Модернизация главного привода токарно-винторезного станка 1К62

Модернизация главного привода токарно-винторезного станка 1К62

Содержание

Введение

. Общая характеристика токарно-винторезного станка модели 1К62

. Техническое задание на проектирование

. Обоснование технической характеристики станка

. Кинематический расчет привода

. Определение силовых и кинематических параметров привода

. Определение модуля зубчатых колес и геометрический расчет привода

.1 Определение модуля зубчатых колес

.2 Геометрический расчет привода

. Расчет клиноременной передачи

. Определение фактических контактных напряжений и напряжений изгиба зубьев зубчатых колес привода. Выбор материала и термообработки

. Расчетная схема шпиндельного вала

. Проверочный расчет подшипников шпиндельного вала

. Переключение скоростей от электромагнитных муфт

.1 Применение электромагнитных муфт

.2 Особенности конструкции управляемых муфт

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Токарный станок - станок для обрабатывания резанием (точением) заготовок из металлов и других материалов в виде тел вращения. На токарных станках осуществляют следующие токарные работы: обточку и расточку цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, нарезание резьбы, подрезку и отделку торцов, сверление, зенкерование и развертывание отверстий и т. д. Заготовка принимает вращение от шпинделя, резец - режущий инструмент - передвигается вместе с салазками суппорта от ходового вала или ходового винта, приобретающих вращение от механизма подачи. В состав токарной группы станков входят станки осуществляющие различные операции точения: обдирку, снятие фасок, растачивание и т. д.

Значительную долю станочного парка представляют станки токарной группы. Она включает, согласно классификации ЭНИМС, девять типов станков, различающихся по предназначению, конструктивной компоновке, степени автоматизации и прочим признакам. Станки предопределены основным образом для обработки наружных и внутренних цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, нарезания резьб и обработки торцовых поверхностей деталей типа тел вращения с помощью разнообразных резцов, свёрел, зенкеров, развёрток, метчиков и плашек. Использование на станках добавочных специальных устройств (для шлифования, фрезерования, сверления радиальных отверстий и прочих видов обработки) существенно расширяет технологические возможности оборудования.

Токарные станки, полуавтоматы и автоматы, в зависимости от местоположения шпинделя, несущего приспособление для установки заготовки отрабатываемой детали, делятся на горизонтальные и вертикальные. Вертикальные предопределены преимущественно для отделки деталей большой массы, значительного диаметра и относительно малой длины. Самый популярный токарный станок в советское время 16К20.

Целью данной работы является произвести модернизацию главного привода токарно-винторезного станка 1К62, с целью увеличения его производительности при обработке определенной номенклатуры деталей.

1. Общая характеристика токарно-винторезного станка модели 1К62

модернизация привод токарный станок

Токарно-винторезный станок 1К62 является универсальным станком и предназначен для выполнения разнообразных токарных работ, в том числе для нарезания левых и правых резьб: метрических, дюймовых, модульных, питчевых и архимедовой спирали с шагом 3/8'', 7/16'', 8. 10 и 12 мм.

Токарно-винторезный станок 1К62 может использоваться для обработки закаленных заготовок, так как шпиндель станка установлен на специальных подшипниках, обеспечивающих его жесткость. Токарная обработка разнообразных материалов может производиться с ударной нагрузкой без изменения точности обработки.

Высокая мощность главного привода станка, большая жесткость и прочность всех звеньев кинематических цепей главного движения и подач,виброустойчивость, широкий диапазон скоростей и подач позволяют выполнять на токарно-винторезном станке 1К62 высокопроизводительное резание твердосплавным и минералокерамическим инструментом.

Станок 1К62 относится к лобовым токарным станкам, т.е. позволяет обрабатывать относительно короткие заготовки большого диаметра.

Конструкция задней балки токарного станка позволяет осуществлять поперечное ее смещение, благодаря чему на станке может осуществляться обработка пологих конусов. Есть возможность соединения задней балки и нижней частью суппорта с помощью специального замка, что иногда требуется при сверлении задней балкой и использовании механического перемещения балки от суппорта.

На токарный станок 1К62, могут устанавливаться следующие люнеты: подвижный, диаметр установки которого 20-80мм, и неподвижный, его диаметр установки 20-130мм.

Зубчатые колеса, служащие для передачи движения от передней бабки к коробке передач, на станке 1К62 являются сменными.

Продольное перемещение каретки станка 1К62 может быть ограничено специальным упором, устанавливаемым на передней полке станины. Таким образом, при установленном упоре, скорость движения суппорта не может превышать 250мм/мин.

Максимальный диаметр заготовки при установке над станиной - 400мм. Максимальный диаметр прутка, который возможно обработать на токарном станке 1К62 - 45мм. Станок 1К62 имеет 23 скорости вращения шпинделя (минимальная - 12,5 об/мин, максимальная - 2000 об/мин).

В качестве главного привода применен короткозамкнутый асинхронный двигатель, мощность которого 7,5 кВт при скорости 1440 об/мин. Регулировка скорости вращения шпинделя, а так же величин продольной и поперечной передачи суппорта осуществляется благодаря переключению шестерней коробки скоростей (для регулировки скорости шпинделя и подач суппорта используются разные рукояти управления).

Для обеспечения быстрого перемещения суппорта в токарно-винторезном станке 1К62 используется дополнительный асинхронный двигатель. Его мощность 1,0кВт при скорости вращения 1410 об/мин.

Токарный станок 1К62 оснащен тепловыми реле, которые осуществляют защиту двигателей от длительных перегрузок, а также плавкими предохранителями, которые являются защитой от коротких замыканий.

Особенности конструкции токарного станка 1К62 (он отличается надежностью, прочностью, виброустойчивостью, оснащен главным приводом высокой мощности), позволяют в равной степени использовать станок, как для скоростного, так и для силового резания.

В конструкции токарного станка 1К62 для установки шпинделя предусмотрены специальные подшипники, благодаря чему обеспечиваются требуемая жесткость и высокая точность обработки заготовок. По ГОСТу 8-82 токарный станок 1К62 относится к классу точности Н. Точность обработки будет обеспечена даже в режиме ударных нагрузок.

Рис. 1. Общий вид токарно-винторезного станка модели 1К62.

Токарный станок 1К62, благодаря отличному сочетанию качества и надежности работы, а также неприхотливости при обслуживании, является одним из самых популярных на мелкосерийном и единичном производствах.

На токарном станке может использоваться трехкулачковый самоцентрирующий патрон диаметром 250мм или четырехкулачковый патрон, диаметр которого 400мм.

Базовая модель серии - универсальный токарно-винторезный станок 1К62Д, который является усовершенствованным прототипом хорошо зарекомендовавшего себя во многих странах мира станка 1К62, выпускавшегося ранее заводом "Красный пролетарий".

Токарно-винторезный станок 1К62 отличает превосходное сочетание качества работы и неприхотливость в обслуживании.

Компоновка станка позволяет оснащать его промышленным роботом и встраивать в автоматические линии.

2. Техническое задание на проектирование

В задании на курсовой проект требуется спроектировать привод главного движения токарно-винторезного станка 1К62 с переключением скоростей от электромагнитных муфт.

Материал обрабатываемых изделий; сталь, чугун, цветные сплавы, пластмассы.

Материал режущего инструмента: твердый сплав и быстрорежущая сталь.

Тип производства: индивидуальное.

3. Обоснование технической характеристики станка

Определяем припуск на обработку в зависимости от диаметра:

для чугуна: ,

для стали: .

-чугун,

-сталь.

Определим наименьшую глубину резания:

для чугуна, стали:

мм.

Далее определяем величины подач, наибольшую и наименьшую:

для черновой обработки:

,

для чугуна:

мм/об,

для стали:

мм/об.

для чистовой обработки:

,

для чугуна:

мм/об,

для стали:

мм/об.

Скорость резания при обточке равна:

м/мин,

для стали:

м/мин,

для чугуна:

 м/мин.

Определим предельные частоты вращения шпинделя:

наибольшая частота равна:

,

об/мин,

наименьшая частота равна:

,

 об/мин.

Тогда диапазон регулирования привода главного движения и привода подач вычислим:

Далее, чтобы узнать максимальное усилие, определим наибольшую силу резания:

,

для стали:

кН,

для чугуна:

кН.

Максимальное усилие подачи, которое должен преодолеть механизм станка,

равно:

,

кН.

Далее вычисляем максимальную мощность привода, потребную для точения:

,

кВт.

Мощность электродвигателя, который следует поставить на станок, определим:

кВт.

По найденной мощности выбираем двигатель типа - АИР160S2, у которого мощность Nдв = 7,5 кВт и частота вращения nдв = 1440 мин-1.

4. Кинематический расчет привода

График частот вращения валов привода будет иметь вид:

Рис. 2. График частот вращения валов привода.

Рисунок 3. Кинематическая схема привода

Определяем расчетные передаточные отношения колес привода:

; ;

;

;

; .

;

Расчеты передаточных отношений показывают, что их численные значения лежат в допустимых пределах . Реальное передаточное отношение через числа зубьев колес с использованием нормали станкостроения Н21 - 5 приведено в таблице 1.

Таблица 1

Числа зубьев колес привода

5. Определение силовых и кинематических параметров привода

Так как для проектных расчетов нас интересует наиболее нагруженный режим, то рассчитываем силовые и кинематические параметры для наименьших угловых скоростей валов. Порядок и результаты расчета представлены в таблице 2.

Таблица 2

Силовые и кинематические параметры валов

Вал            Мощность, кВт    Минимальная частота вращения Минимальная

угловая скорость Максимальный крутящий

6. Определение модуля зубчатых колес и геометрический расчет привода.

.1 Определение модуля зубчатых колес

Зубчатые колеса являются основным видом передач коробок скоростей. От их габаритных размеров и качества зависят размеры и эксплуатационные характеристики всей коробки.

Основными причинами выхода из строя зубчатых колес станков являются усталость поверхностных слоев зубьев, их износ, смятие торцев зубьев переключающихся шестерен и поломка зубьев от усталости или перегрузок.

Расчет зубчатых колес ведется в основном теми же методами, которые рассматриваются в курсе «Детали машин». Однако при расчете зубчатых передач станков модуль определяется не только исходя из прочности зуба на изгиб , но и из усталости поверхностных слоев .

В коробках скоростей размер шестерен в большинстве случаев определяется контактными напряжениями, т. е. усталостью поверхностных слоев зубьев. Сначала следует найти наиболее нагруженную кинематическую пару и для нее определить модуль исходя из прочности зуба на изгиб  и усталости поверхностных слоев  по формулам:

, ,

где  и  - допустимые напряжения для контактной нагрузки и на изгиб, МПа; - номинальная передаваемая мощность, кВт;  - минимальная частота вращения шестерни, на которую передается полная мощность, об/мин;  - коэффициент формы зуба;  - число зубьев шестерни;  - передаточное отношение пары;  - коэффициент, учитывающий изменение нагрузки на зуб шестерни по сравнению с ее номинальным значением;  - коэффициент ширины, принимаемый равным 6 - 10.

Из полученных модулей  и  выбирают наибольший и округляют его до ближайшего большего стандартного значения: 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0; 13,0; 16,0 мм.

Найденный стандартный модуль принимается для всех зубчатых пар данной групповой передачи.

Для первой ступени.

Предварительный материал колес: сталь 40Х (НВср = 249 МПа).

 МПа;

 МПа.

Тогда,  мм.

 мм.

Принимаем  мм.

Для второй ступени.

Предварительный материал колес: сталь 40Х (НВср = 249 МПа).

 МПа;

 МПа.

Тогда,  мм.

 мм.

Принимаем  мм.

Для третьей ступени.

Предварительный материал колес: сталь 40Х, улучшение и закалка ТВЧ

НRC= 45.  МПа;  МПа.

Тогда,  мм.

 мм.

Принимаем  мм.

Для тихоходной ступени.

Предварительный материал колес: сталь 40Х, улучшение и закалка ТВЧ45.  МПа;  МПа

Тогда,  мм.

Принимаем  мм.

.2 Геометрический расчет привода

Расчет геометрических параметров зубчатых колес.

Вал I z-56 - 51

, .

Делительный диаметр:  мм.

Диаметр вершин зубьев:  мм.

Диаметр впадин зубьев:  мм.

,

Делительный диаметр:  мм.

Диаметр вершин зубьев:  мм.

Диаметр впадин зубьев:  мм.

Межосевое расстояние: .

Ширина колеса:  мм. Принимаем  мм.

, .

Делительный диаметр:  мм.

Диаметр вершин зубьев:  мм.

Диаметр впадин зубьев:  мм.

, .

Делительный диаметр:  мм.

Диаметр вершин зубьев:  мм.

Диаметр впадин зубьев:  мм.

Для проектируемого привода окружная скорость колес:

 м/с.

Назначаем степень точности 8.

Диаметр вала рассчитываем приближенно по формуле:

 мм.

Принимаем равным d1 =30 мм.

Вал II

Диаметр вала рассчитываем приближенно по формуле:

 мм.

Принимаем равным d2 =30 мм.

,

Делительный диаметр:  мм.

Диаметр вершин зубьев:  мм.

Диаметр впадин зубьев:  мм.

,

Делительный диаметр:  мм.

Диаметр вершин зубьев:  мм.

Диаметр впадин зубьев:  мм.

, .

Делительный диаметр:  мм.

Диаметр вершин зубьев:  мм.

Диаметр впадин зубьев:  мм.

Вал III

,

Делительный диаметр:  мм.

Диаметр вершин зубьев:  мм.

Диаметр впадин зубьев:  мм.

, .

Делительный диаметр:  мм.

Диаметр вершин зубьев:  мм.

Диаметр впадин зубьев:  мм.

Межосевое расстояние:  мм.

Ширина колеса:  мм. Принимаем  мм.

Для проектируемого привода окружная скорость колес:

 м/с.

Назначаем степень точности 7.

Диаметр вала рассчитываем приближенно по формуле:

 мм.

Принимаем равным d3 =40 мм.

Вал IV

Диаметр вала рассчитываем приближенно по формуле:

 мм. Принимаем равным d4 =55 мм.

, .

Делительный диаметр:  мм.

Диаметр вершин зубьев:  мм.

Диаметр впадин зубьев:  мм.

, .

Делительный диаметр:  мм.

Диаметр вершин зубьев:  мм.

Диаметр впадин зубьев:  мм.

Межосевое расстояние:  мм.

Ширина колеса:  мм. Принимаем  мм.

Для проектируемого привода окружная скорость колес:

 м/с (для первой пары).

Назначаем степень точности 8.

Для проектируемого привода окружная скорость колес:

 м/с (для второй пары).

Назначаем степень точности 9.

Вал V

Диаметр вала рассчитываем приближенно по формуле:

 мм.

Принимаем равным d5 =80 мм.

Вал VI

Диаметр вала рассчитываем приближенно по формуле:

 мм.

Принимаем равным d6=90 мм.

, .

Делительный диаметр:  мм.

Диаметр вершин зубьев:  мм.

Диаметр впадин зубьев:  мм.

, .

Делительный диаметр:  мм.

Диаметр вершин зубьев:  мм.

Диаметр впадин зубьев:  мм.

Межосевое расстояние:  мм.

Ширина колеса:  мм. Принимаем  мм.

Для проектируемого привода окружная скорость колес:

 м/с.

Назначаем степень точности 9.

Таблица 3

Результаты расчета диаметра валов

7. Расчет клиноременной передачи

Бесконечные клиновые резинотканевые приводные ремни изготавливают кордтканевыми и кордшнуровыми. При малых диаметрах шкивов, а также при при высоких скоростях следует применять кордшнуровые ремни, при сравнительно больших диаметрах шкивов - кордтканевые.

Шкивы должны быть изготовлены из материалов, обеспечивающих выполнение требуемых размеров и работу шкивов в условиях эксплуатации (наличие механических усилий, нагрев, истирание). На рабочих поверхностях канавок шкивов не должно быть приростости, пузырей, царапин и вмятин после механической обработки.

По ГОСТ 20893-75 выбираем шкивы D1=180, D2=125, обеспечивающие передаточное отношение ip=0,7.

Мощность передаваемой передачи:

где z=3 -количество ремней;=0,98-коэффициент зависящий от угла обхвата;

Угол обхвата ремнем шкива, при работе на двух шкивах вычисляется по формуле:

;

=1 -коэффициент, учитывающий характер нагрузки и режим работы;=3,16кВт - мощность, передаваемая одним ремнем.       

Наименьшее межосевое расстояние:

Наибольшее межосевое растояние:

где dр.б. - расчетный диаметр большого шкива;- по табл.

По выбранному ориентировочному межосевому расстоянию определяем расчетную длину ремня:

вычисленную расчетную длину округляем до ближайшего значения по стандартному ряду.=1120мм.

Далее определяем окончательное межосевое расстояние:

Определяем скорость ремня:

Для компенсации возможных отклонений длины ремня от номинала, вытяжки его в процессе эксплуатации, а также для свободного надевания новых ремней при конструировании передачи должна быть предусмотрена регулировка межцентрового расстояния шкивов в сторону уменьшения на 2% при длине ремня L до 2 метров и на 1% при длине ремня свыше 2 метров и в сторону увеличения на 5.5% от L.

8. Определение фактических контактных напряжений и напряжений изгиба зубьев зубчатых колес привода. Выбор материала и термообработки

Определим контактные напряжения в зацеплении , МПа по формуле:

,

где  - вспомогательный коэффициент (для прямозубых колес );  - окружная сила в зацеплении;  - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями (для прямозубых колес );  - аналогичен ;  - коэффициент вида цилиндрических колес.

Определим фактические напряжения изгиба для прямых зубьев шестерни и колеса:

, ,

где  - коэффициент формы зуба шестерни и колеса; .

После определения контактных напряжений и напряжений изгиба подбираем материал и термообработку, обеспечивающие прочность на изгиб и износостойкость.

