Міністерство освіти і науки України
Житомирський державний технологічнийуніверситет
Кафедра ТМ і КТС
Пояснювальна записка до курсовоїроботи з дисципліни:
«Розрахунок та моделювання верстатами»
на тему: «Модернізація приводуголовного руху зі ступеневим регулюванням свердлильного верстата»
Житомир
2007
Глава 1. Розрахунок вихідних даних
1.1 Діаметри обробки
/>
/>
– приймаємо />.
1.2 Глибина різання
/>
/>,
де /> – діаметр обробки, мм;
1.3 Подача
Значення подачі />, />
1.4 Швидкість різання
/>
де />–розраховується для чистового точіння при:
– найменшій глибині різання />;
– стійкості різальногоінструмента />;
– коефіцієнті /> для твердого сплаву;
– коефіцієнті />; (показники ступенів />,/> та /> –для твердого сплаву);
– подача для чистовоїобробки вибирається з довідника.
/>
де />–розраховується при:
– найбільшій глибині різання/>;
– стійкості різальногоінструмента />;
– коефіцієнті /> швидкорізальної сталі;
– коефіцієнті />; (показники ступенів />,/> та /> –для швидкорізальноїсталі);
Частоти обертання шпинделя:
/>
/>
1.5 Сила різання, потужність двигуна
/>
Приймаємо />,
де />– длятвердосплавного інструменту;
/>
де />–ефективна потужність, кВт.
Необхідна потужність електродвигуна:
/>,
де />–коефіцієнт, який враховує потужність, що витрачається на рух подачі />;
/>– потужність холостого ходу верстата, /> кВт.
Глава 2. Розрахунки кінематики приводу шпинделязі ступеневим регулюванням
При відомих найбільшій та найменшій частотах обертанняшпинделя кількість ступенів можна визначити за формулою:
/>,
де /> –діапазон частот обертання шпинделя.
Розрахунок починаємо з знаменника ряду />:
/> – умова не забезпечується.
Проводимо розрахунок з знаменником ряду />:
/> – умова не забезпечується
Проводимо розрахунок з знаменником ряду />:
/> -- умова виконується
Одержане значення округлюємо до />.
2.1 Приводи шпинделя з двошвидкісним електродвигуном таавтоматизованою коробкою передач
Конструктивний варіант для випадку /> буде мати вигляд:
/>,
при цьому двошвидкісний двигун виконує роль першоїструктурної групи. Для /> доцільновибирати двигун з діапазоном частот обертання вала />.
Розширити діапазон регулювання АКП (і одночасноуникнути повторюваності частот) можна за рахунок використання вузла зворотногозв’язку.
Будуємо картину частот, прийнявши />об/хв., />об/хв.
2.2 Розрахунок чисел зубів зубчастих передач
З картини частот обертання шпинделя беремо передаточнівідношення для кожної групи і виражаємо їх неправильним дробом.
Для І-ої групи:
/>, />,
/>;
Розраховуємо мінімальне значення коефіцієнтакорегування сумарного числа зубів у передачі:
/>,
де />–найменша можлива кількість зубів в приводах головного руху верстатів, />; />– сума чисельника та знаменника найменшогопередаточного відношення і групі;/>– чисельник найменшого передаточноговідношення в групі;
Маємо:
/>
Розраховуємо сумарну кількість зубів в кожнійзубчастій передачі в групі:
/>,
Розраховуємо числа зубів ведучого та веденого коліс вкожній передачі:
/> />
Для ІІ-ої групи:
/>, />,
/>;
Розраховуємо мінімальне значення коефіцієнтакорегування сумарного числа зубів у передачі:
/>/>,
Розраховуємо сумарну кількість зубів в кожнійзубчастій передачі в групі:
/>,
Розраховуємо числа зубів ведучого та веденого коліс вкожній передачі:
/> />
Для ІІІ-ої групи:
/>,/> ,
/>;
Розраховуємо мінімальне значення коефіцієнтакорегування сумарного числа зубів у передачі:
/>/>,
Розраховуємо сумарну кількість зубів в кожнійзубчастій передачі в групі:
/>,
Розраховуємо числа зубів ведучого та веденого коліс вкожній передачі:
/>
Оскільки />,кількість зубців в І-й групі збільшуємо до
/>
2.3 Розрахунок зубчастих передач
Орієнтовно модуль зубчастих передач в групірозраховується для пари з найменшим передаточним відношенням:
/>
де N – потужність електродвигуна, кВт;
/>– допустиме навантаження, Н/мм2;
/>– розрахункова частота обертання колеса, хв-1;
/>– коефіцієнт ширини зубчастого колеса, />;
/>– кисло зубців колеса;
/>– коефіцієнт форми зубців;
/>– коефіцієнт швидкості.
Модуль в І-й групі:
/>,
Приймаємо m=3.
Модуль в ІІ-й групі:
/>,
Приймаємо m=6.
Модуль в ІІІ-й групі:
/>,
Приймаємо m=4.
Розраховуємо міжосьові відстані />:
/>,
/>,
/>.
Визначаємо діаметри та ширину зубчастих коліс ідіаметри валів, />, />.
Для І-ої групи:
/> />
Для ІІ-ої групи:
/> />
Для ІІІ-ої групи:
/>
Оскільки />, тобтоне виконується умова монтажу, змінимо сумарну кількість зубців в парах (кратнопередаточним відношенням), не виходячи за />.
Збільшимо сумарну кількість зубців в ІІІ-ій групі в 2рази, а в ІІ-ій – зменшимо в 2 рази, тоді міжосьові відстані матимуть значення:
/>
/>
Діаметри зубчастих коліс в ІІ-й та ІІІ-й групах:
/> />
/>
Тепер умова монтажу виконується: />.
Ширина зубчастих коліс:
/>
/>
/>
Діаметри валів приймаємо орієнтовно />:
/>
/>
/>
/>
4.2 Конструювання шпиндельного вузла
Шпиндельні вузли металорізальних верстатівпроектуються в більшості випадків з підшипниками кочення в опорах.Використовують в опорах як кулькові, так і роликові підшипники. Підшипники опорповинні витримувати радіальне та осьове навантаження, що діють на шпиндель впроцесі роботи верстата. Для протидії осьовому навантаженню упорні підшипникиможна проектувати як в передній, так і в задній опорах. Використаннярадіально-упорних або упорних підшипників в передній опорі більш ефективне,тому що розвантажує шпиндель від осьових сил різання, але при цьомуускладнюється конструкція та розміри передньої опори.
Спеціальні роликові шпиндельні підшипники проектують вопорах шпинделів при максимальній частоті обертання 2000…2500 обертів захвилину. Вкорочені циліндричні ролики підвищують допустиму швидкість обертання.
Передній кінець шпинделя повинен мати строгостандартизовані як форму, так і розміри.
4.3 Розрахунок радіальної жорсткості шпинделя, розвантаженоговід згинного моменту
В процесі роботи металорізального верстата геометричнавісь шпинделя змінює своє положення внаслідок податливості опор від дії силрізання, згинних моментів та зсуву від поперечних сил. Фактичне положеннягеометричної осі шпинделя буде залежати від жорсткості шпиндельного вузла, якаможе бути визначена за принципом суперпозиції.
Розрахункова схема:
/>
Реакції в опорах:
/>;
/>;
Пружне переміщення тіл кочення та кілець підшипників впередній опорі:
/>.
Контактна деформація посадочних поверхонь підшипника ікорпуса:
/>.
Жорсткість передньої опори:
/>.
Податливість передньої опори:
/>.
Пружне зближення тіл кочення та кілець підшипників взадній опорі:
/>.
Контактна деформація підшипників і корпуса задньоїопори:
/>
Жорсткість задньої опори:
/>.
Податливість задньої опори:
/>.
Переміщення переднього кінця шпинделя від згиннихнавантажень:
/>,
/>– момент інерції шпинделя між опорами;
/>– момент інерції консолі;
/>– коефіцієнт защемлення;
/>.
Переміщення переднього кінця шпинделя за рахунокподатливості опор:
/>/>.
Переміщення переднього кінця шпинделя від зсуву зарахунок поперечних сил:
/>,
де />– модуль зсуву,
/>/>– площа перерізу консолі шпинделя, мм2;
/>/>– площа перерізу шпинделя між опорами, мм2;
/>
Радіальна жорсткість шпиндельного вузла:
/>,
/>.
Радіальне переміщення шпинделя в точці заміружорсткості:
/>
/>
4.4 Розрахунок осьової жорсткості шпинделя, розвантаженоговід згинного моменту
Осьову жорсткість шпинделя розраховують за осьовоюсилою, що діє на шпиндель.
Приймаємо осьове навантаження від сил різання:
/>
Пружне переміщення тіл кочення та кілець підшипникапередньої опори:
/>
де />– кількістькульок підшипника;
/>– діаметр кульок.
Контактна деформація стиків задньої опори в місцяхдотику:
/>,
/>
де />– діаметр корпусу в зоні дотику, мм;
/>– внутрішній діаметр підшипника, мм;
/>– коефіцієнт деформації дотику.
Осьова жорсткість шпиндельного вузла:
/>.
Кут нахилу шпинделя в передній опорі:
/>.
4.5 Розрахунок точності підшипників шпиндельноговузла
У зв’язкуз тим, що шпиндельний вузол є визначальним за точністю металорізальноговерстата, виникає необхідність провести розрахунки точності підшипників вшпиндельних опорах. Пов’язані ці розрахунки з визначенням биття осі шпинделя вопорах.
Приймаємо коефіцієнт />,для верстатів нормальної точності.
Биття переднього кінця шпинделя:
/>;
У зв’язку з тим, що при експлуатації верстата биття впідшипниках збільшується в розрахунках приймають:
/>;
Биття осі шпинделя в передній опорі:
/>;
Биття осі шпинделя в задній опорі:
/>