Проектирование объёмного гидропривода продольно-строгального станка 7212 с технологическим и прочностным расчетом

Чертеж спецификация.cdw

курсач.docx

Проектирование объёмного гидропривода продольно-строгального станка 7212 с технологическим и прочностным расчетом.
Рисунок 1- Схема гидропривода:
— гидробак; 2 — насос шестеренный; 3 — клапан давления; 4 — фильтр;
— дроссель; 6 — распределитель; 7 — гидроцилиндр.
Таблица 1-Данные по заданию.
Гидроприводы в металлообрабатывающих станках используются в механизмах подач смены инструмента зажима копировальных суппортов устройствах для транспортирования уравновешивания разгрузки фиксации переключения зубчатых колес блокировок движения и поворота столов и револьверных головок перемещения пинолей.
Гидроприводы имеют существенные преимущества перед другими видами приводов что позволило широко использовать их в станкостроении. Применение гидроприводов обусловлено также следующими основными факторами:
-простотой преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное;
-простотой осуществления линейных перемещений механизмов с помощью гидроцилиндров;
-малыми габаритами и малой инерционностью динамическими характеристиками;
-очень малой удельной массой т. е. массой гидропривода отнесенной к передаваемой мощности;
-бесступенчатым регулированием скорости движения исполнительного механизма;
-высокой надежностью гидрооборудования при длительной работе;
-повышенной жесткостью и долговечностью;
-достаточно высоким значением КПД.
Данные преимущества гидропривода предопределяют его дальнейшее совершенствование и развитие путем повышения эффективности и надежности станков и автоматических линий.
Характеристика станка
Станок предназначен для обработки плоских поверхностей больших корпусных деталей (направляющих станков столов стоек) горизонтальных вертикальных и наклонных плоскостей а также линейчатых поверхностей у крупных деталей большой длины. На станке могут быть одновременно обработаны детали средних размеров устанавливаемые рядами на столе.
Обрабатываемая деталь или ряд одновременно обрабатываемых деталей закрепляются на столе станка. Одиночные резцы или комплекты одновременно работающих резцов устанавливаются на верхних и боковых суппортах. Столу совместно с обрабатываемой деталью сообщается прямолинейное возвратно – поступательное движение причем при ходе стола вперед происходит снятие стружки с обрабатываемой детали (рабочий ход); при ходе стола назад с повышенной скоростью (холостой ход) снятие стружки не производится и резцы в это время автоматически отводятся от обработанной поверхности. Подача суппортов имеет прерывистый характер и осуществляется за каждый двойной ход стола.
Подача резца происходит каждый раз во время реверсирования стола с обратного хода на рабочий т. е. перед началом рабочего хода стола. Автоматический цикл станка такой: медленное врезание инструмента с заготовку разгон стола до скорости резания — рабочий ход — уменьшение скорости стола перед выходом резца быстрый возврат стола поперечное перемещение суппорта с резцами по траверсе — подача и повторение цикла обработки.
Описание гидравлической схемы продольно-строгального станка мод. 7212
Она состоит из гидробака открытого типа 1 насоса шестерённого 2 клапана давления 3 фильтра 4 дросселя 5 распределителя 6 гидроцилиндра 7.
При рабочем ходе станка насос 2 всасысает жидкость из масляного бака масло засасывается шестеренчатым насосом и через сетчатый фильтр нагнетается в маслораспределитель и далее в точки смазки (направляющие станины и реечное косозубое колесо). Давление и расход масла регулируются клапаном с переливным золотником.
В системе смазки имеется реле давления которое отключает станок при отсутствии смазки. Для смазки зубчатых колес и подшипников коробок подач в каждой коробке установлен плунжерный насос который подает масло через распределитель к определенным местам. Масло подается через сетчатый фильтр из масляной ванны расположенной в корпусе соответствующей коробки.
Для смазки направляющих поперечины ходовых винтов ходовых валов и конических зубчатых колес поперечины ходовых винтов и зубчатых колес боковой каретки установлены дозаторы предназначенные для автоматической подачи смазки на направляющие во время перемещения смазываемого узла.
Расчет гидропневмопривода
Расчет гидропневмопривода начинается с выбора рабочей жидкости.
