Розрахунок приводу головного руху з АКШ та безступінчастого приводу. Розрахунок приводу поздовжньої подач

Розрахунок приводу головного руху з АКШ та безступінчастого приводу. Розрахунок приводу поздовжньої подач

План

Глава 1. Розрахунок вихідних даних

1.1 Діаметри обробки

1.2 Глибина різання

1.3 Подача

1.4 Швидкість різання

1.5 Сила різання, потужність двигуна.

Глава 2. Розрахунки кінематики приводу шпинделя зі ступеневим регулюванням

2.1 Приводи шпинделя з двошвидкісним електродвигуном та автоматизованою коробкою передач.

2.2 Розрахунок чисел зубів зубчастих передач.

2.3 Розрахунок зубчастих передач

Глава 3. Розрахунки кінематики приводу шпинделя з плавним регулюванням швидкості

3.1 Проектування кінематики приводу з плавним регулюванням швидкості

3.2 Розрахунок чисел зубів зубчастих передач.

3.3 Розрахунок зубчастих передач

Глава 4. Розрахунок та проектування шпинделя та шпиндельного вузла

4.1 Розрахунок геометричних параметрів шпинделя

4.2 Конструювання шпиндельного вузла

4.3 Розрахунок радіальної жорсткості шпинделя, розвантаженого від згинного моменту

4.4 Розрахунок осьової жорсткості шпинделя, розвантаженого від згинного моменту

4.5 Розрахунок точності підшипників шпиндельного вузла

Глава 1. Розрахунок вихідних даних

1.1 Діаметри обробки

- приймаємо

- приймаємо де - висота центрів верстата, який проектується, мм - діаметри заготовки, мм

1.2 Глибина різання

,

де - для чавуну та бронзи; для сталей: - міжцентрова відстань, мм; - діаметр обробки, мм;

1.3 Подача

,

де - діаметр обробки, мм.

1.4. Швидкість різання

де - розраховується для чистового точіння при:

– найменшій глибині різання ;

– стійкості різального інструмента ;

– коефіцієнті для твердого сплаву;

– коефіцієнті ; (показники ступенів , та -для твердого сплаву);

– подача для чистової обробки вибирається з довідника.

де - розраховується при:

– найбільшій глибині різання ;

– стійкості різального інструмента ;

– коефіцієнті швидкорізальної сталі;

– коефіцієнті ; (показники ступенів , та -для швидкорізальної сталі);

Для токарно-гвинторізних і розточувальних верстатів найменша частота обертання шпинделя перевіряється для випадку нарізання різі різцем ():

Частоти обертання шпинделя:

1.5 Сила різання, потужність двигуна.

Приймаємо де - для твердосплавного інструменту;

- головна складова сили різання, Н;

- проектна глибина при чорновому точінні, мм;

- подача, яка відповідає проектній глибині різання, мм/об;

- швидкість різання при чорновій обробці, м/хв.;

- для умов чорнової обробки, ;

- визначають за довідниками.

де - ефективна потужність, кВт.

Необхідна потужність електродвигуна:

,

де - коефіцієнт, який враховує потужність, що витрачається на рух подачі ;

- потужність холостого ходу верстата, кВт.

Глава 2. Розрахунки кінематики приводу шпинделя зі ступеневим регулюванням

При відомих найбільшій та найменшій частотах обертання шпинделя кількість ступенів можна визначити за формулою:

,

де - діапазон частот обертання шпинделя.

Розрахунок починаємо з знаменника ряду :

- умова не забезпечується.

Проводимо розрахунок з знаменником ряду :

- умова виконується.

Одержане значення округлюємо до

2.1 Приводи шпинделя з двошвидкісним електродвигуном та автоматизованою коробкою передач.

Конструктивний варіант для випадку буде мати вигляд:

,

при цьому двошвидкісний двигун виконує роль першої структурної групи. Для доцільно вибирати двигун з діапазоном частот обертання вала .

Розширити діапазон регулювання АКП (і одночасно уникнути повторюваності частот) можна за рахунок використання вузла зворотного зв'язку.

Будуємо картину частот, прийнявши об/хв., об/хв.

2.2 Розрахунок чисел зубів зубчастих передач.

З картини частот обертання шпинделя беремо передаточні відношення для кожної групи і виражаємо їх неправильним дробом.

Для І-ої групи:

, ,

;

Розраховуємо мінімальне значення коефіцієнта корегування сумарного числа зубів у передачі:

,

де - найменша можлива кількість зубів в приводах головного руху верстатів, ;

- сума чисельника та знаменника найменшого передаточного відношення і групі;

- чисельник найменшого передаточного відношення в групі;

Маємо:

Розраховуємо сумарну кількість зубів в кожній зубчастій передачі в групі:

,

Розраховуємо числа зубів ведучого та веденого коліс в кожній передачі:

Для ІІ-ої групи:

, ,

;

Розраховуємо мінімальне значення коефіцієнта корегування сумарного числа зубів у передачі:

,

Розраховуємо сумарну кількість зубів в кожній зубчастій передачі в групі:

,

Розраховуємо числа зубів ведучого та веденого коліс в кожній передачі:

Для ІІІ-ої групи:

, ,

;

Розраховуємо мінімальне значення коефіцієнта корегування сумарного числа зубів у передачі:

,

Розраховуємо сумарну кількість зубів в кожній зубчастій передачі в групі:

,

Розраховуємо числа зубів ведучого та веденого коліс в кожній передачі:

Оскільки , кількість зубців в І-й групі збільшуємо до

2.3 Розрахунок зубчастих передач

Орієнтовно модуль зубчастих передач в групі розраховується для пари з найменшим передаточним відношенням:

де N - потужність електродвигуна, кВт;

- допустиме навантаження, Н/мм2;

- розрахункова частота обертання колеса, хв-1;

- коефіцієнт ширини зубчастого колеса, ;

- кисло зубців колеса;

- коефіцієнт форми зубців;

- коефіцієнт швидкості.

Модуль в І-й групі:

,

Приймаємо m=3.

Модуль в ІІ-й групі:

,

Приймаємо m=6.

Модуль в ІІІ-й групі:

,

Приймаємо m=4.

Розраховуємо міжосьові відстані

:

,

,

.

Визначаємо діаметри та ширину зубчастих коліс і діаметри валів, , .

Для І-ої групи:

Для ІІ-ої групи:

Для ІІІ-ої групи:

Оскільки , тобто не виконується умова монтажу, змінимо сумарну кількість зубців в парах (кратно передаточним відношенням), не виходячи за .

Збільшимо сумарну кількість зубців в ІІІ-ій групі в 2 рази, а в ІІ-ій - зменшимо в 2 рази, тоді міжосьові відстані матимуть значення:

Діаметри зубчастих коліс в ІІ-й та ІІІ-й групах:

Тепер умова монтажу виконується: .

Ширина зубчастих коліс:

Діаметри валі приймаємо орієнтовно :

Креслення ескізної розгортки коробки швидкостей:

Глава 3. Розрахунки кінематики приводу шпинделя з плавним регулюванням швидкості

Привод шпинделя з плавним регулюванням швидкості в сучасних металорізальних верстатах складається в більшості випадків з багатошвидкісного електродвигуна постійного струму серії 4П.

При проектуванні кінематики приводу шпинделя з без ступеневим регулюванням попередньо вводять обмеження на передаточні відношення кінематичних передач (зубчастих, пасових).

або

При розрахунках приводів з без ступеневим регулюванням швидкості знаменник ряду приймають .

З метою зменшення габаритів механічної частини приводу знижувальні передаточні відношення на практиці обмежують . У зв'язку з тим, що пасові передачі в металорізальних верстатах завжди знижувальні, обмеження в цих передачах проводиться тільки найменшого значення. В практиці проектування воно складає:

або

3.1 Проектування кінематики приводу з плавним регулюванням швидкості

Вихідні дані данні беремо з глави 1.

Діапазон регулювання шпинделя при N=const:

Необхідний діапазон регулювання електродвигуна в зоні N=const:

– з 2-швидкісним перебором: , ;

– із 3-швидкісним перебором: , ;

– з 4-швидкісним перебором: , .

Вибираємо двигун для 4-щидкісного перебору з , , , , .

Передаточне відношення пасової передачі:

Приймаємо дві пасові передачі з допустимим передаточним відношенням:

;

Загальне найбільше передаточне відношення перебору:

Враховуючи обмеження приймаємо:

;

Перераховуємо передаточне відношення пасової передачі:

, .

Найменші передаточні відношення:

Перевірка крутного моменту:

;

;

За розрахованими параметрами кінематики будуємо картину частот обертання шпинделя з двома пасовими передачами та 4-швидкісним перебором.

3.2 Розрахунок чисел зубів зубчастих передач

З картини частот обертання шпинделя беремо передаточні відношення для кожної групи і виражаємо їх неправильним дробом.

Для І-ої групи:

, ,

;

Розраховуємо мінімальне значення коефіцієнта корегування сумарного числа зубів у передачі:

,

де - найменша можлива кількість зубів в приводах головного руху верстатів, ;

- сума чисельника та знаменника найменшого передаточного відношення і групі;

- чисельник найменшого передаточного відношення в групі;

Маємо:

Розраховуємо сумарну кількість зубів в кожній зубчастій передачі в групі:

,

Розраховуємо числа зубів ведучого та веденого коліс в кожній передачі:

Для ІІ-ої групи:

, ,

;

Розраховуємо мінімальне значення коефіцієнта корегування сумарного числа зубів у передачі:

,

Розраховуємо сумарну кількість зубів в кожній зубчастій передачі в групі:

,

Розраховуємо числа зубів ведучого та веденого коліс в кожній передачі:

3.3 Розрахунок зубчастих передач

Орієнтовно розраховуємо модулі зубчастих передач для кожної групи.

Модуль в І-й групі:

,

Приймаємо m=4.

Модуль в ІІ-й групі:

,

Приймаємо m=4.

Розраховуємо міжосьові відстані

:

,

,

Визначаємо діаметри та ширину зубчастих коліс і діаметри валів, , .

Для І-ої групи:

Для ІІ-ої групи:

Ширина зубчастих коліс:

Креслення ескізної розгортки коробки швидкостей:

Глава 4. Розрахунок та проектування шпинделя та шпиндельного вузла

Шпиндель та шпиндельний вузол є найбільш відповідальними елементами металорізального верстата. У зв'язку з цим, до шпинделя та його опор при розрахунках та проектуванні пред'являються підвищені вимоги: перевірка на міцність, перевірка на жорсткість та податливість, перевірка на вібростійкість та биття тощо.

4.1 Розрахунок геометричних параметрів шпинделя

Діаметр отвору шпинделя приймаємо

де - швидкісний коефіцієнт;

- найбільша проектна частота обертання шпинделя, хв-1;

- діаметр передньої опори, мм;

- діаметр задньої опори, мм;

- відстань між опорами, мм;

- довжина передньої консолі, мм;

- діаметр шпинделя між опорами, мм;

4.2 Конструювання шпиндельного вузла

Шпиндельні вузли металорізальних верстатів проектуються в більшості випадків з підшипниками кочення в опорах. Використовують в опорах як кулькові, так і роликові підшипники. Підшипники опор повинні витримувати радіальне та осьове навантаження, що діють на шпиндель в процесі роботи верстата. Для протидії осьовому навантаженню упорні підшипники можна проектувати як в передній, так і в задній опорах. Використання радіально-упорних або упорних підшипників в передній опорі більш ефективне, тому що розвантажує шпиндель від осьових сил різання, але при цьому ускладнюється конструкція та розміри передньої опори.

Спеціальні роликові шпиндельні підшипники проектують в опорах шпинделів при максимальній частоті обертання 2000…2500 обертів за хвилину. Вкорочені циліндричні ролики підвищують допустиму швидкість обертання.

Передній кінець шпинделя повинен мати строго стандартизовані як форму, так і розміри.

4.3 Розрахунок радіальної жорсткості шпинделя, розвантаженого від згинного моменту

В процесі роботи металорізального верстата геометрична вісь шпинделя змінює своє положення внаслідок податливості опор від дії сил різання , згинних моментів та зсуву від поперечних сил. Фактичне положення геометричної осі шпинделя буде залежати від жорсткості шпиндельного вузла, яка може бути визначена за принципом суперпозиції.

Розрахункова схема:

Реакції в опорах:

;

;

Пружне переміщення тіл кочення та кілець підшипників в передній опорі:

.

Контактна деформація посадочних поверхонь підшипника і корпуса:

.

Жорсткість передньої опори:

.

Податливість передньої опори:

.

Пружне зближення тіл кочення та кілець підшипників в задній опорі:

.

Контактна деформація підшипників і корпуса задньої опори:

Жорсткість задньої опори:

.

Податливість задньої опори:

.

Переміщення переднього кінця шпинделя від згинних навантажень:

,

де - момент інерції шпинделя між опорами;

- момент інерції консолі;

- коефіцієнт защемлення;

.

Переміщення переднього кінця шпинделя за рахунок податливості опор:

Переміщення переднього кінця шпинделя від зсуву за рахунок поперечних сил:

,

де - модуль зсуву,

- площа перерізу консолі шпинделя, мм2;

- площа перерізу шпинделя між опорами, мм2;

Радіальна жорсткість шпиндельного вузла:

,

.

Радіальне переміщення шпинделя в точці заміру жорсткості:

4.4 Розрахунок осьової жорсткості шпинделя, розвантаженого від згинного моменту

Осьову жорсткість шпинделя розраховують за осьовою силою, що діє на шпиндель.

Приймаємо осьове навантаження від сил різання:

Пружне переміщення тіл кочення та кілець підшипника передньої опори:

де - кількість кульок підшипника;

- діаметр кульок.

Контактна деформація стиків задньої опори в місцях дотику:

де - площа контакту дотику;

- діаметр корпусу в зоні дотику, мм;

- внутрішній діаметр підшипника, мм;

- коефіцієнт деформації дотику.

Осьова жорсткість шпиндельного вузла:

.

Кут нахилу шпинделя в передній опорі:

.

4.5 Розрахунок точності підшипників шпиндельного вузла

у зв'язку з тим, що шпиндельний вузол є визначальним за точністю металорізального верстата, виникає необхідність провести розрахунки точності підшипників в шпиндельних опорах. Пов'язані ці розрахунки з визначенням биття осі шпинделя в опорах.

Приймаємо коефіцієнт , для верстатів нормальної точності.

Биття переднього кінця шпинделя:

;

У зв'язку з тим, що при експлуатації верстата биття в підшипниках збільшується в розрахунках приймають:

;

Биття осі шпинделя в передній опорі:

;

Биття осі шпинделя в задній опорі: