Промышленность \ Металлорежущие станки

Токарно-винторезные станки. Определение режимов резания. Кинематический расчет. Силовой расчет коробки скоростей. Расчет элементов коробки скоростей. Выбор конструкции шпинделя и его расчет

Страницы работы

21 страница (Word-файл)

Посмотреть все страницы

Скачать файл

Фрагмент текста работы

ЗАДАНИЕ

на курсовое проектирование по

курсу «Металлорежущие станки»

Спроектировать коробку скоростей металлорежущего станка с техническими характеристиками, соответствующими номеру Вашего варианта (таблица 1).

Таблица 1.

Токарно-винторезные станки
№ вари анта	Структурная формула	Знаменатель ряда φ	Диапазон регулирования R_n	Наибольший диаметр заготовки, устанавливаемый над станиной, мм	Дополнительные данные
1.	Р_а (1 + Р_b) = 12	1,41	45	250

Оглавление

Введение 3

1 Определение режимов резания 4

2 Кинематический расчет 9

3Силовой расчет коробки скоростей 13

4 Расчет элементов коробки скоростей 15

5 Выбор конструкции шпинделя и его расчет 16

6. Расчет шпинделя на жесткость 19

Список литературы 21

Введение

На станках токарной группы обрабатывают детали типа валов, дисков и втулок, осуществляя обтачивание наружных цилиндрических поверхностей, торцов и уступов, прорезание канавок и отрезку, растачивание отверстий (цилиндрических, конических и фасонных), обтачивание конических и фасонных поверхностей, сверление, зенкерование и развертывание отверстий, нарезание наружной и внутренней резьбы резцом, метчиком и плашкой, вихревое нарезание резьбы, накатывание рифленых поверхностей.

Главным движением, определяющим скорость резания, является вращение шпинделя, несущего заготовку. Оно осуществляется через 18-тиступенчатую коробку скоростей (проектируемый узел). При проектировании будем стремиться разработать конструкцию с максимально возможной точностью передаточных отношений и минимальными габаритами узла, применением, по возможности, наиболее дешёвых материалов, обеспечении ремонтоспособности и надёжности работы, простоты конструкции и эксплуатации.

1 Определение исходных данных для проектирования

Станок предназначен для точения цилиндрических поверхностей с максимальным диаметром D_max=250 мм. В целях экономичного использования станка примем среднее расчетное значение D_min = 50 мм, исходя из неравенства D_max > D_min (стр.106, [1]).

При определении предельных скоростей резания предпочтительно принимать для чистовых работ, - для черновых работ, соответственно при минимальной подаче и глубине резания (чистовая обработка) и максимальных подаче и глубине резания (черновая обработка).

В качестве материала при наибольшей скорости резания принимаем серый чугун СЧ20 (НВ190), материал режущей части резца – твёрдый сплав ВК6, как наиболее прогрессивный в настоящее время материал по сравнению с быстрорежущей сталью.

1.1 Обработка чугуна (черновая операция)

Инструмент: резец проходной упорный прямой с пластинами из твердого сплава с углом в плане 90º (стр.120, табл.7 [2]) ГОСТ 18879-73:

Принимаем минимальную глубину резания t=2 мм (стр.84 [1]).

Подача (стр.266, табл.11[2]) S=1,5 мм/об,

Скорость резания (стр.265 [2]):

, где по табл. 17, стр. 269 [2]:

=68,5; x=0; у=0,4; m=0,2.

Стойкость резца принимаем Т=60 мин (стр.268 [2]).

Коэффициент (стр. 268 [2])

,где n_v=1 (стр.262, табл.2 [2]), HB=190

;

=0,8 – табл.5, стр.263 [2] – поковка;

=1 – табл.6, стр.263 [2] – для ВК6;

;

Частота вращения шпинделя:

Принимаем 20 об/мин

Минутная подача

S_мч=n_min_ч××S_ч=20×1,5=30мм/мин;

1.2 Обработка чугуна (чистовая операция)

Принимаем минимальную глубину резания t=0,5 мм (стр.84 [1]).

