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: