько переходов за один рабочий ход а закрепление инструментов в быстросменных патронах позволяет производить последовательно ряд переходов обработки с минимальными затратами времени.
Сверление обеспечивает точность диаметральных размеров в пределах 5 - 7 квалитета.
Определение диапазона регулирования подач.
Определяем диапазон регулирования подач по формуле:
Определяем число ступеней коробки скоростей:
Zks = +1 = +1 = 2296
Выбор структурной формулы коробки скоростей.
По числу ступеней коробки скоростей знаменателю геометрической прогрессии φ=126 из таблицы 5.1 (2 с.24) выбираем вид структуры БIII-2. При этом структурная формула имеет вид:
По рисунку 5.4 (2 с. 27) выбираем типовую кинематическую схему привода:
Рисунок 3.1 – типовая кинематическая схема привода.
По таблице 5.1 выбираем следующие параметры:
КШ=22 – число шестерен коробки;
КВ=5 – количество валов;
КБ=4 – количество блоков;
КМ=0 – количество муфт;
Zкц=6 – количество ступеней подачи передаваемых по короткой кинематической цепи;
В соответствии со знаменателем прогрессии φ=126 выбираем стандартный ряд частот вращения шпинделя:8; 10; 125; 16; 20; 25; 315; 40; 50; 63; 80; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800;800; 1000; 1250; 1600.
Строим структурную сетку и график частот вращения по полученным данным.
Рисунок 3.2 – Структурная сетка коробки скоростей.
Рисунок 3.3 – График частот вращения коробки скоростей.
Структурная сетка и график частот вращения приведены на рисунках 3.2 и 3.3.
Выбор чисел зубьев зубчатых колес коробки скоростей.
Исходя из найденных по графику частот вращения передаточных отношений а также из кинематической схемы коробки определяем числа зубьев зубчатых колес. Например между I и II валами передаточные отношения i1= i2= i3= . По таблице 6 (3 с. 102-103) определяем числа зубьев Z1=20 Z2=64 Z3=24 Z4=60 Z5=28 Z5=56.
Аналогично определяем числа зубьев всех остальных передач по их передаточным отношениям полученные числа зубьев заносим в таблицу 4.1.
Таблица 4.1 – Числа зубьев зубчатых колес.
Таблица 4.1 – Проверка получаемых частот.
Номинальная частота обмин.
Поучаемая частота обмин
Номинальная частота обмин
Расчет эффективной мощности коробки скоростей
Эффективная мощность коробки скоростей определяется по формуле:
где Pос – усилие резания. Определяем по формуле:
Для определения усилия резания выбираем черновую обработку углеродистой стали 45 при t=10 мм и подаче s=0.35 ммоб. Вид обработки – сверление.
По таблице 22 (1 с. 273) определяем коэффициенты Cp=68; у=07; q=1.
Коэффициент kp определяем по формуле:
где kMP – коэффициент влияния обрабатываемого материала.
kφp kγp kλp krp - коэффициенты влияния геометрических параметров инструмента.
Для материала Сталь 45 как для эталонного все перечисленные коэффициенты = 1.
V – скорость резания мс. Определяем по формуле:
где по таблице 17 (1 с. 269) определяем Сv=9.8; уv= 0.5; mv=0.2; qv=0.4.
T – стойкость резца мин. Т=60 мин.
kmv – коэффициент учитывающий влияние материала заготовки.
knv – коэффициент учитывающий состояние поверхности заготовки.
kuv – коэффициент учитывающий влияние материала инструмента.
Определяем частоту вращения шпинделя:
Pz=1068201035071=6522.086 Н
Берем электродвигатель с частотой вращения вала n=2880 обмин и мощностью в N=4 кВ.
Рассчитаем крутящий момент для первого вала коробки скоростей. Промежуточным элементом между валом электродвигателя и валом коробки примем муфту. Тогда мощность на первом валу коробке передач будет равна
Где п – КПД подшипника качения 099
з – КПД зубчатой передачи 0.99
Мкр1=9550 = 22.23 Hм
Аналогично производим расчет для второго вала
Мкр2=9550 = 54.78 Hм
Аналогично производим расчет для третьего вала
Мкр3=9550 = 788.17 Hм
Аналогично производим расчет для четвертого вала
Мкр3=9550 = 209.29 Hм
Аналогично производим расчет для пятого вала
Мкр3=9550 = 203.074 Hм
1 Расчет цилиндрических зубчатых передач
Назначение твердости и вида термической обработки зубчатых колес
Так как к габаритам привода предъявляются жесткие требования принимаем в качестве термической обработки – объемную закалку [5]. Твердость поверхности зубьев – HRC 40 50.
Выбор материала зубчатых колес
