Министерство образования РФ

Санкт-Петербургский институт машиностроения

__________________________________________________________________

Кафедра металлорежущих станков и инструментов

МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ

Методические указания по курсовому проектированию

Специальность 1201, 1202

Санкт-Петербург

2005г

СОСТАВ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Курсовой проект состоит из трех (четырех) листов чертежей и расчетно-пояснительной записки объемом в 30-40 листов.

Состав чертежей и содержание записки к проекту определяются видом объекта проектирования. Для узлов типа коробок скоростей, шпиндельных бабок состав чертежей следующий:

1. Общий вид станка или узла (по указанию руководителя). На чертеже приводится также спецификация органов управления (см. приложение 3). При изображении общего вида узла необходимо показать смежные узлы и способы соединения с ними (например, крепление передней бабки на станине). На чертеже указываются габаритные размеры и размеры, координирующие положение шпинделя.

2. Развертка по валам и шпинделю (или продольный разрез). Этот чертеж является основным чертежом проекта. На развертке, помимо корпуса, валов, их опор, зубчатых колес, шпинделя должны быть показаны крепление электродвигателя или конструкция шкива, установка патрона (для токарных станков) и крепление инструмента (для фрезерных, сверлильных станков).

На развертке указываются основные посадочные размеры валов в подшипниках, зубчатых колес и др. деталей, например, гильзы шпинделя, а также линейные размеры (в виде "цепочек размеров") по одному - двум валам.

3. Поперечный разрез (свертка). Поперечный разрез выполняется таким образом, чтобы на нем, помимо зубчатых колес и всех валов, была видна конструкция одного или нескольких механизмов переключения зубчатых колес. На этом же чертеже выполняются виды или разрезы, уточняющие конструкцию механизма переключения.

На чертеже проставляются межосевые расстояния с соответствующими допусками.

Предпочтительно чертежи выполнять в масштабе 1:1, кроме чертежа общего вида. Масштаб развертки должен быть 1:1, если чертеж не превышает формата 44 (1189х841 мм).

Содержание расчетно - пояснительнои записки

1. Задание.

2. Краткая характеристика станка (назначение, основные движения, основные узлы и др. данные, но без приведения цифровых данных по приводу главного движения - 1-2 стр.).

3. Кинематический расчет:

а) определение скоростей шпинделя;

б) выбор и обоснование кинематической схемы главного привода (выбор структурной формулы и структурной сетки, разработка графика чисел оборотов, оценка оптимальности выбранной кинематической схемы).

Структурная сетка, график чисел оборотов и кинематическая схема разрабатываемого узла, а также спецификация зубчатых колес (см. приложение 3) приводятся в записке.

На структурной сетке указываются валы, наименования групп, число передач в группах, характеристики и диапазоны регулирования групп (Д_гр=i_наиб/i_наим ).

На графике чисел оборотов указываются валы, стандартные числа оборотов шпинделя, передаточные отношения всех передач.

Кинематическая схема выполняется согласно ГОСТу 2703-68 «Правила выполнения кинематических схем». Условные обозначения элементов схемы выполняются согласно ГОСТу 2770-68 «Обозначения условные графические в схемах». Элементы кинематики:

в) расчет чисел зубьев зубчатых колес, диаметров шкивов;

г) определение фактических чисел оборотов шпинделя и их отклонений от стандартных значений.

4. Определение расчетных нагрузок:

а) определение КПД кинематических цепей;

б) определение мощности на валах и шпинделе;

в) определение расчетных чисел, оборотов шпинделя, валов и зубчатых колес;

г) определение расчетных крутящих моментов (для рассчитываемых валов);

д) определение окружных и распорных усилий на зубчатых колесах (для рассчитываемых валов и колес).

Определение крутящих моментов и окружных усилий может производиться непосредственно при расчете валов.

5. Расчеты деталей на прочность, жесткость и долговечность:

а) расчет зубчатых колес на изгиб и контактную прочность по методике ЭНИМС 1969 г. (в записке производится расчет одной, наиболее нагруженной передачи);

б) расчет валов на прочность и жесткость (на жесткость рассчитываются два соседних вала, наиболее нагруженных; на прочность рассчитывается один вал). Расчет ведется с учетом совместного действия изгибающего и крутящего моментов.

При расчете на жесткость определяются углы поворота валов, если колеса расположены несимметрично по отношению к опорам вала, или прогибы валов под зубчатыми колесами (при расположении последних посредине пролета), или прогибы и углы поворота одновременно. Углы поворота и прогибы под колесами определяются в плоскости действия полного усилия, действующего в зацеплении. Допускается определение углов поворота и прогибов в плоскости действия окружного усилия.

При использовании в опорах роликовых несамоустанавливающихся подшипников определяются углы поворота вала в опорах;

в) расчет шпинделя на жесткость (определяется прогиб или угол поворота переднего кольца шпинделя).

Усилия, действующие на шпиндель, могут быть определены исходя из использования полной мощности при расчетном числе оборотов (при черновой и получистовой обработке), исходя из режимов резания (при чистовой обработке). Усилия, действующие на шпиндель, могут быть взяты также из соответствующих стандартов на нормы жесткости.

Допускаемые отклонения рекомендуется принимать в зависимости от требуемой точности обработки (в первых двух случаях);

г) расчет подшипников качения (рассчитываются подшипники одного вала или шпинделя);

д) расчет клиноременной передачи (определение длины ремня, межосевого расстояния, числа ремней) – по указанию руководителя;

е) обоснование выбора стандартной муфты или ее расчет по указанию руководителя;

ж) расчет шлицевых или шпоночных соединений (одного шлицевого или одного шпоночного соединений).

Часть расчетов рекомендуется проводить на ЭВМ.

6. Расчеты механизмов и других устройств:

а) расчет механизма перемещения блока зубчатых колес (длины перемещения блока, угла поворота рукоятки, усилия на рукоятке или давления в гидроцилиндре);

б) расчет механизма или устройства для закрепления или освобождения инструмента – по указанию руководителя;

в) расчет производительности насоса смазки.

7. Описание конструкции спроектированного узла (способ получения различных чисел оборотов; число блоков зубчатых колес, их конструкции и способы их переключении; конструкции опор шпинделя и валов; способ крепления инструмента или патрона на шпинделе; кинематические особенности коробки скоростей, например, способ получения левого вращения, способ образования звена увеличения шага нарезаемых резьб и т.п.; способ торможения; материал корпуса коробки; система смазки и другие данные о конструкции).

Если определение наибольших и наименьших оборотов шпинделя производится по результатам расчетов режимов резания, то расчеты режимов резания предшествуют кинематическому расчету.

Если заданы числа оборотов шпинделя, то по указанию руководителя может быть произведено их обоснование по режимам резания или определены скорости резания при наибольшем и наименьшем диаметрах обработки инструмента.

КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА ГЛАВНОГО

ДВИЖЕНИЯ МНОЖИТЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ

(пример)

Произвести кинематический расчет и составить кинематическую схему главного привода (шпиндельной бабки) горизонтально-фрезерного станка при следующих исходных данных:

Наименьшее число оборотов шпинделя n_наим = 25 об/мин.

Наибольшее число оборотов шпинделя n_наиб = 1250 об/мин.

Число оборотов электродвигателя n_эл = 1460 об/мин.

Знаменатель ряда чисел оборотов шпинделя  = 1,25 (1,26).

1. Определяем диапазон регулирования чисел оборотов шпинделя по формуле:

2. Определяем количество чисел оборотов шпинделя по формуле:

3. Составляем структурную формулу.

При z =18 возможны следующие структурные формулы:

z= 6 х 3; z= 3 х 3 х 2;

z= 3 х 6; z= 3 х 2 х 3 ;

z= 2 х 3 х 3.

Структуры с группами из 6 передач приводят к валам большой длины и поэтому практически не применяются

Учитывая, что для уменьшения размеров колес и других деталей привода целесообразно применять такой вариант структуры, при котором группы с большим числом передач располагаются у электродвигателя, принимаем следующий вариант структурной формулы:

z= 3·3·2.

Учитывая, что для уменьшения наибольших чисел оборотов промежуточных валов и снижения наибольших окружных скоростей зубчатых колес целесообразно применять такой вариант структуры, при котором основная группа располагается у электродвигателя, затем 1-я переборная, затем 2-я переборная, принимаем в структурной формуле следующее распределение групп:

z= Р_о·Р_1п·Р_2п = 3·3·2,

Р_о = 3 – число передач основной группы;

Р_1п = 3 – число передач 1-ой переборной группы;

Р_2п = 2 – число передач 2-ой переборной группы.

Определяем характеристики групп:

характеристика основной группы Х_о = 1,

характеристика 1-ой переборной группы Х_1п = Р_о = 3,

характеристика 2-ой переборной группы Х_2п = Р_о·Р_1п = 3·3 = 9.

С учетом найденных значений характеристик групп полная структурная формула будет следующей:

z= 3_Хо·3_Х1п·2_Х2п = 3₁·3₃·2₉

Проверяем возможность осуществления выбранной структурной формулы, определяя диапазон регулирования последней переборной группы по формуле:

При выбранной структурной формуле и  = 1,26 имеем:

Если бы был принят вариант со структурной формулой

z= Р₀·Р_1п·Р_2п = 2·3·3,

то диапазон последней переборной группы стал бы равным:

Д_2п = 1,26 ^Ро·^Р1п· ^(Р2п-1) = 1,26 ²·³· ^(3-1) = 1,26 ¹² = 16,

что недопустимо. Большое значение величины Д_2п получается за счет того, что в этом случае число передач в последней переборной группе больше 2. Так как последнюю переборную группу наиболее целесообразно располагать между шпинделем и предпоследним валом привода, то из приведенного примера следует, что на шпинделе нецелесообразно располагать три зубчатых колеса.

4. Строим структурную сетку (рис.1) в соответствии с выбранной структурной формулой.

Для этого выполняем следующее:

1) наносим линии валов вертикальными линиями для трех групп;

2) наносим 18 горизонтальных линий в соответствии с количеством чисел оборотов шпинделя; линии обозначаем цифрами 1-18

3) наносим на первой вертикальной линии начальную точку “0” симметрично относительно линий 1 и 18;

4) наносим линии – лучи, изображающие условно передачи, при этом, расстояния между лучами равны произведениям Х_о·lg, Х_1п·lg и Х_2п·lg. Сначала наносим лучи, изображенные на сетке пунктиром, затем – остальные лучи.

Лучи правильно построенной сетки имеют симметричное расположение.

5. Строим график чисел оборотов для определения передаточных отношений передач привода (рис. 2). Во фрезерных станках между валом электродвигателя и первой группой передач для некоторого снижения скорости вращения промежуточных валов, а также для увеличения наименьших передаточных отношений устанавливают одиночную передачу. Передаточное отношение этой передачи обычно определяется величиной межосевого расстояния, которое должно быть достаточным для размещения муфты и подшипников, а также правилом разбивки общего наименьшего передаточного отношения между группами (см. ниже).

Рис. 1. Структурная сетка.

Наименование групп:	основная	1-я переборная	2-я переборная
Число передач	Р0= 3	Р1п= 3	Р2п= 2
Характеристика	Х0= 1	Х1п= 3	Х2п= 9
Диапазон регулирования групп	Д0=φР0-1= =1,263-1= =1,58	Д1п=φР0(Р1п-1)= =1,263(3-1)= = 4	Д2п=φР0 Р1п (Р2п-1)= =1,263·3(2-1)= =1,269 = 8

Учитывая изложенное, стоим график чисел оборотов с включением в график одиночной передачи. При необходимости значительного уменьшения скорости шпинделя при помощи одиночной передачи ее располагают последней в кинематической цепи.

Для построения графика (рис. 2) выполняем следующее:

1) наносим все валы привода;

2) из стандартного ряда со знаменателем 1,25 выбираем числа оборотов шпинделя: 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250 об/мин;

3) на графике приводим горизонтальные линии в количестве, достаточном для нанесения всех чисел оборотов шпинделя и числа оборотов электродвигателя;

4) наносим на графике числа оборотов шпинделя (справа) и числа оборотов электродвигателя;

5) разбиваем графически между группами наименьшее передаточное отношение привода, равное ,

где:

n₁ – наименьшее число оборотов шпинделя;

n_эл – число оборотов электродвигателя.

Наименьшее передаточное отношение разбиваем таким образом, чтобы передаточные отношения групп уменьшались тем сильнее, чем ближе передача к шпинделю; такая разбивка обеспечивает относительно высокие наименьшие числа оборотов промежуточных валов и малые моменты на валах.

При назначении (выборе) передаточных отношений должно быть выдержано условие: 2 ≥ i_наим  1/4. Так как диапазон регулирования 2-ой переборной группы равен 8, т.е. предельному значению, то эта группа должна состоять из двух передач с передаточным отношением ¼ и 2.

После нанесения лучей, соответствующих наименьшим передаточным отношениям i₁ , i₂ , i₅ и i₇ строим остальную часть графика, выдерживая между смежными лучами интервалы в соответствии со структурной сеткой.

Рис. 2. График чисел оборотов.

График чисел оборотов может быть построен в 2-3 вариантах. Из построенных вариантов выбирается оптимальный вариант. При оценке вариантов необходимо учитывать наименьшие и наибольшие величины передаточных отношений, определяющие размеры зубчатых колес; наличие или отсутствие повышающих передач; наибольшие числа промежуточных валов, определяющие наряду с диаметрами наибольшие окружные скорости зубчатых колес. Наибольшие передаточные отношения должны быть меньше или равны 2.

6. Определяем по графику величины передаточных отношений и сводим их в таблицу 1. Для определения передаточного отношения подсчитываем число интервалов между горизонтальными линиями, перекрываемых каждым лучом. Первое передаточное отношение определяем как отношение числа оборотов вала II к числу оборотов вала электродвигателя.

Таблица 1

Передаточные отношения	Числа зубьев х)
	Z2 = ; Z3 =
	Z4 = ; Z5 =
	Z6 = ; Z7 =
	Z8 = ; Z9 =
	Z10 = ; Z11 =
	Z12 = ; Z13 =
	Z14 = ; Z15 =
	Z16 = ; Z17 =
	Z18 = ; Z19 =

7. Рассчитываем числа зубьев зубчатых колес всех передач.