Расчет и проектирование привода главного движения коробки скоростей станка

6.Расчет и проектирование привода главного движения

6.1 Исходные данные и требования

Исходными данными для разработки коробки скоростей станка являются:

1.Мощность электродвигателя ;

2.Передаточные отношения ременной передачи  и зубчатых пар:

ременной ;

реверсивного механизма   ;

первой группы  

второй группы  

3.Количество валов согласно кинематической схеме станка 4 приведенных на схеме 3.1. на стр. 13;

4.Количество зубчатых колёс и количество зубьев нарезанных на них приведены в таблице 4.1. на стр.19;

5.Количество и расположение электромагнитных муфт вместе с реверсивным механизмом приведены на кинематической схеме 3.1. на стр. 13.

Коробка скоростей должна удовлетворять ряду требований, таких как: min размеры коробки скоростей станка, соосность валов в коробке скоростей, обеспечение требуемой мощности шпинделя станка и обеспечение снятия тепловых и других деформаций шпинделя, обеспечение удобства в изготовлении всех деталей корпуса коробки скоростей, их технологичность в изготовлении, удобство в обслуживании, надежности и по возможности простоте и унификации отдельных узлов коробки скоростей.

6.2 Расчет крутящих моментов, действующих на  валах и на шпинделе

 

Мощность  приводного электродвигателя  в металлорежущих станках расходуется  на процесс резания (полезная нагрузка) и силы сопротивления (потери), возникающие в кинематических парах привода. Все потери можно разделить  на постоянные, возникающие в режиме вспомогательного хода, и переменные,  сопровождающие передачу полезной нагрузки. При выборе мощности приводного электродвигателя потери во всей кинематической цепи принято учитывать общим коэффициентом полезного действия  n _общ  .

Величина  n_общ снижается  в основном  с  увеличением потерь вспомогательного хода при возрастании скорости.  Поэтому для приводов главного движения желательно, чтобы во всем диапазоне  R_n обеспечивалось постоянство передаваемой мощности. Потребляемая на  резание мощность называется эффективной мощностью (N_е), которая выступает в качестве полезной нагрузки. Она связана с крутящим моментом  на шпинделе М_шп

        Исходя из условий полного использования мощности электродвигателя,  определяем крутящие моменты M_i на каждом валу коробки скоростей.

Крутящий момент на валу электродвигателя определяется по формуле:

где  М_эд. – крутящий момент на валу электродвигателя ;

N – мощность электродвигателя (кВт);

n_эд. – обороты вала электродвигателя (об/мин);

Крутящий момент на реверсивном валу (нулевой вал I₀) определяется по формуле:

где  М₀ – момент на реверсивном валу (I₀), ;

М_эд. – крутящий момент на валу электродвигателя ;

i_p – передаточное отношение ременной передачи

 - КПД ременной передачи, ;

 - КПД подшипника, ;

 - КПД зубчатой передачи, .

Определим крутящие моменты на валах коробки скоростей:

где М_i. – крутящий момент на данномом валу ;

М_i-1 – крутящий момент на предыдущем валу ;

I_i – передаточное отношение зубчатой пары;

 - КПД подшипников качения, ;

 - КПД зубчатой передачи, .

6.3 Предварительный расчет диаметров валов и шпинделя

Т.к. основные размеры коробки скоростей ещё не определены (т.е. опоры, расстояние между ними и т.п.) и следовательно нет возможности определить изгибающие моменты, поэтому расчет валов можно лишь вести приближенно, а именно на кручение по формуле:

где М_i. –  крутящий момент на i-ом валу :

 - допустимое напряжение при кручении:

По конструктивным соображениям полученные значения диаметров валов округляем до ближайших стандартных значений по ГОСТ 6636-84. Вал I₀ является шпоночным, для него выбираем диаметр 24 мм; вал I – шлицевой для него выбираем диаметр 23 мм; для лицевого вала II диаметр выбираем равный  23мм; для шпоночного вала III выбираем диаметр 60 мм.

6.4 Расчет модулей и параметров зубчатых  передач

Зубчатые колеса являются основным видом передач коробок скоростей, и от их габаритов и качества выполнения во многом зависят  размеры  и эксплуатационные характеристики  всей коробки скоростей. Для определения модуля зубчатых колес будем пользоваться формулой:

где m_i – модуль i-той группы;

K_m – коэффициент прямозубых колес (К_т=14);

M_kpi – крутящий момент на данном валу;

- коэффициент учитывающий неравномерность нагрузки по длине зуба ;

Y_F – коэффициент учитывающий число зубьев шестерни (Y_F=3.5);

Z_i – min число зубьев шестерни данной группы;

 - коэффициент ширины зуба ;

 - допустимое напряжение материала

После определения модулей рассчитываем геометрические параметры зубчатой передачи. Определяем межосевое расстояние в каждой группе передач, определяем делительный диаметр зубчатых колес, определяем диаметры вершин зубьев и диаметры впадин.

Межосевое расстояние определяется по формуле:

где A_i – межосевое расстояние данной группы;

m_i– модуль данной группы;

Z_i1,Z_i2– число зубьев данной группы.

Рис. 6.1 Геометрические параметры зубчатого колеса

где,

z_i– числа зубьев зубчатых колёс коробки скоростей;

d_i – делительный диаметр зубчатого колеса данной группы;

d_ai – диаметр вершин зубьев данной группы;

d_fi – диаметр впадин зубьев данной группы;

b_i – ширина зубчатого венца данной группы;

l_ст – длина ступицы;

d_ст – диаметр ступицы;

S – ширина торцов зубчатого венца;

Делительный диаметр определяется по формуле:  ,