ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

Санкт – Петербургский колледж

″СТАНКОЭЛЕКТРОН″

Методические указания

к выполнению практических работ

раздел: «Расчет и конструирование станков»

по предмету

″ЭКСПЛУАТАЦИЯ И НАЛАДКА СТАНКОВ С ПУ″

по специальности 220301

″Автоматизация технологических процессов и производств″

Санкт – Петербург 2007 г.

Методические указания ОДОБРЕНЫ цикловой комиссией	Составлены в соответствии с государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальности 220301
Председатель /Соловьёва Е.Н./.	Заместитель директора по учебной работе _________ / Овчарова Л.С./
Авторы: _________/Борисов М.А./
Рецензенты:

Содержание.

Практическая работа №1. Порядок составления технической характеристики токарного станка. 4

Практическая работа №2. Графоаналитический метод кинематического расчета коробки скоростей. 7

Практическая работа №3. Построение графика частот вращения. 17

Определение передаточных отношений. 21

Практическая работа №4. Расчет зубьев передач. 28

Практическая работа №5. Расчет энергосиловых параметров коробки скоростей и выбор электродвигателя. 32

Практическая работа №6. Расчет зубчатых передач. 40

Практическая работа №7. Расчет зубчатых передач. 49

Практическая работа №8. Расчет валов. 57

Расчёт валов. 57

Проектировочный расчет. 57

Выбор посадочных диаметров. 58

Материалы валов. 59

Проверочный расчет 59

Практическая работа №1. Порядок составления технической характеристики токарного станка.

Цель работы: Составить техническую характеристику токарного станка. Определить габариты обрабатываемой заготовки, максимальные и минимальные режимы обработки, потребную мощность резания.

Порядок выполнения работы:

1. Определение максимального и минимального диаметра обработки:

, мм. (1)

, мм. (2)

где Н – высота центров, мм.

2. Определение максимального и минимального припуска на обработку:

, мм. (3)

, мм. (4)

где L – расстояние между центрами, мм;

C_t – коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала:

Таблица № 1.Коэффициент C_t, зависящий от обрабатываемого материала.

Обрабатываемый материал	Чугун, литьё	Бронза, литьё	Сталь
			Литьё	Поковка	Сортовая
Ct	0,6	0,6	0,7	0,8	0,7

3. Определение максимальной и минимальной подачи мм/об.

, мм/об. (5)

, мм/об. (6)

4. Определение предельных скоростей резания при наружном точении (книга 1, стр261):

   1. максимальная скорость резания рассчитывается при минимальной глубине резания, минимальной подаче, при обработке мягкого материала твёрдосплавным инструментом. Период стойкости инструмента Т =30 мин.

, м/мин (7)

2. минимальная скорость резания рассчитывается при максимальной глубине резания, максимальной подаче, при обработке самого твёрдого материала быстрорежущим инструментом. Период стойкости инструмента Т =45 мин.

, м/мин, (8)

где C_v, K_v, y и x – значения из общемашиностроительных нормативов режимов резания.

5. Определение максимальной и минимальной частоты вращения шпинделя:

(9)

(10)

6. Определение сил резания и эффективной мощности:

7. Тангенциальная составляющая силы резания:

(11)

Осевая составляющая силы резания:

(12)

Где P_z,y,x – силы резания по осям, кН∙м;

x_p, y_p, n_p – соответствующие показатели степени для конкретных условий обработки для каждой из составляющих сил резания.

НВ – твердость материала по Бринеллю.

Наибольшая эффективная мощность резания:

(13)

8. Расчетные данные оформить в отчет на формате А4 согласно установленной формы.

Список литературы:

1. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. С74 Т. 2/ Под ред. А.Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1985. 496 с., ил.

Практическая работа №2. Графоаналитический метод кинематического расчета коробки скоростей.

Цель работы: Ознакомиться с графоаналитическим методом кинематического расчета коробок скоростей. Определить требуемое количество ступеней частот вращения привода, составить возможные варианты структурных формул главного привода, построить структурные сетки привода главного движения. Выбрать вариант структуры привода главного движения.

Описание работы.

1. Исходными данными для кинематического расчета являются: предельные значения частот вращения шпинделя n_min и n_max, знаменатель ряда частоты вращения φ, диапазон регулирования частот вращения

R_n= (1)

Знаменатель φ определяется в зависимости от назначения станка. Для станков общего назначения φ принимают равным 1,26 или 1,41; для станков же, используемых в серийном и массовом производствах, 1,12 или 1,26. По этим данным определяется число ступеней скоростей шпинделя

Z= (2)

В станкостроении наиболее часто применяют числа ступеней скоростей Z, равные 3, 4, 6, 8, 12, 16, 18, 24, 36.

Рисунок 1

Совокупность передач между двумя соседними валами называется группой передач и обозначается буквой Р с индексом. Число ступеней скоростей шпинделя Z равно произведению чисел передач в каждой группе.

2. Структурная формула коробки скоростей.

Z=Pх₁*Pх₂*Pх₃ (3)

где Рх₁, Рх₂, Рх₃ – числа передач в первой, второй, третьей и т.д. ступенях;

индексы х₁, х₂, х₃ – характеристики группы, обусловленные вариантом включения передач при переходе с одной частоты вращения шпинделя на другую.

На графиках частот вращения и структурной сетке характеристика показывает, на сколько интервалов (полей) должны расходиться соседние лучи скоростей в одной коробке (основная группа имеет характеристику – х₁. Первая переборная группа характеристику – х₂, вторая переборная – х₃)

Если частоты вращения шпинделя изменяются по геометрическому ряду, то передаточные отношения передач в группах образуют геометрический ряд со знаменателем φ^х, где х – целое число.

Для последовательного получения частот вращения шпинделя сначала переключают передачи одной группы, затем другой и т.д. В зависимости от порядка переключений группа может быть (см. рисунок1):

1. основной, переключается каждый раз и даёт ряд последовательных частот вращения шпинделя. Имеет характеристику – 1, так как ей кинематически предшествует совокупность передач с одной ступенью скорости, например ременная передача от электродвигателя к коробке скоростей;

2. первой переборной, переключается вслед за основной группой после того, как полностью исчерпаны возможные комбинации включения основной группы; характеристика равна числу передач в основной группе.

3. второй переборной, переключается вслед за первой переборной после того, как полностью исчерпаны возможные комбинации первых двух групп; характеристика равна произведению чисел передач основной группы и первой переборной.

3. Определение числа структурных вариантов привода и составление развёрнутых структурных формул.

Количество возможных конструктивных вариантов (Кв) по переключению равно произведению всех целых чисел от 1 до m (m – число групп передач привода).

Кв=1·2·3....·m, (4)

Для данной коробки скоростей (рис.1) возможны шесть вариантов развёрнутых структурных формул Кв=1·2·3=6

Варианты развёрнутых структурных формул:

Z=2·3·2=12

1. Z=2[3]·3[1]·2[6]=12

2. Z=2[6]·3[1]·2[3]=12

3. Z=2[1]·3[2]·2[6]=12

4. Z=2[1]·3[4]·2[2]=12

5. Z=2[2]·3[4]·2[1]=12

6. Z=2[6]·3[2]·2[1]=12

4. Выбор варианта структуры коробки скоростей и обоснование его оптимальности.

Требования, предъявляемые, к выбору оптимального варианта коробки скоростей представлены в таблице 1.

Таблица 1. Требования, предъявляемые к выбору оптимального варианта коробки скоростей

Требования	Математическое выражение
Стремиться принимать число передач в группах равно 2 или 3.
Число передач уменьшается при приближению к шпинделю	Px0>Px1>Px2........>Pxm
Предпочтительно за основную принимать первую группу, а характеристики переборных групп должны возрастать по мере приближения к шпинделю.	X0<X1<......<Xm

На шпинделе рекомендуется устанавливать минимальное число зубчатых колёс и располагать их по возможности ближе к передней опоре. Одиночные понижающие передачи предпочтительно конструировать ближе к шпинделю. Более высокие частоты вращения уменьшают крутящие моменты, поэтому они должны быть смещены к промежуточным валам.

5. Построение вариантов структурных сеток.

Структурная сетка представляет собой графическое изображение развёрнутой структурной формулы привода. Структурная сетка даёт представление о количестве передач между валами, знаменателе и диапазоне регулирования коробок скоростей, последовательности включения передач для обеспечения ряда частот вращения шпинделя. Структурная сетка характеризует закономерности изменения передаточных отношений в групповых передачах при изменении частот вращения шпинделя по геометрическому ряду.

Построение структурной сетки следует начинать с вычерчивания собственной сетки. На равных расстояниях проводят вертикальные линии в количестве, равном числу валов в приводе (рисунок 2). Затем на равных расстояниях проводят столько горизонтальных линий, сколько скоростей имеет привод. Расстояния между горизонтальными линиями равно lgφ в масштабе чертежа. Для простоты их иногда обозначают φ и принимают произвольно.

На середине вертикальной линии вала I намечают точку 0, из которой проводят лучи в количестве, равном числу передач первой переборной группы, с интервалами между концами лучей на II валу, равными характеристике, принимаемой по развёрнутой структурной формуле. Из каждой точки, полученной на втором валу и последующих вертикальных линиях, аналогичным образом проводят лучи для второй, третьей и т.д. групповых передач. Структурная сетка не дает фактических значений частот вращения и передаточных отношений в группах. Для определения этих величин строят график частот вращений. Необходимо иметь в виду, что не все варианты структурных сеток могут быть использованы для конструктивного осуществления привода, поэтому необходимо произвести анализ структурных сеток.

Анализ структурных сеток.

При выборе оптимального варианта структурной сетки пригодными могут оказаться несколько вариантов, в этом случае выбирают те из них, в которых распределения передаточных отношений между валами наиболее благоприятны для конструирования, у которых лучи в первых передачах расположены более тесно, чем в последних. Это позволяет избежать больших диапазонов регулирования частот вращения первых валов, что привело бы к возникновению больших крутящих моментов при низких частотах вращения или к недопустимым высоким окружным скоростям на зубьях колёс при высоких частотах вращения. В качестве последней переборной группы необходимо брать группу с наименьшим числом передач.

Не рекомендуется установка трёх и более колёс на шпинделе станка, так как это вызывает излишний прогиб шпинделя, увеличивает вибрации и отражается на качестве обрабатываемого изделия.

Условие оптимальности: R≤[R]

(5)

где Znn – число передач (ступеней) последней переборной коробки.

Хпп – характеристика последней переборной коробки.

По выбранному оптимальному варианту структурной сетки и разработанной кинематической схеме строится график частот вращения.

Порядок выполнения практической работы №2.

Практическая работа выполняется по двум вариантам:

1. Исходными данными для выполнения работы являются результаты практической работы №1 (Методические указания к выполнению практических работ, раздел: «Расчет и конструирование станков» по предмету ″ЭКСПЛУАТАЦИЯ И НАЛАДКА СТАНКОВ С ПУ″ по специальности 220301 ″Автоматизация технологических процессов и производств″). Выполнение работы начинается с пункта I. данного руководства.

2. Исходными данными являются: структура коробки скоростей, количество валов, минимальная частота вращения шпинделя, частота вращения электродвигателя, знаменатель геометрического ряда. Тогда порядок выполнения работы начинается с пункта II. данных методических указаний. Вариант задания (смотри ниже) выбирается согласно порядкового номера журнала группы.

Содержание отчета:

• Расчетная часть (пункты I, II, или пункт II).

• Графическая часть (кинематическая схема коробки скоростей, структурные сетки коробки скоростей).

Список рекомендуемой литературы:

1. Н.С. Ачеркан. Расчет и конструирование металлорежущих станков. Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы.

2. Чернов Н.Н. Металлорежущие станки: Учебник для техникумов по специальности «Обработка металлов резанием». – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1987. – 416 с., ил.

Варианты задания к практической работе №2.

Вариант	Число валов в коробке скоростей	Число ступеней скоростей вращения шпинделя и структурная формула	Знаменатель геометрического ряда скоростей вращения	Минимальная частота вращения шпинделя, мин-1	Частота вращения электродвигателя, мин-1
1	3	Z=3·2=6	1,41	180	1420
2	4	Z=3·2·2=12	1,26	100	1420
3	4	Z=2·3·3=18	1,12	140	1420
4	4	Z=2·2·2=8	1,58	63	720
5	4	Z=3·3·2=18	1,06	98	960
6	4	Z=2·3·2=12	1,12	218	1420
7	4	Z=2·4·2=16	1,12	200	1420
8	3	Z=2·3=6	1,58	250	1420
9	4	Z=2·4·2=16	1,06	170	960
10	4	Z=2·2·3=12	1,41	45	1420
11	4	Z=3·2·3=18	1,26	40	1420
12	3	Z=4·2=8	1,41	180	960
13	4	Z=3·2·2=12	1,12	125	720
14	4	Z=2·2·2=8	1,26	250	1420
15	4	Z=4·2·2=16	1,12	250	1420
16	3	Z=4·3=12	1,26	200	1420
17	3	Z=3·3=9	1,41	90	1420
18	3	Z=2·3=6	1,58	145	720
19	3	Z=4·2=8	1,12	125	960
20	4	Z=2·2·3=12	1,06	280	1420
21	4	Z=3·2·3=18	1,12	280	1420
22	4	Z=2·4·2=16	1,06	280	1420
23	4	Z=2·2·2=8	1,41	125	960
24	3	Z=3·3=9	1,26	160	960
25	4	Z=2·3·2=12	1,26	125	1420
26	4	Z=3·3·2=18	1,12	200	1420
27	4	Z=4·2·2=16	1,26	50	720
28	4	Z=2·3·3=18	1,06	265	1420
29	3	Z=3·2=6	1,58	160	960
30	4	Z=2·2·3=12	1,41	31,5	1420
31	4	Z=2·4·2=16	1,26	50	960
32	3	Z=2·2=4	1,78	100	720