Расчёт коробки скоростей вертикально – фрезерного станка

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное агентство  по образованию

Нижнетагильский технологический  институт (филиал)

Уральского государственного технического университета – УПИ

Кафедра «Общего машиностроения»

 

 

 

 

 

Курсовой проект

по дисциплине

Металлорежущие станки

на тему:

«Расчёт коробки скоростей  вертикально – фрезерного станка»

 

 

 

 

 

Руководитель        Кравченко Л.М.

Студент группы 596 ТМ      Соколов А.Е.

 

 

 

 

 

 

 

Н.Тагил

2008

Введение.

В курсе «Расчет и  конструирование металлорежущих станков» изучаются основные методы расчета и конструирования узлов, механизмов и деталей станков из условия обеспечения качественной и количественной стороны процесса обработки.

Это означает, что прочность, жесткость, износостойкость, виброус-тойчивость и другие характеристики деталей и узлов станка, а также компоновка, технические и эксплуатационные показатели станка должны обеспечить требуемые точность обработки и чистоту поверхности при высокой производительности и экономичности процесса.

Курс «Расчет и конструирование станков» базируется на курсах «Теория резания металлов», «Кинематика станков», «Детали машин» и «Теория механизмов и машин».

Современные металлорежущие станки являются весьма разнообразными и развитыми рабочими машинами, включающими большое число механизмов и использующими механические, электрические, гидравлические и другие методы осуществления движений и управления циклом.

Металлорежущие станки обеспечивают изготовление деталей  разнообразной формы, с высокой  точностью размеров и заданной шероховатостью поверхности. В зависимости от характера выполняемых работ станки делятся на группы, которые, в свою очередь, разбиваются на отдельные типы станков. Такая классификация позволяет присваивать каждому станку серийного производства шифр (индекс) — условное обозначение типа и модели.

Станки занимают особое место среди таких машин-орудий, как текстильные, транспортные, машины легкой промышленности, полиграфические  и другие, потому, что они предназначены  для изготовления деталей других машин, т. е. для производства средств производства. Поэтому станкостроение часто называют   сердцевиной машиностроения.

 

 

 

 

Исходные данные.

Тип станка: вертикально-фрезерный.

Минимальное число оборотов: n_min=31,5об/мин.

Знаменатель геометрического ряда: φ=1,41.

Предварительная мощность станка: N=12кВт.

Число скоростей: Z_n=12/

Диаметр фрезы: ø 80мм.

Твёрдость обрабатываемого материала: 250 HB.

Марка инструментального материала: Р6 М5.

Задание: Спроектировать коробку скоростей.

      1. Назначение станка.

На вертикально-фрезерном  станке обрабатывают поверхности разной формы. Шпиндель установлен вертикально, стол горизонтально. Стол перемещается в 3^х направлениях. Привод главного движения получаем вращение от электродвигателя через коробку скоростей.

     2. Разработка кинематической схемы и структурного графика коробки скоростей.

Для Z_n=12 могут быть варианты:

3х2х2, 2х3х2, 2х2х3.

Все варианты имеют множительную структуру. Целесообразно иметь первую переборную группу X₁=3,вторую переборную группу X₂=3х2=6,третья переборная группа X₃=6х2=12.

     3.Построение графика чисел оборотов.

В основе структурной  сетки учитывают то, чтобы передаточное отношения находились в пределах:

U 2

U то, что ускоренные передачи работают хуже замедлительных.

 

Общее число передач:

=φ^(К₁^+К₂⁾= φ^К= =8

К= = = =6

1,41⁶=8

Z_{n max} при φ=1,41=2х =12

I                       II                      III                    IV

Находим частоты вращения шпинделя по формуле: n_k= n_min φkх1

n₁=n_min=63об/мин

n₂=n₁хφ=63 1,41=88,83об/мин

n₃= n₁хφ²=63х1,41²=125,25об/мин

n₄= n₁хφ³=63х1,41³=176,6об/мин

n₅= n₁хφ⁴=63х1,41⁴=249об/мин

n₆= n₁хφ⁵=63х1,41⁵=351,1об/мин

n₇= n₁хφ⁶=63х1,41⁶=495об/мин

n₈= n₁хφ⁷=63х1,41⁷=698об/мин

n₉= n₁хφ⁸=63х1,41⁸=984,2об/мин

n₁₀= n₁хφ⁹=63х1,41⁹=1387,8об/мин

n₁₁= n₁хφ¹⁰=63х1,41¹⁰=1956,7об/мин

n₁₂= n₁хφ¹¹=63х1,41¹¹=2759об/мин

Полученные рассчитанные значения приводим к нормализованному ряду частот вращения, применяемых в станкостроении.

 

n₁=63об/мин                             n₇=500об/мин

n₂=90об/мин                             n₈=710об/мин

n₃=125об/мин                           n₉=1000об/мин

n₄=180об/мин                           n₁₀=1250об/мин

n₅=250об/мин                           n₁₁=1800об/мин   

n₆=355об/мин                           n₁₂=2500об/мин

Структурный график 3(1) х 2(2) х 2(6)

 I                   II                  III                 IV                  V

     4.Выбор электродвигателя.

Максимальное число  оборотов шпинделя: n₁₂=2500об/мин

Предварительная мощность станка: N=12кВт.

Примем электродвигатель 3-х фазный асинхронный короткозамкнутый серии 4А160S4У3  ГОСТ 19523-80

Мощность электродвигателя: N_э=15кВт.

Частота вращения вала: n_э=1450 об/мин

Диаметр вала: d_э=42мм

Длина вала: l_э=110мм

      5.Определение передаточных отношений.

Между I и II валами:

U₁=

Между II и III валами:

U₂=1

U₃= = =

U₄= = =

Между III и IV валами:

U₅=1

U₆= = =

Между III и IV валами:

U₇=φ²=1,41²=2

U₈= = =

Все полученные передаточные отношения  находятся в допустимых пределах:

U 2

 

Определение чисел зубьев зубчатых колёс.

U₁= = =             m=5

         6

       1

      4

U₂= = =         

U₃= = =          ΣZ=60

U₄= = =          m=4

             36

      1

U₅= =         

U₆= =          ΣZ=72

        5

      3

U₇= = =          ΣZ=105

U₈= = =          m=5

Таким образом:

Z₁=25  m=5         Z₇=20   m=4          Z₁₃=71  m=5

Z₂=29  m=5         Z₈=40   m=4         Z₁₄=34  m=5

Z₃=30  m=4         Z₉=36   m=5          Z₁₅=23  m=5

Z₄=30  m=4         Z₁₀=36  m=5         Z₁₆=82  m=5

Z₅=25  m=4        Z₁₁=19  m=5

Z₆=35  m=4         Z₁₂=53  m=5

Определение чисел оборотов шпинделя:

n₁=n_эхU₁х U₄ х U₆х U₈=1450 х х х х =62,8 об/мин.

n₂=n_эхU₁х U₃ х U₆х U₈=1450 х х х х =89,7 об/мин.

n₃=n_эхU₁х U₂ х U₆х U₈=1450 х х х х =125,7 об/мин.

n₄=n_эхU₁х U₄ х U₅х U₈=1450 х х х х =175,3 об/мин.

n₅=n_эхU₁х U₃ х U₅х U₈=1450 х х х х =250,4 об/мин.

n₆=n_эхU₁х U₂ х U₅х U₈=1450 х х х х =350,6 об/мин.

n₇=n_эхU₁х U₄ х U₆х U₇=1450 х х х х =467 об/мин.

n₈=n_эхU₁х U₃ х U₆х U₇=1450 х х х х =668 об/мин.

n₉=n_эхU₁х U₂ х U₆х U₇=1450 х х х х =1085 об/мин.

n₁₀=n_эхU₁х U₄ х U₅х U₇=1450 х х х х =1305 об/мин.

n₁₁=n_эхU₁х U₃ х U₅х U₇=1450 х х х х =1864 об/мин.

n₁₂=n_эхU₁х U₂ х U₅х U₇=1450 х х х х =2610 об/мин.

Числа оборотов должны отличаться от нормализованных значений не более чем на +10(φ-1)%, т.е. +10(1,41-1)%=4,1%

n₁= х100=0,32%

n₂= х100=0,003%

n₃= х100=0,006%

n₄= х100=0,17%

n₅= х100=0,002%

n₆= х100=0,17%

n₇= х100-5=1,6%

n₈= х100-5=0,9%

n₉= х100-5=3,5%

n₁₀= х100-5=0,6%

n₁₁= х100-5=3,5%

n₁₂= х100-5=0,6%

В приводе от асинхронного электродвигателя допускается смещение ряда в сторону уменьшения до 5%, т.е. все рассчитанные значения чисел  оборотов находятся в допустимых пределах.*

 

      6.Предварительный  расчёт коробки скоростей.

6.1.Расчёт крутящих моментов:

М_i=97403 х

где η-КПД участка цепи

M_I= = =978 кг см

M_II= = =1100 кг см

M_III= = =1997 кг см

M_IV= = =5153 кг см

M_V= = =19892 кт см

 

6.2 Предварительный расчет диаметров валов.

d_ί= , где

[ξ]=250…320кг/см – допускаемое напряжение.

d_I= =2,5см

d_II= =2,6см

d_III= =3,2см

d_IV= =4,4см

d_V= =5,92см

6.3 Расчет мощности на каждом валу.

N_I=N_э η_n η_3n=15 0,99 0,98=14,55кВт.

N_II=N_I η_n η_3n=14,55 0,99 0,98=14,12кВт.

N_III=N_II η_n η_3n=14,12 0,99 0,98=13,7кВт.

N_IV=N_III η_n η_3n=13,7 0,99 0,98=13,3кВт.

N_V=N_IV η_n η_3n=13,3 0,99 0,98=12,9кВт.

6.4 Расчет модуля зубчатых колес по напряжением изгиба.

m_ί=10 , где

К =1,2 – коэффициент, учитывающий характер нагрузки

Ψ=8 – относительная  ширина венцов

у – коэффициент формы  зубьев

[ξ_Fp]=38кг/см² – допускаемое напряжение изгиба для стали 40 ГОСТ 4543-71 с термообработкой 45…50HRC

 m_I=10 =1,96мм

m_II=10 =2,2мм

m_III=10 =2,8мм

m_IV=10 =3,5мм

m_V=10 =4,7мм

6.5 Расчет модуля зубчатых колес при расчете на контактную прочность.

m_К = ,

где [δ_H] = 135 кг/см² – допускаемое контактное напряжение для стали 45 ГОСТ 1050-88

К = 0,7 – коэффициент  долговечности

m_I=

m_II=

m_III=

m_IV=

m_V=

Наибольшее значение m_из и m_к округляем до стандартного значения:

m_I   = 2мм                   m_IV = 3,5мм

m_II  = 2,5мм                m_V  = 5мм

m_III = 3мм

При условии, что b=ψ х m     ψ=6…8

b_I   = 4 х 6 =24мм        b_IV = 5 х 6 =30мм

b_II  = 4 х 6 =24мм        b_V  = 5 х 6 =30мм

b_III = 5 х 6 =30мм