Расчет коробки скоростей продольно-фрезерного станка

Подробнее

Размер

759.36K

Добавлен

18.04.2023

Скачиваний

7

Добавил

Владислав
Текстовая версия:

Министерство образования Республики Беларусь

УО «Витебский технологический государственный университет»

Кафедра ТиОМП

Расчётно-пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине «КиРС»

на тему: Расчет коробки скоростей продольно-фрезерного станка.

Вариант № 59

Выполнил: ст. гр. 4Тм-22

Садовченко П.О.

Консультант:

Путеев Н.В.

Витебск 2013

Введение 3

Исходные данные: 4

1 Определение режимов резания 4

1.1 Режимы резания при черновой обработке. 4

1.2 Расчёт минимальной скорости вращения шпинделя: 5

1.3 Расчет максимальной силы резания. 5

1.4 Крутящий момент на шпинделе: 5

1.5 Мощность резания: 5

2 Кинематический расчет 6

2.1 Построение структурной сетки 6

2.2 Построение графика чисел оборотов: 6

2.3 Определение числа зубьев зубчатых колес 7

2.4 Строим кинематическую схему: 10

3 Силовой расчёт коробки скоростей: 10

3.1 Определим КПД коробки скоростей: 10

3.2 Выбор электродвигателя: 10

3.2.1 Требуемая мощность электродвигателя: 10

3.2.2 Выбор электродвигаиеля 10

3.3 Определяем фактическую частоту вращения каждого вала 10

3.4 Определяем мощность на каждом валу 10

3.5 Определяем крутящий момент на каждом валу: 11

3.6 Определяем модуль зубчатых зацеплений: 12

4 Расчёт элементов коробки скоростей. 11

4.1 Расчет геометрических параметров зубчатых колес 11

4.2 Предварительный расчет диаметров валов 13

5 Расчет шпинделя на жесткость 14

6 Расчет усилий на органах управления 15

7 Описание конструкции коробки скоростей 18

8 Анализ технико-экономической эффективности 18

Список использованной литературы 19

Приложение 19

Введение.

Продольно-фрезерные станки предназначены для обработки крупногабаритных деталей в основном торцовыми фрезами. Двустоечный станок имеет 4 фрезерные бабки – 2 с вертикальным и 2 с горизонтальным расположением шпинделя. Каждая фрезерная бабка имеет самостоятельный привод: электродвигатель и коробку скоростей. Левая горизонтальная бабка перемещается вертикально по направляющим типа ласточкин хвост.

Исходные данные:

Станок: продольно-фрезерный;

Коробка скоростей: левая горизонтальная;

Знаменатель пргрессии: <Object: word/embeddings/oleObject1.bin>;

Материал заготовки: чугун;

Размер заготовки: <Object: word/embeddings/oleObject2.bin>;

Механизм управления: однорукояточный.

Станок предназначен для токарного фрезерования плоских поверхностей с шириной фрезерования <Object: word/embeddings/oleObject3.bin>.

При определении предельных скоростей резания предпочтительно принимать <Object: word/embeddings/oleObject4.bin> для чистовых работ, <Object: word/embeddings/oleObject5.bin> для черновых работ, соответственно при минимальной подаче и глубине резания (чистовая обработка) и максимальных подаче и глубине резания (черновая обработка).

<Object: word/embeddings/oleObject6.bin> ( стр. 281 [1]);

<Object: word/embeddings/oleObject7.bin>;

Инструмент – торцовая дисковая фреза со вставными ножами из быстрорежущей стали (по ГОСТ 6469-69). <Object: word/embeddings/oleObject8.bin>; <Object: word/embeddings/oleObject9.bin>;<Object: word/embeddings/oleObject10.bin>; <Object: word/embeddings/oleObject11.bin> (стр. 187 [1] );

Глубина резания при черновой обработке <Object: word/embeddings/oleObject12.bin>;

Подача <Object: word/embeddings/oleObject13.bin>(стр. 283 табл. 34 [1]);

Скорость резания:

<Object: word/embeddings/oleObject14.bin> (стр. 282 [1]);

где <Object: word/embeddings/oleObject15.bin>; <Object: word/embeddings/oleObject16.bin>; <Object: word/embeddings/oleObject17.bin>; <Object: word/embeddings/oleObject18.bin>; <Object: word/embeddings/oleObject19.bin>; <Object: word/embeddings/oleObject20.bin>; <Object: word/embeddings/oleObject21.bin>. (стр. 286 табл. 39 [1]);

Стойкость фрезы принимаем <Object: word/embeddings/oleObject22.bin>.(стр.290 табл. 40 [1]);

Коэффициенты: <Object: word/embeddings/oleObject23.bin>; <Object: word/embeddings/oleObject24.bin>; <Object: word/embeddings/oleObject25.bin>(стр. 261 – 263 табл. 1 – 4 [1]);

<Object: word/embeddings/oleObject26.bin>;

1.2. Расчёт максимальной и минимальной скорости вращения шпинделя:

<Object: word/embeddings/oleObject27.bin> – принимаем nmax=50об/мин

1.3. Расчет максимальной силы резания.

