Контрольная работа является подготовительной стадией к выполнению курсового проекта по дисциплине «Оборудование отрасли: металлорежущие станки» Цель контрольной работы - формирование умений производить кинематический расчет коробок скоростей металлорежущих станков и закрепление знаний полученных при изучении теоретической части указанной и предшествующих дисциплин, таких как: «Детали машин», «Теория машин и механизмов», «Теория резания» и др. Принимая решение по выбору оптимальной кинематической схемы проектируемого узла станка, студент повышает свою профессиональную компетентность в области постановки задачи, оценки и анализа принятого решения и закрепляет конструкторские навыки.

1.Содержание и объем контрольной работы

Объектом проектирования в рамках контрольной работы и курсового проекта является привод главного движения металлорежущего станка с привязкой его к остальным узлам. В задании указываются:

тип металлорежущего станка и основные параметры его технической характеристики

Z -число ступеней частот вращения шпинделя;

- n min -минимальная частота вращения шпинделя, об/мин;

- -знаменатель стандартного геометрического ряда частот вращения шпинделя;

- Р ст -мощность станка, кВт;

- Рдв - мощность двигателя, кВт.

В задании указаны и параметры станков для обрабатываемых деталей:

H и L - соответственно высота центров и расстояние между центрами, мм, для токарных станков.

dсв - наибольший условный диаметр сверления в стали, мм, для сверлильных станков.

L и W- размеры стола, мм, для фрезерных станков.

Варианты заданий приведены в приложении 1. Данные варианты используются студентами заочного отделения как задания на курсовое проектирование(в соответствии с программами обучения). Для студентов дневного обучения варианты определяет преподаватель. Студенты заочного обучения выбирают вариант задания по сочетанию двух последних цифр зачетной книжки. Если оно не превышает 50, его принимают за номер варианта. Если цифры шифра больше, то вычитают из него 50 и оставшуюся часть принимают за номер варианта задания.

В работе рассматривается пример: Z = 6, n min = 160 об \мин, = 1,26,

P ст =4,62 кВт

2.Требования к оформлению контрольной работы

Текстовые документы оформляются в соответствии с требованиями ЕСКД.

Пояснительная записка оформляется на листах формата А4 в соответствии с ГОСТ 2.104-68, используя форму 9а. Основная надпись на втором листе (содержание) по форме 2 ГОСТ 2.104-68, на последующих листах по форме 2а ГОСТ 2.104-68. Расстояние от текста до рамок формата по 10 мм сверху и снизу и по 3 мм справа и слева.

Пояснительная записка начинается с титульного листа, который является первым листом текстового документа. На следующем листе помещают содержание документа На третьем листе приводятся основные данные в форме таблицы (табл. 1). и записывается в произвольной форме постановка задачи. В постановке задачи нужно ответить на следующие вопросы:

- что является объектом контрольной работы ?

- цель и задачи контрольной работы.

- последовательность достижения поставленной цели.

- предполагаемые результаты работы

Таблица 1

Исходные данные для проектирования

Следующие страницы должны содержать основные разделы пояснительной записки.

Текст пояснительной записки разделяют на разделы которые. обозначают арабскими цифрами без точки и записывают с абзацного отступа.

Номер подраздела состоит из номеров раздела и подраздела, разделенных точкой. В конце номера подраздела точка не ставится.

В конце пояснительной записки приводится список литературы. Литература располагается в алфавитном порядке её библиографического описания.

Названия заголовков разделов, подразделов и таблиц формулируется кратко и максимально отражает их содержание. Рисунки выполняются черным карандашом или пастой. Рисунки должны содержать возможно большее количество информации. Нумерация рисунков производится в пределах всего документа. Подрисуночные подписи включают слово «Рис.», порядковый номер и текстовую часть. Например «Рис. 1 График частот вращения».

Кинематические схемы и графики должны быть расположены не менее чем на половине листа формата А4.

Формулы вписывают от руки черной пастой. Символы и числовые коэффициенты, входящие в формулы, расшифровывают через запятую после формулы, начиная пояснение со слов «где» или «здесь». Числовые значения символов и окончательный результат приводят за формулой. Промежуточные вычисления не записываются. Пример оформления пояснительной записки приведен в приложении 4.

3. Указания по методике выполнения контрольной работы

3.1 Разработка кинематической схемы сложной коробки скоростей

Основой для проектирования коробки скоростей является разработка полной кинематической схемы и графика частот вращения, обеспечивающей наиболее простую структуру коробки. Общие требования к коробкам скоростей: минимальная масса, минимальное число валов и число передач, высокий КПД, низкий уровень шума, технологичность, надежность в эксплуатации.

