МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ УССР

ДОНЕЦКИЙ ордена трудового красного знамени

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ ПО КУРСУ «МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ И ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ»

ДОНЕЦК ДНИ 1987

Методические указания к курсовому проекту по курсу "Металлорежу­щие станки и промышленные роботы" (для студентов специальности 0501)/ Сост.: В.А. Сапронов, В.Г. Кочергин, Н.В. Вяльцев, А.Е. Горкуша. - Донецк: ДЛИ, 1987. - 48 с.

Изложена структура курсового проекта по дисциплине "Металлорежу­щие станки и промышленные роботы", определены основные требования, предъявляемые к его выполнению.

Для основных разделов курсового проекта даны указания по проектиро рованию и расчету. Приведены алгоритмы для разработки программ расче­тов на ЭВМ.

Составители: доц.

доц.

ст.преп.

аосист.

Рецензенты:

В.А. Сапронов В.Г. Кочергин Н.В. Вяльцев А.Е. Горкуша

А.П. Гарбузов И.А. Малышко

Целью курсового проекта является дальнейшее углубление знаний, полученных студентом по курсу "Металлорежущие станки и промышленные роботы". При выполнении курсового проекта студент должен овладеть осно­вами конструирования станков и их важнейших узлов.

Типовым заданием курсового проекта является: проектирование при­вода главного движения или подач с разработкой кинематической схемы, кинематического и силового расчетов, расчета на-прочность основных дета­лей проектируемого узла; разработка сборочных чертежей, а также возмож­ных типовых компоновок станка и их анализ.

I. СТРУКТУРА КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Ι.Ι. Графическая часть проекта Состоит из 3-3,5 листов формата ΑΙ.

Содержание графической части Анализ компоновок разрабатываемого станка.

Развертка коробки скоростей или подач с поперечным сечением по валам.

Специфический узел разрабатываемого привода (согласуется с руково­дителем). Рекомендуемые узлы для конструкторской разработки: шпиндель­ный узел; устройство автоматической смены инструмента (заготовок); механизмы переключения скользящих блоков; конструкции узлов поступа­тельного движения и т.п.

2. Расчетно-пояснительная записка

Расчетно-пояснительная записка объемом 30-40 страниц должна содержать все необходимые данные по расчету, описанию разработанной конструкции со ссылками на литературные источники. Оформляется поясни­тельная записка в соответствии с требованиями ЕСЦЦ ГОСТ 2.105-68 "Общие требования к текстовым документам".

Расчетно-пояснительная записка состоит из следующих разделов:

содержание;

введение;

анализ информационных источников по решаемой задаче; постановка конструкторских подзадач;

расчетный раздел (динамические, прочностные и кинематические расчеты разрабатываемых элементов станка); описание конструкций;

технико-экономическое обоснование принятых решений;

заключение;

список используемой литературы.

• 3

2. Рекомендуемая последовательность выполнения проекта

1.3Л. Кинематический расчет станка

Расчет диапазона регулирования и числа ступеней передач.

Разработка и построение структурных сеток, графика частот вращения.

Выбор (расчет) числа зубьев зубчатых колес.

2. Разработка компоновки станка, выбор и обоснование варианта компоновки

3. Силовой расчет станка

Расчет мощности электродвигателя и тяговых усилий.

Расчет крутящих моментов на валах коробки передач.

Расчет и выбор геометрических параметров основных деталей коробки передач (расчет модулей зубчатых зацеплений диаметров валов, подшипни­ков и т.п.).

2. Расчет динамических характеристик коробки передач

В этот раздел включаются расчеты критических частот вращения валов, виброустойчивости шпиндельного узла, критической скорости поступатель­ного перемещения столов и суппортов, времени переходных процессов коро­бок передач с фрикционными муфтами. Рассчитываемые параметры согласуют­ся с руководителем проекта.

2. Расчет и проектирование специального узла станка и системы управления (по согласованию с руководителем проекта)

3. Оформление расчетно-пояснительной записки и защита проекта

Полностью выполненный и оформленный курсовой проект представляется на рецензию, по результатам которой выносится решение о допуске проекта к защите.

2. ВЫБОР ВАРИАНТА ЗАДАНИЯ

При разработке кинематической схемы привода станка в первую очередь необходимо выбрать вариант задания по табл. 2.1. Номер варианта задания соответствует двум последним цифрам номера, зачетной книжки студента.

