Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Курсовой проект - Конструирование модуля главного движения станка с компьютерным управлением - файл 1.1.docx


Курсовой проект - Конструирование модуля главного движения станка с компьютерным управлением
скачать (3824 kb.)

Доступные файлы (12):

1.1.docx876kb.23.12.2010 14:52скачать
1лист.doc40kb.30.12.2010 00:48скачать
титульный лист.doc42kb.30.12.2010 00:48скачать
вид сбоку.bak
вид сбоку.cdw
вид сверху.bak
вид сверху.cdw
Спецификация2.bak
Спецификация2.spw
Thumbs.db
сканирование0001.jpg1666kb.18.11.2010 22:36скачать
сканирование0002.jpg988kb.18.11.2010 22:37скачать

содержание
Загрузка...

1.1.docx

Реклама MarketGid:
Загрузка...



Введение.


Целью данного курсового проекта является разработка элементов главного движения станка с компьютерным управлением.

Повышение технологических возможностей металлообрабатывающих станков с автоматическим управлением неразрывно связано с необходимостью совершенствования их конструкции. Одним из актуальных направлений разработки современных станков является повышение их автономности и эффективности. Это обеспечивается путем создания интегрированных станочных систем, которые предусматривают объединение функций и устройств, обеспечивающих комплексную реализацию производственных задач. Примером интегрированной станочной системы является многоцелевой станок с компьютерным управлением, в котором имеет место интеграция различных методов обработки (точение, фрезерование, сверление и др.), а также выполняемых производственных функций (обработка, смена инструмента и обрабатываемых деталей, и др.).

При проектировании данного оборудования большое значение отводится вопросам рационального построения модулей, которые должны обеспечивать осуществление исполнительных движений с необходимыми параметрами пространства и времени. Актуальной становится задача реализации управляемых исполнительных движений с адаптацией к изменяющимся условиям обработки деталей. В связи с этим большое значение приобретают вопросы проектирования станочных модулей с соответствующей структурой и конструкцией.

Рациональная структура модуля станка может быть построена на основе использования результатов оптимизации процесса резания, особенно труднообрабатываемых сталей и сплавов, а также исследований точности, жесткости и динамики станков. Немаловажную роль играет формирование на этой основе соответствующих алгоритмов выполнения переходов обработки и управления оборудованием при изготовлении деталей, которые должны учитываться при проектировании модулей.

Ограниченные возможности приводов таких модулей в отношении диапазона регулирования частот вращения шпинделя с постоянной мощностью при силовом резании требуют наряду с регулируемыми электродвигателями применения переборных коробок передач с автоматическим управлением, а также поиска других компромиссных решений. В связи с этим необходима разработка вариантов кинематики и конструкции приводов с учетом методов улучшения кинематики и применения новых технических решений.

При решении конкретных задач целесообразно использование уточненных методик проектирования модулей, предусматривающих моделирование разрабатываемых конструкций и применение средств автоматизации проектных работ.




Анализ конструкции обрабатываемых деталей, уточнение маршрутной и операционной технологии изготовления детали-представителя.

    1. Анализ технологического назначения проектируемого станка

В качестве детали для проектирования мехатронной станочной системы с компьютерным управлением была выбрана деталь носок ТВД, эскиз которой приведен на рисунке 1.1. Деталь изготавливается на предприятии ОАО «УМПО». Главным критерием выбора детали было максимальное число различных видов обработок, ведущихся предпочтительно на станках с ЧПУ.

Деталь называется «Носок ТВД» первоначально предложенный состав материала стали очень сложный и содержит много компонентов, что свидетельствует о том что деталь ответственная и имеет важное значение в сборке готовой конструкции или узла.

Масса заготовки 27кг, заготовка - отливка.

Материал детали: жаропрочная сталь ХН73МБТЮ-ВД (ЭИ698-ВД) ГОСТ 22411-77, относится к труднообрабатываемым материалам, МПа.

Процентное содержание элементов:

Ni : Основа

C: 0,08

Cr: 15

Mo: 3

Y: 2

Nb: 2

Al: 1.5

Ti: 2.5

Sgс: 22

Назначение сплава ХН73МБТЮ ГОСТ 22411-77: изготовление деталей авиационной техники (лопаток газовых турбин, термообработанных и обточеных штамповок дисков, дефлекторов, лабиринтов и носков) с рабочей температурой до +750 °C; крепежных и других деталей, работающих при температуре до 750-800 °С.



Габаритные размеры: Dmax= 295-0.32 мм; Dmin= 133.2+0,1мм, а наименьший диаметр, который необходимо обработать составляет 3мм.

В детали имеется множество отверстий симметричных и асимметричных относительно осей, ряд канавок, пазов, резьб на наружной и

внутренней поверхностях, что усложняет обработку.