С учетом этих требований, сложные многоваловые коробки строятся из элементарных, двухваловых коробок. Элементарные коробки могут быть на 2,3, или 4 ступени. По способу включения передач они подразделяются на коробки с передвижными блоками, зубчатыми или фрикционными муфтами (рис.1). В - общая минимальная длина коробки, l - необходимая длина перемещения блока (муфты),b -ширина колеса.

Последовательность проектирования кинематической схемы коробки скоростей:

Составьте структурную формулу

Z = Zх1 Ч Zх2 Ч Zх3,

где Zх1 - числа передач в первой, второй, третьей и т.д ступенях;

Х1, Х2, Х3 - характеристики группы, обусловленные вариантом включения передач при переходе с одной частоты вращения шпинделя на другую.

На графиках частот вращения и структурной сетке характеристика показывает на сколько интервалов (полей) должны расходиться соседние лучи скоростей в одной коробке. В нашем примере:

Z = 6 = 31 Ч 23

(Основная группа имеет 3 передачи, с характеристикой х0=1.Первая переборная группа - имеет 2 передачи и характеристику х1=3)

Рис. 1. Элементарные коробки скоростей

Определите количество конструктивных вариантов компоновки коробки.

Конструктивные варианты компоновки коробки скоростей с Z = 6 могут быть выполнены с разным относительным расположением групп элементарных передач, входящих в состав коробки. (см. рис. 2).

Правило определения кинематических характеристик групп передач, входящих в состав коробки скоростей: «Характеристику основной группы предпочтительно принимать равной единице, характеристики последующих групп равны произведению числа предыдущих ступеней скоростей»

(Например, для Z = 12 = 31 Ч 23 Ч 26, т.е. для основной группы х0=1, первой переборной х1=3, второй переборной х2 = 3 Ч 2 = 6).

Рис. 2. Варианты компоновки коробки скоростей с Z = 6

Количество возможных конструктивных вариантов (K kc) одной и той же структуры равно числу перестановок m групп и определяется по формуле:

К кс = ,

где q - количество групп с одинаковым числом передач, m - количество элементарных коробок.

(Z = 6) m = 2, q = 1, число конструктивных вариантов K kc = 2

К кс = 2! = 2

1!

Следовательно, Z = 3 Ч 2 или Z = 2 Ч 3

Определите количество кинематических вариантов коробки

Кинематические варианты компоновки коробки скоростей указывают на порядок расположения характеристик групп передач.

Число кинематических вариантов (К кн) определяется по формуле:

К кн = m!

(Z = 6): К кн = 2! = 2,

Возможны варианты: х0 = 1, х1 = 3 или х0 = 2, х1 = 1.

Общее число всевозможных вариантов (конструктивных и кинематических) (К) для обычных множительных структур определяется по формуле:

К =

Для шестиступенчатой коробки передач m =2, q= 1, следовательно

К = (2!)2 = 4

1!,

Возможно получить четыре варианта компоновки коробки скоростей для Z = 6: 31 Ч 23 23 Ч 31

32 Ч 21 21 Ч 32

Выберите вариант структуры коробки и обоснуйте оптимальность выбора

Z = Z х1 Ч Zх2 Ч Zх3 Ч …Ч.Zхт

Требования, предъявляемые к выбору оптимального варианта коробки представлены в табл. 2.

Таблица 2

Требования к выбору оптимального варианта компоновки коробки.

На шпинделе рекомендуется устанавливать минимальное число колес и располагать их по возможности ближе к передней опоре. Одиночные понижающие передачи предпочтительно конструировать ближе к шпинделю. Более высокие частоты вращения уменьшают крутящие моменты, поэтому они должны быть смещены к промежуточным валам.

Разработайте кинематическую схему коробки скоростей.

Для нашего примера, в соответствии с приведенными выше требованиями к компоновке коробки скоростей выбираем следующий вариант структурной формулы:

Z = 6 = 31 Ч 23

При выборе данного варианта соблюдаются условия:

- Число передач в группе 3 и 2.

- Основная группа имеет большее число ступеней, чем первая переборная (3 > 2).

- Характеристики групп возрастают по мере приближения к шпинделю

(Х0 = 1 - основная группа, Х1 = 3 -первая переборная группа)

Кинематическая схема для выбранного варианта структурной формулы приведена на рис. 2a.

3.2 Построение структурной сетки

Структурная сетка дает представление о количестве передач между валами, знаменателе и диапазоне регулирования элементарных коробок, последовательности включения передач для обеспечения ряда частот вращения шпинделя. Структурная сетка характеризует закономерности изменения передаточных отношений в групповых передачах при изменении частот вращения шпинделя по геометрическому ряду.

Только основная коробка скоростей обеспечивает последовательный переход по частотам вращения на шпинделе со знаменателем . Сетка не показывает частот вращения валов и передаточных отношений передач между валами, а поэтому не может являться основой для расчета коробки скоростей.

Структурная сетка строится в следующем порядке (см. рис. 3):

На чертеже в произвольном масштабе (но не менее половины формата А4) постройте структурную сетку. Количество вертикальных прямых, равное (m +1), соответствует числу валов коробки, в нашем случае, при m = 2, число валов - три.

На равном расстоянии друг от друга нанесите столько горизонтальных прямых, сколько ступеней частот вращения имеет проектируемая коробка. Число ступеней (число скоростей) равно произведению множителей структурной формулы, в нашем случае, число ступеней равно 6 (рис. 3.).

Нанесите на линии третьего вала (без указания величин) точки n1 - n6,- изображающие частоты вращения шпинделя. Первый вал имеет одну частоту вращения, следовательно на вертикальной линии первого вала нанесите исходную точку О симметрично относительно nmin = n1 и nmax = n6.

Первая группа состоит из трех передач, поэтому из точки О проведите три луча, при этом первому множителю 31 соответствует характеристика х = 1, т.е. на вертикальной линии вала на структурной сетке расстояние между точками 1 --2 и 2 - 3 равно одному интервалу Для следующего множителя 23 характеристика х = 3, а расстояние между точками n1 - n4, n2 - n5, n3 - n6 равно трем интервалам.

Полученные точки соедините лучами.

Лучи с разным наклоном на структурной сетке соответствуют числу передач между валами, параллельные лучи между двумя вертикальными валами одной и то же передачи (рис. 3.). Лучи 0 - 1, 0 - 2, 0 - 3 - три передачи, лучи 3 - n6, 2 - n5, 1 - n4 - одна и та же передача, лучи 3 - n6 ,

3 - n3 - разные передачи.

3.3 Анализ структурной сетки

Анализ структурной сетки производится по следующим показателям:

Симметричность и веерообразность расположения лучей. Симметричность структурной сетки может быть обеспечена в том случае, если произведение максимального и минимального передаточного отношения равно 1, то есть

i min Ч i max = 1

Структурная сетка симметрична в пределах каждой группы.

Соблюдение вышеперечисленных условий выбора оптимального варианта компоновки коробки скоростей.

Число передач основной группы в нашем случае равно 3 и 2 соответственно и уменьшается по мере приближения к шпинделю. Кинематические характеристики групп увеличиваются по мере приближения к шпинделю.

Проверка оптимальности выбранного варианта сетки по диапазону регулирования. Независимо от порядка переключения групповых передач диапазон регулирования R последней переборной группы является наибольшим.

R = Хпп (Zпп -1),

где Zпп- число передач (ступеней) последней переборной коробки. В примере Zпп (Z2) равно 2. Хпп - характеристика последней переборной коробки (хпп=3).

Условие оптимальности R [R], где [R] = 8

В примере R = 1,26 3(2-1) = 2 8

Все условия соблюдены, следовательно выбранный вариант структуры можно считать оптимальным.

Х = 1 Х = 3

Рис. 3. Структурная сетка для коробки скоростей по формуле

Z = 6 = 31 Ч 23

3.4 Построение структурного графика (графика частот вращения)

График частот вращения (структурный график) (рис. 4) является видоизмененной структурной сеткой. Он показывает действительные значения частных передаточных отношений передач и частот вращения валов.

Для построения графика частот вращения необходимо рассчитать числа оборотов шпинделя по формуле

ni = n min Ч i-1

Для нашего примера при = 1,26

n1 = nmin = 160 об\мин n4 = nmin Ч 3 = 320,07 об\мин

n2 = nmin Ч 1 = 201,6 об\мин n5 = nmin Ч 4 = 403,3 об\мин

n3 = nmin Ч 2 = 254,4 об\мин n6 = nmin Ч 5 = 508,1 об\мин

Принимаем в соответствии с нормальными рядами чисел в станкостроении (см. Приложение 3) следующие значения чисел оборотов шпинделя:

n1 = nmin = 160 об\мин n4 = nmin Ч 3 = 315 об\мин

n2 = nmin Ч 1 = 200 об\мин n5 = nmin Ч 4 = 400 об\мин

n3 = nmin Ч 2 = 250 об\мин n6 = nmin Ч 5 = 500 об\мин

Выполните анализ по отклонению n % 10 (-1)

В нашем примере n % 10 (1,26-1) = 2,6 %

Сравнивая расчетные и стандартные значения частот вращения шпинделя, можно увидеть, что наибольшая разность соответствующих частот вращения имеет место для верхней ступени и составляет 1,62 % что меньше допускаемого отклонения.

Последовательность построения сетки для структурного графика (графика частот вращения) (Рис. 4) аналогична последовательности построения структурной сетки. Точка, соответствующая частоте вращения первого вала выбирается максимально высокой. При совпадении частоты вращения первого вала с частотой вращения двигателя количество валов (количество вертикальных линий) не меняется. При частоте вращения первого вала большей или меньшей частоты вращения двигателя, график дополняется валом двигателя - вертикальной линией слева от первого вала с номером 0. Для изменения (понижения) частоты вращения первого вала по отношению к частоте вращения двигателя используют ременную или зубчатую передачу между валами 0 и .

Точка 1 должна занимать положение на вертикальной линии положение, приближенное к n max. Наклонные линии основной коробки расходятся на величину одного интервала. Для других коробок наклонные линии расходятся на величину интервала, соответствующего выбранной характеристике.

Количество линий с разными наклонами соответствует числу скоростей проектируемой ступени.

Лучи с наклоном вверх (считая слева направо) изображают ускорительную передачу (i>1), а направленные вниз - эамедляющую передачу (i<1), горизонтально расположенные линии соответствуют передаточному отношению i=1

Передачи с наибольшим уменьшением называют базовыми передачами коробок скоростей: Z1: Z2 и Z7 : Z8.

3.5 Анализ структурного графика (графика частот вращения)

Анализ графика частот вращения производится по показателям:

Частоту вращения первичного вала желательно выбирать наибольшей. В общем случае частоту вращения приводного вала целесообразно принимать n = n мах где n мах - верхний предел регулирования, В нашем случае данное условие соблюдается

n = n мах = 500 об\мин

Так как электродвигатели имеют большие частоты вращения (табл. 5), то предполагается использовать зубчатую или ременную передачу между валами 0 и

Передаточное отношение в группах должно постепенно уменьшаться по мере приближения к шпинделю.

Для ограничения размеров зубчатых колес и радиальных габаритов коробок скоростей нормалями станкостроения установлены пределы передаточных отношений:

i min 1/4, I max 2

Передаточные отношения, удовлетворяющие этому условию возможны в том случае, если число полей между линиями, условно обозначающими передачи, при выбранном не превышает указанное в табл. 3.

Рис. 4. Структурный график или график частот вращения для коробки Z=6 = 31 23

Таблица 3

Максимальное число полей, допускаемое для пересечения линиями передач на структурном графике

Для Z = 6= 31 Ч 23 и = 1,26

iнаиб = 0 = 1,260 = 1 iнаим = -3 = 1,26-3 = 1\2, (см. табл. 4)

В рассматриваемом случае соблюдаются оба условия, следовательно данная структура может быть применена.

Рассмотрим в качестве примера сложную коробку скоростей с числом ступеней Z = 12 и = 1,26, nmin = 63 об/мин

Структурная формула такой коробки запишется в виде

Z = 31 23 26

Построим для этой коробки структурную сетку и проведем её анализ с точки зрения соблюдения условий, рассмотренных в разделе 3.3. Кинематическая схема и структурный график приведены на рис. 5 и рис. 6

1.Симметричность и веерообразность расположения лучей.

Структурная сетка симметрична в пределах каждой группы.

2. Соблюдение вышеперечисленных условий выбора оптимального варианта компоновки коробки скоростей. Число передач основной группы равно 3 и соответственно уменьшается по мере приближения к шпинделю Z2 = 2, Z3 = 2. Кинематические характеристики групп увеличиваются по мере приближения к шпинделю х0 = 1, х1 = 3, х2 = 6.

3. Проверка выбранного варианта сетки по диапазоны регулирования.

Условие оптимальности R [R], где [R] = 8

Структурный график (график частот вращения) для данной коробки скоростей приведен на рис. 7, на основании которого

В примере R = 1,26 6(2-1) = 4 [R]= 8

imin = -6= 1,26 -6 = ј; imax = 0= 1

Все условия соблюдены, следовательно рассматриваемый вариант структуры можно считать оптимальным.

Рис.5. Кинематическая схема коробки скоростей Z = 12 = 31 23 26

Х = 1 Х = 3 Х = 6

Рис. 6. Структурная сетка для коробки скоростей по формуле

Z = 12 = 31 23 26

Х = 1 Х = 3 Х = 6

Рис. 7. Структурный график для коробки скоростей по формуле

Z = 12 = 31 23 26

3.6 Определение передаточных отношений

Частные передаточные отношения определяют по графику частот вращения. Их выражают через знаменатель геометрического ряда :

i = k

где к - число интервалов между смежными валами, которые пересекает данный луч на графике частот вращения.

Знак «плюс» принимается для ускоряющей передачи, «минус» - для замедляющей передачи, для горизонтальных лучей к = 0, i = 1

Передаточные отношения, выраженные через могут быть представлены в виде простых дробей, которые приведены в табл. 4. Для ускоряющих передач принимаются значения, обратные табличным

2 = 1,262 = 11 : 7 -2 = 1,26-2 = 7 : 11

Таблица 4

Передаточные отношения для стандартных значений (фиктивные числа зубьев)

По рис. 4, для = 1,26, в соответствии с таблицей 4:

i1 = -2 =7 : 11 i4 = -3 = 1: 2

i2 = -1 = 4:5 i5 = 0 = 1 : 1

i3 = 0 = 1 : 1

3.7 Расчет чисел зубьев

станкостроение контрольный коробка скорость

Числа зубьев рассчитывают отдельно для каждой группы передач, используя частные передаточные отношения, найденные по графику частот вращения.

Для зубчатых колес, приводов главного движения, рекомендуется принимать минимальные числа зубьев ведущего колеса 18-20, максимальные для ведомого колеса - 100.

Межосевое расстояние между соседними валами должно быть одинаковым, следовательно:

aw = (mZ1 + mZ2) = const

2

При одинаковом модуле m, в пределах одной группы для обеспечения постоянства межосевого расстояния суммы чисел зубьев сопряженных колес должны быть равными, т.е.

Z1 + Z2 = Z3 + Z4 = Z5 + Z6 = SZ = const

где Z1, Z3, Z5 - числа зубьев ведущих зубчатых колес элементарной двухваловой передачи; Z2, Z4, Z6 - соответствующие им числа зубьев ведомых зубчатых колес.

Для определения чисел зубьев может быть применен метод наименьшего общего кратного (НОК).

Последовательность расчета чисел зубьев колес коробки скоростей методом НОК.

Определите фиктивные числа зубьев для колес коробки

Для нашего примера для основной группы они определяются исходя из равенства:

A : B = Z1 : Z2 = -2 = i1 ; C : D = Z3 : Z4 = -1 = i2 ;

E : F = Z5 :Z6 = 0 = i3.

Для переборной группы исходя из равенства:

G : H = Z7 : Z8 = -3 = i4 ; K : L = Z9 : Z10 = 0 = i5;

где А, В, C, D, E, F, G, H, K, L - простые целые числа, которые являются фиктивными числами зубьев и выбираются по табл.4. Для основной группы передач получаем:

А = 7, В = 11, C = 4, D = 5, E = 1, F = 1,

Аналогично для переборной группы передач:

G = 1, H = 2, K = 1, L = 1

Определите наименьшее общее кратное Sz

Для определения Sz существует правило: «Sz равно наименьшему общему кратному сумм простых целых чисел для данной группы передач»

Для основной группы передач наименьшее общее кратное сумм

A + B, C + D, E + F = 7 +11, 4 + 5, 1 + , равно Sz = 18

Для переборной группы передач наименьшее общее кратное сумм

G + H, K + L = 1 + 2, 1 +1, равно Sz = 6

.Вычислите расчетные числа зубьев колес по формулам:

Z1 = SzЧ A

Z2 = SzЧ B

Для основной группы передач:

Z1 = Sz Ч A / (A + B) = 18Ч 7 / (7 + 11) = 7

Z2 = SzЧ B / (A + B) = 18 Ч 11/ (7 +1 1) = 11

Z3 = Sz Ч C / (C + D) = 18Ч 4 / (4 + 5) = 8

Z4 = Sz Ч D / (C + D) = 18 Ч 5/ (4 + 5) = 10

Z5 = Sz Ч E / (E + F) = 18Ч 1 / (1+ 1) = 9

Z6 = Sz Ч F / (E + F) = 18Ч 1 / (1 + 1)= 9

для первой переборной группы передач:

Z7 = SzЧ G / (G + H) = 6Ч 1 / (1 + 2) = 2

Z8 = SzЧ H / (G + H) = 6 Ч 2/ (1 + 2) = 4

Z9 = SzЧ K / (K + L) = 6Ч 1 / (1 + 1) = 3

Z10 = SzЧ L / (K + L) = 6 Ч 1/ (1 + 1) = 3

Определите действительные числа зубьев колес коробки скоростей

Так как минимальное число зубьев колес должно быть не меньше 18, то рассчитанные числа зубьев умножим на 3 для основной группы и на 10 для переборной группы. Таким образом, после умножения получаем:

Z1 = 21 Z7 = 20

Z2 = 33 Z8 = 40

Z3 = 24

Z4 = 30 Z9 = 30

Z5 = 27 Z10 =30

Z6 = 27

Произведите проверку на равенство сумм чисел зубьев, с целью обеспечения одинакового межосевого расстояния для всех передач в одной группе.

Для основной группы:

Z1 + Z2 = Z3 + Z4 = Z5 + Z6 = 21 + 33= 30 + 24 = 27 + 27 = 54

Для переборной группы:

Z7 + Z8 = Z9 + Z10 = 20 + 40 = 30 +30 = 60

Условие постоянства суммы SZ соблюдается.

В механизмах с трех- и четырехвенцовыми блоками необходима проверка по условию свободного перемещения блока. Условие гарантирует обеспечение зазора между наружным диаметром соседних колес подвижного блока и наружным диаметром неподвижных колес, над которыми проходит колесо подвижного блока при его переключении.

Для трехвенцового блока (рис. 1в) при зацеплении колес Z1 и Z2 колесу Z3 необходимо пройти над колесом Z6.

Условие Z5 - Z3 5

Для блока на рис. 1д так же Z5 - Z3 5

Для блока по рис. 1г условия соблюдать не нужно, так как колесо Z3 не нужно перемещать над колесом Z6.

Если условие не выполняется, то нужно изменить числа зубьев или использовать конструкцию на рис. 1г или применить иные конструктивные решения.

В соответствии с рис. 2а, так как Z6 Z4, то условие запишется в виде

Z2 - Z4 5

33 - 30 = 3 5

Условие переключения не выполняется, следовательно нужно увеличить расчетные числа зубьев. Умножим их на 6, тогда:

Z2 = 66 Z4 = 60

Z2 - Z4 = 6 > 5,

Следовательно:

Z1 + Z2 = Z3 + Z4 = Z5 + Z6 = 42 + 66= 60 + 48 = 54 + 54 = 108

При проверке возможно изменение схемы переключения или видоизменение структуры графика скоростей. Если условия зацепления удовлетворены, то можно переходить к следующему этапу кинематического расчета коробки.

3.7 Расчет энергосиловых параметров коробки скоростей и выбор электродвигателя

Последовательность расчета энергосиловых параметров привод

Выберите электродвигатель. Выбор производится по приложению 2. Принимаем электродвигатель по ближайшей частоте вращения.

n = 750 об\мин

Определите вид передачи от электродвигателя на первый вал коробки скоростей (ременная, зубчатая или непосредственное соединение двигателя с валом). При выборе ременной передачи общий КПД коробки скоростей для рассматриваемого примера определяется по формуле:

о = рп Ч кпк, Ч nзк

где к - количество пар подшипников качения в коробке скоростей, n - количество пар зубчатых колес, находящихся в зацеплении.

Значения КПД для каждой кинематической пары представлены в табл. 5

Таблица 5

Значения КПД

Для нашего примера общий КПД коробки скоростей равен

о = рп Ч пк Ч зк = 0,96Ч0,993Ч0,972 = 0,87

Подсчитайте потребляемую мощность на электродвигателе станка по формуле:

Рэд = Рст / о, кВт,

где Рст - мощность станка, кВт; о - общий КПД коробки скоростей.

Для нашего примера

Рэд = 4,62 / 0,87 = 5,3 кВт

Принимаем электродвигатель (Приложение 2). 4А132М8

Мощность Рэд = 5,5 кВт, асинхронная частота вращения ротора

nа = 720 об\мин

Рассчитайте передаточное число ременной передачи с учетом коэффициента скольжения по формуле:

i рем = n1

(na 0,985)

Для нашего примера i рем= 500 / (720 0,985) = 0,684

Рассчитайте диаметр ведущего шкива по формуле:

d1= k T0

где T0 - крутящий момент на валу электродвигателя, Н м;

к = 40 для клиноременной передачи

к = 60 для плоскоременной передачи

T0 = 9550 Рэд

Для нашего примера T0 = 9550 5,5 / 720 = 72,95 Н м

Диаметр ведущего шкива равен

d1= k T0 = 40 72,95 = 166,8 мм

Расчетный диаметр шкива округлите до ближайшего стандартного значения.

Стандартный ряд диаметров шкивов по ГОСТ 17383 - 73: 45, 50, 56, 63, 71, 80, 90, 100, 112, 125, 140, 160, 180, 200, 224, 250, 280, 315, 355, 400, 450, 500, 630.

Принимаем по стандартному ряду диаметр ведущего шкива

d1= 160 мм.

Рассчитайте диаметр ведомого шкива по формуле:

d2 = d1

iрем

Округлите d2 до стандартного d2 из ряда по ГОСТ 17383 - 73

Для нашего примера d2 = d1 / iрем = 160 / 0,684 = 233,9 мм, выбираем диаметр ведущего шкива d2 = 230 мм.

Рассчитайте фактическое передаточное отношение ременной передачи по формуле:

iф рем = d1 (1 - )

где - коэффициент скольжения, для ременных передач = 0,015

Для нашего примера

iф рем = d1 (1 - ) / d2 = 160 (1 - 0,015) / 230 = 0,685.

Для уменьшения разности между iф рем и расчетным iрем передаточным отношением возможно применение нестандартных значений диаметра ведомого шкива d2.

В нашем случае погрешность составляет менее 1%, поэтому значения диаметров шкивов принимаем d1. = 160 мм, d2.= 230 мм.

Рассчитайте передаваемую мощность для каждого вала коробки скоростей по формуле:

Рi = Рэд п , кВт

где Рэд п - мощность электродвигателя, кВт; - общий КПД, учитывающий потери мощности от двигателя до рассчитываемого вала.

Расчетные значения передаваемой мощности для нашего примера приведены в табл.7.

Рассчитайте крутящие моменты на валах коробки скоростей по формуле:

Тi = 9550 Р i , Нмм

где n i min - - минимальная частота вращения вала, об\мин.

n i min для всех валов, кроме шпинделя, рекомендуется принимать равной минимальной частоте вращения вала, определяемой по структурному графику (графику частот вращения) рис. 4.

Для шестискоростной коробки скоростей, (рис.4). Расчетные частоты будут иметь следующие значения: для первого вала n1 min = 500 об\мин, для второго вала n2 min = 315 об\мин.

При расчете Т шпинделя учитывается, что в нижней трети диапазона регулирования полная мощность не используется в силу технологических особенностей работ, выполняемых на низких частотах вращения шпинделя.

В общем виде в расчет принимается частота вращения, больше минимальной на треть диапазона регулирования, то есть по рис 4. n min шпинделя = 200 об \мин.

Результаты расчетов максимальных крутящих моментов по валам коробки скоростей, изображенной на рис. приведены в табл.7.

Произведите предварительный (ориентировочный) расчет валов коробки скоростей.

Предварительный расчет диаметров валов выполняют из расчета на кручение, так как нет данных о расстоянии между опорами, необходимых для учета изгибных напряжений.

Предварительных расчет диаметров валов производится по формуле:

di =

где Тi - максимальный крутящий момент для рассчитываемого вала, Н м; d - диаметр рассчитываемого вала, мм;

[] - допускаемое значение напряжений кручения, МПа.

Для валов из конструкционных среднеуглеродистых марок сталей 45, 50 принимают [] = 20 МПа - при расчете вала в местах установки муфты или шкива и [] = 12 - 15 МПа - при расчете вала в местах установки зубчатого колеса

При конструктивной проработке диаметр промежуточных валов округлить до ближайших больших стандартных значений по ряду Ra 40.

Диаметр шпинделя в переднем подшипнике принимаем в зависимости от мощности электродвигателя (табл. 6).

Таблица 6

Диаметры шпинделей станков

Полученные значения расчетов энергосиловых параметров привода и диаметров валов сведите в табл 7.

Таблица 7

Результаты расчета энергосиловых параметров привода и диаметров валов

3.9 Сложенная структура

Во многих случаях, особенно при увеличении диапазона регулирования скоростей, создать простой привод на базе множительной структуры невозможно. В этих случаях применяют сложенные структуры, состоящие из двух или более кинематических цепей, каждая из которых является обычной множительной структурой. Одна из этих цепей (короткая) предназначена для высоких скоростей привода, другие (более длинные) - для низких скоростей.

Для получения верхней области регулирования основную структуру со шпинделем соединяют либо муфтой, либо зубчатой передачей. Для получения низкой области регулирования основную структуру соединяют с дополнительной соединительной передачей.

В случае сложенной структуры число ступеней скорости привода Z равно сумме ступеней скорости всех составляющих его множительных структур:

Z = Z1 + Z2 + Z3 + …..

где Z1, Z2, Z3 - числа ступеней составляющих структур

Как правило, составляющие структуры имеют общую часть, число ступеней скорости которой Z0.

Пусть Z1 = Z0 и Z2 = Z0 Zд ,

тогда Z = Z0 Ч(1+ Zд)

Общая часть структуры Z0 используется для получения всех скоростей и называется основной, структура Zд называется дополнительной. Для объединения составляющих структур в одну - сложенную в привод вводят соединительные передачи. Наиболее распространенные принципиальные схемы соединения двух структур представлены на рис.8.

.

Рис. 8. Сложенные структуры ( 1 - шпиндель, 1 - муфта переключения)

На рис.9 показана кинематическая схема коробки скоростей со сложенной структурой

Группы колес Zа и Zв образуют основную структуру Z0 = Zа Ч Zв. Они сообщают вращение полому валу . Дальнейшая передача движения шпинделю осуществляется либо с помощью муфты, либо через перебор. Общее число ступеней скорости:

Z = Zа Ч Zв Ч (1 + Zс Ч Zд)

В нашем примере Zа = 3; Zв = 2; Zс = 1, Zд = 1, поэтому

Z = 3 Ч 2 Ч (1 + 1 Ч 1) = 12

Последовательность построения и анализа структурной сетки для сложенной структуры аналогична простой структуре. Однако при построении структурной сетки сначала строят сетки для каждой части сложенной структуры (рис. 10) а затем соединяют их на общем графике (рис. 11)

Рис. 9. Кинематическая схема сложенной коробки скоростей

На рис. 12 показан график частот вращения для рассмотренного примера.

Сложенные структуры обладают рядом достоинств: обеспечивают большое число ступеней скорости при широком диапазоне регулирования; высокие скорости вращения передаются короткими кинематическими цепями, что уменьшает потери мощности и повышает КПД.

Количество вариантов сложенных структур может быть очень большим. В общем случае оптимальным является вариант, который при заданном числе ступеней скорости имеет большее число скоростей, получаемых по короткой кинематической цепи; наименьшее количество деталей (зубчатых колес, муфт, валов)

Х = 1 Х = 3 Х = 1 Х = 3

Рис. 10. Структурные сетки для каждой части сложенной структуры

Х = 1 Х = 3

Рис 11. Общий структурный график для сложенной структуры

Дальнейшие расчеты (расчет передаточных отношений, чисел зубьев, энергосиловых параметров привода) не отличаются от расчетов при проектировании коробки скоростей простой структуры

Х = 1 Х = 3

Рис 12. График частот вращения коробки скоростей сложенной структуры

Литература

Основная

1. Аврамова Т.М., Бушуев В.В. Гиловой Л.Я. Металлорежущие станки. Т.1, Т2. [Гриф Минобнауки РФ]. М.: Машиностроение, 2011. - 608 с. (http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_cid=25&pl1_id=3316)

2. Бушуев В.В. Еремин А.В. Какойло А.А. Металлорежущие станки: учебник для вузов [Гриф Минобрнауки РФ]. М.: Машиностроение, 2011. - 586 с. (http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_cid=25&pl1_id=3317).

3. Вешкурцев В.И., Мирошин Д.Г. Практикум по дисциплине «Оборудование отрасли». Учеб. пособие, [Гриф УМО по ППО]. - Екатеринбург: Изд-во Рос. гос. проф.-пед. ун-та, 2006. - 60 с.

4. Вешкурцев В.И., Мирошин Д.Г. Курсовое проектирование по дисциплине «Оборудование отрасли». Учеб. пособие, [Гриф УМО по ППО]. - Екатеринбург: Изд-во Рос. гос. проф.-пед. ун-та, 2005. - 114 с.

5. Юркевич В.В. Надежность и диагностика технических систем. Учеб. для вузов. [Гриф Минобразования РФ]. - М.: Академия, 2011. - 296 с.

Дополнительная

1. Схиртладзе А.Г. Технологическое оборудование машиностроительных производств. Учеб. пособие для вузов [Гриф Минобразования РФ]. - М. : Высшая школа, 2002. - 407 с.

2. Кочергин А.И. Конструирование и расчет металлорежущих станков станочных комплексов. Учеб. пособие для втузов. - Минск: Вышейш. шк., 1991.-382с.

3. Лабораторный практикум по металлорежущим станкам / Под. ред. А.И. Кочергина,- Минск: Вышейш. шк., 1986. - 134 с.

4. Металлорежущие станки / Н.С. Колев, Л.В. Красниченко, Н.С. Никулин и др. -М,: Машиностроение, 1980 - 500 с.

Приложение 1

Задание на проектирование

Задание на проектирование

*Примечание. В случае выполнения проекта с заданием «сверлильный станок», конструкция коробки скоростей разрабатывается до гильзы исполнительного органа, исключая конструкцию выдвижного шпинделя.

Приложение 2

Технические данные асинхронных трехфазных закрытых обдуваемых двигателей

Приложение 3

Нормальные ряды чисел в станкостроении

Приложение 4

Пример оформления пояснительной записки

Пример оформления титульного листа пояснительной записки

Продолжение приложения 4.

Пример оформления второго листа пояснительной записки

Продолжение приложения 4.

Пример оформления пояснительной записки

Пример оформления третьего листа пояснительной записки

Подписано в печать Формат 60 84 / 16. Бумага для множ. аппаратов.

Печать плоская. Усл. печ. л. Уч. - изд. л. Тираж 100 экз.

ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет». Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11

Ризограф ФГАОУ ВПО РГППУ. Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11

Размещено на Allbest.ru