Но-	j Тип	ίОсновы.		Разра-		i Предельные Знамен.			iBec Примеча-
мер ва-	j станка	{размер, {мм		батыв. привод		j значения		прогресс j под- ние > }виж.
ри-		i				j			f4ac~i
анта|		i			j				jTefl.j
		i				!			!кг !
I	! 2	! 3		4		! 5 ! б		7	! 8,! 9
01	Токарно-			главн.					АКС с
	винторезный	H=I25		движ.		30 3000			перебор.
02	То же	-		коробка подач		0,02 1,4		-	200 АНН
03	И	-		главн. движ.		20 4000		1,41	ЧПУ
04	»1	-		подач.		0,05 4		1,26	гоо Акс
05	II	H=200		главн. движ.		20 2500		1,26	ЧПУ
Об	II			коробка подач		0,05 3,15		_	400 обычн.
07	и	H=200'		главн. движ.		30 3000		1,26	ЧПУ
08	и	-		подач		0,05 5		1,26	400 обычн.
09	и	Н=200		главн. движ.		20 1800		1,26	обычн.
10	и			коробка подач		0,25 6		-	600 АКП
II	и	Н=200		главн.		20 1200		1,26	АКС с раз-
				движ.					делен.при­вод.
12	tl			коробка		0,5 48		-	600 с разверн.
				подач.					конусом
13	η	Н=125		главн.		100 4000		1,26	с разделен.
				движ.					приводом
14	It	-		коробка		0,5 20		-	300 с развернут.
				подач					конусом
15	ft	Н=320		главн. движ.		12,5 800		1,26	ЧПУ
16	If	-		коробка подач		0,1 8		1,26	800 обычн.
17	If	Н=320		главн. движ.		12,5 630		1,26	ЧПУ
18	и	-		подач		0,05 8		1,26
19	и	320		главн. движ.		12,5 1600		1,26'	АКС
20	и	-		подач		0,1 8		1,41	800 АКС

5

I	! 2	! :	3	! 4	! 5 !	6 !	! 7 !	8	! 9
21	Токарно-			главн.
	револь-	d =	18	ДВИЖ.	50	4000	1,26		дне
	верный					- '
22	То же	-		подач	0,05	2	1,41	300	АКС
23	И	d -	25	главн.	30	3000	1,26		Аке
				движ.
24	И	-		подач	0,05	2	1,26	500	АКС
25	И	d =	40	главн.	50	2500	1,26
				движ.
26	И	-		подач	0,05	3	1,26	700	АКС
27	И	d =	65	главн.	30	1500	1,26
				движ.
28	η	-		подач	0,25	5	1,26	900	ЦПУ
29	it	d =	65	главн.	30	2000	1,26	-	ЦПУ
				движ.
30	и	-		подач	0,08	5	1,41	900	ЦПУ
31	η	d =	40	главн.	50	2500	1,41
				движ.
32	it	-		подач	0,05	3,5	1,41	700	АКС
33	и	d·	25	главн.	20	3500	1,41		АКС
				движ.
34	и	-		подач	0,05	2	1,41	500
35	η		18	главн.	50	5000	1,41
				движ.
36	и	-		подач	0,05	2	1,26	300	ЦПУ
37	Вертикаль-	4=	12	главн.	50	5000	1,41	100	АКС
	но-свер-			движ.
	лильныи
38	То же	-		ггодач	0,01	20	1,26		АКС
39	И	d =	18	главн.	100	3000	1,26		крестовый
				движ.					СТОЛ
40	И	-			2,5	0,01	1,26		То же
41	W	d «	25	главн.	30	2500	1,26		II
				движ.
42	и	-		подач	0,05	2,24	1,26		обычн.
43	η	d =	35	главн.	30	2000	1,26		АКС
				движ.
44	η	-		подач	0,05	3,15	1,26		АКС
45	tt	d =	50	главн.	20	1600	1,26		ЧПУ
				движ.
46	τι	-		подач	0,05	3,15	1,41		обычн.

6

I	! 2	! 3		! 4		! 5 !	6		1 7 !		8 ! 9
47	Вертикально­ сверлильный	of-	75		главн, ДВИЖ.	18		1000		1,41	ЧПУ
48	То же	-			подач	0,01		4,5		1,41	обычн.
49	Радиально­ сверлильный	cl-	35		главн. ДВИЖ.	25		3000		1,26	ЧПУ крес­тов, стол
50	То же	-			подач	0,05		3,15		1,41 1	’ АКС
51	П	of =	50		главн. ДВИЖ.	15		2500		1,41	обычн.
52	It	-			подач	0,1		5,0		1,26	АКС
53	II	d =	70		главн. ДВИЖ.	12,5		1500		1,26	ЧПУ
54	м	-			подач	0,05		3,15		1,26	АКС
55	и	d =	35		главн. ДВИЖ.	20		3000		1,41	АКС
56	"	-			подач	0,05		2,5		1,26	АКС
57	и	d =	50		главн. ДВИЖ,	16		2000		1,26	обычн.
58	η	-			подач	0,05		3,15		1,41	АКС
59	1»	d =	70		главн. ДВИЖ.	10		1600		1,26	крупнога- барит.дет
60	II	-			подач	0,1		6,0		1,26	обычн.
61	Вертикально­ расточной	u= 90 главн. (>f шпинд. )двнж.				10	800		1,26		ЧПУ
62	То же	-			подач	0,05		5,0		1,26	АКС
63	Горизонтально расточной	-d-	110		главн. ДВИЖ.	12,5		1600		1,26	ЧПУ
64	То же	-			подач	0,1		6,3		1,26	АКС
65	•1	-			главн. ДВИЖ.	10		2000		1,41	крупнога- баритн.
66.	II	-			подач	0,05		5,0		1,41	обычн.
67	II	-			главн. ДВИЖ.	6,3		1250		1,41	короткие детали
68	II	-			подач	0,1		6,3		1,41	АКС
69	w	d =	125		главн. ДВИЖ.	5		1000		1,26	крупнога- баритн. детали
70	II	-			подач	0,05		6,3		1,26	обычн.
71	II	-			главн. ДВИЖ.	10		1600		. 1,41	АКС
72	II	d =	160		подач	0,05		0,5		1,41	обычн.