Максимальная сила резания будет возникать при черновой обработке:

<Object: word/embeddings/oleObject28.bin> (стр. 282 [1]),

где <Object: word/embeddings/oleObject29.bin>; <Object: word/embeddings/oleObject30.bin>; <Object: word/embeddings/oleObject31.bin>; <Object: word/embeddings/oleObject32.bin>; <Object: word/embeddings/oleObject33.bin>; <Object: word/embeddings/oleObject34.bin>; <Object: word/embeddings/oleObject35.bin> (стр. 291табл. 41 [1]);

<Object: word/embeddings/oleObject36.bin>;

1.4 Крутящий момент на шпинделе:

<Object: word/embeddings/oleObject37.bin> (стр. 290 [1]);

<Object: word/embeddings/oleObject38.bin>;

1.5 Мощность резания:

<Object: word/embeddings/oleObject39.bin> – фактическая скорость резания;

<Object: word/embeddings/oleObject40.bin>;

Принимаем стандартный ряд чисел скоростей:

n= 50; 56; 63; 71; 80; 90; 100; 112; 125; 140; 160; 180; 200; 224; 250; 280; 315; 355.

2. Кинематический расчет.

2.1. Построение структурной сетки.

Структурная формула будет иметь вид:

<Object: word/embeddings/oleObject41.bin>;

Строим график структурной сетки (рис.1):

Рис.1. Структурная сетка.

2.2. Построение графика чисел оборотов:

Рис. 2. График чисел оборотов.

Передаточное отношение должно входить в пределы:

<Object: word/embeddings/oleObject42.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject43.bin> <Object: word/embeddings/oleObject44.bin> <Object: word/embeddings/oleObject45.bin> <Object: word/embeddings/oleObject46.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject47.bin><Object: word/embeddings/oleObject48.bin><Object: word/embeddings/oleObject49.bin><Object: word/embeddings/oleObject50.bin><Object: word/embeddings/oleObject51.bin>

2.3. Определение числа зубьев зубчатых колес.

<Object: word/embeddings/oleObject52.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject53.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject54.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject55.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject56.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject57.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject58.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject59.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject60.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject61.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject62.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject63.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject64.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject65.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject66.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject67.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject68.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject69.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject70.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject71.bin>

Z

120

2.4.Определяем действительное значение частот вращения шпинделя с учетом конкретных чисел зубьев колес на каждом валу и сравниваем со стандартными значениями.

Отклонение действительных величин не должно превышать

<Object: word/embeddings/oleObject72.bin>;

Расчет ведем по формуле:

<Object: word/embeddings/oleObject73.bin>, где <Object: word/embeddings/oleObject74.bin>.

<Object: word/embeddings/oleObject75.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject76.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject77.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject78.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject79.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject80.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject81.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject82.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject83.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject84.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject85.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject86.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject87.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject88.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject89.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject90.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject91.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject92.bin>;

Частота вращения, об/мин

Отклонение

Табличная<Object: word/embeddings/oleObject93.bin>

Действительная<Object: word/embeddings/oleObject94.bin>

Абсолютное

<Object: word/embeddings/oleObject95.bin>

Относительное<Object: word/embeddings/oleObject96.bin>

1

50

53,06

3,06

0,06

2

56

53,06

3,06

0,06

3

63

60,64

3,64

0,06

4

71

74,1

3,1

0,04

5

80

76,89

3,11

0,04

6

90

87,87

3,13

0,03

7

100

95,94

-4,06

4,06

8

112

106,13

-5,87

5,2

9

125

121,29

-3,71

2,9

110

140

139,02

-0,98

0,7

111

160

153,77

-6,23

3,9

112

180

175,74

-4,26

2,4

113

200

191,89

-8,11

4,1

114

224

212,25

-11,75

5,2

115

250

242,57

-7,43

2,9

116

280

278,04

-1,96

0,7

117

315

314,99

-7,45

0,94

118

355

351,48

-3,52

0,9

2.5. Строим кинематическую схему (рис.3):

Рис.3. Кинематическая схема коробки скоростей.

3. Силовой расчёт коробки скоростей:

3.1 Определим КПД коробки скоростей:

<Object: word/embeddings/oleObject97.bin> (стр. 106. [2]);

η = 0,9924 0,9985 = 0,959;

3.2 Требуемая мощность электродвигателя:

<Object: word/embeddings/oleObject98.bin>;

3.3 Выбираем асинхронный двигатель типа 4А160М8У3 акрытый, обдуваемый, с синхронной частотой вращения <Object: word/embeddings/oleObject99.bin>, мощностью 11кВт), (стр. 28, табл.3,1 [2]);

3.4 Определяем фактическую частоту вращения каждого вала.

В коробке скоростей универсальных станков в качестве расчетного числа оборотов берут не <Object: word/embeddings/oleObject100.bin> , а расчетную:

<Object: word/embeddings/oleObject101.bin>, где <Object: word/embeddings/oleObject102.bin>- диапазон регулирования;

<Object: word/embeddings/oleObject103.bin>

Принимаем nр = 45 об/мин.

По графику (рис.2) расчётная частота вращения каждого вала составляет:

<Object: word/embeddings/oleObject104.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject105.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject106.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject107.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject108.bin>.

3.5 Определяем мощность на каждом валу по формуле:

<Object: word/embeddings/oleObject109.bin>, где <Object: word/embeddings/oleObject110.bin>- КПД передач, подшипников.

<Object: word/embeddings/oleObject111.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject112.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject113.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject114.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject115.bin>.

3.6. Определяем крутящий момент на каждом валу (стр. 237 [3]):

<Object: word/embeddings/oleObject116.bin>,

<Object: word/embeddings/oleObject117.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject118.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject119.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject120.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject121.bin>.

3.7. Определяем модуль зубчатых зацеплений:

В соответствии со стандартным рядом значений модуля, принятом в станкостроении принимаем (стр. 150 [4]):<Object: word/embeddings/oleObject122.bin>=4мм; <Object: word/embeddings/oleObject123.bin>=4мм; <Object: word/embeddings/oleObject124.bin>=4мм; <Object: word/embeddings/oleObject125.bin> =4мм.

4. Расчёт элементов коробки скоростей.

4.1. Расчёт геометрических параметров зубчатых колёс:

<Object: word/embeddings/oleObject126.bin>, откуда <Object: word/embeddings/oleObject127.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject128.bin>

Диаметр: <Object: word/embeddings/oleObject129.bin>

Диаметр вершин зубьев: <Object: word/embeddings/oleObject130.bin>

Диаметр впадин зубьев: <Object: word/embeddings/oleObject131.bin>

Межосевое растояние: <Object: word/embeddings/oleObject132.bin>

in

кол

Z

m, мм

d, мм

dа, мм

df, мм

a, мм

i1

1

39

4

156

164

146

240

2

81

324

332

314

i2

3

56

240

248

230

4

64

240

248

230

i3

5

53

224

232

214

6

67

256

264

246

i4

7

53

212

220

202

8

67

268

276

258

i5

9

60

240

248

230

10

60

240

248

230

i6

11

40

160

168

150

12

80

320

328

310

i7

13

24

96

108

86

14

96

384

392

374

i8

15

60

240

248

230

16

60

240

248

230

i9

17

49

196

208

186

18

71

284

292

274

Степень точности колес определяется в зависимости от назначения:

Принимаем степень точности 7. Материал колёс – сталь 40Х.

4.2. Предварительный расчет диаметров валов.

Диаметр вала определяется из условия прочности на кручение при пониженных допускаемых напряжениях:

<Object: word/embeddings/oleObject133.bin>, где

T – крутящий момент ;

<Object: word/embeddings/oleObject134.bin>- допускаемое условное напряжение на кручение.

<Object: word/embeddings/oleObject135.bin> для промежуточных валов:

<Object: word/embeddings/oleObject136.bin> для входного и выходного валов.

Тогда:

<Object: word/embeddings/oleObject137.bin> принимаем <Object: word/embeddings/oleObject138.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject139.bin>, принимаем <Object: word/embeddings/oleObject140.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject141.bin>, принимаем <Object: word/embeddings/oleObject142.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject143.bin>, принимаем <Object: word/embeddings/oleObject144.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject145.bin>, принимаем <Object: word/embeddings/oleObject146.bin>.

5 Расчет шпинделя на жесткость

Прежде всего определяем допускаемые значения параметров жесткости для проектируемого шпинделя, согласно данным допускаемая минимальная жесткость конца шпинделя для станков составляет 200 Н/мкм;

Составляем расчетную схему, в которой на шпиндель действует сила резания <Object: word/embeddings/oleObject147.bin>, результирующая, приведенных в одну плоскость сил <Object: word/embeddings/oleObject148.bin> и <Object: word/embeddings/oleObject149.bin>, а задний конец шпинделя разгружен от изгибающих сил за счет установки гильзы.

С учетом защемляющего момента в передней опоре перемещение переднего конца шпинделя:

<Object: word/embeddings/oleObject150.bin> ; где

Ррез=13380 Н;

а=82мм=0,082м – вылет переднего конца шпинделя;

L=580мм=0,58м – расстояние между опорами;

<Object: word/embeddings/oleObject151.bin> и <Object: word/embeddings/oleObject152.bin> - жесткость подшипников передней и задней опор, которую определяем по графику.

<Object: word/embeddings/oleObject153.bin>=110 кг/мкм; <Object: word/embeddings/oleObject154.bin>=55 кг/мкм;

Е=<Object: word/embeddings/oleObject155.bin> Па – модуль упругости материала шпинделя;

G=<Object: word/embeddings/oleObject156.bin> Па – модуль сдвига материала шпинделя;

<Object: word/embeddings/oleObject157.bin> и <Object: word/embeddings/oleObject158.bin> - площадь сечения переднего конца и межосевой части шпинделя;

<Object: word/embeddings/oleObject159.bin>=0,0093 <Object: word/embeddings/oleObject160.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject161.bin>=0,007 <Object: word/embeddings/oleObject162.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject163.bin> и <Object: word/embeddings/oleObject164.bin> - среднее значение осевого момента инерции сечения консоли и сечения шпинделя в пролете между опорами;

Для кольцевого сечения: <Object: word/embeddings/oleObject165.bin>; <Object: word/embeddings/oleObject166.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject167.bin>+

+<Object: word/embeddings/oleObject168.bin>=10,31 мкм;

Фактическая жесткость переднего конца шпинделя:

<Object: word/embeddings/oleObject169.bin>=1298 Н/мкм > 200 Н/мкм, т.е. жесткость шпинделя обеспечена.

6 Расчет усилий на органах управления

Механизм управления должен обеспечивать переключение скоростей проектируемой коробки скоростей путем перемещения его подвижных элементов.

<Object: word/embeddings/oleObject170.bin>=40 Н – мах усилие на рукоятке;

<Object: word/embeddings/oleObject171.bin> - длина рукоятки;

r=34 мм – радиус сектора;

<Object: word/embeddings/oleObject172.bin>- суммарная сила, которую нужно приложить, чтобы преодолеть все силы сопротивления.<Object: word/embeddings/oleObject173.bin>, где <Object: word/embeddings/oleObject174.bin>- суммарная сила сопротивления 3 блоков при переключении; <Object: word/embeddings/oleObject175.bin>- суммарное усилие, которое нужно преодолеть для перемещения вилок переключения на штанах при их количестве 3-х штук.

<Object: word/embeddings/oleObject176.bin> - сила сопротивления повороту зубчатого колеса при введении во впадину зуба, при несовпадении зуба и впадины;

<Object: word/embeddings/oleObject177.bin>- сила, необходимая для преодоления усилия фиксатора.

Массы блоков колес и вилок определяем по справочнику.

1) Двойной блок <Object: word/embeddings/oleObject178.bin>=2,4 кг;

2) Тройной блок <Object: word/embeddings/oleObject179.bin>=3,7 кг;

3) Тройной блок <Object: word/embeddings/oleObject180.bin>=5,1 кг;

Массы вилок переключения принимаем 3 кг кождая, т.е.

<Object: word/embeddings/oleObject181.bin>=3·3=9 кг;

<Object: word/embeddings/oleObject182.bin> - сила, необходимая для преодоления силы тяжести 2-х блоков, при их переключении.

Определение суммарного усилия, необходимо для преодоления сил трения от массы перемещаемых блоков зубчатых колес.

