- •В.Н. Евстигнеев, м.А. Китаева, б.В. Устинов расчет и конструирование приводов главного движения металлорежущих станков
- •150400.65 «Технологические машины и оборудование»
- •Оглавление
- •Предисловие
- •1. Задачи, тематика и организация курсового проектирования
- •1.1. Задачи и требования к курсовой работе
- •1.2. Тематика и содержание курсовых работ
- •1.3. Указания к написанию разделов пояснительной записки
- •Введение
- •Современные тенденции развития станков
- •Разработка технологического процесса обработки детали на станке
- •Разработка кинематической схемы привода главного движения
- •Технические расчеты деталей привода
- •Выбор системы смазки привода
- •Заключение
- •1.4. Требования к оформлению пояснительной записки
- •Общие положения
- •Оформление пояснительной записки
- •Формулы и уравнения
- •Иллюстрации и рисунки
- •Оформление таблиц
- •Описание библиографического списка
- •1.5. Требования к оформлению графических материалов
- •Указания к оформлению чертежа общего вида
- •Указания к оформлению сборочного чертежа
- •Указания к оформлению чертежа детали
- •Указания к оформлению кинематической схемы
- •1.6. Организация выполнения курсовой работы
- •2. Методические материалы для обоснования конструкции привода главного движения
- •2.1. Электродвигатели
- •С разными режимами работы
- •Численные значения технических характеристик электродвигателя аирм132м4 при изменении частоты тока от 50 до 125 Гц
- •Конструктивные исполнения по способу монтажа двигателей серий аи, 5а, 6а, адчр
- •2.2. Проектрование кинематической схемы привода главного движения
- •2.2.1. Разработка кинематики привода со ступенчатым регулированием частоты вращения
- •2.2.2. Разработка кинематики привода с бесступенчатым регулированием частоты вращения шпинделя
- •2.3. Определение диаметров валов коробки скоростей
- •Механические характеристики сталей
- •Номинальные размеры цилиндрических концов валов
- •Допускаемые номинальные напряжения [σИ] для валов
- •Коэффициенты Kσ и Kτ в ступенчатом переходе с галтелью
- •Коэффициенты Kσ и Kτ для шпоночного паза
- •Коэффициенты Kσ и Kτ для шлицев и резьбы
- •Отношения Kσ/Kdσ и Kτ/Kdτ для посадки деталей на вал с натягом
- •Коэффициенты Kdσ и Kdτ
- •Коэффициенты kFσ и kFτ
- •Коэффициент kv
- •Уравнения упругой линии, максимальные прогибы и углы поворота двухопорных балок
- •Допустимые углы поворота сечения и прогибы вала
- •2.4. Шпоночные и шлицевые соединения
- •Номинальные размеры призматических шпонок (гост 23360-78)
- •Номинальные размеры сегментных шпонок (гост 8794)
- •Размеры прямобочных шлицевых соединений, мм
- •Предпочтительный размерный ряд эвольвентных шлицевых соединений (гост 6033-80)
- •50×2×9H/9gГост 6033-80.
- •50H7/g6×2×h9/g9 гост 6033-80.