Для пары зубчатых колес 51:39.

 Н;

 МПа;

 МПа;  МПа.

Материал для обоих колес - сталь 40Х.

Термообработка: улучшение НВ 250.

Для пары зубчатых колес 20:52.

 Н;

 МПа;

 МПа;  МПа.

Материал для обоих колес - сталь 18ХГТ.

Термообработка: закалка по сечению НRCЭ 57…62; сердцевина HRC 30.

Для пары зубчатых колес 20:80 (первая пара).

 Н;

 МПа;

 МПа;  МПа.

Материал для обоих колес - сталь 18ХГТ.

Термообработка: закалка по сечению НRCЭ 57…62; сердцевина HRC 30.

Для пары зубчатых колес 20:80 (вторая пара).

 Н;

 МПа;

 МПа.

Материал для обоих колес - сталь 18ХГТ.

Термообработка: закалка по сечению НRCЭ 57…62.

Для пары зубчатых колес 32:64.

 Н;

 МПа;

 МПа;  МПа.

Материал для обоих колес - сталь 18ХГТ.

Термообработка: закалка по сечению до твердости НRCЭ 57…62, сердцеви-на HRCЭ 30…32.

9. Расчетная схема шпиндельного вала

Плоскость ХОУ

 Н.

 Н.

Плоскость ZOY

 Н.

 Н.

 Н.

 Н.

10. Проверочный расчет подшипников шпиндельного вала

Подшипник №7318

Пригодность подшипника определяется сопоставлением расчетной динамической грузоподъемности с базовой, т.е. .

,

где , ч, ,  - суммарная реакция подшипника,  -коэффициент вращения, (),  - коэффициент безопасности (),  - температурный коэффициент ().

 Н.

 Н.

Н (годен).

11. Переключение скоростей от электромагнитных муфт

.1 Применение электромагнитных муфт

Главный привод большинства типов металлорежущих станков выполняют на основе коробки скоростей и нерегулируемого или регулируемого двигателя. В главных приводах с широким диапазоном регулирования скорости можно выделить так называемый «оперативный» диапазон. Величина оперативного диапазона определяется обычно диапазоном изменения выходной скорости привода, который достаточен для экономичной обработки на станке типовой детали. Скорость в оперативном диапазоне изменяется за счет основной группы зубчатых передач.

Оперативный диапазон в пределах общего сдвигается путем переключения передач переборной группы. Переключение зубчатых передач основной группы, к которому в процессе обработки приходится часто прибегать, стремятся сделать наиболее легким и удобным. У станков, для которых характерны многопереходные операции с частым изменением выходной скорости главного привода, передачи в оперативном диапазоне чаще всего переключаются с помощью многодисковых электромагнитных муфт.

Коробки скоростей и подач с электромагнитными муфтами называют автоматическими коробками. Автоматические коробки скоростей используют для изменения частоты вращения шпинделя в токарных автоматах и полуавтоматах, токарно-револьверных, токарно-копировальных и токарно-карусельных станках, а также в большинстве станков с программным управлением!

Система привода включает нерегулируемый двигатель автоматическую коробку скоростей, схему управления двигателем и коробкой, встраиваемую в электрошкаф станка. Схема управления имеет один или несколько параллельных входов для управляющих сигналов, которые могут поступать либо от автоматического устройства, либо от ручного пульта, либо от системы программного управления.

Автоматические коробки скоростей, практически сохраняя классическую нагрузочную характеристику главного привода (обратно пропорциональную зависимость между выходной скоростью и моментом), придают приводу свойства регулируемого, позволяя производить дискретное изменение частоты вращения на ходу под нагрузкой, а также сосредоточить в механической передаче при нерегулируемом двигателе все прочие функции оперативного управления - пуск, торможение и реверсирование с высоким качеством переходных процессов по скорости.

Для ступенчатого изменения величины подачи применяют автоматические коробки подач с электромагнитными муфтами (например, токарно-карусельные, токарпо-револьверпые станки и др.). Автоматические коробки скоростей и подач имеют ряд. преимуществ по сравнению с коробками, имеющими передвижные блоки зубчатых колес. Дистанционное управление коробок позволяет вынести пульт управления (или командо-аппарат) в наиболее доступное место, что увеличивает удобство работы на станке, а переключение ступеней скорости и подач без применения усилий с помощью кнопок или клавишей, уменьшает утомляемость рабочего. Значительно сокращается вспомогательное время, необходимое для переключения ступеней скорости и подач, так как это производится без останова станка. Ступени скорости можно переключать в процессе резания, что позволяет получить приблизительно постоянную скорость резания при обработке деталей с большим перепадом диаметров. При введении следящего устройства можно получить автоматическую регулировку скорости резания в зависимости от обрабатываемого диаметра или по заданному закону, причем автоматизация осуществляется весьма просто, так как задатчик скорости воздействует непосредственно на схему,, применяемую для ручного управления.

Следует отметить противоперегрузочную способность автоматических коробок скоростей, гарантирующую детали главного привода от поломок. Обеспечивая легкую управляемость главного привода и автоматизацию несложной разомкнутой системой релейного (контактного или бесконтактного) управления, автоматические коробки, вероятно, вытеснят коробки скоростей с передвижными блоками зубчатых колес в металлорежущих станках. Укреплению позиций такой системы главного привода будет способствовать резкое уменьшение размеров асинхронных двигателей в серии А4 намеченное уменьшение размеров бесконтактных электромагнитных муфт ЭТМ...4 на базе качественного улучшения их конструкции и производства, а также совершенствование и удешевление бесконтактных схем управления па основе полупроводниковой техники.

Для системы привода с автоматическими коробками интерес представляет рассмотрение переходных процессов в приводе при регулировании скорости выходного звена. Протекание переходных процессов в такой системе привода в общем случае определяется характеристиками муфт, характеристиками двигателя, статистическими сопротивлениями, упругими и инерционными параметрами механической передачи, статической и динамической нагрузкой на выходном звене. При конструировании привода, регулируемого в механической передаче, важнейшей задачей является выбор муфт в зависимости от требований, предъявляемых к приводу.

Для коробок подач муфты чаще всего выбирают по наибольшему статическому моменту, приведенному к муфте, так как переключение подач осуществляется, как правило, без нагрузки, а скорости валов коробки подач невысоки и, следовательно, невелика мощность, передаваемая муфтами. Критерием для выбора муфт коробок скоростей служат в первую очередь динамические и энергетические характеристики, т. е. скорость срабатывания муфт и их теплорассеивающая способность.

Для определения влияния муфт на характеристики главного привода рассмотрим переходные процессы по скорости шпинделя в главном приводе с автоматической коробкой скоростей и асинхронным электродвигателем. Каждое значение скорости шпинделя определяется комбинацией передач, замыкаемых включенными муфтами. В кинематике системы можно выделить элементарные структурные схемы, образуемые муфтами, участвующими в переходном процессе. В процессе разгона шпинделя могут участвовать две или три муфты, соединенные в кинематической цепи последовательно (рис4. а, б).

Рисунок 4. Схемы подключения муфт

В процессе торможения участвуют соединенные параллельно-последовательно три, четыре или пять муфт в зависимости от числа множительных элементов коробки и числа муфт в выходном звене (рис4. в). В процессе переключения ступеней шпинделя участвуют две {М2 и МЗ), соединенные параллельно муфты, или четыре, шесть муфт, соединенные в кинематической цепи параллельно-последовательно (рис4. д,е). Процессам реверсирования соответствуют те же схемы, но в этом случае передаточное отношение к одной из включаемых муфт отрицательно.

При рассмотрении переходных процессов по скорости в многомуфтовых системах главного привода станков будем полагать механическую передачу абсолютно жесткой, так как влияние ее упругих параметров на переходные процессы по скорости невелико. Динамические характеристики муфт удобнее всего представлять в форме временной характеристики, описывающей зависимость вращающего момента муфты во времени при подаче управляющего сигнала. Вид временной характеристики электромагнитной муфты в большей степени зависит от режима питания катушки в течение электромагнитного переходного процесса. Естественная временная характеристика, получающаяся при постоянном номинальном напряжении на катушке муфты в течение переходного процесса, имеет наименьшую скорость нарастания вращающего момента муфты. Форсированные характеристики, при которых скорость нарастания вращающего момента увеличивается, получаются за счет повышения напряжения на катушке муфты па время переходного электромагнитного процесса.

Дальнейшей задачей является составление математической модели привода ее исследование.

.2 Особенности конструкции управляемых муфт

Управляемые муфты

С помощью управляемых, называемых также сцепными, муфт можно в процессе работы соединять и разъединять валы.

Муфты с ручным управлением в дистанционно управляемых системах, системах автоматики, различных приводах периферийных устройств ЭВМ практически не применяются. При этом используют муфты управляемые дистанционно с помощью электрических сигналов малой мощности.

Из управляемых сцепных муфт наиболее применимы электромагнитные фрикционные и порошковые, обладающие высоким быстродействием и возможностью регулирования передаваемого момента. Эти муфты используются дополнительно в качестве предохранительных и тормозных устройств.

Управление электромагнитом кулачковых (зубчатых) муфт связано с рядом трудностей, обусловленных плавным сцеплением и расцеплением полумуфт, что возможно только при равенстве их угловых скоростей. Наиболее широко используются фрикционные электромагнитные муфты. Они обеспечивают плавное сцепление и расцепление валов при любых скоростях. В этих муфтах для соединения валов используются силы трения между поверхностями полумуфт. Принципиальные схемы фрикционных муфт показаны на рис. 5. Левые полумуфты закреплены на валах неподвижно, а правые являются подвижными (шлицевое, шпоночное соединение) или имеют подвижные элементы. В зависимости от формы рабочих поверхностей различают фрикционные муфты: дисковые - однодисковые (рис. 5, а) и многодисковые (рис. 5, б); конусные (рис. 5, в).

Многодисковые муфты получили наибольшее распространение благодаря плавности включения, небольшим габаритам при передаче больших моментов. Оптимальное число дисков 6 … 10.

В конусных муфтах (см. рис. 5 в) угол a не должен быть меньше угла трения для предотвращения заклинивания и облегчения расцепления, для металлических поверхностей a ³ 8 … 15°.

Рис. 5 Дисковые муфты

Необходимая сила прижатия дисков

Q = (T / Rcp)∙f∙n

где Т - передаваемый муфтой момент; Rcp - средний радиус поверхностей трения; n - число поверхностей трения; f - коэффициент трения, принимаемый для стали по металлокерамике f = 0,1 … 0,4, для стали по стали при наличии смазки f = 0,08.

Осевая сила включения конусной муфты

Q = (T∙sina/Rcp)∙f

Для повышения коэффициента трения рабочие диски изготавливают из фрикционных материалов на основе металлических порошков.

Сила прижатия дисков или конусов создается электромагнитом, встроенным в левую полумуфту, на обмотку которого подается напряжение через скользящие контакты - кольца и счетки.

Конструкции многодисковых фрикционных муфт нормализованы. Их используют при мощностях до 250 Вт и частотах вращения до 4000 об/мин, время срабатывания 28 … 200 мс. Однодисковые муфты проще по конструкции, но габариты их сравнительно велики.

Порошковые муфты отличаются малой инерционностью, быстродействием (время срабатывания 5 … 50 мс), возможностью управлять передаваемым моментом и независимостью величины передаваемого момента от скорости.

Муфта состоит (рис. 6) из трех основных частей: неподвижного корпуса 1 и двух полумуфт 2, 3. Полумуфты свободно вращаются внутри корпуса. Пространство между полумуфтами заполнено ферромагнитной массой 4 в жидком или порошкообразном виде (смесь из мелкодисперсных частиц карбонильного железа и наполнителя в виде талька или графита). Катушка 5 электромагнита располагается в одной из полумуфт или в корпусе.

Рис. 6                                                Рис. 7

Если электромагнит не включен (при нулевой напряженности магнитного поля), то вязкость ферромагнитной массы 4 небольшая и полумуфты механически не связаны. При подаче сигнала управления на катушку электромагнита и прохождении магнитного потока через рабочие зазоры ферромагнитные частицы намагничиваются и располагаются вдоль силовых линий. Вязкость ферромагнитной массы увеличивается, механически связывая полумуфты. При увеличении интенсивности магнитного поля растут вязкость массы 4 и величина передаваемого момента. Жидкостные муфты работают плавнее, чем порошковые, но требуют более совершенных уплотнений.

Конструкции порошковых муфт нормализованы (серия БПМ) и подбираются по передаваемому моменту и частоте вращения вала.

Использование пьезокристаллических муфт позволяет увеличить быстродействие при соединении валов до 0,2 мс, что особенно важно в системах управления, обработки информации. Принцип их действия основан на изменении размеров пьезокристалла под действием постоянного тока (рис. 7). При подводе постоянного тока к кристаллам 1 происходит увеличение размеров полумуфты 2, выборка зазоров между ней и полумуфтой 3 и передача вращения за счет сил трения.

Зазор между полумуфтами ограничивается микронными изменениями размера кристаллов. Отсюда высокие требования к точности взаимного расположения осей соединяемых валов, к точности изготовления элементов муфты и наличие вследствие малых зазоров между полумуфтами тормозного момента при нулевом сигнале управления.

Самоуправляемые муфты

Самоуправляемые муфты служат для автоматического разъединения (соединения) валов в тех случаях, когда передаваемый валом момент или скорость превышает заданную условиями эксплуатации величину. Рассмотренные фрикционные сцепные муфты (см. рис. 7) могут быть использованы в качестве самоуправляемых по величине передаваемого момента. В этих муфтах при перегрузках будет происходить проскальзывание полумуфт с автоматическим разъединением валов.

Центробежная муфта прямого действия (рис. 8, а) применяется для автоматического сцепления валов, а центробежная муфта обратного действия (рис. 8, б) - для автоматического расцепления валов. Полумуфты 1 и 2 соединяются с помощью колодок 3, которые могут поступательно перемещаться в полумуфте 1.

Рис. 8 Самоуправляемые муфты

В муфтах прямого действия колодки удерживаются силами упругости Fпр пружин растяжения в полумуфте 1. При вращении вала с полумуфтой 1 со скоростью w на колодки действуют центробежные силы инерции Fn = mrw2, где m - масса колодки, r - расстояние от центра масс колодки до оси вращения полумуфты 1. При увеличении скорости вращения сила инерции преодолевает силу упругости пружины и прижимает колодку к полумуфте 2 с силой N = Fn - Fпр, создающей трение между полумуфтами. При моменте трения Мтр = Fтр· r = (Fn - Fпр)r, превышающем момент сопротивления, происходят передача вращательного движения от полумуфты 1 к полумуфте 2 и соединение валов.

В муфтах обратного действия (см. рис. 8, б) расцепление валов происходит при скорости, когда сила инерции (Fn) колодки ставится равной силе упругости пружины (Fпр) и отжимает колодку от полумуфты 2.

Обгонная муфта (рис. 9) передает движение только в одном направлении. Она состоит из ведущей 1 и ведомой 2 полумуфт, шариков (роликов) 4.

Принцип работы обгонных муфт состоит в следующем. Полумуфта 1 жестко закреплена на ведущем валу. При его вращении по часовой стрелке шарики 4 под действием сил пружин 3 и сил трения вкатываются в узкую часть клинового зазора полумуфт и, заклиниваясь, передают вращательный момент от полумуфты 1 к полумуфте 2, свободно сидящей на валу и являющейся зубчатым колесом.

Рис. 9 Обгонная муфта

При вращении полумуфты 1 против часовой стрелки шарики выходят в широкую часть клиновых зазоров и полумуфты разъединяются, т.е. вращение от вала к зубчатому колесу не передается.

Такие муфты нормализованы. Они обеспечивают бесшумную работу и обладают высокой нагрузочной способностью.

Заключение

. На основании исходных данных для проектирования выполнены расчеты внешней рабочей нагрузки, действующей на привод токарно-винторезного станка, диапазона регулирования, числа скоростей групповых передач и привода в целом, что явилось предпосылкой в дальнейшем для кинематического расчета привода.

. Определена структурная формула привода, передаточные отношения пар зубчатых колес групповых передач. Построена рациональная структурная сетка и график частоты вращения, найдены частоты вращения промежуточных валов привода и шпинделя станка. На основании чего разработана схема привода, соответствующая исходным данным проекта.

. Выполнены расчеты модуля зубчатых колес и геометрический расчет элементов кинематической цепи привода главного движения, что позволило конструктивно оформить и разработать сборочные чертежи (свертку, развертку) привода, предварительно выбрав материал зубчатых колес и вид термообработки, обеспечивающий их высокую износостойкость.

. Результаты прочностных расчетов валов, зубчатых колес свидетельствуют о правильности принятых технических решений и достаточной механической прочности и долговечности подобранных подшипников и других деталей привода.

Список использованной литературы

. Металлорежущие станки: учеб. пособие для выполнения курсового проекта / В.Н. Жарков, В.В. Морозов, В.Г. Гусев; Владим. гос. ун-т. - Владимир: ВлГУ, 2005.

.Кучер И.М. Металлорежущие станки / И.М. Кучер. - М.: Машиностроение, 1969. - 720с.

. Металлорежущие станки: метод. указания и контрольные задания для выполнения курсового проекта студентами заочного отделения спец. 120100 / сост.: Р.А,Тихомиров, В.Н. Жарков. Владим. гос. ун-т. - Владимир: ВлГУ, 2003. - 73 с.

. Металлорежущие станки: метод. указания к самостоятельному изучению общего курса и кинематики станков для Студенов заочников / В.Н. Жарков. Владим. гос. ун-т. - Владимир: ВлГУ, 2004. - 148 с.

. Конструирование узлов и деталей машин: учеб. пособие для студ. техн. спец. вузов / П.Ф. Дунаев, О.П.Леликов. - 8-е изд.., перераб. и доп. - М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 496 с.