Проектирование коробки скоростей фрезерного станка

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Курсовой проект

по предмету: "Металлорежущие станки"

Проектирование коробки скоростей фрезерного станка

Н. Тагил

г.

Содержание

Введение

Кинематический расчет

Расчет крутящих моментов и мощности

1. Выбор электродвигателя

. Расчет модулей для прямозубых колес

. Расчет межосевых расстояний

. Расчет ширины венцов колес

. Ориентировочный расчет диаметров валов

. Определение модуля подгрупп по напряжениям изгиба

. Расчет диаметров колес

. Расчет подшипников для 2-х опорных валов

. Подбор подшипников

Система смазки

Переключение скоростей

Библиографический список

Введение

Проект по курсу "Металлорежущие станки" является важнейшим этапом проектно-конструкторской подготовки.

Назначение курсового проекта в том, чтобы научить студентов правильно использовать теоретические знания в практической конструкторской работе. В курсовом проекте студент решает вопросы выбора и оптимизации технических характеристик современного станка, исследует новые технические решения, производит технико-экономическое обоснование выбранных вариантов. Требования при проектировании:

) обеспечение технологических характеристик станка;

) разработка рациональной схемы механизма привода главного движения;

) разработка компактной и надежной конструкции узлов привода главного движения;

) обеспечение технологичности изготовления деталей и сборки проектируемых узлов.

Дано:

Максимальная скорость: V_max=1000 об/мин

Минимальная скорость: V_min=50 об/мин

Количество ступеней: Z=16

Максимальная подача: S_{z max}=0,050 мм

Глубина резания: t_max=8 мм

Максимальный диаметр фрезы: d _{фр. max}= 180 мм

Максимальная ширина фрезы: b _{фр. max}= 20 мм

Механические свойства обрабатываемой стали: HB=302, C_Pz=54

Задание:

Спроектировать коробку скоростей

Кинематический расчет

.        Станок должен обеспечивать скорости резания от до

Исходя из V, найдем n.

Рассчитаем максимальную и минимальную частоты вращения:

2.       Принимаем частоту вращения шпинделя (min/max):

3.       Зная n_max и выбрав φ, находим ступени n_i вплоть до n_min, используя формулу: , задано число ступеней Z=16.

4. Диапазон регулирования:

График чисел оборотов

Позволяет определить конкретные величины передаточных отношений всех передач привода и частоты вращения всех его валов. Число ступеней частоты вращения шпинделя при наладке последовательно включенными групповыми передачами равно произведению числа передач в каждой группе. При заданном числе ступеней ряда частоты вращения шпинделя число групп передач, число передач в каждой группе и порядок расположения групп можно выбирать различным. Этот выбор определяет конструкцию коробки скоростей.

Следует подумать, какую структурную сетку выбрать:

Если на валу много ступеней (6 или более) то одно или некоторые зубчатые колеса будут очень большими по диаметру, а другие - малыми.

Следует принимать такую структурную сетку, в которой передаточные отношения i приблизительно одинакова в разных группах (на разных валах)

Для последнего вала - шпинделя следует принимать небольшие передаточные отношения.

Примем для Z=16 наиболее благоприятныq расклад структурной сетки:

Z=16=1(0)х4(1)х2(4)х2(8)

Основная группа (с нее начинается построение структурной сетки) - она же первая - в ней частота вращения отличается от n в φ раз.

Остальные группы называются переборными (или просто переборами).

5. Построение структурной сетки:

Принимаем типичный асинхронный двигатель. Между валом двигателя и коробкой скоростей зубчатая передача.

Определим n₀ - частоту вращения вала с зубчатым колесом на входе в коробку скоростей.

Рассчитываем частоты вращения валов с зубчатыми колесами при различных вариантах зацепления колес:

Посчитаем числа оборотов:

Примем двигатель с n=1500 (об/мин).

6. Подбор чисел зубьев (Σ=90):

7. Уравнение кинематического баланса:

Вывод: так как ошибка во всех случаях получилась меньше 2,6%, то число зубьев у всех колес подобранно верно.

Расчет крутящих моментов и мощности

1.       Выбор электродвигателя

Фрезерование производится дисковыми фрезами.

Сила P_z (вертикальная составляющая силы резания):

,

Принимаем: Сталь, НВ=302, t=8 мм, S=0,050 мм

Это чистовое фрезерование стали, прошедшей термообработку.

Скорость резания:

Где n=1800 (об/мин)

d_фр=180(мм)

Крутящий момент на последнем валу:

Эффективная мощность при выбранном режиме:

Принимаем

Мощность электродвигателя:

Где - общий КПД коробки

 - общее количество пар трения

-каждая из пар трения, действующих при работе станка:

зубчатые зацепления 0-1, 1-2, 2-3, в каждом

подшипники качения на 2х валах (ориентировочно), всего 18 шт, в каждой

Мощность двигателя:

В таблице из интернет ресурсов принимаем двигатель АИР180М4, N=30 (кВт), n=1500 (об/мин).

Рассчитаем :

Расчет крутящих моментов валов:

У любого (iго) вала:

Отсюда:

Для вала "0": =1134

В зубчатом зацеплении η_зз=0,97;

Для 4х подшипников качения η_пк=0,99⁴=0,9606; ;

Мощность на входе равна:

;

Для вала "1":

Из 4х  выбираем нименьший =714 (об/мин).

η_зз=0,97² - от вала "0" и собственное;

Для вала "2":

=178 (об/мин);

η_зз=0,97³

η_пк=0,99¹²

Для вала "3":

=56 (об/мин);

η_зз=0,97⁴

η_пк=0,99¹⁶

При полном использовании 30 кВт и 29,428 Н низких частот вращения могут быть очень большие крутящие моменты, больше чем 4000 кгс*см

2.       Расчет модулей для прямозубых колес

Проводится 2 расчета:

На напряжение изгиба:

- На контактную прочность:

фрезерный станок привод электродвигатель

Затем из 2х вбирается то значение, которое больше (входящие в формулы величины рассматриваем далее). Полученные значения модуля следует округлить до стандартных величин: m=2;2,5;3;4;5;6;8;10;13;16 (мм)

Не следует брать m<2.

Исходные данные для расчетов модуля:

- эффективная мощность, передаваемая i-м зацеплением;

- передаточное число зубчатой пары,

=1/i, где i- передаточное отношение ;

знак "+" при наружном зацеплении;

знак "-" при внутреннем зацеплении;

 - коэффициент формы зуба (табл. 4.4.1);

(табл. 4.1.1.) принимаем =8

- допускаемое напряжение изгиба (табл. 4.2.1.), принимаем  (если m<6), ( если m>7), ожидаем что m<6;

- допускаемое контактное напряжение (табл. 4.2.1.), принимаем ;

n_р- расчетная частота вращения шестерни;

К₀ - коэффициент характера нагрузки:

,

- динамический коэффициент, учитывающий дополнительные нагрузки от ошибок в шаге зубьев колес: , принимаем =1,15;

 - коэффициент перегрузки, =1…1,25, принимаем =1,15;

 -коэффициент неравномерности нагрузки, =1…1,25, принимаем =1,1;

К - коэффициент долговечности службы колес:

Коэффициент долговечности имеет реальный смысл в пределах К=0,3…1

Если К<0,3, то принимается К=0,3.

Если К>1. то принимается К=1.

 - коэффициент, учитывающий использование мощности (табл. 4.4.2. в части 1 Матод. рук-во к выполнению курс. проекта, 1999 г.), выбираем =0,65;

- коэффициент, характеризующий работу передачи на разных частотах вращения (рис. 4.4.2.), выбираем =1,58, т.к. =0,65, а R_v=n_max/n_min=10…40 для всех передач данной коробки;

Т - долговечность работы передачи, Т=10…12 тыс. часов, выбираем Т=11000 часов;

x - число передач в элементарной коробке (у нас x=4);

N₀ - базовое число циклов перемены напряжений для материала зубчатых колес (шестерен) (табл. 4.2.1.), выбираем 40Х с ТВЧ, N₀=20*10⁷ циклов.

n_min - минимальное число оборотов шестерен , об/мин.

Рассчитываем:

Расчет модуля с учетом предельного напряжения изгиба:

Зацепления между валами "0-1":

y=0,114 (табл. 4.4.1.) - коэффициент формы зуба

n_p=714 (об/мин)

Z_ш=57

Принимаем для зацепления между валами "0-1" модуль m=3.

Лимитирует напряжение изгиба.

Зацепления между валами "1-2":

=0,138 (табл. 4.4.1.) - коэффициент формы зуба

n_p=178 (об/мин)

Z_ш=72

Принимаем =4 (мм)

Принимаем для зацепления между валами "1-2" модуль m=4.

Лимитирует напряжение изгиба.

Зацепления между валами "2-3":

=0,138 (табл. 4.4.1.) - коэффициент формы зуба

n_p=56 (об/мин)

Z_ш=69

Принимаем =5 (мм)

Принимаем для зацепления между валами "2-3" модуль m=5.

Лимитирует напряжение изгиба.

3.       Расчет межосевых расстояний

Зная модуль и число зубьев Z₁ и Z₃ находим межосевое расстояние a_w:

- Межосевое расстояние между валами "0-1":

- Межосевое расстояние между валами "1-2":

- Межосевое расстояние между валами "2-3":

4.       Расчет ширины венцов колес

- Если лимитирует напряжение изгиба:

- Если лимитирует контактная прочность:

Значение округляют до целого числа.

Минимально значение b=6мм

Во всех парах в проектируемой коробке лимитирует напряжение изгиба.

Зацепления между валами "0-1":

y=0,114

n_p=714 (об/мин)

Z_ш=57

m=3 (мм )

- Зацепления между валами "1-2":

y=0,138

n_p=178 (об/мин)

Z_ш=72

m=4 (мм )

- Зацепления между валами "2-3":

y=0,138

n_p=56 (об/мин)

Z_ш=69

m=5 (мм )

5.       Ориентировочный расчет диаметров валов

Ориентировочно, только из расчета на кручение, т.к. пока еще нет данных о расстояниях между опорами и размещении зубчатых колес, определяем диаметры валов по формуле:

 (3.2)

где .

6.       Определение модуля подгрупп по напряжениям изгиба

По программе определяется модуль передачи и ширина зубчатого колеса. После чего необходимо округлить эти значения до стандартных в большую сторону, поскольку программа выдает минимальные допустимые значения, удовлетворяющие заданным условиям работы.

7.       Расчет диаметров колес

Делительный диаметр  

Диаметр окружности впадин  

Диаметр окружности вершин  

Расчет проводим с помощью компьютерной программы. Программа вычисляет передаточное отношение зубчатого зацепления, как отношение числа зубьев колеса к числу зубьев шестерни. Таким образом, нет необходимости считать каждую пару зубчатых колес в коробке, а найти значения параметров наиболее нагруженных передач в каждой группе и принять эти размеры для всей группы передач.

8.       Расчет подшипников для 2-х опорных валов

9.       Подбор подшипников

.        Выбираем подшипники шариковые радиальные однорядные 7204 по ГОСТ 27365-87.

.

е=0,42 (стр 110 П.Ф.Дунаев,О.П.Леликов)

Суммарные реакции в опорах:

Второй подшипник нагружен сильнее, дальнейший расчет по второму подшипнику.

где V=1 - коэффициент, учитывающий вращение колец

Х=1; Y=0

К_Б=1,3 - коэффициент динамичности нагрузки [Дунаев, табл. 9.19, с. 214]; К_Т=1 - температурный коэффициент [Дунаев, табл. 9.20, с. 214

Расчетная долговечность подшипника:

С_r =26 кН - базовая радиальная динамическая грузоподъемность

m - показатель степени, m=3 - для шарикоподшипников;

Подшипник подобран правильно.

2.       Выбираем подшипники шариковые радиальные однорядные 7205 по ГОСТ 27365-87.

.

е=0,42 (стр 110 П.Ф.Дунаев,О.П.Леликов)

Суммарные реакции в опорах:

Второй подшипник нагружен сильнее, дальнейший расчет по второму подшипнику.

где V=1 - коэффициент, учитывающий вращение колец

Х=1; Y=0

К_Б=1,3 - коэффициент динамичности нагрузки [Дунаев, табл. 9.19, с. 214];

К_Т=1 - температурный коэффициент [Дунаев, табл. 9.20, с. 214

Расчетная долговечность подшипника:

С_r =29,2 кН - базовая радиальная динамическая грузоподъемность

m - показатель степени, m=3 - для шарикоподшипников;

Подшипник подобран правильно.

3.       Выбираем подшипники шариковые радиальные однорядные 7206 по ГОСТ 27365-87.

.

е=0,42 (стр 110 П.Ф.Дунаев,О.П.Леликов)

Суммарные реакции в опорах:

Второй подшипник нагружен сильнее, дальнейший расчет по второму подшипнику.

где V=1 - коэффициент, учитывающий вращение колец

Х=1; Y=0

К_Б=1,3 - коэффициент динамичности нагрузки [Дунаев, табл. 9.19, с. 214];

К_Т=1 - температурный коэффициент [Дунаев, табл. 9.20, с. 214

Расчетная долговечность подшипника:

С_r =38 кН - базовая радиальная динамическая грузоподъемность

m - показатель степени, m=3 - для шарикоподшипников;

Подшипник подобран правильно.

4.       Выбираем подшипники шариковые радиальные однорядные 7212 по ГОСТ 27365-87.

.

Суммарные реакции в опорах:

Второй подшипник нагружен сильнее, дальнейший расчет по второму подшипнику.

где V=1 - коэффициент, учитывающий вращение колец

Х=1; Y=0

К_Б=1,3 - коэффициент динамичности нагрузки [Дунаев, табл. 9.19, с. 214];

К_Т=1 - температурный коэффициент [Дунаев, табл. 9.20, с. 214

Расчетная долговечность подшипника:

С_r =91,3 кН - базовая радиальная динамическая грузоподъемность

m - показатель степени, m=3 - для шарикоподшипников;

Подшипник подобран правильно.

Система смазки

Для повышения долговечности, уменьшения трения и как следствие - износа, увеличение КПД передач, а так же уменьшение шума и вибраций в коробке скоростей предусмотрена система смазки.

Смазывание зубчатых колес, находящихся в зацеплении в коробке скоростей осуществляется централизованной системой смазки поливанием маслом без давления.

В паспорте станка рекомендуется употреблять веретенное масло марки "З" ГОСТ 1837-42. Масло, применяемое для смазки, должно быть чистым, бескислотным, не должно содержать воды и твердых частиц.

Подача масла осуществляется плунжерным насосом, подоющим масло их специального масляного разервуара. Для распределения масла по всей коробке и обеспечения равного подвода к зубчатым зацеплениям установлен маслораспределитель. От расходятся трубки к зонам контакта зубчатых колес.

На корпусе коробки скоростей вмонтирован маслоуказатель для отслеживания уровня масла. Также имеется пробка, для слива и последуещей смены масла.

Переключение скоростей

Коробка скоростей приводиться от электродвигателя, закрепленного на верхней части станка, через муфту и зубчатую передачу.

Восемь различных чисел оборотов шпинделя осуществляется передвижением двух двойных блоков шестерен.

Переключение шестерен осуществляется при помощи вилок, управляемых двумя рукоятками , расположенными на стенке корпуса коробки.

Переключение скоростей в данной коробке скоростей осуществляется установкой определенной комбинации положений рукояток.

Рукоятка поворачивается и вращает Г-образный рычаг, который входит в паз на ползуне. Ползун, представляет собой подвижную в осевом направлении вилку, перемещается по оси и передвигает блок шестерен в нужное зацепление. Из-за того, что валы вертикальные и существует опасность самопроизвольного перемещения блока шестерен под действием силы тяжести, предусмотрено стопорение рукояток в каждом положении включения.

Библиографический список

.Дунаев П.Ф. Леликов О.П. // Констуирование улов и деталей машин. Изд. 9-е, 2006 год.

. Леликов О.П. // Основы расчета и проектирования деталей и узлов. "Высшая школа", 1968, стр. 431.

. Методическое руководство к выполнению курсового проекта по металлорежущим станкам для студентов всех видов обучения специальности 0501 - Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструмент. Ч. 1 и Ч. 2. Изд. УПИ, Свердловск, 1978.

. Программа для расчетов mclspro.