Модули, ширина, материал и термообработка колес устанавливаются в результате расчета на прочность.
4.ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ЧИСЕЛ ОБОРОТОВ ШПИНДЕЛЯ И ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ВАЛОВ ПРИВОДА ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ За расчетное число оборотов шпинделя или вала принимается их наименьшее число оборотов, при котором передается полная мощность. При оборотах шпинделя ниже расчетного принимают, что полная мощность не используется, а работа ведется с использованием постоянного крутящего момента, соответствующего расчетному числу оборотов.
Для универсальных станков за расчетное число оборотов принимают верхнее число оборотов нижней трети скоростей шпинделя, то есть при 18-ти скоростях расчетным числом оборотов шпинделя будет шестое снизу, при 12-ти скоростях — 4 снизу и т. п.
Расчетные числа оборотов промежуточных валов определяют по графику чисел оборотов.
Определим расчетные числа оборотов шпинделя и валов привода главного движения горизонтально-фрезерного станка, рассмотренного в примере 1. По графику чисел оборотов определяем, что расчетным числом оборотов шпинделя будет n6 = 80 об/мин.
Расчетными числами оборотов остальных валов будут:
вал I: n p = 1460 об/мин;
вал II: n p = 500 об/мин;
вал IV: n p = 100 об/мин;
Расчетные числа оборотов указываем на графике чисел оборотов.
Расчетное число оборотов используется в расчетах валов, зубчатых колес и подшипников на прочность и динамическую грузоподъемность.
5.РАСЧЕТ КПД НА ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ВАЛАХ И ШПИНДЕЛЕ
ηі = ηэ.д.· η3 · ηсм · ηп
ηэ.д. = 0,85 — КПД электродвигателя
ηм = 0,98 — КПД муфты
η3 = 0,98 — КПД зацепления зубчатой пары
ηп = 0,995 — КПД одного подшипника качения
ηI = 0,85 · 0,98 · 0,98 · 0,9952 = 0,81
ηII = ηI · 0,98 · 0,9952 = 0,78
——————————————————————————-;
ηшп = ηIV · 0,9956 = 0,70
Nі = Nдв· ηі, кВт где Nдв — мощность электродвигателя станка, кВт.
N1 = Nдв· η1 = 11 · 0,81 = 8,91 кВт;
N2 = Nдв· η2 = 11 · 0,78 = 8,58 кВт;
———————————————;
Nшп = Nдв· ηшп = 11 · 0,70 = 7,7 кВт.
РАСЧЕТ КРУТЯЩИХ МОМЕНТОВ НА ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ВАЛАХ И ШПИНДЕЛЕ
Mкр.і= 9550· Ni /nрі, Н·м где nр — расчетное число оборотов, мин -1;
Мкр.1 = 9550· N1 /nр1 = 9550 · 8,91/1460 = 58,3 Н·м Мкр.2 = 9550· N2 /nр2 = 9550 · 8,58/500 = 102,4 Н·м
—————————————————————-;
Мкр.шп.= 9550· Nшп /nршп = 9550 · 7,7/100 = 919,2 Н·м ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИНИМАЛЬНО ДОПУСТИМЫХ ЗНАЧЕНИЙ ДИАМЕТРОВ ВАЛОВ
Диаметры округляем до ближайшего стандартного в большую сторону.
Более точно диаметры валов определяются из расчета валов на прочность (см. раздел — «Расчет валов на прочность и жесткость»).
5.РАСЧЁТ ВАЛА НА ПРОЧНОСТЬ И ЖЁСТКОСТЬ
1. Расчет на прочность
Сводится к определению диаметра вала, расчету изгибающих моментов, выбору марки материала вала.
Силы в зацеплении делятся на окружную силу P и радиальную силу R, которые определяют суммарную силу Q, действующую на вал и подшипники.
Определим угол наклона силы Q1 и Q2 относительно оси Y, предварительно найдя численные значения P1, P2, R1, R2, Q1, Q2.
где:
Д — делительный диаметр шестерён Z2 и Z3, (мм); Мкр — крутящий момент на расчетном валу, (Н), (рассчитан ранее).
R1=0,5· P1=0,5·2666,6=1333,3 H
R2=0,5· P2=0,5·2105,2=1052,6 H
Q1≈1,1· P1=1,1·2666,6=2933,2 H
Q2≈1,1· P2=1,1·2105,2=2315,7 H
Найдём реакции опор:
;
Тогда:
;
Тогда:
;
Тогда:
;
Тогда:
Найдем изгибающие моменты:
Найдем максимальный изгибающий момент в опасном сечении:
Определим диаметр вала d:
Выбираем по таблице 9 из справочника (Анурьев В.И., II т.) или используя приложение 7:
Выбираем округляя в большую сторону, находим d=45 мм.
Приблизительно d можно найти по формуле:
Определим марку материала вала.
Допустимое напряжение на изгиб:
где: W — момент сопротивления в опасном сечении, м3; М и Мкр, — Н· м.
Используя табл. 8 справочника (Анурьев В.И., II т.) или приложение 7 и, предварительно переведя МПа в кгс/см2, получим:
σиз=78,8· 10,2=803,7 кгс/см2; [σиз]=850 кгс/см2 для вала d=50мм из стали 40Х улучшенной.
2. Расчет на жесткость
Расчет жесткости сводится к определению прогибов Y, углов наклона оси вала θ и сопоставлению их с допустимыми.
Угол наклона оси вала:
где:
Qих — силы Q1х; Q2х; Q1у; Q2у (кгс); l — расстояние между опорами, (см); d — диаметр вала, выбранный по таблице справочника, (см); Kq — коэффициент, учитывающий связь между точкой приложения силы и точкой, в которой определяют деформацию (гр. 4−7). В нашем случае они совпадают.
Q1x=1308,7 H = 1308,7· 0,102=133,5 кгс
l = 500 мм = 80 см; d=45мм=4,5 см; 300/500=0,37; по графику находим KQ=0,3.
Допустимые величины:
[Удоп] = 0,0005· l=0,0005·500=0,4 мм.
l-расстояние между опорами, мм.
В нашем случае У≥[Удоп].
[Θдоп]=0,001 рад.
В нашем случае Θ≥[Θдоп].
Заключение
.
Спроектированная коробка скоростей удовлетворяет всем условиям и ограничениям, размеры, количество зубьев соответствует ГОСТу.
1.Косилова, Мещеряков, Справочник машиностроителя.М.Машиностроение, 1976г
2.Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3 т. — М.:
Машиностроение, 1982.
3. Быковский А. Н., Левина З. М. Угловая жесткость осевой опоры шпин;
дельного узла и ее влияние на радиальную жесткость// Станки и инстру-мент.
— 1977. — № 11.
4. Галаков М. А., Бурмистров А. Н. Расчет подшипниковых узлов. — М.:
Машиностроение, 1988.
5. Детали и механизмы металлорежущих станков/ Под ред. Д. Н. Решетова:
в 2 т. — М.: Машиностроение, 1972.
6. Каминская В. В., Левина З. М. Расчет жесткости станков. — М.: Машинос;
троение, 1983.
7. Кодров С. С. Колебания металлорежущих станков. — М.: Машиностро;
ение, 1978.
8. Левина З. М., Решетов Д. Н. Контактная жесткость машин. — М.: Маши;
ностроение, 1971.
9. Левина З. М. Расчет жесткости современных шпиндельных подшипни;
ков// Станки и инструмент. — 1982. — № 10.
10. Металлорежущие станки: Учеб. для машиностроит. вузов/ Под ред.
В.Э Пуша. — М.: Машиностроение, 1986.
11. Металлорежущие станки и автоматы: Учеб. для машиностроит. вузов/
Под ред. А. С. Проникова. — М.: Машиностроение, 1981.
Тип станка Вертикально-фрезерный Базовая модель 6560
Проектируемый узел Коробка скоростей Мощность приводного электродвигателя, кВт 17 Предельное число оборотов шпинделя,
Об.мин 250−2000
Знаменатель ряда,φ 1,25 Число скоростей шпинделя 12
Наименование групп:
основная
1-я переборная Число передач Р0= 5 Р1п= 2 Характеристика Х0= 2 Х1п= 5 Диапазон регулирования групп Д0=φР0−1=
=1,255−1=
=2,44 Д1п=φР0(Р1п-1)=
=1,255(2−1)=
= 3,05
