Расчет коробки скоростей токарно-револьверного станка

Пояснительная Записка.doc

Механический факультет
Кафедра “Металлорежущие станки и системы”
По дисциплине: «Оборудование и транспорт механообрабатывающих цехов»
на тему: «Расчет коробки скоростей токарно-револьверного станка»
Спроектировать коробку скоростей на базе токарно-револьверного станка по следующим исходным данным:
- основной размер станка: d = 25 мм;
- знаменатель геометрической прогрессии: φ = 141;
- точность обработки – 9-й квалитет.
Курсовой проект: 32 с. 2 табл. 8 рис. 8 источников.
Объект исследования – коробка скоростей токарно-револьверного станка.
Цель работы – спроектировать коробку скоростей токарно-револьверного станка.
В курсовом проекте проведен кинематический расчет токарно-револьверного 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
Кинематический расчет станка ..6
1. Определение скоростей резания 6
2. Расчет диапазона регулирования и числа ступеней передач .8
3. Выбор структурной формулы коробки скоростей ..9
4. Разработка и построение структурной сетки и графика
5. Выбор числа зубьев зубчатых колес 11
Разработка кинематической схемы коробки скоростей 12
Силовой расчет станка ..13
1. Расчет мощности электродвигателя и крутящих моментов
на валах коробки скоростей . ..13
2. Расчет основных параметров зубчатых зацеплений .15
3. Конструирование и проверочный расчет валов 19
4. Выбор и расчет подшипников .25
5. Выбор и проверочный расчет шпоночных и шлицевых
Расчет шпиндельного узла на точность обработки 28
Выбор системы смазки ..30
Список использованной литературы 32
Приводы металлорежущих станков предназначены для осуществления рабочих вспомогательных и установочных перемещений инструментов и заготовки. Их делят на приводы главного движения — коробки скоростей и приводы координатных и вспомогательных перемещений — коробки подач. К каждому виду привода с учетом служебного назначения станка предъявляют свои специфические требования по передаче силы обеспечению постоянства скорости ее изменения и настройки точности перемещения и погрешности позиционирования узла быстродействию надежности стоимости габаритным размерам.
Целью данного курсового проекта является разработка коробки скоростей токарно-револьверного станка имеющего свои специфические особенности которые оказывают непосредственное влияние при проектировании коробки.
Кинематический расчет станка.
1. Определение скоростей резания.
Рассчитаем скорость резания для различных работ выполняемых на токарно-револьверном станке при черновой и чистовой обработке стали 45 (в=610 МПа) и серого чугуна (НВ190). Для расчета используем эмпирическую формулу:
). Точение наружное:
). Нарезание резьбы:
Полученные данные заносим в таблицу 1.
Исходя из полученных данных Vma Vmin = 6 ммин.
Таблица 1.Скорость резания при различных способах обработки.
2. Расчет диапазона регулирования и числа ступеней передач.
Максимальная частота вращения шпинделя:
Минимальная частота вращения шпинделя:
Определяем диапазон регулирования частот:
Определяем число ступеней коробки скоростей:
3. Выбор структурной формулы коробки скоростей.
По числу ступеней коробки скоростей Z =14 и знаменателю геометрической прогрессии φ = 141 [1 стр.23 табл. 5.1] выбираем структурную формулу:
Затем определяем вид кинематической схемы привода — вид АI-2 (рис. 1) [1 стр.26 рис. 5.3].
КШ = 18 – количество зубчатых колес в коробке скоростей;
КВ = 5 – количество валов коробки скоростей;
КБ = 4 – количество блоков-шестерен;
Zкц = 2 – количество ступеней скорости передаваемых по короткой кинематической цепи;
Рис. 1. Типовая кинематическая схема привода.
В соответствии со знаменателем прогрессии φ=141 выбираем стандартный ряд частот вращения шпинделя: 40; 56; 80; 100; 140; 200; 280; 400; 560; 800; 1000; 1400; 2000 2800.
На основании полученных данных строим структурную сетку и график частот вращения коробки скоростей.
Рис. 2. Структурная сетка.
Рис.3. График частот вращения.
С помощью графика частот вращения находим передаточные отношения:
5. Выбор числа зубьев зубчатых колес.
По полученным передаточным отношениям определяем числа зубьев зубчатых колес [2; стр. 98; табл. 4.2]. Выбранные значения сводим в табл. 2.
Таблица 2.Числа зубьев зубчатых колес.
Направление передачи (валы)
Разработка кинематической схемы коробки скоростей.
На основании рассчитанных и выбранных данных строим кинематическую схему коробки скоростей (рис. 4). При этом принимаем расстояния между торцами зубчатых колес и стенкой корпуса 10 мм между терцем колеса и зубчатого блока 8 мм ширина канавки на зубчатых блоках для выхода долбяка – 7 мм.
Рис. 4. Кинематическая схема коробки скоростей.
Силовой расчет станка.
1. Расчет мощности электродвигателя и крутящих моментов на валах коробки скоростей.
Рассчитываем силовые характеристики при частоте вращения
Эффективная мощность резания:
где Pz – составляющая силы резания при черновом продольном точении:
где Cpz = 300 х = 10 у = 075 n = -0.15 kp = kMP kφp kγp kλp krp
Крутящий момент на III-м валу:
Вал электродвигателя:
Принимаем асинхронный электродвигатель общего применения типа 4А80В2У3 с короткозамкнутым ротором (ГОСТ 19523-81) мощностью Nэд = 2.2кВт синхронная частота вращения n = 2850обмин [4;стр. 30; прил.4].
Для обеспечения на валу I частоты вращения обмин ставим ременную передачу:
Так как (Нм) то(мм);
2. Расчет основных параметров зубчатых зацеплений.
При расчете зубчатых колес коробки скоростей модуль рассчитывается для каждой из передач в отдельности исходя из прочности зубьев на изгиб а также исходя из усталости поверхностных слоев.
Для стальных прямозубых колес формулы для определения модуля имеют вид:
где изг и пов – допускаемые напряжения на изгиб и по усталости поверхностных слоев Нсм2. изг=288 Нсм2 пов=883 Нсм2.
N – мощность на валу рассчитываемой шестерни кВт
n – число оборотов расщитуемой шестерни обмин.
у – коэффициент формы зуба (при z=20-60 у=0243-0268);
z – число зубьев шестерни (меньшего колеса)
i - передаточное число (принимается i≥1 т. е. для замедляющих передач берется величина обратная передаточному отношению).
– коэффициент ширины зубчатого колеса.
где b – ширина шестерни мм
k – коэффициент нагрузки который учитывает изменение нагрузки по сравнению с номинальной от действия различных факторов; k=1(3 с. 151).
Для каждой из передач определяем модули.
Для передачи I – II модуль из условия обеспечения изгибной прочности:
Из условия обеспечения усталостной прочности поверхностных слоев:
Для передачи II –III:
для передачи II – IV:
для передачи V-III:
Основные размеры зубчатых колес:
- делительный диаметр колеса;
- диаметр впадин колеса;
- диаметр вершин колеса;
- делительный диаметр шестерни;
- диаметр впадин шестерни;
- диаметр вершин шестерни;
- ширина колеса и шестерни;
(мм) – межосевое расстояние;
). Передача II – III:
). Передача V - III:
3. Конструирование и проверочный расчет валов.
Рассчитаем приближенно диаметры валов коробки скоростей:
Диаметр шипа под подшипник ; диаметр резьбового конца вала под шкив .
где - допускаемые напряжения при кручении.
Конструкцию конца шпинделя принимаем в соответствии с [2; стр. 141; табл. 6.4].
Проверочный расчет проводим для максимального нагруженного вала – в данном случае шпинделя с крутящим моментом (Нм).
Определяем силы действующие на шпиндель от зубчатой передачи V-III с Z = 19:77 в вертикальной и горизонтальной плоскостях:
(Н) – тангенциальная сила;
(Н) – радиальная сила;
где - угол зацепления;
где - угол расположения передачи.
На шпиндель будет действовать также сила резания составляющие которой равны: [п. 3.1];
Определяем расстояния между опорами и точками приложения сил и строим расчетные схемы:
- межопорная длина шпинделя - 600 мм (на основании составленной кинематической схемы и расчетных значений передач);
- расстояние от левой опоры до точки приложения сил – 550 мм;
- консольная длина шпинделя – 60 мм.
вертикальная плоскость:
горизонтальная плоскость:
Рис.5. Эпюры изгибающих и крутящих моментов.
Определение реакций:
Суммарные реакции в опорах:
Суммарный изгибающий момент:
Определяем диаметр вала исходя из приведенного момента:
Рассчитаем шпиндель на сопротивление усталости. Для этого определим коэффициент запаса сопротивления усталости по нормальным и по касательным напряжениям в сечении под колесом (точка приложения сил и на расчетной схеме) :
где - пределы выносливости при симметричном знакопеременном цикле при изгибе и кручении соответственно [6; стр. 40; табл. 3.7];
- коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении с учетом влияния шероховатости поверхности [6; стр. 57-58; табл. 6.46.5];
- коэффициенты учитывающие влияние абсолютных размеров вала [6; стр.57; табл. 6.3];
- коэффициент упрочнения поверхности вала (без упрочнения опасных сечений) [6; стр. 60; табл. 6.9];
- коэффициенты асимметрии цикла [6; стр.59; табл. 6.9];
- амплитуды напряжений цикла при изгибе и кручении соответственно (при симметричном цикле);
- осевой момент сопротивления сечения вала с прямобочными шлицами;
- полярный момент сопротивления сечения вала с прямобочными шлицами;
- средние напряжения цикла.
Общий запас прочности при сопротивлении усталости:
Запас прочности достаточный.
4. Выбор и расчет подшипников.
Для установки шпиндельного узла в коробке скоростей используем роликоподшипники радиально-упорные конические однорядные: на правой опоре – №7309 (45×85×21); на левой опоре - №7207 (35×72×18) [7; стр.99].
Рассчитаем долговечность выбранных подшипников:
где с1 = 76100 Н (№7309);
с2 = 35200 Н (№7207) –динамическая грузоподъемность;
(для роликовых подшипников) - коэффициент формы тела качения;
Рис.6. Роликоподшипник радиально-упорный конический однорядный.
приведенная нагрузка;
V = 1 (при вращении внутреннего кольца) – «коэффициент кольца»;
- коэффициент безопасности [6; стр. 65; табл. 8.1];
- коэффициент температурного режима [6; стр. 65; табл. 8.2];
- осевые нагрузки на подшипник;
- осевая составляющая силы резания;
- осевые составляющие реакций в опорах;
- коэффициенты приведения нагрузки.
- долговечность подшипника 7309;
- долговечность подшипника 7207.
Для остальных валов используем шарикоподшипники радиальные однорядные №302 (15х42х13) и №303(17х47х14).
Рис.7. Шарикоподшипник радиальный однорядный.
5. Выбор и проверочный расчет шпоночных и шлицевых
На шпинделе назначаем шлицевое соединение d-8×36×40×7 (f = 0.4).
Проверяем выбранное шлицевое соединение на смятие рабочих поверхностей шлицев:
где - коэффициент учитывающий неравномерное распределение нагрузки между шлицами;
- рабочая длина шлицев;
D – наружный диаметр шлицев;
D – внутренний диаметр шлицев;
На остальные валы назначим шпоночные соединения [6; стр.102]. Рассчитаем на смятие одну из выбранных шпонок на IV-м валу:
где d – диаметр вала;
- рабочая длина шпонки;
Расчет шпиндельного узла на точность обработки.
Шпиндель — узел который является конечным звеном привода главного движения предназначен для крепления заготовки и передачи ей крутящего момента. Его работа оказывает существенное влияние на точность обработки и производительность станка.
