Курсовая работа: Расчет технических параметров станков

Курсовая работа: Расчет технических параметров станков

Министерство образования РФ

Тольяттинский государственный университет

автомеханический институт

Кафедра: «Резание, станки и инструмент»

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине:

“Расчет и конструирование станков”

06.С.03.15.00.000 ПЗ

Студент: Цуркан А.В.

Группа: МСКв - 501

Преподаватель: Гомельский М.В.

Тольятти, 2006.

Содержание

1. Расчет-обоснование технической характеристики станка

2. Кинематический расчет передач проектируемого привода

3. Прочностные расчеты передач, валов, шпиндельного узла

4. Краткое описание станка в целом и подробное описание конструкции привода подач

1. Расчет-обоснование технической характеристики станка

Расчет выполнен по [1].

Определяем наименьший диаметр сверления:

Dmin = (0,25…0,3)Dmax;

где,

Dmax-наибольший диаметр сверления.

Dmin = (0,25…0,3)Dmax=(0,25…0,3)30=7,5мм.

Определяем минимальную подачу при сверлении Dmin:

При обработке самого мягкого (из заданных) материала по табл. 2.2.1:

=0,14-0,18мм, при сверлении стали <600 МПа.

Определяем максимальную подачу при сверлении Dmax:

При обработке самого мягкого (из заданных) материала по табл. 2.2.1:

=0,45-0,55мм, при сверлении стали <600 МПа.

Определяем минимальную подачу при сверлении Dmin:

При обработке самого твердого (из заданных) материала по табл. 2.2.1:

=0,13-0,15мм, при сверлении стали =800…1000 МПа.

Определяем максимальную подачу при сверлении Dmax:

При обработке самого твердого (из заданных) материала по табл. 2.2.1:

=0,32-0,4мм, при сверлении стали =800…1000 МПа.

Определяем минимальную подачу при развертывании Dmin по табл. 2.2.2:

Sminp =0,8мм, при материале режущей части инструмента из быстрорежущей стали.

Определяем максимальную подачу при развертывании Dmax по табл. 2.2.2:

Smaxp =1,2мм, при материале режущей части инструмента из быстрорежущей стали.

В качестве Smin принимаем подачу, меньшую из,,Sminp.

Следовательно, Smin=0,13мм.

В качестве Smax принимаем подачу, большую из ,,Smaxp.

Следовательно, Smax=1,2мм.

Определяем максимальную скорость резания при сверлении при обработке самого мягкого материала:

;

где,

СV, ZV, yV, m- коэффициенты и показатели степени;

Т - среднее значение периода стойкости сверл;

- минимальная подача при сверлении Dmin при обработке самого мягкого материала;

Dmin- наименьший диаметр сверления;

КV- поправочный коэффициент.

Определяем период стойкости сверла по табл. 2.2.4:

Т=25мин, для углеродистых сталей.

Определяем коэффициенты и показатели степени, зависящие от материала изделия и инструмента по табл. 2.2.3:

СV=7;

ZV=0,4;

yV=0,7;

m=0,2.

Определяем поправочный коэффициент:

КV = КMV КИV;

где,

КMV- коэффициент, учитывающий механические свойства обрабатываемого материала.

КИV- коэффициент, учитывающий материал инструмента.

.Определяем коэффициент, учитывающий механические свойства обрабатываемого материала:

КMV=1,25, для самого мягкого материала.

Определяем коэффициент, учитывающий материал инструмента:

КИV=1, для инструментальных сталей.

КV = КMV КИV=1.25*1=1.25.

м/мин;

Определяем скорость резания при максимальной мощности резания:

;

где,

Dmax- наибольший диаметр сверления;

- максимальная подача при сверлении Dmax при обработке самого мягкого материала.

Т=50мин, СV=9,8,ZV=0,4,yV=0,5,m=0,2, КMV=1,25, КИV=1;

КV = КMV КИV=1.25*1=1.25.

м/мин.

Определяем минимальную скорость резания при сверлении при обработке самого твердого материала:

;

где,

- максимальная подача при сверлении Dmax при обработке самого твердого материала.

Т=50мин, СV=9,8,ZV=0,4,yV=0,5,m=0,2, КMV=0,9, КИV=1;

КV = КMV КИV=0.9*1=0.9;

м/мин.

Определяем минимальную скорость при развертывании:

Vminp=Vpkp;

где,

Vp- скорости резания, для наибольшей подачи при диаметре развертки Dmax;

kp- поправочный коэффициент.

Vp=9,9м/мин, при Dmax=30мм и Smaxp =1,2мм.

Определяем поправочный коэффициент:

kp=0,78, для углеродистых сталей.

Vminp=Vpkp=9,9*0,78=7,72м/мин.

В качестве Vmin принимаем скорость, меньшую из Vminс и Vminp.

Следовательно, Vmin=7,72м/мин.

Определяем максимальную частоту вращения шпинделя:

об/мин.

Определяем минимальную частоту вращения шпинделя:

об/мин.

Определяем максимальный крутящий момент при сверлении самого твердого материала сверлом из быстрорежущей стали:

;

где,

CM, ZM, yM –коэффициенты и показатели степени в зависимости от обрабатываемого материала (по табл.2.2.11);

КМр– коэффициент, учитывающий влияние механических свойств стали на крутящий момент(по табл.2.2.12).

Определяем коэффициенты и показатели степени, зависящие от материала детали и инструмента:

CM=0,34;

ZM =2;

yM =0,8;

;

Нм.

Определяем крутящий момент при максимальной мощности при сверлении самого мягкого материала:

;

CM=0,34;

ZM =2;

yM =0,8;

;

Нм.

Определяем максимальную эффективную мощность при сверлении:

;

где,

nN– частота вращения шпинделя при сверлении с максимальной мощностью.

Определяем частоту вращения шпинделя при сверлении с максимальной мощностью:

об/мин;

Определяем установленную мощность электродвигателя:

;

где,

η- коэффициент полезного действия привода.

Определяем коэффициент полезного действия привода:

Принимаем предварительно= 0,75…0,8.

Определяем максимальное осевое усилие при сверлении самого твердого материала сверлом из быстрорежущей стали:

;

где,

Ср, Zp, yp-значения коэффициентов и показателей степени в формуле окружной силы. Ср=680, Zp=1, yp=0.7.

Определяем тяговую силу, необходимую для осуществления подачи:

;

где,

d- диаметр шлицев на шпинделе.

Определяем диаметр шлицев на шпинделе:

Принимается предварительно d=Dmax,следовательно, d=30мм.

Определяем коэффициент трения в направляющих пиноли и на шлицах шпинделя:

Принимаем .

2. Кинематический расчет передач проектируемого привода

В данной работе ведется проектирование коробки скоростей вертикально-сверлильного станка.

Диапазон регулирования частот ступенчатой части привода:

,

где:

nmax = 1683,7 об/мин–максимальная частота вращения шпинделя, (см. п.1.9);

nmin = 81,95 об/мин–минимальная частота вращения шпинделя, (см. п.1.8).

Таким образом,

.

Определение числа ступеней подач [6]

,

где Rn = 20,545 – см. п. 2.1;

φ – знаменатель геометрического ряда коробки подач, выбираем φ = 1,41 для вертикально-сверлильного станка;

.

Принимаем полученное значение равным: z = 11(исходя из ряда).

Выбираем значения подач из нормального ряда чисел в станкостроении [3], который соответствует выбранному знаменателю ряда:

63; 90; 125; 180; 250; 355; 500;710;1000;1400;2000 об/мин.

Построение структурной сетки

Формула структуры привода имеет следующий вид:

.

Структурная сетка привода

р1 = 2 р2 = 2 р3 = 2

х1 = 2 х2 = 3 х3 = 5

х3 = 5, так как для обеспечения 11 ступеней подач, необходимо одну перекрыть.

Рисунок 1

Разработка кинематической схемы

За основу разрабатываемой схемы коробки подач возьмем кинематическую схему станка-аналога 2А135 [4].

Кинематическая схема коробки скоростей

Рисунок 2

Построение графика подач

График подач строится в соответствии с разработанной кинематической схемы станка. Он отражает подачи всех валов привода. Для построения графика используем структурную сетку. Причем понижающие imin и повышающие imax передаточные отношения должны соблюдать условия [10]:

; .

Диапазон регулирования групповой передачи должен быть:

.

Исходя из этих условий, назначим минимальные передаточные отношения в коробке подач:

; ; .

Примем передаточные отношения одиночных передач:

; .

График подач

Рисунок 3

Назначение чисел зубьев шестерен

Числа зубьев в групповых передачах назначаем по таблице 3 [8].

Таблица 1 Числа зубьев шестерен групповых передач

Числа зубьев шестерен одиночных передач:

; .

Определим передаточное отношение i1:

Уравнения кинематического баланса

Поскольку все передаточные отношения получаются с погрешностью, значения подач также получаются неточными. Отклонение значений частот вращения не должно превышать величины:

Δ ≤ ±10ּ(φ – 1) %.

Для знаменателя φ = 1,41 эта величина составляет Δ = 4,1 %.

1) Значение подачи на графике: S = 0,18 мм/об.

Фактическое значение частоты вращения:

.

Отклонение значения подачи:

.

2) Значение подачи на графике: S = 0,25 мм/об.

Фактическое значение подачи:

.

Отклонение значения подачи:

.

3) Значение подачи на графике: S = 0,355 мм/об.

Фактическое значение подачи:

.

Отклонение значения подачи:

.

4) Значение подачи на графике: S = 0,5 мм/об.

Фактическое значение подачи:

.

Отклонение значения подачи:

.

5) Значение подачи на графике: S = 0,71 мм/об.

Фактическое значение подачи:

.

Отклонение значения подачи:

.

6) Значение подачи на графике: S = 1 мм/об.

Фактическое значение подачи:

.

Отклонение значения подачи:

.

7) Значение подачи на графике: S = 1,4 мм/об.

Фактическое значение подачи:

.

Отклонение значения подачи:

.

Отклонения значений частот вращения не выходят за пределы допустимой величины.

3. Прочностные расчеты передач, валов, шпиндельного узла

Расчет передачи колесо-рейка.

Принимаем передачу колесо-рейка, используя станок аналог 2А135.

Определяем контактные напряжения:

,

где,

M – момент на реечном колесе;

b– ширина зубчатого колеса; b=(8…12)m, принимаем b=8m=28мм;

kv– коэффициент, зависящий от скорости вращения зубчатого колеса. При V<<1м/с принимаем kv=1.

m и z– модуль и число зубьев зубчатого колеса.

где,

Q- тяговая сила, необходимая для осуществления подачи, Q=21256,5Н

(см. п. 1.21.1).

Определяем изгибные напряжения:

где,

- угол наклона зуба, для прямозубого колеса ;

y- коэффициент формы зуба, для ориентировочного расчета принимаем

y=0,1.

Исходя из полученных значений контактных и изгибных напряжений, принимаем Сталь 45, способ термической обработки закалка.

[]=1000МПа, []=250МПа.

Проверочный расчет зубчатых передач на прочность

Расчет проведем для расчетной цепи по [2] с применением специализированного САПР.

Определяем расчетные моменты на валу ведущих колес по формуле:

Где Мтяг – момент на тяговом валу, Нм, Мтяг=520,8Нм (см. п. 3.1.1);

 – коэффициент полезного действия на i-м валу, об/мин.

Расчет моментов начинаем с десятого вала; передаточные отношения на валах берем с графика подач рисунка 3:

1) i10 = 1/47;

2) i9 = 1;

3) i8 = 40/40 ;

4) i7 = 26/52;

5) i6 = 25/50;

6) i = 21/30;

7) i5 = 30/34 ;

Исходные данные для расчета зубчатых передач занесем в таблицу 2:

Для определения расчетной частоты вращения ведущего колеса и наибольшей частота вращения ведущего колеса в коробке подач возьмем значения частот вращения из структурной схемы коробки скоростей, и умножая эти значения на передаточные отношения расчетной цепи коробки подач получим нужные нам значения.

Значения частот из коробки скоростей следующие:

Определяем значения частот вращения валов в коробке подач по следующим формулам:

Значения наибольшей и расчетной частот вращения 5-го вала:

Значения наибольшей и расчетной частот вращения промежуточного вала:

Значения наибольшей и расчетной частот вращения 6-го вала:

Значения наибольшей и расчетной частот вращения 7-го вала:

Страницы: 1, 2, 3