Исходные данные
Типстанка — вертикально фрезерный.
Параметры:Приведенный диаметр заготовки
dпр мм 160 Максимальная длина заготовки
Lmax мм 930 Максимальное количество оборотов
nmax
мин-1 2000 Минимальное количество оборотов
nmin
мин-1 40 Продольная подача максимальная
Sпmax мм/мин 1600 Продольная подача минимальная
Sпmin мм/мин 50 Максимальная глубина резания
tmax мм 3.0 Среднее арифметическое значение диаметров шеек валов
dсmax мм 40 Среднее арифметическое значение диаметра шпинделя
dсmin мм 82.5 Количество ступеней оборотов шпинделя
Zn 18 Количество ступеней подач
Zs 16
Кинематический расчет привода главного движения со
ступенчатым регулированием.
1.Определяем диапазон регулирования чисел оборотов шпинделя по формуле.
Rn = nmax / nmin ,
гдеnmax, nmin — соответственно максимальное и минимальное числаоборотов шпинделя
приведенные в таблице, мин-1
Rn = 2000 / 40 = 50
2.Определяем знаменатель геометрического ряда чисел оборотов шпинделя:
lgj =lgRn / Zn — 1
гдеZn — количеств ступеней чисел оборотов шпинделя
lgj =lg50 / 18-1 = 0.0999
Изприложения 1 выбираем ближайшее стандартное значение для j
j = 1.26
3.По значению j выбираем стандартный ряд чисел оборотов 2000 1600 1250 1000 800 630 500 400 315 250 200 160 125 100 80 63 50 40
4.На основе имеющихся величин Zn и j выбираем оптимальныйструктурный вариант привода
Zn = p1(x1) x p2(x2)x… x pn(xn)
гдеp1,pn — количество различных передач в каждой группе
x1,xn — характеристика группы передач
18 = 3(1) x 3(3) x 2(9)
Значенияx1, x2,xn для j = 1.26 должны удовлетворять условию
для понижающих передач x1 = 6
для понижающих передач x2 = 3
5. По выбранному оптимальному структурному варианту привода строим структурнуюсетку.
6. Задаемсячастотой вращения электродвигателя nдв = 1460 об/мин и строим структурный
график чисел оборотов привода главного движения.
/>
7.Определим передаточное отношение в каждой группе передач по формуле:
i = j±u
гдеj — принятый знаменатель ряда чисел оборотов
u — количество интервалов
in1 = 1000 / 1460 = 0.69
i1 = j-1= 1.26-1 = 0.79
i2 = j-2= 1.26-2 = 0.63
i3 = j-3= 1.26-3 = 0.5
i4 = j-1= 1.26-1 = 0.79
i5 = j-2= 1.26-2 = 0.63
i6 = j-5= 1.26-5 = 0.32
i7 = j3= 1.263 = 2
i8 = j-6= 1.26-6 = 0.25
8.Определяем число зубьев передач и диаметры шкивов клиноременной передачи
Расчет чисел зубьев выполняем по стандартной сумме зубьев.
zвщ = åz / 1+(1/j±u)
zвд = åz — zвш
Перваягруппа передач åz = 93
z1вщ= 93 / 1+1.26 = 41 z1вд = 93 — 41 = 52 i1`= 41 / 52 = 0.788
z2вщ= 93 / 1+1.262 = 36 z2вд= 93 — 36 = 57 i2` = 36 / 57 = 0.63
z3вщ= 93 / 1+1.263 = 31 z3вд= 93 — 31 = 62 i3` = 31 /62 = 0.5
Втораягруппа передач åz = 120
z4вщ= 120 / 1+1/1.26 = 67 z4вд = 120 — 67 = 53 i4`= 67 / 53 = 1.264
z5вщ= 120 / 1+1.262 = 46 z5вд= 120 — 46 = 74 i5` = 46 / 74 = 0.721
z6вщ= 120 / 1+1.265 = 29 z6вд= 120 — 29 = 91 i6` = 29 / 91 = 0.318
Третьягруппа передач åz = 150
z7вщ= 150 / 1+1.1.263 = 100 z6вд= 150 — 100 = 50 i6` = 100 / 50 = 2
z8вщ= 150 / 1+1.266 = 30 z6вд= 150 — 30 = 120 i6` = 30 / 120 = 0.25
9.Определяем фактические значения частот вращения шпинделя и относительные погрешности
Dnдоп = ± (1 — nшп.факт / nшп. станд ) * 100% £ ± 10(j-1), %
гдеDnдоп — относительнаяпогрешность
Dnдоп = ± 10 (1.26 — 1) = 2.6 %
Подставляязначения формулу фактического значения получаем:
П1ф = 1460 * in1`* i1` * i4` * i7`
П1ф = 1460 * 0.69 * 0.79 * 1.26 * 2 =1991.97 DП =1- 1991.97/2000* 100 = 0.4%
Аналогичнопроизводим вычисления и с другими значениями, результаты сводим в таблицу.
Пф1
999.954 * i1` * i4` * i7` 1991.97 0.4 %
Пф2
999.954 * i2` * i4` * i7` 1592.26 0.5 %
Пф3
999.954 * i3` * i4` * i7` 1263.94 1.1 %
Пф4
999.954 * i1` * i5` * i7` 978.65 2.1 %
Пф5
999.954 * i2` * i5` * i7` 782.424 2.2 %
Пф6
999.954 * i3` * i5` * i7` 620.97 1.4 %
Пф7
999.954 * i1` * i6` * i7` 501.1 0.2 %
Пф8
999.954 * i2` * i6` * i7` 400.66 0.3 %
Пф9
999.954 * i3` * i6` * i7` 317.98 0.9 %
Пф10
999.954 * i1` * i4` * i8` 248.9 0.2 %
Пф11
999.954 * i2` * i4` * i8` 199.07 0.2 %
Пф12
999.954 * i3` * i4` * i8` 157.99 0.3 %
Пф13
999.954 * i1` * i5` * i8` 122.33 2.1 %
Пф14
999.954 * i2` * i5` * i8` 97.8 2.2 %
Пф15
999.954 * i3` * i5` * i8` 78.6 2.4 %
Пф16
999.954 * i1` * i6` * i8` 62.6 0.5 %
Пф17
999.954 * i2` * i6` * i8` 50.08 0.1 %
Пф18
999.954 * i3` * i6` * i8` 39.8 0.4 %
Таким образом получаем, на всех ступенях относительную погрешность не превышающую
предельно допустимую (2.6%)
Кинематический расчет привода подач со ступенчатым
регулированием.
Расчетпривода подач ведем аналогично расчету привода главного движения.
1.Диапазон регулирования частот вращения
Rn = Smax / Smin= 1600 / 50 = 32
2.Знаменатель геометрического ряда частот вращения шпинделя:
tgj =lg Rn / zs — 1 = lg 32 / 15 = 0.1
Изприложения 1 выбираем ближайшее стандартное значение для j
j = 1.26
3.Определяем ряд подач (мм/мин)1600 1269.84 1007.81 799.84 634.80 503.81 399.84 317.33 251.85 199.88 158.63 125.9 99.9 79.3 62.94 50
4.Преобразование вращательного движения выходного вала коробки подач впоступательное
движение стола происходит с помощью
5.Для определения частот вращения выходного вала коробки подач nn (мм/об) необходимо
каждое значение ряда подач разделить на передаточное число.
Результаты сводим в таблицу.266.67 211.64 167.97 133.31 105.8 83.97 66.64 52.89 41.96 33.31 26.44 20.98 16.65 13.22 10.49 8.33
6.Выбираем оптимальную структурную формулу:
16 = 4(1) x 2(4) x 2(8)
7.На основе оптимального варианта строим структурную сетку и график частотвращения
выходного вала.
/>
1600
1269
1007 (266)
799 (211)
634 (167)
503 (133)
399 (105)
317 (83)
251 (66)
199 (52)
158 (41)
125 (33)
99 (26)
79 (20)
62 (16)
50 (133)
(10)
(8)
8.Определим количество зубьев и передаточное отношение.
