- •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
Расчет жесткости опор шпинделя
Параметр |
Формула, источник |
Подшипник |
Примечание | |
передней опоры |
задней опоры | |||
Обозначение |
см. табл. П23 |
7020CD/HC |
7016CD/HC |
|
Внутренний диаметр d, мм |
100 |
80 |
| |
Динамическая грузоподъемность C, кН |
83,2 |
65 |
| |
Максимальная частота вращения nmax, мин-1 |
16000 |
20000 |
При жидком смазочном материале | |
Число шариков в подшипнике z |
см. табл. П24 |
15 |
14 |
Типовой подшипник - радиальный шарикоподшипник по ГОСТ 8338 |
Диаметр шариков в подшипнике dШ, мм |
14,3 |
13,5 | ||
Угол контакта α, град |
|
15 |
15 |
|
Коэффициент осевой жесткости С |
|
= 2,16·105 |
= 1,95·105 |
|
Сила предварительного натяга FН, Н |
см. табл. 2.27 |
1230 |
900 |
Типовой подшипник – 36100 ГОСТ 831; Натяг – средний |
Коэффициент k1 |
см. табл. 2.26 |
3 |
3 |
i1 = 1;i2 = 1 |
Осевая жесткость j0, Н/мм |
3·(2,16·105)2/3·12301/3= 115716 |
3·(1,95·105)2/3·9001/3= 97400 |
| |
Радиальная жесткость jP, Н/мм |
(5,3…6)j0 |
(5,3…6)·115716 = 648000 |
(5,3…6)·97400 = 545000 |
Типовой подшипник – 36100 по ГОСТ 831 |
Коэффициент k3 |
см. табл. 2.26 |
3 |
3 |
i1 = 1;i2 = 1 |
Максимальная внешняя осевая нагрузка F0max, Н |
k3FH |
3·1230 = 3690 |
3·900 = 2700 |
|
Таблица 4.20
Расчет шпинделя на жесткость
Параметр |
Формула, источник |
Значение |
1 |
2 |
3 |
Силы, действующие на шпиндель: PX, Н |
PОК |
8000 |
PY, Н |
(0,5…0,55)·РОК |
(0,5…0,55)·8000 = 4300 |
QX, Н |
Ft2 |
4838 |
QY, Н |
Fr2 |
1761 |
Средний внешний диаметр сечения консоли dа, мм |
(78·100 + 12·120)/90 = 103 | |
Средний внутренний диаметр сечения консоли d0а, мм |
(45·12 + 38·78)/90 = 39 | |
Средний внешний диаметр сечения между опорами dl, мм |
(80·60 + 85·35 + 90·180 + 92·30 + 95·98 + 100·40)/443 = 90,4 | |
Средний внутренний диаметр сечения между опорами d0l, мм |
(42,5·305 + 37,5·85 + 30·53)/443 = 40 | |
Момент инерции сечения консоли шпинделя J1, мм4 | ||
Момент инерции сечения в пролете между опорами J2, мм4 | ||
Коэффициент защемления вала в передней опоре ξ |
см. табл. 2.25 |
0,15 |
Угол поворота в передней опоре в плоскости XθX, рад |
| |
Угол поворота в передней опоре в плоскости YθY, рад |
|
Окончание табл. 4.20
1 |
2 |
3 |
Результирующий угол поворота в передней опоре θ, мм | ||
Перемещение конца шпинделя в плоскости XδX, мм |
|
|
Перемещение конца шпинделя в плоскости YδY, мм |
|
|
Результирующий прогиб конца шпинделя δ, мм | ||
Сила резания, действующая на передний конец шпинделя P, Н | ||
Жесткость шпинделя j, Н/мкм |
10-3P/δ |
10-3·9082/0,032 = 286,4 |
Критерии работоспособности |
j≥ 250 (Н/мкм) |
286,4 >250 |
θ≥ 0,0015 (рад) |
8,306·10-5>0,0015 | |
Примечание. Размерыdiиliприняты с чертежа. |
а)
б)
Рис. 4.17. Чертеж привода главного движения:
а – развертка валов коробки скоростей; б – свертка валов коробки скоростей
Пример 4. Расчет и выбор мощности асинхронного электродвигателя.
Деталь типа «втулка» обрабатывается на токарном станке с ЧПУ за один установ. Привод главного движения – частотно регулируемый с использованием серийного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором общего назначения в комплекте с частотным преобразователем. Требуется определить мощность двигателя главного движения, если известны:
кинематическая схема привода, рис. 4.18;
геометрические параметры деталей привода, табл. 4.21;
режимы обработки, табл. 4.22;
Рис. 4.18. Кинематическая схема привода главного движения токарного станка с ЧПУ
Таблица 4.21