Внешние нагрузки на валы передаются от сопряженных деталей (колес, муфт, шкивов и т.д.). Силы, действующие на валы через сопряженные детали, представлены на рисунке 6.

Рис. 6. Силы, действующие на валы коробки скоростей

Для прямозубых колес окружная сила, F, Н, действующая на вал определяется по формуле:

, (3.17)

Распорная сила определяется по формуле:

, (3.18)

где: - угол зацепления, = 200.

В итоге общая результирующая нагрузка на вал получается равной:

, (3.19)

С целью снижения результирующей силы R, действующей на вал при сопряжении его с двумя соседними валами, их стремятся разместить как показано на рисунке 7.

Рис. 7. Наиболее оптимальное размещение валов в коробке скоростей

Согласно данному рисунку, промежуточный вал получается практически разгружен. Следовательно, для расчета на усталостную прочность исключаются все промежуточные валы. Т.к. первый вал вращается с высокой скоростью, то нагрузка него невелика. Исходя из этого, на усталостную прочность рассчитываем вал, стоящий перед шпинделем, т.е. № 4.

Необходимые значения длин на 4-ом валу определяем по чертежу развертки коробки скоростей. Подставив их в формулы (3.17) и (3.18) определяем значения сил, действующих на 4-й вал коробки скоростей:

Н Н

Н Н

Для 4-го вала определим реакции опор по известным зависимостям.

Для вертикальной плоскости:

Н

Н

- верно.

Для горизонтальной плоскости:

Н

- верно.

Н

Н

Изгибающие моменты определяем эскизно. На основе расчетов реакций опор на рисунке 8 строим эпюры изгибающих моментов.

Расчет вала на усталостную прочность производим по следующей формуле:

, (3.20)

где: К1 и К2 - коэффициенты, учитывающие концентрацию напряжений в опасном сечении,

К1 = К2 = 1,5;

S-1 - коэффициент запаса прочности для валов механизма станков, S-1 = 2;

- предел выносливости при знакопеременном цикле, равный:

- предел прочности;

W - момент сопротивления, равный:

где: d - диаметр вала, см.

Тогда имеем:

, (3.21)

Рис.8. Эпюры моментов, действующих на вал

Из формулы (3.21) выражаем диаметр вала:

, (3.22)

Определяем по рис. 8. значения крутящего и изгибающих моментов и подставляем их в формулу (3.21). Получаем:

м

Округляем полученное значение до ближайшего большего по ГОСТ 6636-69 и получаем значение диаметра 4-го вала:

d4 = 36 мм.

Т.к. на наиболее нагруженном участке вала установлено зубчатое колесо и занимает меньшую часть вала, то для участка с расположенном на нем тройным блоком шестерен принимаем уменьшенный диаметр вала до 32 мм.

Диаметры остальных валов коробки скоростей определяем из следующих соотношений:

мм

С учетом того, что на первый вал устанавливается упругая муфта, с целью подбора одного типа полумуфт принимаем больший диаметр вала d1 = 36 мм.

мм.

Принимаем d2 = 36 мм.

мм.

Принимаем d3 = 46 мм.

мм

Принимаем d4 = 60 мм.

4. Автоматизация работы станка

Для облегчения обслуживания фрезерного станка при смене инструмента применяем автоматический способ смены инструмента.

Механизм смены инструмента выполнен отдельным узлом и состоит из автооператора, редуктора, перегружателя, руки, втулки, механизма контроля и магазина инструментов барабанного типа емкостью на 12 инструментов.

Выбор инструмента производится в любой последовательности.

Автооператор осуществляет подачу из магазина в шпиндель и возврат отработанного инструмента из шпинделя в магазин.

В процессе смены инструмента автооператор обеспечивает отвод его за пределы рабочей зоны станка, что способствует сокращению максимального рабочего пространства и исключает возможность попадания стружки на рабочие поверхности инструментальных оправок.

Весь механизм смены инструментов расположен в зоне, удобной для обслуживания станка.

Магазин представляет собой корпус, закрепленный на специальной стойке, стоящей отдельно от станка. В корпусе расположен электродвигатель вращения магазина, который вращает барабан с инструментом.

Барабан представляет собой диск большого диаметра, на периферии которого расположены пазы для инструмента. При получении команды барабан начинает вращаться, поиск требуемого инструмента осуществляется вращающимся трансформатором. При подходе к заданной позиции инструмента, барабан уменьшает частоту вращения, а затем останавливается. После этого начинает работать перегружатель. Он переносит втулку с инструментов из гнезда магазина к руке автооператора и обратно.

Перегружатель представляет собой редуктор, на быстроходном валу которого закреплены клещи. У магазина клещи находятся в открытом состоянии.

При движении к автооператору под воздействием тарельчатых пружин клещи зажимают втулку и переносят её с инструментом к автооператору.

Автооператор снабжен двухзахватной рукой, которая непосредственно осуществляет захват инструмента во втулке и шпинделе, и меняет их местами. При этом в шпиндель устанавливается новый инструмент, а во втулку - отработанный.

Смена инструмента осуществляется в начале осевым движением руки от шпинделя, поворотом её на 1800, а затем, обратным осевым перемещением в сторону шпинделя.

Величина осевого смещения рассчитана так, чтобы инструмент полностью вышел из шпинделя и втулки, а при обратном движении - полностью установился на свои места в шпинделе и втулке.

Осевое перемещение руки осуществляется при движении каретки автооператора от кривошипно - шатунного механизма. Поворот руки осуществляется мальтийским механизмом. После установки инструмента в соответствующее ему гнездо барабана, клещи перегружателя под воздействием жесткого упора раскрываются, барабан начинает вращаться и против перегружателя устанавливается инструмент, необходимый для следующей операции.

Перегружатель забирает его и несет к автооператору. После окончания предыдущей операции происходит смена инструмента. Таким образом, вся подготовка к смене инструмента происходит во время работы станка, что значительно снижает время самой смены.

5. Особенности работы спроектированного узла

1. «Режимы резания металлов. Справочник» / Под. ред. Барановского Ю.В. - М.: Машиностроение. 1972г., 408 с.

2. «Металлорежущие станки: Учебник для машиностроительных вузов» / Под. ред. В.Э.Пуша. - М.: Машиностроение, 1985 г., 256 с.

3. «Металлорежущие станки» / Тепинкичиев В.К., Красниченко Л.В, Тихонов А.А., Колев Н.С. - М.:Машиностроение, 1970 г., 464 с.

4. «Производственное оборудование и его эксплуатация: комплекс учебно - методических материалов» / Ю.Н.Гондин, Б.В.Устинов; НГТУ, Ч.1. - Н.Новгород, 2007 г., 114 с.

5. «Производственное оборудование и его эксплуатация: комплекс учебно - методических материалов» / Ю.Н.Гондин, Б.В.Устинов; НГТУ, Ч.2. - Н.Новгород, 2007 г., 100 с.

6. Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин : Учеб. Пособие для техн. спец. Вузов. - 5-е издание перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1998. - 447 с., ил.

Размещено на Allbest.ru