Расчёт и конструирование станков

Дисциплина: Электротехника
Тип работы: Реферат
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 13 страниц
В избранное:

ВВЕДЕНИЕ.

В курсовой работе по «Расчету и конструированию металлорежущих станков» изучаются основные методы расчета и конструирования узлов, механизмов и деталей станков из условия обеспечения качественной и количественной стороны процесса обработки.

Это означает, что прочность, жёсткость, износостойкость, виброустойчивость и другие характеристики деталей и узлов станка, а также компоновка, технические и эксплутационные показатели станка должны обеспечить требуемые точность обработки и чистоту поверхности при высокой производительности и экономичности процесса.

Курс «Расчёт и конструирование станков» базируется на курсах «Теория резания металлов», «Кинематика станков», «Детали машин» и «Теория механизмов и машин».

Современные металлорежущие станки являются весьма разнообразными и развитыми рабочими машинами, включающими большое число механизмов и использующими механические, электрические, гидравлические и другие методы осуществления движений и управления циклом.

Станки занимают особое место среди таких машин-орудий, как текстильные, транспортные, машины лёгкой промышленности, полиграфические и другие, потому, что они предназначены для изготовления деталей других машин, т. е. для производства средств производства. Поэтому станкостроение часто называют сердцевиной машиностроения.

При проектировании нового станка мы не должны идти путём использования в нём уже известных технических решений, а проектировать, т. е. разрабатывать проект нового станка не только на уровне современных достижений техники, а с закладкой в проект определённого запаса совершенства, новизны решений каждого элемента в станке против уже известного, достигнутого. Надо, чтобы конструкции создаваемых станков были перспективными, т. е. отвечали требованиям завтрашнего дня.

Следует учитывать при создании нового станка - это всемирное сокращение его производства. Следовательно, основная цель и задача проектных работ - это создание станков, которые в момент их поставки потребителю находились бы на уровне лучших мировых образцов или даже превосходили их. Для того, чтобы отвечать всем современным требованиям необходимо следовать основным направлениям развития станкостроения.

Особое развитие в последние десятилетия получило числовое программное управление станками. Микропроцессорные устройства управления превращают станок в станочный модуль, сочетающий гибкость и универсальность с высоким уровнем автоматизации. Станочный модуль способен обеспечивать обработку заготовок широкой номенклатуры в автономном режиме на основе малолюдной или даже безлюдной технологии. Таким образом, современное станочное оборудование является базой для развития гибкого автоматизированного производства, резко повышающего производительность труда в условиях средне- и мелкосерийного производства.

Использование гибких производственных систем, состоящих из набора станков, манипуляторов, средств контроля, объединённых общим управлением от ЭВМ, даёт и в многономенклатурном крупносерийном производстве стимулировать научно-технический прогресс, быстрый и с минимальными затратами переход к новым, более совершенным образцам выпускаемой продукции. Переход от использования набора станков и других технологических машин к машинным системам в виде гибких производственных систем технологического оборудования помимо повышения производительности труда коренным образом изменяет весь характер машиностроительного производства. Создаются условия постепенного перехода к трудосберегающему производству при наивысшей степени автоматизации.

Совершенствование современных станков должно обеспечивать повышение скоростей рабочих и вспомогательных движений при соответствующем повышении мощности привода главного движения. Исключительное значение приобретает повышение надёжности станка за счёт насыщения их средствами контроля и измерения, а также введения в станки систем диагностирования.

Повышение скоростей рабочих и вспомогательных движений связано с дальнейшим совершенствованием привода станков, шпиндельных узлов, тяговых устройств и направляющих прямолинейного движения. Применение композиционных материалов для режущих инструментов позволяет уже сейчас реализовать скорость резания до 1, 5-2 км/мин, а скорость подачи довести до 20-30 м/мин. Дальнейшее повышение скоростей потребует поиска новых конструкций, использующих иные физические принципы и обеспечивающих высокую работоспособность ответственных узлов.

ЗАДАНИЕ.

Спроектировать коробку скоростей вертикально-сверильного станка по следующим исходным данным:

Число скоростей шпинделя Z = 12;

Знаменатель ряда ϕ = 1, 26;

Минимальное число оборотов шпинделя n ₁ = 80 об/мин;

Число оборотов электродвигателя n _э = 1440 об/мин;

Мощность электродвигателя N = 4, 5 кВт.

1. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ КОРОБКИ СКОРОСТЕЙ.

Произвести кинематический расчёт коробки скоростей станка по следующим исходным данным:

Число скоростей шпинделя Z = 12;

Знаменатель ряда ϕ = 1, 26;

Минимальное число оборотов шпинделя n ₁ = 80 об/мин;

Число оборотов электродвигателя n _э = 1440 об/мин.

Определение основных кинематических параметров

коробки скоростей.

Максимальное число оборотов шпинделя:

n _max = n ₁ * ϕ ^{z - 1} , т. е. n ₁₂ =n ₁ *ϕ ¹¹ = 80 * (1, 26) ¹¹ = 1000 об/мин.

Таким же образом определим число оборотов шпинделя для остальных скоростей, данные сведем в таблицу 1.

Таблица 1.

n*ϕz-1: n*ϕ ^z-1

n1: n ₁

n2: n ₂

n3: n ₃

n4: n ₄

n5: n ₅

n6: n ₆

n7: n ₇

n8: n ₈

n9: n ₉

n10: n ₁₀

n11: n ₁₁

n12: n ₁₂

n*ϕz-1: ϕ=1, 26

n1: 80

n2: 100

n3: 125

n4: 160

n5: 200

n6: 250

n7: 315

n8: 400

n9: 500

n10: 630

n11: 800

n12: 1000

1. 2. Построение структурной сетки.

В большинстве случаев лучшим для коробок скоростей является вариант с веерообразным графиком. В коробках скоростей, как правило, происходит уменьшение чисел оборотов от ведущего (приводного) вала к ведомому (шпинделю) . При применении данного варианта в области высоких чисел оборотов работает большее число шестерен, так как главная редукция осуществляется на последней ступени. Скоростные шестерни имеют меньшие габариты, так как при данной мощности они будут передавать меньшие крутящие моменты. Поэтому этот вариант будет соответствовать более компактной коробке скоростей. Кроме того, небольшие передаточные отношения в области высоких чисел оборотов обеспечивают лучшие условия для работы зубчатых передач.

По тем же соображениям при выборе порядка расположения множительных передач целесообразней вначале иметь большее число скоростей.

Так, вариант z = 12 = 3*2*2 лучше, чем z = 12 = 2*2*3

Но так как меня не устраивает компактная коробка скоростей и мне необходимо увеличить расстояние между шпинделем и электродвигателем, то для своей коробки скоростей я выбираю структурную сетку z = 2[3] *3[1] *2[6] = 12

I: I

I: II

I: III

I: IV

: 1

: 2

: 3

: 4

: 5

: 6

: 7

: 8

: 9

: 10

: 11

: 12

Рисунок 1.

Из структурной сетки получаем следующие соотношения для передаточных чисел:

i ₁ : i ₂ = ϕ ³ = 2;

i ₃ : i ₄ : i ₅ = 1, 26;

i ₆ : i ₇ = 4;

1. 3. Построение графика чисел оборотов.

Для облегчения кинематических расчётов сложных коробок скоростей применяется графоаналитический метод, который заключается в графическом изображении чисел оборотов и передаточных отношений в виде так называемых графиков чисел оборотов.

При изображении графиков чисел оборотов приняты следующие условности:

1. Каждому валу коробки скоростей соответствует своя шкала чисел оборотов, на которой точками отмечается число скоростей, которое может иметь данный вал.

2. Числа оборотов на каждой шкале изображаются в логарифмическом масштабе. Поэтому геометрический ряд чисел оборотов изображается в виде точек, расположенных на одинаковом расстоянии. Точки, расположенные правее соответствуют более высоким числам оборотов. Расстояние между соседними числами оборотов равняется ϕ, так как ϕ=n _k+1 /n _k , а в логарифмической шкале деление заменяется вычитанием.

3. Передаточные отношения изображаются в виде линий, соединяющих точки соответствующих чисел оборотов соседних валов.

Наклон линии характеризует величину передаточного отношения. Наклон вправо означает ускорение ( i>1), наклон влево (i<1) - замедление. Вертикальное расположение линии соответствует передаточному отношению i=1, так как число оборотов вала не изменяется.