Суммарный вес блоков в Н:

<Object: word/embeddings/oleObject183.bin>=(<Object: word/embeddings/oleObject184.bin>+<Object: word/embeddings/oleObject185.bin>+<Object: word/embeddings/oleObject186.bin>g=(2,4+3,7+5,1)·9,8=110 H;

Тяговая сила на вилках переключения для перемещения блоков колес:

<Object: word/embeddings/oleObject187.bin>=110·0,15=16,5 Н;

Усилие, которое необходимо преодолеть для перемещения вилок переключения на штангах:

<Object: word/embeddings/oleObject188.bin>=9·9,8·0,15=13,23 Н;

Определение мощности холостого хода по формуле:

<Object: word/embeddings/oleObject189.bin>; где d – средний диаметр шестерни под подшипники всех промежуточных валов;

<Object: word/embeddings/oleObject190.bin>=50 мм; <Object: word/embeddings/oleObject191.bin> - диаметр шеек шпинделя <Object: word/embeddings/oleObject192.bin>=103мм;

<Object: word/embeddings/oleObject193.bin> - сумма частот вращения всех промежуточных валов;

<Object: word/embeddings/oleObject194.bin>=355+280+71=706 об/мин;

<Object: word/embeddings/oleObject195.bin><Object: word/embeddings/oleObject196.bin> - частота вращения шпинделя. <Object: word/embeddings/oleObject197.bin>=50 об/мин;

<Object: word/embeddings/oleObject198.bin>=0,15 кВт;

Момент на первом валу от мощности холостого хода:

Т=2,2 Н·м;

Окружная сила на колесе:

<Object: word/embeddings/oleObject199.bin>55 Н;

Необходимая осевая сила на шестерне для преодоления силы <Object: word/embeddings/oleObject200.bin>:

<Object: word/embeddings/oleObject201.bin>=63,5 Н;

Тогда сила сопротивления повороту зубчатого колеса при введении во впадину зуба при несовпадении зуба и впадины:

<Object: word/embeddings/oleObject202.bin>= 31,75 Н;

Рассчитываем усилие, необходимое для преодоления действия силы фиксатора блока колес, расположенных на 3 вилках переключения. Т.к. оси перемещаемых зубчатых колес расположены вертикально, а осевые силы во время вращения зубчатых колес отсутствуют (зубчатое зацепление прямозубое), то силу фиксации принимаем <Object: word/embeddings/oleObject203.bin>=10 Н для всех зубчатых колес.

Момент на рукоятке:

<Object: word/embeddings/oleObject204.bin>;

В тоже время: <Object: word/embeddings/oleObject205.bin>;

Длина рукоятки: <Object: word/embeddings/oleObject206.bin>=170мм.

7 Описание конструкции коробки скоростей

Механизм коробки скоростей расположен в корпусе, отливка из серого чугуна. Вращение на первый вал коробки передается через втулочно-пальцевую муфту. Коробка состоит из 4-х валов и шпинделя. На 1-м валу консольно насажена цилиндрическая шестерня, находящаяся в постоянным зацеплении с колесом на втором валу. Подвижные блоки базируются на шлицевом зацеплении валов. Зубчатые колеса 2, 3 и 4 валов передают крутящие моменты через шпонки. На 4 валу базируется шестерня на радиальных подшипниках, находящаяся в постоянным зацеплении с колесом пятого вала. Передача крутящего момента осуществляется с помощью упругой муфты. Применение муфты обусловлено значительными габаритами шестерни и в случае ее перемещения возникают значительные усилия на рукоятке управления.

Зубчатые колеса шпинделя (пятого) вала выполняем в виде блока колес, передача крутящего момента на шпиндель – посредством шлицевого зацепления.

Опоры шпинделя монтируются в пиноли, которая имеет возможность осевого колодочного перемещения посредством червячного и реечного зацепления с помощью моховика. После установки требуемого осевого положения пиноли производится ее фиксация винтовым зажимом с помощью клиновых втулок.

8 Анализ технико-экономической эффективности

Разработанная коробка скоростей отвечает следующим показателям эффективности:

1) Применяется структурная сетка с веерообразной структурой, что обеспечивает минимальные габариты.

2) Количество деталей сведено к минимуму, что повышает надежность коробки.

3) Повышает производительность за счет применения однорукояточного механизма управления по сравнению с другими(барабанного типа и др.).

4) Органы управления расположены с максимально возможным удобством для рабочего. Их конструкция проста и надежна.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