Донецкий Национальный Технический

Донецкий Национальный Технический

Университет

кафедра " Металлорежущие станки и инструмент "

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: " Металлообрабатывающее оборудование"

на тему: "Проектирование привода коробки скоростей металлорежущего станка"

 

Выполнил:

ст. гр. МС-99 а

Прохорова Н.В.

Проверил Петтик Ю.В.

 

Донецк 2002

ЗАДАНИЕ

 

Спроектировать привод коробки скоростей металлорежущего станка по исходным данным:

1. Тип станка – вертикально-сверлильный.

2. Основной размер – d = 20мм.

3. Разрабатываемый привод – главного движения.

4. Предельные значения – n_min = 18об/мин; n_max = 1000об/мин.

5. Знаменатель прогресии – 1,41.

6. Примечания – ЧПУ.

 

РЕФЕРАТ

 

Пояснительная записка содержит: стр.29, рис. 12, табл. 4, источников 10, приложения 3.

В работе приведен анализ возможностей вертикально-сверлильного станка, особенности и требования, предъявляемые к коробкам скоростей. Проанализированы кинематические схемы привода и выбран оптимальный вариант компоновки кинематической схемы привода станка.

Приведен кинематический и силовой расчет привода, расчет на прочность основных деталей проектируемого узла.

Выбран материал валов и зубчатых колес. Приведен выбор шлицевых соединений, подшипников, описана система смазки и управления.

Объект проектирования - коробка скоростей вертикально-сверлильного станка.

Цель работы - проектирование оптимального привода станка.

ПРИВОД, СТРУКТУРНАЯ СЕТКА, ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА, ВАЛ, ПОДШИПНИК, НАПРЯЖЕНИЕ.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И НАЗНАЧЕНИЕ ВЕРТИКАЛЬНО-СВЕРЛИЛЬНЫХ СТАНКОВ

1.1 Общие сведения о вертикально-сверлильных станках

1.2 Особенности привода скоростей вертикально-сверлильного станка

2. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА СТАНКА

2.1 Выбор диапазона регулирования и числа ступеней передач коробки скоростей

2.2 Разработка и построение структурной сетки и графика чисел оборотов

2.3 Подбор чисел зубьев

2.4 Разработка кинематической схемы привода

2.5 Расчет погрешностей кинематических цепей станка

3. СИЛОВОЙ РАСЧЕТ КОРОБКИ СКОРОСТЕЙ

3.1 Расчет коэффициента полезного действия станка и мощности главного электродвигателя

3.2 Расчет крутящих моментов на валах

3.3Расчет на прочность зубчатых колес

3.4 Расчет геометрических параметров зубчатых колес

3.5 Уточненный расчет вала

4. ВЫБОР ПОДШИПНИКОВ

5. ВЫБОР ШПОНОК

6. ВЫБОР СИСТЕМЫ СМАЗКИ

7. ВЫБОР СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Приводы металлорежущих станков выполняют широкий спектр движений: рабочих, вспомогательных, установочных и т.д.

При этом перемещается инструмент или заготовка. Кинематические и силовые характеристики коробки скоростей должны обеспечить требуемые значения величины скоростей при обработке на станке различных деталей из различных деталей с различными физико-механическими свойствами.

Движение на коробку скоростей передается от электродвигателя через клиноременную передачу.

К приводам станков, с учетом технологического назначения станка предъявляются специальные требования – по передаче усилий, обеспечению постоянства скоростей, быстродействию, габаритным размерам, удобства управления.

 

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И НАЗНАЧЕНИЕ ВЕРТИКАЛЬНО-СВЕРЛИЛЬНЫХ СТАНКОВ

 

Подбор чисел зубьев

 

Для подбора чисел зубьев воспользуемся графиком чисел оборотов (рис.2.3) и значениями передаточных отношений I между звеньями коробки главного движения.

Передаточные отношения:

 

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

 

Подбираем числа зубьев [5,стр.121,табл.3]:

 

z₁ = 23; z₅ = 80; z₉ = 30; z₁₃ = 60; z₁₇ = 33;

z₂ = 46; z₆ = 21; z₁₀ = 60; z₁₄ = 30; z₁₈ = 67;

z₃ = 28; z₇ = 67; z₁₁ = 45; z₁₅ = 20;

z₄ = 41; z₈ = 34; z₁₂ = 45; z₁₆ = 80;

Таблица 3.3.1 - Исходные данные для расчета модуля и результаты расчета

Валы	Передат. отношение	Крутящ.момент Мкр Н/м	Ст.точности Исполн.вала	Число передач в группе	Материал зубч.колес	Частота вращ. шестерни	Расч. знач		m мм
							Мизг	Мкон
I – II	28/41=1/1.41	40,21	Точная (7); ближе к входному валу	2	40Х Закалка объемная	710	0,76	0,85	3
II – IV	21/80=1/4	56,35	Точная (7); ближе к входному валу	1	40Х Закалка объемная	500	1,2	1,5	2,5
IV – V	45/45=1	222,5	Точная (7); ближе к входному валу	3	40Х Закалка объемная	125	2,99	2,64	3
V – III	20/80=1/4	219,63	Точная (7); ближе к выходному валу	2	40Х Закалка объемная	125	1,95	2,27	2,5
II - III	67/34=2	56,35	Точная (7); ближе к выходному валу	1	40Х Закалка объемная	31,5	0,79	0,8	2,5

Таблица 3.4.1 – Геометрические параметры зубчатых прямозубых колес.

Z №	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
z	23	46	28	41	80	21	67	34	30	60	45	45	60	30	20	80	33	67
m	3				2,5				3						2,5
d	69	138	84	123	200	52,5	167,5	85	90	180	135	135	180	90	50	200	82,5	167,5
df	61,5	130,5	76,5	155,5	193,75	46,25	161,25	78,75	82,5	172,5	127,5	127,5	172,5	82,5	43,75	193,75	76,25	161,25
da	75	144	90	129	205	57,5	172,5	90	96	186	141	141	186	96	55	205	87,5	172,5
aw	103,5				126,25				135						125

 

 

Уточненный расчет вала

Приведем расчет вала Ⅴ коробки скоростей. Расчетная схема приведена на рисунке 3.5.1.

 

Рисунок 3.5.1 –схема зацепления вала Ⅴ с валами Ⅵ и Ⅲ.

 

Для наглядности изобразим схему зацепления сбоку, на которой покажем все силы, действующие на вал Ⅴ (рис. 3.5.2).

 

Рисунок 3.5.2 –Схема сил действующих на вал \/.

 

Окружная сила:

 

 

Радиальная сила:

 

,

 

 

 

гор.:

 

∑ У=0:

Ra+Rв-3197,5- 3296,3=0,

∑Ma=0: 3197,5∙182,5+3296,3∙(182,5+87,5)+Rв∙491=0,

Rв=3597,1Н,

Rа=2896,7Н,

 

верт.:

 

∑ У=0:

Ra+Rв-8785,2-1199,7=0,

∑Ma=0:

8785,2∙182,5+1199,7∙(182,5+87,5)-Rв∙491=0,

Rв=3925,1Н,

Rа=6059,8Н.

 

Рисунок 3.6.2.-Эпюры изгибающих и крутящих моментов.

 

Расчет валов на прочность производят по формуле:

 

 Н/м²

 

где  ‑ приведенное напряжение (изгиб плюс кручение) в Па;

 ‑ расчетный крутящий момент на валу в Н·м;

 ‑ наибольший изгибающий момент в опасном сечении вала (шпинделя) в Н·м:

 

 

где - максимальные изгибающие моменты в опасном сечении в Н·м,

,

 

 - момент сопротивления изгибу в опасном сечении в м³;

 

,

 

 ‑ допускаемое напряжение на изгиб в Н/м²,

Принимаем для валов сталь 35 нормализованную с .

 

.

 

4. ВЫБОР ПОДШИПНИКОВ

 

Осевые нагрузки в коробке скоростей отсутствуют, поэтому применяем однорядные шариковые подшипники (по ГОСТ8338-75). В табл. 4.1приведены основные параметры подшипников, используемых в коробке.

 

Таблица 4.1- Основные размеры подшипников.

Обозначение подшипника	d	D	B	r	Динамич. грузоподъем ность, c,кН	Статическая грузоподъем ность, с0, кН
307	35	80	21	1	33,2	18
209	45	85	19	1	33,2	18,6

 

Общий вид подшипника приведен на рисунке 4.1

 

Рисунок 4.1 – Основные размеры шарикового подшипника.

 

В шпиндельной коробке имеется несколько десятков подшипников, а отказ любого из них выводит из строя всю коробку.

 

5.ВЫБОР ШПОНОК

 

Выбираем в качестве неподвижного соединения шпоночное с призматической шпонкой (по ГОСТ23360-78).

Для диаметров валов от 22 до 30 мм имеем следующие размеры шпонок: b×h×l= 8×7×18 мм,

- глубина паза вала t₁=4мм,

- глубина паза втулки t₂=3,3мм.

Для диаметров валов от 38 до 44 мм имеем следующие размеры шпонок: b×h×l= 12×8×28 мм,

- глубина паза вала t₁=5мм,

глубина паза втулки t₂=3,3мм.

Основные размеры соединения приведены на рис.5.1.

 

Рисунок 5.1- Основные размеры шпоночного соединения.

 

Выбранные шпонки необходимо проверять на смятие по формуле:

 

,

6. ВЫБОР СИСТЕМЫ СМАЗКИ

 

Смазочной системой называют совокупность устройств для подачи смазочного материала к трущимся поверхностям и возврата его в резервуар.

В качестве смазочных материалов в станках применяют жидкие минеральные масла и густые (консистентные) мази. Преимущественное распространение получили минеральные масла, которые лучше подходят для смазки ответственных быстроходных сопряжений и позволяют более легко осуществлять централизованную смазку с ее циркуляцией и очисткой от загрязнения.

Выбор того или иного сорта смазки зависит в первую очередь от скоростей относительных скольжений и нагрузок, действующих в сопряжениях.

При прочих равных условиях, чем выше скорость относительного скольжения и чем ниже давление в сопряжении, тем меньше вязкость.

Для коробок скоростей металлорежущих станков рекомендуется использовать масло индустриальное марки И-30(ГОСТ20799-75).

Определяем скорость в подшипниковых узлах:

 

 

Определяем значение n·d_cp=0,26·10⁶·30=7,8·10⁶.

Применяем смазку поливом сверху.

 

7. ВЫБОР СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

 

Механизм управления коробкой скоростей позволяет обеспечить четкое выполнение заданных функций станка с минимальным расходом времени и усилий, удобство и безопасность в управлении.

В нашем случае управление коробкой скоростей производится с использованием электромагнитных муфт. Это фрикционные односторонние муфты.

Устройство электромагнитной фрикционной односторонней муфты приведено на рис. 7.1.

При включении электромагнитной муфты (рис.7.1) магнитное поле, образуемое катушкой 2,притягивает якорь 5, сжимая пакет магнитопроводящих дисков 3 и 4. Выступы внутренних дисков 4 зацепляются со шлицами втулки 1, закрепляемой на валу механизма, а наружные выступы дисков3 зацепляются с втулкой 6, имеющей пролет и являющейся другим вращающимся элементом этого механизма.

Порядок включения и выключения муфт согласован с электросхемой привода, согласованной с кинематическими цепями привода скоростей.

 

Рисунок 7.1 – Конструкция электромагнитной муфты.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

При выполнении разделов курсового проекта спроектирована коробка скоростей вертикально-сверлильного станка с ЧПУ с основным параметром d=20мм.

В результате выбрана кинематическая схема привода, произведен силовой расчет коробки скоростей – определены диаметры валов, модули зубчатых колес, выбраны подшипники качения, шпоночные соединения.

Обоснована и выбрана система смазки и управления коробки скоростей вертикально-сверлильного станка.

Спроектирована развертка и свертка вертикально-сверлильного станка с ЧПУ.

 

ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Пуш В.Э. Конструирование металлорежущих станков. -М.: Машиностроение, 1977.-309с.

2. Справочник технолога машиностроителя. В 2-х т. Т2/ Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова 4-е изд-. М.: Машиностроение, 1985.-496с.

3. Методические указания к курсовому проекту по курсу "Металлорежущие станки и промышленные роботы" №755(для студентов спец. 0501/Сост.: Сапронов Ю.А., Кочергие В.Г., Вяльцев Н.В., Горкуша А.Е. – Донецк: ДПИ, 10987. –48с.

4. Тарзиманов Г.А. Проектирование металлорежущих станков.-М.: Машиностроение, 1980.-288с.

5. Проников А.С. Расчет и конструирование металлорежущих станков. Изд.2-е, Высшая школа, 1968, - 431с.

6. Детали машин: Атлас конструкций./Уч. пособие для маш. Вузов /В.Н. Беляев, И.Р. Богатырев, А.В. Буланже, и др.; Под ред д.т.н., проф. Д.Н. Решетова. – 4-е изд.; перераб. и доп. ‑ М.: Машиностроение, 1979. – 367с.

7. Подшипники качения: Справочник/Под ред. В.Н. Нарышкина и Р.В Коросташевского. -М.: Машиностроение, 1984 - с.

8. Расчеты на прочность деталей машин: Справочник/ Сост.: И.А. Биргер, Б.Ф. Шорр, Г.Б. Иосилевич -М.: Машиностроение, 1979 -702с.

9. Федотенок А.А. Кинематическая структура металлорежущих станков. -М.: Машиностроение, 1970.- 403 с.

10. Допуски и посадки: Справочник. В 2-х ч./в.Д. Мягков, М.А. палей, А.Б. Романов. В.А. Брагинский. – 6-е изд., перераб. И доп. – Л.: машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1982. – Ч.1. –543 с.

Донецкий Национальный Технический

Университет

кафедра " Металлорежущие станки и инструмент "

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: " Металлообрабатывающее оборудование"

на тему: "Проектирование привода коробки скоростей металлорежущего станка"

 

Выполнил:

ст. гр. МС-99 а

Прохорова Н.В.

Проверил Петтик Ю.В.

 

Донецк 2002

ЗАДАНИЕ

 

Спроектировать привод коробки скоростей металлорежущего станка по исходным данным:

1. Тип станка – вертикально-сверлильный.

2. Основной размер – d = 20мм.

3. Разрабатываемый привод – главного движения.

4. Предельные значения – n_min = 18об/мин; n_max = 1000об/мин.

5. Знаменатель прогресии – 1,41.

6. Примечания – ЧПУ.

 

РЕФЕРАТ

 

Пояснительная записка содержит: стр.29, рис. 12, табл. 4, источников 10, приложения 3.

В работе приведен анализ возможностей вертикально-сверлильного станка, особенности и требования, предъявляемые к коробкам скоростей. Проанализированы кинематические схемы привода и выбран оптимальный вариант компоновки кинематической схемы привода станка.

Приведен кинематический и силовой расчет привода, расчет на прочность основных деталей проектируемого узла.

Выбран материал валов и зубчатых колес. Приведен выбор шлицевых соединений, подшипников, описана система смазки и управления.

Объект проектирования - коробка скоростей вертикально-сверлильного станка.

Цель работы - проектирование оптимального привода станка.

ПРИВОД, СТРУКТУРНАЯ СЕТКА, ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА, ВАЛ, ПОДШИПНИК, НАПРЯЖЕНИЕ.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И НАЗНАЧЕНИЕ ВЕРТИКАЛЬНО-СВЕРЛИЛЬНЫХ СТАНКОВ

1.1 Общие сведения о вертикально-сверлильных станках

1.2 Особенности привода скоростей вертикально-сверлильного станка

2. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА СТАНКА

2.1 Выбор диапазона регулирования и числа ступеней передач коробки скоростей

2.2 Разработка и построение структурной сетки и графика чисел оборотов

2.3 Подбор чисел зубьев

2.4 Разработка кинематической схемы привода

2.5 Расчет погрешностей кинематических цепей станка

3. СИЛОВОЙ РАСЧЕТ КОРОБКИ СКОРОСТЕЙ

3.1 Расчет коэффициента полезного действия станка и мощности главного электродвигателя

3.2 Расчет крутящих моментов на валах

3.3Расчет на прочность зубчатых колес

3.4 Расчет геометрических параметров зубчатых колес

3.5 Уточненный расчет вала

4. ВЫБОР ПОДШИПНИКОВ

5. ВЫБОР ШПОНОК

6. ВЫБОР СИСТЕМЫ СМАЗКИ

7. ВЫБОР СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Приводы металлорежущих станков выполняют широкий спектр движений: рабочих, вспомогательных, установочных и т.д.

При этом перемещается инструмент или заготовка. Кинематические и силовые характеристики коробки скоростей должны обеспечить требуемые значения величины скоростей при обработке на станке различных деталей из различных деталей с различными физико-механическими свойствами.

Движение на коробку скоростей передается от электродвигателя через клиноременную передачу.

К приводам станков, с учетом технологического назначения станка предъявляются специальные требования – по передаче усилий, обеспечению постоянства скоростей, быстродействию, габаритным размерам, удобства управления.

 

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И НАЗНАЧЕНИЕ ВЕРТИКАЛЬНО-СВЕРЛИЛЬНЫХ СТАНКОВ