Разработка привода главного движения станка модели 2К52

• Введение
• Раздел 1. Определение основных технических характеристик станка
• 1.1 Расчёт и обоснование режимов резания
• 1.2 Определение частот вращения
• 1.3 Определение силы резания и эффективных мощностей
• Раздел 2. Кинематический расчёт
• 2.1 Структурная формула привода
• 2.2 Структурная сетка
• 2.3 Кинематическая схема привода
• 2.4 График частот вращения
• 2.5 Определение передаточных отношений и чисел зубьев колёс
• Раздел 3. Расчёт элементов привода
• 3.1 Расчет крутящих моментов
• 3.2 Расчёт зубчатых передач
• 3.3 Проектировочный расчёт
• 3.4 Проверочный расчёт
• 3.5 Расчёт валов привода
• Раздел 4. Смазывание и обслуживание станка
• Заключение
• Литература

Машиностроение является основой научно-технического прогресса в различных отраслях народного хозяйства. Непрерывное совершенствование и развитие машиностроения связано с прогрессом станкостроения, т.к. металлообрабатывающие станки вместе с другими видами технологического оборудования обеспечивают изготовление любых новых видов машин.

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

Современные металлообрабатывающие станки обеспечивают высокую точность и качество поверхности обработанных деталей. Ответственные поверхности наиболее важных деталей машин и приборов обрабатывают на станках с погрешностью в долях микрометров, а шероховатость поверхности не превышает сотых долей микрометра.

Раздел 1. Определение основных технических характеристик станка

Основными техническими характеристиками для сверлильных станков:

1. Наибольший условный диаметр сверления d;

2. Число ступеней частот вращения шпинделя z;

3. Предельные и, а также промежуточные частоты вращения шпинделя;

4. Мощность привода главного движения.

1.1 Расчёт и обоснование режимов резания

1. Начинаем расчёт с определения предельных расчётных диаметров (обрабатываемых заготовок для токарных станков) режущих инструментов для сверлильных станков:

(мм)

Для сверлильных станков рекомендуется следующее соотношение между наибольшим и наименьшим расчётными диаметрами:

[1] стр. 20. (мм)

2. Предельная глубина резания при сверлении:

(мм)

(мм)

3. Предельные значения подач принимаем:

для углеродистой стали стр. 277 табл.25

для бронзы стр. 277 табл.25

4. Максимальная скорость резания для сверлильных станков определяется при сверлении с наименьшим диаметром сверла и наименьшей подачей:

[м/мин]

где; ;;; .

где

м/мин.

Минимальная скорость резания для сверлильных станков определяется при максимальном диаметре сверла и максимальной подаче.

1.2 Определение частот вращения

1. Предельная частота вращения шпинделя определяется по формулам:

2. Диапазон регулирования коробки скоростей определён, как отношение предельных частот вращения шпинделя:

3. Знаменатель геометрического ряда частот вращения шпинделя определён по формуле:

при Z=12

Принимаем стандартные значения

4. Промежуточная частота вращения определяется следующим образом:

Стандартный ряд частот, принятый в станкостроении: 140; 180; 224; 280; 355; 450; 460; 710; 900; 1120; 1400; 1800.

м/мин.

Соответственно рассматриваем максимальную и минимальную скорости для бронзы:

(м/мин).

;

(м/мин).

1.3 Определение силы резания и эффективных мощностей

1. Для сверлильных станков максимальная осевая сила и момент резания соответствуют сверлению с наибольшей подачей и наибольшим диаметром сверла с режущей частью инструмента из быстрорежущей стали.

Для углеродистой стали:

.

Крутящий момент при сверлении стали:

Осевая сила при сверлении бронзы:

(Н) где

(Н).

Крутящий момент при сверлении бронзы:

где

.

2. Наибольшая эффективная мощность резания для сверлильных станков определяется по максимальному моменту резания М и соответствующей ему скорости резания v и диаметру сверла d по формуле:

кВт

где n-частота вращения инструмента,

;

(кВт);

(кВт).

Выбираем для стали (кВт).

3. Определение мощности привода.

КПД привода главного движения (0,7…0,85) принимаем с учётом перегрузки вводим коэффициент 1,25.

(кВт).

Мощность требуемая на подачу определяется в % -ом отношении к мощности привода главного движения и составляет для сверлильных станков 4−5%.

(кВт).

Принимаем эл. двиг.: 4А112М4 N=5,5 кВт n=1445 об/мин.

Раздел 2. Кинематический расчёт

Структурные сетки используют для отсеивания непригодных вариантов по предельно-допустимым значениям передаточных отношений для зубчатых передач. В приводе главного движения принимаем:

Коробки скоростей проектируются на основании структурной формулы, которая определяет его конструктивный и кинематический вариант. Структурная формула в общем виде имеет вид:

где z — общее число ступеней множительного механизма.

— число передач в группе.

— характеристика групп.

При графическом изображении множительного механизма характеристика «x» означает число интервалов между соседними лучами, изображающими передачи данной группы. Полный диапазон регулирования групповой передачи зависит от характеристики «x» и числа передач, т. е. или, где. Показатель степени означает количество интервалов между соседними лучами изображающей передачи данной группы.

станок сверлильный привод шпиндель

2.1 Структурная формула привода

Устанавливаем, что оптимальным вариантом, обеспечивающим главное изменение диапазонов регулирования при переходе от группы к группе, является структурная формула:

Выбранный вариант множительного механизма обеспечивает наибольшую простоту, наименьшее количество передач и групп, оптимальные радиальные и осевые размеры.

2.2 Структурная сетка

2.2.1 Структурная сетка.

Построение ведётся в полулогарифмических координатах: N валов множительного механизма — lg n.

2.2.2 Структурная сетка (рисунок).

2.2.3 Оптимальный вариант структурной сетки выбираем из условия, что для последней переборной группы:

1-ый вариант условие выполняется

2-ой вариант условие выполняется

Оптимальным выбираем 1-ый вариант.

2.3 Кинематическая схема привода

При выполнении кинетической схемы необходимо пользоваться условными обозначениями по ГОСТ 2.770 — 68.

Рисунок 1. Кинематическая схема радиально-сверлильного станка 2К52.

2.4 График частот вращения

График частот вращения строим из условия оптимальных передаточных отношений и его допустимых значений, т. е. чтобы показатель «m» (число интервалов на которое поднимается или опускается луч, изображающий соответствующую передачу на графике частот вращения) не превышая допустимых значений при для повышения скоростей и для понижающих скоростей.

График частот вращения.

2.5 Определение передаточных отношений и чисел зубьев колёс

2.5.1 Определяем передаточные отношения используя график частот вращения в соответствии с числом интервалов перекрываемых лучом, т. е.

2.5.2 Определяем число зубьев колёс передач табличным методом. По таблицам определяем число зубьев ведомого колеса при передаточном отношении или ведущего колеса при в соответствии с подобранной суммой зубьев. Исходя из условий контактности передач величину и наименьшее число зубьев в приводах главного движения ограничивают в пределах. Выбранные значения заносим в табл.2.1.

Таблица 2.1.

Раздел 3. Расчёт элементов привода

3.1 Расчет крутящих моментов

При определении крутящих моментов на валах коробки скоростей универсальных станков расчётная частота вращения шпинделя принимается не, а рассчитывается для сверлильных станков по формуле:

где диапазон регулирования частот вращения.

Стандартное значение .

Составляем расчётную цепь для частоты

Крутящий момент на валу электродвигателя привода при номинальной мощности определяется по формуле:

где мощность электродвигателя, кВт; частота вращения электродвигателя, об/мин

Для определения крутящих моментов на валах привода главного движения используется формула:

где мощность электродвигателя, кВт; КПД участка цепи от двигателя до данного вала; частота вращения го вала, об/мин.

Крутящий момент на шпинделе, соответствующей расчётной частоте () принимается в качестве наибольшего и равен:

Крутящий момент на валу электродвигателя равен:

Крутящий момент на правом валу равен:

Крутящий момент на 3 валу равен:

Крутящий момент на 4 валу равен:

Крутящий момент на 5 валу равен:

Крутящий момент на 6 валу равен:

Крутящий момент на 7 валу равен: .

3.2 Расчёт зубчатых передач

Выбор материала и термообработки зубчатых колёс.

Выбираем для изготовления колёс и шестерен материал сталь 40Х со следующими механическими характеристиками:

а) назначаем термообработку — улучшение;

б)

где НВ — твёрдость по Бринеллю

предел выносливости,

предел текучести.

Расчёт ведём для зубчатой пары:

контактные.

Определение допустимых напряжений.

Определяем базовые пределы контактной выносливости по формуле:

Допускаемые контактные напряжения определяем по формуле:

где базовый предел контактной выносливости;

коэффициент безопасности

коэффициент долговечности.

Определяем контактные допускаемые контактные напряжения изгиба:

где предел выносливости материала зубьев при изгибе, соответствующей базовому числу отнулевых циклов;

коэффициент долговечности;

коэффициент нагрузки;

коэффициент безопасности;

тогда:

3.3 Проектировочный расчёт

Определяем ориентировочные значения диаметра нормальной окружности для шестерни z=24,

где ;

(мм).

Определяем модуль из расчёта на контактную выносливость:

Определяем модуль из расчёта на изгибную выносливость:

где ;

(мм).

3.4 Проверочный расчёт

4.4.1 Определить расчётное контактное напряжение по формуле:

Определяем расчётное напряжение изгиба зубьев:

3.5 Расчёт валов привода

Проектировочный расчёт валов.

В результате проектировочного расчёта определяем ориентировочные значения диаметров валов. Этот расчёт ведётся только на кручение по известному крутящему моменту, передаваемому валом. Диаметр выходного конца вала или промежуточного вала под шестерней определяется по формуле:

мм

где: 20−15 — допускаемое напряжение на кручение для d выходного конца вала; мм — диаметр вала электродвигателя

мм. Принимаем 24 из стандартного ряда.

мм. Принимаем 20 мм.

мм. Принимаем 28 мм. мм. Принимаем 30 мм. мм. Принимаем 40 мм.

Проверочный расчёт на статическую прочность.

Расчёт валов коробки скоростей имеет специфические особенности, обусловленные конструктивным и кинематическим их исполнением. Для составления расчётной схемы необходимо иметь поперечное расположение валов, на которые устанавливаются положения зацепления зубчатых колёс, направления сил в зацеплении. Расчёт производят для 6-го вала по расчётной цепи:

Радиальные силы:

кН;

кН.

Плоскость YZ

Изгибающие моменты.

Плоскость XZ.

M₃y = - Rx₁Чl = - 0,64Ч100 = - 64Hм; M₄y = Rx₂Чl₃ = 7,27Ч159 = 1155Нм.

Плоскость YZ:

M₃x = Ry₁Чl₁ = 10,1Ч100 = 1100Нм; M₄x = Ry₂Чl₃ = - 0,87Ч159 = - 138Нм

Эквивалентный момент для сечения с большим изгибающим моментом:

Мэ = vМ₄х²+М₄у²+0,75ЧТ₄²вала = v (-12) ²+100,2²+0,75Ч88² = 126Нм;

Диаметр вала в рассчитанном сечении:

d = 100³v Мэ/100 [дu] = 100³v126/100Ч60 = 28 мм.

Расчёт на усталостную прчность.

Материал вала — сталь 45.

Термообработка — улучшение.

Предел прочности: д_В = 780МПа.

Предел выносливости при симметричном цикле изгиба кручения касательных напряжений:

Ф_-1 = 0,58Ч335 = 194,3МПа стр.100

Кд = 1; Кф = 1; е_д = 0.76; е_ф = 0,65; в = 0,95; д_х = д_u; д_м = 0; ш_д =0,2; ш_ф = 0,1.

Предел выносливости при симметричном цикле изгиба:

д_-1 = 0,43Чд_В = 0,43Ч780 = 335МПа стр. 95.

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:

Nд = д_-1/ Кд/ е_двЧ д_хЧ ш_дЧд_м = 335/1/0,65Ч0,95 = 24,2

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:

Nф = ф_-1/Kф/ е_фвЧф_х+ш₂Чд_М = 194,3/1/0,65Ч0,95Ч1,87 = 64,2

Запас сопротивления усталости:

N = Nд + Nф /vNд² + Nф² = 268+64,2/v268²+64,2² = 6,2

N = 6,2 > [N] = 2,5ч3,0.

Расчёт вала на жёсткость.

Прогибы и узлы поворота в вертикальной плоскости.

Момент инерции

I = рd⁴/64 = 3,14Ч30⁴/64 = 4Ч10⁴мм.

Учитывая, что прогиб в местах посадки подшипников равен нулю (f = 0), можно записать:

ЕIf₂ — EIf₁+ EIи₁l-Ry₁Чl³/6 — Ft_12,13Ч (l₂+l₃) ²/2+ Fr_14,15Чl₃/6 = 0

и₁= Ry₁Чl³/6 — Ft_12,13Ч (l₁+l₃) ²/6+ Fr_14,15Чl₃³/6/EIl = 0,55

Угол поворота в месте посадки подшипников:

и₂= EIи₁l-Ry₁Чl₁²/2 — Ft_11,12Ч (l₂+l₃) ²/2+ Fr_17,18Чl₃²/6? EIl = - 0,81

Угол поворота в месте посадки зубчатых колес:

и₃= EIи₁l-Ry₁Чl₁²/2?EI =

2,1Ч10⁵Ч3Ч10⁴Ч35Ч10^-3-10 100Ч100²?2?2,1Ч10⁵Ч3Ч10⁴ = 0,55<0,01

Прогиб в точках 3 и 4;

ЕIf₃ = EIf₁ + EIи₁l₁-Ry₁Чl1³/6

f₃ = EIи₁l₁-Ry₁Чl₁³/6/ EI =

6,3Ч10⁹Ч35Ч10^-3Ч100−10 100Ч100³?6/6,3Ч10⁹=0,036<0,04

ЕIf₄ = EIи₁ (l₁+l₂) — Ky₁ (l₁+l₂) ³/6 — Ft_11,12Ч l₂³/6

f₃ = EIи₁ (l₁+l₂) — Ky₁ (l₁+l₂) ³/6 — Ft_11,12Ч l₂³/6/ EI= 0,017<0,04.

Раздел 4. Смазывание и обслуживание станка

Смазка станка обеспечивается следующими системами.

Циркуляционная система смазки главного привода.

Эта система (рисунок 2.1) включает в себя резервуар 1, фильтр 2, насос 3 и маслораспределитель 4. Подаваемое насосом масло непрерывно поступает через распределитель 4 на зубчатые колеса, масло стекает в резервуар. Контроль за работой насоса 3 осуществляется визуально при помощи маслоуказателя 5.

Циркуляционная система смазки коробки подач и консоли.

В систему входят резервуар 1 (рисунок 2.2), насос плунжерный 2 и распределители 3,4,5. Подаваемое насосом масло поступает через распределительные отверстия, находящиеся на дне консоли, на зубчатые колеса и опоры валов, а также через распределители 3,4,5 на направляющие стола, салазок, консоли, станины, винт вертикального перемещения консоли и ходовой винт стола.

Разбрызгивающая система смазки коробки скоростей привода шпиндельной головки станка.

Система включает в себя резервуар 1 (рисунок 2.3), с масло указателем 2, заливную горловину 3, разбрызгиватель 4 и уловитель магнитный 5.

Смазка направляющих стола, салазок, консоли, ходового винта стола осуществляется нажатием кнопки 6 (рисунок 6.2), а направляющих консоли, станины и винта вертикального перемещения консоли — нажатием кнопки 7. Уровень масла в резервуаре и работа насоса контролируется маслоуказателем 8.

Подшипники шпинделя, опоры ходового винта стола и гайки винта перемещения салазок смазывается густой смазкой при помощи шприца.

Втулка подвески смазывается при помощи фитиля.

Перед пуском станка необходимо запомнить маслом все резервуары системы и при помощи шприца заполнить густой смазкой все прессмасленки.

Раздел 5. Охрана труда и Т. Б.

Безопасность труда на станке 2К52 достигается соответствуя требованиям ГОСТ 12.2.009−80, СТ СЭВ 578−77, СТ СЭВ 539−77, СТ СЭВ 500−77.

Требования безопасности труда при эксплуатации станка учитывается соответствующими разделами:

1. Для обслуживающего персонала:

Персонал, допущенный в установленном на предприятии порядке к работе на станке, а так же к его наладке и ремонту обязан:

1.1 Получить инструктаж по Т.Б. в соответствии с заводскими инструктажами, разработанными на основании руководства по эксплуатации и типовых инструкций по охране труда.

1.2 Ознакомиться с общими правилами эксплуатации и ремонта станка и указаниями по Т.Б., которые содержатся в руководстве по эксплуатации электрооборудования.

1.3 Чистку и регулировку механизмов станка проводить при полной остановке и отключении станка от энергопотребителей.

2. При транспортировке и установке станка:

2.1 При монтаже, демонтаже и ремонте и ремонте для надёжного закрепления и безопасности перемещения станка следует использовать специальные рем. болты и другие устройства, предусмотренные конструкцией станка.

Грузоподъёмные устройства следует выбирать с учётом указанных в разделе.

2.2 При расконсервировании станка следует руководствоваться Т.Б. по ГОСТ 2014;78.

3. При подготовке станка к работе:

3.1 Проверить исправность кнопочных и тормозных устройств.

3.2 Проверить исправность системы смазки и системы охлаждения.

4. При работе станка:

4.1 Режимы резания должны соответствовать руководству по эксплуатации.

4.2 При отсутствии подачи масла на контрольный глазок немедленно остановить станок.

4.3 Не рекомендуется переключать скорости и подачи на ходу, т.к. это может привести к выходу из строя зубчатых колёс.

Заключение

В курсовом проекте разработан привод главного движения станка модели 2К52, определены основные технические характеристики станка, выполнен кинематический расчет, расчет крутящих моментов, расчет зубчатых передач, расчет валов привода станка, а так же имеется смазка станка, инструктаж по охране труда, технике безопасности и т. д.

1. В. И. Глубокий: «Металлорежущие станки и промышленные работы» Мн. 1984 г.

2. Справочник технолога — машиностроителя; под редакцией А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова, Машиностроение 1985 г.

3. Ф. Д. Релин: «Металлические материалы» Мн. Высшая школа 1987 г.

4. А. И. Кочергин: «Конструирование и расчёт металлорежущих станков и станочных комплексов» Мн. Высшая школа 1991 г.

5. С. А. Чернавский: «Курсовое проектирование деталей машин» 1979 г.

6. В. Пуш: «Металлорежущие станки»; 1986 г.