Рис 1.1. Эскиз детали «Носок ТВД»


1.2. Анализ технологического процесса изготовления заданных деталей


Маршрутная карта базового технологического процесса представлена в таблице 1.

В данной маршрутной карте присутствуют следующие виды обработки: токарная, сверлильная, полировальная, долбежная, фрезерная, в том числе с ЧПУ.

Деталь выполняется по седьмому и восьмому квалитету точности. Шероховатость точных поверхностей Ra=0,4мкм, остальных Ra=1.6мкм. Суммарная погрешность формы и расположения оценивается торцевым биением равным 0,02мкм, допуском перпендикулярности равным 0,02мкм и позиционным допуском отверстий равным 0,05мкм.


Таблица 1.

Маршрут обработки по базовому технологическому процессу.


Номер операции

Наименование операции

Оборудование модель станка

00

Карта на заготовку


05

Контроль


10

Токарная

16К20

15

Токарная

16К20

20

Контроль ультрозвуком

УД2-12

25

Токарная

163

30

Токарная

163

35

Токарная

163

40

Травление


45

Слесарная


50

Токарная

MDV-20S

55

Слесарная


60

Слесарная


65

Токарная

MDV-20S

70

Промывка


75

Контроль ЛЮМ1-ОВ


80

Слесарная


85

Токарная

16К25

90

Токарная

16К25

95

Маркирование


100

Токарная

16К25

105

Сверлильная

2А55

110

Сверлильная

2А55

115

Сверлильная

2А55



120

Сверлильная

2А55

125

Фрезерная

6M12P

130

Фрезерная

6M12

135

Долбежная

7Б412

140

Промывка


145

Фрезерная с ЧПУ

6М13СН2

150

Фрезерная с ЧПУ

6М13СН2

155

Сверлильная

2А55

160

Слесарная


165

Полировальная

16К25

170

Полировальная

16К25

175

Слесарная(случайная)


180

Промывка


185

Контроль


190

Термообработка


195

Контроль Люм1-ОВ


200

Слесарная(случайная)


205

Токарная

16К25

210

Притирочная

3Д817Ф1

215

Промывка


220

Контроль


225

Притирочная


230

Сдача


^ 1.3. Разработка предложений по изменению маршрутной технологии изготовления детали-представителя.

В ходе анализа маршрута обработки по базовому технологическому процессу были введены следующие коррективы.

Максимально сконцентрированы операции. Объединены операции выполняемые на одних и тех же поверхностях, с целью выполнить максимальное количество операций за одну установку, т.е. повысить производительность. Объединены операции с учетом обработки на контр-шпинделе, исключены операции по доводке режущих кромок инструментов, ввиду использования неперетачиваемых твердосплавных и быстрорежущих пластин с одно- и многослойными покрытиями. Подробно это можно увидеть в таблице 2.


Таблица 2.

Уточненный маршрут обработки

Номер операции

Наименование операции

Оборудование модель станка



05

Контроль


10

Токарная с ЧПУ

Разрабатываемый станок

15

Контроль ультрозвуком

УД2-12

20

Токарная с ЧПУ

Разрабатываемый станок

25

Травление


30

Токарная с ЧПУ

Разрабатываемый станок

35

Промывка


40

Контроль ЛЮМ1-ОВ


45

Слесарная(случайная)


50

Токарная с ЧПУ

Разрабатываемый станок

55

Сверлильная

2А55

60

Сверлильная

2А55

65

Сверлильная

2А55

70

Фрезерная с ЧПУ

Разрабатываемый станок

75

Долбежная

7Б412

80

Промывка


85

Фрезерная с ЧПУ

6М13СН2

90

Фрезерная с ЧПУ

6М13СН2

95

Сверлильная

2А55

100

Комбинированная операция:

Слесарная

Полировальная

Промывка

Разрабатываемый станок


Маркирование


105

Контрольная


110

Термообработка


115

Контроль Люм1-ОВ


120

Слесарная(случайная)


125

Токарная

Разрабатываемый станок

130

Притирочная


135

Промывка


140

Контроль


145

Притирочная(случайная)


150

Сдача(на участок сборки)


В качестве станка-аналога для обработки принят токарный станок с ЧПУ Mori Seiki NL1500S

Выполняемые переходы обработки на проектируемом станке:

  1. Точение продольное, поперечное, фасонное.

  2. Резьбонарезание.

  3. Фрезерование торцевое.



Определение основных технических характеристик модуля


^ 2.1. Основные технологические условия использования

станка


К этим условиям относятся:

обрабатываемые материалы и их предельные характеристики

- конструкционная сталь в = 1150 МПа;

- алюминий

основные переходы обработки

- точение продольное и поперечное, торцевое фрезерование, резьбонарезание;

характер обработки

- чистовая, с глубиной резания t = 0,5 мм,

- получистовая, глубиной резания t = 3 мм,

вид материала режущей части инструментов –твердый сплав

- предельные диаметры обработки dmax = 301 мм, dmin =138 мм.


