8.1 Разработка конструкции шпиндельного узла

8.1.1 Выбор материала конструкции

Для выбора материала используем таблицу 3.13, стр. 49[1]. При выборе той или иной марки стали следует учитывать, что она должна быть относительно дешевой, не дефицитной и отвечать необходимым техническим и эксплуатационным требованиям.

Выбираем материал сталь 20ХН3А. Предварительно также назначаем термообработку – цементация с закалка. Цементация с последующей закалкой позволяет получит твердость зубьев 58…62HRC и вязкую сердцевину 32…42 HRC, хорошо сопротивляющуюся изгибным напряжениям. Глубина цементации (0.2…0.25)m, но не более 1.5…2 мм. Недостатками цементации являются: искажение формы зуба, возможность продавливания хрупкого цементированного слоя (особенно при передачи динамических нагрузок) из-за недостаточной прочности сердцевины, плохая прирабатываемость зубьев. Для предупреждения продавливаемости рекомендуют применять следующие стали: 20Х, 12ХН3А, 20ХН3А, 18ХГТ . Как видим выбранная сталь 20ХН3А соответствует рекомендациям.

Корпусные детали, требующие высокой прочности и вибро-устойчивости, изготавливаются из серого чугуна СЧ15 или СЧ21. После предварительной механической обработки детали подвергаются старению.

Следует отметить, что цементацию применяют в тех случаях, когда необходима высокая контактная и изгибная прочность зубьев и ограничиваются массогабаритные показатели передач. Для устранения погрешностей, возникающих при цементации, применим шлифование и притирку.

Выбор и обоснование посадок зубчатых колёс и подшипников [4]:

Зубчатые колеса, работающие без ударных нагрузок - H7 / js6; H7 / k6; H7 / n6;H7 / m6;

Фланцы, крышки под подшипники - H7 / h6; H7 / js6; H7 / g6; H7 / f 7;

H7 / k6;

Распорные втулки на валах - H7 / f 7; H9 / f 9; H11 / h11;

Муфты, шкивы ременной передачи - H7 / h6; H7 / js6; H7 / k6;

Допуск вала под подшипники качения - js6; k6; n6; m6;

Допуск отверстия корпуса под подшипники качения – H6; H7; Js7.

8.1.2 Выбор переднего конца шпинделя

Согласно условию задания передний конец шпинделя проектируемого узла станка выбираем по ГОСТ 24644-81, К=50.

Рисунок 8.1 – Вид на передний конец шпинделя

Таблица 8.1 – Размеры переднего конца шпинделя

8.1.3 Обоснование диаметра передней шейки шпинделя и межопорного расстояния

Размеры шпинделя влияют на его жесткость, температуру опор, точность. Так, с увеличением диаметра повышается жесткость, но и возрастает тепловыделение. Жесткость зависит также от расстояния между опорами и длины консоли. Расстояние от переднего торца шпинделя до середины передней опоры, называемое вылетом шпинделя, выбирается минимальным.

Передний конец шпинделя служит для базирования и закрепления режущего инструмента. Передние концы выполняются по государственным стандартам.

Диаметр посадочного отверстия переднего подшипника определяется наибольшей частотой вращения шпинделя; диаметр переднего конца шпинделя – наибольшей допускаемой температурой.

Диаметр передней шейки шпинделя под посадочное отверстие переднего подшипника определяем по зависимости: