- •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
Проверочный расчет на контактную выносливость зубьев
Расчетное контактное напряжение в полюсе зацепления, МПа:
,
где Ft- расчетная окружная сила, Н (табл. 2.33);KН- коэффициент расчетной нагрузки при расчете по контактным напряжениям;b2- ширина зубчатого венца колеса, мм;d1- диаметр делительной окружности шестерни, мм;u– передаточное число;
ZH- коэффициент, учитывающий форму сопряженных поверхностей зубьев в полюсе зацепления и определяемый по рис. 2.32, в зависимости от угла наклона зубьев β и суммарного коэффициента смещенияXΣ:ZH= 1,76 для прямозубых передач при угле зацепления α = 20° иXΣ= 0;
ZЕ- коэффициент, учитывающий механические свойства материалов сопряженных зубчатых колес: для стали при модуле упругостиЕ= 2,11·105МПа и коэффициенте Пуассона= 0,3,ZЕ= 274 МПа;
Zε- коэффициент, учитывающий суммарную длину контактных линий:
для прямозубых передач ;
для косозубых передач ,
где εα- коэффициент торцового перекрытия, табл. 2.31.
Рис. 2.32. Коэффициент ZH
Допускаемое контактное напряжение σHP, МПа:
σHP=σHlimbZNZLZRZXZV/SH,
где σHlimb- базовый предел контактной выносливости, табл. 2.34.
SH- коэффициент безопасности, табл. 2.34.
ZL= 1 - коэффициент, учитывающий влияние смазочного материала;
ZR- коэффициент, учитывающий параметр шероховатости поверхностей зубьев колес;ZR= 1 приRa≤ 1,25 мкм,ZR= (0,9…0,95) в остальных случаях;
ZX- коэффициент, учитывающий размеры зубчатого колеса:
при d≤ 1000 мм:ZX= 1;
при d> 1000 мм:.
ZV- коэффициент, учитывающий окружную скоростьV, м/с: приH> 350HBопределяетсяZV= 0,925V0,05;
ZN- коэффициент долговечности:
при;
при,
где ZN max- максимальное значение коэффициента долговечности, табл.2.35;
NHlim- базовое число циклов перемены напряжений; определяется в зависимости от твердости поверхности зубьев по Бринеллю по табл.2.38.
Таблица 2.38
Базовое число циклов nHlim
H, HB |
200 |
250 |
285 |
450 |
520 |
530 |
550 |
560 и более |
NHlim |
107 |
17·106 |
23,4·106 |
70·106 |
99·106 |
104·106 |
113·106 |
120·106 |
График для пересчета единиц твердости HRCиHVв единицы твердости по БринеллюHBпредставлен на рис.2.33.
NHE- эквивалентное число циклов перемены напряжений:
NHE=μHNΣ,
где μH- коэффициент приведения при расчете на контактную выносливость, табл. 2.35;NΣ- суммарное число циклов изменения напряжений за весь срок службы.
Рис. 2.33. Соотношение твердостей HB, HRC, HV
Величины расчетных контактных напряжений одинаковы для шестерни и колеса, поэтому за расчетное допускаемое контактное напряжение принимают:
для прямозубых передач наименьшее допускаемое контактное напряжение: σHP=min(σHP1; σHP2), где σHP1- допускаемое контактное напряжение для шестерни, σHP2- допускаемое контактное напряжение для колеса;
для косозубых передач: σHP= 0,45(σHP1+ σHP2).
2.8.3. Конструкция зубчатых колес
Конструкция зубчатых колес зависит от геометрических размеров, способа получения заготовки, применяемого материала, технологии изготовления и других факторов.
При соотношении диаметров колеса и вала менее двух, или если толщина стенки в корпусе колеса между впадиной зуба и шпоночным пазом менее двух модулей, целесообразно давать конструкцию в виде вала-шестерни. В остальных случаях подобные конструкции – сборные с применением шпоночного или шлицевого соединения. Изготавливают зубчатые колеса из прутка при небольших габаритных размерах в условиях мелкосерийного производства (рис. 2.34, а) или ковкой в штампах (рис. 2.34,б) в условиях среднесерийного производства. Соотношения размеров зубчатого колеса следующие:
b= (6…10)m;dСТ= 1,6d;S= 3m;
SСТ= 0,5(dСТ–d);f= 0,6m;C= (0,35…0,4)b;
R≥ 6 мм;LСТ= (1…1,5)d;D=mz,
где m– модуль зубьев, мм;d– внутренний диаметр ступицы (диаметр вала, на который устанавливается зубчатое колесо), мм;z– число зубьев на колесе. Выточки глубиной 1...2 мм на боковой поверхности зубчатого колеса (рис. 2.34,а) диаметром менее 80 мм допустимо не делать.
В коробках скоростей часто используются зубчатые блоки из двух колес (рис. 2.35) для переключения которых используются специальная вилка 1, соединяемая с подвижным блоком колес через радиальный шариковый подшипник2. Длину ступицы колеса3необходимо согласовывать с расчетной длиной шпонки4по передаваемому крутящему моменту. Причем данное условие относится также и к одиночным зубчатым колесам.
Сборные конструкции зубчатых блоков применяются в приводах, если окружная скорость передачи более 6 м/с, поскольку профиль зуба необходимо шлифовать. При скоростях менее 6 м/с допустимо зубчатый блок делать монолитным с расстоянием между колесами в 6…8 мм для выхода долбяка при нарезании зубчатого профиля на колесе.
Располагаться зубчатые колеса на валу должны таким образом, чтобы ступицы колес находились на участке вала, передающим крутящий момент. Например, в схеме привода на рис. 2.12, ау первой пары колес, передающей вращение с первого вал на второй, ступицы у зубчатых колес должны находиться с разных сторон. У ведущего колеса слева, у ведомого – справа, так как именно на этих участках происходит закручивание валов. Ступицы способствуют выравниванию напряжений смятия в шпоночных (или шлицевых соединениях).
а)
|
б) |
Рис. 2.34. Варианты формы зубчатого колеса получаемой:
а - точением из прутка; б - штамповкой с последующим точением
Рис. 2.35. Конструкция сборного зубчатого колеса