Модернизация коробки скоростей токарно-винторезного станка повышенной точности ФТ-11 с целью увеличения скорости вращения шпинделя на 10%

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Д.М. СЕРИКБАЕВА

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине «Металлорежущие станки»

Тема работы: «Модернизация коробки скоростей токарно-винторезного станка повышенной точности ФТ-11 с целью увеличения скорости вращения шпинделя 10%»

Выполнил

Бауржнова А.Б

Проверил:

Капаева С.Д

Усть-Каменогорск 2016 год



Содержание

Введение

1. Назначение и область применения станка ФТ11

2. Техническая характеристика станка

3. Назначение основных узлов станка

4. Механико-кинематические расчеты

5. Расчёт зубчатых колёс на прочность

6. Расчёт валов коробки скоростей и выбор подшипников

7. Определение реакций опор и проверка долговечности подшипников

8. Проверка прочности шпоночных соединений

Литература



Введение

Металлорежущие станки при их высокой производительности точности и универсальности являются одним из основного технологического оборудования для обработки деталей.

Главным направлением станкостроения является комплексная автоматизация всего машиностроительного производства.

В условиях крупносерийного и массового производства комплексная автоматизация обработки деталей решается на основе использования станков - автоматов и автоматических поточных линий.

В условиях мелкосерийного производства основой для комплексной автоматизации являются гибкие станочные системы. В подобных станочных системах технологическое и вспомогательное оборудование связано единым управлением посредством компьютеризации управления.

Используя принципы агрегатирования и унификации, металлорежущие станки можно разделять, объединять в автоматические станочные системы с реализацией принципов числового программного управления.

При автоматизации вспомогательных операций необходима связь станка с устройствами, обеспечивающими периодическое либо непрерывное поступление в зону обработки новых деталей и инструмента. В условиях массового производства сокращение времени на изготовление детали идёт за счёт уменьшения вспомогательного времени. Так как вспомогательное время включает в себя переналадку и наладку оборудования, смену инструмента, измерение размеров деталей, то, по возможности, это время необходимо сокращать, используя специализированную технологическую оснастку.

Модернизация токарно-винторезного станка, рассматриваемая в настоящем курсовом проекте, даёт возможность использования оптимальных режимов резания, увеличения номенклатуры обрабатываемых деталей, уменьшения вспомогательного времени.



1. Назначение и область применения станка ФТ11

Станок токарно-винторезный повышенной точности модели ФТ-11 предназначен для выполнения широкого круга токарных работ на чистовых и получистовых режимах.

Станок обеспечивает нарезание метрической, дюймовой, модульной и питчевой резьб, а при сокращенной кинетической цепи (прямое включение ходового винта без коробки подач), дает возможность производить нарезание нестандартных резьб при соответствующей настройке коробки передач. Автоматическое управление скоростями вращения шпинделя позволяет производить переключение скоростей на ходу и тем самым уменьшает непроизводительные потери времени.

На станке возможна обточка конусов без применения конусной линейки путем механического перемещения верхнего суппорта.

Не рекомендуется использовать станок при черновой обработке.

2. Техническая характеристика станка

1.Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки над станиной, мм 500

2.Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки над суппортом, мм 260

3.Наибольшая длина обрабатываемой заготовки, мм 2000

4.Наибольшее допустимое усилие резания, Н 16000

5.Пределы частоты вращения шпинделя об/мин:

прямого 10-2000

обратного 50-2000

6.Пределы продольных подач мм/об 0,05-10,6

7.Пределы поперечных подач мм/об 0,025-5,3

8.Пределы шагов нарезаемых резьб:

метрической, мм 0,5-112

дюймовой (число ниток на 1дюйм) 56-0,25

модульной, питчевой ( в питчах ) 56-0,25

9.Диаметр отверстия в шпинделе, мм 66

10.Мощность электродвигателя главного движения, кВт 11

11 .Вес станка, кг. 3445

12.Габариты танка, мм:

длина 3850

высота 1370

ширина 1435

13.Количество скоростей шпинделя:

прямого вращения 21

обратного вращения 9

3. Назначение основных узлов станка

Станина.

Станина станка жесткой конструкции с диагональными ребрами, двумя призматическими и двумя плоскими направляющими. Направляющие подвергнуты термообработке с последующей шлифовкой. Передняя и задняя направляющие служат для перемещения каретки и защищены от воздействия внешней среди телескопическими щитками. Средине направляющие служат для перемещения задней бабки. Станина устанавливается на тумбах, между которыми расположено корыто для сбора стружки.

Автоматическая коробка скоростей.

Автоматическая коробка скоростей имеет 9 прямых и 3 обратных ступеней чисел оборотов. Переключение скоростей осуществляется с помощью 7 электромагнитных муфт. АКС располагается на плите, закрепленной на задней стенке левой тумбы. Движение на входной вал коробки скоростей с электродвигателя осуществляется клиноременной передачей, а с выходного вала АКС на шпиндельную бабку передастся с помощью плоскозубчатого ремня.

Шпиндельная бабка.

Шпиндельная бабка представляет собой редуктор, позволяющий получать три диапазона скоростей шпинделя со следующим кинематическим соотношением входного числа оборотов к выходному: 1:1; 1:4; 1:16.

Шпиндель разгружен от действия радиальных сил ременной передачи и смонтирован на высокоточных цилиндрических роликоподшипниках и радиально-упорных шарикоподшипниках. Он получает вращение от АКС через зубчатую ременную передачу.

Задняя бабка.

Задняя бабка закрепляется эксцентриковым зажимом с помощью рукоятки при легких работах и дополнительно винтами при тяжелых работах.

Для облегчения перемещения и предотвращения износа направляющих, задняя бабка снабжена пневмооборудованием. Сжатый воздух от сети через фильтр (влагоотделитель), маслораспылитель, трехходовой клапан и систему отверстий и канавок, подается между сподком задней бабки и направляющими станины, образуя воздушную подушку.

Ежедневно перед началом работы необходимо спустить влагу из фильтра, повернув вороток установленный в его нижней части. Один раз в 2--3 месяца фильтр снимать для очистки и промывки. В маслораспылитель, по мере израсходования, заливать индустриальное масло марки И20А по ГОСТ 20799-75.

Коробка подач

Коробка подач станка позволяет получать величины и диапазон подач суппорта, шагов метрических, дюймовых, модульных и питчевых резьб. В табл. 5, помещенной на передней стенке шпиндельной бабки,, указаны все возможные величины продольных и поперечных подач, а так же шаги резьб нормальной точности, полученные при помощи механизма коробки подач и соответствующих настроек гитары.

На кожухе, закрывающем гитару, помещена: табл. 6 настроек на резьбы повышенной точности.

Резьбы повышенной точности нарезаются при более короткой кинематической цепи -- напрямую (без коробки подач), т.е. путем настройки гитары на каждый шаг резьбы.

Для выбора вида обработки: 1) подача; 2) метрическая или модульная резьба; 3) дюймовая или питчевая резьба; 4) прямое включение ходового винта -- служит средняя рукоятка коробки подач, имеющая в положениях особые символы.

Фартук

Механизмы фартука обеспечивают перемещение каретки и суппорта в четырех направлениях в ускоренном и рабочем режимах. Для предотвращения самопроизвольного включения поперечного перемещения при выключенном продольном перемещении в фартуке имеется блокировочное устройство, установленное в рукоятке включения перемещения. В фартуке имеется также блокировочное устройство для предотвращения одновременного включения рукоятки перемещения и рукояки маточной гайки.

Регулировка положения полугайки маточной гайки обеспечивается специальными винтами, установленными на стенке корпуса фартука.

Фартук снабжен предохранительной муфтой, которая срабатывает в случае превышения допустимой осевой нагрузки.

Механизм фартука обеспечивает обработку деталей по жесткому упору, который устанавливают на станине.

Каретка, верхний суппорт.

Механизмы каретки и верхнего суппорта обеспечивают подачу инструмента в поперечном направлении. Механическая подача верхнего суппорта осуществляется при выдвинутом положении кнопки, и зафиксированном от вращения винте. Обработка конических поверхностей с применением механической подачи верхнего суппорта возможна при установке верхней части суппорта на соответствующий угол и закрепление его специальными винтами.

Каретка снабжена лимбом поперечной подачи, который позволяет вести непосредственный отсчет перемещений суппорта относительно оси центров станка.

Для предотвращения смешения каретки при торцевой обработке предусмотрено закрепление ее относительно станины специальным ввитом через планку.

При механической подаче, возможны перемещения верхнего суппорта только до крайних положений, ограниченных рисками.

Резцедержатель.

Корпус резцедержателя фиксируется на зубьях плоского кольца, закрепленного на верхнем суппорте.

Разжим, поворот и фиксация резцедержателя осуществляется поворотом рукоятки, сначала против часовой стрелки, а после выбора нужной позиции зажим производится поворотом рукоятки по часовой стрелке.

Конструкция резцедержателя обеспечивает надежную защиту встроенных деталей от попадания грязи и эмульсии.

4. Механико-кинематические расчеты

Для проведения модернизации токарно-винторезного станка ФТ-11 повышенной точности изменим параметры зубчатого зацепления на первом и втором валах. Максимальная частота вращения станка до модернизации nmax=2000 об/мин; после модернизации частота вращения шпинделя

nmaxН=2000х1,1=2200 об/мин

Исходя из кинематической схемы, определяем:

Межосевое расстояние между валами оставляем прежним, (а=94,5мм), модуль зацепления m=2,25 мм также не изменяется, следовательно, суммарное число зубьев также не изменилось:

?Z=42+42=84.

После модернизации суммарное число зубьев равно 84, но изменится число зубьев каждого из двух зубчатых колёс. Число зубьев шестерни

Примем Z1=40, тогда

Z 2=Z?-40 = 84-40 =44

Фактическое передаточное отношение і = 44/40 =1,1, отклонение от первоначального значения. станок вал подшипник шпоночный

Делительные диаметры новой пары:



Межосевое расстояние:

то есть межосевое расстояние не изменилось.

Ширина венца колеса

мм,

принимаем b2=30мм.

Ширина шестерни

b1= b2 + 5=30+5=35мм.

Силовой расчет

Определение вращающих моментов на валах коробки скоростей. Крутящие моменты:

на валу электродвигателя:

,

где N - мощность электродвигателя;

п - частота вращения электродвигателя

,

Формула для расчета крутящих моментов на валах:



где Ti - рассчитываемый крутящий момент;

ii - передаточное отношение рассчитываемой ступени;

зi - КПД рассчитываемой ступени.

-первый вал

- второй вал

КПД пары цилиндрический зубчатых колес ;

коэффициент учитывающий потери пары подшипников качения , по заданной схеме число пар подшипников К= 2

-третий вал

-вал шпинделя

Частота вращения п и угловые скорости валов:

-вал электродвигателя:

п ДВ=1450 об/мин, ДВ=151,77 рад/с

- первый вал:

п 1= п ДВ* i 1=1450*0,98=1421об/мин,

1=151,77*0,98=148,7 рад/с

- второй вал:

п 2= п1* i2-1=1450*44/40=1805 об/мин

2=151,77*44/40=192,79 рад/с

-третий вал:

п 3= п2* i3-2=1805*44/40=2293 об/мин

3=192,79*44/40=244,9 рад/с

-вал шпинделя:

пшп= п3* i3-4=2293*160/144=2200 об/мин

шп=244,9*160/144=272 рад/с

5. Расчёт зубчатых колёс на прочность

Выбор материалов для зубчатых колёс.

Выбираем материалы со средними механическими характеристиками:

- для шестерни сталь 40Л, термическая обработка - нормализация, твердость НВ1 163;

- колёса сталь 40, НВ1 154;

Допускаемые контактные напряжения:

где [SH] = 1,1 - коэффициент безопасности;

KHL =1 - коэффициент долговечности.

- для шестерни

- для колеса

Для прямозубых колёс принимаем для расчётов меньше из двух значений :

Допускаемые напряжения изгиба:

где предел контактной выносливости при изгибе соответствующий базовому числу циклов.

Коэффициент безопасности ,

где = 1,75*1,3=2,28

= 1 - коэффициент долговечности при изгибе.

- для шестерни

- для колеса

Проверка контактных напряжений.

Определяем коэффициент ширины шестерни по диаметру:

Окружная скорость колес и степень точности передачи:

при такой скорости для косозубых колес следует принять 8-ю степень точности по ГОСТ 1643-81.

Расчетное контактное напряжение, МПа:



МПа

Перегрузка =((344-430)/430)*100%=-2.5<5%

Силы, действующие в зацеплении:

Окружная сила

Радиальная сила

В зацеплении колёс первого и второго вала действуют силы:

Окружная сила

Радиальная сила

Проверка зубьев колёс на выносливость при изгибе.

Определяем коэффициент нагрузки

при = 0,42 НВ 350 и симметричного расположения колес относительно опор

Для передач с

Таким образом .

Коэффициент формы зуба зависит от числа зубьев:

- для колеса

- для шестерни

Определяем отношение :

- для шестерни 163/3,73 = 43,7МПа

-для колеса 154/3,61 = 42,7Мпа

Дальнейший расчёт ведём для зубьев колеса, т.к. 42,7<43,7



6. Расчёт валов коробки скоростей и выбор подшипников

Диаметры модернизированных валов определяем по формуле:

где допускаемое напряжение =15…20Мпа, для валов из конструкционных углеродистых сталей марки 35,40,45.

- вал первый,

до модернизации стоял вал диаметром 45, поэтому мы его оставим без изменения.

Принимаем диаметр под подшипники первого вала 45мм и выбираем для него подшипники радиальные №309, размеры 45х100х25мм, динамическая грузоподъёмность С=52,7 кН,

Диаметр вала под зубчатое колесо dK= dB1 + 3r=45+3*2=51мм,

Принимаем dK=52мм.

- вал второй,

до модернизации стоял вал диаметром 35, поэтому мы его оставим без изменения.

Принимаем диаметр под подшипники первого вала 35мм и выбираем для него подшипники радиальные №307, размеры 35х80х21мм, динамическая грузоподъёмность С=33,2 кН

7. Определение реакций опор и проверка долговечности подшипников

Расчёты для первого вала

Исходные данные:

,

, ,

l1 =30мм, l2 =60мм, l3 =265мм,

Реакции опор в горизонтальной плоскости:

?МВ0

?МA1

Проверка:

RX1-Ft1- FM + RX2 = 1288,79-421,45-1545,5+677,71=0



Реакции опор в вертикальной плоскости

Проверка:

Ry1-Fr1- + Ry2=301,52-369,79+68,27=0

Суммарные реакции опор:

,

,

По спецификации имеем для данного вала шарикоподпишники радиальные №309, размеры 45х100х25мм, динамическая грузоподъёмность С=52,7 кН.

Проверяем подшипники по более нагруженной опоре 1.

Эквивалентная нагрузка

Расчётная долговечность подшипников

Долговечность в часах



Долговечность подшипников обеспечена.

8. Проверка прочности шпоночных соединений

Размеры сечения шпонок выбирают в зависимости от диаметра вала. Так как длиной шпонки уже задались, выполняем проверочный расчет соединений на смятие

Допускаемые напряжения смятия при стальной ступице

= 100…120 МПа, при чугунной = 50…70 МПа.

Первый вал d=40мм, bxh=18x6, tl=3,5 мм, l=20 мм.

d=40мм, bxh=8x7, tl=4 мм, l=20 мм.

d=25мм, bxh=3x3, tl=1 мм, l=28 мм.

Второй вал: Если шпонки на первом валу выдержали, то на втором тоже, так как момент меньше.

Прочность шпоночных соединений обеспечена.



Литература

1 Бравичев В.А. Металлорежущие станки. - М.: Машиностроение, 1995.

2 Металлорежущие станки. /Под редакцией проф. В К. Тепинкичиева - М.: Машиностроение, 2003.

3 Чернов Н.Н. Металлорежущие станки. М.: Машиностроение, 1998.

4 Колен И.С. Металлорежущие станки. - М.: Машиностроение, 1985.

5 Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя в

3-х томах. - М.: Машиностроение, 1985.

6 Металлорежущие станки. /Под редакцией проф. В.Э. Пуша - М.: Машиностроение, 1986.

7 Справочник технолога-машиностроителя. /Под ред А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. В 2-х томах. - М.: Машиностроение, 1985.

8 Детали и механизмы металлорежущих станков. / Под ред. д.т.н, проф. Д. Н. Решетова. - М.: Машиностроение, 1982.

9 Проников А.С., Камышный Н.И. Металлорежущие станки и автоматы. -М.: Машиностроение, 1999.

Размещено на Allbest.ru