Материал выбирается по таблице 2.2 [5] в зависимости от вида ТО.
Выбираем материал шестерни и колеса:
сталь 40Х ГОСТ 4543-71:; = 1000 МПа; = 600 МПа;
= 630 МПа; = 600 МПа.
Допустимые напряжения при расчете на изгибную прочность:
где – придел изгибающей выносливости;
– коэффициент для реверсивных передач равен
– коэффициент запаса прочности =1.7;
– коэффициент долговечности
где – при ТО: объемной закалке;
– базовое число циклов;
– эквивалентное число циклов
– коэффициент эквивалентного нагружения;
– срок службы привода .
Допустимые напряжения при расчете на контактную прочность:
Х: []H= = = 500 МПа
где – придел контактной выносливости;
– коэффициент запаса прочности ;
где – базовое число циклов;
– эквивалентное число циклов ;
При расчёте зубчатых колёс коробки скоростей модуль рассчитывается для каждой из передач в отдельности исходя из прочности зубьев на изгиб и прочности зубьев на контакт.
Расчет модулей передач производятся по формулам:
где – допускаемые напряжения на изгиб;
– коэффициент формы зуба (выбирается из таблиц 2.3 [5]);
– число зубьев меньшего колеса;
– момент на валу меньшего колеса;
– коэффициент ширины зубчатого колеса (рекомендуется принимать );
– коэффициент нагрузки который учитывает изменение нагрузки по сравнению с номинальной от действия различных факторов. Данный коэффициент выбирается из таблицы 3.2 [5]
где H – допускаемые напряжения на контакт Нсм2. H=200 Нсм2
С – коэффициент наклона зубьев. Для прямозубых С=310
Mкр – крутящий момент на валу.
Ккр – коэффициент напряжения. Ккр=1.5
i – передаточное число (принимается i≥1 т. е. для замедляющих передач берется величина обратная передаточному отношению).
а – коэффициент ширины зубчатого колеса.
где b – ширина шестерни мм
а) Расчет модуля передач с первого на второй валы.
б) Расчет модуля передач со второго на четвертые валы.
в) Расчет модуля передач с четвертого на пятый вал.
г) Расчет модуля передач с пятого на третий вал.
д) Расчет модуля передач со второго на третий вал.
Предварительный расчет валов
Предварительный расчет вала позволяет примерно определить его диаметр для проверки условия сборки поэтому все коэффициенты принимают слегка завышенными.
Где – крутящий момент на валу.
–допустимые касательные напряжения. Принимаем =25МПа.
Расчет первого вала: D1= = 16.443 мм. Принимаем D1=25 мм
Расчет второго вала: D2= = 22.21 мм. Принимаем D2=30 мм
Расчет третьего вала: D3= = 54.019 мм. Принимаем D3=60 мм
Расчет четвертого вала: D4= =34.721 мм. Принимаем D4=40 мм
Расчет пятого вала: D5= = 34.374 мм. Принимаем D5= 40 мм
Определение параметров зубчатых колес.
Определение основных параметров зацепления
К основным параметрам зубчатых колес относятся модуль межосевое расстояние ширина зубчатых колес диаметр делительной окружности диаметр вершин зубьев и диаметр впадин зубьев [5].
Диаметр делительной окружности
Диаметр окружности вершин
Диаметр окружности впадин
Межосевое расстояние
Ширина зубчатого венца
Таблица 7.1 – Значение параметров зубчатых колес.
Межосевое расстояние между первым и вторым валами:
Межосевое расстояние между вторым и третьим валами:
Межосевое расстояние между вторым и четвертым валами:
Межосевое расстояние между четвертым и пятым валами:
Межосевое расстояние между пятым и третьим валами:
aw5=mz5=4105=210 мм.
Толщину зубчатых колес принимаем: b=mm=40.5=20 мм.
Уточненный расчет второго вала
1 Определение нагрузок действующих на вал
Нагрузки действующие со стороны цилиндрических передач (рисунок 4):
где – диаметр делительной окружности шестерни.
Fr1= 489.108tg 20 = 178.021 H.
Fr2= 570.625tg 20 = 207.691 H.
Fr3= 1441.58tg 20 = 524.692 H.
Как было указано в подразделе 3.4 проверочный расчет ведем по первой передаче которая обеспечивает частоту вращения nII=630 обмин
2 Эпюры изгибающих и крутящих моментов
Рассмотрим вал (рисунок 5) в двух плоскостях: горизонтальной и вертикальной в которых действуют радиальная и окружная силы.
Составим уравнение равновесия вала в вертикальной плоскости.
= =-178.021+207.691+64.613=94.283 H
Составим уравнение равновесия вала в горизонтальной плоскости.
= = -489.108+570.625+177.522=259.04 H
По найденным реакциям строим эпюру изгибающих и крутящих моментов (рисунок 6)
Рисунок 8.1 – Эпюры изгибающих и крутящих моментов
Определение полной реакции в опорах:
Выбор элементов передающих крутящий момент.
К элементам передающим крутящий момент относят детали в соединениях зубчатых колес с валами передающие крутящий момент и электромагнитные муфты.
В качестве сединительных элементов в соединении зубчатых колес с валами принимаем шпоночные соединения.
Параметры шпонок установленных на валах имеют следующие значения:
bxhxl=7x7x10мм t1=4мм t2=3.3мм
bxhxl=10x8x10мм t1=5мм t2=3.3мм
bxhxl=12x8x8мм t1=5мм t2=33мм.
Проверяем выбранные шпонки на прочность.
Шпонки подлежат проверке на смятие которая проводится по формуле:
гдеМкр –крутящий момент на валу принимается согласно таблицы 1.2;
[см] – допускаемые напряжения смятия для материала шпонки для стали
Рабочая длина шпонки определяется по формуле:
для шпонки на первом валу:
см = =50.811 150 МПа
для шпонки на втором валу:
для шпонки на четвертом валу:
для шпонки на пятом валу:
Все выбранные шпонки соответствуют условию прочности при проверке на смятие.
Проверка на прочность шлицевого вала
Шлицы подлежат проверке на смятие которая проводится по формуле:
где [] – допускаемые напряжения смятия для материала шлицев для стали [] = 150 МПа.
–крутящий момент на валу Нмм;
z- число зубьев шлицевого соединения;
Dd-наружный и внутренний диаметры соединения соответственно мм;
lст- длина ступицы насаженной на вал мм.
Выбираем шлицевое соединение средней серии 8×52×60
Выбранные шлицы соответствуют условию прочности при проверке на смятие.
разработка системы управления
Для управления коробкой скоростей станка с ЧПУ применяются контактные электромагнитные муфты ЭМ 2 и бесконтактные электромагнитные муфты ЭМ 4. Применение таких муфт позволяет осуществлять переключение передач во время работы станка как в холостом режиме работы так и под нагрузкой [3].
Для питания электромагнитных муфт обычно применяются селеновые выпрямители. На рисунке 8 показана система питания группы электромагнитных муфт. Муфты включают и отключают по посредством управляющих контактов УК1 УК2 и т. д. При отключении муфты исчезающее магнитное поле наводит в её катушке э. д. с. Большой величины. Она может вызвать пробой изоляции катушки. Чтобы понизить э. д. с. нужно замедлить уменьшение магнитного поля. Это достигается применением резисторов R1 R2. Э. д. с. самоиндукции направлена в сторону убывающего тока; под ее действием по замкнутому через резистор контуру будет некоторое время протекать затухающий ток который замедлит изменение магнитного потока и уменьшит величину э. д. с. Часто применяют вентили В1 В2. Они не пропускают тока через разрядные резисторы R1 R2 когда муфты включены и в это время не будет потерь энергии в резисторах.
Для переключения передач выбираем электромагнитные муфты с магнитопроводящими дисками с контактным токопроводом (5 с.324). Исходными данными для выбора электромагнитных муфт являются передаваемый крутящий момент и посадочный диаметр.
Для первого вала: одна муфта ЭМ2-05: D=25 nдоп=25 Hм.
Для первого вала: одна муфта ЭМ2-07: D=30 nдоп=63 Hм.
Для первого вала: одна муфта ЭМ2-11: D=40 nдоп=400 Hм.
Для первого вала: одна муфта ЭМ2-13: D=60 nдоп=1000 Hм.
В качестве диаметров шипов под подшипники принимаем диаметры соответствующих валов. Закрепление будет осуществляться стопорными кольцами и дистанционными втулками.
Учитывая элементы расположенные на валах а также по полученным диаметрам шипов выбираем подшипники пользуясь справочником [9].
Радиально-упорный роликовый подшипник ГОСТ 27365-87.
5: D=62 мм d=25 мм B=17 мм
Радиальный шариковый подшипник ГОСТ 8338-75
00805: D=37 мм d=25 мм B=19 мм.
6: D=72 мм d=30 мм B=17 мм
00806: D=42 мм d=30 мм B=7 мм.
2: D=130 мм d=60 мм B=31 мм
00812: D=78 мм d=60 мм B=10 мм.
Радиальный роликовый подшипник ГОСТ 7634-75
2: D=95 мм d=60 мм B=26 мм
8: D=90мм d=40 мм B=23 мм
00808: D=52 мм d=40мм B=7 мм.
00808: D=52 мм d=40 мм B=7 мм.
определение системы смазки
Смазочная система станка служит для подачи смазочного материала ко всем трущимся поверхностям.
Существует несколько схем подвода смазочного материала к трущимся поверхностям. На практике принимают индивидуальную и централизованную системы смазок.
Индивидуальная схема служит для подвода смазочного материала к одной смазочной точке централизованная к нескольким точкам. В нераздельной схеме нагнетательное устройство присоединено к смазочной точке постоянно в раздельной оно подключается только на время подачи смазочного материала. В проточной системе жидкий или пластичный материал используется один раз. В циркуляционной системе жидкий материал подается повторно. В системах дроссельного дозирования объем смазочного материала подаваемого к смазочной точке регулируется дросселем. В системах объемного дозирования могут регулироваться не только доза но и частота подачи. В комбинированных системах могут быть предусмотрены объемное и дроссельное регулирование. Системы с жидким смазочным материалом в зависимости от способа его подачи к поверхностям трения могут быть разбрызгивающими струйными капельными аэрозольными.
Для данной коробки скоростей принимаем централизованную систему смазки: непрерывную путем разбрызгивания. Данное устройство располагают выше мест смазывания.
В качестве смазки применяем масло индустриальное И-20А ГОСТ 20799-75. Данная марка масла применяется для станков и машин с малыми или средними размерами что и необходимо в рассматриваемом случае.
В результате проделанной работы был произведен расчет коробки скоростей токарно-винторезного станка выбор и расчет параметров отдельных ее элементов: электромагнитных муфт обеспечивающих автоматическое переключение передач коробки; подшипников качения служащих опорами валов; системы смазки и смазочного материала обеспечивающих непрерывный подвод смазочного материала ко всем механизмам станка. Был произведен расчет шпинделя в результате которого выяснили что прогиб шпинделя не будет влиять на точность обработки. Были разработаны компоновочная схема и чертеж коробки скоростей с указанием его основных элементов.
В приложении А пояснительной записки выполнен чертеж общего вида токарно-винторезного станка где указаны его основные элементы и габаритные размеры а также схематически показаны структурная сетка и график данного станка.
Справочник технолога машиностроителя. В 2-х т. Т.2 Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. – 4-е изд. перераб. и доп. – М.: Машиностроение 1985. – 496 с.
Методические указания к курсовому проекту по курсу «Металлорежущие станки и промышленные роботы» (для студентов специальности 0501) Сост.: Ю.А. Сапронов В.Г. Кочергин Н.В. Вяльцев А.Е. Горша. – Донецк: ДПИ 1987. – 48 с.
Кочергин А.И. Конструирование и расчет металлорежущих станков и станочных комплексов. Курсовое проектирование: Учеб. пособие для вузов. – Мин.: Выш. шк. 1991. – 382 с.
Методичні вказівки до виконання курсового проекту з деталей машин. «Вибір електродвигуна та визначення вихідних даних для розрахунку приводу» (для студентів напрямку «нженерна механіка»). Автори: Оніщенко В.П. садченко В.С. Недосекін В.Б. – Донецьк: ДонНТУ 2005. – 36 с.
Методичні вказівки до виконання курсового проекту з деталей машин. Розділ 2 “Проектування зубчастих черв'ячних передач” (для студентів напрямку «нженерна механіка»). Автори: В.П. Блескун С.Л. Сулійманов.– Донецьк.: ДонНТУ 2005. – 48 с.
Решетов Д.Н. Детали машин: Учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов. – 4-е изд. перераб. и доп. – М.: Машиностроение 1989. – 496 с.
Проектирование механических передач: Учебно-справочное пособие для вузов С.А. Чернавский Г.А. Снесарев Б.С. Козинцов и др. – 5-е изд. перераб. и доп. – М.: Машиностроение 1984. – 560 с.
Методичні вказівки до виконання курсового проекту з деталей машин. Розділ 3. Проектування валів та їх опор на подшипниках кочення (для студентів напрямку "нженерна механіка) Автори: О.В. Деркач О.В. Лукічов В.Б. Недосєкин Проскуряков С.В. – Донецьк: ДонНТУ 2005. - 106 с.
Подшипники качения: Справочник Под. ред. В.Н. Нарышкина и Р.В. Коросташевского. - М.: Машиностроение 1984 - 280с.
Методичні вказівки до виконання курсового проекту з деталей машин. Конструювання муфт і корпусів (для студентів напрямку «нженерна механіка») Сост. : В.С. садченко П.М. Матеко В.О. Голдоб.н. – Донецьк: ДонНТУ 2005. – 40 с.

Специф 2.cdw

ПК 10.6.050.503.01.59.04
Втулка дистанционная
Кольцо 1 А 25 ГОСТ 13940-68
Кольцо 1 А 30 ГОСТ 13940-68
Кольцо 1 А 40 ГОСТ 13940-68
Кольцо 1 А 60 ГОСТ 13940-68
Кольцо 1 А 90 ГОСТ 13940-68
крышка сквозная 8511-73
крышка глухая со сливом 8511-73
крышка глухая 8511-73

Специф 3.cdw

ПК 10.6.050.503.01.59.04
крышка глухая 8511-73
Манжета 1.1-62 x80-1 ГОСТ 8752-79
-25х38 -1 ГОСТ 8752-79
Муфта ЭМ2 05 ГОСТ 21573-76
Муфта ЭМ2 07 ГОСТ 21573-76
Муфта ЭМ2 11 ГОСТ 21573-76
Муфта ЭМ2 13 ГОСТ 21573-76
Подшипник 1027305А ГОСТ 27365-87
Подшипник 1027306А ГОСТ 27365-87
Подшипник 1027308А ГОСТ 27365-87
Подшипник 1027312А ГОСТ 27365-87
Подшипник1000805 ГОСТ 8338-75
Подшипник1000806 ГОСТ 8338-75
Подшипник1000808 ГОСТ 8338-75
Подшипник1000812 ГОСТ 8338-75
Шпонка 7 x 7 x 10 ГОСТ 10748-79
Шпонка 12 x 8 x 10 ГОСТ 10748-79
Шпонка 12 x 8 x 8 ГОСТ 10748-79
Устройство муфты ЭМ2 05 ГОСТ 21573-76
немагнитный сварочный шов
токопроводящее кольцо
стпорное бронзовое кольцо

L1.cdw

Технические характеристики:
Знаменатель ряда подач
Диапазон скоростей n
Число ступеней скоростей z=24.
Мощность главного электродвигателя 4 кВт.
Структурная сетка коробки скоростей
со сложенной структурой
ПК 10.6.050.503.01.59.01
Кинематическая схема
горизонтально-расточного станка
радиально-сверлильный станок
Кинематическая схема коробки скоростей
График частот вращения шпинделя
- двигатель коробки подач

Специф 1.cdw

радиально-сверлильного
ПК 10.6.050.503.01.59.04
ПК.10.050503.01.24.002 СБ
ПК.10.6.050503.24.000 ПЗ
Пояснительная записка

L3.cdw