Параллельные линии означают одинаковое передаточное отношение.

Для построения графика чисел оборотов необходимо в каждом из соотношений выбрать одно передаточное число, тогда определятся и все остальные значения.

Выбор i должен производится так, чтобы его значения не выходили за допускаемые пределы (1/4≤i≤2) . Наибольшее расхождение имеют лучи i ₆ и i ₇ . Поэтому проверим i ₇ :

i ₇ = 1, 26/ϕ ⁶ = 1, 26/4 > 1/4;

таким образом данный вариант является приемлемым, также i ₆ можем принять равным 1, данный вариант также является допустимым, причём имеется запас редукции.

Исходя из вышесказанного мы можем принять i ₃ = 1 , тогда i ₄ = 1/1, 26 ; i ₅ = 1/1, 58 . Также i ₁ = 1 , тогда i ₂ = 1/2 .

: 80

: 100

: 125

: 160

: 200

: 250

: 315

: 400

: 500

: 630

: 800

: 1000

: 1250

: 1600

Рисунок 2.

В соответствии с полученными передаточными отношениями построен график чисел оборотов. Число оборотов приводного (2-го) вала соответствует n ₁₂ = 1000 об/мин шпинделя. Поэтому:

i ₀ = 1000/1440 = 1/1, 44 - передаточное отношение ремённой передачи от электродвигателя к приводному валу коробки скоростей.

1. 4. Определение чисел зубьев шестерён.

Для определения чисел зубьев шестерён пользуемся видоизменённой таблицей немецкого инженера Гермара. Где по горизонтали отложена сумма зубьев, а по вертикали - передаточные отношения кратные 1, 06. Пустые клетки означают, что при данном Σz передаточное отношение не может быть выдержано в требуемых пределах ±10 (ϕ - 1) %, в остальных клетках указано число зубьев меньшего зубчатого колеса.

Отыскиваем такое значение Σz для каждой элементарной двухваловой передачи, которое обеспечивает требуемые значения i и имеет z _min ≥ 18 . Результаты сводим в таблицу 2.

Следует обратить внимание, что для замедлительных передач вначале идёт шестерня с меньшим числом зубьев, а для ускорительных (i > 1) - ведущая шестерня имеет большее z .

Таблица 2.

i: i

i1= 1/2: i ₁ = 1/2

i2= 1, 26: i ₂ = 1, 26

i3=1/3, 16: i ₃ =1/3, 16

i4=1/1, 26: i ₄ =1/1, 26

i5=1/2: i ₅ =1/2

i6=2: i ₆ =2

i7=1/2: i ₇ =1/2

i: z ₁ :z ₂

i1= 1/2: 27:55

i2= 1, 26: 48:34

i3=1/3, 16: 21:61

i4=1/1, 26: 34:48

i5=1/2: 27:55

i6=2: 66:33

i7=1/2: 31:68

i: Σz

i1= 1/2: 82

i2= 1, 26:

i3=1/3, 16:

i4=1/1, 26: 82

i5=1/2:

i6=2: 99

i7=1/2:

Определением чисел зубьев шестерён и построением ориентировочной схемы передач и заканчивается кинематический расчёт.

2. СИЛОВОЙ РАСЧЁТ КОРОБКИ СКОРОСТЕЙ.

Для расчёта деталей и механизмов привода коробок скоростей - шестерён, валов, подшипников, муфт, и др. необходимо определить действующие на них усилия.

Внешними усилиями являются силы резания P, приложенные к изделию или инструменту, закрепленному в шпинделе, и силы на приводном шкиве Q (если электродвигатель закреплен на корпусе коробки) . В местах закрепления корпуса коробки к станине возникают реакции. Во время работы станка крутящий момент на приводном шкиве M ^′ _кр уравновешивается крутящим моментом от сил резания М _кр и моментами трения в кинематических парах М _тр .

Возникающие внутренние силы и реакции в подшипниках, на зубцах шестерен, в муфтах и т. д. являются производными этих внешних сил и образуют для каждого элемента систему сил служащих для его расчёта.

2. 1. Расчёт зубчатых колёс.

Зубчатые колёса являются основным видом передач коробок скоростей, и от их габаритов и качества выполнения во многом зависят размеры и эксплутационные характеристики всей коробки скоростей. Расчёт зубчатых колёс ведётся в основном теми же методами, которые рассматриваются в курсе деталей машин.

