Проектування приводу коробки швидкостей металорізального верстата

Міністерство освіти і науки України

Донецький Національний Технічний

Університет

кафедра "Металорізальні верстати та інструмент"

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

з дисципліни: "металообробки"

на тему: "Проектування приводу коробки швидкостей металорізального верстата"

Виконав:

ст. гр. МС-99 а

Прохорова Н.В.

Перевірив Петтік Ю.В.

Донецьк 2002

ЗАВДАННЯ

Спроектувати привід коробки швидкостей металорізального верстата по вихідним даним:

1. Тип верстата - вертикально-свердлильний.

2. Основний розмір - d = 20мм.

3. Розроблюваний привід - головного руху.

4. Граничні значення - n _min = 18об/мін; n _max = 1000об/мін.

5. Знаменник прогресії - 1,41.

6. Примітки - ЧПУ.

РЕФЕРАТ

Пояснювальна записка містить: стор.29, рис. 12, табл. 4, джерел 10, додатка 3.

У роботі наведено аналіз можливостей вертикально-свердлильного верстата, особливості та вимоги, які пред'являються до коробок швидкостей. Проаналізовано кінематичні схеми приводу і вибраний оптимальний варіант компонування кінематичної схеми приводу верстата.

Наведено кінематичний і силовий розрахунок привода, розрахунок на міцність основних деталей проектованого вузла.

Обрано матеріал валів і зубчастих коліс. Наведено вибір шліцьових з'єднань, підшипників, описана система мастила і управління.

Об'єкт проектування - коробка швидкостей вертикально-свердлильного верстата.

Мета роботи - проектування оптимального приводу верстата.

ПРИВІД, СТРУКТУРНА СІТКА, ЗУБЦЮВАТА ПЕРЕДАЧА, ВАЛ, ПІДШИПНИК, НАПРУГА.

ЗМІСТ

ВСТУП

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА І ПРИЗНАЧЕННЯ Вертикально-свердлильні верстати

   1. Загальні відомості про вертикально-свердлильних верстатах

   2. Особливості приводу швидкостей вертикально-свердлильного верстата

2. Кінематичний розрахунок приводу ВЕРСТАТА

   1. Вибір діапазону регулювання і числа ступенів передач коробки швидкостей

   2. Розробка і побудова структурної сітки і графіка чисел оборотів

   3. Підбір чисел зубів

   4. Розробка кінематичної схеми приводу

   5. Розрахунок похибок кінематичних ланцюгів верстата

3. СИЛОВИЙ РОЗРАХУНОК КОРОБКИ ШВИДКОСТЕЙ

   1. Розрахунок коефіцієнта корисної дії верстата та потужності головного електродвигуна

   2. Розрахунок крутних моментів на валах

3.3Расчет на міцність зубчастих коліс

3.4 Розрахунок геометричних параметрів зубчастих коліс

3.5 Уточнений розрахунок валу

4. ВИБІР ПІДШИПНИКІВ

5. ВИБІР шпонок

6. ВИБІР системи змащення

7. ВИБІР СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ

ВИСНОВОК

ПЕРЕЛІК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

ВСТУП

Приводи металорізальних верстатів виконують широкий спектр рухів: робітників, допоміжних, настановних і т.д.

При цьому переміщається інструмент або заготовка. Кінематичні та силові характеристики коробки швидкостей повинні забезпечити необхідні значення величини швидкостей при обробці на верстаті різних деталей з різних деталей з різними фізико-механічними властивостями.

Рух на коробку швидкостей передається від електродвигуна через клиноременную передачу.

До приводів верстатів, з урахуванням технологічного призначення верстата пред'являються спеціальні вимоги - з передачі зусиль, забезпечення сталості швидкостей, швидкодією, габаритними розмірами, зручності управління.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА І ПРИЗНАЧЕННЯ Вертикально-свердлильні верстати

1. Загальні відомості про вертикально-свердлильних верстатах

Група свердлильних і розточувальних верстатів включає в себе наступні типи:

1. Настільно і вертикально-свердлильні верстати.

2. Одношпиндельні напівавтомати.

3. Багатошпиндельні напівавтомати.

4. Координатно-розточні верстати.

5. Радіально і координатно-свердлильні верстати.

6. Розточувальні верстати.

7. Обробно-розточувальні верстати.

8. Горизонтально-свердлильні верстати.

9. Різні.

Основними формотворчими рухами на цих верстатах є головний рух - обертальний, і рух подачі шпинделя або столу.

Отвір виходить методом подвійного сліду

Малюнок 1.1.1 - Схема формотворчих рухів.

За допомогою органів настройки встановлюються частота і подача.