^ 2.2. Характерные сочетания технологических условий.


К этим сочетаниям относятся условия, определяющие vmin, Smax и Nэфmax - наиболее тяжелый режим обработки (или расчетный, который может отличаться меньшим значением Nэф с учетом особенностей эксплуатации станка) и условия, определяющие vmax, - наиболее легкий режим обработки.


^ 2.3. Определение значений предельных режимов резания и наибольшей (расчетной) эффективной мощности.


Ввиду того, что мы разрабатываем привод главного движения операции фрезерования далее не рассматриваем.

^ Точение получистовое жаропрочного сплава (в = 1150 МПа) на диаметре обработке dmax:

Подача S, мм/об определяются по таблице 20[1], при диаметре обработки dmaх = 500 мм, размерах державки резца 32 х 25 мм, при использовании твердосплавного резца и наибольшей глубине резания t = 2 мм. Назначаем S = 0,6 мм/ об.

Скорость резания V, м/мин определяются приложением Coro Guede 10.1.1(рисунок 2.1) согласно установленным характерным условиям обработки. V=30 м/мин.




Рис. 2.1. Расчет режимов резания приложением Coro Guede


Нарезание резьбы:

Для нарезания жаропрочной стали ХН73МБТЮ-ВД, твердосплавными резцом с шагом резьбы равным 1.5 мм на диаметре d=155мм, скорость резания V, м/мин определяются приложением Coro Guede 10.1.1 (рисунок 2.2).

V = 10 м/мин.

Рис 2.2. Расчет режимов резания приложением Coro Guede




Точение чистовое алюминиевого сплава:

Для расширения технологических способностей станка рассмотрим чистовое точение алюминиевого сплава при диаметре обработки d = 10 мм. Назначаем значение глубины резания и подачи: t=0.15, s=0.1 по таблице 19[2]. Скорость резания V, м/мин определяются приложением Coro Guede 10.1.1 (рисунок 2.3). V= 1040 м/мин


Рис. 2.3. Расчет режимов резания приложением Coro Guede


Наибольшее (расчетное) значение эффективной мощности резания так же определяется приложением Coro Guede 10.1.1(рисунок 2.1) для условий обработки, соответствующих vmin при получистовом точении жаропрочной стали (в = 1150 МПа) заготовки c диаметром d =301 мм твердосплавным инструментом с подачей S = 0,6 мм/ об, V = 30 м/мин. Эффективная мощность резания Nэф =3,4 кВт.

Наименьшее (расчетное) значение эффективной мощности резания так же определяется приложением Coro Guede 10.1.1(рисунок 2.3) для условий обработки, соответствующих vmax при чистовом точении алюминиевого сплава заготовки c диаметром d =10 мм с подачей s=0,1 мм/ об, V = 1040 м/мин. Эффективная мощность резания Nэф =0,2 кВт.


^ 2.4. Определение расчетных значений технических

характеристик модуля

Предельные значения частоты вращения шпинделя определяются по формулам (1) и (2):

, об/мин, (1)



, об/мин. (2)

В данном случае лимитирующими частотами вращения являются при получистовом точении жаропрочной стали (в = 1150 МПа), при нарезании резьбы. vmin=10 м/мин, vmax=1040 м/мин


nmax=1000∙10403.14∙10=33121 об/мин.

nmin=1000∙103.14∙155=20.54 об/мин.


Принимаем =20.5 об/мин и =5000 об/мин, предварительно сверившись с номенклатурой двигателей.

Диапазон регулирования двигателя:

(3)

Rn=500020,5=244


Мощность приводного электродвигателя

кВт, (4)

где - к.п.д. привода, ориентировочно = 0,8; kп – допускаемый коэффициент перегрузки двигателя, kп = 1,25; при указанных коэффициентах Nэл = Nэф=3,4 кВт

Способ регулирования частот вращения шпинделя выбирается с учетом структуры модуля и алгоритмов его работы. В случае ступенчатого регулирования с учетом плавности регулирования, характеризуемой знаменателем геометрической прогрессии ряда частот вращения шпинделя  находится количество ступеней частот вращения шпинделя.


^ 2.5.Выбор двигателя


На основании полученных данных выбираем двигатель постоянного тока модели 4ПФ-112М. Основные характеристики приведены в таблице3.


Таблица 3.

Основные технические характеристики двигателя 4ПФ-112М.

Параметр

Значение параметра

Pн

5,5 кВт

nэном

1000 об/мин



nэ max

5000 об/мин

η

0,74





^ 2.6 Анализ технических характеристик модулей аналогичных станков.


Анализ технических характеристик модулей аналогичных станков приведен в таблице 4.


Таблица 4.

