Проектирование привода главного движения фрезерного станка на основе модели 6Р13 7 Техника безопасности при работе на станках фрезерной группы и смазка станка Современные станки являются мощными машинами, предназначеными для обработки металлов путем снятия стружки. Возможность получения травм при работе на станках обязывает применять специальные устройства и приспособления, обеспечивающие безопасную работ. Все вращающиеся части необходимо закрывать крышками и кожухами. Применять стружкоотводы и пылесборники, которые защищают рабочего от попадания в него мелкой стружки. Рабочий должен иметь специальную одежду и быть внимательным при работе на станке. Рабочее место должно иметь хорошее освещение в дневное и вечернее время суток. На рабочем месте нужно проверить убрана ли стружка со станка и пол, а так же удалить все лишние предметы. Проверить исправность предохранительных ограждений на станке, они должны быть надежно закреплены. Категорически запрещается снимать ограждения во время работы станка. Перед пуском станка проверить исправность электрооборудования. Обрабатываемая деталь и режущий инструмент должны быть надежно закреплены. Держать деталь руками запрещается. Не разрешается измерять деталь во время работы станка. Нельзя удалять стружку руками. Смазка зубчатых колес осуществляется разбрызгиванием индустриаль- ного масла И-30, которое заливается в корпус коробки скоростей. Обьем маслянной ванны определяем из расчета 0,25 масла на 1 кВт передаваемой мощности: V = 0,25Ч11 = 2,75 . Подшипники смазываем пластичным смазочным материалом УС-2, закладываемом при монтаже. 6 Расчет шпоночных и шлицевых соединений 6.1 Шпоночные соединения Выбираем шпонки призматические со скругленными торцами. Материал шпонок – сталь 45 нормализованная. Размеры шпонок выбираем по ГОСТ 23360-78. Напряжение смятия: , (6.1) где - диаметр в месте посадки шпонки, мм; - передаваемый крутящий момент, Нм; - рабочая длинна шпонки, мм; - площадь смятия, мм2; - высота шпонки, мм; - глубина паза вала, мм; МПа – допускаемое напряжение смятия. На втором валу для зубчатых колес 2, 4, 6 назначаем призматические шпонки 10Ч8Ч32 по ГОСТ 23360-78 . Проверку соединения на смятие производим по формуле (6.1): . На третьем валу для зубчатых колес 8, 10, 12, 14 назначаем призматические шпонки 12Ч8Ч32 по ГОСТ 23360-78 . Проверку соединения на смятие производим по формуле (6.1): . На четвертом валу для зубчатых колес 16, 18 назначаем призматические шпонки 14Ч9Ч45 по ГОСТ 23360-78 . Проверку соединения на смятие производим по формуле (6.1): . Параметры шпонок сводим в таблицу 5. Таблица 5 – Конструкционные размеры шпоночных соединений Номер вала 2 36 10Ч8 32 5 3 42 12Ч8 32 5 4 46 14Ч9 45 5,5 6.2 Шлицевые соединения Шлицевые соединения выбираем по [3] в зависимости от диаметра вала. Выбранное соединение проверяем на смятие: , (6.3) где М - передаваемый крутящий момент, Нм; Z - число шлицев; - расчетная поверхность смятия, мм2; , (6.4) где - номинальный наружный диаметр, мм; - диаметр вала, мм; - длина ступицы насаживаемой на вал детали, мм; - средний радиус соединения, мм; ; (6.5) - допускаемое напряжение смятия . На первом валу для подвижного блока колес назначаем шлицевое прямобочное соединение средней серии с числом шлицев Z = 8, наружным диаметром D = 42 мм, шириной шлицев b = 7 мм, и величиной фаски f = 0,4 мм по ГОСТ 1139-80 .Проверку шлицевого соединения производим по формуле (6.3) : На втором валу для подвижного блока колес назначаем шлицевое прямобочное соединение средней серии с числом шлицев Z = 8, наружным диаметром D = 42 мм, шириной шлицев b = 7 мм, и величиной фаски f = 0,4 мм по ГОСТ 1139-80 .Проверку шлицевого соединения производим по формуле (6.3) : На третьем валу для подвижного блока колес назначаем шлицевое прямобочное соединение средней серии с числом шлицев Z = 8, наружным диаметром D = 48 мм, шириной шлицев b = 9 мм, и величиной фаски f = 0,4 мм по ГОСТ 1139-80 .Проверку шлицевого соединения производим по формуле (6.3) : Номинальные размеры шлицевых прямобочных соединений сводим в таблицу 6. Таблица 6 – Конструкционные размеры шлицевых соединений Номер вала 1 8 36 42 7 0,4 124 2 8 36 42 7 0,4 81 3 8 42 48 8 0,4 105 5 Подбор подшипников На наиболее нагруженный вал выбираем шарикоподшипник радиальный однорядный легкой серии №209. Эквивалентная нагрузка: , (5.1) где - коэффициент, учитывающий вращение внутреннего кольца, при вращении внутреннего кольца; - радиальная нагрузка, Н; - коэффициент, зависящий от температуры, - при рабочей температуре подшипника ; - коэффициент, зависящий от нагрузки; - при умеренных нагрузках. . Номинальная долговечность в часах: , (5.2) где - динамическая грузоподъемность по каталогу, Н; - максимальная частота вращения вала, об/мин. Долговечность подшипников на четвертом валу при максимальной частоте вращения и динамической грузоподъемности по формуле (5.2): По ГОСТ 16162-85 минимальная долговечность подшипников для зубчатых редукторов 10000 ч. Учитывая то, что коробка скоростей состоит из прямозубых цилиндрических колес, выбираем для оставшихся валов шарикоподшипники радиальные опорные легкой серии: первого и второго валов №207, для третьего вала №208, для четвертого вала №209. Номинальные размеры подшипников сводим в таблицу 4. Таблица 4 - Номинальные размеры подшипников Номер вала № подшипника d, мм D, мм B, мм С, Н 1 №207 35 72 17 25500 2 №207 35 72 17 25500 3 №208 40 80 18 32000 4 №209 45 85 19 33200 Библиографический список 1 Справочник технолога-машиностроителя – В 2-х т. Т.2/ под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова – 4-е изд. перераб. и доп.- М: Машиностроение, 1985.- 656 с. ил. 2 Проников А.С. Расчет и конструирование металлорежущих станков.- М: Высшая школа, 1962.- 425 с. ил. 3 Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. Пособие для учащихся техникумов/ С.А. Чернавский, К.Н. Набоков, И.М. Чернин и др.- 2-е изд. перераб. и доп.- М: Машиностроение, 1988.- 416 с. ил. Заключение Чтобы обеспечить машиностроение высококачественными станками для осуществления разнообразных технологических процессов с высокими экономическими показателями, станкостроение должно решать следущие задачи: - повышение качества станков – повышение их точности, жесткости, виброустойчивости, надежности и долговечности; повышение технических характеристик (быстроходности, мощности, к. п. д.); - дальнейшая автоматизация станков – создание новейших автоматов, автоматических линий и универсальных металлорежущих станков с автоматизацией вспомогательных и контрольных операций, станков с ЧПУ; - повышение экономичности станков – удешевление их производства и проектирования, снижение веса и габаритов, применение новых материалов; создание более технологичных конструкций; - расширение технологических возможностей станков; - планомерное обновление парка станков – замена устаревших моделей более совершенными и прогрессивными группами станков, модернизация станков. Введение Фрезерные станки предназначены для выполнения широкого круга операций. Они позволяют обрабатывать наружные и внутренние фасонные поверхности, порезать прямые и винтовые канавки, фрезеровать зубья зубчатых колес и т. д. Различают две основные группы фрезерных станков: универсальные и специализированные. К первым относятся горизонтально-фрезерные, вертикально- фрезерные и продольно-фрезерные станки, ко вторым – шпоночно-фрезерные, шлице-фрезерные, карусельно-фрезерные и другие станки. Основные технические характеристики вертикально-фрезерного консольного станка 6Р13: Габарит станка (длинаЧширинаЧвысота) …………………...2560Ч2260Ч2120 мм Вес станк…..………………………………………………………………… 4200 кг Размеры рабочей поверхности стола (длинаЧширина) ……………. 1600Ч400 мм Наибольшие перемещения стола: продольное …………………………………………………………..1000 мм поперечное ……. …………………………………………………… 300 мм вертикальное………………………………………………………….. 420 мм Перемещение гильзы со шпинделем………………………………………… 80 мм Наибольший угол поворота шпиндельной головки…………………….. 45град Подача стола: продольная и поперечная..………………………………… 25-1250 мм/мин вертикальная..…………………………………………….. 8,3-416,6 мм/мин 4 Динамический расчет коробки скоростей Крутящий момент двигателя: , (4.1) где - мощность двигателя, кВт; - частота вращения вала двигателя, об/мин. . Крутящие моменты на валах рассчитываем по следующим формулам: (4.2) (4.3) (4.4) (4.5) Крутящий момент на первом валу по формуле (4.2): . Крутящий момент на втором валу по формуле (4.3): . Крутящий момент на третьем валу по формуле (4.4): . Крутящий момент на четвёртом валу по формуле (4.5): . 4.1 Ориентировочный расчет валов Предварительный расчет проводим на кручение по допускаемым напряжениям: , (4.6) где допускаемое напряжение на кручение; - крутящий момент на валу,Нм. Диаметр первого вала по формуле (4.6): . Диаметр второго вала по формуле (4.6): . Диаметр третьего вала по формуле (4.6): . Диаметр четвёртого вала по формуле (4.6): . 4.2 Уточненный расчет валов Уточнённый расчет проводим для наиболее нагруженного вала (с наибольшим крутящим моментом). Выбираем колесо с наименьшим диаметром на этом валу и для него строим эпюры моментов, которые возникают при вращении. Окружное усилие, возникающее в зацеплении: , (4.7) где - крутящий момент на валу, Нм; - делительный диаметр колеса, мм. Для четвертого вала, на котором и окружная сила по формуле (4.7): . Радиальное усилие: , (4.8) где - угол в зацеплении. . Находим сумму моментов относительно точки А: Находим сумму моментов относительно точки В: ; Изгибающий момент в плоскости xz: . (4.9) Изгибающий момент в плоскости yz: . (4.10) ; . По полученным данным строим эпюры моментов, которые представлены на рисунке 4 . Rx1 A B Rx2 Ry1 Ft Ry2 a = 640 Fr b = 180 My, Нм 134,4 Mx, Нм 369,28 Рисунок 4- Эпюры моментов Результирующий момент: (4.11) . Диаметр четвертого вала по формуле (4.6) с учетом : . После уточнённого расчета диаметр четвертого вала увеличился на 11% по сравнению с предварительным расчетом, следовательно, диаметры остальных валов увеличиваем на 11%. Принимаем диаметры валов: dв1 = 34 мм, dв2 = 34 мм, dв3 = 40 мм, dв4 = 44 мм; диаметры валов под подшипниками: dп1 = 35 мм, dп2 = 35 мм, dп3 = 40 мм, dп4 = 45 мм; диаметры валов под колесами: dк1 = 36 мм, dк2 = 36 мм, dк3 = 42 мм, dк4 = 46 мм. 3 Силовой расчет коробки скоростей Определяем мощность, передаваемую каждым валом: ; (3.1) ; (3.2) ; (3.3) , (3.4) где - к.п.д. пары подшипников; ; - к.п.д. зубчатой передачи; . Выбираем материал для зубчатых колес сталь 40Х, термообработка улучшение 257НВ, предел выносливости . Допускаемое напряжение на изгиб: (3.5) где - предел выносливости материала колес при симметричном цикле изгиба,Н/см2; - допускаемый коэффициент запаса прочности; - эффективный коэффициент концентрации напряжений у корня зуба; - коэффициент режима нагрузки при расчете зубьев на изгиб. Для легированной стали: (3.6) . Принимаем . для стальных поковок, подвергнутых нормализации и улучшению; для зубчатых колес, подвергнутых нормализации и улучшению. Принимаем , . Допускаемое напряжение на изгиб по формуле (3.5): . Для стальных зубчатых колес модуль определяется, исходя из условия прочности зуба на изгиб: , (3.7) где - передаваемая мощность,кВт; - коэффициент нагрузки, учитывающий изменение нагрузки по сравнению с номинальной от действия различных факторов; , (3.8) где - коэффициент динамичности нагрузки; - коэффициент концентрации нагрузки; - коэффициент режима; - коэффициент ширины венца; , (3.9) где - ширина шестерни; - число оборотов шестерни; - коэффициент формы зуба; при ; – число зубьев шестерни; - допускаемое напряжение на изгиб, Н/см2. Принимаем ; ; ,тогда коэффициент нагрузки по формуле (3.8): . Принимаем ; . Мощность, передаваемая первым валом , по формуле (3.1): кВт. Частота вращения первого вала: . Модуль для первого зацепления по формуле (3.7): . Мощность, передаваемая вторым валом, по формуле (3.2): кВт. Частота вращения второго вала: . Модуль для второго зацепления по формуле (3.7): . Мощность, передаваемая третьим валом, по формуле (3.3): кВт. Частота вращения третьего вала: . Модуль для третьего зацепления по формуле (3.7): . Принимаем m1-2 = m2-3 = 3 мм; m3-4 = 4 мм. Межосевое расстояние: , (3.10) где - числа зубьев шестерни и колеса соответственно; - модуль зацепления, мм. ; ; . Основные размеры зубчатых колес: диаметр делительной окружности: (3.11) диаметр окружности впадин зубьев: (3.12) диаметр окружности вершин зубьев: (3.13) ширина колеса: , (3.14) где - коэффициент ширины зуба; для прямозубых колес; ширина шестерни: (3.15) Размеры зубчатых колес вычисляем по выше перечисленным формулам и сводим в таблицу 3. Таблица 3 – Основные размеры зубчатых колес 1 2 3 4 5 6 1 56 168 174 160,5 38 2 56 168 174 160,5 34 3 58 174 180 166,5 38 4 54 162 168 164,5 34 5 54 162 168 164,5 38 Продолжение таблицы 3 1 2 3 4 5 6 6 58 174 180 166,5 34 7 60 180 186 172,5 38 8 56 168 174 160,5 34 9 55 165 171 157,5 38 10 61 183 189 175,5 34 11 50 155 161 147,5 38 12 66 198 204 190,5 34 13 45 135 141 127,5 38 14 71 213 219 205,5 34 15 58 232 240 222 50 16 58 232 240 222 46 17 48 192 200 182 50 18 68 272 280 262 46 Заключение Чтобы обеспечить машиностроение высококачественными станками для осуществления разнообразных технологических процессов с высокими экономическими показателями, станкостроение должно решать следущие задачи: - повышение качества станков – повышение их точности, жесткости, виброустойчивости, надежности и долговечности; повышение технических характеристик (быстроходности, мощности, к. п. д.); - дальнейшая автоматизация станков – создание новейших автоматов, автоматических линий и универсальных металлорежущих станков с автоматизацией вспомогательных и контрольных операций, станков с ЧПУ; - повышение экономичности станков – удешевление их производства и проектирования, снижение веса и габаритов, применение новых материалов; создание более технологичных конструкций; - расширение технологических возможностей станков; - планомерное обновление парка станков – замена устаревших моделей более совершенными и прогрессивными группами станков, модернизация станков. Введение Фрезерные станки предназначены для выполнения широкого круга операций. Они позволяют обрабатывать наружные и внутренние фасонные поверхности, порезать прямые и винтовые канавки, фрезеровать зубья зубчатых колес и т. д. Различают две основные группы фрезерных станков: универсальные и специализированные. К первым относятся горизонтально-фрезерные, вертикально- фрезерные и продольно-фрезерные станки, ко вторым – шпоночно-фрезерные, шлице-фрезерные, карусельно-фрезерные и другие станки. Основные технические характеристики вертикально-фрезерного консольного станка 6Р13: Габарит станка (длинаЧширинаЧвысота) …………………...2560Ч2260Ч2120 мм Вес станк…..………………………………………………………………… 4200 кг Размеры рабочей поверхности стола (длинаЧширина) ……………. 1600Ч400 мм Наибольшие перемещения стола: продольное …………………………………………………………..1000 мм поперечное ……. …………………………………………………… 300 мм вертикальное………………………………………………………….. 420 мм Перемещение гильзы со шпинделем………………………………………… 80 мм Наибольший угол поворота шпиндельной головки…………………….. 45град Подача стола: продольная и поперечная..………………………………… 25-1250 мм/мин вертикальная..…………………………………………….. 8,3-416,6 мм/мин Содержание Введение ………………………………………………………………………….6 1 Расчет режимов резания и выбор электродвигателя …………………………7 2 Кинематический расчет коробки скоростей ………………………………...13 3 Силовой расчет коробки скоростей ………………………………………….18 4 Динамический расчет коробки скоростей …………………………………...25 4.1 Ориентировочный расчет валов …………………………………………. 26 4.2 Уточненный расчет валов…………………………………………………...27 5 Подбор подшипников …………………………………………………………31 6 Расчет шпоночных и шлицевых соединений ………………………………..33 6.1 Шпоночные соединения ……………………………………………………33 6.2 Шлицевые соединения ……………………………………………………...34 7 Техника безопасности при работе на станках сверлильной группы и смазка станка …………………………………………………………………….37 Заключение ………………………………………………………………………38 Библиографический список …………………………………………………….39 2 Кинематический расчет коробки скоростей Диапазон регулирования . (2.1) . Знаменатель ряда чисел оборотов , (2.2) где Z – число скоростей. . По [2] принимаем стандартное значение знаменателя ряда чисел оборотов φ = 1,06. При = 842 об/мин , = 314 об/мин по [2] записываем стандартный ряд чисел оборотов: n1 = 315 об/мин., n2 = 335 об/мин., = 355 об/мин., = 375 об/мин., = 400 об/мин., = 425 об/мин., = 450 об/мин., = 475 об/мин., = 500 об/мин., = 530об/мин., = 560 об/мин., = 600об/мин., = 630 об/мин., = 670 об/мин., = 710 об/мин., = 750об/мин., = 800 об/мин., = 850 об/мин. Строим структурную сетку (3Ч4Ч2) ,которая дает возможность видеть число валов в коробке скоростей, число групповых передач, число передач каждой группе, относительный порядок расположения групповых передач, число частот вращения каждого вала. Затем строим график чисел оборотов с помощью которого определяем конкретные численные значения частот вращения каждого вала. Структурная сетка представлена на рисунке 1, график чисел оборотов на рисунке 2. I i3 i1 II i7 i6 i5 i4 i9 i8 III IV 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Рисунок 1- Структурная сетка 3Ч4Ч2 I i3 i1 i2 II i7 i5 i4 i9 i6 III i9 i8 IV n 1 n2 n3 n4 n5 n6 n7 n8 n9 n10 n11 n12 n13 n14 n15 n16 n17 n18 nдв Рисунок 2 –График чисел оборотов По структурной сетке определяем значения передаточных отношений: принимаем , тогда ; принимаем , тогда , , ; принимаем , тогда , . Определяем числа зубьев в каждом зацеплении по значениям передаточных отношений и сводим в таблицу 1. Таблица 1-Числа зубьев в каждом зацеплении i1=1,06 i2=1 i3= i4=1,06 i5= i6= i7= i8=1 z1:z2 58:54 56:56 54:58 60:56 55:61 50:66 45:71 58:58 48:68 Σz 112 116 116 Согласно структурной сетке 2Ч4Ч3 составляем кинематическую схему коробки скоростей, которая представлена на рисунке 3. Согласно графику чисел оборотов записываем уравнения кинематической цепи: об/мин; об/мин; об/ми; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин. об/мин ; об/мин. z16=58 z18=68 IV a=640 b=180 z10=61 III z8=58 z2=56 z4=54 z17=48 z15=58 z12=66 z14=71 II z13=45 z6=58 z7=60 z9=55 z11=50 I Э Д z5=54 z1=56 z3=58 Рисунок 3 - Кинематическая схема коробки скоростей Сравниваем рассчитанные значения частот вращения шпинделя со стандартными значениями и величину отклонения между ними находим по формуле: (2.3) Полученные результаты сводим в таблицу 2. Таблица 2 – Сравнение частот вращения , об/мин , об/мин ,% 1 312 315 0,95 2 335 335 0 3 360 355 1,41 4 373 375 0,53 5 401 400 0,25 6 430 425 1,18 7 443 450 1,56 8 475 475 0 9 510 500 2 10 529 530 0,19 11 568 560 1,43 12 610 600 1,67 13 630 630 0 14 676 670 0,90 15 726 710 2,25 16 748 750 0,27 17 803 800 0,38 18 863 850 1,53 1 Расчет режимов резания и выбор электродвигателя Скорость резания при фрезеровании  , (1.1) где - поправочный коэффициент; - диаметр фрезы, мм; - период стойкости фрезы, мин; - глубина резания, мм; - подача на зуб, мм/зуб; - поправочный коэффициент, , (1.2) где - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала; , (1.3) где Кг - коэффициент, характеризующий группу стали по обрабатываемости, Кг = 1; σВ -параметр, характеризующий обрабатываемый материал; σВ = 750 МПа; nV - показатель степени, nV = 0,9; ; - коэффициент состояния поверхности заготовки, КпV = 1; - коэффициент, учитывающий качество инструментального материала, КиV = 1; ; - показатели степеней; - ширина заготовки, мм; - число зубьев фрезы. По заданию Bmax = 300 мм. Bmin = (0,125ч0,25)Bmax = 37,5ч75 мм. Принимаем Bmin = 75 мм. При фрезеровании углеродистой инструментальной стали, марки У7А, принимаем глубину резания и подачу: при Bmax = 300 мм t = 4 мм, s = 0,25 мм/зуб; при Bmin = 75 мм t = 2 мм, s = 0,4 мм/зуб. Частота вращения фрезы: (1.4) Сила резания при обработки заготовки определяется: , (1.5) где - поправочный коэффициент; - глубина резания, мм; - подача на зуб, мм/зуб; - ширина заготовки, мм; - число зубьев фрезы; - диаметр фрезы, мм; - частота вращения фрезы, об/мин; - показатели степеней; - поправочный коэффициент; , (1.6) где σВ -параметр, характеризующий обрабатываемый материал; σВ = 750 МПа; n - показатель степени, n = 0,3; . Мощность при резании (1.7) Для первого режима резания при ширине заготовки = 300 мм выбираем торцевую фрезу из твердого сплава Т15К6 диаметром D = 125 мм, числом зубьев Z = 12 и периодом стойкости T = 180 мин. Скорость резания вычисляем по формуле (1.1), приняв по [1] = 700; m = 0,33; x = 0,38; y = 0,28; u = 0,08; p = 0,1; q = 0,17: . Частоту вращения фрезы вычисляем по формуле (1.4): . Силу резания вычисляем по формуле (1.5) ,приняв по [1] = 101; x = 0,88; y = 0,75; u = 0,5; q = 0,87; w = 0: . Мощность резания вычисляем по формуле (1.7): . Для второго режима резания при ширине заготовки = 75 мм выбираем торцевую фрезу из твердого сплава Т15К6 диаметром D = 63 мм, числом зубьев Z = 8 и периодом стойкости T = 120 мин. Скорость резания вычисляем по формуле (1.1), приняв по [1] = 700; m = 0,33; x = 0,38; y = 0,28; u = 0,08; p = 0,1; q = 0,17: . Частоту вращения фрезы вычисляем по формуле (1.4): . Силу резания вычисляем по формуле (1.5) ,приняв по [1] = 101; x = 0,88; y = 0,75; u = 0,5; q = 0,87; w = 0: . Мощность резания вычисляем по формуле (1.7): При полученных расчетах получаем: ; ; ; ; ; . Требуемая мощность двигателя: , (1.8) где - к.