Расчет привода главного движения токарного станка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Анализ существующих конструкций аналогичных станков

2. Режимы резания

2.1 Выбор режимов резания

2.2 Проверка предельных значений аналитически

3. Определение мощности привода

3.1 Эффективная мощность привода станка

3.2 Выбор электродвигателя

4. Выбор типа и кинематической схемы механизма главного движения

5. Кинематический расчет коробки скоростей

5.1 Диапазон регулирования

5.2 Способы регулирования

5.3 Разработка кинематической схемы

5.4 Построение графика чисел оборотов

5.5 Определение чисел зубьев шестерен

5.6 Определение фактического ряда частот

6. Расчет основных конструктивных параметров деталей привода

6.1 Определение основных динамических характеристик

6.2 Расчет модулей зубчатых колес

6.3 Конструирование и расчет валов

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Привод главного движения служит для передачи необходимых усилий и скоростей резания для заданного диапазона материалов. Коробка скоростей должна иметь как можно меньшие габариты, высокий КПД и хорошие эксплуатационные показатели. В данном случае для привода главного движения используется асинхронный двигатель, обеспечивающий наибольшую надежность работы. Используется ступенчатый способ регулирования скоростей.

1. Анализ существующих конструкций аналогичных станков

Табл. 1 Технические характеристики аналогичных токарных станков.

	СТАНОК ТОКАРНЫЙ С ЧПУ СА250Ф3	СТАНОК ТОКАРНЫЙ С ЧПУ PROTO TRAK СА300/XYZ VL	СТАНОК ТОКАРНЫЙ НАСТОЛЬНЫЙ ТН-1
Наибольший диаметр обрабатываемой детали, мм: Над станиной Над суппортом	250 180	300 168	200 120
Наибольшая длина обрабатываемой детали, мм	150	700	300
Min частота вращения шпинделя, об/мин	45	100	115
Max частота вращения шпинделя, об/мин	6000	3000	1700
Мощность двигателя, кВт	5,5	5,5	0,75

Виды работ, которые будут выполняться на проектируемом станке, аналогичны работам, которые выполняются на станке-прототипе.

Полученные значения скоростей резания V (м/мм) оформляются в виде графика.

2. Режимы резания

2.1 Выбор режимов резания

На основании таблицы «Режимы резания на токарных станках» /3/ находим скорости резания для обработки заготовок из стали и чугуна.

Для каждого интервала скорости резания находим предельные частоты вращения шпинделя /7/:

,

где n_max - максимальная частота вращения шпинделя, об/мин;

V_max - максимальная скорость резания, м/мин;

d_min - минимальный диаметр инструмента, мм.

,

где n_min - минимальная частота вращения шпинделя, об/мин;

V_min - минимальная скорость резания, м/мин.

Результаты расчетов сводим в таблицу 2.

Табл. 2. Выбор и расчет режимов резания.

Технологические переходы	Инструменты	Режимы резания
	Тип	Материал	Глубина резания, мм	Подача, мм/об	Скорость резания, м/мин
Конструкционная углеродистая и низколегированная сталь, ув=650-800 МПа
Точение продольное и поперечное: по загрязненной корке черновое получистовое чистовое	Резцы проходные	Т5К12В Т5К10 Т15К6 Т30К4	3-7 3-7 До 2 До 1,5	0,54-0,75 0,6-0,9 0,25-0,38 0,1-0,2	36-43 60-74 148-167 200-240
Нарезание резьбы на проход: метрическая трапецеидальная	Резцы резьбовые	Р6М5 Т15К6		2,5-6 1,5-6	17-30 102-124
Точение фасонное: черновое чистовое	Резцы фасонные	Р6М5		0,03-0,1	22-31 70-107
Фасонное точение по копиру	Резцы проходные	ВК6	0,07-0,12	0,1-0,15	47-53
Сверление отверстий D=6-32 мм Рассверливание отверстий D=25-60 мм	Сверла	Р6М5	5-15	0,16-0,27 0,7-1,2	25-31 17,5-22
Зенкерование отверстий D=15-80 мм	Зенкеры	Р6М5	0,5-1.0	0,8-2,2	21-29

Серый чугун, НВ 180-220

Технологические переходы	Инструменты	Режимы резания
	Тип	Материал	Глубина резания, мм	Подача, мм/об	Скорость резания, м/мин
Точение продольное и поперечное: по загрязненной корке черновое получистовое чистовое	Резцы проходные	ВК8В ВК6 ВК6 ВК3	4-9 1-2 До 1	0,6-0,8 0,6-0,9 0,25-0,4 0,15-0,2	24-35 49-57 108-122 154-174
Нарезание резьбы на проход: метрическая трапецеидальная	Резцы резьбовые	ВК6		2-6 3-8	42-55 41-52
Фасонное точение по копиру	Резцы проходные	ВК6	0,07-0,12	0,1-0,15	47-53
Сверление отверстий D=6-32 мм Рассверливание отверстий D=25-60 мм	Сверла	Р6М5	5-15	0,16-0,27 0,7-1,2	25-31 17,5-22
Зенкерование отверстий D=15-80 мм	Зенкеры	Р6М5	0,5-1.0	0,8-2,2	21-29

По выбранным скоростям резания определяем частоты вращения шпинделя для каждого вида работ. Полученные значения частот также оформляются в виде графика.

; ;

=200мм; =0,15*200=30мм

Табл. 3 Частоты вращения

	Виды работ, выполняемых на проектируемом станке.	Частота вращения, мин
		Сталь	Чугун
1,	Точение продольное и поперечное: по загрязненной коке	57,3-342,4	33,4-278,7
2,	Точение продольное и поперечное: черновое	95,5-589,2	78,0-453,8
3,	Точение продольное и поперечное: получистовое	235,7-1329,6	171,9-971,4
4,	Точение продольное и поперечное: чистовое	318,4-1910,9	245,2-1338,4
5,	Нарезание резьбы на проход: метрическая	27,1-238,9	66,9-437,9
6,	Нарезание резьбы на проход: трапецеидальная	162,4-283,9	65,3-414,0
7,	Точение фасонное: черновое	35,0-246,8	-
8,	Точение фасонное: чистовое	111,4-851,9	-
9,	Фасонное точение по копиру	111,4-660,8	74,8-422,0
10,	Сверление отверстий D=6-32 мм	22,9-254,8	39,8-246,8
11,	Рассверливание отверстий D=25-60 мм	29-167,2	27,9-175,2
12,	Зенкерование отверстий D=15-80 мм	33,4-151,3	33,4-230,9

Полученные значения частот вращения оформляются в виде графика.

Рис.1 График частот вращения

2.2 Проверка предельных значений аналитически

Рассчитываем скорость резания для чернового точения.

По табл. 1 принимаем t=5,0мм, S=0,7мм/об.

Скорость резания при точении:

,

где T - период стойкости, T=60мин.

Необходимые коэффициенты и показатели степени для определения скорости находим по табл.17: =290, x=0,15, y=0,35, m=0,20,

Для получения действительного значения скорости необходимо ввести поправочный коэффициент , учитывающий фактические условия резания, где - произведение ряда коэффициентов.

,

где - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала, табл.1

,

где - показатель степени по табл.2

Кг=1 - для материала детали - сталь

=1- коэффициент, учитывающий состояние поверхности, табл.5

- коэффициент, учитывающий качество материала инструмента, табл. 6,

=0,65 (для резца Т5К10)

Следовательно

По табл. 1 =74м/мин, т.е. расчетное значение скорости попадает в диапазон значений =60..74м/мин.

3. Определение мощности привода

3.1 Эффективная мощность привода станка

Мощность двигателя в приводе станка расходуется на создание рабочих сил и преодоления различных сопротивлений и определяется по формуле:

,

- полезная мощность,

,

- тангенциальная составляющая силы резания, Н

- скорость резания для основного вида работ;

Для токарного станка - это черновое точение.

- мощность холостого хода.

, кВт

- мощность на дополнительные потери.

Оцениваются введением КПД в уравнение .

, кВт, =0,75..0,85.

Дополнительные потери составляют 10-15% всей потребляемой мощности.

Рассчитываем скорость резания и тангенциальную составляющую силы резания для чернового точения.

По табл. 1 принимаем t=5,0мм, S=0,7мм/об.

Скорость резания при точении:

,

где T - период стойкости, T=60мин.

Необходимые коэффициенты и показатели степени для определения скорости находим по табл.17: =290, x=0,15, y=0,35, m=0,20,

Для получения действительного значения скорости необходимо ввести поправочный коэффициент , учитывающий фактические условия резания, где - произведение ряда коэффициентов.

,

где - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала, табл.1

,

где - показатель степени по табл.2

Кг=1 - для материала детали - сталь

=1- коэффициент, учитывающий состояние поверхности, табл.5

- коэффициент, учитывающий качество материала инструмента, табл. 6,

=0,65 (для резца Т5К10)

Следовательно

Сила резания определяется по формуле:

,

значение коэффициентов и показателей степени определяем по табл. 22.

=300, x=1,0, y=0,75, n=-0,15.

Поправочный коэффициент представляет собой произведение ряда коэффициентов

,

коэффициенты находим по табл. 9,10,23.

При , ,

Следовательно, =1, =1, =1, =1, K

Полезная мощность резания:

Мощность холостого хода:

Принимаем КПД=0,8.

Тогда эффективная мощность привода станка:

3.2 Выбор электродвигателя

По приведенным параметрам по каталогу выбираем электродвигатель. В данном случае это асинхронны трехфазный двигатель общепромышленного назначения с характеристиками:

Мощность - 5,5 кВт

Частота вращения -1430об/мин

КПД - 92%

Косинус -0,9

Mкр/Nном - 7,1

Мпол/Мном - 2,1

Мmin/Nном - 2,4

4. Выбор типа и кинематической схемы механизма главного движения

Коробка скоростей токарных станков содержит в большинстве случаев зубчатые передачи, переключениями которых получают различные скорости шпинделя.

Основным недостатком коробок скоростей такого типа является то, что ступенчатое регулирование даёт возможность установить лишь числа оборотов в заданном диапазоне, и поэтому скорость резания не всегда может быть установлена точно. Однако коробки скоростей со ступенчатым регулированием более компактны и просты, имеют высокий КПД и поэтому в настоящее время имеют преимущественное применение.

5. Кинематический расчет коробки скоростей

5.1 Диапазон регулирования

Диапазон регулирования является показателем кинематических возможностей коробки скоростей проектируемого станка. Он зависит от величины обрабатываемой детали и скоростей резания.

Диапазон обрабатываемых деталей (диапазон размеров):

,

для обработки 85-92% от всех обрабатываемых деталей. Диапазон регулирования скоростей

Определяем максимальную и минимальную частоты вращения шпинделя (подачу). За минимальную частоту вращения принимаем минимальную частоту станка-прототипа, т.е. n_min=100мин^-1

В качестве максимальной частоты вращения принимаем частоту, полученную по расчетам nmax=10000*240/3.14/30=2542мин-1/

Диапазон регулирования частот вращения шпинделя:

5.2 Способы регулирования

Выбираем ступенчатый способ регулирования. При этом способе в заданных пределах (от до ) выбирают целесообразный ряд значений регулируемого параметра. Рекомендуется геометрический ряд частот вращения шпинделя. Значение частот вращения шпинделя и знаменатель прогрессии для этого ряда стандартизированы.

Знаменатель прогрессии для токарного станка равен 1,58.

По таблицам из приложения 2 принимаем следующий ряд частот вращения: 100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500.

5.3 Разработка кинематической схемы

Количество групп передач определяем по формуле

Принимаем m=3.

Рассчитываем количество конструктивных вариантов привода по формуле:

,

где g - число групп с одинаковым количеством передач g=3.

Выписываем 2 варианта.

1) 2₁2₂2₃ X₁=1; X₂=2; X₃=4 2) 2₃2₂2₁ X₁=4; X₂=2; X₃=1



Принимаем первый вариант.

5.4 Построение графика чисел оборотов

Рис.2 График чисел оборотов

5.5 Определение чисел зубьев шестерен

Табл.4 Числа зубьев шестерен

i	1	2	3	4	5	6	7
			1,58		1,58		1,58
Z1	28	22	35	22	49	16	32
Z2	25	31	22	35	31	64	50
Z	53	57	80	82

5.6 Определение фактического ряда частот

После подбора всех пар зубьев зубчатых колес, определяем фактические частоты вращения шпинделя по уравнению кинематического баланса.

Определяем погрешность при подборе зубчатых колес, фактических частот вращения и нормального ряда:

<10.

где - теоретическая частота;

- полученная частота.

Табл. 5 Расчет погрешностей

	Нормальная частота, об/мин.	Фактическая частота, об/мин.	Погрешность выбора частот вращения, %
n1	100		2.1
n2	160		0.688
n3	250		3.32
n4	400		1.92
n5	630		2.43
n6	1000		1.84
n7	1600		2.08
n8	2500		3.01

токарный станок резание привод

6. Расчет основных конструктивных параметров деталей привода

6.1 Определение основных динамических характеристик

Определение угловых скоростей валов

Угловая скорость первого вала коробки скоростей равна:

Угловая скорость второго вала равна:

Угловая скорость третьего вала равна:

Угловая скорость четвертого вала равна:

Угловая скорость пятого вала равна:

Определение мощности и крутящего момента на валах

I вал:

II вал:

III вал:

IV вал:

V вал:

Табл. 6 Результаты расчетов.

№ вала	N, кВт	n, мин-1	, с-1	М, нм	i
1	5.39	1430	149.67	30.02	1,43
2	5.28	1000	104.66	50.48
					0.629
3	5.18	1600	165.37	31.31
					3.94
4	5.08	400	41.97	120.93
					1.58
5	4.97	250	26.56	187.3

6.2 Расчет зубчатых колес

Основными причинами выхода из строя зубчатых колес являются усталость поверхностных слоев зубьев, их износ, смятие торцов зубьев, поломка зубьев от усталости и перегрузок. Поэтому при расчете зубчатых передач модуль зубчатых колес определяется как из прочности зуба на изгиб (m_изг), так и из усталости поверхностных слоев (m_пов) для каждой группы передач. Материал Сталь 40Х.

Передача 1-2:

Передача 2-3:

Передача 3-4:

Передача 4-5:

Принимаем наибольшее значение округляя до стандартного:

Передача 1-2: m_1-2 = 3 мм.

Передача 2-3: m_2-3 = 3,5 мм.

Передача 3-4: m_3-4 = 3 мм.

Передача 4-5: m_4-5 = 4 мм.

Геометрический расчет зубчатых колес

Сводится к определению основных размеров всех колес по нижеприведенным формулам:

Диаметр (вершин) зубчатого колеса d_выст = (Z + 2)•m, мм;

диаметр впадин d_вп = (Z - 2)•m, мм;

делительный диаметр d₁ = Z•m, мм;

ширина зубчатого колеса b = •m. (=8).

Межосевое расстояние

Определяется для каждой группы передач по формуле

где Z₁, Z₂ - число зубьев пары колес по расчетной цепи для каждой группы передач.

Определение сил в зубчатых зацеплениях

На зуб зубчатого колеса в зацеплении действуют окружная F_t и радиальная F_r силы, которые определяются по формулам

где М - крутящий момент на колесе, Нм; d₁ - делительный диаметр меньшего колеса, м; = 20^о, = 0^о - для прямозубых колес (tg 20^o = 0,364, cos 0^o = 1).



Табл. 7 Результаты расчетов

№ группы	Z	мм	dвыст,мм	dвп,мм	d1,мм	b,мм	Аi,мм	Ft,Н	Fr,Н
1	1	28	3	90	78	84	24	79,5	909	331
	2	25		81	69	75
	3	22		72	60	66
	4	31		99	87	93
2	5	35	3,5	129,5	115,5	122,5	28	99,8	1311	477
	6	22		84	70	77
	7	22		84	70	77
	8	35		129,5	115,5	122,5
3	9	49	3	153	141	147	24	120	1305	475
	10	31		99	87	93
	11	16		54	42	48
	12	64		198	186	192
4	13	32	4	136	120	128	32	164	1889	688
	14	50		208	192	200

6.3 Конструирование и расчет валов

В качестве материала для изготовления валов используем сталь углеродистую легированную марки 40Х.

Валы рассчитывают на прочность и жёсткость. Диаметры валов при расчёте на прочность определяют по формуле:

I вал:

II вал:

III вал:

IV вал:

Округляем полученные значения до стандартных:

I вал: d_проч.I = 12 мм

II вал: d_проч.II = 14 мм

III вал: d_проч.III = 12 мм

IV вал: d_проч.IV = 19 мм

Полученные диаметры валов не удовлетворяют условиям прочности, в связи с чем принимается решение увеличить диаметры валов в на 50%. Тогда

I вал: d_проч.I = 20 мм

II вал: d_проч.II = 21 мм

III вал: d_проч.III = 28 мм

IV вал: d_проч.IV = 25 мм

Проверочный расчёт валов

Найденные значения валов при предварительном расчёте подвергают проверочному расчёту с целью определения запасов прочности в опасных сечениях, по формуле:



где n и n - соответственно, запас прочности при действии одних изгибающих и одних крутящих нагрузок.

где _-1, _-1 - предел выносливости при изгибе и кручении соответственно, кг/см².

Номинальное напряжение в сечении при изгибе:

Номинальное напряжение в сечении при кручении:

I вал:

II вал:

2,14

2,56

III вал:

IV вал:

Вывод: все валы удовлетворяют условию прочности.

6.4 Выбор подшипников качения

Определяем коэффициент работоспособности по формуле:

Для I вала:

Для II вала:

Для III вала:

Для IV вала:

Назначаем класс точности подшипника Н - нормальный.

Табл. 8 Размеры и основные характеристики подшипников

№ вала	Диаметр вала	Условное обозначение подшипника и его размеры	Коэффициент Работоспособности С	Коэффициент работоспособности расч. С	Посадка колец подшипника на вал и в корпус
	Расчётный d, мм	Под подшипник dп, мм	№	d	D	B
I	20	17	303	17	47	14	17100	14351
II	21	17	303	17	47	14	17100	13895,9
III	28	25	305	25	62	17	27000	21392,3
IV	25	17	303	17	47	14	17100	14067,9

Заключение

Дальнейший рост производительности современных станков, в значительной степени, определяется уровнем их автоматизации. Токарные станки занимают значительную часть от всего парка металлорежущих станков. Это определяется достаточной степенью универсальности, высокой производительностью и простотой в управлении. Несмотря на появление более новых станков и автоматов предназначенных для обработки аналогичных деталей, токарные станки все еще являются тем оборудованием на котором, в условиях серийного производства, обрабатывается подавляющее большинство плоскостных деталей.

В данном курсовом проекте произведены расчеты необходимые для проектирования токарного станка.

Список использованных источников

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора - машиностроителя: В 3-х т. Т.2.-6-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1982.

2. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. М.: Высшая школа, 2000.

3. Жуловян В.В. Расчет режимов резания. Методическое указание по курсовому проекту МРС. Хабаровск: ХГТУ, 1992.

4. Косилова А.Г., Мещереков Р.К. Справочник технолога-машиностроителя, том 2. М.: Машиностроение, 1985.

5. Проников А.С. Расчёт и конструирование металлорежущих станков. Высшая школа, 1967.

6. Жуков К.П. Расчёт и проектирование деталей машин. М.: Высшая школа, 1978.

7. Шабалин А.А., Иванищев Ю.Г. Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты. Методические указания. Хабаровск: ХГТУ, 1988.

8. Панов А.А. Обработка металлов резанием: Справочник технолога.-М. Машиностроение,1988.

9. Чернавский С.А. Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие для техникумов. - М. Машиностроение,1979.

Размещено на Allbest.ru