Технические характеристики модулей аналогичных станков


Модель станка

Типоразмер

(Наибольший

Диаметр заготовки обрабатываемый над станиной), мм

Способ регулирования

частот вращения шпинделя, z (количество передач)

Пределы частот вращения шпинделя,

об/мин

Мощность главного привода,

кВт

^ MORI SEIKI NL1500S

923,8

Бесступенчатый

0 - 6000


11

16К20

430

Ступенчатый, 6

12,5-1600

11



^ 2.7. Анализ структуры модуля станка.


С учетом рассмотрения структуры модулей станков аналогов и определения переходов, которые необходимо выполнить на проектируемом станке проводим анализ структуры проектируемого модуля (Таблица 5).


Таблица 5.

Анализ структуры модуля станка




Модель

станка


Наименование

модуля



Наименование

перехода



Проектируемый станок



Модуль главного вращательного движения


Точение

Нарезание резьбы



^ 2.7. Уточнение технических характеристик проектируемого модуля станка


На основании сведений, полученных для модуля станка-аналога, проводится корректировка расчетных значений технических характеристик проектируемого модуля. С учетом опыта проектирования современных аналогичных станков и применения прогрессивного режущего инструмента допускается увеличение значения наибольшей расчетной частоты вращения шпинделя на 25 – 50 % (в нашем случае не целесообразно). Если расчетное значение Nэл превышает мощность электродвигателя соответствующего модуля станка-аналога, целесообразно для проектируемого модуля принять ее по станку–аналогу.

Вывод: сравнивая технические характеристики проектируемого станка и станков-аналогов видно, мощность привода меньше, что обеспечивает экономию энергии.


^ Определение компоновок станка и модуля.


При определении компоновки станка учитывается конструкция станков-аналогов.

В качестве компоновки привода шпинделя принимаем раздельную компоновку (указано в задании на проектирование). По сравнению с встроенным приводом конструкция усложняется. При компоновке модуля с разделенным приводом коробка передач частично или полностью удалена от шпинделя, что позволяет уменьшить температурные деформации и вибрации шпиндельного узла. Коробка скоростей (КС) в зависимости от положения зубчатых блоков позволяет получить необходимое число различных частот вращения шпинделя.


^ Компоновка проектируемого станка.

Современные станки средних размеров имеют, как правило, оригинальную компоновку, позволяющую повысить их жесткость, улучшить защиту направляющих и винтовых передач, обеспечить свободный доступ к инструменту и приспособлениям, повысить безопасность работы.

Компоновка проектируемого станка схожа с компоновкой токарного станка с ЧПУ MORI SEIKI NL1500S, общий вид которой представлен на рисунке 3.1.




Рис. 3.1. Компоновка станка MORI SEIKI NL1500S


На рисунке 3.1 показаны важнейшие узлы станка.

1 - шпиндельная головка,

2 – револьверная головка,

3 – головка контр-шпинделя,

4 – станина.


^ 3.2. Компоновка модуля главного движения проектируемого станка


В соответствии с заданием, рассмотренными в пункте 3 преимуществами и недостатками компоновок принципиальная кинематическая схема привода будет иметь вид, показанный на рисунке 3.2.





1 – двигатель; 2 – ременная передача; 3 – станина; 4 – шпиндельная головка; 5 – коробка передач.

Рис. 3.2. Компоновка модуля станка


Структура привода проектируемого модуля: нормальная.

Для нормальной множительной структуры характерны: небольшая стоимость, высокие КПД и жесткость характеристики, возможность получения постоянства мощности на всем диапазоне регулирования.


^ Определение функциональных подсистем проектируемого модуля и разработка его структуры.


Целью данного этапа является разработка структуры модуля, но перед этим нам необходимо наметить требования к выполнению переходов при изготовлении деталей в целях повышения технологических возможностей проектируемого оборудования. Рассмотрим переходы, выполняемые на разрабатываемом станке в схемах формообразования (таблица 6).




Таблица 6.

Схемы формообразования.





Наименование переходов обработки

Схема обработки

Метод формообразования поверхности

Состав исполнительных движений

1

Точение и растачивание продольное; поперечное;

фасонных и конических поверхностей; нарезание резьбы (в т.ч. конической).




Следа и следа;

Копирования и следа.

ФvВ1, ФsП2;

ФvВ1, ФsП3;

ФvВ1, ФsП2,П3;

ФvВ1,П2;

ФvВ1,П2,П3.

2

Сверление, зенкерование, развертывание, нарезание внутренней резьбы.




Следа и следа;

Копирования и следа.

ФvВ6, ФsП3,

Н1П2, Н2П4, Н3В5;

ФvВ6,П3 , ,

Н1П2, Н2П4, Н3В5.



3

Фрезерование прямолинейное;

контурное;

фасонное;

шлифование




Касания и следа

ФvВ6, ФsП2,

Н1П3, Н2П4, ДВ1;

ФvВ6, ФsП2,П3,

Н1П4, Н2В5 ДВ1;

ФvВ1, ФsП2,П3,П4,В5,В6;

ФvВ6, ФsП1,

Н1П2, Н2П3.





^ Определение функциональных подсистем модуля


С учетом особенностей конструкции, кинематики станка и управления его работой при выполнении заданных переходов (таблица 6) определяем функциональные подсистемы модуля станка, представим их в таблице 7.

Для этого расмотрим несколько подсистем, которые повышают производительность станка и снижают себестоимость обработки:

1) при обеспечении пуска и остановки( ПО) используется подсистема (УП23) постоянного ускорения, где индекс (23) означает, что в подсистеме с программно-адаптивным управлением целевые функции управления обеспечивают высокую производительность и наименьшую себестоимость обработки;

2) при обеспечении пуска и остановки( ПО) используется подсистема (ТБ23) торможения с бесступенчатым изменением замедления;

3) при обеспечении скорости движения( CД) добавлена подсистема (ИС23) изменения скорости в процессе обработки с бесступенчатым изменением.


Таблица 7.

Состав функциональных подсистем разрабатываемого модуля станка




Наименование

модуля


Функциональные

подсистемы


Модуль главного движения.


1ПО1 (П11, УБ23, ТБ23, О11)

1РД1 [(1ПО1), ВН11, РБ11]

1СД1 (НБ11, ИС23)

1ПМ1[ВП12, (1ПО1),( 1РД1),

( 1СД1)]


С учетом указанных функциональных подсистем модуля разрабатывается его блок-схема и структура.


^ 4.2. Разработка блок-схемы и структуры модуля


Приведем алгоритм работы модуля главного движения для проектируемого станка (таблица 8).


Таблица 8.

Алгоритмы выполнения переходов.




Основные Переходы

Алгоритм выполнения перехода

1

Точение продольное, поперечное, контурное, резьбонарезание.

Изменение частоты вращения шпинделя в процессе резания с учетом диаметра обработки (при его непостоянстве) и оптимальной температуры резания для обеспечения высокой производительности, наименьшей себестоимости обработки.


С учетом станка-аналога и установленного состава функциональных подсистем разработана блок-схема модуля (рис.4.1).


Рис. 4.1. Блок-схема модуля главного движения:

ДС1, ДС2 – датчики скорости;

ДТ – датчик температуры резания


Датчик ДС1, и ДС2 необходимы для предварительной настройки скорости резания и управления ее изменением в процессе резания.Для повышения точности управления целесообразно информацию о скорости движения получать непосредственно с исполнительного органа станка.

Структура модуля главного движения разработана с учетом блок-схемы и особенностей выполнения перехода обработки (рис. 4.2). На следующем этапе проектирования при разработке кинематической схемы 

структура модуля может быть уточнена с учетом особенностей его составных частей.


Структура данного модуля отличается от модуля станка-аналога введением дополнительных датчиков скорости, температуры резания и структурными связями.


^ 5. Разработка кинематической схемы привода модуля главного движения.


5.1 Определение диапозонов регулирования с постоянной мощностью и постоянным моментом.


Диапазон регулирования с постоянной мощностью (с.88, [6]):

RnP=Rnb-1b, (5)


Где Rn=244 диапозон регулирования, b=4 для токарных станков. (с.80, [6]).

RnP=2444-14=61.73.

Диапазон регулирования с постоянным моментом:

RnT=Rn1b (6)


RnT=2440.25=3.95


^ 5.2. Определение диапазонов регулирования двигателя

по полю с постоянной мощностью.


Диапазон регулирования двигателя по полю с постоянной мощностью определяется по формуле (с.77, [6]):


RЭР=nэ maxnэ ном , (7)

тогда RЭР=50001000=5




^ 5.3. Определение знаменателя ряда регулирования и числа ступеней коробки передач.


Вначале знаменатель ряда пк принимается с учетом диапазона регулирования частот вращения вала электродвигателя, осуществляемых c постоянной мощностью:

φпк=0,95∙RЭР (с.80, [6]),

φпк=0,95∙5=4,75

Расчётное число ступеней коробки определяется по формуле (с.80, [6]):

zпк=lgRnPlgφпк . (8)

zпк=lg61,73lg4,75=2,64



Полученное расчётное число ступеней коробки округляется в большую сторону до целого числа: =3.

Уточняем знаменатель ряда регулирования (с.81, [6]):

φпк=zпкRnP (9)

φпк=361,73=3,95

Принимаем φпк!=φстm=1.44=3,84. (табл. 15, [6]).




^ 5.4. Уточнение характеристик электродвигателя.


Уточнение диапазона регулирование электродвигателя (с.81, [6]):

RnP!=(φпк!)zпк (10)


RnP!=3,843=56,62


, (11)


Значения наибольшей и наименьшей частот вращения вала электродвигателя уточняются по формулам (с.81, [6]):

, (12)

. (13)

nэ max!=1.05∙1000∙3.95=4147 об/мин


nэ min!=10004.31=232 об/мин


^ 5.5. Определение характерных частот вращения шпинделя.


Эти значения находятся с целью построения графика частот вращения валов. Наименьшая частота вращения nmin принимается соответственно исходным данным. nmin=20.5 об/мин

Значения частоты вращения в диапазоне n1 nz определяются по геометрическому ряду со знаменателем ´пк , при этом n1 = np,

(15)

n1=20.4∙4.31=88 об/мин


n2=n1∙φпк (15)


n2=88∙3,84=338 об/мин


n3=n2∙φпк (16)


n3=338∙3,84=1298 об/мин


наибольшая частота n´max определяется по формуле:


nmax!=1,05∙np∙(φпк!)zпк (17)


nmax!=1.05∙88∙3.843=5232 об/мин


Полученные значения частоты вращения округляются до ближайших стандартных значений, которые учитываются в последующих расчетах.

Для рассматриваемого примера характерные значения частот вращения шпинделя составляют: 20; 80; 315; 1250; 5000 об/мин.

^ 5.6. Определение компоновки АПК, построение структурной сетки и графика частот вращения валов.


Для полученного числа ступеней коробки наиболее предпочтительным является использование компоновки

.

Данный вариант позволяет спроектировать привод с наименьшим числом валов, минимальными массой и габаритами. Структурная сетка представлена на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1. Структурная сетка


P11=2; x11=1

P22=2; x22=2


На рисунке 5.2. представим кинематическую схему раздельного привода с использованием электромагнитных муфт.


Рисунок 5.2. Кинематическая схема


Далее строится график частот вращения валов разрабатываемого

привода (рисунок 5.3).




Рис. 5.3. График частот вращения валов


С помощью графика частот вращения валов определим передаточные отношения привода:

ip=6301000=0.63,


i1=224630=0.36,


i2=900630=1.41,


i3=80224=i1=0.36,


i4=315224=i2=1.41.




^ 5.7 Определение диаметров шкивов и чисел зубьев.


Продолжение разработки привода модуля на данном этапе проводится с учетом принципиальной кинематической схемы, графика частот вращения валов, выражений частных передаточных отношения и их числовых значений.

Диаметр ведомого шкифа определяется по формуле:


D3=D2∙γip, где (18)


^ D2 – диаметр ведущего шкифа, D2 =100 мм ,  - коэффициент, учитывающий скольжение ременной передачи (для клиновой и поликлиновой передач  = 0,98).


D3=100∙0,980,63=155,56 мм

С учетом стандартных диаметров шкивов принимаем: D2 =112 мм,

D3 =180 мм.


Для первой группы передач:

i1=z4z5=0.36,


i2=z6z7=1.41,


Для понижающих передач находятся передаточные числа:

u1 = 1/i1,


u1 = 1/0.36 = 2.78,


Для u1, i2 по таблице (Приложение3) находится общий вариант Sz1 = 96. при этом определяются числа зубьев 40, 25.

Определяются числа зубьев остальных колес:

для передачи i1 : z4 = 25, z5 = 96 – 25 = 71;

для передачи i2 : z7 = 40, z6 = 96 – 40 = 56.


Для второй группы передач:


i3=z8z9=0.36,


i4=z10z11=1.41


Для понижающих передач находятся передаточные числа:

u3 = 1/i3,


u3 = 1/0.36 = 2.78,


Для u3, i4 по таблице (Приложение3) находится общий вариант Sz1 = 96. при этом определяются числа зубьев 25, 40.

Определяются числа зубьев остальных колес:

для передачи i3 : z8 = 25, z9 = 96 – 25 = 71;

для передачи i4 : z11 = 40, z10 = 96 – 40 = 56.


^ 5.8 Проверка кинематического расчета.


Составим уравнения кинематического баланса для определения частот вращения валов; при этом учитываются диаметры шкивов и чисел зубьев колес. Кинематическая схема со зачениями чисел зубьев колес приведена на рисунке 5.4.

Рисунок 5.4. Кинематическая схема со зачениями чисел зубьев колес.


nэлD2/D3 = n ;

n z4 /z5= n - 1 ;

n z6 /z7 = n - 2 ;

n -1 z8 /z9 = n1;



n -1 z10 /z11 = n2;

n -2z10 /z11 = n3.


nI=1000∙112∙0.98180.56=629.98 об/мин


nII-1=629.98∙2571=221.82 об/мин


nII-2=629.98∙5640=881.97 об/мин


n1=221.82∙2571=78.1 об/мин


n2=221.82∙5640=310.55 об/мин


n3=881.97∙5640=1234.56 об/мин

Относительные отклонения частот вращения шпинделя вала (шпинделя) по сравнению со стандартными значениями определяется по формуле (с.71, [6]):

ni = ((ni - nст) / nст)  100% . (19)


Допускаемые относительные отклонения находятся по формуле:

nдоп = 10 (1,4 -1) % =  4.1 %.