7

I	! 2	! 3 !	4	! 5 !	6	! 7 !		8 ! 9
73 Горизонтально- расточный		- 160	главк. движ.	6,3	1250	1,26		крупнога- баритн.
74 То же		-	подач	0,063 б;з			1,26		обычн.
75 Вертикально­консольно­фрезерный.		размер стола 200x800	главн. движ.	30	2000	1,41		малогабарит. ЧПУ
76 То же		-	подач	3000	20	1,26		АКС
77	ft	-	главн. движ.	16	3150	1,41		АКС
78	It	-	подач	5	1250	1,41		АКС
79	tt	250x1000	главн. движ.	22,5	2500	1,26		малые дет.
80	t»	-	подач	10	2000	1,26		АКС
81	ft		главн. движ.	16	2590	1,41		АКС
82	It	-	подач	10	1600	1,41		малогабаритн.
83		320x1250	главн. движ.	40	2500	1,26		тяжелые дет.
84	tt	-	подач	58	1600	1,26
85	tt	-	главн. движ.	20	3150	1,41		АКС
•'B5'	It	-	подач	20	200	1,41		АКС
87	• tt	400x1600	главн. движ.	16	2500	1,26		крупногабарит детали
88	tt	-	подач	8	2000	1,26		АКП
89	tt	-	главн. движ.	10	1600	1,41		ЧПУ
90	tt	-	подач	50	2000	1,41		АКС
91	Г оризонталь- но фрезерный	200x800	главн. движ.	20	4000	1,26		АКС *
92	То же	-	подач	22,4	2500	1,26		АКС
93	п	-	главн. движ.	40	3150	1,26		АКС
94	п	-	подач	20	2240	1,26		АКС
95	п	320x1250	главн. движ.	16	2000	1,26		многооперац. АКС
96	и	-	подач	5	1600	1,26		АКС
97	tt	400x1600	главн. движ.	8	2000	1,41-		ЧПУ

8

Окончание табл. 2.1 I ! 2	! 3 ! 4 !	5 ! 6 !	7 ! 8	! 9
98 Горизонтально- фрезерный	400x1600 подач	12 1600	1,41	АКС
99 Бесконсольно- фрезерный	400x1800 главн. движ.	18 3550	1,26	ЧПУ ·
100 То же	подач	6,3 3150	1,41 ■	АКС

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТАНКА

Основными техническими характеристиками станка, определяющими его производственные возможности, являются:

а) предельные частоты вращения шпинделя (числа двойных ходов столов и др.) Птах и flmin ;

б) предельные подачи Smax и Smin. .

Студенты должны знать, что такое диапазон регулирования частот, вращения (отношение предельных значений частот вращения):

^ ' «.тй1 ’

/ flz - n_z._ti · У = п, У^гч_t )

п _ Х\Lmax _ _ καϊ-1

^{Так как} Кл - - —— - 7 .

то 5? = У-+

т in. /ф <

JkA&— .

3 = -{ +

* ¹ eg У s

У

Формулы для определения диапазона регулирования подач й j , знаменателя ряда подач , числа ступеней подач X $ подобны соот- ветствующим формулам для цепи главного движения, тГе.

О _ <$>иах

К$ - —:— >

³ Ъпи.п

До начала разработки кинематической схемы станка следует прибли-

женно определить мощность электродвигателя, так как она влияет на вы- бор типов передач в кинематических цепях. Мощность электродвигателя главного движения определяется по формуле

л/ _ Л/эч»

- ~У~ '

где jVjcp - полезная мощность резания при наиболее эффективном режиме; - КГЩ цепи главного движения.

9

Для станков с вращательным главным движением

/£ = 0,70 - 0,85.

Мощность Мп , потребная на подачу, определяется по формуле

где = 0,15-0,2 - КПД цепи подач;

J/_3a - эффективная мощность подачи, кВт.

где а - тяговая сила подачи, даН;

ZTj - скорость подачи, мм/мин.

Тяговую силу можно определить по следующим формулам /И/.

Для продольных суппортов токарных станков с треугольными и комбини­рованными направляющими

Для продольных суппортов токарных и револьверных станков и столов фрезерных станков с прямоугольными направляющими

Р₂ - составляющая силы резания, прижимающая каретку суппорта или стол к направляющим, даН;

Мк - крутящий момент на шпинделе, даН-мин; d - диаметр шпинделя, мм;

-f- - коэффициент трения между пинолыо и корпусом, на шлицах или

шпонках шпинделя;

/ - приведенный коэффициент трения на направляющих;

К - коэффициент, учитывающий влияние опрокидывающего момента.

Для токарных станков с призматическими или комбинированными направ­ляющими К = 1,15 и у = 0,15-0,18; для токарных и револьверных станков

Для столов фрезерных станков с направляющими в форме ласточкина

хвоста

Для шпинделей сверильных станков

где Р_х - составляющая силы резания в направлении подачи, даН;

G ~ масса перемещаемых частей, кг;

10

о прямоугольными направляющими К= 1,1 и / = 0,15; для столов фрезер- ных станков К = 1,4 и / =0,2; для пинолей сверильных станков^ =0,15,

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОРОБОК ПЕРЕДАЧ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

   1. Разработка структурной формулы коробки передач

Коробки передач металлорежущих станков в большинстве случаев обес- печивают получение некоторого ряда фиксированных частот вращения выход- ного вала (ступеней скорости) в значительном диапазоне. Изменение ступе- ней скорости производится при помощи блоков подвижных, объединяющих 2,

3 или 4 шестерни и сопряженных с ними неподвижных зубчатых колес, назы- ваемых группами передач.

Общее число ступеней скорости коробки передач, состоящей из несколь

ких групп:

где Р - число передач в группе;

а,В,...Г- порядковый номер группы в кинематической цепи, начиная от электродвигателя.

В коробках передач происходит уменьшение частот вращения от электро*, двигателя к выходному валу. Диаметры валов и зубчатых колес прямо про- порциональны крутящим моментам. Поэтому для уменьшения металлоемкости коробки передач должно выполняться условие:

Pol >Рв *... >Рг .

С учетом этого условия алгоритм разработки структурной формулы множительной коробки передач на ЭВМ может быть представлен блок-схемой на рис. 4.1.

Отношение наибольшего общего передаточного отношения ( LLotfui.max) к наименьшему ( U-общ. min.)

LL ύόα.i max _ fLmClx _

Li еЯцл min. 1^- min. odui

есть диапазон регулирования. Тогда по аналогии получаем:

_ U-umcix , U-втак ' _ _ Li г там _ π η п

LLcLMCn. U & min Llrrnin. ~ КП^.· Κπ_Γ·

Таким образом, диапазон регулирования коробки передач равен произ- ведению диапазонов регулирования групп передач. При этом ряды частот· вращения промежуточных валов и ряды передаточных отношений тоже должны

II

быть построены по закону геометрической прогрессии /Б/. Знаменатели рядов частот вращения промежуточных валов можно записать так:

ν’α = У ; ^ ;

У>_г = у ^ра- · Ρδ ·■■ Pr -I - У ^Х ^

где У - знаменатель прогрессии ряда частот выходного вала;

Уд знаменатель прогрессии промежуточных рядов частот валов; GL, fS,,.r- порядковый номер группы передач, начиная .от электродвига- теля ; ,

Р - число передач в группе;

X - показатель степени, численно равный числу ступеней

скоростей, кинематически предшествующих данной группе.

Он называется характеристикой группы.

Так как характеристика каждой группы определяется структурной формулой, то все передаточные отношения в группе находятся после того, как будет задано одно из них по формулам

U>^Xi~ U Z L _ Uj l _ _ LLjj

U i i Иг i ' 0-l'

Uj.i - U(^_t)l ■ y^Xl ,

где L - номер группы в кинематической последовательности включения, начиная от электродвигателя;

J - номер передачи в группе.

Передаточные отношения в коробках передач задаются,исходя из усло- вий минимизации металлоемкости и габаритов, и ограничены следующими величинами:

а) в цепях главного движения

-ΊΓ ' U * ^{2 ;}

б) в тихоходных передачах - цепях подач и подачах с косозубыми

шестернями ,

у 4 U 4 f ,

Следовательно, наибольший диапазон регулирования групп передач будет равным:

для цепей главного движения

для цепей

_п - !Ч ■

Допускается принимать передаточные отношения на последних переда- чах карусельных станков LLmin = 1:20, лоботокарных - 1:12 и

поперечно-строгальных с кулисным приводом - L/trtin= 1:7 /11],

13

к

^ L/naX'

подач

Ui,

TCOt

U,

%

2. Графоаналитический метод определения передаточных отношений

Так как частоты вращения и передаточные отношения в приводах металлорежущих станков могут быть представлены в форме степеней знамена­теля прогрессии ряда частот выходного вала_г Удобно для наглядности изображать графически на логарифмических шкалах с ценой деления, рав­ной tty У. Графоаналитический метод заключается в построении структур­ных сеток и графиков частот вращения выходного вала (шпинделя). Исход­ными данными при разработке кинематической схемы привода являются наименьшая и наибольшая частота вращения выходного вала, число ступе­ней скорости и знаменатель прогрессии. Структурные сетки и графики частот строятся для заданного конструктивного варианта в соответствии с рекомендациями /Е, 11].

