Реферат: Модернізація приводу головного руху зі ступеневим регулюванням свердлильного верстата
Міністерство освіти і науки України
Житомирський державний технологічний університет
Кафедра ТМ і КТС
Пояснювальна записка до курсової роботи з дисципліни:
«Розрахунок та моделювання верстатами»
на тему: «Модернізація приводу головного руху зі ступеневим регулюванням свердлильного верстата»
Житомир
2007
Глава 1. Розрахунок вихідних даних
1.1 Діаметри обробки
– приймаємо .
1.2 Глибина різання
,
де – діаметр обробки, мм;
1.3 Подача
Значення подачі ,
1.4 Швидкість різання
де – розраховується для чистового точіння при:
– найменшій глибині різання ;
– стійкості різального інструмента ;
– коефіцієнті для твердого сплаву;
– коефіцієнті ; (показники ступенів ,та –для твердого сплаву);
– подача для чистової обробки вибирається з довідника.
де – розраховується при:
– найбільшій глибині різання ;
– стійкості різального інструмента ;
– коефіцієнті швидкорізальної сталі;
– коефіцієнті ; (показники ступенів ,та –для швидкорізальної сталі);
Частоти обертання шпинделя:
1.5 Сила різання, потужність двигуна
Приймаємо ,
де – для твердосплавного інструменту;
де – ефективна потужність, кВт.
Необхідна потужність електродвигуна:
,
де – коефіцієнт, який враховує потужність, що витрачається на рух подачі ;
– потужність холостого ходу верстата, кВт.
Глава 2. Розрахунки кінематики приводу шпинделя зі ступеневим регулюванням
При відомих найбільшій та найменшій частотах обертання шпинделя кількість ступенів можна визначити за формулою:
,
де – діапазон частот обертання шпинделя.
Розрахунок починаємо з знаменника ряду :
– умова не забезпечується.
Проводимо розрахунок з знаменником ряду :
– умова не забезпечується
Проводимо розрахунок з знаменником ряду :
— умова виконується
Одержане значення округлюємо до .
2.1 Приводи шпинделя з двошвидкісним електродвигуном та автоматизованою коробкою передач
Конструктивний варіант для випадку буде мати вигляд:
,
при цьому двошвидкісний двигун виконує роль першої структурної групи. Для доцільно вибирати двигун з діапазоном частот обертання вала .
Розширити діапазон регулювання АКП (і одночасно уникнути повторюваності частот) можна за рахунок використання вузла зворотного зв’язку.
Будуємо картину частот, прийнявши об/хв., об/хв.
2.2 Розрахунок чисел зубів зубчастих передач
З картини частот обертання шпинделя беремо передаточні відношення для кожної групи і виражаємо їх неправильним дробом.
Для І-ої групи:
, ,
;
Розраховуємо мінімальне значення коефіцієнта корегування сумарного числа зубів у передачі:
,
де – найменша можлива кількість зубів в приводах головного руху верстатів, ; – сума чисельника та знаменника найменшого передаточного відношення і групі; – чисельник найменшого передаточного відношення в групі;
Маємо:
Розраховуємо сумарну кількість зубів в кожній зубчастій передачі в групі:
,
Розраховуємо числа зубів ведучого та веденого коліс в кожній передачі:
Для ІІ-ої групи:
, ,
;
Розраховуємо мінімальне значення коефіцієнта корегування сумарного числа зубів у передачі:
,
Розраховуємо сумарну кількість зубів в кожній зубчастій передачі в групі:
,
Розраховуємо числа зубів ведучого та веденого коліс в кожній передачі:
Для ІІІ-ої групи:
,,
;
Розраховуємо мінімальне значення коефіцієнта корегування сумарного числа зубів у передачі:
,
Розраховуємо сумарну кількість зубів в кожній зубчастій передачі в групі:
,
Розраховуємо числа зубів ведучого та веденого коліс в кожній передачі:
Оскільки , кількість зубців в І-й групі збільшуємо до
2.3 Розрахунок зубчастих передач
Орієнтовно модуль зубчастих передач в групі розраховується для пари з найменшим передаточним відношенням:
де N – потужність електродвигуна, кВт;
– допустиме навантаження, Н/мм2 ;
– розрахункова частота обертання колеса, хв-1 ;
– коефіцієнт ширини зубчастого колеса, ;
– кисло зубців колеса;
– коефіцієнт форми зубців;
– коефіцієнт швидкості.
Модуль в І-й групі:
,
Приймаємо m=3.
Модуль в ІІ-й групі:
,
Приймаємо m=6.
Модуль в ІІІ-й групі:
,
Приймаємо m=4.
Розраховуємо міжосьові відстані :
,
,
.
Визначаємо діаметри та ширину зубчастих коліс і діаметри валів, , .
Для І-ої групи:
Для ІІ-ої групи:
Для ІІІ-ої групи:
Оскільки , тобто не виконується умова монтажу, змінимо сумарну кількість зубців в парах (кратно передаточним відношенням), не виходячи за .
Збільшимо сумарну кількість зубців в ІІІ-ій групі в 2 рази, а в ІІ-ій – зменшимо в 2 рази, тоді міжосьові відстані матимуть значення:
Діаметри зубчастих коліс в ІІ-й та ІІІ-й групах:
Тепер умова монтажу виконується: .
Ширина зубчастих коліс:
Діаметри валів приймаємо орієнтовно :
4.2 Конструювання шпиндельного вузла
Шпиндельні вузли металорізальних верстатів проектуються в більшості випадків з підшипниками кочення в опорах. Використовують в опорах як кулькові, так і роликові підшипники. Підшипники опор повинні витримувати радіальне та осьове навантаження, що діють на шпиндель в процесі роботи верстата. Для протидії осьовому навантаженню упорні підшипники можна проектувати як в передній, так і в задній опорах. Використання радіально-упорних або упорних підшипників в передній опорі більш ефективне, тому що розвантажує шпиндель від осьових сил різання, але при цьому ускладнюється конструкція та розміри передньої опори.
Спеціальні роликові шпиндельні підшипники проектують в опорах шпинделів при максимальній частоті обертання 2000…2500 обертів за хвилину. Вкорочені циліндричні ролики підвищують допустиму швидкість обертання.
Передній кінець шпинделя повинен мати строго стандартизовані як форму, так і розміри.
4.3 Розрахунок радіальної жорсткості шпинделя, розвантаженого від згинного моменту
В процесі роботи металорізального верстата геометрична вісь шпинделя змінює своє положення внаслідок податливості опор від дії сил різання, згинних моментів та зсуву від поперечних сил. Фактичне положення геометричної осі шпинделя буде залежати від жорсткості шпиндельного вузла, яка може бути визначена за принципом суперпозиції.
Розрахункова схема:
Реакції в опорах:
;
;
Пружне переміщення тіл кочення та кілець підшипників в передній опорі:
.
Контактна деформація посадочних поверхонь підшипника і корпуса:
.
Жорсткість передньої опори:
.
Податливість передньої опори:
.
Пружне зближення тіл кочення та кілець підшипників в задній опорі:
.
Контактна деформація підшипників і корпуса задньої опори:
Жорсткість задньої опори:
.
Податливість задньої опори:
.
Переміщення переднього кінця шпинделя від згинних навантажень:
,
– момент інерції шпинделя між опорами;
– момент інерції консолі;
– коефіцієнт защемлення;
.
Переміщення переднього кінця шпинделя за рахунок податливості опор:
.
Переміщення переднього кінця шпинделя від зсуву за рахунок поперечних сил:
,
де – модуль зсуву,
– площа перерізу консолі шпинделя, мм2 ;
– площа перерізу шпинделя між опорами, мм2 ;
Радіальна жорсткість шпиндельного вузла:
,
.
Радіальне переміщення шпинделя в точці заміру жорсткості:
4.4 Розрахунок осьової жорсткості шпинделя, розвантаженого від згинного моменту
Осьову жорсткість шпинделя розраховують за осьовою силою, що діє на шпиндель.
Приймаємо осьове навантаження від сил різання:
Пружне переміщення тіл кочення та кілець підшипника передньої опори:
де – кількість кульок підшипника;
– діаметр кульок.
Контактна деформація стиків задньої опори в місцях дотику:
,
де – діаметр корпусу в зоні дотику, мм;
– внутрішній діаметр підшипника, мм;
– коефіцієнт деформації дотику.
Осьова жорсткість шпиндельного вузла:
.
Кут нахилу шпинделя в передній опорі:
.
4.5 Розрахунок точності підшипників шпиндельного вузла
У зв’язку з тим, що шпиндельний вузол є визначальним за точністю металорізального верстата, виникає необхідність провести розрахунки точності підшипників в шпиндельних опорах. Пов’язані ці розрахунки з визначенням биття осі шпинделя в опорах.
Приймаємо коефіцієнт , для верстатів нормальної точності.
Биття переднього кінця шпинделя:
;
У зв’язку з тим, що при експлуатації верстата биття в підшипниках збільшується в розрахунках приймають:
;
Биття осі шпинделя в передній опорі:
;
Биття осі шпинделя в задній опорі: