3. Патентные конструкции шпиндельных узлов станков прототипов

3.1 Краткое описание новизны патентов

3.1.1 Шпиндельный узел

Номер: SU1289612 А1

Целью изобретения являегся автоматизация зажима инструменга благодаря размещению цилиндра зажима внутри шпинделя с обеспечением при этом питания гидростатических подшипников шпинделя иэ полости зажима.

3.1.2 Шпиндельный узел

Номер: SU1373487 А1

Цель изобретения – упрощение конструкции шпиндельного узла при осуществлении фрезерования корпусных деталей за счет использования хода выдвижного шпинделя для силового замыкания его с полым шпинде. лем.

3.1.3 Шпиндельный узел

Номер: SU1553304 А1

Целью изобретения является повышение надежности работы шпиндельного узла.

3.1.4 Шпиндельный узел

Номер: SU1526927 А1

Цель изобретения – повышение точности за счет уменьшения прогиба выдвижного шпинделя и предотвращения попадания на контактирующие поверхности полого и выдвижного шпинделей

3.1.5 Шпиндельный узел

Номер: RU2107592 С1

Цельизобретения - исключить этот недостаток связанный с наладкой токосъемного устройства, обеспечить простоту и высокую надежность передачи сигнала с измерительных преобразователей на блок управления, повысить эффективность систем адаптивного управления станками и упростить их в конструктивном отношении.

3.2 Полное описание патентов

4. Расчет передач

4.1. Расчет крутящих моментов

4.1.1. Расчет крутящего момента на валу электродвигателя

Крутящий момент на валу электродвигателя рассчитывается по формуле

,

где – крутящий момент на валу электродвигателя, ;

–мощность электродвигателя, кВт: ;

–номинальная частота вращения электродвигателя, мин^-1: .

.

4.1.2. Расчет крутящего момента на валах привода

Крутящий момент на валах привода рассчитывается по формуле

,

где – мощность электродвигателя, кВт:;

–КПД участка привода от электродвигателя до соответствующего вала;

–расчетная частота вращения соответствующего вала, мин^-1; принимается по графику частот.

4.1.3. Расчет крутящего момента на первом валу привода

Крутящий момент на первом валу привода рассчитывается по формуле

,

где – мощность электродвигателя, кВт:;

–КПД участка привода от электродвигателя до первого вала;

–расчетная частота вращения первого вала, мин^-1; принимается по графику частот: ;

КПД участка привода до первого вала рассчитывается по формуле

,

где – КПД муфты:;

–КПД подшипников: .

.

4.1.4. Расчет крутящего момента на втором валу привода

Крутящий момент на втором валу привода рассчитывается по формуле

,

где – мощность электродвигателя, кВт:;

–КПД участка привода от электродвигателя до второго вала;

–расчетная частота вращения второго вала, мин^-1; принимается по графику частот: ;

КПД участка привода до второго вала рассчитывается по формуле

,

где – КПД муфты:;

–КПД подшипников: ;

–КПД зубчатой передачи: .

.

4.1.5. Расчет крутящего момента на третьем валу привода

Крутящий момент на третьем валу привода рассчитывается по формуле

,

где – мощность электродвигателя, кВт:;

–КПД участка привода от электродвигателя до третьего вала;

–расчетная частота вращения третьего вала, мин^-1; принимается по графику частот: ;

КПД участка привода до третьего вала рассчитывается по формуле

,

где – КПД муфты:;

–КПД подшипников: ;

–КПД зубчатой передачи: .

.

4.1.6. Расчет крутящего момента на шпинделе

Крутящий момент на четвертом валу привода и на шпинделе рассчитывается по формуле

,

где – мощность электродвигателя, кВт:;

–КПД участка привода от электродвигателя до четвертого вала;

–расчетная частота вращения четвертого вала, мин^-1; принимается по графику частот: ;

КПД участка привода до четвертого вала рассчитывается по формуле

,

где – КПД муфты:;

–КПД подшипников: ;

–КПД зубчатой передачи: .

.

4.2. Расчет цилиндрической косозубой постоянной передачи z₁ – z₂

4.2.1. Исходные данные

а) Расчетный крутящий момент на первом валу привода .

б) Число зубьев шестерни .

в) Число зубьев колеса .

г) Передаточное число передачи .

4.2.2. Выбор материала зубчатых колес и вида термической обработки

В качестве материала для зубчатых колес назначается сталь 40Х, которая отвечает необходимым техническим и эксплуатационным требованиям. В качестве термической обработки выбирается закалка с нагревом ТВЧ, позволяющая получить твердость зубьев 48 – 52 HRC.

4.2.3. Проектный расчет косозубой постоянной передачи z₁ – z₂ на контактную выносливость зубьев

Диаметр начальной окружности шестерни z₁ рассчитывается по формуле

,

где – вспомогательный коэффициент; для косозубых передач:;

–расчетный крутящий момент на первом валу привода, :;

–коэффициент нагрузки для шестерни равный 1,3 – 1,5; принимается ;

–передаточное число передачи: ;

–отношение рабочей ширины венца передачи к начальному диаметру шестерни: ;

–допускаемое контактное напряжение, Мпа.

Допускаемое контактное напряжение для косозубых передач рассчитывается по формуле

,

где – базовый предел контактной выносливости поверхностей зубьев, соответствующий базовому числу циклов перемены напряжений:;

–коэффициент безопасности: .

.

Коэффициент отношения рабочей ширины венца передачи к начальному диаметру шестерни может приниматься в пределах или определяются по формуле

,

где – отношение рабочей ширины венца передачи к начальному диаметру шестерни: ;

–отношение рабочей ширины венца передачи к начальному диаметру шестерни;

; принимается ;

–число зубьев шестерни: .

.

Полученное значение отношения рабочей ширины венца передачи к начальному диаметру шестерни и находится в допустимых пределах, т.е.

.

Таким образом, диаметр начальной окружности шестерни равен

.

Нормальный модуль передачи определяется из условия расчета на контактную выносливость зубьев по расчетному значению диаметра начальной окружности шестерни по формуле

, мм,

где – диаметр начальной окружности шестерни, мм:;

–угол наклона зубьев, град: , принимаем;

–число зубьев шестерни: .

.