5.6 Расчет поликлиноременной передачи

Исходные данные выбираем из результатов кинематического расчета с учетом данных задания на проектирование:

1 Выбираем для передачи ремень сечением М с базовой длиной (табл. 88,89,[7]).

2 Назначаем диаметр меньшего шкива:

(табл.88, [7]) в соответствии с рекомендациями (из ряда стандартных значений диаметров шкивов).

3 Диаметр большего шкива:

,

где (табл.80 [7]).

Назначаем .

4 Назначаем ориентировочное межосевое расстояния передачи

(табл.81).

5 Рассчитаем ориентировочную длину ремня

Принимается (ближайшее значение (табл.82)).

6 Действительное межосевое расстояние

где ;

Пределы регулирования:

;

.

7 Угол охвата ремнем меньшего шкива:

.

, что соответствует рекомендациям.

8 Оцениваем долговечность ремня по числу пробегов по контуру в единицу времени

,

где .

- долговечность обеспечена.

9 Допускаемая мощность, передаваемая поликлиновым ремнем с 15 ребрами:

,

где ,

(табл.76,[7]).

10 Потребное число клиновых выступов

.

Поскольку рекомендуется принимать ремни с четным целым числом клиньев, принимаем .

11 Размеры для вычерчивания профиля шкива

Ширина шкива

.

Принимается .

12 Сила предварительного натяжения ремней

.

13 Сила, действующая на валы ременной передачи

.

5.7 Расчет шпиндельного узла

1. Шпиндели служат для закрепления и вращения заготовки или инструмента и обеспечивают заданное их положение по отношению к другим узлам станка.

Шпиндельные узлы (в состав шпиндельного узла входят собственно шпиндель, шпиндельные опоры, приводной элемент, уплотняющие устройства) являются конечным звеном кинематической цепи привода главного движения и в значительной степени определяют точность обработки, жесткость несущей системы и надежность работы всего станка. Для этого шпиндельные узлы должны обладать: точностью вращения, характеризуемой радиальным и осевым биением переднего конца шпинделя; жесткостью (радиальной и осевой), определяемой упругими перемещениями шпинделя и шпиндельных опор под действием сил резания. Исходя из условий нормальной работы шпиндельных опор, жесткость шпинделя в межопорной части должна быть не ниже для станков нормальной точности 250 Н/мм и для прецизионных станков 500 Н/мм.

Шпиндели сложной формы изготавливают из сталей 50Х, 40ХГР с объемной закалкой до HRC_Э56-60.

Шпиндели станков нормальной точности изготавливаются из конструкционных сталей марок 45, 50 и 40Х с поверхностной закалкой до твердости HRC_э48-56.

Материал для шпинделей многооперационных станков выбирается с учетом повышенных требований к износостойкости участка, который используется для центрирования и крепления автоматически сменяемого инструмента, с цементацией и закалкой до HRCэ 60-62.

Полые шпиндели больших диаметров изготавливают из серых чугунов СЧ15 или СЧ20 или высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.

Принимаем материал шпинделя Сталь 40Х с поверхностной закалкой до твердости HRC_э50.

2. Рассчитаем минимальный диаметр шпинделя по следующей формуле:

мм

Передаточное отношение ременной передачи:

Частота вращения шпинделя: мин^-1.

Диаметр внутреннего отверстия равен 0,7d=0,790=63 мм.

Приведем эскиз полученного шпиндельного узла на рис.2

Назначим подшипники. Роликоподшипник конический двухрядный с короткими цилиндрическими роликами по ГОСТ 7634-85 для передней опоры: 3182119 для передней опоры d=95, D=145, b=37; для задней опоры: 3182117 d=85, D=130, b=34

Радиальное биение переднего конца шпинделя рассчитаем по формуле:

где ₁, ₂ – соответственно радиальные биения передней и задней опор.

По табл.1.1 [1] ₁=14мкм для 5 класса точности опор, ₂ =14 мкм для 5 класса.

мкм

Определяем реакции опор шпинделя по приведенной расчетной схеме.

Крутящий момент на валу будет равен:

Нм.

Учитывая, что шкив имеет диаметр D₂=300 мм, то сила натяжения ремня будет равна:

Н

Принимая тип ремня по таблице 1.2 [1] Г, где S₀=580 Н рассчитаем количество ремней по формуле:

Принимаем К=12

Определим усилие от натяжения ремней.

где  - угол охвата ремней.

где l_p – межцентровое расстояние

l_{p min} =2(D_Б+D_М)=2(300+180)=960 мм

°

Н.

Решая уравнения сил для рассмотренной выше модели шпиндельного узла, получим:

R_Az+R_Bz-P_z-Q_p=0

-Q_p∙c+ R_Bz∙l-P_Z∙(l+a)=0

R_Ay+R_By-P_y=0

l∙R_Ay+a∙P_y =0

Н

R_Az=P_z+Q_p- R_Bz =4250+13340-14380=3209 Н

Н

R_By= -R_Ay+ P_y=882+2500=3382 Н

Н

Н

Определяем радиальное упругое перемещение переднего конца шпинделя с учетом податливости его опор:

H

J₁,J₂ – осредненные моменты соответственно консольной и межопорной частей шпиндельного узла, мм.

е₁= - податливость передней опоры шпинделя;

е₂= - податливость задней опоры шпинделя;

j₁, j₂ - радиальная жесткость передней и задней опор;

Для определения величины перемещения переднего конца шпинделя необходимо рассчитать радиальную жесткость для передней опоры как для двухрядного роликового подшипника, для задней опоры как для однорядного.

Рассчитаем радиальную жесткость для передней (1) и задней (2) опоры:

1) Определяем радиальную податливость по табл.4.1 [1].

=8 мкм

=2,5 мкм

2) Вычисляем величину относительного натяга , где е – величина натяга, для расчетов принимаем е= -(4…8) мкм. е= -6.

=- 6/8=-0,75 =- 6/2,5=-2,4

3) Определяем коэффициент податливости о рис.4.2 [1].

=0,52 =0,25

4) Вычисляем общую податливость подшипника:

мкм

мкм

5)Определяем смещение, обусловленное контактной деформацией дорожек качения

мкм

мкм

6) Находим контактную деформацию по поверхностям посадки подшипников:

мм =4,4мкм

мм = 1,2 мкм

где d, D, b – параметры подшипника, мм;

К₂ = (0,0005…0,0025)мм/Н – меньшее значение для конических шеек.

К₂ =0,0005мм/Н.

7) Определяем общее упругое сближение колец подшипника:

мкм

мкм

8) Вычисляем жесткость опор:

Н/мкм

е₁=

Н/мкм

е₂=

Радиальное-упругое перемещение переднего конца шпинделя с учетом податливости его опор:

у=0,95 мм

Определим жесткость шпинделя:

Н/мм.

Вывод: Полученный результат удовлетворяет требованию минимально допустимой жесткости для станков прецизионной точности 500 Н/мм. Анализируя полученный результат, можно предложить снизить жесткость шпинделя за счет уменьшения диаметра.