9.8. Расчетная схема и определение нагрузок на шпиндель

9.8.1. Составление расчетной схемы нагрузок на шпиндель и определение составляющих сил резания Pz и Py

Для составления расчетной схемы нагрузок на шпиндель используется свертка шпиндельной бабки горизонтального многоцелевого станка (см. рис. 9.3). Шпиндельный узел выполнен в виде автономной сборочной единицы (см. рис. 9.2), и шпиндель получает вращение от третьего вала коробки скоростей через шлицевое соединение его задней консольной части и находится под действием крутящего момента T₃ со стороны задней опоры.

На переднюю консольную часть шпинделя действуют радиальная P_y и тангенциальная P_z составляющие силы резания P. Расчетная схема шпинделя с приложенными к нему нагрузками (рис. 9.6) составлена для операции попутного фрезерования. Стрелками показаны направления вращения приводного колеса и шпинделя, а также перпендикулярная и параллельная подаче s, соответственно вертикальная P_υ и горизонтальная P_h составляющие силы резания.

Рис. 9.6. Расчетная схема нагрузок на автономный шпиндельный узел

при попутном фрезеровании

Исходной формулой для расчета сил резания является выражение эффективной мощности резания

Расчетная скорость резания определяется по формуле

, мин^–1,

где D_max – максимальный диаметр режущего инструмента, мм: D_max = = 200 мм;

n_р – расчетная частота вращения шпинделя, мин^–1: n_р = 224 мин^–1.

Составляющая силы резания P_z определяется по формуле:

Н,

где N_υ – эффективная мощность резания, кВт: N_υ = 6 кВт;

υ_р – расчетная скорость резания, м/мин: υ_р = 140,7 м/мин.

Составляющая силы резания P_y определяется по формуле

где P_z и P_y – составляющие сил резания, Н: P_z = 2558,6 Н.

Суммарная сила резания рассчитывается по формуле

Н,

где P_у и P_z – составляющие силы резания, Н: P_у = 1023,4 Н; P_z = 2558,6 Н.

В данном примере силу резания P в дальнейшем можно использовать для расчета шпинделя на жесткость в одной плоскости, так как на шпиндель от приводного третьего вала действует только крутящий момент T₃.

9.8.2. Определение составляющих сил резания Ph и Pυ

В общем случае если на шпиндель действуют силы зацепления приводного зубчатого колеса, то расчет на жесткость выполняется в двух плоскостях и должны рассчитываться силы P_h и P_υ. При выполнении операции фрезерования на многоцелевом сверлильно-фре-зерно-расточном станке не известна точка приложения силы реза- ния P. Поэтому она раскладывается на вертикальную P_υ и горизонтальную P_h составляющие силы резания соответственно перпендикулярно и параллельно подаче. Расчет сил Р_h и P_υ, например при попутном фрезеровании, проводится исходя из следующих соотношений:

Р_h : Р_z = 0,2–0,3; Р_υ : Р_z = 0,9–1,0.

Следовательно: Р_h = (0,2–0,3) · Р_z = (0,2–0,3) · 2558,6 = 512–768 Н;

P_υ = (0,9–1,0) · Р_z = (0,9–1,0) · 2558,6 = 2303–2559 Н.

9.8.3. Определение сил, действующих в зацеплении зубчатых колес привода шпинделя

В общем случае окружная сила, действующая в зацеплении зубчатых колес z₃ и z₄, рассчитывается по формуле

Н,

где T₃ – крутящий момент на шпинделе, Н·м: T₃ = 290,97 Н·м;

d₄ – делительный диаметр колеса, мм: d₄ = 229,21 мм.

Радиальная сила F_r, действующая в зацеплении зубчатых колес z₃ и z₄, рассчитывается по формуле

F_r = F_t  tg α,

где F_t – окружная сила, действующая в зацеплении зубчатых колес z₃ и z₄, Н: F_t = 2538,9 Н.

α – угол зацепления в нормальном сечении, градус: α = 20°.

F_r = 2538,9 · tg 20º = 924,08 Н.

В данном примере эти силы могут не рассчитываться, так как шпиндель приводится во вращение крутящим моментом T₃ через шлицевое соединение от третьего вала.