- •Допускаемые напряжения [σ]см для неподвижных соединений
- •2.5. Выбор уплотнений опор качения
- •Применение уплотнений опор качения
- •Размеры лабиринтных уплотнений, мм
- •Размеры манжетных уплотнений для валов (гост 8752-79), мм
- •2.6. Выбор системы смазки
- •Предельная быстроходность шпиндельных узлов для различных систем смазки
- •Основные эксплуатационные характеристики масел на нефтяной основе
- •2.7. Шпиндельные узлы с опорами качения
- •Технические характеристики шпиндельных узлов
- •Значения коэффициентов k1, k2, k3 и осевой жесткости j0 для комплексных опор
- •Предварительный натяг шариковых радиально-упорных подшипников, н
- •2.8. Зубчатые передачи
- •2.8.1. Общие сведения о зубчатых передачах
- •Материалы и виды термообработки для изготовления зубчатых колес
- •Рекомендации применения зубчатых колес по нормам плавности
- •Модуль зубьев по гост 9563-80
- •Геометрические параметры цилиндрических передач внешнего зацепления без смещения, мм
- •Число зубьев шестерни
- •Формулы для расчета сил в зацеплении
- •2.8.2. Расчет зубчатых передач
- •Расчет модулей зубчатых передач по критерию изгибной прочности
- •Пределы выносливости σFlimb, σНlimb и коэффициенты безопасности sf, sh при расчете на контактную и изгибную прочность
- •Показатели степени кривой усталости qF, qН и коэффициенты приведения μF, μН
- •Коэффициенты расчетной нагрузки
- •Коэффициенты kFβ и kНβ
- •Коэффициенты kfv и kнv динамической нагрузки
- •Проверочный расчет цилиндрических зубчатых передач на выносливость при изгибе
- •Проверочный расчет на контактную выносливость зубьев
- •Базовое число циклов nHlim
- •2.8.3. Конструкция зубчатых колес
- •2.9. Ременные передачи
- •Основные характеристики ременных передач
- •2.9.1. Клиноременная передача
- •Характеристики сечений импортных клиновых ремней
- •Длина клинового ремня
- •2.9.2. Поликлиновая передача
- •Поликлиновые отечественные ремни, изготавливаемые серийно
- •Параметры сечений поликлиновых ремней импортного производства по din 7867
- •Поликлиновые импортные ремни, изготавливаемые серийно
- •2.9.3. Зубчатоременная передача
- •Резиновые зубчатые литьевые ремни, изготавливаемые серийно
- •Основные типоразмеры выпускаемых зубчатых ремней импортного производства
- •2.9.4. Определение кинематических и геометрических параметров ременных передач Передаточное число ременной передачи
- •Сечения клиновых ремней
- •Модуль зубчатого ремня и число зубьев шкивов
- •Параметры зубчатоременных передач
- •Диаметры шкивов и скорость ремня
- •Угол обхвата
- •Межосевое расстояние и расчетная длина ремня
- •2.9.5. Методика расчета ременных передач по тяговой способности
- •Клиноременная передача
- •Параметры для определения Cl
- •Коэффициент режима нагрузки, Cp
- •Поликлиновая передача
- •Параметры клиновых ремней
- •Зубчатоременная передача
- •Силы, действующие на валы
- •Силы, действующие на валы
- •Расчет ременных передач на долговечность
- •2.9.6. Шкивы ременной передачи
- •Профиль шкива клиноременной передачи
- •Профиль ремня поликлиновой передачи
- •Профиль шкива зубчатоременной передачи
- •Основные размеры шкивов ременных передач
- •Способы натяжения ремней
- •Рекомендации по конструктивному расположению шкивов в приводе
- •3. Разработка кинематики привода подач
- •Коэффициент μ
- •4. Примеры проектирования приводов главного движения металлорежущих станков
- •С электродвигателем модели аир132м2
- •Параметры трех вариантов коробок скоростей
- •1. Разработка кинематической схемы привода
- •2. Расчёты для обоснования конструкции деталей привода
- •40×2×7H/7nГост 6033-80.
- •95×3×7H/7nГост 6033-80.
- •Параметры зубчатых передач привода
- •3. Проверочные расчеты деталей привода
- •Основные силовые характеристики зубчатых передач при работе с максимальным моментом
- •Коэффициенты расчетной нагрузки
- •Проверочный расчет цилиндрических зубчатых передач на выносливость при изгибе
- •Проверочный расчет цилиндрических зубчатых передач на контактную выносливость зубьев
- •Кинематические и силовые характеристики ременной передачи по кинематической схеме привода
- •Параметры сечения 11м клинового ремня
- •Проверочный расчет ременной передачи по тяговой способности
- •Основные размеры шкивов ременной передачи
- •Механические свойства сталей
- •Нагрузка, действующая на II вал коробки скоростей со стороны деталей привода
- •Расчет нормальных σ и касательных τ напряжений в опасных сечениях вала
- •Проверочный расчет вала по критерию статической прочности
- •Проверочный расчет вала по критерию усталости материала
- •Проверочный расчет эвольвентных шлицевых соединений
- •Проверочный расчет шлицевого соединения d – 8×36×40h7/h6×f10/e9
- •4. Расчет и обоснование параметров шпиндельного узла
- •Технические характеристики шпиндельного узла
- •Расчет жесткости опор шпинделя
- •Расчет шпинделя на жесткость
- •Геометрические параметры деталей привода
- •Режимы обработки
- •Расчет потерь в электродвигателе при заданной мощности
- •Список рекомендуемой литературы
Показатели степени кривой усталости qF, qН и коэффициенты приведения μF, μН
Термообработка |
qF |
qH |
μF |
μН |
YNmax |
ZNmax |
Зубчатые колеса с однородной структурой материала, включая закаленные при нагреве ТВЧ со сквозной закалкой, и зубчатые колеса со шлифованной переходной поверхностью, независимо от твердости и термообработки их зубьев |
6 |
6 |
0,038 |
0,125 |
4 |
2,6 |
Азотированные, цементированные и нитроцементированные зубчатые колеса с нешлифованной переходной поверхностью |
9 |
6 |
0,016 |
0,125 |
2,5 |
1,8 |
Примечание. Коэффициенты приведенияμFиμНприведены для режима нагружения, характерного для металлорежущих станков. |
В проверочном расчете σFPуточняется.
Если зубчатая передача входит в подвижный зубчатый блок, то модуль m, определяется для каждой передачи, затем из полученных значений выбирается наибольшее и округляется в большую сторону по ГОСТ 9563-80.
После вычисления модуля определяется межосевое расстояние a(табл. 2.31), рассчитываются основные геометрические параметры передачи (табл. 2.31), выявляется окружная скорость колес и назначается степень точности передачи.
Если передача косозубая, то после выявления модуля m, выбирается угол β из условия коэффициента осевого перекрытия εβ≥ 1,1:
β ≥arcsin(4m/b2).
Рис. 2.31. Косозубые передачи с заданным межосевым расстоянием
Рекомендуемое значение β = 8…18°. Затем уточняется межосевое расстояние а(см. табл. 2.31). Если межосевое расстояние уже задано (например, конструкция на рис. 2.31), уточняется суммарное число зубьев: Σz= (2acosβ)/mс последующим округлением до целого числа в меньшую сторону и уточнением фактического значения угла β до шестого знака после запятой:
β = arcos(Σzm/(2a)).
Коэффициенты расчетной нагрузки
По ГОСТ 21354 – 87 коэффициенты расчетной нагрузки определяются как произведение коэффициентов:
KF=KFAKFαKFβKFV,
KH=KHAKHαKHβKHV,
где KA- коэффициент, учитывающий внешнюю динамическую нагрузку;Kα- коэффициент распределения нагрузки между зубьями,Kβ- коэффициент концентрации нагрузки;KV- коэффициент, учитывающий внутреннюю динамическую нагрузку.
Концентрация нагрузки и динамические нагрузки различно влияют на прочность по контактным и изгибным напряжениям. Соответственно различают:
KH=KHAKHαKHβKHV- в расчетах по контактным напряжениям;
KF=KFAKFαKFβKFV- в расчетах по напряжениям изгиба.
Коэффициент внешней динамической нагрузки KAв приводах главного движения металлорежущих станков следует приниматьKHA=KFA= 1,25.
Таблица 2.36
Коэффициенты kFβ и kНβ
Угол наклона зубьев |
Расположение передач | |||||||||||||||
симметричное |
вблизи опоры |
консольное | ||||||||||||||
Жесткость вала | ||||||||||||||||
любая |
высокая |
средняя |
высокая |
средняя | ||||||||||||
Степень точности по нормам плавности | ||||||||||||||||
4,5,6 |
7 |
8 |
4,5,6 |
7 |
8 |
4,5,6 |
7 |
8 |
4,5,6 |
7 |
8 |
4,5,6 |
7 |
8 | ||
KFβ, KНβ | ||||||||||||||||
0,2 |
β =0º |
1 |
1,05 |
1,07 |
1,05 |
1,07 |
1,1 |
1,1 |
1,12 |
1,13 |
1,1 |
1,1 |
1,15 |
1,2 |
1,2 |
1,25 |
β >0º |
1 |
1,07 |
1,1 |
1,07 |
1,1 |
1,14 |
1,14 |
1,17 |
1,18 |
1,14 |
1,14 |
1,21 |
1,28 |
1,28 |
1,35 | |
0,3 |
β =0º |
1,05 |
1,07 |
1,1 |
1,08 |
1,1 |
1,15 |
1,18 |
1,2 |
1,2 |
1,15 |
1,2 |
1,25 |
1,2 |
1,3 |
1,35 |
β >0º |
1,07 |
1,1 |
1,14 |
1,11 |
1,14 |
1,21 |
1,25 |
1,28 |
1,28 |
1,21 |
1,28 |
1,35 |
1,28 |
1,42 |
1,49 | |
0,4 |
β =0º |
1,05 |
1,1 |
1,15 |
1,1 |
1,15 |
1,2 |
1,2 |
1,25 |
1,3 |
1,2 |
1,25 |
1,3 |
1,3 |
1,4 |
1,45 |
β >0º |
1,07 |
1,14 |
1,21 |
1,14 |
1,21 |
1,28 |
1,28 |
1,35 |
1,42 |
1,28 |
1,35 |
1,42 |
1,42 |
1,56 |
1,63 | |
0,6 |
β =0º |
1,1 |
1,15 |
1,2 |
1,15 |
1,2 |
1,3 |
1,3 |
1,35 |
1,45 |
1,3 |
1,35 |
1,45 |
1,45 |
1,6 |
1,65 |
β >0º |
1,14 |
1,21 |
1,28 |
1,21 |
1,28 |
1,42 |
1,42 |
1,49 |
1,63 |
1,42 |
1,49 |
1,63 |
1,63 |
1,84 |
1,91 | |
0,8 |
β =0º |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
1,4 |
1,5 |
1,6 |
1,4 |
1,5 |
1,6 |
1,6 |
1,8 |
1,9 |
β >0º |
1,14 |
1,28 |
1,42 |
1,28 |
1,42 |
1,56 |
1,56 |
1,7 |
1,84 |
1,56 |
1,7 |
1,84 |
1,84 |
2,12 |
2,26 | |
1 |
β =0º |
1,15 |
1,25 |
1,35 |
1,25 |
1,35 |
1,5 |
1,5 |
1,6 |
1,75 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
β >0º |
1,21 |
1,35 |
1,49 |
1,35 |
1,49 |
1,7 |
1,7 |
1,84 |
2,05 |
– |
– |
– |
– |
– |
– | |
Примечание. КоэффициентыKFβиKНβприведены для зубчатых колес, используемых в коробках скоростей и редукторах станков. |
Коэффициент распределения нагрузки между зубьями Kαопределяется в зависимости от степени точности (nСТ) изготовления зубчатых колес по нормам плавности. Для прямозубых передач:
KHα= 1 + 0,06(nСТ– 5), при 1 ≤KHα≤ 1,25.
Для косозубых передач при твердости поверхностей зубьев шестерни H1> 350HBи колесаH2> 35HB:
KHα= 1 + 0,15(nСТ– 5), при 1 ≤KHα≤ 1,6.
В расчетах на прочность по напряжениям изгиба полагают KFα=KHα, для прямозубых колесKFα=1. Отметим, что для точно изготовленных передачKHα= 1.
Коэффициенты KFβиKНβ, учитывающие концентрацию нагрузки по ширине зубчатого венца, зависят от расположения колес относительно опор, материала передачи, ширины венца и степени точности передачи. При конструировании передачи необходимо учитывать все факторы, влияющие на концентрацию нагрузки, и в первую очередь учитывать жесткость валов, опор и корпусов. Приближенные значенияKFβиKНβопределяются по табл. 2.36.
Коэффициенты KFVиKНVвыбирают по табл. 2.37 в зависимости от степени точности передачи по нормам плавности, твердости зубьев, наклона зуба и окружной скорости. КоэффициентKFV=KНVпри условии, что оба колеса передачи закалены до высокой твердостиH> 350HB.
Таблица 2.37