3. Оптимизация конструктивного решения коробок передач

Обоснование выбора структурного варианта коробки передач по крите­рию минимизации массы рационально проводить на ЭВМ. Так как при кинемати ческом расчете неизвестны передаваемая мощность и частота вращения электродвигателя, то оценка вариантов ведется в относительных единицах. За единицу сравнения принимается масса первого вала и масса условной нулевой группы передач.

Условия сравнения:

1. Все валы коробки передач имеют одинаковую длину.

2. Передаточные отношения в группах передач кратны знаменателю прогрессии ряда частот выходного вала коробки передач.

3. Из условия компактности конструкции принято С/тм · LLmin= I;

UmU-ji - l/t/mir. ·

4. Ширина шестерен и колес вала групп передач одинакова и равна 8 модулям зацепления данной группы.

5. Наименьшее число зубьев на шестернях равно 20. Диаметр вала определяем по формуле /5, 8/

d-C,k№. , (4.1)

а модуль зубчатого зацепления по формуле

т - Cjj'tfn. , (4.2)

где С i - коэффициент, учитывающий материал валов;

С £ - коэффициент, учитывающий материал зубчатых колес, неравно- мерность распределения нагрузки, форму зубьев и т.д.;

J/ - мощность, передаваемая валом или зубчатой передачей;

ZL - частота вращения вала или ведомой шестерни группы передач. Выразив частоты вращения промежуточных валов через частоту враще­ния электродвигателя fl эд , знаменатель прогрессии и характери­стики групп, получим:

Hi - П_э$ ■ . </" (4.3)

где CLc, Q-i- половина характеристик нулевой и L -й групп.

Масса валов и шестерен при использовании формул (4.1), (4,2), (4.3) будет равна: , ——

&е^тс?\/(£,уу ■

Око - ПР₀ ml zi, l 1 ^r ,

■Ο t

где Gr 6c,Gii- масса ведомых валов нулевой и L -й групп передач; G-χο,(zci~ масса шестерен нулевой и L -й групп передач.

Масса валов и шестерен коробки передач в относительных единицах

\л/ —

& 6с

f Gth

ZL Q- к i

■ to

Gr

ito

или после подстановки значений масс получим: _к

W- !+£( ^^ГЙ'/^/3+ %·⁴>

Для оценки всех кинематических вариантов коробки передач разработа­на программа расчета на ЭВМ (рис. 4.2), в которой используется подпрог­рамма определения массы валов и шестерен (рис. 4.3). Задача конструк­тора сводится к оценке структурных вариантов по общим показателям (см. π. 4.1) и по критерию наименьшей массы и выбору оптимального ва­рианта. В принципе эта работа тоже может быть выполнена на ЭВМ.

Алгоритм расчета заключается в следующем (см.рис. 4.2):

1. Начало программы.

2. Ввод данных о числе ступеней скорости, определенном ранее, исходя из диапазона регулирования и знаменателя прогрессии.

3. Разработка структурной формулы определения конструктивного расположения числа групп передач и количества передач в них.

5

4. Принятие решения о способе расчета характеристик групп и наибольшего из них в зависимости от числа групп передач.

14. Организация циклических расчетов характеристик групп и оцен­ки структурных вариантов.

15. Расчет характеристик групп для принятого конструктивного варианта коробки передач.

7-9,16-21.Выбор максимальной характеристики групп передач.

Рис. 4.2. Блок-схема алгоритма расчета кинематических вариантов коробок передач

16

9. 20. Расчет диапазона регулирования группы передач с максималь­ной характеристикой.

10. 21. Принятие решения о пригодности структурного варианта и пути дальнейшего расчета.

11. 23. Вывод сообщения о пригодности структурного варианта.

12. 24. Расчет массы валов и шестерен структурных вариантов (см.Рис. 4.3 и его описание.).

25. Конец программы.

Рис. 4.3. Блок-схема подпрограммы расчета массы валов и шестерен

Алгоритм выполнения подпрограммы расчета относительной массы валов и шестерен коробки передач (рис. 4.3) состоит в следующем:

1. Начало подпрограммы.

2. Приведение регистров памяти в исходное состояние.

3. Организация циклических расчетов.

4. Расчет вспомогательной величины, равной половине характеристики группы.

5. Определение показателей степени знаменателя ряда.

17

6. Определение относительной массы валов.

7. Определение относительной массы шестерен.

8. Определение массы структурного варианта коробки передач.

9. Вывод сообщений о результатах расчетов.

10. Конец подпрограммы.

Исходными данными для выбора оптимального варианта коробки передач являются диапазон регулирования и знаменатель прогрессии. Программа для ЭВМ написана на алгоритмическом языке Ф0РТРАН-1У. В курсовом проекте предусматривается обязательное использование ЭВМ при выборе оптимально­го варианта.

5. РАЗНОВИДНОСТИ КОРОБОК ПЕРЕДАЧ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

   1. Коробки передач со сложенными структурами

В разд. 4 были рассмотрены правила графоаналитического метода расчета множительных коробок передач, у которых на выходном валу обес­печивается геометрический ряд частот вращения, а каждая ступень скоро­сти может быть получена только по одной кинематической цепи.

Стремление к уменьшению потерь производительности станков, связан­ных со ступенчатым способом регулирования, вызывает необходимость раз­работки привода,приближающегося по характеристикам к бесступенчатому регулированию. Из коробок передач со ступенчатым регулированием наиболее полно отвечают этим требованиям коробки передач со сложенными структу­рами.

Сложенная - это такая структура многоступенчатого привода, которая состоит из нескольких независимых кинематических цепей (каждая цепь является простой множительной структурой). Обычно одна из составляющих структур является общей для всех кинематических цепей и называется основной, остальные - дополнительными.

■ Приводы со слеженными структурами делятся на три класса (рис.5.1):

А - с одной дополнительной структурой;

Б - с двум дополнительными структурами, соединенными параллельно;

В - с двумя дополнительными структурами, соединенными последова­тельно.

В зависимости от способа передачи движения на шпиндель от основной структуры каждый класс делится на виды:

I - движение на выходной вал передается через постоянную передачу;

П - движение на выходной вал передается через разъединительную муфту напрямую;

Ш - движение на выходной вал передается только через дополнитель­ные структуры.

78

Общее число ступеней скорости коробки передач подсчитывается как суша ступеней регулирования всех множительных структур и опреде- ляется по формулам /2/: для	класса А	вид	AI	Z	= Z0(Uo +Z.);
		И	АП	Z	= Zo( z,);
для	класса Б	вид	Б1	Z	~Zo(^z,* z2);
		Tt	БП	Z	- Zc (4 + Z, - Z2) ;
		tt	БШ	Z	— Zc (О *-Z, -h Z2 J ‘
для	класса В	вид	BI	Z	- Zc ( Uo * Z,+Z,-Z2)
		И	ВП	2	- Zo (4 + Z, *Z,- Zг) ,

Рис. 5.1. Классы и виды коробок передач со сложенными структурами

Постоянные передачи в приводах со сложенными структурами приме­няют для повышения или понижения частоты вращения после основной или дополнительной структуры, а также для сохранения постоянного направ­

19

ления вращения выходного вала, независимо от переключения частот враще­ния. Постоянные передачи удлиняют кинематические цепи, усложняют кон­струкцию и снижают КПД коробки передач, поэтш.!у целесообразность введе­ния в кинематику постоянных передач должна быть обоснована в каждом конкретном случае.

Из всех возможных вариантов кинематики 'привода со сложенными струк­турами, дающих одно и тоже число ступеней регулирования, наивыгодней­шим является тот, который имеет наименьшее количество зубчатых колес, валов, подвижных блоков, сцепных муфт, т.е. наибольшую простоту схемы и конструкции; меньшие диапазоны регулирования групп передач, что поз­волит избежать назначения предельных передаточных отношений; короткие кинематические цепи, а следовательно, высокий КПД.

В табл. 5.1 приведены наиболее приемлемые варианты для каждого вида сложенной структуры из большого числа всех возможных /2/. При выборе лучшего кинематического варианта определенного вида структуры необходимо прежде всего учитывать общие указания по разработке кинема­тических схем. Желательно, чтобы при работающей короткой цепи все валы, не участвующие в передаче движения, оставались неподвижными. Уменьшить число зубчатых колес? в зацеплении можно применением связанных колес, т.е. колес, работающих как ведущими, так и ведомыми.

Структурные сетки каждой множительной структуры строят в пределах своего диапазона регулирования, т.е. сдвинутыми относительно друг друга. Постоянные передачи также обязательно изображаются на структурных сетках (рис. 5.2.а).

Графики частот вращения для приводов со сложенными структурами строят по тем же правилам, что и для множительных структур (рис.5.2,б).

Исходными данными для кинематического расчета коробок передач со сложенной структурой являются число ступеней скорости, предельные (may,min) частоты вращения выходного вала и знаменатель прогрессии. Порядок кинематичеэкого расчета следующий:

1. По заданному числу ступеней регулирования X и знаменателю прогрессии У из табл. 5.1 выбирают вид структуры, удовлетворяющий конструктора,

2. По рис. 5.3 - 5.7 выбирают типовую кинематическую схему привода.

3. По принятой структурной формуле определяют характеристики групп.

4. Строят структурную сетку основного кинематического варианта.

5. Распределяют общее передаточное отношение на частные по группам передач и строят график частот вращения выходного вала.

6. Определяют числа зубьев шестерен по обычной методике.

7. Проверяют отклонение фактических частот вращения от нормаль­ных по формуле _ю

мг - ^Lct,~^r--~ loo « -ю( у-4) fi-

rt-н

Рис. 5.2. Структурная сетка (а) и график частот вращения (б) коробки передач со сложенной структурой на 21 ступень скорости

21

f т п/п\Х	Структурная формула	;Вид 1 jCTpyK-j i туры i	Основные		показатели		привода
			sail j	!ffi \	'КБ	\·Ζ«4	1 км	i dy
I ! 2	3	! 4 !	5 !	6 !	7	! 8	! 9	! 10
I.	3 '( Uo + 2)	AI-I	16	5	3	3	-	2,0
2. 9	3 (I + 2)	ΑΠ-Ι	12	4	2	3	I	1,58
3.	3x3	о6ычная!2		3	2	-	-	1,41
4.	2 (Цо + 2x2)	AI-2	16	5	4	2	-	1,58
5.	2 (I + 2 х 2)	АП-2	12	4	3	2	I	1,41
6. 10	2 (Uo + 2 + 2)	Б1-1	22	7	4	2	-	2
7.	2 (I + 2 + 2)	БП-1	16	5	3	2	I	1,58
8.	2 (0 + 2 + 3)	БШ-1	18	5	3	4	-	1,58
9.	3 (Uo+ 3)	AI-I	18	5	<.J	3	-	1,41
ТО. 12	2 2 Шо+ 2)	AT-4	18	6	4	4	-	1,58
II.	3 (I + 3)	ΑΠ-Ι	14	4	2	3	I	1,26
12.	2 2 (I + 2)	Afl-4	14	5	3	4	I	1,58
13. 12	2 (Uo +2 + 3)	Б1-1	24	7	. 4	2	-	1,26
14.	2 (I + 2 + 3)	БП-1	18	5	3	2	I	1,41
15.	2 (0 + 3 + 3)	Б111-1	20	5	3	' 6	-	1,58
16.	3 (0 + 2 + 2)	БШ-1	18	5	3	6	-	2
17.	2 (0 + 2 +2x2)	ЕШ-2	18	5	4	4	-	1,58
18.	2x3x2	обычная	-14	4	3	-	-	1,41
19.	2 (Uo+ 3x2)	AI-2	18	5	4	2	-	1,41
20.	2 (I + 3 x 2)	АП-2	14	4	3	2	I	1,26
21.	2 (U, + 2 +2x2)	Б1-2	24	7	5	2	-	1,41
22.	2 ( Ue + 3 + 3)	БТ-1	26	7	4	2	-	1,41
23. 14	2 (I + 3 + 3)	БП-1	20	5	3	2	I	1,26
24.	2 (I + 2+2x2)	БШ-2	18	5	4	2	I	1,26
25.	2 (0 + 3+2x2)	БШ-2	20	5	4	6		1,41
26.	2 (U0 + 2+2x2)	BI-I	22	7	5	2	-	1,58
27.	2 (I + 2+2x2)	ΒΠ-Ι	16	5	3	2	2	1,58
28,	3 (Lc0+ 2x2)	AI-2	18	5	4	3	-	1,41
29.	3 (I + 2 x 2)	АП-2	14	4	3	3	I .	1,26
30. 15	3 (Uo+ 2 + 2)	Б1-1	24	7	4	3	-	1,41
31.	3 (I + 2 + 2)	БП-1	10	5	3	3	I	1,26
32.	3 (0 + 2 + 3)	ЕШ-1	20	5	3	6	-	1,4-1
33.	2 x 2( U0+ 3)	AI-4	20	6	4	4	-	1,26
34.	2 x 2 (I + 3)	АП-5	16	5	3	4	т	1,26

22

I ! 2	! 3 !	4 Г	5		! 6		! 7		! 8		! 9	i 10
35.	г Шс+ 3+2x2)	Б1-2	26		7		5		2			1,41
36. 16	2 (1+3+2x2)	БП-2	20		5		4		2		I	1,12
37.	2 (0 + 2 +3x2)	БШ-2	20		5		4		4		-	1,41
38.	2 (0+2х2х2)	БШ-5	20		5		5		8		-	1,26
39.	2 2(0+2+2)	BUM	20		6		4		. 8			1,41
40.	2 х 2 х 2 х 2	обычная	16		5		4		-		1 —	1,26
41.	2 (1/с+2’-2*2)	A1-3	18		5		4		2		-	1,26
42.	3x2 (L/o + 2)	AI-4	20		6		4		6		-	1,41
43.	2 (1+2х2х2)	АП-3	18		6		4		2		I	1,26
44.	3 х 2(1 + h	АП-4	16		5		3		6		I	1,26
45.	3 Шо + 2 +'3)	Б1-2	26		7		4		3		-	1,26
46.	3 ( L(q +2 + 3)	Б1-1	26		7		4		3		-	1,26
47.	2 (Ut +2+3x2)	BI-2	26		7		5		2		-	1,26
48.	2 ( Uc + 2х2х2х2) Б1-6		26	7		6		2		-		1,26
49. 18	3 (I + 2 + 3)	БП-1	20		5		3		3		I	1,12
50.	2(1 + 2 + 3x2).	БП-2	20		5		4		2		T	1,12
51.	2 (I + 2x2+2x2)	БП-6	20		5		5		2		I	1,12
52.	3 (0 + 3 + 3)	БШ-1	22		5		3		9		-	1,26
53. 18	2 (0 + 3+3x2)	БШ-2	22		5		4		6		-	1,26
54.	3 (0 + 2+2x2)	БШ-2	20		5		4		6		-	1,26
55.	2 ( ii6 + 2+2x3)	BI-I	22		7		5		2		-	1,26
56.	2 (I + 2+2x3)	ΒΠ-Ι	18		5		3		2		2	1,26
57.	3x3x2	обычная	16		4		3		~		-	1,26
58.	2x2 ( L/o + 2x2)	AI-5	20		6		5		4			1,26
59.	2x2 (1+2x2)	АП-5	16		5		4		4		I	1,12
60.	2 ( Ць+3+3x2)	Б1-2	28		7		5		2		-	1,26
61.	2x2 ( Ut+Z+2)	Б1-4	26		8		5		4		-	1,26
62. 20	2 (I+3+3x2)	БП-2	22		5		4		2		I	1,12
63.	2x2 (1+2x2)	БП-4	20		6		4		4		I	1,12
64.	2 (0+2+2x2x20	БШ-2	20		5		5		4		-	1,26
65.	2 (0+2x2x3x2)	BD1-5 .	22		5		5		8		-	1,26
66.	2x2 (0+2+3)	БШ-4	22		6		4		8		-	1,26
67.	2 (Ut +3+3x2)	BI-I	24		7		5		2		’ -	1,41
68.	2 (I+3+3x2)	ΒΠ-Ι	18		5		3		2		2	1,26
69.	3 ( Ua + 3 x 2)	AI-2	20		5		4		3		-	1,26
70.	2 (I + 3 x 2)	АП-2	16		4		3		3		I	1,12
71.	3 ( i,/,+ 3 + 3)	Ё1-1	28		7		4		3		-	1, 2G
72.	3 (U о+2+2x2)	Б1-2	26		7		5		3		-	1,26

23

27

Рис. 5.7.Типовые схемы сложенных структур вида ΒΙ и ВП

4. Вращающий Мg или динамический момент, развиваемый включенной муфтой при наличии скольжения дисков и передаваемый И п, или стати­ческий момент включенной муфты при отсутствии скольжения.

5. Моменты инерции У и моменты сил сопротивления Ml элементов кинематической цепи привода, включая моменты инерции обеих частей муфт и ротора электродвигателя.

Моменты инерции и моменты сил сопротивления должны быть приведе­ны к началу участков кинематической цепи между муфтами, т.е. к ротору электродвигателя, ведомой половине муфты.

4. Передаточные отношения участков кинематической цепи, передаю­щих движение при принятом способе включения.

Для выбора оптимального способа определяют время для следующих вариантов разгона привода:

• электродвигателем при предварительно включенных муфтах.

• некоторой муфтой при предварительном включении остальных муфт кинематической цепи, передающей движение электродвигателя.

Выбирается способ включения, обеспечивающий разгон за минималь­ное время. При расчете времени разгона определяются следующие величины:

1. Момент сопротивления разгоняемого участка привода.

Met = bicj ,

где К - количество участков в кинематической цепи, передающей движение.

2. Номинальный момент электродвигателя

Мн - 95SO fr ■

3. Номинальное $_h и критическое S_t скольжение ротора электро­двигателя относительно синхронной частоты вращения:

4. Частота вращения двигателя под нагрузкой после разгона

5. Максимальный (критический) момент двигателя

6. Фактический, передаваемый муфтой крутящий момент

Ml - Μκ/Uj .

Если М L < Μп , то скольжения дисков муфты нет.

7. Суммарный момент инерции привода

Зк&Пс

-JL 7j .

8. Постоянная времени*двигателя Тк

ЗСНк

31

9. Время разгона привода электродвигателем

i'P - А ' Тк ,

где А - определяется по графику (рис. 6.1) для рассчитанного Sk и отношению Мс/Мк.

10. Суммарные моменты инерции и сопротивления Л/сг^¹ ведомых участков кинематической цепи, расположенных после включаемой муфты, приводятся к ее ведомой части.

11. Время разгона привода ]_ -й включаемой муфтой

X - · П i

^ЪР ' 9,&10,9МН-Мсг<) , ’

где W-L - Ylq Ui- частота вращения ведущей части L -й муфты..

Если фактический, передаваемый М i -й муфтой момент Mi превы­шает передаваемый предварительно включенными муфтами Мп , то в дис­ках наблюдается скольжение и время разгона привода определяется по вращающему моменту L -й муфты, который в этом случае равен:

__{j) ЦТ *

где Mgi - фактический вращающий момент, передаваемый предварительно включенной муфтой;

момент сопротивления участков кинематической цепи между муфтой с проскальзывающими дисками и включаемой муфтой.

' _ 7^ · Hi

р " Q,55(0,9Mti-Hc_tj) '

Если привод разгоняется частями (сначала первый участок, затем второй и т.д.), то время разгона привода равно сумме времен разгона отдельных участков.

. На основе проведенных расчетов времени переходных процессов выби­рается последовательность включения электромагнитных муфт, обеспечиваю­щая минимальное время разгона.

4. ШПИНДЕЛЬНЫЕ УЗЛЫ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

Конструкция шпиндельного узла должна обладать достаточной жест­костью, необходимой точностью вращения, виброустойчивостью в заданном диапазоне изменения режимов работы и долговечностью.

32