Определим модуль зубчатых колёс:

, где: R _B - допустимые напряжения на изгиб

R _B = (25 ÷ 30) HB = 30 * 250 = 7500 Н/мм ² ;

N - номинальная передаваемая мощность; N = N _э * η (N _э - номинальная передаваемая мощность электродвигателя, η - к. п. д. передачи от электродвигателя до рассчитываемой шестерни) ;

N = N _э * η _рем * η _под = 4500 * 0, 04 * 0, 05 ² = 3650 Вт;

n - число оборотов рассчитываемой шестерни;

y - коэффициент формы зуба (при z = 18÷50, y = 0, 1÷0, 13) ; примем у= 0, 1;

z - число зубьев шестерни;

φ - коэффициент ширины зуба берётся равным (φ = 6 ÷ 10) ; принимаем среднее значение φ = 8;

k ₂ - коэффициент, учитывающий изменение нагрузки на зуб шестерни по сравнению с его номинальным значением, принимаем k ₂ = 0, 7;

Аналогично определяем модуль и для других колёс, полученные результаты приводятся в таблице 3.

Таблица 3.

№: №

1: 1

2: 2

3: 3

4: 4

5: 5

6: 6

7: 7

8: 8

9: 9

10: 10

11: 11

12: 12

13: 13

14: 14

№: z

1: 27

2: 55

3: 48

4: 34

5: 21

6: 61

7: 34

8: 48

9: 27

10: 55

11: 66

12: 33

13: 31

14: 68

№: m

1: 3

2: 3

3: 3

4: 3

5: 3

6: 3

7: 3

8: 3

9: 3

10: 3

11: 3

12: 3

13: 3, 5

14: 3, 5

2. 2. Расчёт валов.

Определяем диаметр выходного конца вала по формуле:

, где : М _кр - крутящий момент Н•мм;

[τ] _к - допустимые напряжения на кручение;

[τ] _к = 20 ÷ 25 Н/мм ² ;

Выбираем по ГОСТу 6636 - 81 d ₁ = 35 мм; аналогично определяем диаметры остальных валов:

d ₂ = 35 мм; d ₃ = 35 мм; d ₄ = 60 мм.

2. 3. Выбор подшипников.

При расчёте подшипников коробок скоростей их срок службы должен быть не ниже Т = 5000 час . Если по конструктивным соображениям приходится ставить подшипник меньших размеров, то необходимо обеспечить его быстросменность.

Подшипники выбираем по конструктивным соображениям. Принимаем с одной стороны радиально-упорный, однорядный, средней серии №307: d=35 мм; D = 75 мм; b = 19 мм; r = 2, 0мм; r ₁ = 1, 0мм; с=21, 6 кН; с ₀ =19, 8 кН.

С другой стороны радиально-упорный, однорядный, средней серии №306:

d=30 мм; D = 72 мм; b = 17 мм; r = 2, 0мм; r ₁ = 1, 0мм; с=17, 3 кН; с ₀ =11, 4 кН.

Таким же образом определяем остальные подшипники, полученные результаты сводим в таблицу 4.

Таблица 4.

№ вала: № вала

1 вал: 1 вал

2 вал: 2 вал

3 вал: 3 вал

4 вал: 4 вал

№ вала: №

: 1

1 вал: № 307

2 вал: № 307

3 вал: № 307

4 вал: № 214

№ вала: подшипников

: 2

1 вал: № 306

2 вал: № 306

3 вал: № 306

4 вал: № 213

3. КОНСТРУКЦИЯ КОРОБКИ СКОРОСТЕЙ.

3. 1. Устройство коробки скоростей.

Коробка скоростей состоит из семи зубчатых колёс, двух двойных блоков и одного тройного блока, которые вращаются на валах. В данной коробке скоростей применяются шлицевые валы и валы, на которых колёса крепятся при помощи шпонок. Валы вращаются с помощью подшипников качения. Всего в коробке скоростей 4 вала, один из которых - шпиндельный вал. Данная коробка скоростей приводится в движение через клиноремённую передачу от электродвигателя мощностью N = 4, 5 кВт и частотой вращения n = 1500 об/мин.

3. 2. Принцип работы.

... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.