Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего образования

«Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Институт Металлургии, машиностроения и транспорта

________________________________________________________

Кафедра "Технологические процессы и оборудование автоматизированных машиностроительных производств"

«ОБОРУДОВАНИЕ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА»

Методические указания по курсовому проектированию

Санкт-Петербург

2014г

СОСТАВ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Курсовой проект состоит из трех (четырех) листов чертежей и расчетно-пояснительной записки объемом в 30-40 листов.

Состав чертежей и содержание записки к проекту определяются видом объекта проектирования. Для узлов типа коробок скоростей, шпиндельных бабок состав чертежей следующий:

1. Общий вид станка или узла (по указанию руководителя). На чертеже приводится также спецификация органов управления (см. приложение 3). При изображении общего вида узла необходимо показать смежные узлы и способы соединения с ними (например, крепление передней бабки на станине). На чертеже указываются габаритные размеры и размеры, координирующие положение шпинделя.

2. Развертка по валам и шпинделю (или продольный разрез). Этот чертеж является основным чертежом проекта. На развертке, помимо корпуса, валов, их опор, зубчатых колес, шпинделя должны быть показаны крепление электродвигателя или конструкция шкива, установка патрона (для токарных станков) и крепление инструмента (для фрезерных, сверлильных станков).

На развертке указываются основные посадочные размеры валов в подшипниках, зубчатых колес и др. деталей, например, гильзы шпинделя, а также линейные размеры (в виде "цепочек размеров") по одному - двум валам.

3. Деталирование 2-3-х деталей по указанию руководителя.

Предпочтительно чертежи выполнять в масштабе 1:1, кроме чертежа общего вида. Масштаб развертки должен быть 1:1, если чертеж не превышает формата 44 (1189х841 мм).

СОДЕРЖАНИЕ РАСЧЕТНО - ПОЯСНИТЕЛЬНОИ ЗАПИСКИ

1. Задание.

2. Кинематический расчет.

а) определение скоростей шпинделя;

б) выбор и обоснование кинематической схемы главного привода (выбор структурной формулы и структурной сетки, разработка графика чисел оборотов, оценка оптимальности выбранной кинематической схемы).

Структурная сетка, график чисел оборотов и кинематическая схема разрабатываемого узла, а также спецификация зубчатых колес приводятся в записке.

На структурной сетке указываются валы, наименования групп, число передач в группах, характеристики и диапазоны регулирования групп (Д_гр=i_наиб/i_наим ).

На графике чисел оборотов указываются валы, стандартные числа оборотов шпинделя, передаточные отношения всех передач.

Кинематическая схема выполняется согласно ГОСТу 2703-87 «Правила выполнения кинематических схем». Условные обозначения элементов схемы выполняются согласно ГОСТу 2770-87.

в) расчет чисел зубьев зубчатых колес, диаметров шкивов;

г) определение фактических чисел оборотов шпинделя и их отклонений от стандартных значений.

3. Определение расчетных нагрузок.

а) определение КПД кинематических цепей;

б) определение мощности на валах и шпинделе;

в) определение расчетных чисел, оборотов шпинделя, валов и зубчатых колес;

г) определение расчетных крутящих моментов (для рассчитываемых валов);

4. Расчеты деталей на прочность, жесткость и долговечность.

а) расчет валов на прочность и жесткость (на жесткость рассчитываются два соседних вала, наиболее нагруженных; на прочность рассчитывается один вал). Расчет ведется с учетом совместного действия изгибающего и крутящего моментов.

При расчете на жесткость определяются углы поворота валов, если колеса расположены несимметрично по отношению к опорам вала, или прогибы валов под зубчатыми колесами (при расположении последних посредине пролета), или прогибы и углы поворота одновременно. Углы поворота и прогибы под колесами определяются в плоскости действия полного усилия, действующего в зацеплении. Допускается определение углов поворота и прогибов в плоскости действия окружного усилия.

При использовании в опорах роликовых несамоустанавливающихся подшипников определяются углы поворота вала в опорах;

б) расчет подшипников качения (рассчитываются подшипники одного вала или шпинделя);

в) обоснование выбора стандартной муфты или ее расчет по указанию руководителя;

г) расчет шлицевых или шпоночных соединений (одного шлицевого или одного шпоночного соединений).

5. Описание конструкции спроектированного узла (способ получения различных чисел оборотов; число блоков зубчатых колес, их конструкции и способы их переключении; конструкции опор шпинделя и валов; способ крепления инструмента или патрона на шпинделе; кинематические особенности коробки скоростей, например, способ получения левого вращения, способ образования звена увеличения шага нарезаемых резьб и т.п.; способ торможения; материал корпуса коробки; система смазки и другие данные о конструкции).

КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА ГЛАВНОГО

ДВИЖЕНИЯ МНОЖИТЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ

(пример)

Произвести кинематический расчет и составить кинематическую схему главного привода (шпиндельной бабки) горизонтально-фрезерного станка при следующих исходных данных:

Наименьшее число оборотов шпинделя n_наим = 25 мин^-1.

Наибольшее число оборотов шпинделя n_наиб = 1250 мин^-1.

Число оборотов электродвигателя n_эл = 1460 мин^-1.

Знаменатель ряда чисел оборотов шпинделя  = 1,25 (1,26).

1. Определяем диапазон регулирования чисел оборотов шпинделя

2 Составляем структурную формулу

При z =18 возможны следующие структурные формулы:

z= 6 х 3; z= 3 х 3 х 2;

z= 3 х 6; z= 3 х 2 х 3 ;

z= 2 х 3 х 3.

Структуры с группами из 6 передач приводят к валам большой длины и поэтому практически не применяются

Учитывая, что для уменьшения размеров колес и других деталей привода целесообразно применять такой вариант структуры, при котором группы с большим числом передач располагаются у электродвигателя, принимаем следующий вариант структурной формулы:

z= 3·3·2

Учитывая, что для уменьшения наибольших чисел оборотов промежуточных валов и снижения наибольших окружных скоростей зубчатых колес целесообразно применять такой вариант структуры, при котором основная группа располагается у электродвигателя, затем 1-я переборная, затем 2-я переборная, принимаем в структурной формуле следующее распределение групп:

z= Р_о·Р_1п·Р_2п = 3·3·2,

Р_о = 3 – число передач основной группы;

Р_1п = 3 – число передач 1-ой переборной группы;

Р_2п = 2 – число передач 2-ой переборной группы.

Определяем характеристики групп:

характеристика основной группы Х_о = 1,

характеристика 1-ой переборной группы Х_1п = Р_о = 3,

характеристика 2-ой переборной группы Х_2п = Р_о·Р_1п = 3·3 = 9.

С учетом найденных значений характеристик групп полная структурная формула будет следующей:

z= 3_Хо·3_Х1п·2_Х2п = 3₁·3₃·2₉

Проверяем возможность осуществления выбранной структурной формулы, определяя диапазон регулирования последней переборной группы по формуле:

При выбранной структурной формуле и  = 1,26 имеем:

Если бы был принят вариант со структурной формулой

z= Р₀·Р_1п·Р_2п = 2·3·3,

то диапазон последней переборной группы стал бы равным:

Д_2п = 1,26 ^Ро·^Р1п· ^(Р2п-1) = 1,26 ²·³· ^(3-1) = 1,26 ¹² = 16,

что недопустимо. Большое значение величины Д_2п получается за счет того, что в этом случае число передач в последней переборной группе больше 2. Так как последнюю переборную группу наиболее целесообразно располагать между шпинделем и предпоследним валом привода, то из приведенного примера следует, что на шпинделе нецелесообразно располагать три зубчатых колеса.

3. Построение структурной сетки в соответствии с выбранной структурной формулой

Рис. 1. Структурная сетка.

Наименование групп:	основная	1-я переборная	2-я переборная
Число передач	Р0= 3	Р1п= 3	Р2п= 2
Характеристика	Х0= 1	Х1п= 3	Х2п= 9
Диапазон регулирования групп	Д0=φР0-1= =1,263-1= =1,58	Д1п=φР0(Р1п-1)= =1,263(3-1)= = 4	Д2п=φР0 Р1п (Р2п-1)= =1,263·3(2-1)= =1,269 = 8

Для этого выполняем следующее (см. рис.1):

1) наносим линии валов вертикальными линиями для трех групп;

2) наносим 18 горизонтальных линий в соответствии с количеством чисел оборотов шпинделя; линии обозначаем цифрами 1-18

3) наносим на первой вертикальной линии начальную точку “0” симметрично относительно линий 1 и 18;

4) наносим линии – лучи, изображающие условно передачи, при этом, расстояния между лучами равны произведениям Х_о·lg, Х_1п·lg и Х_2п·lg. Сначала наносим лучи, изображенные на сетке пунктиром, затем – остальные лучи.

Лучи правильно построенной сетки имеют симметричное расположение.