1 Выбор рабочей жидкости
Жидкость гидропривода — это его рабочий элемент. Эксплуатационные свойства рабочих жидкостей в значительной степени определяют надежность экономичность и долговечность работы гидроприводов.
К рабочим жидкостям применяемым в гидроприводах предъявляются следующие эксплуатационные требования:
стабильная вязкость в эксплуатационных режимах;
малая сжимаемость (высокий объемный модуль упругости);
стабильность при хранении;
нейтральность к конструкционным материалам гидроустройств;
стойкость к окислению при нагревании;
высокая механическая стойкость;
высокие изолирующие и диэлектрические свойства;
высокий коэффициент теплопроводности удельной теплоемкости и малый коэффициент теплового расширения.
В нашем случае для продольно-строгального станка выбираем масло индустриальное 20.
Таблица 2 - Выбор жидкости.
Рабочая температура Т°С
2 Выбор и обоснование номинального давления в гидропневмосистеме
В данной работе номинальное давление задано и оно равно 15 МПа.
В зависимости от применяемого давления гидроприводы делятся на три типа: низкого — до 16 МПа среднего — 16 63 и высокого — 63 20 МПа.
По нашим данным следует что используются гидроприводы высокого давления которые используют главным образом в мощных строгальных долбежных прошивочных и протяжных станках. Они позволяют получить большую мощность на выходе при сравнительно небольших габаритных размерах гидродвигателей.
Следует иметь ввиду что с уменьшением давления увеличивается масса и стоимость гидрооборудования. С другой стороны с увеличением давления повышаются требования к точности изготовления деталей к чистоте и качеству рабочей жидкости.
3 Определение основных параметров и выбор двигателей.
Для нахождения основных параметров гидропневмоцилиндров (при заданном рабочем давлении в цилиндре) — внутреннего диаметра D и диаметра штока d расхода рабочей жидкости — необходимо знать исходные данные:
-нагрузку на штоке Fm Н;
-скорость перемещения штока vш м с.
Для расчета внутреннего диаметра гидроцилиндра D мм используется уравнение равновесия поршня.
Рисунок 3.1- Гидроцилиндр:
-шток; 2- поршень; 34- щтоковая полость.
При движении поршня вправо:
Для расчета мы принимаем .
Расчетное значение внутреннего диаметра гидроцилиндра округляем до ближайшего целого по ГОСТ 6540-68 значит из этого следует что
По ГОСТ будет размер равен 28 мм=0028м
Определяем расход рабочей жидкости Q:
Где – максимальная скорость выходного звена-штока мс;
- объемный КПД гидроцилиндра.
Для гидроцилиндров с уплотнением поршня резиновыми кольцами и манжетами объемный КПД
4 Выбор направляющей и регулирующей аппаратуры.
К гидропневмоаппаратуре относятся распределители дроссели различные клапаны регуляторы потока а также кондиционеры рабочей жидкости (гидробаки фильтры гидроаккумуляторы). Они создают условия надежной работы привода в течение заданного ресурса времени и по своим эксплуатационным параметрам должны соответствовать значениям указанным в технических характеристиках
Таблица 3 - Гидроаппаратура
5 Расчет трубопровода
В схемах приводов применяются жесткие трубопроводы из черных и цветных металлов а также гибкие трубопроводы-рукава.
Жесткие трубопроводы изготавливаются из сталей марок 10 и 20. В линиях управления и подключения контрольных приборов а также в системах низкого давления используют трубопроводы из цветных металлов.
Трубопроводы и рукава имеют условный проход т. е. внутренний диаметр мм равен 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50 65 80 мм и т. д.
Диаметры трубопроводов подбираются из условия ламинарного режима движения жидкости чтобы уменьшить потери давления (при Re 2 300).
Внутренний диаметр трубопровода или рукава определяется по формуле:
где - скорость движения рабочей жидкости мс.
Скорости движения жидкости рекомендуются следующие:
-во всасывающем трубопроводе 16 м с
-в сливном трубопроводе 20 мс
-в напорных трубопроводах в зависимости от номинального (рабочего) давления в гидросистеме (табл.3)
Таблица 4. – Ряд номинальных давлений.
Толщина стенки мм трубопровода находится по следующим зависимостям для тонкостенных труб (при > 16) с учетом отклонения в размерах диаметра и толщины стенки К8 :
где — максимальное давление жидкости в трубопроводе МПа;
— внутренний диаметр трубопровода мм;
— допустимое временное напряжение материала трубы на разрыв МПа. Для материала Сталь 20 ;
— отклонение размера диаметра трубы (= 03 мм);
— отклонение размера толщины стенки трубы (по ГОСТ 8734-75 отклонение составляет 09).
Для всасывающего трубопровода:
Для сливного трубопровода:
Для напорного трубопровода:
Толщина стенки не должна быть мене 05 мм для стальных труб.
6 Расчет потерь давления в гидропневмоприводе.
В приводах имеют место два вида потерь давления: на трение жидкости по длине трубопроводов и на местных сопротивлениях (в том числе и в гидропневмоаппаратуре).
Потери давления на трение жидкости по длине трубопроводов МПа находятся по формуле Дарси-Вейсбаха:
где — коэффициент гидравлического трения;
L— длина рассматриваемого участка трубопровода м;
— средняя скорость движения жидкости в трубопроводе мс;
— внутренний диаметр трубопровода м.
Средняя скорость движения жидкости в трубопроводе находится по формуле:
Для всасывающего трубопровода:
Для напорного трубопровода:
Коэффициент гидравлического трения λ зависит от режима течения жидкости в трубопроводе. Последний определяется безразмерным числом Рейнольдса Re.
Для трубопроводов круглого сечения число Рейнольдса Re определяется по формуле:
где — коэффициент кинематической вязкости жидкости при температуре эксплуатации равной 50 .
При турбулентном режиме когда Re=ReKp и до можно использовать формулу Блазиуса
При ламинарном режиме коэффициент гидравлического трения рассчитывается по формуле Пуазейля.
Тогда потери давления будут равны:
для всасывающего трубопровода:
для сливного трубопровода:
для напорного трубопровода:
Потери давления на местных гидравлических сопротивлениях находятся по формуле Вейсбаха
где — коэффициент местного сопротивления.
Средние значения коэффициентов для наиболее встречающихся в гидроприводах местных сопротивлений равны:
-обратные клапаны — 25;
-штуцеры присоединяющие трубы к агрегатам и переходники соединяющие отрезки труб — 01;
-плавные повороты груб под углом 90° при минимальном радиусе изгиба — ;
-вход в гидроцилиндр фильтр —.
Затем подсчитываем суммарные потери давления в гидролиниях:
7 Определение основных параметров и выбор насоса.
К основным параметрам насоса относятся: номинальное давление Рн номинальная подача QH и частота вращения приводного вала п.
Выбранный тип насоса должен обеспечивать работу гидродвигателей на максимальных нагрузках и скоростях. Давление и подача выбранного насоса должны быть по возможности ближе к номинальным рекомендуемым заводом-изготовителем и соответствовать заданному номинальному давлению для гидроцилиндра.
Мощность электродвигателя кВт определяется следующим образом:
где коэффициент временной перегрузки электродвигателя (к = 105 11);
подача насоса (л с);
— давление нагнетания МПа;
Общий коэффициент полезного действия гидросистемы станка определяется по формуле:
где полезная мощность гидродвигателя кВт;
мщность электродвигателя кВт.
Для гидроцилиндров то есть гидродвигателей возвратно-поступательного движения полезная мощность равна:
где усилие на штоке Н;
скорость перемещения штока мс.
8 Тепловой расчет гидропривода
В процессе эксплуатации рабочая жидкость в гидросистеме нагревается за счет трения о стенки трубопроводов а также механического и вязкостного трения в насосе и гидроцилиндрах или гидродвигателях.
Известно что при нагревании рабочей жидкости ее вязкость и смазочные свойства резко уменьшаются. Температуру жидкости обычно снижают при помощи естественного охлаждения.
При расчете количества отводимой в окружающую среду теплоты площадь наружной поверхности элементов гидропривода оценивают исходя из объема циркулирующей в них жидкости. Это поверхности насоса гидродвигателей (гидроцилиндров) и гидробака. Температура нагрева их поверхности не должна превышать температуру окружающей среды не более чем на 35.. .40°С.
При непрерывной работе гидропривода температура жидкости в гидробаке рассчитывается по формуле.
Где температура окружающей среды (обычно принимается + 20° С); потери мощности в гидроприводе кВт;
общий коэффициент теплоотдачи от рабочей жидкости к окружающей среде Вт м2 °С;
расчетная площадь поверхности гидробака м2 .
Потери мощности в гидроприводе кВт находятся как разность между мощностью насоса и полезной мощностью гидродвигателей (гидроцилиндров):
где — КПД гидропривода.
Максимальная температура рабочей жидкости в гидробаке должна быть не выше 55°С.
Если общий коэффициент теплоотдачи К равен 20 Вт м2 °С то по формуле можно определить площадь поверхности гидробака.
Где максимальная минутная подача насоса привода
Расчет сборочной единицы
Фильтры – отделители твердых частиц в которых очистка происходит при прохождении рабочей жидкости через фильтрующий элемент. В зависимости от конструкции фильтрующего элемента фильтры бывают сетчатые щелевые и пористые.
1 Обоснование расчетной схемы
Рисунок 4.1 — Фильтр сетчатый:
— стакан; 2 — крышка; 3 — трубка; 4 — сетка
Сетчатый фильтр типа С42 применяется в гидравлических и смазочных системах для очистки минеральных масел вязкостью до 600 сСт.
Он состоит из стакана 1 крышки 2 трубки 3 с закрепленным на ней фильтрующим элементом 4. Наименьший размер задерживаемых частиц — 50 мкм.
В щелевом (пластинчатом) фильтре типа Г41 фильтрация происходит при прохождении рабочей жидкости через щели между пластинами. Размер щели определяется толщиной промежуточной пластины проложенной между двумя соседними неподвижными пластинами. В основных пластинах сделаны вырезы в виде круговых секторов для прохода рабочей жидкости которые задерживают частицы размером в 80 мкм.
2 Основные технологические и прочностные расчеты
Расчет фильтров сводится к определению потребной площади фильтрующей поверхности исходя из заданного расхода жидкости качества фильтрации и допустимого перепада давлений на фильтре. Площадь фильтрующей поверхности S см2 приближенно определяется по формуле
где Q — расход жидкости через фильтр л с; — перепад давления (05 01) МПа;— коэффициент динамической вязкости Па-с; g — удельная пропускная способность материала фильтра л см2 представляющая собой пропускную способность единицы площади материала фильтра при перепаде давлений = 1 МПа и вязкости 1 Па с.
Удельная пропускная способность для некоторых материалов следующая: для густой металлической сетки — 005 лсм2 для мягкого густого войлока толщиной 10 мм — 0015 л см2 для пластинчатого фильтра с зазором 008 мм — 008 л см2 для сетки из хлопчатобумажной ткани009 л см2.
В качестве фильтрующего элемента взяли металлическую сетку.
Тогда диаметр фильтрующей поверхности находим из выражения.
Примем отношение и из этого выражения получим что:
После этого мы можем найти внутренний диаметр корпуса фильтра из его площади:
Далее вычислим толщину стенки корпуса фильтра по формуле:
Где P - это рабочее давление; ;.
для стали 20 равно 350МПа.
Но из конструкторских соображений примем толщину стенки 5 мм.
2 Расчет резьбы на срез
Условие резьбы на срез рассчитывается по формуле:
высота срезаемого сечения витка резьбы
- высота срезаемого сечения витка резьбы. Для треугольных резьб тогда = 00015 м
допускаемое напряжение на срез;
сила действующая на болт от давления рабочей жидкости Н
Из этого мы можем сделать вывод что
Необходимую высоту резьбы крышки находим по выражению:
Где - коэффициент нагрузки (для мелких резьб
Но из конструкторских соображений примем толщину стенки 10 мм.
Изучение других конструкций фильтра
Фильтры служат для очистки рабочей жидкости от содержащихся в ней примесей. Эти примеси состоят из посторонних частиц попадающих в гидросистему извне (через зазоры в уплотнениях при заливке и доливке рабочей жидкости в гидробак и т.д.) из продуктов износа гидроагрегата и продуктов окисления рабочей жидкости.
Механические примеси вызывают абразивный износ и приводят к заклиниванию подвижных пар ухудшают смазку трущихся деталей гидропривода снижают химическую стойкость рабочей жидкости засоряют узкие каналы в регулирующей гидроаппаратуре.