Критерий этого расчета — прогиб на переднем конце шпинделя. Этот прогиб определяется как сумма прогибов обусловленных деформациями межопорной части шпинделя консольной части шпинделя и смещения переднего конца шпинделя вследствие:
— податливости передней опоры;
— податливости задней опоры.
Рис.8. Перемещение шнинделя от силы Р.
Прогиб определяется по следующей формуле:
При нагрузке Ру на конце шпинделя давление на его опоры:
Прогиб на конце шпинделя от податливости его межопорной и консольной части:
Смещение конца шпинделя от податливости опор:
где С1 С2 — податливость передней и задней опор: [8; стр. 218];
Допустимый максимальный прогиб: ;
где — экономический допуск на обработку или экономическая точность отклонений по размерам. Для 9–го квалитета .
Поскольку рассчитанный прогиб меньше допустимого то можно сделать вывод что прогиб от силы Ру не будет влиять на точность обработки.
Выбор системы смазки.
Так как частота вращения валов и подшипников в проектируемой коробке скоростей достигает 2800 обмин то для смазки подшипниковых узлов применяем масло индустриальное ИА-20. Смазывание будем осуществлять с помощью импульсной системы при которой смазочный материал подается из бака ко всем поверхностям трения одновременно. В состав импульсной системы входит смазочная станция контрольно-регулирующая аппаратура и импульсные питатели подключенные к смазочной станции параллельно. Доза масла от каждого питателя поступает к смазочным точкам.
В ходе выполнения курсового проекта была спроектирована коробка скоростей токарно-револьверного станка. В процессе работы был проведен кинематический расчет станка: определены скорости резания рассчитан диапазон регулирования и число ступеней передач выбрана структурная формула коробки скоростей и разработаны структурная сетка график частот вращения и кинематическая схема коробки скоростей. Также был проведен силовой расчет станка сконструированы все зубчатые передачи и валы выбраны подшипники и электродвигатель. Проведен проверочный расчет наиболее нагруженного вала шпоночных и шлицевых соединений; расчет шпиндельного узла на точность обработки и выбрана система смазки.
Список использованной литературы.
Методические указания к курсовому проекту по курсу «Металлорежущие станки и промышленные роботы»Сост.: Ю. А. Сапронов В.Г. Кочергин Н. В. Вяльцев А. Е. Горкуша. – Донецк: ДПИ1987. -48 с.
Кочергин И. А. Конструирование и расчет металлорежущих станков и станочных комплексов. Курсовое проектирование: Учеб. Пособие для вузов. – Мн.: Выш. шк. 1991. – 382 с.
Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. – М.: Машиностроение 1985. 496 с.
Методичні вказівки до виконання курсового проекту з деталей машин. ”Вибір електродвигуна та визначення вихідних даних для розрахунку приводу”. Автори: Оніщенко В. П. садченко В. С. Недосекін В. Б. - Донецьк: ДонНТУ2005. – 36 стор.
Методичні вказівки до виконання курсового проекту з деталей машин. Розділ 2 Проектування зубчастих і черв’ячних передач” Автори: В. П. Блескун С. Л. Сулєйманов. – Донецьк.: ДонНТУ 2005. – 48 с.
Методичні вказівки до виконання курсового проекту з деталей машин. Розділ 3. Проектування валів та їх опор на підшипниках кочення Автори: О. В. Деркач О. В. Лукінов В. Б. Недосєкін Проскуряков С. В. – Донецьк: ДонНТУ2005. – 106 с.
Перель Л. Я. Подшипники качения: расчет проектирование и обслуживание опор: Справочник. – М.: Машиностроение 1983. – 543 с.
Детали и механизмы металлорежущих станков. Под ред. Д. Н. Решетова. Т. 2 М. «Машиностроение» 1972 стр. 520.

Спецификация.spw

ПК.07.06.090201.12.00.000
Пояснительная записка
ПК.07.06.09020.12.00.000
Крышка 21-40 ГОСТ18511-73
Шайба 6 65Г ГОСТ23360-78
Винт М6х16 ГОСТ11738-72
Крышка 12-72х36 ГОСТ18512-73
Шайба 8 65Г ГОСТ23360-78
Винт М8х16 ГОСТ11738-72
Манжета 1-35х58-1 ГОСТ8752-70
Крышка 21-30 ГОСТ18511-73
Шайба 5 65Г ГОСТ23360-78
Винт М5х18 ГОСТ11738-72
Крышка 12-40х18 ГОСТ18512-73
Манжета 1-17х32-1 ГОСТ8752-70
Шпонка 5х5х14 ГОСТ23360-78
Кольцо 1А25 ГОСТ13940-68
Кольцо 1А42 ГОСТ13940-68
Кольцо 1А88 ГОСТ13940-68
Кольцо 1А50 ГОСТ13940-68
Шлицы d8х36х40х7 ГОСТ1139-80
Подшипник 403 ГОСТ8338-75
Подшипник 7207 ГОСТ27365-87
Подшипник 300 ГОСТ8338-75
Подшипник 7309 ГОСТ27365-87
Крышка 12-50х70 ГОСТ18512-73
Винт М8х20 ГОСТ11738-72
Манжета 1-50х70-1 ГОСТ8752-70
Шайба 16 65Г ГОСТ6402-70
Винт М16х20 ГОСТ11738-72
Шпонка 6х6х56 ГОСТ23360-78
Шпонка 5х5х10 ГОСТ23360-78
Шпонка 6х6х14 ГОСТ23360-78
Шпонка 6х6х141 ГОСТ23360-78
Шпонка 6х6х78 ГОСТ 23360-78
Шпонка 6х6х73 ГОСТ23360-78

Фреза РИ.cdw

На поверхности зубьев не допускаются трещины
Шпоночный паз выполнять по ГОСТ 9472-83
Допуск симметричности шпоночного паза 0
Неуказанные предельные отклонения отверстий по Н12
Размер для справок .
Остальные требования по ГОСТ 19265-73
Сталь Р6М5 ГОСТ 19265-73
Профиль зубьев в нормальном сечении
Угол установки фрезы

Кинематическая схема коробки скоростей.cdw

- станина; 2 - коробка скоростей; 3 - коробка подач; 4 - механизм подачи и зажима материала;
- направляющая труба со стойкой; 6 - шпиндельная бабка; 7 - поперечный суппорт;
- револьверный суппорт; 9 - командноаппарат; 10 - система охлождения и смазки.
Кинематическая схема
Техническая характеристика станка
Мощность электродвигателя N=11 кВт
Число скоростей вращения шпинделя z=14
Частоты вращения шпинделя n=40-2800 обмин
График частот вращения
Кинематическая схема коробки скоростей
Общий вид токарно-револьверного станка

Коробка скоростей токарно-револьверного станка.cdw

Наружные поверхности корпуса красить серой эмалью ХС-710
Необработанные поверхности литых деталей красить
маслостойкой красной эмалью ЭМ-5 ГОСТ 27513-84.
Трущиеся поверхности смазать солидолом УС-2 ГОСТ 10771-73.
После сборки обкатить в течении 6 часов.
Заедания при работе и переключении передач не допускаются.
токарно-револьверного станка
Технические требования:

Карта наладки РИ.cdw

ЗП 180 20 32 25А 20П СМ2 4 К5
Центра 7032-0029 Морзе 4
ВК8 ПТ ГОСТ 13214-79
на заточную операцию
ПК.07.06.090201.22.00.000

Сверло РИ.cdw

Материал рабочей части-сталь Р6М5 ГОСТ 19265-79
материал хвостовика - сталь 45 ГОСТ 1059-74;
Твёрдость рабочей части - HRC 62 65
хвостовика HRC 35 40;
Неуказанные предельные отклонения размеров валов по h12
Обратная конусность на 100 мм длины рабочей части 0
Утолщение серцевины по направлению к хвостовику 1.4 1.8 мм
на 100 мм длины рабочей части;
Маркировать: 1720 -
ленточка по цилиндру
ленточка по цилиндру
Сверло комбинированное
Профиль канавочной фрезы М 4:1