Разработка привода главного движения токарно-револьверного станка 1336М

Разработка привода главного движения токарно-револьверного станка 1336М

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева»

Кафедра металлорежущих станков

Тема курсового проекта:

Разработка привода главного движения токарно-револьверного станка 1336М

Кемерово 2015

Введение

Перед станкостроителями нашей страны стоят огромные задачи по: увеличению объема производства металлорежущих станков и кузнечно-прессовых машин; обеспечению опережающего развития выпуска станков с числовым программным управлением, развитию производства тяжелых, уникальных и высокоточных станков; значительному увеличению выпуска специальных станков и автоматических линий, организации производства переналаживаемых на различные размеры деталей комплексных автоматических линий для отраслей с крупносерийным и массовым выпуском изделий, созданию комплектов высокопроизводительного металлообрабатывающего оборудования, управляемых с помощью электронно-вычислительных машин, для организаций на базе этого оборудования участков и цехов в отраслях с мелкосерийным и серийным выпуском изделий.

Конструкции создаваемых станков должны быть перспективными, т.е. отвечать требованиям завтрашнего дня.

При разработке нового станка необходимо заложить в проект определённый запас совершенства и новизны решении его основных элементов по сравнению с уже известными. При создании нового станка следует стремится к сокращению сроков проектирования и освоения его производства.

Конструктор, проектирующий современный станок, должен принимать оптимальные технические решения, как по его отдельным элементам, так и по станку в целом. К отдельным элементам могут быть отнесены: несущие системы, приводы главного движения и подач, шпиндельные узлы, системы управления устройства смены инструмента, загрузки и разгрузки и т.д. Они имеют различные функциональные назначения и специфику проектирования.

Для синтеза оптимальной конструкции любого узла или станка обязательно наличие разработанной системы критериев оптимальности. Эти критерии зависят от предъявляемых требований к проектируемому станку, качества и точности обрабатываемых деталей, свойств применяемых инструментов, назначение узлов и от технико-экономических показателей.

При определении критериев должны учитываться тенденции развития станков данной группы и его основных элементов, а также результаты научно-технического прогнозирования, должны быть проведены комплексные технологические исследования, статический анализ условий эксплуатации станков и т.д. При разработке конструкции станка конструктору необходимо определить оптимальные конструктивные решения.

Вновь создаваемые станки должны быть общественно-целесообразными, технически и эстетически совершенными, экономичными. Известно, что один и тот же станок, отвечающий всем этим требованиям, может иметь различную кинематику, конструкцию, компоновку, форму.

В свою очередь, станок определенного конструктивного решения может изготовляться при разном уровне организации производства, различными технологическими приемами и может иметь различное качество исполнения. Только оптимальное сочетание удачного конструктивного решения, современных прогрессивных технологических процессов, совершенных форм организаций производства (обеспечивающих повышение производительности, снижение трудоемкости, максимальный экономический эффект и рентабельность) и высокого качества изготовления может обеспечить создание станка, отвечающего требованиям эксплуатации, экономичного и обладающим высоким эстетическим качеством. Очень важным является требование патентоспособности и патентной чистоты. Все эти задачи с успехом могут быть решены только при правильной организации труда коллектива конструкторского бюро, повседневном повышении знаний конструкторов, при учете в процессе проектирования современных требований, предъявляемых к станкам и современных направлений развития станкостроения.

1. Техническое задание на проектирование

. Станок токарно-револьверный 1 группы 3 подгруппы (по классификации ЭНИМСа) предназначен для работы при крупносерийном характере производства. Станок предназначен для выполнения токарных операций.

. Данный станок разрабатывается на основании приказа о курсовом проекте № *******

. Токарно-револьверный станок относится к группе токарных станков. В качестве режущего инструмента применяются токарные резцы.

. Патентно-литературный анализ проведен.

. Основными эксплуатационными характеристиками, требованиями и нормами качества являются:

а) главные составляющие станка, которыми являются: станина, люлька, бабка изделия, салазки бабки изделия. При проектировании станка необходимо учесть: габаритные, установочные, присоединительные размеры, способы крепления, регулировки органов управления, соответствие образцам, виды покрытий и т.д. и т.п.

Определиться с массой станка и при необходимости ограничить массы отдельных его составных частей, учесть требования к средствам защиты (от влаги, вредных испарений, коррозии и др.), требования к взаимозаменяемости станка и его составных частей, устойчивость к моющим средствам, маслам и т.д., требования к помехозащищенности и исключению помех, влияющих на другое оборудование, требования к виду и составу запасных частей, инструмента и принадлежностей.

б) на основе проведенного анализа гаммы станков токарной группы проектируемый станок должен иметь следующие технические характеристики:

)Высота оси шпинделя над станиной, мм - 185;

)Диаметр отверстия в шпинделе, мм - 39;

)Наибольшие размеры прутка, мм:

диаметр круглого - 36;

сторона квадратного - 27;

расстояние между сторонами шестигранного - 32;

)Наибольший диаметр обработки в патроне, мм:

над верхней частью суппорта - 380;

над станиной - 420;

)Число скоростей вращения шпинделя - 9;

)Диапазон частот вращения шпинделя в минуту, мин: 30-460;

)Количество величин подач - 6;

)Пределы величин продольных подач револьверного суп порта, мм - 0,06-0,50;

)Пределы величин поперечных подач револьверной голов- ки, мм/об - 0,04-0,39;

)Количество гнезд в револьверной головке - 16

)Мощность главного электродвигателя, кВт - 3

в) При проведении проектной работы учесть требования к долговечности, безотказности, сохраняемости и ремонтопригодности, а также требования к устойчивости от вибрации, влияния внешней среды.

г) Учесть требования к производственной и эксплуатационной технологичности, определяющие возможность достижения заданных показателей качества станка в условиях его изготовления, технического обслуживания и ремонта при минимальных затратах времени и средств на выполнение работ и высокой производительности труда.

д) Учесть требования к использованию стандартных, унифицированных и заимствованных узлов (сборочных единиц) и деталей при разработке станка, а также показатели уровня унификации и стандартизации конструкции.

е) Учесть требования к обеспечению безопасности при монтаже, эксплуатации, обслуживании и ремонте (от воздействия электротока и тепла, высокочастотных полей, ядовитых паров, пыли и газов, акустических шумов и др.), допустимые уровни вибрационных и шумовых нагрузок в соответствии с действующими стандартами, санитарными нормами и т.п.

ж) Учесть требования технической эстетики, а также эргономические требования (удобство обслуживания, комфортабельность, усилия, требуемые для управления и обслуживания и т.п.).

з) Учесть перечень стран, в отношении которых должна быть обеспечена патентная чистота станка.

и) Учесть требования к составным частям станка, сырью, жидкостям, смазкам, краскам и другим материалам, намеченным для применения в станке, а также при его изготовлении и эксплуатации; физико-химические, механические и другие свойства (прочность, твердость, шероховатость поверхности и т.д.) ограничения в применении составных частей (включая покупные) сырья, материалов (в том числе применяемых при изготовлении станка и его использовании), возможность применения и ограничение в применении дефицитных материалов и деталей, содержащих эти материалы, перечень материалов, применение которых недопустимо или нежелательно; требование по совершенствованию и модернизации покупных деталей.

к) Учесть условия эксплуатации, которые должны быть обеспечены при использовании станка с заданными техническими показателями; воздействие допустимых климатических условий (температур, влажности, атмосферного давления, солнечной радиации, агрессивных сред, пыли и т.д.); допустимое воздействие механических нагрузок (вибрационных. ударных и др.); необходимое время подготовки станка к использованию после транспортирования и хранения; вид обслуживания (постоянное или периодическое) или допустимость работы без обслуживания; необходимое число и квалификация персонала; параметры оборудования, с которыми должен взаимодействовать разрабатываемый станок, а также требования по использованию этого оборудования в случае возникновения отказов разрабатываемого станка.

л) Учесть требования к маркировке, наносимой на станок и тару, в которую он упакован (место и способ нанесения, содержание маркировки, требования к ее качеству); возможные варианты консервации и упаковки станка в зависимости от условий транспортирования и хранения; требования к консервации и упаковке станка, в том числе требование к таре, материалам, применяемым при упаковке, а также способу упаковки; масса станка, упаковываемого в одно транспортное место.

м) Учесть условия транспортирования и виды транспортных средств (авиасредства, крытые и открытые вагоны, платформы, трюмы или палубы судов, закрытые отапливаемые автомашины и др.), необходимость и способы крепления при транспортировании, расстояния транспортирования, скорости передвижения; требования к необходимой защите от ударов при погрузке и разгрузке и т.п.; места хранения (открытая площадка, навес, закрытый неотапливаемый склад, отапливаемое помещение и т.п.); условие хранения; условия складирования, возможность и сроки обслуживания станка во время хранения (переконсервация, переосвидетельствование), учесть сроки хранения в различных условиях.

. Оценить ориентировочную экономическую эффективность и срок окупаемости затрат на разработку и освоение производства станка, лимитную цену, предполагаемую годовую потребность в станке, а также экономические преимущества разрабатываемого станка по сравнению с лучшими отечественными и зарубежными образцами.

. Провести необходимые стадии разработки и этапы работ по ОСТ2 НО2-3-76 (ГОСТ 2.103-68) и при необходимости определить сроки их выполнения.

2. Назначение и область применения станка

Данный станок предназначен для обработки заготовок вида тел вращения. Методом точения могут быть получены цилиндрические, конические или фасонные поверхности вращения. Станок применяется в крупносерийном производстве.

3. Исполнительные движения. Структура станка

Рис. 1

Главное движение - вращение заготовки; движение подачи - перемещение инструмента.

Рис. 2

Структура привода - единая с зависимой подачей.

4. Выбор структуры привода главного движения

Выбираем множительную структуру как наиболее простую и эффективную. Принцип построения частотного ряда - геометрическая прогрессия. Параметры структуры выбираем на основе анализа существующих приводов для станков токарной группы.

Число ступеней регулирования - принимаем Z = 9.

Структурная формула - Z = 31*33 = 9.

Схема структуры привода:

Рис. 3

Знаменатель геометрической прогрессии φ = 1,41. Нижняя граница диапазона nmin = 30 об/мин

5. Выбор электродвигателя привода главного движения

Мощность на шпинделе станка: , К.п.д. привода:

Механическая мощность на валу двигателя:

Из условия  выбираем электродвигатель:

тип - асинхронный переменного тока трехфазный;

марка - АОЛ160S4;

;

6. Кинематическая схема привода главного движения

Рис. 4

7. Кинематический расчет привода главного движения

Определение передаточных отношений передач графоаналитическим методом, построение структурной сетки и графика чисел оборотов

На основании структурной формулы строятся структурные сетки, для оптимального выбора структуры привода.

Рис. 5

График чисел оборотов

Рис. 6

Расчет передаточных отношений

Определяем передаточное отношение по графику чисел оборотов по формуле:

Расчет числа зубьев передач

Передача вал I - вал II. Зубчатые колеса

Суммарное число зубъев .

Передача вал II - вал III. Зубчатые колеса

Суммарное число зубъев .

8. Расчет элементов привода

Определение мощностей и передаваемых крутящих моментов на валах

Определим максимальные крутящие моменты на каждом валу привода главного движения:

Расчет зубчатых передач

Построение графика нагрузки и определения эквивалентного числа циклов нагружения

Наиболее нагруженной парой колес в коробке является пара z9 - z10, для которой передаточное число имеет наибольшее значение (u = 1,974), а частота вращения - наибольшую величину n=460 об/мин.

Строим условный график нагрузки для того случая, когда в зацелении находятся колеса z1 - z2 и z9 - z10.

Рис. 7

На графике изображена пиковая нагрузка, значительно превышающая номинальную. Ввиду кратковременности действия этой нагрузки при расчете зубчатых колес она не учитывается. Пара колес z9 - z10 работает наиболее длительное время - 4 часа в смену. Принимаем число рабочих дней в году - 250, число смен - 2, срок службы до капитального ремонта - 5 лет. Тогда номинальное число часов работы за указанный срок службы будет:

Продолжительность действия отдельных моментов за срок службы коробки:

при

при

Эквивалентное число циклов нагружения зубьев колеса за срок службы коробки

Показатель степени m при расчете по контактным напряжениям принимается m=3. Для нашего случая , так как зубчатое колесо воспринимает переменную нагрузку при постоянном числе оборотов. За наиболее длительный действующий момент принимаем .

Таким образом:

.

Эквивалентное число циклов при расчете на выносливость по изгибным напряжениям определяется по тому же уравнению, но принимается показатель степени m=6.

.

Выбор материалов колес

Принимаем материал для изготовления колес Сталь 40Х

Термообработка - улучшение

Твердость сердцевины 269…302

При необходимости применить закалку ТВЧ до твердости HRC 45…50.

Определение допускаемого напряжения

Коэффициент режима нагрузки при расчете по контактным напряжениям:

Где - базовое число циклов нагружения. Для сталей при HB<350

Так как

Допускаемые контактные напряжения для колеса (для нормализованных и улучшенных сталей при HB<350):

Коэффициент режима нагрузки при расчете по изгибным напряжениям (для нормализованных и улучшенных сталей при HB<350):

Так как

Допускаемые напряжения изгиба определяем по следующим данным: коэффициент безопасности для нормализованных и улучшенных колес  эффективный коэффициент концентрации напряжений у корня зуба колеса

Предел выносливости сердцевины для материалов колес при симметричном цикле:

Для колеса:

Допускаемые напряжения изгиба при симметричном цикле нагружения определяем по уравнению:

Для колеса:

Определение коэффициента нагрузки

Для предварительных расчетов при несимметричном расположении колес на валах принимаем коэффициент нагрузки k=1,5.

Определение коэффициента ширины венцов колес

Принимаем для колес, включаемых находящихся в постоянном зацеплении, ψa=0,18.

Определение межосевых расстояний и модулей

Расчет выполняется для наиболее тяжело нагруженных пар колес, для которых передаточное число наибольшее, а частота вращения колеса наименьшая. Такими являются колеса: пара z1 - z2, пара z9 - z10. Межосевое расстояние из условия контактной прочности определяем по уравнению:

Расчетный модуль:

По ГОСТ 9563-60 принимаем  Уточненное делительное межосевое расстояние для первой двухваловой передачи:

По ГОСТ 2185-66 принимаем  мм.

Делительное межосевое расстояние между вторым и третьим валами:

Расчетный модуль:

По ГОСТ 9563-60 принимаем  Уточненное делительное межосевое расстояние для второй двухваловой передачи:

По ГОСТ 2185-66 принимаем  мм.

Определение ширины венцов зубчатых колес

Определяем ширину венцов зубчатых колес:

Определяем ширину венцов зубчатых колес:

Определение степени точности колес

Степень точности зависит от окружной скорости:

которую вычисляем для зубчатых колес, имеющих наибольшую скорость. Такими колесами в первой двухваловой передаче являются z1, z3 и z5.

По приложению 19 принимаем 7-ю степень точности для колес z7, z9, z11, z8, z10 и z12.

Проверка зубьев колес на выносливость по контактным и изгибным напряжениям

В связи с тем, что уточненное значение коэффициента нагрузки отличается от ранее принятого ориентировочного значения k=1,5 в меньшую сторону, то рабочие напряжения оказываются меньше допускаемых. Следовательно, проверку на выносливость по контактным напряжениям производить не нужно, так как условие прочности выполнено (При коэффициенте нагрузки k=1,28 условие прочности будет выполняться тем более по сравнению с k=1,5).

Проверка зубьев шестерен и колес на выносливость о напряжениям изгиба производится по уравнению:

Проверим изгибную прочность колес шести пар зацеплений z1 - z2,

z3 - z4, z5 - z6, z7 - z8, z9 - z10, z11 - z12.

Условия изгибной прочности выполняются.

Выбор материала валов

Принимаем материал для изготовления колес Сталь 40Х

Термообработка - улучшение

Твердость сердцевины 269…302

При необходимости применить закалку ТВЧ до твердости HRC 45…50.

Определение диаметров валов предварительно по условному расчету на кручение

Расчетная формула:

где T - вращающий момент, Н∙мм; - допускаемое напряжение, МПа.

Принимают:

а) = 25...35 МПа для валов I и III;

б) = 10...13 МПа для вала II;

Принимаем стандартный размер концов цилиндрических валов для каждого вала  

Вал ведущий:

Диаметр вала под подшипник:

где t - высота заплечика для упора полумуфты

Принимаем ближайшее большее или равное значение из стандартного ряда диаметров внутренних колец подшипников:

диаметр заплечика для упора подшипника

- координата фаски кольца подшипника.

Принимаем ближайшее из ряда Ra 40: ,

Вал промежуточный:

Принимаем конструктивно:

диаметр заплечика для упора колеса:

Принимаем  (ближайшее из ряда Ra 40).

Вал ведомый:

Диаметр вала под подшипник:

где t - высота заплечика для упора полумуфты

Принимаем ближайшее большее или равное значение из стандартного ряда диаметров внутренних колец подшипников:

диаметр вала под колесо:

- координата фаски кольца подшипника.

Принимаем d3к =32 (ближайшее большее из ряда Ra 40);

диаметр заплечика для упора колеса:

Принимаем  (из Ra 40).

Результаты расчета:

Выбор опор валов и способа смазки подшипниковых узлов

Подшипники должны смазываться консистентной смазкой, закладываемой в подшипниковые камеры.

Основной расчет валов

Для каждого вала составляются расчетные схемы в соответствии с нагрузками, действующими в зубчатых зацеплениях при различных положениях колес и муфт, что дает возможность выявить наиболее тяжелый случай нагружения вала.

При этом расчете вычерчивается схема нагружения вала с изображением векторов сил, действующих на вал со стороны зубчатых, ременных, ценных и других передач. В обозначениях сил, возникающих в зубчатых зацеплениях, первый индекс обозначает номер колеса, на которое действует сила, второй - номер колеса, со стороны которого действует сила. На расчетных схемах вычерчиваются эпюры изгибающих, крутящих и эквивалентных моментов. Для удобства построения эпюр изгибающих моментов следует на схемах нагружения валов указывать активные силы и реакции опор в цифровом виде. Затем непосредственно определять изгибающие моменты в сечениях под силами, не прибегая к составлению уравнений моментов.

Подбор шпонок и шлицевых соединений

По диаметру вала d=28 мм принимаем шпонку длиной l=25 мм, шириной b=8, высотой h=8 мм, t1=4 мм и t2=3,3 мм.

Шлицевое соединение принимаем по ГОСТ 1139-80 средней серии с центрированием по наружному диаметру D. Из ГОСТ 1139-80 выписываем размеры шлицевого соединения D6x23x28: b=6 мм; d1min=21,3 мм; amin=1,34 мм; c=0,3; Rmax=0,2.

Проверка прочности шпоночных и шлицевых соединений

Проверим прочность шпонки из условия прочности на смятие:

Материал шпонок - сталь 45 нормализованная.

Принимаем допускаемое напряжение .

Условие прочности выполняется.

Проведем проверку прочности шлицевого соединения на смятие:

станок оборот вал передача

где l=104 мм - длина ступицы блока.

Принимаем

Условие прочности выполняется.

Выбор посадок поверхностей валов

Сопряжение вала выполнено для номинального размера 28 мм, в системе отверстия, так как поле допуска отверстия обозначено Н7 (основное отклонение для Н равно нулю и соответствует обозначению основного отверстия, а цифра 7 показывает, что допуск для отверстия надо брать по седьмому квалитету для интервала размеров (свыше 18 до 40 мм), в который входит размер 28 мм); поле допуска вала k6 (основное отклонение k с допуском по квалитету 6).

Подшипники качения монтируют в отверстие корпуса в системе основного вала.

Поле допуска для среднего наружного диаметра подшипника обозначают LDmp', то есть для разных классов точности подшипников применяются обозначения полей допусков наружного диаметра в посадке L0, L6, L5, L4, L2.

Принимаем в нашем случае L0.