Министерство образования и науки Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Институт машиностроения (Завод-ВТУЗ)

Кафедра «Резание, станки и инструменты»

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИВОДА ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО СТАНКА С ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ С РЕГУЛИРУЕМОЙ ЧАСТОТОЙ ВРАЩЕНИЯ

Выполнил студент группы 3505

Мамедов И.В.

Принял преподаватель

доцент, кандидат технических наук Оленичев В.П.

Санкт-Петербург

2013

Оглавление

1. Состав курсового проекта 4

2. Исходные данные 6

3. Обоснование выбора двигателя и кинематической схемы коробки скоростей (КС) 6

3.1. Исходные данные (ИД) 6

3.2. Построение требуемых нагрузочных характеристик привода 6

3.3. Выбор двигателя и структуры КС 8

4. Расчеты по выбору параметров зубчатых передач 15

4.1. Определение чисел зубьев зубчатых колес 15

4.2. Уточнение передаточных отношений передач 17

4.3. Определение частот вращения электродвигателя, валов и шпинделя 18

4.4. Определение модуля зубчатых колес 18

4.5. Расчет межосевых расстояний и диаметров колес 21

4.6. Расчет наибольших окружных скоростей колес и выбор степени точности их изготовления 22

5. Разработка конструкции коробки скоростей 23

5.1. Электродвигатели и способы их соединения с КС 23

5.2. Зубчатые колеса 23

5.3. Валы 24

5.4. Шпоночные и шлицевые соединения 25

5.5. Пружинные разрезные кольца 26

6. Определение расчетных нагрузок 27

6.1. Расчет мощности холостого хода и КПД привода 27

6.2. Определение расчетных частот вращения и моментов на валах для расчета на прочность 28

6.3. Определение усилий в зубчатых передачах 30

7. Расчеты деталей на прочность и жесткость 30

7.1. Расчет цилиндрических зубчатых передач 30

7.2. Расчеты по валам и их опорам 33

7.3. Расчет шлицевых и шпоночных соединений 38

8. Проектирование механизмов переключения блоков 43

9. Конструирование и расчет шпиндельного узла 45

9.1. Выбор основных параметров 46

9.2. Особенности конструкции 46

9.3. Расчет жесткости 47

Расчет долговечности подшипников шпинделя 49

Введение

Важнейшей задачей станкостроения является повышение эффективности и технического уровня металлорежущих станков. Во многом это обеспечивается за счет оптимального проектирования привода главного движения. В большинстве современных станков главный привод осуществляет вращательное движение инструмента (или обрабатываемого изделия) и состоит из регулируемого в широком диапазоне частот вращения электродвигателя в сочетании с коробкой скоростей на 2…4 механические ступени.

В настоящей работе рассмотрены методы рационального конструирования приводов главного движения, применяемые при проектировании и модернизации станков. Их изучение необходимо для студентов специальности 120200, приступающих к курсовому и дипломному проектированию.

Для наглядности методика проектирования иллюстрируется сквозным примером расчета главного привода многоцелевого станка для обработки корпусных деталей с размером стола 500х500 мм.

1. Состав курсового проекта

В курсовом проекте разрабатывается и рассчитывается привод главного движения, состоящий из регулируемого электродвигателя, коробки скоростей на 2...4 ступени и шпиндельного узла. Проектирование обычно ведется по выбранному руководителем прототипу, но при измененных исходных данных. Проект состоит из графической части и расчетно-пояснительной записки объемом 20…25 листов.

Исходные данные.

Задаются следующими двумя основными способами:

1. Задаются требуемый диапазон частот вращения шпинделя и необходимые нагрузочные характеристики М_Ш= f(n_Ш), N_Ш=f(n_Ш) – момент и мощность на шпинделе в функции от его частоты вращения.

2. Задаются вид и размер обрабатываемых изделий, их материалы и производимые технологические операции, тип станка.

Графическая часть.

Как правило, состоит из двух листов чертежей, включающих:

1. Развертку (продольный разрез) по валам и шпинделю. Этот чертеж является основным для данного проекта.

2. Поперечный разрез (свертку) или вид.

3. Необходимые виды и разрезы по механизму переключения блоков.

По согласованию с руководителем проекта допускается замена чертежей п.п. 2 и 3 на деталировку.

На развертке должны быть показаны валы, их опоры, зубчатые колеса, шпиндель, корпус коробки скоростей, крепление электродвигателя или конструкция шкива ременной передачи; указаны основные линейные и посадочные размеры, а также обозначения для спецификации.

На свертке, помимо всех валов и зубчатых колес, должна быть видна конструкция механизмов переключения блоков.

Графическая часть может быть выполнена любым способом (вручную или с помощью ЭВМ).

Содержание расчетно-пояснительной записки

1. Исходные данные.

2. Краткое описание станка-прототипа и разрабатываемого узла.

3. Обоснование выбора двигателя и кинематической схемы коробки скоростей

   • расчеты по выбору двигателя

   • кинематическая схема коробки скоростей

   • график частот вращения и таблица мощностей и моментов на шпинделе

   • график нагрузочных характеристик M_ш= f(n_Ш), N_ш=f(n_ш)

4) Расчеты по выбору параметров зубчатых передач

• определение чисел зубьев колес

• уточнение передаточных отношений передач

• определение частот вращения двигателя, валов и шпинделя

• определение модуля зубчатых колес

• расчет межосевых расстояний и диаметров колес

• расчет наибольших окружных скоростей колес и выбор степени точности их изготовления

5) Определение расчетных нагрузок

• расчет мощности холостого хода и КПД

• определение расчетных частот вращения и моментов на валах для расчета на прочность

• определение окружных и распорных усилий на зубчатых колесах

6) Расчеты деталей на прочность и жесткость

• проверочный расчет одной зубчатой передачи на изгибную и контактную прочность

• расчет двух соседних валов на жесткость

• расчет долговечности подшипников (одного вала или шпинделя)

• расчет шлицевых и шпоночных соединений (по одному)

• расчет шпинделя на жесткость (прогиб или угол поворота переднего конца)

7) Расчеты по механизму переключения блоков

8) Список использованной литературы

Порядок выполнения проекта.

Курсовой проект выполняется согласно выданному в начале семестра заданию. Расчеты и разработка чертежей должны вестись параллельно. Студенты должны являться на все консультации и предъявлять выполненные ими разделы записки и чертежи. Защита проекта производится в последние две недели семестра.