п.д. привода; Принимаем . . Выбираем электродвигатель асинхронный 4А 160М8 с мощностью Nдв = 11 кВт и синхронной частотой вращения nдв = 750 об/мин. МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ АРЗАМАССКИЙ ФИЛИАЛ Кафедра Технология машиностроения__________________________ Заведующий кафедрой ___________________________Пучков В. П.___ (подпись) (фамилия, и., о.) __________________________________________ (дата) __ Проектирование привода главного движения металлорежущего станка_________ _ фрезерной группы на основе модели 6Р13 _ _______________________________________________________________ (наименование темы проекта или работы) ____________________________________________________________________________________________________ Пояснительная записка К_курсовому проекту по дисциплине <<Оборудование МП >>_________ (вид документа - проект дипломный, курсовой, исследовательская работа или часть и т. п.) КОНСУЛЬТАНТЫ РУКОВОДИТЕЛЬ По___________________________________ ________________Баженов С. А.___ (подпись) (фамилия, .и., о.) _______________________________________ (подпись) (фамилия,.и.,о.) __________________________________ (дата) _______________________________________ (дата) СТУДЕНТ 2. По___________________________________ Логунов А. В. (подпись) (фамилия,. и., о.) _______________________________________ (подпись) (фамилия, .и.о.) АЗМ 2001-2 (дата) (группа или шифр) _______________________________________ (дата) 3. По___________________________________ _______________________________________ (подпись) (фамилия,. и.о.) Проект защищен ________________(дата) _______________________________________ (дата) Протокол №_________________________ РЕЦЕНЗЕНТ С оценкой_____________________ _________________________________________ (подпись) (фамилия, .и.о.) ________________________________________ _______________________________________ (дата) 2004г. Содержание Введение ………………………………………………………………………….6 1 Расчет режимов резания и выбор электродвигателя …………………………7 2 Кинематический расчет коробки скоростей ………………………………...13 3 Силовой расчет коробки скоростей ………………………………………….18 4 Динамический расчет коробки скоростей …………………………………...25 4.1 Ориентировочный расчет валов …………………………………………. 26 4.2 Уточненный расчет валов…………………………………………………...27 5 Подбор подшипников …………………………………………………………31 6 Расчет шпоночных и шлицевых соединений ………………………………..33 6.1 Шпоночные соединения ……………………………………………………33 6.2 Шлицевые соединения ……………………………………………………...34 7 Техника безопасности при работе на станках сверлильной группы и смазка станка …………………………………………………………………….37 Заключение ………………………………………………………………………38 Библиографический список …………………………………………………….39 Введение Фрезерные станки предназначены для выполнения широкого круга операций. Они позволяют обрабатывать наружные и внутренние фасонные поверхности, порезать прямые и винтовые канавки, фрезеровать зубья зубчатых колес и т. д. Различают две основные группы фрезерных станков: универсальные и специализированные. К первым относятся горизонтально-фрезерные, вертикально- фрезерные и продольно-фрезерные станки, ко вторым – шпоночно-фрезерные, шлице-фрезерные, карусельно-фрезерные и другие станки. Основные технические характеристики вертикально-фрезерного консольного станка 6Р13: Габарит станка (длинаЧширинаЧвысота) …………………...2560Ч2260Ч2120 мм Вес станк…..………………………………………………………………… 4200 кг Размеры рабочей поверхности стола (длинаЧширина) ……………. 1600Ч400 мм Наибольшие перемещения стола: продольное …………………………………………………………..1000 мм поперечное ……. …………………………………………………… 300 мм вертикальное………………………………………………………….. 420 мм Перемещение гильзы со шпинделем………………………………………… 80 мм Наибольший угол поворота шпиндельной головки…………………….. 45град Подача стола: продольная и поперечная..………………………………… 25-1250 мм/мин вертикальная..…………………………………………….. 8,3-416,6 мм/мин Библиографический список 1 Справочник технолога-машиностроителя – В 2-х т. Т.2/ под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова – 4-е изд. перераб. и доп.- М: Машиностроение, 1985.- 656 с. ил. 2 Проников А.С. Расчет и конструирование металлорежущих станков.- М: Высшая школа, 1962.- 425 с. ил. 3 Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. Пособие для учащихся техникумов/ С.А. Чернавский, К.Н. Набоков, И.М. Чернин и др.- 2-е изд. перераб. и доп.- М: Машиностроение, 1988.- 416 с. ил. Заключение Чтобы обеспечить машиностроение высококачественными станками для осуществления разнообразных технологических процессов с высокими экономическими показателями, станкостроение должно решать следущие задачи: - повышение качества станков – повышение их точности, жесткости, виброустойчивости, надежности и долговечности; повышение технических характеристик (быстроходности, мощности, к. п. д.); - дальнейшая автоматизация станков – создание новейших автоматов, автоматических линий и универсальных металлорежущих станков с автоматизацией вспомогательных и контрольных операций, станков с ЧПУ; - повышение экономичности станков – удешевление их производства и проектирования, снижение веса и габаритов, применение новых материалов; создание более технологичных конструкций; - расширение технологических возможностей станков; - планомерное обновление парка станков – замена устаревших моделей более совершенными и прогрессивными группами станков, модернизация станков. Содержание Введение ………………………………………………………………………….6 1 Расчет режимов резания и выбор электродвигателя …………………………7 2 Кинематический расчет коробки скоростей ………………………………...13 3 Силовой расчет коробки скоростей ………………………………………….18 4 Динамический расчет коробки скоростей …………………………………...25 4.1 Ориентировочный расчет валов …………………………………………. 26 4.2 Уточненный расчет валов…………………………………………………...27 5 Подбор подшипников …………………………………………………………31 6 Расчет шпоночных и шлицевых соединений ………………………………..33 6.1 Шпоночные соединения ……………………………………………………33 6.2 Шлицевые соединения ……………………………………………………...34 7 Техника безопасности при работе на станках сверлильной группы и смазка станка …………………………………………………………………….37 Заключение ………………………………………………………………………38 Библиографический список …………………………………………………….39 Содержание Введение ………………………………………………………………………….6 1 Расчет режимов резания и выбор электродвигателя …………………………7 2 Кинематический расчет коробки скоростей ………………………………...13 3 Силовой расчет коробки скоростей ………………………………………….18 4 Динамический расчет коробки скоростей …………………………………...25 4.1 Ориентировочный расчет валов …………………………………………. 26 4.2 Уточненный расчет валов…………………………………………………...27 5 Подбор подшипников …………………………………………………………31 6 Расчет шпоночных и шлицевых соединений ………………………………..33 6.1 Шпоночные соединения ……………………………………………………33 6.2 Шлицевые соединения ……………………………………………………...34 7 Техника безопасности при работе на станках сверлильной группы и смазка станка …………………………………………………………………….37 Заключение ………………………………………………………………………38 Библиографический список …………………………………………………….39 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ АРЗАМАССКИЙ ФИЛИАЛ Кафедра Технология машиностроения__________________________ Заведующий кафедрой ___________________________Пучков В. П.___ (подпись) (фамилия, и., о.) __________________________________________ (дата) __ Проектирование привода главного движения металлорежущего станка_________ _ фрезерной группы на основе модели 6Р13 _ _______________________________________________________________ (наименование темы проекта или работы) ____________________________________________________________________________________________________ Пояснительная записка К_курсовому проекту по дисциплине <<Оборудование МП >>_________ (вид документа - проект дипломный, курсовой, исследовательская работа или часть и т. п.) КОНСУЛЬТАНТЫ РУКОВОДИТЕЛЬ По___________________________________ ________________Баженов С. А.___ (подпись) (фамилия, .и., о.) _______________________________________ (подпись) (фамилия,.и.,о.) __________________________________ (дата) _______________________________________ (дата) СТУДЕНТ 2. По___________________________________ Задунаев Н. А. (подпись) (фамилия,. и., о.) _______________________________________ (подпись) (фамилия, .и.о.) АЗМ 2001-2 (дата) (группа или шифр) _______________________________________ (дата) 3. По___________________________________ _______________________________________ (подпись) (фамилия,. и.о.) Проект защищен ________________(дата) _______________________________________ (дата) Протокол №_________________________ РЕЦЕНЗЕНТ С оценкой_____________________ _________________________________________ (подпись) (фамилия, .и.о.) ________________________________________ _______________________________________ (дата) 2004г. 7 Техника безопасности при работе на станках фрезерной группы и смазка станка Современные станки являются мощными машинами, предназначеными для обработки металлов путем снятия стружки. Возможность получения травм при работе на станках обязывает применять специальные устройства и приспособления, обеспечивающие безопасную работ. Все вращающиеся части необходимо закрывать крышками и кожухами. Применять стружкоотводы и пылесборники, которые защищают рабочего от попадания в него мелкой стружки. Рабочий должен иметь специальную одежду и быть внимательным при работе на станке. Рабочее место должно иметь хорошее освещение в дневное и вечернее время суток. На рабочем месте нужно проверить убрана ли стружка со станка и пол, а так же удалить все лишние предметы. Проверить исправность предохранительных ограждений на станке, они должны быть надежно закреплены. Категорически запрещается снимать ограждения во время работы станка. Перед пуском станка проверить исправность электрооборудования. Обрабатываемая деталь и режущий инструмент должны быть надежно закреплены. Держать деталь руками запрещается. Не разрешается измерять деталь во время работы станка. Нельзя удалять стружку руками. Смазка зубчатых колес осуществляется разбрызгиванием индустриаль- ного масла И-30, которое заливается в корпус коробки скоростей. Обьем маслянной ванны определяем из расчета 0,25 масла на 1 кВт передаваемой мощности: V = 0,25Ч15 = 3,75 . Подшипники смазываем пластичным смазочным материалом УС-2, закладываемом при монтаже. 2 Кинематический расчет коробки скоростей Диапазон регулирования . (2.1) . Знаменатель ряда чисел оборотов , (2.2) где Z – число скоростей. . По [2] принимаем стандартное значение знаменателя ряда чисел оборотов φ = 1,06. При = 2031 об/мин , = 939 об/мин по [2] записываем стандартный ряд чисел оборотов: n1 = 800 об/мин., n2 = 850 об/мин., = 900 об/мин., = 950 об/мин., = 1000 об/мин., = 1060 об/мин., = 1120 об/мин., = 1180 об/мин., = 1250 об/мин., = 1320 об/мин., = 1400 об/мин., = 1500 об/мин., = 1600 об/мин., = 1700 об/мин., = 1800 об/мин., = 1900 об/мин., = 2000 об/мин., = 2120 об/мин. Строим структурную сетку (3Ч2Ч4) ,которая дает возможность видеть число валов в коробке скоростей, число групповых передач, число передач каждой группе, относительный порядок расположения групповых передач, число частот вращения каждого вала. Затем строим график чисел оборотов с помощью которого определяем конкретные численные значения частот вращения каждого вала. Структурная сетка представлена на рисунке 1, график чисел оборотов на рисунке 2. I II III IV 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Рисунок 1- Структурная сетка 2Ч3Ч4 I i3 i1 i2 i2 II i5 i4 i9 III i6 i8 i9 i7 IV n1 n2 n3 n4 n5 n6 n7 n8 n9 n10 n11 n12 n13 n14 n15 n16 n17 n18 nдв Рисунок 2 –График чисел оборотов По структурной сетке определяем значения передаточных отношений: принимаем , тогда , , ; принимаем , тогда ; принимаем , тогда , . Определяем числа зубьев в каждом зацеплении по значениям передаточных отношений и сводим в таблицу 1. Таблица 1-Числа зубьев в каждом зацеплении i1=1,06 i2=1 i3= i4=1,12 i5= i6=1,19 i7=1 i8= z1:z2 53:50 52:51 50:53 58:52 53:57 60:57 55:55 46:64 41:69 Σz 103 110 110 Согласно структурной сетке 3Ч2Ч4 составляем кинематическую схему коробки скоростей, которая представлена на рисунке 3. Согласно графику чисел оборотов записываем уравнения кинематической цепи: об/мин; об/мин; об/ми; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин. об/мин ; об/мин. z14=55 z16=64 z18=69 z12=50 IV a=450 b=320 z8=66 III z4=65 z6=66 z2=62 z17=41 z10=57 z13=55 z15=46 z11=60 II z9=53 z5=50 z7=58 I Э Д z1=52 z3=53 Рисунок 3 - Кинематическая схема коробки скоростей Сравниваем рассчитанные значения частот вращения шпинделя со стандартными значениями и величину отклонения между ними находим по формуле: (2.3) Полученные результаты сводим в таблицу 2. Таблица 2 – Сравнение частот вращения , об/мин , об/мин ,% 1 782 800 2,25 2 845 850 0,59 3 878 900 2,44 4 938 950 1,26 5 1013 1000 1,3 6 1054 1060 0,57 7 1134 1120 1,25 8 1203 1180 1,9 9 1275 1250 2 10 1316 1320 0,3 11 1422 1400 1,57 12 1478 1500 1,47 13 1578 1600 1,34 14 1706 1700 0,35 15 1773 1800 1,5 16 1894 1900 0,32 17 2008 2000 0,4 18 2128 2120 0,38 1 Расчет режимов резания и выбор электродвигателя Скорость резания при фрезеровании  , (1.1) где - поправочный коэффициент; - диаметр фрезы, мм; - период стойкости фрезы, мин; - глубина резания, мм; - подача на зуб, мм/зуб; - поправочный коэффициент, , (1.2) где - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала; , (1.3) где Кг - коэффициент, характеризующий группу стали по обрабатываемости, Кг = 1; σВ -параметр, характеризующий обрабатываемый материал; σВ = 490 МПа; nV - показатель степени, nV = 1; ; - коэффициент состояния поверхности заготовки, КпV = 1; - коэффициент, учитывающий качество инструментального материала, КиV = 1; ; - показатели степеней; - ширина заготовки, мм; - число зубьев фрезы. По заданию Bmin = 30 мм. Bmax = (4ч8) Bmin = 120ч240 мм. Принимаем Bmax = 120 мм. При фрезеровании углеродистой инструментальной стали, марки У7А, принимаем глубину резания и подачу: при Bmax = 120 мм t = 4 мм, s = 0,12 мм/зуб; при Bmin = 30 мм t = 2 мм, s = 0,2 мм/зуб. Частота вращения фрезы: (1.4) Сила резания при обработки заготовки определяется: , (1.5) где - поправочный коэффициент; - глубина резания, мм; - подача на зуб, мм/зуб; - ширина заготовки, мм; - число зубьев фрезы; - диаметр фрезы, мм; - частота вращения фрезы, об/мин; - показатели степеней; - поправочный коэффициент; , (1.6) где σВ -параметр, характеризующий обрабатываемый материал; σВ = 490 МПа; n - показатель степени, n = 0,3; . Мощность при резании (1.7) Для первого режима резания при ширине заготовки = 120 мм выбираем торцевую фрезу из твердого сплава Т15К6 диаметром D = 125 мм, числом зубьев Z = 12 и периодом стойкости T = 180 мин. Скорость резания вычисляем по формуле (1.1), приняв по [1] = 332; m = 0,2; x = 0,1; y = 0,4; u = 0,2; p = 0; q = 0,2: . Частоту вращения фрезы вычисляем по формуле (1.4): . Силу резания вычисляем по формуле (1.5) ,приняв по [1] = 825; x = 1; y = 0,75; u = 1; q = 1,3; w = 0,2: . Мощность резания вычисляем по формуле (1.7): . Для второго режима резания при ширине заготовки = 30 мм выбираем торцевую фрезу из твердого сплава Т15К6 диаметром D = 63 мм, числом зубьев Z = 8 и периодом стойкости T = 120 мин. Скорость резания вычисляем по формуле (1.1), приняв по [1] = 332; m = 0,2; x = 0,1; y = 0,4; u = 0,2; p = 0; q = 0,2: . Частоту вращения фрезы вычисляем по формуле (1.4): . Силу резания вычисляем по формуле (1.5), приняв по [1] = 825; x =1; y = 0,75; u = 1; q = 1,3; w = 0,2: . Мощность резания вычисляем по формуле (1.7): При полученных расчетах получаем: ; ; ; ; ; . Требуемая мощность двигателя: , (1.8) где - к.п.д. привода; Принимаем . . Выбираем электродвигатель асинхронный 4А 160S4 с мощностью Nдв = 15 кВт и синхронной частотой вращения nдв = 1500 об/мин. МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ АРЗАМАССКИЙ ФИЛИАЛ Кафедра Технология машиностроения__________________________ Заведующий кафедрой ___________________________Пучков В. П.___ (подпись) (фамилия, и., о.) __________________________________________ (дата) __ Проектирование привода главного движения металлорежущего станка_________ _ фрезерной группы на основе модели 6Р13 _ _______________________________________________________________ (наименование темы проекта или работы) ____________________________________________________________________________________________________ Пояснительная записка К_курсовому проекту по дисциплине <<Оборудование МП >>_________ (вид документа - проект дипломный, курсовой, исследовательская работа или часть и т. п.) КОНСУЛЬТАНТЫ РУКОВОДИТЕЛЬ По___________________________________ ________________Баженов С. А.___ (подпись) (фамилия, .и., о.) _______________________________________ (подпись) (фамилия,.и.,о.) __________________________________ (дата) _______________________________________ (дата) СТУДЕНТ 2. По___________________________________ Карсаков С. В. (подпись) (фамилия,. и., о.) _______________________________________ (подпись) (фамилия, .и.о.) АЗМ 2001-2 (дата) (группа или шифр) _______________________________________ (дата) 3. По___________________________________ _______________________________________ (подпись) (фамилия,. и.о.) Проект защищен ________________(дата) _______________________________________ (дата) Протокол №_________________________ РЕЦЕНЗЕНТ С оценкой_____________________ _________________________________________ (подпись) (фамилия, .и.о.) ________________________________________ _______________________________________ (дата) 2004г. 3 Силовой расчет коробки скоростей Определяем мощность, передаваемую каждым валом: ; (3.1) ; (3.2) ; (3.3) , (3.4) где - к.п.д. пары подшипников; ; - к.п.д. зубчатой передачи; . Выбираем материал для зубчатых колес сталь 40Х, термообработка улучшение 257НВ, предел выносливости . Допускаемое напряжение на изгиб: (3.5) где - предел выносливости материала колес при симметричном цикле изгиба,Н/см2; - допускаемый коэффициент запаса прочности; - эффективный коэффициент концентрации напряжений у корня зуба; - коэффициент режима нагрузки при расчете зубьев на изгиб. Для легированной стали: (3.6) . Принимаем . для стальных поковок, подвергнутых нормализации и улучшению; для зубчатых колес, подвергнутых нормализации и улучшению. Принимаем , . Допускаемое напряжение на изгиб по формуле (3.5): . Для стальных зубчатых колес модуль определяется, исходя из условия прочности зуба на изгиб: , (3.7) где - передаваемая мощность,кВт; - коэффициент нагрузки, учитывающий изменение нагрузки по сравнению с номинальной от действия различных факторов; , (3.8) где - коэффициент динамичности нагрузки; - коэффициент концентрации нагрузки; - коэффициент режима; - коэффициент ширины венца; , (3.9) где - ширина шестерни; - число оборотов шестерни; - коэффициент формы зуба; при ; – число зубьев шестерни; - допускаемое напряжение на изгиб, Н/см2. Принимаем ; ; ,тогда коэффициент нагрузки по формуле (3.8): . Принимаем ; . Мощность, передаваемая первым валом , по формуле (3.1): кВт. Частота вращения первого вала: . Модуль для первого зацепления по формуле (3.7): . Мощность, передаваемая вторым валом, по формуле (3.2): кВт. Частота вращения второго вала: . Модуль для второго зацепления по формуле (3.7): . Мощность, передаваемая третьим валом, по формуле (3.3): кВт. Частота вращения третьего вала: . Модуль для третьего зацепления по формуле (3.7): . Принимаем m1-2 = m2-3 = m3-4 = 3 мм. Межосевое расстояние: , (3.10) где - числа зубьев шестерни и колеса соответственно; - модуль зацепления, мм. ; ; . Основные размеры зубчатых колес: диаметр делительной окружности: (3.11) диаметр окружности впадин зубьев: (3.12) диаметр окружности вершин зубьев: (3.13) ширина колеса: , (3.14) где - коэффициент ширины зуба; для прямозубых колес; ширина шестерни: (3.15) Размеры зубчатых колес вычисляем по выше перечисленным формулам и сводим в таблицу 3. Таблица 3 – Основные размеры зубчатых колес 1 2 3 4 5 6 1 52 156 162 148,5 34 2 51 153 159 145,5 30 3 53 159 165 151,5 34 4 50 150 156 142,5 30 5 50 150 156 142,5 34 Продолжение таблицы 3 1 2 3 4 5 6 6 53 159 165 151,5 30 7 58 174 180 166,5 38 8 52 156 162 148,5 34 9 53 159 165 151,5 38 10 57 171 177 163,5 34 11 60 180 186 172,5 38 12 50 150 156 142,5 34 13 55 165 171 157,5 38 14 55 165 171 157,5 34 15 46 138 144 130,5 38 16 64 192 198 184,5 34 17 41 123 129 115,5 38 18 69 207 213 199,5 34 4 Динамический расчет коробки скоростей Крутящий момент двигателя: , (4.1) где - мощность двигателя, кВт; - частота вращения вала двигателя, об/мин. . Крутящие моменты на валах рассчитываем по следующим формулам: (4.2) (4.3) (4.4) (4.5) Крутящий момент на первом валу по формуле (4.2): . Крутящий момент на втором валу по формуле (4.3): . Крутящий момент на третьем валу по формуле (4.4): . Крутящий момент на четвёртом валу по формуле (4.5): . 4.1 Ориентировочный расчет валов Предварительный расчет проводим на кручение по допускаемым напряжениям: , (4.6) где допускаемое напряжение на кручение; - крутящий момент на валу,Нм. Диаметр первого вала по формуле (4.6): . Диаметр второго вала по формуле (4.6): . Диаметр третьего вала по формуле (4.6): . Диаметр четвёртого вала по формуле (4.6): . 4.2 Уточненный расчет валов Уточнённый расчет проводим для наиболее нагруженного вала (с наибольшим крутящим моментом). Выбираем колесо с наименьшим диаметром на этом валу и для него строим эпюры моментов, которые возникают при вращении. Окружное усилие, возникающее в зацеплении: , (4.7) где - крутящий момент на валу, Нм; - делительный диаметр колеса, мм. Для четвертого вала, на котором и окружная сила по формуле (4.7): . Радиальное усилие: , (4.8) где - угол в зацеплении. . Находим сумму моментов относительно точки А: Находим сумму моментов относительно точки В: ; Изгибающий момент в плоскости xz: . (4.9) Изгибающий момент в плоскости yz: . (4.10) ; . По полученным данным строим эпюры моментов, которые представлены на рисунке 4 . Rx1 A B Rx2 Ry1 Ft Ry2 a = 450 Fr b = 320 My, Нм 139,05 Mx, Нм 382,05 Рисунок 4- Эпюры моментов Результирующий момент: (4.11) . Диаметр четвертого вала по формуле (4.6) с учетом : . После уточнённого расчета диаметр четвертого вала увеличился на 30% по сравнению с предварительным расчетом, следовательно, диаметры остальных валов увеличиваем на 30%. Принимаем диаметры валов: dв1 = 37 мм, dв2 = 38 мм, dв3 = 38 мм, dв4 = 44 мм; диаметры валов под подшипниками: dп1 = 40 мм, dп2 = 40 мм, dп3 = 40 мм, dп4 = 45 мм; диаметры валов под колесами: dк1 = 42 мм, dк2 = 44 мм, dк3 = 42 мм, dк4 = 46 мм. 6 Расчет шпоночных и шлицевых соединений 6.1 Шпоночные соединения Выбираем шпонки призматические со скругленными торцами. Материал шпонок – сталь 45 нормализованная. Размеры шпонок выбираем по ГОСТ 23360-78. Напряжение смятия: , (6.1) где - диаметр в месте посадки шпонки, мм; - передаваемый крутящий момент, Нм; - рабочая длинна шпонки, мм; - площадь смятия, мм2; - высота шпонки, мм; - глубина паза вала, мм; МПа – допускаемое напряжение смятия. На втором валу для зубчатых колес 2, 4, 6 назначаем призматические шпонки 12Ч8Ч28 по ГОСТ 23360-78 . Проверку соединения на смятие производим по формуле (6.1): . На третьем валу для зубчатых колес 8, 10 назначаем призматические шпонки 12Ч8Ч32 по ГОСТ 23360-78 . Проверку соединения на смятие производим по формуле (6.1): . На четвертом валу для зубчатых колес 12, 14, 16, 18 назначаем призматические шпонки 14Ч9Ч32 по ГОСТ 23360-78 . Проверку соединения на смятие производим по формуле (6.1): . Параметры шпонок сводим в таблицу 5. Таблица 5 – Конструкционные размеры шпоночных соединений Номер вала 2 42 12Ч8 28 5 3 42 12Ч8 32 5 4 46 14Ч9 32 5,5 6.2 Шлицевые соединения Шлицевые соединения выбираем по [3] в зависимости от диаметра вала. Выбранное соединение проверяем на смятие: , (6.3) где М - передаваемый крутящий момент, Нм; Z - число шлицев; - расчетная поверхность смятия, мм2; , (6.4) где - номинальный наружный диаметр, мм; - диаметр вала, мм; - длина ступицы насаживаемой на вал детали, мм; - средний радиус соединения, мм; ; (6.5) - допускаемое напряжение смятия . На первом валу для подвижного блока колес назначаем шлицевое прямобочное соединение средней серии с числом шлицев Z = 8, наружным диаметром D = 48 мм, шириной шлицев b = 8 мм, и величиной фаски f = 0,4 мм по ГОСТ 1139-80 .Проверку шлицевого соединения производим по формуле (6.3) : На втором валу для подвижного блока колес назначаем шлицевое прямобочное соединение средней серии с числом шлицев Z = 8, наружным диаметром D = 48 мм, шириной шлицев b = 8 мм, и величиной фаски f = 0,4 мм по ГОСТ 1139-80 .Проверку шлицевого соединения производим по формуле (6.3) : На третьем валу для подвижного блока колес назначаем шлицевое прямобочное соединение средней серии с числом шлицев Z = 8, наружным диаметром D = 48 мм, шириной шлицев b = 8 мм, и величиной фаски f = 0,4 мм по ГОСТ 1139-80 .Проверку шлицевого соединения производим по формуле (6.3) : Номинальные размеры шлицевых прямобочных соединений сводим в таблицу 6. Таблица 6 – Конструкционные размеры шлицевых соединений Номер вала 1 8 42 48 8 0,4 112 2 8 42 48 8 0,4 81 3 8 42 48 8 0,4 81 5 Подбор подшипников На наиболее нагруженный вал выбираем шарикоподшипник радиальный однорядный легкой серии №209. Эквивалентная нагрузка: , (5.1) где - коэффициент, учитывающий вращение внутреннего кольца, при вращении внутреннего кольца; - радиальная нагрузка, Н; - коэффициент, зависящий от температуры, - при рабочей температуре подшипника ; - коэффициент, зависящий от нагрузки; - при умеренных нагрузках. . Номинальная долговечность в часах: , (5.2) где - динамическая грузоподъемность по каталогу, Н; - максимальная частота вращения вала, об/мин. Долговечность подшипников на четвертом валу при максимальной частоте вращения и динамической грузоподъемности по формуле (5.2): По ГОСТ 16162-85 минимальная долговечность подшипников для зубчатых редукторов 10000 ч. Учитывая то, что коробка скоростей состоит из прямозубых цилиндрических колес, выбираем для оставшихся валов шарикоподшипники радиальные опорные легкой серии: первого, второго и третьего валов №208, для четвертого вала №209. Номинальные размеры подшипников сводим в таблицу 4. Таблица 4 - Номинальные размеры подшипников Номер вала № подшипника d, мм D, мм B, мм С, Н 1 №208 40 80 18 32000 2 №208 40 80 18 32000 3 №208 40 80 18 32000 4 №209 45 85 19 33200 Библиографический список 1 Справочник технолога-машиностроителя – В 2-х т. Т.2/ под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова – 4-е изд. перераб. и доп.- М: Машиностроение, 1985.- 656 с. ил. 2 Проников А.С. Расчет и конструирование металлорежущих станков.- М: Высшая школа, 1962.- 425 с. ил. 3 Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. Пособие для учащихся техникумов/ С.А. Чернавский, К.Н. Набоков, И.М. Чернин и др.- 2-е изд. перераб. и доп.- М: Машиностроение, 1988.- 416 с. ил. 7 Техника безопасности при работе на станках фрезерной группы и смазка станка Современные станки являются мощными машинами, предназначеными для обработки металлов путем снятия стружки. Возможность получения травм при работе на станках обязывает применять специальные устройства и приспособления, обеспечивающие безопасную работ. Все вращающиеся части необходимо закрывать крышками и кожухами. Применять стружкоотводы и пылесборники, которые защищают рабочего от попадания в него мелкой стружки. Рабочий должен иметь специальную одежду и быть внимательным при работе на станке. Рабочее место должно иметь хорошее освещение в дневное и вечернее время суток. На рабочем месте нужно проверить убрана ли стружка со станка и пол, а так же удалить все лишние предметы. Проверить исправность предохранительных ограждений на станке, они должны быть надежно закреплены. Категорически запрещается снимать ограждения во время работы станка. Перед пуском станка проверить исправность электрооборудования. Обрабатываемая деталь и режущий инструмент должны быть надежно закреплены. Держать деталь руками запрещается. Не разрешается измерять деталь во время работы станка. Нельзя удалять стружку руками. Смазка зубчатых колес осуществляется разбрызгиванием индустриаль- ного масла И-30, которое заливается в корпус коробки скоростей. Обьем маслянной ванны определяем из расчета 0,25 масла на 1 кВт передаваемой мощности: V = 0,25Ч11 = 2,75 . Подшипники смазываем пластичным смазочным материалом УС-2, закладываемом при монтаже. Содержание Введение ………………………………………………………………………….6 1 Расчет режимов резания и выбор электродвигателя …………………………7 2 Кинематический расчет коробки скоростей ………………………………...13 3 Силовой расчет коробки скоростей ………………………………………….18 4 Динамический расчет коробки скоростей …………………………………...25 4.1 Ориентировочный расчет валов …………………………………………. 26 4.2 Уточненный расчет валов…………………………………………………...27 5 Подбор подшипников …………………………………………………………31 6 Расчет шпоночных и шлицевых соединений ………………………………..33 6.1 Шпоночные соединения ……………………………………………………33 6.2 Шлицевые соединения ……………………………………………………...34 7 Техника безопасности при работе на станках сверлильной группы и смазка станка …………………………………………………………………….37 Заключение ………………………………………………………………………38 Библиографический список …………………………………………………….39 Заключение Чтобы обеспечить машиностроение высококачественными станками для осуществления разнообразных технологических процессов с высокими экономическими показателями, станкостроение должно решать следущие задачи: - повышение качества станков – повышение их точности, жесткости, виброустойчивости, надежности и долговечности; повышение технических характеристик (быстроходности, мощности, к. п. д.); - дальнейшая автоматизация станков – создание новейших автоматов, автоматических линий и универсальных металлорежущих станков с автоматизацией вспомогательных и контрольных операций, станков с ЧПУ; - повышение экономичности станков – удешевление их производства и проектирования, снижение веса и габаритов, применение новых материалов; создание более технологичных конструкций; - расширение технологических возможностей станков; - планомерное обновление парка станков – замена устаревших моделей более совершенными и прогрессивными группами станков, модернизация станков. МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ АРЗАМАССКИЙ ФИЛИАЛ Кафедра Технология машиностроения__________________________ Заведующий кафедрой ___________________________Пучков В. П.___ (подпись) (фамилия, и., о.) __________________________________________ (дата) __ Проектирование привода главного движения металлорежущего станка_________ _ фрезерной группы на основе модели 6Р13 _ _______________________________________________________________ (наименование темы проекта или работы) ____________________________________________________________________________________________________ Пояснительная записка К_курсовому проекту по дисциплине <<Оборудование МП >>_________ (вид документа - проект дипломный, курсовой, исследовательская работа или часть и т. п.) КОНСУЛЬТАНТЫ РУКОВОДИТЕЛЬ По___________________________________ ________________Баженов С. А..___ (подпись) (фамилия, .и., о.) _______________________________________ (подпись) (фамилия,.и.,о.) __________________________________ (дата) _______________________________________ (дата) СТУДЕНТ 2. По___________________________________ Кошкин А. М. (подпись) (фамилия,. и., о.) _______________________________________ (подпись) (фамилия, .и.о.) АЗМ 2001-2 (дата) (группа или шифр) _______________________________________ (дата) 3. По___________________________________ _______________________________________ (подпись) (фамилия,. и.о.) Проект защищен ________________(дата) _______________________________________ (дата) Протокол №_________________________ РЕЦЕНЗЕНТ С оценкой_____________________ _________________________________________ (подпись) (фамилия, .и.о.) ________________________________________ _______________________________________ (дата) 2004г. 3 Силовой расчет коробки скоростей Определяем мощность, передаваемую каждым валом: ; (3.1) ; (3.2) ; (3.3) , (3.4) где - к.п.д. пары подшипников; ; - к.п.д. зубчатой передачи; . Выбираем материал для зубчатых колес сталь 40Х, термообработка улучшение 257НВ, предел выносливости . Допускаемое напряжение на изгиб: (3.5) где - предел выносливости материала колес при симметричном цикле изгиба,Н/см2; - допускаемый коэффициент запаса прочности; - эффективный коэффициент концентрации напряжений у корня зуба; - коэффициент режима нагрузки при расчете зубьев на изгиб. Для легированной стали: (3.6) . Принимаем . для стальных поковок, подвергнутых нормализации и улучшению; для зубчатых колес, подвергнутых нормализации и улучшению. Принимаем , . Допускаемое напряжение на изгиб по формуле (3.5): . Для стальных зубчатых колес модуль определяется, исходя из условия прочности зуба на изгиб: , (3.7) где - передаваемая мощность,кВт; - коэффициент нагрузки, учитывающий изменение нагрузки по сравнению с номинальной от действия различных факторов; , (3.8) где - коэффициент динамичности нагрузки; - коэффициент концентрации нагрузки; - коэффициент режима; - коэффициент ширины венца; , (3.9) где - ширина шестерни; - число оборотов шестерни; - коэффициент формы зуба; при ; – число зубьев шестерни; - допускаемое напряжение на изгиб, Н/см2. Принимаем ; ; ,тогда коэффициент нагрузки по формуле (3.8): . Принимаем ; . Мощность, передаваемая первым валом , по формуле (3.1): кВт. Частота вращения первого вала: . Модуль для первого зацепления по формуле (3.7): . Мощность, передаваемая вторым валом, по формуле (3.2): кВт. Частота вращения второго вала: . Модуль для второго зацепления по формуле (3.7): . Мощность, передаваемая третьим валом, по формуле (3.3): кВт. Частота вращения третьего вала: . Модуль для третьего зацепления по формуле (3.7): . Принимаем m1-2 = m2-3 =3 мм; m3-4 = 4 мм. Межосевое расстояние: , (3.10) где - числа зубьев шестерни и колеса соответственно; - модуль зацепления, мм. ; ; . Основные размеры зубчатых колес: диаметр делительной окружности: (3.11) диаметр окружности впадин зубьев: (3.12) диаметр окружности вершин зубьев: (3.13) ширина колеса: , (3.14) где - коэффициент ширины зуба; для прямозубых колес; ширина шестерни: (3.15) Размеры зубчатых колес вычисляем по выше перечисленным формулам и сводим в таблицу 3. Таблица 3 – Основные размеры зубчатых колес 1 2 3 4 5 6 1 52 156 162 148,5 34 2 51 153 159 145,5 30 3 50 150 156 142,5 34 4 53 159 165 151,5 30 5 58 174 180 166,5 38 Продолжение таблицы 3 1 2 3 4 5 6 6 58 174 180 166,5 34 7 55 165 171 157,5 38 8 61 183 189 175,5 34 9 51 153 159 145,5 38 10 65 195 201 187,5 34 11 48 144 150 136,5 38 12 68 204 210 196,5 34 13 43 172 180 162 44 14 57 228 236 218 40 15 50 200 208 190 44 16 50 200 208 190 40 17 36 144 152 134 44 18 64 256 264 246 40 2 Кинематический расчет коробки скоростей Диапазон регулирования . (2.1) . Знаменатель ряда чисел оборотов , (2.2) где Z – число скоростей. . По [2] принимаем стандартное значение знаменателя ряда чисел оборотов φ = 1,06. При = 747 об/мин , = 286 об/мин по [2] записываем стандартный ряд чисел оборотов: n1 = 280 об/мин., n2 = 300 об/мин., = 315 об/мин., = 335 об/мин., = 355 об/мин., = 375 об/мин., = 400 об/мин., = 425 об/мин., = 450 об/мин., = 475 об/мин., = 500 об/мин., = 530 об/мин., = 560 об/мин., = 600 об/мин., = 630 об/мин., = 670 об/мин., = 710 об/мин., = 750 об/мин. Строим структурную сетку (2Ч4Ч3) ,которая дает возможность видеть число валов в коробке скоростей, число групповых передач, число передач каждой группе, относительный порядок расположения групповых передач, число частот вращения каждого вала. Затем строим график чисел оборотов с помощью которого определяем конкретные численные значения частот вращения каждого вала. Структурная сетка представлена на рисунке 1, график чисел оборотов на рисунке 2. I i2 i1 II i6 i3 i9 i7 III IV 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Рисунок 1- Структурная сетка 2Ч4Ч3 I i2 i1 II i6 i5 i4 i3 i9 III i9 i8 i7 IV n 1 n2 n3 n4 n5 n6 n7 n8 n9 n10 n11 n12 n13 n14 n15 n16 n17 n18 nдв Рисунок 2 –График чисел оборотов По структурной сетке определяем значения передаточных отношений: принимаем , тогда , ; принимаем , тогда , , ; принимаем , тогда . Определяем числа зубьев в каждом зацеплении по значениям передаточных отношений и сводим в таблицу 1. Таблица 1-Числа зубьев в каждом зацеплении i1=1 i2= i3=1 i4= i5= i6= i7=1 i8= z1:z2 52:51 50:53 58:58 55:61 51:65 48:68 50:50 43:57 36:64 Σz 103 116 100 Согласно структурной сетке 2Ч4Ч3 составляем кинематическую схему коробки скоростей, которая представлена на рисунке 3. Согласно графику чисел оборотов записываем уравнения кинематической цепи: об/мин; об/мин; об/ми; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин. об/мин ; об/мин. z14=57 z16=50 z18=64 IV a=660 b=160 III z6=58 z3=51 z4=53 z13=35 z8=59 z15=50 z10=65 z12=68 z13=43 II z5=58 z7=55 z9=51 z11=48 I Э Д z1=52 z3=50 Рисунок 3 - Кинематическая схема коробки скоростей Сравниваем рассчитанные значения частот вращения шпинделя со стандартными значениями и величину отклонения между ними находим по формуле: (2.3) Полученные результаты сводим в таблицу 2. Таблица 2 – Сравнение частот вращения , об/мин , об/мин ,% 1 280 280 0,36 2 300 300 1 3 315 315 0,95 4 335 335 0,59 5 355 355 0,85 6 375 375 1,33 7 400 400 0,5 8 425 425 0,94 9 450 450 1,33 10 475 475 1,26 11 500 500 0,2 12 530 530 0,19 13 560 560 0,89 14 600 600 0 15 630 630 1,11 16 670 670 0,89 17 710 710 0,28 18 750 750 0 1 Расчет режимов резания и выбор электродвигателя Скорость резания при фрезеровании  , (1.1) где - поправочный коэффициент; - диаметр фрезы, мм; - период стойкости фрезы, мин; - глубина резания, мм; - подача на зуб, мм/зуб; - поправочный коэффициент, , (1.2) где - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала; , (1.3) НВ -параметр, характеризующий обрабатываемый материал, НВ = 190; nV - показатель степени, nV = 1,25; ; - коэффициент состояния поверхности заготовки, КпV = 1; - коэффициент, учитывающий качество инструментального материала, КиV = 1; ; - показатели степеней; - ширина заготовки, мм; - число зубьев фрезы. По заданию Bmin = 40 мм. Bmax = (4ч8)Bmin = 160ч240 мм. Принимаем Bmax = 160 мм. При фрезеровании серого чугуна, марки СЧ20, принимаем глубину резания и подачу: при Bmax = 160 мм t = 4 мм, s = 0,3 мм/зуб; при Bmin = 40 мм t = 2 мм, s = 0,5 мм/зуб. Частота вращения фрезы: (1.4) Сила резания при обработки заготовки определяется: , (1.5) где - поправочный коэффициент; - глубина резания, мм; - подача на зуб, мм/зуб; - ширина заготовки, мм; - число зубьев фрезы; - диаметр фрезы, мм; - частота вращения фрезы, об/мин; - показатели степеней; - поправочный коэффициент; , (1.6) где НВ -параметр, характеризующий обрабатываемый материал, НВ = 190 МПа; n - показатель степени, n = 1; . Мощность при резании (1.7) Для первого режима резания при ширине заготовки = 160 мм выбираем торцевую фрезу из твердого сплава ВК6 диаметром D = 125 мм, числом зубьев Z = 12 и периодом стойкости T = 180 мин. Скорость резания вычисляем по формуле (1.1), приняв по [1] = 750; m = 0,42; x = 0,4; y = 0,47; u = 0,23; p = 0,14; q = 0,37: . Частоту вращения фрезы вычисляем по формуле (1.4): . Силу резания вычисляем по формуле (1.5) ,приняв по [1] = 58; x = 0,9; y = 0,8; u = 0,65; q = 0,9; w = 0: . Мощность резания вычисляем по формуле (1.7): . Для второго режима резания при ширине заготовки = 40 мм выбираем торцевую фрезу из твердого сплава ВК6 диаметром D = 63 мм, числом зубьев Z = 8 и периодом стойкости T = 120 мин. Скорость резания вычисляем по формуле (1.1), приняв по [1] = 588; m = 0,42; x = 0,13; y = 0,47; u = 0,23; p = 0,14; q = 0,37: . Частоту вращения фрезы вычисляем по формуле (1.4): . Силу резания вычисляем по формуле (1.5) ,приняв по [1] = 58; x = 0,9; y = 0,8; u = 0,65; q = 0,9; w = 0: . Мощность резания вычисляем по формуле (1.7): При полученных расчетах получаем: ; ; ; ; ; . Требуемая мощность двигателя: , (1.8) где - к.п.д. привода; Принимаем . . Выбираем электродвигатель асинхронный 4А 160М8 с мощностью Nдв = 11 кВт и синхронной частотой вращения nдв = 750 об/мин. Введение Фрезерные станки предназначены для выполнения широкого круга операций. Они позволяют обрабатывать наружные и внутренние фасонные поверхности, порезать прямые и винтовые канавки, фрезеровать зубья зубчатых колес и т. д. Различают две основные группы фрезерных станков: универсальные и специализированные. К первым относятся горизонтально-фрезерные, вертикально- фрезерные и продольно-фрезерные станки, ко вторым – шпоночно-фрезерные, шлице-фрезерные, карусельно-фрезерные и другие станки. Основные технические характеристики вертикально-фрезерного консольного станка 6Р13: Габарит станка (длинаЧширинаЧвысота) …………………...2560Ч2260Ч2120 мм Вес станк…..………………………………………………………………… 4200 кг Размеры рабочей поверхности стола (длинаЧширина) ……………. 1600Ч400 мм Наибольшие перемещения стола: продольное …………………………………………………………..1000 мм поперечное ……. …………………………………………………… 300 мм вертикальное………………………………………………………….. 420 мм Перемещение гильзы со шпинделем………………………………………… 80 мм Наибольший угол поворота шпиндельной головки…………………….. 45град Подача стола: продольная и поперечная..………………………………… 25-1250 мм/мин вертикальная..…………………………………………….. 8,3-416,6 мм/мин Библиографический список 1 Справочник технолога-машиностроителя – В 2-х т. Т.2/ под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова – 4-е изд. перераб. и доп.- М: Машиностроение, 1985.- 656 с. ил. 2 Проников А.С. Расчет и конструирование металлорежущих станков.- М: Высшая школа, 1962.- 425 с. ил. 3 Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. Пособие для учащихся техникумов/ С.А. Чернавский, К.Н. Набоков, И.М. Чернин и др.- 2-е изд. перераб. и доп.- М: Машиностроение, 1988.- 416 с. ил. 4 Динамический расчет коробки скоростей Крутящий момент двигателя: , (4.1) где - мощность двигателя, кВт; - частота вращения вала двигателя, об/мин. . Крутящие моменты на валах рассчитываем по следующим формулам: (4.2) (4.3) (4.4) (4.5) Крутящий момент на первом валу по формуле (4.2): . Крутящий момент на втором валу по формуле (4.3): . Крутящий момент на третьем валу по формуле (4.4): . Крутящий момент на четвёртом валу по формуле (4.5): . 4.1 Ориентировочный расчет валов Предварительный расчет проводим на кручение по допускаемым напряжениям: , (4.6) где допускаемое напряжение на кручение; - крутящий момент на валу,Нм. Диаметр первого вала по формуле (4.6): . Диаметр второго вала по формуле (4.6): . Диаметр третьего вала по формуле (4.6): . Диаметр четвёртого вала по формуле (4.6): . 4.2 Уточненный расчет валов Уточнённый расчет проводим для наиболее нагруженного вала (с наибольшим крутящим моментом). Выбираем колесо с наименьшим диаметром на этом валу и для него строим эпюры моментов, которые возникают при вращении. Окружное усилие, возникающее в зацеплении: , (4.7) где - крутящий момент на валу, Нм; - делительный диаметр колеса, мм. Для четвертого вала, на котором и окружная сила по формуле (4.7): . Радиальное усилие: , (4.8) где - угол в зацеплении. . Находим сумму моментов относительно точки А: Находим сумму моментов относительно точки В: ; Изгибающий момент в плоскости xz: . (4.9) Изгибающий момент в плоскости yz: . (4.10) ; . По полученным данным строим эпюры моментов, которые представлены на рисунке 4 . Rx1 A B Rx2 Ry1 Ft Ry2 a = 600 Fr b = 220 My, Нм 155,4 Mx, Нм 427,2 Рисунок 4- Эпюры моментов Результирующий момент: (4.11) . Диаметр четвертого вала по формуле (4.6) с учетом : . После уточнённого расчета диаметр четвертого вала увеличился на 19% по сравнению с предварительным расчетом, следовательно, диаметры остальных валов увеличиваем на 19%. Принимаем диаметры валов: dв1 = 37 мм, dв2 = 40 мм, dв3 = 43 мм, dв4 = 47 мм; диаметры валов под подшипниками: dп1 = 40 мм, dп2 = 40 мм, dп3 = 45 мм, dп4 = 50 мм; диаметры валов под колесами: dк1 = 46 мм, dк2 = 46 мм, dк3 = 46 мм, dк4 = 52 мм. 3 Силовой расчет коробки скоростей Определяем мощность, передаваемую каждым валом: ; (3.1) ; (3.2) ; (3.3) , (3.4) где - к.п.д. пары подшипников; ; - к.п.д. зубчатой передачи; . Выбираем материал для зубчатых колес сталь 40Х, термообработка улучшение 257НВ, предел выносливости . Допускаемое напряжение на изгиб: (3.5) где - предел выносливости материала колес при симметричном цикле изгиба,Н/см2; - допускаемый коэффициент запаса прочности; - эффективный коэффициент концентрации напряжений у корня зуба; - коэффициент режима нагрузки при расчете зубьев на изгиб. Для легированной стали: (3.6) . Принимаем . для стальных поковок, подвергнутых нормализации и улучшению; для зубчатых колес, подвергнутых нормализации и улучшению. Принимаем , . Допускаемое напряжение на изгиб по формуле (3.5): . Для стальных зубчатых колес модуль определяется, исходя из условия прочности зуба на изгиб: , (3.7) где - передаваемая мощность,кВт; - коэффициент нагрузки, учитывающий изменение нагрузки по сравнению с номинальной от действия различных факторов; , (3.8) где - коэффициент динамичности нагрузки; - коэффициент концентрации нагрузки; - коэффициент режима; - коэффициент ширины венца; , (3.9) где - ширина шестерни; - число оборотов шестерни; - коэффициент формы зуба; при ; – число зубьев шестерни; - допускаемое напряжение на изгиб, Н/см2. Принимаем ; ; ,тогда коэффициент нагрузки по формуле (3.8): . Принимаем ; . Мощность, передаваемая первым валом , по формуле (3.1): кВт. Частота вращения первого вала: . Модуль для первого зацепления по формуле (3.7): . Мощность, передаваемая вторым валом, по формуле (3.2): кВт. Частота вращения второго вала: . Модуль для второго зацепления по формуле (3.7): . Мощность, передаваемая третьим валом, по формуле (3.3): кВт. Частота вращения третьего вала: . Модуль для третьего зацепления по формуле (3.7): . Принимаем m1-2 = 3 мм; m2-3 = m3-4 = 4 мм. Межосевое расстояние: , (3.10) где - числа зубьев шестерни и колеса соответственно; - модуль зацепления, мм. ; ; . Основные размеры зубчатых колес: диаметр делительной окружности: (3.11) диаметр окружности впадин зубьев: (3.12) диаметр окружности вершин зубьев: (3.13) ширина колеса: , (3.14) где - коэффициент ширины зуба; для прямозубых колес; ширина шестерни: (3.15) Размеры зубчатых колес вычисляем по выше перечисленным формулам и сводим в таблицу 3. Таблица 3 – Основные размеры зубчатых колес 1 2 3 4 5 6 1 49 147 153 139,5 36 2 59 177 183 169,5 32 3 51 153 159 145,5 36 4 57 171 177 163,5 32 5 48 144 150 136,5 36 Продолжение таблицы 3 1 2 3 4 5 6 6 60 180 186 172,5 32 7 52 208 216 198 44 8 49 196 204 186 40 9 42 168 176 158 44 10 59 236 244 226 40 11 52 208 216 198 48 12 58 232 240 222 44 13 57 228 236 218 48 14 53 212 220 202 44 15 47 188 196 178 48 16 63 252 260 242 44 2 Кинематический расчет коробки скоростей Диапазон регулирования . (2.1) . Знаменатель ряда чисел оборотов , (2.2) где Z – число скоростей. . По [2] принимаем стандартное значение знаменателя ряда чисел оборотов φ = 1,06. При = 750 об/мин , = 322 об/мин по [2] записываем стандартный ряд чисел оборотов: = 315 об/мин., = 335 об/мин., = 355 об/мин., = 375 об/мин., = 400 об/мин., = 425 об/мин., = 450 об/мин., = 475 об/мин., = 500 об/мин., = 530 об/мин., = 560 об/мин., = 600 об/мин., = 630 об/мин., = 670 об/мин., = 710 об/мин., = 750 об/мин. Строим структурную сетку (3Ч2Ч3) ,которая дает возможность видеть число валов в коробке скоростей, число групповых передач, число передач каждой группе, относительный порядок расположения групповых передач, число частот вращения каждого вала. Затем строим график чисел оборотов с помощью которого определяем конкретные численные значения частот вращения каждого вала. Структурная сетка представлена на рисунке 1, график чисел оборотов на рисунке 2. I II III IV 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Рисунок 1- Структурная сетка 3Ч2Ч3 I i3 i2 i1 II i5 i4 i9 III i8 i6 i7 IV n1 n2 n3 n4 n5 n6 n7 n8 n9 n10 n11 n12 n13 n14 n15 n16 nдв Рисунок 2 –График чисел оборотов По структурной сетке определяем значения передаточных отношений: принимаем , тогда , ; принимаем , тогда ; принимаем , тогда , . Определяем числа зубьев в каждом зацеплении по значениям передаточных отношений и сводим в таблицу 1. Таблица 1-Числа зубьев в каждом зацеплении i1= i2= i3= i4=1,06 i5= i6=1,06 i7= i8= z1:z2 51:57 49:59 48:60 52:49 42:59 57:53 52:58 47:63 Σz 108 101 110 Согласно структурной сетке 3Ч2Ч3 составляем кинематическую схему коробки скоростей, которая представлена на рисунке 3. Согласно графику чисел оборотов записываем уравнения кинематической цепи: об/мин; об/мин; об/ми; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин; об/мин. z12=58 z14=53 z16=63 IV a=600 b=220 z10=59 z13=57 z8=49 z15=47 III z2=59 z6=60 z4=57 z9=42 z11=52 II z5=48 I Э Д z1=49 z3=51 Рисунок 3 - Кинематическая схема коробки скоростей Сравниваем рассчитанные значения частот вращения шпинделя со стандартными значениями и величину отклонения между ними находим по формуле: (2.3) Полученные результаты сводим в таблицу 2. Таблица 2 – Сравнение частот вращения , об/мин , об/мин ,% 1 318 315 0,95 2 331 335 1,19 3 356 355 0,28 4 382 375 1,87 5 398 400 0,5 6 428 425 0,71 7 459 450 2 8 477 475 0,42 9 514 500 2,8 10 531 530 0,17 11 570 560 1,79 12 593 600 1,17 13 638 630 1,27 14 684 670 2,09 15 711 710 0,14 16 765 750 2 5 Подбор подшипников На наиболее нагруженный вал выбираем шарикоподшипник радиальный однорядный легкой серии №210. Эквивалентная нагрузка: , (5.1) где - коэффициент, учитывающий вращение внутреннего кольца, при вращении внутреннего кольца; - радиальная нагрузка, Н; - коэффициент, зависящий от температуры, - при рабочей температуре подшипника ; - коэффициент, зависящий от нагрузки; - при умеренных нагрузках. . Номинальная долговечность в часах: , (5.2) где - динамическая грузоподъемность по каталогу, Н; - максимальная частота вращения вала, об/мин. Долговечность подшипников на четвертом валу при максимальной частоте вращения и динамической грузоподъемности по формуле (5.2): По ГОСТ 16162-85 минимальная долговечность подшипников для зубчатых редукторов 10000 ч. Учитывая то, что коробка скоростей состоит из прямозубых цилиндрических колес, выбираем для оставшихся валов шарикоподшипники радиальные опорные легкой серии: первого и второго валов №208, для третьего вала №209, для четвертого вала №210. Номинальные размеры подшипников сводим в таблицу 4. Таблица 4 - Номинальные размеры подшипников Номер вала № подшипника d, мм D, мм B, мм 1 №208 40 80 18 2 №208 40 80 18 3 №209 45 85 19 4 №210 50 90 20 6 Расчет шпоночных и шлицевых соединений 6.1 Шпоночные соединения Выбираем шпонки призматические со скругленными торцами. Материал шпонок – сталь 45 нормализованная. Размеры шпонок выбираем по ГОСТ 23360-78. Напряжение смятия: , (6.1) где - диаметр в месте посадки шпонки, мм; - передаваемый крутящий момент, Нм; - рабочая длинна шпонки, мм; - площадь смятия, мм2; - высота шпонки, мм; - глубина паза вала, мм; МПа – допускаемое напряжение смятия. На втором валу для зубчатых колес 2, 4, 6 назначаем призматические шпонки 14Ч9Ч28 по ГОСТ 23360-78 . Проверку соединения на смятие производим по формуле (6.1): . На третьем валу для зубчатых колес 8, 10 назначаем призматические шпонки 14Ч9Ч36 по ГОСТ 23360-78 . Проверку соединения на смятие производим по формуле (6.1): . На четвертом валу для зубчатых колес 12, 14, 16 назначаем призматические шпонки 16Ч10Ч40 по ГОСТ 23360-78 . Проверку соединения на смятие производим по формуле (6.1): . Параметры шпонок сводим в таблицу 5. Таблица 5 – Конструкционные размеры шпоночных соединений 46 14Ч9 28 5,5 46 14Ч9 36 5,5 52 16Ч10 40 6 6.2 Шлицевые соединения Шлицевые соединения выбираем по [3] в зависимости от диаметра вала. Выбранное соединение проверяем на смятие: , (6.3) где М - передаваемый крутящий момент, Нм; Z - число шлицев; - расчетная поверхность смятия, мм2; , (6.4) где - номинальный наружный диаметр, мм; - диаметр вала, мм; - длина ступицы насаживаемой на вал детали, мм; - средний радиус соединения, мм; ; (6.5) - допускаемое напряжение смятия . На первом валу для подвижного блока колес назначаем шлицевое прямобочное соединение средней серии с числом шлицев Z = 8, наружным диаметром D = 54 мм, шириной шлицев b = 9 мм, и величиной фаски f = 0,5 мм по ГОСТ 1139-80 .Проверку шлицевого соединения производим по формуле (6.3) : На втором валу для подвижного блока колес назначаем шлицевое прямобочное соединение средней серии с числом шлицев Z = 8, наружным диаметром D = 54 мм, шириной шлицев b = 9 мм, и величиной фаски f = 0,5 мм по ГОСТ 1139-80 .Проверку шлицевого соединения производим по формуле (6.3) : На третьем валу для подвижного блока колес назначаем шлицевое прямобочное соединение средней серии с числом шлицев Z = 8, наружным диаметром D = 54 мм, шириной шлицев b = 9 мм, и величиной фаски f = 0,5 мм по ГОСТ 1139-80 .Проверку шлицевого соединения производим по формуле (6.3) : Номинальные размеры шлицевых прямобочных соединений сводим в таблицу 6. Таблица 6 – Конструкционные размеры шлицевых соединений 8 46 54 9 0,5 118 8 46 54 9 0,5 93 8 46 54 9 0,5 154 7 Техника безопасности при работе на станках фрезерной группы и смазка станка Современные станки являются мощными машинами, предназначеными для обработки металлов путем снятия стружки. Возможность получения травм при работе на станках обязывает применять специальные устройства и приспособления, обеспечивающие безопасную работ. Все вращающиеся части необходимо закрывать крышками и кожухами. Применять стружкоотводы и пылесборники, которые защищают рабочего от попадания в него мелкой стружки. Рабочий должен иметь специальную одежду и быть внимательным при работе на станке. Рабочее место должно иметь хорошее освещение в дневное и вечернее время суток. На рабочем месте нужно проверить убрана ли стружка со станка и пол, а так же удалить все лишние предметы. Проверить исправность предохранительных ограждений на станке, они должны быть надежно закреплены. Категорически запрещается снимать ограждения во время работы станка. Перед пуском станка проверить исправность электрооборудования. Обрабатываемая деталь и режущий инструмент должны быть надежно закреплены. Держать деталь руками запрещается. Не разрешается измерять деталь во время работы станка. Нельзя удалять стружку руками. Смазка зубчатых колес осуществляется разбрызгиванием индустриаль- ного масла И-30, которое заливается в корпус коробки скоростей. Обьем маслянной ванны определяем из расчета 0,25 масла на 1 кВт передаваемой мощности: V = 0,25Ч11 = 2,75 . Подшипники смазываем пластичным смазочным материалом УС-2, закладываемом при монтаже. 4 Динамический расчет коробки скоростей Крутящий момент двигателя: , (4.1) где - мощность двигателя, кВт; - частота вращения вала двигателя, об/мин. . Крутящие моменты на валах рассчитываем по следующим формулам: (4.2) (4.3) (4.4) (4.5) Крутящий момент на первом валу по формуле (4.2): . Крутящий момент на втором валу по формуле (4.3): . Крутящий момент на третьем валу по формуле (4.4): . Крутящий момент на четвёртом валу по формуле (4.5): . 4.1 Ориентировочный расчет валов Предварительный расчет проводим на кручение по допускаемым напряжениям: , (4.6) где допускаемое напряжение на кручение; - крутящий момент на валу,Нм. Диаметр первого вала по формуле (4.6): . Диаметр второго вала по формуле (4.6): . Диаметр третьего вала по формуле (4.6): . Диаметр четвёртого вала по формуле (4.6): . 4.2 Уточненный расчет валов Уточнённый расчет проводим для наиболее нагруженного вала (с наибольшим крутящим моментом). Выбираем колесо с наименьшим диаметром на этом валу и для него строим эпюры моментов, которые возникают при вращении. Окружное усилие, возникающее в зацеплении: , (4.7) где - крутящий момент на валу, Нм; - делительный диаметр колеса, мм. Для четвертого вала, на котором и окружная сила по формуле (4.7): . Радиальное усилие: , (4.8) где - угол в зацеплении. . Находим сумму моментов относительно точки А: Находим сумму моментов относительно точки В: ; Изгибающий момент в плоскости xz: . (4.9) Изгибающий момент в плоскости yz: . (4.10) ; . По полученным данным строим эпюры моментов, которые представлены на рисунке 4 . Rx1 A B Rx2 Ry1 Ft Ry2 a = 660 Fr b = 160 My, Нм 148,5 Mx, Нм 407,88 Рисунок 4- Эпюры моментов Результирующий момент: (4.11) . Диаметр четвертого вала по формуле (4.6) с учетом : . После уточнённого расчета диаметр четвертого вала увеличился на 15% по сравнению с предварительным расчетом, следовательно, диаметры остальных валов увеличиваем на 15%. Принимаем диаметры валов: dв1 = 35 мм, dв2 = 35 мм, dв3 = 39 мм, dв4 = 47 мм; диаметры валов под подшипниками: dп1 = 35 мм, dп2 = 35 мм, dп3 = 40 мм, dп4 = 50 мм; диаметры валов под колесами: dк1 = 36 мм, dк2 = 36 мм, dк3 = 42 мм, dк4 = 52 мм. 5 Подбор подшипников На наиболее нагруженный вал выбираем шарикоподшипник радиальный однорядный легкой серии №210. Эквивалентная нагрузка: , (5.1) где - коэффициент, учитывающий вращение внутреннего кольца, при вращении внутреннего кольца; - радиальная нагрузка, Н; - коэффициент, зависящий от температуры, - при рабочей температуре подшипника ; - коэффициент, зависящий от нагрузки; - при умеренных нагрузках. . Номинальная долговечность в часах: , (5.2) где - динамическая грузоподъемность по каталогу, Н; - максимальная частота вращения вала, об/мин. Долговечность подшипников на четвертом валу при максимальной частоте вращения и динамической грузоподъемности по формуле (5.2): По ГОСТ 16162-85 минимальная долговечность подшипников для зубчатых редукторов 10000 ч. Учитывая то, что коробка скоростей состоит из прямозубых цилиндрических колес, выбираем для оставшихся валов шарикоподшипники радиальные опорные легкой серии: первого и второго валов №207, для третьего вала №208, для четвертого вала №210. Номинальные размеры подшипников сводим в таблицу 4. Таблица 4 - Номинальные размеры подшипников Номер вала № подшипника d, мм D, мм B, мм 1 №207 35 72 17 2 №207 35 72 17 3 №208 40 80 18 4 №210 50 90 20 1 Расчет режимов резания и выбор электродвигателя Скорость резания при фрезеровании  , (1.1) где - поправочный коэффициент; - диаметр фрезы, мм; - период стойкости фрезы, мин; - глубина резания, мм; - подача на зуб, мм/зуб; - поправочный коэффициент, , (1.2) где - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала; , (1.3) НВ -параметр, характеризующий обрабатываемый материал, НВ = 150; nV - показатель степени, nV = 1,25; ; - коэффициент состояния поверхности заготовки, КпV = 1; - коэффициент, учитывающий качество инструментального материала, КиV = 1; ; - показатели степеней; - ширина заготовки, мм; - число зубьев фрезы. По заданию Bmax = 350 мм. Bmin = (0,125ч0,25) Bmax = 43,75ч87,5 мм. Принимаем Bmin = 80 мм. При фрезеровании ковкого чугуна, марки КЧ35-10, принимаем глубину резания и подачу: при Bmax = 350 мм t = 4 мм, s = 0,3 мм/зуб; при Bmin = 80 мм t = 2 мм, s = 0,5 мм/зуб. Частота вращения фрезы: (1.4) Сила резания при обработки заготовки определяется: , (1.5) где - поправочный коэффициент; - глубина резания, мм; - подача на зуб, мм/зуб; - ширина заготовки, мм; - число зубьев фрезы; - диаметр фрезы, мм; - частота вращения фрезы, об/мин; - показатели степеней; - поправочный коэффициент; , (1.6) где НВ -параметр, характеризующий обрабатываемый материал, НВ = 150 МПа; n - показатель степени, n = 1; . Мощность при резании (1.7) Для первого режима резания при ширине заготовки = 350 мм выбираем торцевую фрезу из твердого сплава ВК6 диаметром D = 400 мм, числом зубьев Z = 36 и периодом стойкости T = 400 мин. Скорость резания вычисляем по формуле (1.1), приняв по [1] = 695; m = 0,33; x = 0,17; y = 0,32; u = 0,22; p = 0; q = 0,22: . Частоту вращения фрезы вычисляем по формуле (1.4): . Силу резания вычисляем по формуле (1.5) ,приняв по [1] = 491; x = 1; y = 0,75; u = 0,75; q = 1,3; w = 0,2: . Мощность резания вычисляем по формуле (1.7): . Для второго режима резания при ширине заготовки = 80 мм выбираем торцевую фрезу из твердого сплава ВК6 диаметром D = 100 мм, числом зубьев Z = 10 и периодом стойкости T = 180 мин. Скорость резания вычисляем по формуле (1.1), приняв по [1] = 695; m = 0,33; x = 0,17; y = 0,32; u = 0,22; p = 0; q = 0,22: . Частоту вращения фрезы вычисляем по формуле (1.4): . Силу резания вычисляем по формуле (1.5) ,приняв по [1] = 491; x = 1; y = 0,75; u = 0,75; q = 1,3; w = 0,2: . Мощность резания вычисляем по формуле (1.7): При полученных расчетах получаем: ; ; ; ; ; . Требуемая мощность двигателя: , (1.8) где - к.п.д. привода; Принимаем . . Выбираем электродвигатель асинхронный 4А 160S6 с мощностью Nдв = 11 кВт и синхронной частотой вращения nдв = 1000 об/мин. МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ АРЗАМАССКИЙ ФИЛИАЛ Кафедра Технология машиностроения__________________________ Заведующий кафедрой ___________________________Пучков В. П.___ (подпись) (фамилия, и., о.) __________________________________________ (дата) __ Проектирование привода главного движения металлорежущего станка_________ _ фрезерной группы на основе модели 6Р13 _ _______________________________________________________________ (наименование темы проекта или работы) ____________________________________________________________________________________________________ Пояснительная записка К_курсовому проекту по дисциплине <<Оборудование МП >>_________ (вид документа - проект дипломный, курсовой, исследовательская работа или часть и т. п.) КОНСУЛЬТАНТЫ РУКОВОДИТЕЛЬ По___________________________________ ________________Баженов С. А.___ (подпись) (фамилия, .и., о.) _______________________________________ (подпись) (фамилия,.и.,о.) __________________________________ (дата) _______________________________________ (дата) СТУДЕНТ 2. По___________________________________ Квасов В. В. (подпись) (фамилия,. и., о.) _______________________________________ (подпись) (фамилия, .и.о.) АЗМ 2001-2 (дата) (группа или шифр) _______________________________________ (дата) 3. По___________________________________ _______________________________________ (подпись) (фамилия,. и.о.) Проект защищен ________________(дата) _______________________________________ (дата) Протокол №_________________________ РЕЦЕНЗЕНТ С оценкой_____________________ _________________________________________ (подпись) (фамилия, .и.о.) ________________________________________ _______________________________________ (дата) 2004г. 2 Кинематический расчет коробки скоростей Диапазон регулирования . (2.1) . Знаменатель ряда чисел оборотов , (2.2) где Z – число скоростей. . По [2] принимаем стандартное значение знаменателя ряда чисел оборотов φ = 1,12. При = 465 об/мин , = 92 об/мин по [2] записываем стандартный ряд чисел оборотов: n1 = 90 об/мин., n2 = 100 об/мин., = 112 об/мин., = 125 об/мин., = 140 об/мин., = 160 об/мин., = 180 об/мин., = 200 об/мин., = 224 об/мин., = 250 об/мин., = 280 об/мин., = 315 об/мин., = 355 об/мин., = 400 об/мин., = 450 об/мин., = 500 об/мин., = 560 об/мин., = 630 об/мин. Строим структурную сетку (2Ч3Ч4) ,которая дает возможность видеть число валов в коробке скоростей, число групповых передач, число передач каждой группе, относительный порядок расположения групповых передач, число частот вращения каждого вала. Затем строим график чисел оборотов с помощью которого определяем конкретные численные значения частот вращения каждого вала. Структурная сетка представлена на рисунке 1, график чисел оборотов на рисунке 2. I II III IV 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Рисунок 1- Структурная сетка 2Ч3Ч4 i2 i1