Операції виконувані на верстатах свердлильно-розточний групи:

• свердління;

• розсвердлювання;

• зенкування;

• розгортання та інші.

Розточувальні верстати можуть також проводити фрезерування, нарізування різьб та інші.

За розташуванням шпинделя розрізняють вертикально і горизонтально-розточувальні верстати, а також верстати з постійним положенням шпинделя і радіально-свердлильні, допускається переміщення шпинделя, а іноді і нахил.

За кількістю шпинделів розрізняють одно-шпиндельні і багатошпиндельні.

Для глибокого свердління застосовують горизонтально-шпиндельні верстати (якщо глибина свердління> 10-ти діаметрів - свердління глибоке).

Розрізняють такі розточувальні верстати:

• горизонтально-розточувальні верстати;

• координатно-розточувальні верстати;

• алмазно-розточувальні верстати;

• спеціалізовані.

Горизонтально-розточувальні верстати призначені для обробки отворів з точними відстанями між усіма осями в деталях і відрізняються великою універсальністю.

Координатно-розточні верстати з вертикальним розташуванням шпинделя мають велику жорсткість конструкції, мають спеціальне вимірювальне пристрій і призначені для обробки отворів з особливо точним відстанню між осями.

Алмазно-розточувальні верстати застосовують для тонкого оздоблювального розточування отворів алмазним або твердосплавним різцем при високій швидкості різання. При обробці застосовують малі подачі і малі глибини різання.

У цій роботі проектується привід для вертикально-свердлильного верстата.

Малюнок 1.1.2 - Загальний вигляд верстата.

Органи управління:

1. Рукоятка переміщення столу.

2. Штурвал для підйому і опускання шпинделя.

Основні вузли верстата:

3. Стіл.

4. Шпиндельні бабка з коробкою подач.

5. Коробка швидкостей.

6. Станина (колона).

7. Підстава станини.

Даний верстат призначений для обробки деталей невеликої маси.

Область використання: основні виробничі цехи в умовах одиничного і дрібносерійного виробництва. Також верстат використовується в ремонтно-механічних та інструментальних цехах.

На фундаментній плиті 7 змонтована колона 6, в її верхній частині розміщується коробка швидкостей 5 із електродвигуном. На вертикальних напрямних встановлена ​​шпиндельної бабки 4 усередині якої розміщується привід подач, здійснює вертикальне переміщення шпинделя. Піднімати і опускати шпиндель можна механічно або вручну за допомогою штурвала 2. Для установки і закріплення пристосувань із заготівлею є стіл 3, його можна встановлювати на різну висоту залежно від розмірів заготовки або пристосування.

Особливість вертикально-свердлильного верстата - для обробки отвору необхідно поєднати центр майбутнього отвори з віссю обертання інструменту.

2. Кінематичний розрахунок приводу ВЕРСТАТА

2.1 Вибір діапазону регулювання і числа ступенів передач коробки швидкостей

Основними технічними характеристиками вертикально-свердлильного верстата, що визначають його технологічні можливості є:

- Граничні значення частот обертання n _min = 18об/мін; n _max = 1000об/мін,

- Знаменник ряду частот обертання φ = 1,41.

Визначаємо діапазон регулювання:

Визначаємо число ступенів швидкості:

, Приймаємо z = 14.

2.2 Розробка та побудова структурних сіток і графіка чисел оборотів

По заданому числу z = 14 визначаємо можливі типи схем складених структур, тому що прості розмножувальні структури не використовуємо.

Для z = 18 і φ = 1, 41 зведемо основні можливі варіанти в таблицю 2.1.

Виходячи з принципу оптимізації, в основу якого покладено мінімальне число елементів приводу (кількість валів, шестерень, блоків і муфт) і максимальної кількості ступенів передач по швидкісній ланцюга, вибираємо як оптимальної структури - структуру типу А1-2, вид структурної формули z = 14 = 2 (i ⁰ + i ^· 2.3).

Таблиця 2.2.1 - Варіанти коробок швидкостей зі складеною структурою для z = 18 і φ = 1,41.

Структурна формула	Вид структури	Основні показники привода
		Кількість шестерень	Кількість валів	Кількість блоків	Кількість передач по короткій ланцюга	Кількість муфт
2 (i 0 + i '· 2.3)	А Ⅰ	18	5	4	1	немає
2 (1 + i · 2 +2 · 2)	Б Ⅱ	18	5	4	1	1
2 (0 +3 + i "· i" · 4)

	Б Ⅲ	22	5	3	2	немає
2 (i 0 + i '· i' · 3 + i "· i" · 3)	Б Ⅰ	26	7	4	2	немає
2 (1 + i '· 2 + i' · 2 + i "· 2) і т.д.	У Ⅱ	16	6	3	1	2

Загальний вигляд типової схеми складеної структури виду А Ⅰ - 2 ​​наведено на рис. 2.2.1

Рисунок 2.1 - Типова схема складеної структури виду А Ⅰ - 2

У прийнятій структурної формулі визначаємо характеристики груп x ₁ = _1, x ₂ = 1, x ₃ = 2, x ₄ = 6.

Структурна сітка коробки швидкостей наведена на рис. 2.2.2

Малюнок 2.2.2 - Структурна сітка.

При побудові графіків чисел оборотів на основі обраної структурної сітки враховується те, що з точки зору роботи шестерень бажано, щоб передавальні відносини в ланцюгах головного руху знаходилися в межах , Так як прискорювальні передачі працюють гірше замедлітельних.

Графіків чисел оборотів наведено на рис. 2.2.3.

Малюнок 2.3 - Графіків чисел оборотів вертикально-свердлильного верстата

3. Підбір чисел зубів

Для підбору чисел зубів скористаємося графіком чисел оборотів (рис.2.3) і значеннями передавальних відносин I між ланками коробки головного руху.

Передавальні відносини:

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

Підбираємо числа зубів [5, стор.121, табл.3]:

z ₁ = 23; z ₅ = 80; z ₉ = 30; z ₁₃ = 60; z ₁₇ = 33;

z ₂ = 46; z ₆ = 21; z ₁₀ = 60; z ₁₄ = 30; z ₁₈ = 67;

z ₃ = 28; z ₇ = 67; z ₁₁ = 45; z ₁₅ = 20;

z ₄ = 41; z ₈ = 34; z ₁₂ = 45; z ₁₆ = 80;

2.4 Розробка кінематичної схеми приводу

На підставі графіка частот обертання і знайдених значень чисел зубів складаємо принципову кінематичну схему приводу головного руху верстата (ріс.2.4.1).

Малюнок 2.4.1 - Кінематична схема приводу головного руху верстата

2.5 Розрахунок похибок кінематичних ланцюгів верстата

,

_{У результаті перевірки всіх основних ланцюгів можна зробити висновок, що числа зубів коліс підібрані правильно і похибки ланцюгів не перевищують припустиму похибку.}

3. СИЛОВИЙ РОЗРАХУНОК

3 .1 Розрахунок коефіцієнта корисної дії верстата та потужності головного електродвигуна

Потужність електродвигуна визначаємо, використовуючи залежність

де М _кр - максимальний момент.

Для d = 12 розраховуємо крутний момент використовуючи наступні дані:

S, d, C _n (матеріал = 750 МПа, НВ = 170 конструкційна сталь).

Використовуючи формулу для визначення сил різання:

S = 0,35 мм; q = 2,0;

З _м = 0,0345; y = 0,8;

K _p = 1; D = 20 мм;

M _kp = 10 · 0,0345 · 12 ^2,0 · 0,35 ^0,8 · 1 = 59,58 Н / м.

Визначення швидкості різання

Стійкість інструменту приймаємо мінімальну.

Т = 45; m = 0,2;

З _v = 9,8; y = 0,5;

q = 0,4; K _v = 1;

м / хв;

n = ;

Приймаються за графіком найближчу меншу n = 355 об / хв;

N = кВт;

Для силового розрахунку нам необхідно знати потужність холостого ходу (N _xx).

Її визначають за формулою Левіта

кВт;

N _дв = N _еф + N _xx = 2,15 + 0,196 = 2,35 кВт.

Приймаються N _дв = 3 кВт.

(Технічні характеристики електродвигуна (за ГОСТ 19523-74))

Тип двигуна - 4A90L2У3

Номінальна потужність Pном. = 3 кВт

Частота обертання = 2840 об / хв.

ККД = 84.5%

COS (ф) = 0.88

Відношення мінімального моменту крутного до номінального М _min / М _ном. = 1.6

Ставлення пускового моменту до номінального моменту М _п / М _ном = 2.1

Ставлення критичного моменту до номінального М _кр / М _ном = 2.5

Ставлення пускового струму до номінального I _п / I _ном = 6.5

Маховий момент J = 0,35 · 10 ^-2 кгс · м ^2.

Основні розміри і маса електродвигуна

Кількість полюсів - 2

Габаритні розміри, мм.

l 30 = 350; h 31 = 243; d 30 = 208.

Установочно-приєднувальні розміри, мм.

l 1 = 50; l 10 = 125; l 31 = 56; d 1 = 24; d 10 = 10; b 10 = 140; h = 90.

Маса, кг = 28.7

Приєднувальні розміри для двигунів з фланцем

d20 = 215; d22 = 15; d25 = 180;

3.2 Розрахунок крутних моментів на валах

М _кр.вал = 9740 [Н · м];

M _{kp .1} = 9750 · Н · м;

M _{kp .2} = 9750 · Н · м;

M _{kp .4} = 9750 · Н · м;

M _{kp .5} = 9750 · Н · м;

M _{kp .3} = 9750 · Н · м;

Визначення діаметрів валів (проектний розрахунок).

[М]; = 30 МПа (для сталі 40)

приймаємо d = 30 мм,

приймаємо d = 30 мм,

приймаємо d = 30 мм,

приймаємо d = 30 мм,

приймаємо d = 40 мм,

3.3 Розрахунок на міцність зубчастих коліс

Розраховуємо модуль зубчастої передачі не тільки по напруженням вигину, а й за контактними напруженням; з двох величин вибираємо велику і приводимо до стандартного значенням:

, Мм.

, Мм.

де - Розрахунками крутний момент на валу шестерні (меншого колеса) передачі у н м,

z - число зубів шестерні;

i - передавальне число, яке дорівнює відношенню числа зубів більшого колеса до числа зубів меншого колеса ( ), Незалежно від того, що знижує передача чи підвищує;

- Знак плюс для подач зовнішнього зачеплення, мінус внутрішнього;

- Коефіцієнт форми зуба, для z = 20 = 0,4

,

b - робоча ширина зубчастого вінця колеса в мм;

- Коефіцієнти, що враховують збільшення навантаження на передачу в порівнянні з номінальною внаслідок нерівномірного характеру процесу різання в роботи приводу;

де   коефіцієнт перевантаження, = 1,2, , коефіцієнти динамічності навантаження, через виготовлення та монтажу = 1,05, = 1,03

коефіцієнти нерівномірності розподілу навантаження по довжині зуба;

для

- Допустима напруга на вигин і контактну міцність а визначаються за формулами:

= 1,9 · 10 ⁸ · 1,2 · 1,4 = 2,96 · 10 ⁸ Па,

= 9,5 · 10 ⁸ · 1,62 = 15,4 · 10 ⁸ Па.

тривалі межі витривалості зубів при розрахунку на згин і контактну міцність у

коефіцієнт, що враховує вплив режиму шліфування зубів на величину допустимого згинального напруги

коефіцієнти змінності режиму роботи,

,

де - Розрахунковий (базове) число циклів навантаження при випробуванні матеріалу шестерні на втомну міцність, = 7 · ¹⁰ липня

- Кількість передач в групі, = 2

- Розрахункова частота обертання шестерні в хв ^-1; = 219,63 об. / хв,

коефіцієнти збільшення і , Що залежать від ступеня універсальності верстата в розташування передачі (ближче до вихідного валу).

;

;

;

,

таким чином

мм,

Приймаються за стандартним ряду m = 3мм.

Інші модулі прямозубих зубчастих коліс розраховані за допомогою ЕВМі результати розрахунку зводимо в табл. 3.3.1.

3.4 Розрахунок геометричних параметрів зубчастих коліс

Діаметри ділильних кіл визначаються по залежності:

d _wi = m _i · z _i,

Діаметри кіл вершин визначаються по залежності:

d _ai = d _wi +2 m _i,

Діаметри кіл западин визначаються по залежності:

d _fi = d _wi -2,5 m _i.

Визначаємо міжцентровою відстані між валами за формулою:

.

Визначаємо ширину зубчастих вінців по залежності:

b ₁ = 10 · m = 10.3 = 30мм

b ₂ = 10 · m = 10.3 = 30мм

b ₃ = 10 · m = 10.3 = 30мм

b ₄ = 10 · m = 10.3 = 30мм

b ₅ = 10 · m = 10.2, 5 = 25мм

b ₆ = 10 · m = 10.2, 5 = 25мм

b ₇ = 10 · m = 10.2, 5 = 25мм

b ₈ = 10 · m = 10.2, 5 = 25мм

b ₉ = 10 · m = 10.3 = 30мм

b ₁₀ = ₁₀ · m = 10.3 = 30мм

b ₁₁ = 10 · m = 10.3 = 30мм

b ₁₂ = 10 · m = 10.3 = 30мм

b ₁₃ = 10 · m = 10.3 = 30мм

b ₁₄ = 10 · m = 10.3 = 30мм

b ₁₅ = 10 · m = 10.2, 5 = 25мм

b ₁₆ = 10 · m = 10.2, 5 = 25мм

b ₁₇ = 10 · m = 10.2, 5 = 25мм

b ₁₈ = 10 · m = 10.2, 5 = 25мм

Таблиця 3.3.1 - Вихідні дані для розрахунку модуля і результати розрахунку