По тонкости очистки т.е. по размеру задерживаемых частиц фильтры делятся на фильтры грубой нормальной и тонкой очистки.
Фильтры грубой очистки задерживают частицы размером до 01 мм
(сетчатые пластинчатые) и устанавливаются в отверстиях для заливки рабочей жидкости в гидробаки во всасывающих и напорных гидролиниях и служат для предварительной очистки.
Фильтры нормальной очистки задерживают частицы от 01 до 005 мм (сетчатые пластинчатые магнитно-сетчатые) и устанавливаются на напорных и сливных гидролиниях.
Фильтры тонкой очистки задерживают частицы размером менее 005 мм (картонные войлочные керамические) рассчитаны на небольшой расход и устанавливаются в ответвлениях от гидромагистралей.
Конструкции фильтров:
Сетчатые фильтры устанавливают на всасывающих и сливных гидролиниях а также в заливочных отверстиях гидробаков. Фильтрующим элементом является латунная сетка размер ячеек которой определяет тонкость очистки рабочей жидкости.
Пластинчатые (щелевые) фильтры устанавливают на напорных и сливных гидролиниях гидросистем. Жидкость поступает в корпус фильтра и через щели между основными и промежуточными пластинами попадает во внутреннюю полость фильтра образованную вырезами в основных пластинах. При протекании жидкости через щели содержащиеся в ней механические примеси задерживаются. Тонкость очистки зависит от толщины промежуточных пластин.
Фильтры с картонными и тканевыми элементами задерживают за один проход значительную (до 75%) часть твердых включений размером более 4-5 мкм.
Сепараторы имеют неограниченную пропускную способность при малом сопротивлении. Принцип их работы основан на пропуске рабочей жидкости через силовые поля которые задерживают примеси.
В курсовой работе изложена характеристика продольно - строгального станка 7212 описана гидравлическая схема и принцип ее расчета.
Значительная часть записки отводиться на расчет гидропривода. Выбор минерального масла и его параметров. Были произведены технологические и конструктивные расчеты фильтра.
По найденной подаче и давлению была подобрана направляющая и регулирующая гидроаппаратуру. Определена мощность приводного электродвигателя и осуществлен тепловой гидропривода расчет.
Для сборной единицы – фильтра был произведен технологический и прочностной расчет определены его конструктивного размеры.
Дано описание других конструкций фильтров. К курсовой работе прилагаются чертежи: схема гидропривода с перечнем гидроаппаратуры и чертеж фильтра в сборе.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3 т. В.И. Анурьев. – М.: Машиностроение 1982. – Т.1. – 729 с.; Т.2. – 584.; Т.3. – 576с.
Гидропривод и гидропневмоавтоматика курс лекций. В.Ф. Барышников. – Барановичи 2009.
Справочное пособие по гидравлике гидромашинам и гидроприводам Я.М. Вильнер [и др.]; под ред. Б.Б. Некрасова. – Минск: Выш. шк. 1985. – 382с.
Справочное пособие по гидравлике гидромашинам и гидроприводам под ред. Б.Б. Некрасова. – Минск: Выш. шк. 1976. – 416с.
Гидропривод и гидропневмоавтоматика методические указания по выполнению курсовой работы. В.Ф. Барышников. – Барановичи 2009.
Дунаев П.Д. Конструирование узлов и деталей машин:учебное пособие для студентов технических вузов П.Д. Дунаев О.П. Леликов:Академия2004.-496 с.

Сборка 12.cdw

реферат.doc

Курсовая работа: 28 с. 3 рис. 4 табл. 6 источников 2 прил.
ДАВЛЕНИЕ ЖИДКОСТЬ РЕГУЛИРУЮЩАЯ АППАРАТУРА ТРУБОПРОВОД
Объектом и предметом исследования является схема объемного гидропривода продольно - строгального станка 7212.
Цель работы – проектирование объемного гидропривода продольно- строгального станка 7212 с технологическим и прочностным расчетом фильтра.
В процессе работы было подобрана гидроаппаратура для проектируемой схемы.
Областью возможного практического применения схемы являются промышленные машиностроительные предприятия.

Схема объемного гидропривода станка мод.7212.cdw