Размещено на http://www.allbest.ru/

Пояснительная записка

К дипломному проекту

по теме: «Разработка кинематики, кинематической настройки главного привода токарно-затыловочного станка»



Аннотация

Целью данного дипломного проектирования является разработка кинематики, кинематической настройки главного привода токарно-затыловочного станка со ступенчатым регулированием частоты вращения шпинделя.

В работе описывается компоновка, технологическая схема обработки, принцип образования поверхностей, структурная схема и кинематика токарно-затыловочного станка модели 1811. Выполняется кинематический расчет привода главного движения, расчет передаточных отношений передач привода. Приводится выбор чисел зубьев зубчатых колес и предварительный расчет диаметров валов.



Содержание

Введение

1. Описание компоновки, основных узлов и движений токарно-затыловочного станка прототипа модели 1811

2. Технологические схемы обработки и движения формообразования

3. Принцип образования поверхностей и методы получения их производящих линий

4. Структурная схема токарно-затыловочного станка 1811 и расчетное перемещение кинематических цепей

4.1 Цепь привода главного движения (В1)

4.2 Цепь затыловочно-делительного движения (П2)

4.3 Цепь продольной подачи суппорта (П3)

4.4 Цепь дифференциала (В4)

4.5 Цепь образования винтовой линии (П5)

5. Кинематическая схема токарно-затыловочного станка модели 1811 и уравнение балансов

5.1 Кинематическая цепь привода главного движения (В1)

5.2 Кинематическая цепь затыловочно-делительного движения (П2)

5.3 Кинематическая цепь продольной подачи суппорта (П3)

5.4 Кинематическая цепь дифференциального движения (В4)

5.5 Кинематическая цепь движение образования винтовой линии (П5)

6. Расчет мощности главного привода

7. Кинематический расчет главного привода

7.1 Расчет диапазона регулирования частот вращения шпинделя

7.2 Расчет знаменателя геометрического ряда частот вращения

7.3 Округление знаменателя геометрического ряда частот до стандартного значения

7.4 Расчет промежуточных значений частот вращения шпинделя

7.5 Округление частот вращения шпинделя до стандартных значений

7.6 Оптимизация структурной формулы множительной структуры

7.7 Построение структурной сетки множительной структуры

7.8 Определение числа делений изображающих частоту вращения электродвигателя

7.9 Разбивка числа делений, изображающих частоту вращения электродвигателя, на отдельные групповые передачи

7.10 Построение графика частот главного привода со ступенчатым приводом

7.11 Определение передаточных отношений и передаточных чисел

7.12 Подбор чисел зубьев зубчатых колес

7.13 Разработка кинематической схемы главного привода со ступенчатым регулированием

8. Расчет крутящих моментов на валах

8.1 Расчет крутящего момента на валу электродвигателя

8.2 Расчет крутящего момента на валах привода

8.3 Расчет крутящего момента на первом валу привода

8.4 Расчет крутящего момента на втором валу привода

8.5 Расчет крутящего момента на третьем валу привода

8.6 Расчет крутящего момента на четвертом валу привода

8.7 Расчет крутящего момента на шпинделе

9. Проектный расчет передач

9.1 Расчет цилиндрической прямозубой постоянной передачи z1 - z2

9.2 Проектный расчет цилиндрических прямозубых передач z3 - z4 и z5 - z6, z7 - z8 и z9 - z10 групповой передачи

9.3 Проектный расчет цилиндрических прямозубых передач z11 - z12 и z13 - z14 групповой передачи

9.4 Проектный расчет цилиндрической постоянной прямозубой передачи z15 - z16

10. Проектный расчет валов и шпинделя

10.1 Проектный расчет диаметров первого вала

10.2 Проектный расчет диаметров второго вала

10.3 Проектный расчет диаметров третьего вала

10.4 Проектный расчет диаметров четвертого вала

10.5 Проектный расчет диаметров пятого вала

10.6 Расчет геометрических параметров шпинделя

11. Патентно-информационный поиск

11.1 Патентный поиск

11.2 Информационный поиск

12 Охрана труда

Литература

станок вал шпиндель токарный



Введение

Основными задачами и перспективами развития машиностроительной отрасли является уменьшение времени на изготовление деталей, изделий, сборочных единиц и повышение производительности труда. Это достигается путём сокращения номенклатуры применяемого универсального оборудования взамен внедрения различных высокопроизводительных автоматизированных и автоматических в основном многошпиндельных станков и, как следствие уменьшения количества операций обработки. Преимущество должно отдаваться совмещению различных переходов на одном станке, что также позволит сократить время на обработку.

Основные направления развития машиностроения предусматривают дальнейшее повышение его эффективности, интенсификации, уменьшение сроков создания, освоения и производства новой прогрессивной техники. Организационно-методической основой выполнения поставленной задачи является конструирование машиностроительных изделий с учетом требований технологичности конструкции.

Рассматривая современное состояние проектирования и изготовления машиностроительных изделий с учетом требований технологичности, можно отметить несколько направлений решения этой проблемы, которые непосредственно или косвенно способствуют повышению технологичности конструкций в соответствии с требованиями современного производства. К ним относятся:

- непрерывно возрастающий объем агрегатного монтажа сборочных единиц, механизмов и оборудования, развитие системы модульного проектирования на базе типизации, унификации и стандартизации;

- широкое использование ЭВМ, обеспечивающее более высокий уровень анализа конструктивных решений в различных вариантах использования;

- организация широкого обмена опытом в области создания технологичных конструкций между различными отраслями машиностроения.

Таким образом, генеральная линия развития машиностроения - комплексная автоматизация проектирования и производства - требует знания и совершенного метода проектирования.

Эффективность производства, его технический прогресс, качество выпускаемой продукции во многом зависят от опережающего развития производства нового оборудования, машин, станков и аппаратов, от всемерного внедрения методов технико-экономического анализа, обеспечивающего решения технических вопросов и экономическую эффективность технологических и конструкторских разработок.

Для народного хозяйства необходимо увеличить выпуск продукции машиностроения и повысить ее качество. Этот рост осуществляется за счет качественной интенсификации производства на основе широкого использования достижений науки и техники, применения прогрессивных технологий. Повышение эффективности производства возможно путем его автоматизации и механизации, оснащение производства высокопроизводительными станками с ЧПУ, промышленными роботами, создание гибких производственных систем.

Технический прогресс в машиностроении характеризуется не только улучшением машин, но и непрерывным совершенствованием технологий их производства. Важно качественно, экономично и в заданные сроки с минимальными затратами индивидуального и общественного труда изготовить машину.

Развитие новых прогрессивных технологических процессов обработки способствует конструированию более совершенных машин и снижению их себестоимости. Эффективность производства, его технический прогресс, качество выпускаемой продукции во многом зависят от опережающего развития производства нового оборудования, машин, станков и аппаратов, от всемирного внедрения методов технико-экономического анализа. В целях постоянного ускорения и снижения затрат производства предусматривается развивать его в основном за счет использования станков с ЧПУ, обрабатывающих центров, автоматических линий и т.д.

Основной эффект от использования станков с ЧПУ состоит в значительном снижении вспомогательного времени и увеличении доли машинного времени до 60-80% в составе штучного времени, в то время как при использовании обычных универсальных станков доля машинного времени составляет всего 15-20%. Но одновременно это оборудование в комплекте с автоматическими системами управления от ЭВМ является сложным и дорогостоящим. Поэтому необходимым условием его эффективного использования является высокая надежность работы всех элементов, в том числе и режущего инструмента, с учетом автоматической его замены при износе режущих элементов.

Станки с ЧПУ имеют расширенные технологические возможности при сохранении высокой надежности работы. Конструкция станков с ЧПУ должна, как правило, обеспечить совмещение различных видов обработки (точение-фрезерование, фрезерование-шлифование), удобство загрузки заготовок, выгрузки деталей (что особенно важно при использовании промышленных роботов), автоматическое или дистанционное управление сменой инструмента и т.д.

Повышение точности обработки достигается высокой точностью изготовления и жесткостью станка, превышающей жесткость обычного станка того же назначения, для чего производят сокращение длины его кинематических цепей: применяют автономные приводы, по возможности сокращают число механических передач. Приводы станков с ЧПУ должны также обеспечивать высокое быстродействие.

Повышению точности способствует и устранение зазоров в передаточных механизмах приводов подач, снижение потерь на трение в направляющих и других механизмах, повышение виброустойчивости, снижение тепловых деформаций, применение в станках датчиков обратной связи. Для уменьшения тепловых деформаций необходимо обеспечить равномерный температурный режим в механизмах станка, чему, например, способствует предварительный разогрев станка и его гидросистемы. Температурную погрешность станка можно также уменьшить, вводя коррекцию в привод подач от сигналов датчиков температур.

Для затачивания режущего инструмента применяют универсальные и специализированные заточные станки. На универсальных станках можно производить заточку всех видов режущего инструмента.



1. Описание компоновки, основных узлов и движений токарно-затыловочного станка прототипа модели 1811

Станок предназначен для затылования одно- и многозаходных левых и правых червячных модульных фрез, а также гребенчатых, дисковых и фасонных фрез и инструментов с прямыми, косыми и торцовыми затылуемыми зубьями.

Станок может работать по полуавтоматическому циклу и при управлении вручную.

Рисунок 1.1 Общий вид токарно-затыловочного станка модели 1811

Станина 1 выполнена массивной конструкцией с плоскими направляющими как для каретки 6, так и для задней бабки 7. На каретке 6 расположен суппорт 4. Сверху станины на левом конце укреплена передняя бабка 3. На торце под кожухом находится зубчатая передача на вал отбоя, расположенный посредине станины; гитара возвратно-поступательных движениях суппорта; гитара настройки на шаг резьбы. На передней стенке крепится коробка подач 2 и расположены ходовой винт, ходовой вал, вал управления.

Передняя бабка 3 имеет двенадцать скоростей вращения шпинделя. На переднюю стенку выведены рукоятки для переключения на нормальный шаг или увеличенный шаг резьбы и для включения правой или левой резьбы. На заднем конце шпинделя укреплен кулачок. Коробка подач 2 служит для передачи движения от шпинделя на ходовой вал, ходовой винт и на вал кулачка.

Рисунок 1.2 Разрез затыловочного суппорта токарно-затыловочного станка модели 1811

Суппорт (рисунок 1.2) расположен на каретке, перемещается по плоским направляющим станины и служит для передачи движения подачи и движения затылования от продольного вала 12 на вал 13 кулачка 7, расположенный в центральной части каретки. На каретке расположена поворотная плита 2, позволяющая производить затылование под углом и несущая на себе плиту 3. На палец 6, запрессованный в плите, воздействует кулачок 7, перемещая плиту вперед. Возврат плиты производится с помощью пружин 14, расположенных в поворотной плите. Усилие пружины регулируется специальными винтами 8. Вывод резца из нитки резьбы производится за счет движения кулачка вниз; подвод резца - за счет движения вверх. [8, c.246]

Движения в станке:

Движение резания В₁ - вращение шпинделя с затылуемым инструментом.

Затыловочно-делительное движение П₂ - прямолинейное возвратно-поступательное перемещение суппорта в радиальном направлении за время поворота затылуемого инструмента на один зуб.

Продольная подача П₃ - прямолинейное поступательное движение суппорта с режущим инструментом вдоль оси шпинделя.

Дифференциальное движение В₄ - обеспечивает дополнительный поворот шпинделя, от которого осуществляется дополнительное перемещение суппорта в радиальном направлении при его продольном перемещении.

Движение образования винтовой линии П₅ - также продольные перемещения суппорта с режущим инструментом, но кинематически увязанные с вращением шпинделя и определяемые шагом винтовой линии.

Вспомогательные движения: ручное поперечное перемещение верхней части суппорта П₆, ручное продольное перемещение салазок П₇, ручное перемещение пиноли задней бабки П₈.



2. Технологические схемы обработки и движения формообразования

Станок предназначен для затылования задних поверхностей зубьев дисковых фасонных, резьбовых гребенчатых, цилиндрических фрез с винтовыми и прямыми зубьями, червячных цилиндрических, метчиков и плашек с целью сохранения неизменности профиля зубьев и величин задних углов режущих зубьев при переточках их по передним поверхностям. Технологические схемы обработки выше упомянутых фрез показаны на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 Виды фрез, затылуемых на токарно-затыловочном станке модели 1811 и их технологическая схема обработки а - фасонная дисковая; б - резьбовая гребенчатая; в - цилиндрическая с винтовыми зубьями; г - червячная цилиндрическая; д - цилиндрическая прямозубая

Для осуществления процессов резания необходимо наличие относительных движений между заготовкой и режущим инструментом.

Движение, при котором с обрабатываемой заготовки срезается слой металла и изменяется состояние обрабатываемой поверхности, называется главным движением.

Движение, обеспечивающее непрерывный подвод под режущую кромку новых участков заготовки называется движением подачи.

На токарно-затыловчном станке модели 1811 главное движение является непрерывным, вращательным - движение резания В₁. Движение подачи, поступательным непрерывным (продольная подача П₃, дифференциальное движение В₄, движение образования винтовой линии П₅) и поступательным прерывистым (затыловочно-делительное движение П₂). При обработке главное движение имеет заготовка, движение подачи имеет инструмент. В зависимости от вида затылуемого изделия и характера затылования различают следующие виды движения формообразования.

При затыловании дисковых фрез (рисунок 2.1, а): непрерывное и равномерное вращение шпинделя (движение резания В₁) и непрерывно повторяющиеся возвратно-поступательные перемещения резца в радиальном направлении (движение затылования П₂) к заготовке. За один оборот шпинделя резец получает столько возвратно-поступательных движений в радиальном направлении, сколько зубьев имеет затылуемая фреза.

При затыловании гребенчатых фрез (рисунок 2.1, б): применяется главное движение резания (вращение шпинделя) В₁, затыловочно-делительное движение П₂, а также делительное (сложное движение) Д(П₆П₇), необходимое для размещения зубьев на конической поверхности на расстояниях друг от друга, равных шагу t по длине фрезы. Это сложное делительное движение осуществляется при помощи делительного диска.

При затыловании цилиндрических фрез с винтовыми канавками (рисунок 2.1, в): движение резания В₁, затыловочно-делительное движение П₂, продольная подача суппорта П₃, а так же дополнительное движение образования винтовой линии П₅.

При затыловании цилиндрических фрез с прямыми канавками (рисунок 2.1, д): движение те же что и при затыловании цилиндрических фрез с винтовыми канавками, но с отсутствием движение образования винтовой линии П₅.

При затыловании червячных фрез с прямыми канавками (рисунок 2.1, г) на станке осуществляются следующие движения формообразования: равномерное вращение заготовки (движение резания В₁), непрерывно-повторяющиеся возвратно-поступательные перемещения резца в радиальном направлении (движение затылования П₂), равномерное перемещение суппорта параллельно оси заготовки (в продольном направлении) П₃, при затыловании червячных фрез с винтовыми канавками, к выше упомянутым движения, добавляется так же дифференциальное движение В₄.



3. Принцип образования поверхностей и методы получения их производящих линий

Реальные поверхности, образованные на твердом теле любым технологическим способом обработки материала (отливкой, прессованием, резанием, металлизацией и т. д.), имеют один общий для всех признак, состоящий в том, что всякая реальная поверхность является некоторым приближением к соответствующей геометрической (воображаемой «идеальной») поверхности. Следовательно, технологическая операция изготовления реальной поверхности уже содержит в себе процесс образования соответствующей ей геометрической поверхности, иначе говоря, содержит в себе процесс геометрического образования реальной поверхности. Под геометрической поверхностью обычно понимают след при движении одной производящей геометрической линии, называемой образующей линией, по другой производящей геометрической линии -- направляющей. Под следом понимается образуемая поверхность как непрерывное множество последовательных геометрических положений движущейся образующей линии. Следовательно, для образования любой геометрической поверхности нужны две геометрические производящие линии и их относительное движение.

Реальные поверхности на металле или на другом материале можно образовать с помощью вспомогательных тел, имеющих вспомогательные реальные поверхности, линии и точки, которые в дальнейшем будем условно называть вспомогательными материальными элементами в отличие от воображаемых, реально не существующих, называемых, также условно, геометрическими элементами. Этими реальными вспомогательными элементами и создаются при их движении геометрические производящие линии, а следовательно, и поверхности.

Относительные движения геометрических линий при образовании поверхностей являются движениями формообразования.

Следовательно, образование поверхности сводится прежде всего к образованию геометрических производящих линий, при относительных формообразующих движениях которых и создается поверхность.

Для образования поверхности на токарно-затыловочном станке модели 1811 необходимы две производящие линии (направляющая и образующая), каждая из которых может быть получена либо методом копирования, либо методом следа.

Например, при затыловании дисковых фрез (рисунок 3.1) на токарно-затыловочном станке широким резцом, образующая линия 1 получается копированием кромки инструмента и одновременного вращения заготовки - метод копирования, а направляющая линия 2 (архимедова спираль) представляет собой след оставленный резцом при поперечной подаче инструмента в радиальном направлении относительно оси заготовки, и вращении фрезы - метод следа. В результате поверхность получается методом копирования и следа, при движении формообразования Ф_х(В₁П₂).

Рисунок 3.1 Затылование дисковой фрезы 1 - образующая 2 - направляющая

При затыловании цилиндрических прямозубых фрез проходным резцом (рисунок 3.2). Образующая линия 1 получается при вращении заготовки, непрерывно повторяющимся возвратно-поступательным движении инструмента в поперечном направлении и касания фрезы вершиной резца, который оставляет след на поверхности заготовки в виде спирали архимеда, т.е. образующая линия получается методом следа. Направляющая линия 2 получается при равномерном продольном перемещении инструмента параллельно оси заготовки. Резец оставляет след на заготовки в виде прямой линии. Таким образом задняя поверхность зуба цилиндрических прямозубых фрез образуется методом следа и следа (двойного следа), при движении формообразования Ф_х(В₁П₂) и Ф_s(П₃).

Рисунок 3.2 Затылование цилиндрической прямозубой фрезы 1 - образующая 2 - направляющая

При затыловании червячных фрез с винтовыми канавками (рисунок 3.3) фасонным резцом образующая производящая линия 1 (профиль зуба фрезы) получается копированием профиля резца и вращения заготовки закрепленной в шпинделе станка, а направляющая линия 2 при сообщении резцу движения продольной подачи и касания вершиной инструмента заготовки, в результате чего образуется след на поверхности заготовки в виде винтовой линии. Следовательно задняя поверхность зуба образуется методом копирования и следа, где образующая линия получается методом копирования, а направляющая методом следа, при движении формообразования Ф_х(В₁П₂) и Ф_s(П₃В₄).

Рисунок 3.3 Затылование червячных фрез с винтовыми канавками 1 - образующая 2 - направляющая

Метод следа -- образуемая производящая линия представляет собой след, оставляемый одной точкой режущей кромки инструмента без отрыва ее от заготовки. По характеру оно может быть простым вращательным Ф(В1), если образуемая производящая линия представляет собой дугу окружности или окружность, простым поступательным Ф(П1), если образуемая производящая линия -- прямая, и сложным, если для образования производящей линии требуется два и более строго согласованных между собой движения.

Метод копирования реализуется в том случае, если форма и протяженность режущей кромки инструмента совпадают с формой и протяженностью образуемой производящей линии. При этом производящая линия получается как копия (отпечаток) режущей кромки инструмента без движения формообразования.

4. Структурная схема токарно-затыловочного станка 1811 и расчетное перемещение кинематических цепей

Для настройки кинематических цепей затыловочного станка необходимо распределить расчетные перемещения, т.е. соотношения между движениями заготовки и резца.

Рисунок 4.1 Структурная схема токарно-затыловочного станка модели 1811

4.1 Цепь привода главного движения (В1)

Конечные звенья: электродвигатель М₁ - шпиндель.

Расчетные перемещения:

Уравнение кинематического баланса в общем виде:

,

где - значения частот вращения электродвигателя М₁ и шпинделя, мин^-1;

- передаточное отношение органа настройки.

4.2 Цепь затыловочно-делительного движения (П2)

Конечные звенья: шпиндель - суппорт.

Расчетные перемещения:

Уравнение кинематического баланса в общем виде:

где z - число зубьев затылуемой фрезы;

- число рабочих участков профиля кулачка;

i_з,i_v - передаточное отношение органа настройки.

4.3 Цепь продольной подачи суппорта (П3)

Конечные звенья: шпиндель - суппорт.

Расчетное перемещение:

Уравнение кинематического баланса в общем виде:

;

где i_s - передаточное число органа настройки;

m - модуль зубьев рейки;

z - количество зубьев реечного колеса;

S - продольная подача суппорта, мм/об.

4.4 Цепь дифференциала (В4)

Конечные звенья: шпиндель - суппорт.

Расчетные перемещения:

Уравнение кинематического баланса в общем виде:

где i_в,i_диф - передаточное отношение органа настройки;

- дифференциал;

z - число зубьев затылуемой фрезы;

- число рабочих участков профиля кулачка;

P - шаг винтовой линии зуба фрезы, мм.

4.5 Цепь образования винтовой линии (П5)

Конечные звенья: шпиндель - суппорт.

Расчетные перемещения:

Уравнение кинематического баланса в общем виде:

где i_v,i_в - передаточное отношение органа настройки;

- шаг ходового винта;

- шаг винтовой канавки червячной фрезы.



5. Кинематическая схема токарно-затыловочного станка модели 1811 и уравнение балансов

Для затылования дисковых и цилиндрических фрез с прямыми канавками, используется три кинематические цепи станка: цепь главного движения, цепь затыловочно-делительного движения и цепь продольной подачи. При затыловании фрез с винтовыми канавками ко всем прочим включается цепь дифференциального движения.

Рисунок 5.1 Кинематическая схема токарно-затыловочного станка модели 1811

5.1 Кинематическая цепь привода главного движения (В1)

Привод данной цепи осуществляется по следующей кинематической цепи: двухскоростной электродвигатель M, вал ?, зубчатая пара , вал ??, тройной блок , осуществляющий от вала ?? на вал ??? три передаточных отношения ; от вала ??? на вал ?V осуществляются два передаточных отношения ,, вал ?V цилиндрическая пара , вал V; от вала V на вал V? осуществляются передаточные отношения и ; вал VI, цилиндрическая пара , шпиндель станка.

Уравнение баланса кинематической цепи главного движения запишется так:

,

где - частота вращения электродвигателя М, мин^-1: = 940 мин^-1;

- частота вращения шпинделя, мин^-1;

:

.

И составляют следующий ряд частот вращения шпинделя: 2,7; 3,96; 5,65; 7,65; 10,8; 11,3; 15,8; 16; 22,6; 30,6; 45; 64 мин^-1 шпинделя и округляются до ряда предпочтительных чисел 2,8; 4; 5,6; 8; 10; 12,5; 16; 20; 30,5; 50; 63 мин^-1, обороты двигателя составляют 940 мин^-1. При обратном вращении шпинделя двигатель переключается на число оборотов в 3 раза большее, т.е. на 2800 мин^-1; таким образом, число оборотов шпинделя увеличивается в 3 раза. [8, c.250]

5.2 Кинематическая цепь затыловочно-делительного движения (П2)

Согласует вращение шпинделя станка с вращение кулачка затылования, обеспечивает радиальное перемещения суппорта в процессе затылования.

Осуществляется при малых числах оборотов шпинделя, т.е. с применением перебора либо или по следующей кинематической цепи: шпиндель, зубчатая пара , вал V, зубчатые передачи или , вал VI, зубчатая передача , вал X, гитара сменных колес , дифференциал (), зубчатая пара , вал XIV, муфта отскока, вал XV, коническая передача , кулачок.

Уравнение кинематического баланса цепи может быть записана так:

где

при

;

[8, c.252]

5.3 Кинематическая цепь продольной подачи суппорта (П3)

Согласует вращение шпинделя с перемещением суппорта от механизма рейка - зубчатое колесо и осуществляется по следующей кинематической цепи: шпиндель, цепная передача , вал XV?II, зубчатая передача , вал XXII, тройной блок , осуществляющий передаточные отношения , , вал XXIII, передача или напрямую, ходовой вал, зубчатые передачи фартука , червячная пара , кулачковая муфта, зубчатая пара , подвижное реечное колесо с количеством зубьев z = 12, рейка неподвижная модуль m = 3 мм.

Уравнение баланса цепи продольной подачи суппорта запишется так:

где

- продольная подача суппорта, мм/об.

Обеспечивается шесть продольных подач в пределах 0,1 - 1 мм/об. [8, c.251]

5.4 Кинематическая цепь дифференциального движения (В4)

При затыловании червячных фрез, которая обеспечивает один дополнительный оборот кулачка, при продольном перемещении каретки суппорта, и осуществляется по следующей кинематической цепи: шпиндель, зубчатая пара , вал V, зубчатая пара , или вал VI, зубчатая пара , вал VIII, трензель , вал IX, гитара сменных колес , вал XVIII, коническая пара , вал XX, цилиндрическая пара , вал XXI, гитара сменных колес , червячная пара , дифференциал (i = 1), зубчатая пара , вал XIV, муфта отскока, вал XV, коническая пара 19, кулачок.

Уравнение кинематического баланса запишется так:

где

Сменные колеса гитары:

где P - шаг винтовой линии зуба фрезы, мм.

При затыловании цилиндрических фрез с винтовыми канавками кинематическая цепь примет вид: каретка суппорта, подвижная рейка (m =3 мм), неподвижное реечное колесо (z = 12), цилиндрическая пара , кулачковая муфта, червячная пара , цилиндрические пары , ходовой вал, зубчатая пара , цилиндрическая пара , коническая пара , цилиндрическая пара , гитара , червячная пара , дифференциал (i = 1), цилиндрическая пара , вал XIV, муфта отскока, вал XV, коническая пара , кулачок.

Уравнение кинематического баланса запишется так:

где

- продольная подача суппорта, мм/об.

где P - шаг винтовой линии зуба фрезы, мм. [8, c.253]

5.5 Кинематическая цепь движение образования винтовой линии (П5)

Согласует вращение шпинделя с продольным перемещением суппорта от ходового винта и осуществляется по следующей кинематической цепи: шпиндель, зубчатая пара , вал VIII, трензель , вал XI, гитара сменных колес , вал XVIII, ходовой винт с шагом t = 12 мм, суппорт.

Уравнение кинематического баланса цепи образования винторезной линии запишется так:

где

- шаг ходового винта,

- шаг винтовой канавки червячной фрезы, мм.

Отсюда сменные колеса гитары:

;

[8, c.250]



6. Расчет мощности главного привода

Мощность главного привода определяется по формуле:

где - эффективная мощность резания кВт: = 2,5 кВт;

- КПД главного привода: = 0,70 - 0,85.

Выбираем = 4 кВт, с частотой вращения электродвигателя

= 2850 об/мин.



7. Кинематический расчет главного привода

7.1 Расчет диапазона регулирования частот вращения шпинделя

Диапазон регулирования является отношением максимальной частоты вращения шпинделя к минимальной и показывает величину возможного регулирования частоты вращения:

где - диапазон регулирования частот вращения шпинделя;

- максимальная частота вращения шпинделя, мин^-1:

= 250 мин^-1;

- минимальная частота вращения шпинделя, мин^-1:

= 10 мин^-1.

7.2 Расчет знаменателя геометрического ряда частот вращения

Рассчитывается знаменатель геометрического ряда частот вращения и приводится к стандартному значению:

где - знаменатель геометрического ряда частот вращения шпинделя;

- диапазон регулирования частот вращения шпинделя: = 25;

z - число ступеней коробки скоростей: z = 8.

7.3 Округление знаменателя геометрического ряда частот до стандартного значения

Значения знаменателя геометрического ряда приводится к стандартному:

7.4 Расчет промежуточных значений частот вращения шпинделя

Промежуточные значения частот вращения шпинделя:

где - промежуточные значения частот вращения шпинделя;

- минимальная частота вращения шпинделя, мин^-1:

= 10 мин^-1;

- знаменатель геометрического ряда частот: = 1,58;

i - номер промежуточного значения частот вращения шпинделя.

7.5 Округление частот вращения шпинделя до стандартных значений

Промежуточные значение частот вращения шпинделя округляются до стандартных значений: .

7.6 Оптимизация структурной формулы множительной структуры

Структурная формула дает информацию о конструктивном и кинематическом варианте структуры. Конструктивный вариант определяет порядок расположения групповой передачи с различным числом ступеней вдоль кинематической цепи. Кинематический вариант определяет порядок переключения групповых передач, расположенных вдоль кинематической цепи.

Структурные формулы могут иметь различные варианты:

и др.

Оптимальным вариантом структурной формулы является тот, в котором число ступеней групповых передачи постепенно уменьшается, а характеристики постепенно возрастают, так как в этом случае будет постепенное увеличение крутящих моментов на валах, а соответственно увеличение модулей зубчатых колес и их размеров - только в последних передачах, т. е.

7.7 Построение структурной сетки множительной структуры

Структурная сетка - это графическое изображение множительной или сложенной структуры в соответствии со структурной формулой. Она дает информацию о числе ступеней структуры, расположении групповых передач с разными диапазонами регулирования и о числе ступеней каждой групповой передачи.

Число вертикальных линий характеризует количество частот, получаемых с помощью данной коробки скоростей, и их число равно числу ее ступеней. Количество горизонтальных линий характеризует количество валов в данной множительной структуре коробки скоростей, и их на единицу больше числа групповых передач в приводе.

В поле между соседними горизонтальными линиями с помощью лучей изображаются передачи.

В данный привод входит основная групповая передача , и на структурной сетке она изображается четырьмя лучами, расходящимися на один интервал, так как характеристика основной групповой передачи (рисунок 7.1).

Рисунок 7.1 Структурная сетка коробки скоростей токарно-затыловочного станка

Переборная групповая передача имеет характеристику, равную числу ступеней основной групповой передачи, т. е. , и она изображается двумя лучами, расходящимися на четыре интервала (см. рисунок 7.1).

Последовательность расположения основной и переборных групповых передач теоретически может быть любой, но она определяет оптимальность конструкции привода.

7.8 Определение числа делений изображающих частоту вращения электродвигателя

Число деление, изображающих частоту вращения электродвигателя:

где - частота вращения электродвигателя: мин^-1;

- минимальная частота вращения шпинделя, мин^-1:

= 10 мин^-1;

- знаменатель геометрического ряда частот: = 1,58.

7.9 Разбивка числа делений, изображающих частоту вращения электродвигателя, на отдельные групповые передачи

Разбивка числа делений на отдельные передачи производится с целью снижения частоты вращения электродвигателя до минимальной частоты вращения шпинделя .

Коэффициент диапазона регулирования рассчитывается для лимитирующей переборной групповой передачи при и :

При знаменателе геометрического ряда частот ц = 1,58 допускаются значения k ? 4, , а фактически при = 4 возможны варианты допустимых значений +m и |-m|, приведенные в таблице 7.1, при структурной формуле .

Таблица 7.1

Допустимые и возможные значения деления +m и |-m|

ц = 1,58	kmax = 4	k1 = 4
	+mmax = 1	+m = 1
	| -m|max = 3	|-m| = 3

Выбирается один из вариантов, удовлетворяющих условию k = +m + |-m|, например, вариант +m = 1 и |-m|= 3 для передачи , а остальные передачи должны иметь число делений, равное или меньше

п/п 4₁ 2₄ п/п

7.10 Построение графика частот главного привода со ступенчатым приводом

График частот строится с целью оптимизации и определения передаточных отношений. Для построения графика частот проводятся горизонтальные линии в соответствии с количеством валов привода и вертикальные линии на одинаковом расстоянии, количество которых равно числу ступеней z или целому числу делений + 1 (рисунок 7.2).

Из точки, соответствующей скорости электродвигателя , проводится первая наклонная линия, соответствующая первой постоянной передаче, на число делений 3,4 и последовательно проводятся лучи понижающих передач соответственно на 3; 3 и 3 деления до минимальной частоты вращения шпинделя Затем наносятся лучи, изображающие групповые передачи 4₁ и 2₄, количество которых равно числу ступеней передачи: z_i = 4, 2, и с расхождением их на число делений, равное их характеристикам: x_j = 4, 2. В итоге получается график частот, на котором указываются частоты вращения электродвигателя = 2850 мин^-1 и шпинделя n_j = 10 - 250 мин-¹, а также передаточные отношения передач i_j.

Рисунок 7.2 График частот вращения главного привода токарно-затыловочного станка

7.11 Определение передаточных отношений и передаточных чисел

Для подбора числа зубьев колес используется табличный метод, поэтому для понижающих передач определяются передаточные числа, а для повышающих - передаточные отношения:

где - передаточное отношение j-й передачи.

В формуле знак «+» используется для повышающих, а «-» для понижающих передач. Из графика частот следует (рисунок 7.2), что

m₁ = -3,6; m₂ = -3; m₃ = -2; m₄ = -1 ; m₅ = 0; m₆ = -3; m₇ = 1; m₈ = -3, и соответственно передаточные отношения будут:

Передаточные числа передач привода определяются по формуле:

где - передаточное число j-й передачи.

7.12 Подбор чисел зубьев зубчатых колес

Для первой постоянной передачи выполняется аналитический расчет чисел зубьев колес, например при сумме зубьев , по формуле:

где - передаточное отношение первой постоянной передачи:

- число зубьев зубчатых колес;

- суммарное число зубьев постоянной передачи:

.

Принимаются числа зубьев z₁ = 18 и z₂ = 83.

Для групповых передач используется табличный метод, при этом для понижающей передачи подбирается число зубьев шестерни, т. е. ведущего колеса, а число зубьев ведомого рассчитывается. Для повышающей передачи подбирается число зубьев ведомого колеса, а число зубьев ведущего рассчитывается. Суммы зубьев постоянных и групповых передач выбираются так, чтобы они постепенно увеличивались или в крайнем случае были равны, т. е. УZ₁ ? УZ₂? УZ₃.

Сумма чисел зубьев групповых передач выбирается предпочтительно в диапазоне УZ_j = 70-100. В связи с тем что каждая последующая групповая передача должна иметь большую сумму зубьев, чем предыдущая, для групповых передач могут быть выбраны, например, следующие суммы зубьев, удовлетворяющие передаточным числам:

УZ₂ = 99 ? УZ₃ = 99 ? УZ₄ = 99.

Для групповых передач выполняется табличный подбор чисел

зубьев колес по УZ_j, u_j и i_j :

УZ₂= 99: u₂ = 4; z₃ = 20; z₄ = УZ₂ - z₃ = 99 - 20 = 79;

u₃ = 2,5; z₅ = 28; z₆ = УZ₂ - z₅ = 99 - 28 = 71;

u₄ = 1,58; z₇ = 38; z₈ = УZ₂ - z₇ = 99 - 38 = 61;

u₅ = 1; z₉ = 50; z₁₀ = УZ₂ - z₉ = 99 - 50 = 49.

УZ₃= 99: u₆ = 4; z₁₁ = 20; z₁₂ = УZ₃ - z₁₁ = 99 - 20 = 79;

i₇ = 1,58; z₁₄ = 38; z₁₃ = УZ₃ - z₁₄ = 99 - 38 = 61.

УZ₄= 99: u₈ = 4; z₁₅ = 20; z₁₆ = УZ₄ - z₁₆ = 99 - 20 = 79.

7.13 Разработка кинематической схемы главного привода со ступенчатым регулированием

При разработке кинематической схемы главного привода применяется оптимальное расположение групповых передач с целью уменьшения размеров и исключения одновременного зацепления двух колес блока с колесами соседнего вала при переключении. Так, рабочие зоны передвижных блоков z₇-z₁₀ и z₁₂-z₁₄ располагаются друг над другом, благодаря чему уменьшаются габаритные осевые размеры привода.

Главный привод (рисунок 7.3) имеет электродвигатель М, от которого через муфту с упругим элементом вращение передается на вал I коробки скоростей и через постоянную зубчатую передачу z₁-z₂ (18/83) - на вал II, а через два подвижных двухступенчатых блока, где двухступенчатый блок и зубчатые передачи z₃-z₄ (20/79), z₅-z₆ (28/71) находятся в нейтральном положении, а блок с зубчатыми передачами z₇-z₈ (38/61) и z₉-z₁₀ (50/49) передает вращение на вал III. Далее через подвижный двухступенчатый блок и зубчатые передачи z₁₁-z₁₂ (20/79) и z₁₃-z₁₄ (61/38), вращение передается на вал IV, и через постоянную зубчатую передачу z₁₅-z₁₆ (20/79) на шпиндель, который получает 8 различных частот вращения.

Рисунок 7.3 Кинематическая схема главного привода токарно-затыловочного станка

Конечные звенья: электродвигатель М (N_э = 4 кВт, n_э = 2850 мин^-1) - шпиндель передней бабки.

Уравнение кинематического баланса:

где - передаточные отношения передач коробки скоростей.

где - частота вращения электродвигателя М, мин^-1: = 2850 мин^-1;

:

Из уравнения кинематического баланса рассчитывается частота вращения шпинделя = 9; 15; 23; 37; 57; 96; 156; 243 и округляются до ряда предпочтительных чисел 10, 16, 25, 40, 63, 100, 160, 250 мин^-1.



8. Расчет крутящих моментов на валах

8.1 Расчет крутящего момента на валу электродвигателя

Для определения крутящего момента на валу электродвигателя привода главного движения используется номинальная мощность и номинальная частота вращения:

где - мощность электродвигателя, кВт:

- номинальная частота вращения электродвигателя, мин^-1:

.

.

8.2 Расчет крутящего момента на валах привода

Крутящий момент на валах привода рассчитывается по формуле:

где - мощность электродвигателя, кВт:

- КПД участка привода от электродвигателя до соответствующего вала;

- расчетная частота вращения соответствующего вала, принимается по графику частот, мин^-1.

8.3 Расчет крутящего момента на первом валу привода

Крутящий момент на первом валу привода рассчитывается по формуле:

где - мощность электродвигателя, кВт:

- КПД участка привода от электродвигателя до 1-го вала;

- расчетная частота вращения на 1-ом валу, принимаем по графику частот, мин^-1: = 2850 мин^-1.

КПД участка привода до первого вала рассчитывается по формуле:

где - КПД зубчатой муфты;

- КПД пары подшипников;

8.4 Расчет крутящего момента на втором валу привода

Крутящий момент на втором валу привода рассчитывается по формуле:

где - мощность электродвигателя, кВт:

- КПД участка привода от электродвигателя до 2-го вала;

- расчетная частота вращения на 1-ом валу, принимаем по графику частот, мин^-1: = 630 мин^-1.

КПД участка привода до второго вала рассчитывается по формуле:

где - КПД зубчатой муфты;

- КПД пары подшипников;

- КПД зацепления зубчатых колес; .

8.5 Расчет крутящего момента на третьем валу привода

Крутящий момент на третьем валу привода рассчитывается по формуле:

где - мощность электродвигателя, кВт:

- КПД участка привода от электродвигателя до 3-го вала;

- расчетная частота вращения на 1-ом валу, принимаем по графику частот, мин^-1: = 160 мин^-1.

КПД участка привода до третьего вала рассчитывается по формуле:

где - КПД зубчатой муфты;

- КПД пары подшипников;

- КПД зацепления зубчатых колес; .

8.6 Расчет крутящего момента на четвертом валу привода

Крутящий момент на четвертом валу привода рассчитывается по формуле:

где - мощность электродвигателя, кВт:

- КПД участка привода от электродвигателя до 4-го вала;

- расчетная частота вращения на 4-ом валу, определяется по формуле:

где - минимальная частота вращения четвертого вала, мин^-1:

мин^-1;

- максимальная частота вращения четвертого вала, мин^-1:

мин^-1.

КПД участка привода до четвертого вала рассчитывается по формуле:

где - КПД зубчатой муфты;

- КПД пары подшипников;

- КПД зацепления зубчатых колес; .

8.7 Расчет крутящего момента на шпинделе

Крутящий момент на шпинделе рассчитывается по формуле:

где - мощность электродвигателя, кВт:

- КПД участка привода от электродвигателя до шпинделя;

- расчетная частота вращения шпинделя, определяется по формуле:

где - минимальная частота вращения четвертого вала, мин^-1:

мин^-1;

- диапазон регулирования частот вращения шпинделя:

КПД участка привода до шпинделя рассчитывается по формуле:

где - КПД зубчатой муфты;

- КПД пары подшипников;

- КПД зацепления зубчатых колес; .



9. Проектный расчет передач