Перваягруппа передач åz = 93
z1вщ= 93 / 1+1.26 = 41 z1вд = 93 — 41 = 52 i1`= 41 / 52 = 0.788
z2вщ= 93 / 1+1.262 = 36 z2вд= 93 — 36 = 57 i2` = 36 / 57 = 0.63
z3вщ= 93 / 1+1.263 = 31 z3вд= 93 — 31 = 62 i3` = 31 /62 = 0.5
Втораягруппа передач åz = 120
z4вщ= 120 / 1+1/1.26 = 67 z4вд = 120 — 67 = 53 i4`= 67 / 53 = 1.264
z5вщ= 120 / 1+1.262 = 46 z5вд= 120 — 46 = 74 i5` = 46 / 74 = 0.721
z6вщ= 120 / 1+1.265 = 29 z6вд= 120 — 29 = 91 i6` = 29 / 91 = 0.318
Третьягруппа передач åz = 150
z7вщ= 150 / 1+1.1.263 = 100 z6вд= 150 — 100 = 50 i6` = 100 / 50 = 2
z8вщ= 150 / 1+1.266 = 30 z6вд= 150 — 30 = 120 i6` = 30 / 120 = 0.25
9.Определим фактические значения частот вращения выходного вала и относительные
погрешности. полученные при расчете величины заносим в таблицу.
Пф1
999.954 * i1` * i4` * i7` 1991.97 0.4 %
Пф2
999.954 * i2` * i4` * i7` 1592.26 0.5 %
Пф3
999.954 * i3` * i4` * i7` 1263.94 1.1 %
Пф4
999.954 * i1` * i5` * i7` 978.65 2.1 %
Пф5
999.954 * i2` * i5` * i7` 782.424 2.2 %
Пф6
999.954 * i3` * i5` * i7` 620.97 1.4 %
Пф7
999.954 * i1` * i6` * i7` 501.1 0.2 %
Пф8
999.954 * i2` * i6` * i7` 400.66 0.3 %
Пф9
999.954 * i3` * i6` * i7` 317.98 0.9 %
Пф10
999.954 * i1` * i4` * i8` 248.9 0.2 %
Пф11
999.954 * i2` * i4` * i8` 199.07 0.2 %
Пф12
999.954 * i3` * i4` * i8` 157.99 0.3 %
Пф13
999.954 * i1` * i5` * i8` 122.33 2.1 %
Пф14
999.954 * i2` * i5` * i8` 97.8 2.2 %
Пф15
999.954 * i3` * i5` * i8` 78.6 2.4 %
Пф16
999.954 * i1` * i6` * i8` 62.6 0.5 %
Пф17
999.954 * i2` * i6` * i8` 50.08 0.1 %
Пф18
999.954 * i3` * i6` * i8` 39.8 0.4 %
Силовой расчет привода главного движения.
1.Определяем эффективную мощность станка по формуле:
Nэф = Pz* V / 61200 , кВт
где Pz — тангенциальная составляющая усилия резания, Н
V — скорость резания, м/мин.
2.Определим скорость резания по формуле:
V = ( Cv * Dq/ (Tm * tx* Sy * Bu * zp) ) * Kv, м/мин
где T — стойкость фрезы, мин табл. 40 [1]
C — коэффициент и показатели степеней в табл. 39 [1]
D — диаметр обрабатываемой заготовки
B — ширина фрезы
Sz — подача на один зуб
Kv = Kmv * Knv * Kиv ;
где Kmv — коэффициент учитывающий качество обрабатываемогоматериала, табл.1-4 [1]
Knv — коэффициент учитывающий состояние поверхности заготовки, табл.5 [1]
Kиv — коэффициентучитывающий материал инструмента, табл.6 [1]
Подставляем полученные значения:
Kv = 1 * 1 * 0.9 =0.9
V = ( 700 * 1600.17) / (2000.33 * 30.38 * 0.180.4 * 1600.08 * 260.1) * 0.9 = 126 м/мин
3.Определим частоту вращения шпинделя по формуле:
n = 1000V / pdmax, об/мин
где dmax — максимальный диаметр заготовки.
n = 1000 * 125 / p * 160 = 246 об/мин
Ближайшеестандартное значение из ряда чисел оборотов — 250 об/мин.
Согласнополученной частоте вращения уточняем скорость резания:
V = p * 160 * 250 / 1000 = 125 м/мин
4.Определим составляющую силы резания — окружную силу по формуле:
Pz = (10Cp * tx * Szy * Bu * z / (Dq * nw )) * Kmp, H
где значение всех коэффициентов и Cp — табл.41 [1]
Kmp — поправочный коэффициент, табл. 9 [1] = 1
Pz = 10 * 101 * 30.88* 0.180.75 * 160 * 26 / (1600.87 * 2500) * 1 = 3691 H
5.Найдем крутящий момент на шпинделе станка по формуле:
Mкр = Pz * D / z * 100 =3691 * 160 / 200 = 2952.8 H
Подставимвычисленные значения в формулу эффективной мощности:
Ne = 3691 * 125 / 1020 * 60 = 7.54 кВт
6.Определим мощность холостого хода.
Nхл = 4*10-6 * dcp * (pn * n1 * c*dшп/ dср * n), кВт
где dср — среднее арифметическое диаметров всех опорныхшеек коробки скоростей, мм
dшп — среднее арифметическое диаметров всех опорных шеек шпинделя, мм
c = 1.5 — коэффициент для подшипников качения.
pn — количество передач, участвующих в передаче отвходного вала к шпинделю.
Nхл = 4*10-6 * 45 * ( 3*900+1.5 * 68.4/40 *380) = 0.6 кВт
7.Определяем расчетный КПД привода главного движения и привода подач.
hp= hзуб * hвчс ,
где h — КПД передач и подшипников качения.
hp = 0.99 * 0.9 = 0.891
8.Определим мощность электродвигателя.
Nдв =(0.8 ¸ 1) * (Nэф / 0.74 + Nx); кВт
Nдв = 0.8 (7.54 / 0.74 + 0.5) = 8.6 кВт
Потаблице 248[3] выбираем электродвигатель — 132М4 /1460.
9.Определим коэффициент полезного действия:
Nст = hp * (1- Nx/ Nдв.ср )
Nст =0.74 * ( 1 — 0.5/10) = 0.71
10.Определим крутящие моменты на каждом валу коробки скоростей по формуле:
Mk = 9740 * Nдв * h / np , н*м
где np — расчетная частота вращения вала, мин-1
h — КПД механизма от вала электродвигателя дорассматриваемого вала.
Первыйвал:
Mk1 = 9740 * 10 * 0.95 / 1000 = 92.5 H*м
Второйвал:
Mk2 = 9740 * 10 * 0.93 / 500 = 185 H*м
Третийвал:
Mk3 = 9740 * 10 * 0.90 / 160 = 578 H*м
Шпиндель
Mшп = 9740 * 10 * 0.89 /50 = 1850 H*м
11.Определим тяговое усилие по формуле:
Q = M (Pz + G) +k*Px , H
где G = 3*103 — вес перемещающихся частей;
M = 0.16 - приведенный коэффициент трения;
K = 1.12 — коэффициент. учитывающий опрокидывающий момент.
Px - составляющая сила резания, определяется по формуламтеории резания [1], H
Px = (10Cp / 1) * tx * Szy * Vh * Kp
Значения Cp и показателей степеней по табл.12 [1]
Px = 10 * 150 * 2.41* 2.60.4 * 80-0.3 * 1 = 3267 H
Q = 0.16 * ( 3691 + 3000) + 1.12 * 3267 = 4729.6 H
Прочностной расчет основных элементов привода главногодвижения.
1.Определим предварительно диаметры всех валов по формуле:
di = 103 * ÖMki / (0.2 *[s]пр), мм
где [s]пр = 3*107 — допустимое напряжение кручения.
d1 = 103 * 3Ö 92/ 0.2*3*107 = 32 мм
d2 = 103 * 3Ö 185/ 0.2*3*107 = 44 мм
d3 = 103 * 3Ö 578/ 0.2*3*107 = 53 мм
Расчетныезначения каждого вала округляем до ближайшего стандартного значения и получаем
d1 = 35 мм, d2= 40 мм, d1 = 50 мм.
2.Определим модули групп передач из условия прочности на изгиб:
m = 3Ö 2Mk*Kg*Kh/ (y*y1*Ke*z1*[s]n) , мм
где Mk — крутящий момент, н*м
Kg — коэффициент динамической нагрузки (1.05 ¸1.17)
Kh — коэффициент неравномерности нагрузки (1.06 ¸1.48)
y = 6¸8 — коэффициент ширины
y1 = 0.4 ¸0.5 — коэффициент формы
Ke = 0.01- коэффициент одновременности зацепления
z1 — число зубьев шестерни
[s]n — допустимое напряжение на изгиб,находится как:
[s]n = ((1.3 ¸ 1.6) s-1 / [n]*Rs ) * Rph ,
где s-1 = 438 H/мм2 — предел выносливости
[n] = 1.5 — допустимый коэффициент запаса
Rs = 1.5 — эффективный коэффициент концентрации напряжения
Rph = 1 — коэффициент режима работы.
[s]n= 1.5 * 438 / 1.52 * 1 = 185 H/мм2
Перваягруппа зубчатых колес:
m1 = 3Ö 2*92*1.17*1.48 / (6*0.4*241*185*0.01) =1.7
Втораягруппа зубчатых колес:
m2 = 3Ö 2*185*1.17*1.48 / (6*0.4*57*185*0.01) = 2
Третяягруппа зубчатых колес:
m3 = 3Ö 2*578*1.17*1.48 / (6*0.4*62*185*0.01) = 2.3
3.Определяем межосевое расстояние по формуле:
A = (u+1) * 2Ö(340/[sk])2 + Mk / (yва * u * Ru), мм
где [sk]= 1100 МПа — допустимое контактноенапряжение.
yва = 0.16 — коэффициент ширины колеса.
Rn = 1 — коэффициент повышения допустимой нагрузки.
u — передаточное отношение.
u = 1/in ;
Получаем:
A1 = (2.8 +1) 3Ö (340/1100)2 + 92*103 / 0.16 * 2.8 = 94 мм
A2 = (2.8 +1) 3Ö (340/1100)2 + 185*103 / 0.16 * 2.8 = 120 мм
A3 = (2.8 +1) 3Ö (340/1100)2 + 578*103 / 0.16 * 2.8 = 150 мм
4.Уточним значения модулей из условия:
m = (0.01 ¸ 0.02)A, мм
m1 = 0.02 * 94 = 1.8 = 2
m2 = 0.02 * 120 = 2.1 = 2
m3 = 0.015 * 150 = 2.2 = 2
5.Проведем уточненный расчет валов
Уточненный расчет валов на прочность производим для третьего вала, как наиболее
нагруженного. Построим эпюры крутящих моментов:
Эпюра моментов.
Rax Ray TB Rbx Rby
C D
A T6 P6 P13 B
300 215 40
Rax P6 P13 Rbx
Mx
Ray T6 T13 Rby
/>
My
Mk = 578 * 103 H*мм
Pi = 2Mk / dшi
Ti = Pi * tg 20°
d6 = 60 мм
d13 = 120 мм
P6 = 2*578*103/ 60 = 19266.7 H
T6 = tg20° *19266.7 = 7012 H
P13 = 2*578*103/ 120 = 9634 H
T13 = tg20° *9634 = 3506 H
6.Определим реакции опор:
P6 * AC + P13 * AD — Rbx * AB = 0
Rbx = 19354 H
Rax = P6 + P13 — Rbx = 9546.6 H
T6 * AC — T13 * AD + Rbx * AB = 0
Rby = 540 H
Ray = T6 — T13+ Rby = 9978 H
7.Произведем предварительную оценку вала и уточненный расчет на прочность.
sпр = ÖMu2 + 0.75Mk2 / W £ [s]u= 80 МПа.
где sпр — приведенное напряжение
Mu — max изгибающий момент в описанном сечении Н*м
W — момент сопротивления изгибу в описанном сечении, мм3
Mu = Ö Mx2 + My2 , н*м
где Mx и My — максимальные моменты в опасном сечении, н*м
Mu = Ö 19002 + 5462 = 1976 H*м
W = 0.1 * d3,мм2
где d — диаметр вала, мм
W = 0.1 * 503 = 12500 мм3
sпр= Ö19762+ 0.75 * 578 / 12500 = 17.8 = 18 МПа
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХИСТОЧНИКОВ.
1. Косилова А.Г. и Мещерякова Р.К. Справочниктехнолога-машиностроителя. Том2
-М.: Машиностроение, 1985.
2. Ицкович Г.М. и др. Курсовое проектирование деталеймашин.
-М.: Машиностроение, 1970.
3. Детали машин. Примеры и задачи. /Подобщей редакцией С.Н.Ничипорчика
-М.: Вышэйшая школа, 1981.
4.Дунаев П.Ф. Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин.
-М.: Высшая школа, 1985.
5. Гузенков П.Г. Детали машин. -М.:Высшая школа, 1975.