Подача (стр.266, табл.11[2]) S=0,2 мм/об.

Скорость резания (стр.265 [2]):

, где по табл. 17, стр. 269 [2]:

=324; x=0,2; у=0,4; m=0,28.

Стойкость резца принимаем Т=40 мин (стр.268 [2]).

Коэффициент (стр. 268 [2])

,где n_v=1 (стр.262, табл.2 [2]), HB=190

;

=1 – табл.5, стр.263 [2] – обработка поверхности без корки;

=1 – табл.6, стр.263 [2] – для ВК6;

;

Частота вращения шпинделя:

Принимаем 900 об/мин

Минутная подача

S_мч=n_min_ч××S_ч=900×0.2=180 мм/мин;

1.3 Обработка стали (черновая операция)

Принимаем минимальную глубину резания t=2 мм (стр.84 [1]).

Подача (стр.266, табл.11[2]) S=1,3 мм/об,

Скорость резания (стр.265 [2]):

, где по табл. 17, стр. 269 [2]:

=68,5; x=0; у=0,4; m=0,2.

Стойкость резца принимаем Т=60 мин (стр.268 [2]).

Коэффициент (стр. 268 [2])

,где n_v=1 (стр.262, табл.2 [2]), HB=190

;

=0,8 – табл.5, стр.263 [2] – поковка;

=1 – табл.6, стр.263 [2] – для ВК6;

;

Частота вращения шпинделя:

Принимаем 25 об/мин

Минутная подача

S_мч=n_min_ч××S_ч=25×1,3=32.5 мм/мин;

1.4 Обработка стали (чистовая операция)

Принимаем минимальную глубину резания t=0,5 мм (стр.93 [1]).

Подача (стр.266, табл.11[2]) S=0,8 мм/об.

Скорость резания (стр.265 [2]):

, где по табл. 17, стр. 269 [2]: =324; x=0,2; у=0,4; m=0,28.

Стойкость резца принимаем Т=40 мин (стр.268 [2]).

Коэффициент (стр. 268 [2])

,где n_v=1 (стр.262, табл.2 [2]), HB=190

;

=1 – табл.5, стр.263 [2] – обработка поверхности без корки;

=1 – табл.6, стр.263 [2] – для ВК6;

;

Частота вращения шпинделя:

Принимаем 500 об/мин

Минутная подача

S_мч=n_min_ч××S_ч=500×0.8=400 мм/мин;

Определение мощности электродвигателя.

Мощности двигателя , кВт определяется по формуле:

, где - эффективная мощность, кВт;

- коэффициент перегрузки электродвигателя; ;

- КПД привода главного движения; .

Привод главного движения и привод подач обслуживает один двигатель.

N_эд= N_эд(гл)+ N_эд(под);

N_эд(под)=(0,03…0,05)·N_эд(гл)

N_эд(под)=0,03·4,3 = 0,129 кВт.

N_эд=0,129+4,58=4,71 кВт.

Принимаем за исходный параметр минимальное значение подачи S_min =30мм/мин.

Тогда максимальное значение подачи:

мм/об

Из геометрического ряда предпочтительных чисел[1, с. 180] принимаем стандартные значения S_min=31.5мм/мин;S_max=224мм/мин

Т. о. исходные данные для проектирования:

j = 1,12;z = 18; d_max=360мм;S_min=31.5мм/мин;S_max=224мм/мин.

2.Кинематический расчет.

2.1. Построение структурной сетки.

Структурная формула будет иметь вид:

Р_а (1 + Р_b) = 12

Строим график структурной сетки (рис.1).

Из структурной сетки получаем следующие соотношения для передаточных чисел:

I_1*i₂=φ⁸=2.48

I₃*i₄*i₅*i₆=φ²=1.25

I⁷*i₈=φ¹=1.12

0.25≤φ≤2

Φ^-24≤i≤φ¹²

2.2. Построение графика чисел оборотов:

;

Описание: 1

Рисунок 1 – Структурная сетка

В соответствии с полученными соотношениями строим график чисел оборотов (рис.2.), промежуточные значения чисел оборотов – из геометрического ряда.

Принимаем электродвигатель с синхронной частотой вращения ; Асинхронная частота вращения (табл. 24.8, стр. 377 [5]): .

Тогда передаточное отношение:

;

Рис. 2. График чисел оборотов.

2.3. Определение числа зубьев зубчатых колес.



	1	1	1,589
112	101	102	101

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

;

Расчет ведем по формуле:

, где .

;

	Частота вращения, об/мин		Отклонение
	Табличная (n)	Действительная (n)	Абсолютное ∆n=n-n	Относительное
1	63	63,08	0,08	0,13
2	80	78,19	-1,81	-1,75
3	100	99,88	-0,12	-0,12
4	125	124,3	-0,7	-0,56
5	160	158,78	-1,22	0,7625
6	200	196,817	-3,183	-1,59
7	250	251,429	1,429	0,57
8	315	312,89	-2,11	-0,67
9	400	406,12	6,12	1,53
10	500	503,4	3,4	0,68
11	630	643,1	13,1	2,08
12	800	800,29	0,29	0,04
13	1000	1022,3	22,3	2,23
14	1250	1267,2	17,2	1,38
15	1600	1618,8	18,8	1,175
16	2000	2014,523	14,523	0,73

Выбираем кинематическую схему

3. Силовой расчет коробки скоростей.

3.1. Определим КПД привода:

(стр. 334 [6]);

;

3.2. Выбор электродвигателя.

Требуемая мощность электродвигателя:

;

Выбираем асинхронный двигатель исполнения IM 3081 типа 4А132М2УЗ (закрытый, обдуваемый, с синхронной частотой вращения , мощностью 11кВт), (стр. 337, табл.24.8 [5]);

3.3. Определяем фактическую частоту вращения каждого вала.

В коробке скоростей универсальных станков в качестве расчетного числа оборотов берут не , а расчетную:

, где - диапазон регулирования;

Принимаем .

Тогда по графику (рис.2) частота вращения каждого вала составляет:

;

3.4. Определяем мощность на каждом валу:

, где - КПД передач, подшипников.

;

3.5. Определяем крутящий момент на каждом валу (стр. 237 [7]):

;

3.6. Определяем модуль зубчатых зацеплений:

;

4 Расчет элементов коробки скоростей.

4.1 Расчет геометрических параметров зубчатых колес.

- ; ;

- ; ; .

- ; ;

i_n	№	m,мм	Z	d,мм	d_a,_мм	d_f,мм	a,мм
i₀	1	2	34	68	78	63	112
i₀	2	2	78	156	160	151	112
i₀	3	3	51	153	159	145,5	152
i₀	4		51	153	159	145,5
i₀	5		45	135	141	127,5
i₀	6		56	168	173	160,5
i₀	7		39	117	123	109,5
i₀	8		62	186	195	178,5
i₀	9		34	102	108	94,5
i₀	10		67	201	207	193,5
i₀	11		51	153	159	145,5	153
i₀	12		51	153	159	145,5
i₀	13		29	87	93	79,5
i₀	14		73	219	235	211,5
i₀	15	5	62	310	310	297,5	252,5
i₀	16		39	195	205	182,5
i₀	17		20	100	110	87,5
i₀	18		81	405	415	392,5

Степень точности колес определяется в зависимости от назначения. Принимаем степень точности 7. Материал колёс – сталь 20Х.

4.2. Предварительный расчет диаметров валов.

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

, где T – крутящий момент ;- допускаемое условное напряжение на кручение. для промежуточных валов: для входного и выходного валов.

Тогда

, принимаем ;

, принимаем

5. Выбор конструкции шпинделя и его расчет.

Конструкция шпинделя выбирается конструктивно.

5.1. Подбор и расчет подшипников шпинделя.

Критерием подбора подшипников служит неравенство (стр. 427[10]): , где - требуемая величина динамической грузоподъемности; - табличные значения динамической грузоподъемности выбранного подшипника.