Характеристика металлорежущих станков

Характеристика металлорежущих станковСодержание.

Введение…………………………………………………………………3

1. Изучение станков-аналогов…………………………………………….4

2. Режимы резания…………………………………………………………6

3. Проектирование кинематики привода частот вращения шпинделя.

3.1 Диапазон регулирования Rn

………………………………………10

3.2 Работа структурной формулы…………………………………….11

3.3 Разработка кинематической схемы привода…………………….12

4. Проектирование кинематики привода подач.

4.1 Диапазон регулирования Rs

………………………………………15

4.2 Разработка структурной формулы……………………………….15

5. Расчёт коробки скоростей…………………………………………….20

6. Расчёт вала……………………………………………………………..25

7. Список литературы……………………………………………………27

Приложения

Введение.

Специализированные станки занимают промежуточное положение между универсальными и специальными станками. Эти станки при помощи сменных устройств и приспособлений в относительно короткий срок могут переналаживаться на обработку другой детали этого же наименования, но с другими размерами. Следовательно, специализированные станки – это специальные станки, обладающие возможностью переналадки, их также можно отнести и к универсальным станкам упрощённой конструкции. При проектировании специализированного станка необходимо учитывать особенности проектирования как универсальных, так и специальных станков. Специализированные станки следует создавать на основе нормальных рядов станков широкого назначения с максимальной унификацией основных углов и деталей.

Характеристика металлорежущих станков

1.
Характеристика металлорежущих станковИзучение станков аналогов.

Модель станка

2М55

2554

2Ш55

Наибольший условный диаметр сверления в стали

Наибольшие перемещения:

вертикальное, рукава на колонне

горизонтальное, сверлильной головки по рукаву

Наибольшее вертикальное перемещение шпинделя

Число скоростей шпинделя

Подача шпинделя, мм/об

Частота вращения шпинделя об/мин

Наибольшая сила подачи, мН

Мощность эл/привода главного движения, кВт

Габаритные размеры:

длина

ширина

высота

50

750

1225

21

0,056-2,5

20-2000

20

5,5

2665

1020

3430

50

1000

1250

400

0,05-5,0

18-2000

20

5,5

2685

1028

3390

50

1250

750

400

21

0,1-1,12

10-1000

16

4,0

4280

1650

3550

Операции, выполняемые на проектируемом станке: сверление, развёртывание, зенкерование. Соответственно инструменты: свёрла, развёртки, зенкера. Материал режущей части инструмента – быстрорежущая сталь. Применительно к обрабатываемым материалам:

Ст3: Р9; Р18; Р6М5

Ал: свёрла – Р9К10; Р6М5; зенкера, развёртки – Р6М5; Р6М5Ф3.

СЧ: свёрла – Р6М5; Р6М5К5; зенкера, развёртки – Р6М5; Р14Ф4; Р6М5Ф3.

Компоновка станка:

Характеристика металлорежущих станков

Структурная схема станка:

Характеристика металлорежущих станков

Характеристика металлорежущих станков

2.
Режимы резания, реализуемые станком.

Подачи, требуемые для реализации процесса резания:

при зенкеровании: Ø20 Ø50

Al 0,7 – 0,8 1,6 – 2,0

Cr 0,7 – 0,8 1,6 – 2,0

Ст 3 0,7 – 0,9 1,0 – 1,3

При зенкеровании глухих отверстий S ≤ (0,2 – 0,5) мм/об

при развёртывании: Ø20 Ø50

Al 2,7 3,1

Cr 2,2 2,7

Ст 3 1,1 1,5

При развёртывании глухих отверстий S ≤ (0,2 – 0,5) мм/об

при сверлении: Ø20 Ø50

Al 0,47 – 0,54 0,71 – 0,81

Cr 0,40 – 0,52 0,70 – 0,80

Ст 3 0,38 – 0,43 0,58 – 0,66

Поправочные коэффициенты, с учётом Ко
= 0,5, получим

Ø20 Ø50

Al 0,24 – 0,27 0,35 – 0,45

Cr 0,20 – 0,26 0,35 – 0,45

Ст 3 0,19 – 0,22 0,29 – 0,33

Материал заготовки

Vmax, м/мин

Vmin,м/мин

Smax

Smin

Ст 3

66,7

1,5

0,19

Al

4,64

3,1

0,23

Cr

2,7

0,2

Характеристика металлорежущих станков

Находим предельные скорости резания.

Для развёртывания

Характеристика металлорежущих станков

где коэффициент Cv

,,
показатели степени m
,
x
,
y
приведены в таблице 29 стр. 279 /5/;

D

обрабатываемый диаметр, мм;

T

период стойкости, мин (по таблице 30 стр. 279 /5/);

Kv

– поправочный коэффициент.

Развёртывание Ø50 в Ст3:

Характеристика металлорежущих станков

Развёртывание Ø50 в СЧ:

Характеристика металлорежущих станков

Развёртывание Ø50 в Ал:

Характеристика металлорежущих станков

Для сверления:

Характеристика металлорежущих станков

где коэффициент Cv

,,
показатели степени m
,
x
,
y
приведены в таблице 28 стр. 278 /5/

Для сверления Ø20 в Ст3:

Характеристика металлорежущих станков

Находим предельные частоты вращения шпинделя

Характеристика металлорежущих станковгде

Характеристика металлорежущих станковV
– скорость резания, м/мин;

D
– обрабатываемой диаметр, мм.

Характеристика металлорежущих станков мин-1

Характеристика металлорежущих станков мин-1

Выбор электродвигателя.

Мощность привода главного движения:

Характеристика металлорежущих станков где

Nl

– эффективная мощность, кВт;

k

коэффициент допустимой перегрузки, k
=
1,25;

η –
КПД кинематической цепи привода, η =
0,8.

Находим эффективную мощность резания.

Для сверления Ø20:

Характеристика металлорежущих станков где

n
– частота вращения, мин-1
;

Характеристика металлорежущих станков где

См
= 0,0345; q
= 2,0; y
= 0,8; Kp
= 0,8;

D
– обрабатываемый диаметр, мм;

S
– подача при сверлении, мм/об;

Характеристика металлорежущих станков Н·м.

Тогда Характеристика металлорежущих станков кВт.

Находим эффективную мощность при рассверливании Ø50 в Ст 3:

Характеристика металлорежущих станков Н·м.

Скорость резания при рассверливании Ø50:

Характеристика металлорежущих станков

Частота вращения:

Характеристика металлорежущих станков мин-1
.

Характеристика металлорежущих станков

Мощность: Характеристика металлорежущих станков кВт

Выбираем двигатель с n
= 1500 об/мин 4А112М4Уз с мощностью 5,5 кВт.

Nэд
> N, где

Характеристика металлорежущих станковХарактеристика металлорежущих станков кВт.

Характеристика металлорежущих станков

3.
Проектирование кинематики привода частот вращения.

3.1 Диапазон регулирования частоты вращения
Rn


.

определяется по формуле:

Характеристика металлорежущих станков.

Характеристика металлорежущих станков.

Число ступеней z
скорости исполнительного органа:

Характеристика металлорежущих станков, где

φ –
знаменатель ряда, для радиально-сверлильных станков

φ =
1,12 – 1,26

Характеристика металлорежущих станков. Примем z
=
18.

Выбирается стандартный ряд частот вращения:

30; 37,5; 47,5; 60; 75; 95; 118; 150; 190; 236; 300; 375; 475; 600; 750; 950; 1180; 1500.

Уточняем Rn

:

Характеристика металлорежущих станков.

Характеристика металлорежущих станков

3.2 Разработка структурной формулы привода.

1) z = 18 = 3[1] 3[3] 2[9]

2) z = 18 = 3[3] 3[1] 2[9]

3) z = 18 = 3[2] 3[6] 2[1]

4) z = 18 = 3[6] 3[2] 2[1]

5) z = 18 = 3[1] 3[6] 2[3]

6) z = 18 = 3[6] 3[1] 2[3]

Строим структурные сетки:

Характеристика металлорежущих станков

При выборе оптимального варианта структурной формулы исходим из того, что чем более быстроходными являются промежуточные валы, тем меньше их размеры, размеры монтируемых на них деталей и в конечном счёте, габариты коробки передач. В этом отношении вариант 1 предпочтительнее, т.к. для II и III валов n»max
< n'max
. Следовательно, по 1-му варианту для валов II и III будет меньше крутящий момент и, соответственно, меньше размер вала. Для структурных сеток более выгодным является “прогнутый” характер крайней левой ветви.

Характеристика металлорежущих станков

3.3 Разработка кинематической схемы привода.

Строим график частот вращения:

Характеристика металлорежущих станков

Характеристика металлорежущих станков Характеристика металлорежущих станков Характеристика металлорежущих станков Характеристика металлорежущих станков Характеристика металлорежущих станков

Характеристика металлорежущих станков Характеристика металлорежущих станков Характеристика металлорежущих станков Характеристика металлорежущих станков Характеристика металлорежущих станков

Находим число зубьев передачи:

Характеристика металлорежущих станков Характеристика металлорежущих станков

Характеристика металлорежущих станков a
2

+
b
2

= 3

Характеристика металлорежущих станковa
3

+
b
3

= 18 → 18 – наименьшее общее кратное К

Характеристика металлорежущих станков a
4

+
b
4

= 9

Определяем Emin

для минимального передаточного отношения Характеристика металлорежущих станков :

Характеристика металлорежущих станков Характеристика металлорежущих станковХарактеристика металлорежущих станков

Сумма чисел зубьев сопряжённых колёс:

Характеристика металлорежущих станков

Определяем числа зубьев сопряжённых колёс:

Характеристика металлорежущих станков

Для второй группы:

Характеристика металлорежущих станков a
5

+
b
5

= 33

Характеристика металлорежущих станковa
6

+
b
6
= 9 → К=99

Характеристика металлорежущих станков a
7

+
b
7

= 18

Характеристика металлорежущих станков Округлим до целого числа Е
= 1

Характеристика металлорежущих станков Округлим 2Z0
= 100

Характеристика металлорежущих станков

Для третей группы:

Характеристика металлорежущих станков a
8

+
b
8

= 5

Характеристика металлорежущих станков a
9

+
b
9

= 3 К
= 15 — первоначально

Пусть К
= 30.

Характеристика металлорежущих станков

Характеристика металлорежущих станков

Характеристика металлорежущих станков

Характеристика металлорежущих станковХарактеристика металлорежущих станков

Уравнение кинематической цепи:

Характеристика металлорежущих станков об/мин

Так как станок специализированный, нарезания резьбы на нём не осуществляется, следовательно, реверс может осуществляться двигателем.

Характеристика металлорежущих станков4 Проектирование кинематики привода подач.

4.1 Диапазон регулирования
Rs
.

Характеристика металлорежущих станков

Выбираем знаменатель ряда φ
= 1,26

Число ступеней передач:

Характеристика металлорежущих станков

Стандартный ряд подач:

0,19; 0,25; 0,315; 0,4; 0,5; 0,63; 0,8; 1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5.

4.2 разработка структурной формулы.

Z = 12 = 3[1]2[3]2[6]

Характеристика металлорежущих станков

Z = 12 = 3[4]2[2]2[1]

Характеристика металлорежущих станков

Выбираем первый вариант.

Переходим от геометрического ряда подач S1
, S2
,… Sz
к геометрическому ряду частот вращения последнего вращательного звена в цепи подач n1
, n2
,…nz
.

Характеристика металлорежущих станковДля сверлильного станка вращательное движение преобразовывается в поступательное с помощью передачи реечное колесо-рейка.

Характеристика металлорежущих станков мм/об,

где n
р.к.

– обороты реечного колеса, совершаемое за время, когда шпиндель сделает один оборот;

m
– модуль реечного колеса;

z
– число зубьев реечного колеса.

Отсюда: Характеристика металлорежущих станков

Вычислим соответствующие обороты реечного колеса:

Характеристика металлорежущих станков

Приводим к стандартному ряду:

Характеристика металлорежущих станков
Характеристика металлорежущих станков Строим график подач:

Характеристика металлорежущих станков

Передаточные отношения:

Характеристика металлорежущих станков Характеристика металлорежущих станков Характеристика металлорежущих станков Характеристика металлорежущих станков Характеристика металлорежущих станков

Характеристика металлорежущих станков Характеристика металлорежущих станков Характеристика металлорежущих станков Характеристика металлорежущих станков Характеристика металлорежущих станков

Находим числа зубьев колёс по использованной раннее методике.

Характеристика металлорежущих станков

Характеристика металлорежущих станков a
2

+
b
2

= 18

Характеристика металлорежущих станковa
3

+
b
3

= 9 → 18 – наименьшее общее кратное К

Характеристика металлорежущих станков a
4

+
b
4

= 2

Характеристика металлорежущих станковОпределяем Emin

для минимального передаточного отношения Характеристика металлорежущих станков :

Характеристика металлорежущих станков Выбираем Е
= 3.

Сумма чисел зубьев сопряжённых колёс:

Характеристика металлорежущих станков

Характеристика металлорежущих станков

Характеристика металлорежущих станков a5
+ b5

= 7

Характеристика металлорежущих станков a6
+ b

6
= 9 → К
=63

Характеристика металлорежущих станков Уточняем Характеристика металлорежущих станков

Характеристика металлорежущих станков

Характеристика металлорежущих станков a
7

+
b
7

= 33

Характеристика металлорежущих станков a
8
+
b
8
= 9 → К =
99

Характеристика металлорежущих станков

Примем 2·Z0
= 100

Характеристика металлорежущих станков

Для червячной передачи Характеристика металлорежущих станков; число заходов червяка k
= 2 → Zk
= 16. По стандарту Z = 17.

Характеристика металлорежущих станковДля полученных на валу VΙΙ значений n необходимо рассчитать соответствующие им нормализованные значения подач:

S = nр.к.
·π·m·z мм/об.

Получаем S = nр.к.
·122,46 мм/об

Характеристика металлорежущих станков

5 Расчёт коробки скоростей.

Характеристика металлорежущих станковОпределяют первоначально ориентировочно межосевое расстояние:

Характеристика металлорежущих станков мм, где

Ka

коэффициент, учитывающий материал; Ka
= 495, т.к. колесо и шестерня изготовлены из стали;

U
– передаточное число; для понижающих U
= 1/i
и для повышающих U
= i
;

МТ2

– крутящий момент на валу колеса, Н·м;

КНβ

– коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине венца, КНβ

= 1,3;

[σ
]Н

– допускаемое напряжение, МПа;

ψва

– отношение ширины зубчатого венца к межосевому расстоянию, ψва

= 0,2.

Допускаемые контактные напряжения:

Характеристика металлорежущих станков где

σН0
– базовый предел контактной выносливости поверхностей зубьев; для стали 50ХН

σН0
= 2·350 + 70 = 770 МПа;

SH
– запас прочности, SH
=1,1.

Характеристика металлорежущих станков МПа

За nрасч.
принимается 95 мин-1
.

Расчётный крутящий момент на шпинделе:

Характеристика металлорежущих станков Н·м, где N
= 4,6 кВт.

Характеристика металлорежущих станков Н·м – на VI валу.

На V валу МТ
V
= МТ
VI
·i9
·ηV

VI

МТ
V
= 472·1/4·0,96 = 113 Н·м

Аналогично

МТ
IV
= 113·7/11·0,96 = 69 Н·м

МТ
III
= 69·4/5·0,96 = 53 Н·м

МТ
II
= 53·7/11·0,96 = 32 Н·м

МТ
I
= 32·4/5·0,96 = 25 Н·м

Характеристика металлорежущих станков мм

Характеристика металлорежущих станковm
= 2

Отсюда aW0

= 90 мм

Характеристика металлорежущих станковХарактеристика металлорежущих станков мм

Характеристика металлорежущих станковm
= 2,5

Отсюда aW

1

= 90 мм

Характеристика металлорежущих станков мм

Характеристика металлорежущих станковm
= 4

Отсюда aW

4

= 108 мм

Характеристика металлорежущих станков мм

Характеристика металлорежущих станковm
= 2

Отсюда aW

1

= 100 мм

Характеристика металлорежущих станков мм

Характеристика металлорежущих станковm
= 2

Отсюда aW

8

= 120 мм

Проверка на контактную прочность:

Характеристика металлорежущих станковХарактеристика металлорежущих станков МПа

Проверяем:

Характеристика металлорежущих станков

Характеристика металлорежущих станков

Характеристика металлорежущих станков

Характеристика металлорежущих станков

Характеристика металлорежущих станков

Расчет на изгиб:

Характеристика металлорежущих станков мм, где

Km

вспомогательный коэффициент, Km
= 13;

МТ1

– крутящий момент на шестерне, Н·м;

К
F

β

– коэффициент нагрузки, К
F

β

= 1,3;

YF
1
– коэффициент формы зуба (табл. 4.13 I1I)

ψвт

– отношение ширины колеса к модулю т
;

σFP

1

– допускаемое изгибное напряжение для материала шестерни, МПа.

Для реверсивных передач:

σ
FP

= 0,3· σ
F

О

·KFL

МПа, где

σ
F

О

– предел выносливости зубьев на изгиб;

Характеристика металлорежущих станков KFL

– коэффициент режима нагружения и долговечности, KFL

= 1.

σ
FP

= 0,3· 1,8·350·1,0 = 190 МПа.

Проверяем:

Характеристика металлорежущих станков мм

Характеристика металлорежущих станков мм

Характеристика металлорежущих станков мм

Характеристика металлорежущих станков мм

Характеристика металлорежущих станков мм

Находим геометрические параметры зубчатых колёс:

делительный диаметр d
=
mz
;

диаметры вершин da
=
d
+ 2
m
;

диаметры впадин df
=
d
– 2
m
;

где т
– модуль зацепления, мм;

z
– число зубьев.

z

d
, мм

da

, мм

df

, мм

z0

z’0

z1

z’1

z2

z’2

z
3

z’
3

z
4

z’
4

z
5

z’
5

z
6

z’
6

z
7

z’
7

z
8

z’
8

z9

z’9

40·2 = 80

50·2 = 100

28·2,5 = 70

44·2,5 = 110

18·4 = 72

36·4 = 144

21·4 = 84

33·4 = 132

24·4 = 96

30·4 = 120

24·2 = 48

76·2 = 152

56·2 = 112

44·2 = 88

38·2 = 76

62·2 = 124

24·2 = 48

96·2 = 192

80·2 = 160

40·2 = 80

84

104

75

115

80

152

92

140

104

128

52

156

116

92

80

128

52

196

164

84

76

96

65

105

64

136

76

126

88

112

44

148

108

84

72

120

44

188

156

76

Характеристика металлорежущих станков

Характеристика металлорежущих станков6 Расчёт третьего вала.

Характеристика металлорежущих станков

Приближённый расчёт вала:

Характеристика металлорежущих станковмм.

Уточнённый расчёт вала:

Общий коэффициент запаса прочности:

Характеристика металлорежущих станков, где

Характеристика металлорежущих станков — коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям;

Характеристика металлорежущих станков — коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям, где σ-1

и τ-1

– пределы выносливости материала вала при симметричных циклах изгиба и кручения.

σ-1

= 0,45· σв

; τ-1

= 0,58· σ-1
.

Характеристика металлорежущих станковМатериал вала – сталь 45; σв

= 590 МПа, σТ

= 300 МПа, термическая обработка – нормализация;

Kσ

= 2; Kτ

= 1,75; εσ

= 0,88; ετ

= 0,77; β
= 1 – учитывает влияние шероховатости.

Характеристика металлорежущих станков, где

Fa

– осевая сила, действующая на вал, F
0

= 0 → σm

= 0.

Mu

= Ft

·l
, находим по zy

Характеристика металлорежущих станковН, тогда

Mu

= 963
·195 = 91500 Н·мм

Характеристика металлорежущих станков

W
и WK

– моменты сопротивления износу и кручению

φа

= 0,05; φτ

= 0 – коэффициенты.

Т.к. вал шлицевой:

Характеристика металлорежущих станков WK

=
2·W

ξ
= 1,15; Кσ

= 1,5; Кτ

= 2,5

Характеристика металлорежущих станков

WK

= 2·130 = 260 мм3

Отсюда Характеристика металлорежущих станковН/мм2
; Характеристика металлорежущих станков Н/мм2

Коэффициент запаса прочности:

Характеристика металлорежущих станков ; Характеристика металлорежущих станков

Общий коэффициент запаса прочности:

Характеристика металлорежущих станков

Характеристика металлорежущих станковСписок литературы.

1. Дунаев П.Ф., Лёликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. – М.: Высш. Шк., 1985.

2. Металлорежущие станки / Под ред. Телинкичиева. – М.,1973.

3. Металлорежущие станки / Под ред. Н.С. Ачеркана. – М., 1965. – Т.1. – 764 с.; Т.2. – 628 с.

4. Сверлильные и хонинговальные станки / С.И. Куликов, П.В. Волощенко, Ф.Ф. Ризванов и др. – М, 1977.

5. Справочник технолога-машиностроителя: В 2-х т. / Под ред. А.Г. Косиловой, Р.М. Мещерякова. – М., 1977.

6. Тарзиманов А.Г. Проектирование металлорежущих станков. – М., 1980.

7. Трофимов А.М. Металлорежущие станки: Альбом с приложениями – М., 1979.

8. Проектирование механических передач: Учебно-справочное пособие для втузов (С.Л. Чернавский, Г.А. Снесарев и др. – 5-е изд. – М.,1984.




Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

2 + 8 =