Результаты расчета частот вращения валов и отклонений приведены в табл. 9.


Таблица 9

Значения частот вращения валов



Значения частот вращения валов с учетом расчетных частных передаточных

отношений, об/мин



nст,

об/мин


ni,

%








629.98

881.97

1234.56

1250

-1,23




221.82

310.55

315

-1,41







78.1

80

-2,37


Вывод. Относительные отклонения фактических частот вращения шпинделя от стандартных значений находятся в допускаемых пределах ( 4,1 %), что свидетельствует о соответствии значений диаметров шкивов и 

чисел зубьев колес требованиям, предъявляемым к кинематической схеме привода модуля.


^ 5.9. Определение расчетных нагрузок и проектные расчеты

деталей


5.9.1. Определение расчетных значений крутящих моментов


Расчет веду по самой нагруженной передаче i1 или i3 (т.к. они равны). Как видно из графика (См. рис. 5.3) максимальный момент на валах возникает при работе двигателя на номинальной частоте, следовательно на этой частоте и ведем расчеты.

Крутящий момент вала электродвигалеля определяется по формуле (стр.77, [6]):


Тном=9550∙Pэлnном, (20)


где Pэл=5.5 КВт, nном=1000 об/мин.


Тном=9550∙5,51000=52.5 Н∙м.


Определим вращающий момент на первом валу:

Т1=Тном∙upηрп∙ηп,

где up- передаточное число ременной передачи. up=1ip=10,63=1.59;

рп - к.п.д. ременной передачи (для поликлиновой передачи – 0,98);

п - к.п.д. подшипника (для подшипника качения - 0,997);


Т1=52,5∙1,590,98∙0,997=85.43 Н∙м.


Определим вращающий момент на втором валу:

Т2=Т1∙u1ηм∙ηп∙ηзп,

где u1- передаточное число первой передачи. u1=1i1=z5z4=7125=2.84,

м - к.п.д. электромагнитной муфты, м = 0.95;

п - к.п.д. подшипника (для подшипника качения - 0,997);

зп - к.п.д. зубчатой передачи (для цилиндрической прямозубой передачи - 0,99);


Т2=85,43∙2,840,95∙0,997∙0,99=258.74 Н∙м


Определим вращающий момент на третьем валу:

Т3=Т2∙u3ηм∙ηп∙ηзп,

где u3- передаточное число третьей передачи. u3=u2=2.84,

м - к.п.д. электромагнитной муфты, м = 0.95;

п - к.п.д. подшипника (для подшипника качения - 0,997);

зп - к.п.д. зубчатой передачи (для цилиндрической прямозубой передачи - 0,99);


Т3=258.74 ∙2,840,95∙0,997∙0,99=783.66 Н∙м


^ 5.9.2. Расчёт средних диаметров валов



Минимальный диаметр вала определяется в зависимости от крутящего момента на нём:

d=3T∙10000.2∙[τ], мм (21)


где τ- допустимое напряжения на кручение; [τ] =20…30 Н/мм2. (с. 256, [3])


Получаем минимальные диаметры валов:


dI=3T1∙10000.2∙[τ]=385.43∙10000.2∙25=25.75 мм;

dII=3T2∙10000.2∙[τ]=3258.74∙10000.2∙25=37.26 мм;

dIII=3T3∙10000.2∙[τ]=3783.66 ∙10000.2∙25=53.91 мм.




^ 5.9.3. Расчет зубчатых передач


Расчет веду по самой нагруженной передаче i3. Как видно из графика (См. рис. 5.3) максимальный момент на валах возникает при работе двигателя на номинальной частоте, следовательно на этой частоте и ведем расчеты.

Выбор материала и определение допускаемых напряжений:

Выбираем для изготовления зубчатых колес сравнительно недорогую легированную Сталь 40Х со следующими характеристиками ( таблица 10) .


Таблица 10

Характеристики материалов.





Шестерня

колесо

^ Предел прочности

в, МПа


1000


1000

Предел текучести т , МПа


800


800

Твердость поверхности,

НRC

50...59

50...59

Принимаем, НRC

55

50

Твердость сердцевины,

НRC

26...30

26...30

Принимаем, НRC

30

26

Термообработка

Азотирование

Азотирование



^ Расчет допускаемых контактных напряжений.


Для прямозубых передач за расчетное принимается наименьшее из двух допускаемых напряжений, определяемых для материала шестерни σH1 и колеса σH2.

Допустимые контактные напряжениянаходятся по формуле (с. 167, [3]):


σH=σHlim⁡SHZN , (22)


где σHlim⁡=1050- предел контактной выносливости по поверхности зуба(табл 8.9, [3]);

SH- коэффициент безопасности (SH=1.2 для термообработки: азотирование) (табл 8.9, [3]);;

ZN- коэффициент долговечности(ZN=1).


Для шестерни:

σH1=10501.2∙1=875 МПа


Для колеса:

σH2=10501.2∙1=875 МПа


За расчетное принимаем: [σH]=875 МПа.

Расчет допускаемых напряжений изгиба.


Допускаемые напряжения изгиба определяются по формуле(с. 167, [3]):


σF=σFlimSF∙YA∙YN, (23)

где σFlim=12HRCсердц+300- предел выносливости зубьев по напряжению изгиба для термообработки улучшение стали 40Х (таблица 8.9, [3]);

SF- коэффициент безопасности (SF=1.75 для термообработки: улучшение) (табл 8.9, [3]);

YA- коэффициент реверсивности нагрузки, так как коробка передач не реверсивна, то принимаем YA=1;

YN- коэффициент долговечности (YN=1).


σF1=12∙30+3001,75∙1∙1=377 МПа;


σF2=12∙26+3001,75∙1∙1=350 МПа.


За расчетное принимаем наименьшее допускаемое напряжение изгиба: [σF]=350 МПа.


^ 5.9.4. Расчёт модулей для зубчатых колёс


Модуль передачи определяется по формуле:

m=2awSz, (24)

где - межосевое расстояние;

Sz=96- сумма зубьев передачи.

Проектировочный расчет межосевого расстояния по условию контактной прочности производится по формуле (стр.17, [4]):

aw=Ka∙u+1∙3KH∙Tψba∙u∙σH2, (25)

где Ка – объединенный коэффициент, Ка=495 - для прямозубых колес(с.17, [4]);

u – передаточное число, u1=2.84;

КН – коэффициент, учитывающий распределение нагрузки по ширине венца, КН=1,03;

– относительная ширина венца, принимаю: ψba=0.2(с.17, [4]);

T=258.74 Нм-вращающий момент на шестерне;

σH=875 МПа- расчетное допускаемое контактное напряжение.


aw=495∙2.84+1∙31.03∙258.74 0.2∙2.84∙8752=161.45 мм

m=2∙161.4596=3.36 мм.


Проектировочный расчет модуля зубчатой передачи по напряжениям изгиба производится по формуле (с. 150, [3]):


m=33∙T1∙KFβ∙YFSz1∙ψm∙[σF], (26)


где σF=350 МПа- расчетное допускаемое напряжение изгиба;

T1=258.74 Нм-вращающий момент на шестерне;

KFβ – коэффициент распределения нагрузки между зубьями и коэффициент динамической нагрузки =1.01;

- коэффициент формы зуба, =3.98;

z1=25- число зубьев шестерни;

, (27)

=25 (по таблице 8,5 [4]).


Модуль из расчета по напряжениям изгиба:

m=33∙258.74 ∙ 1.01 ∙ 3.98∙ 100025∙25∙350=2.42 мм.

Модуль из расчета по контактным напряжениям: m=3.36 мм.

Принимаем m=3.5 мм.


^ 5.9.5. Геометрический расчет зубчатых передач.


Межосевое расстояние находим по формуле:

aw=(zi+zi+1)m2 (28)


Ширина зубчатого венца:

bi=ψba∙aw (29)


Ширину венца колеса при прямозубой передаче принимаем равной ширине венца шестерни.


Делительные диаметры колес зубчатого зацепления:

di=m∙zi (30)

Диаметры вершин:

dai=di+2m (31)

Диаметры впадин:

dfi=di-2.5m (32)


Для каждой группы передач проведем расчеты, подставляя имеющиеся данные в формулы (28) – (32) , полученные данные заносим в таблицу 11.


Таблица 11

Геометрический расчет зубчатых передач

Параметр




i1

i2

i3

i4

Межосевое растояние aw, мм




168

168

168

168

Ширина зубчатого венца bw, мм




34

34

34

34

Делительный диаметр d, мм

Шестерни

87.5

196

87.5

196




Колеса

248.5

140

248.5

140

Диаметр вершин da, мм

Шестерни

94.5

203

94.5

203




Колеса

255.5

147

255.5

147

Диаметр впадин df, мм

Шестерни

78.75

187.25

78.75

187.25




Колеса

239.75

131.25

239.75

131.25



^ 5.10. Проектирование ременной передачи.


Для передачи крутящего момента с вала электродвигателя на входной вал коробки передач воспользуемся клиноременной передачей. Клиновая форма ремня увеличивает трение относительно плоского ремня примерно в 3 раза.

Методика расчета сводится к выбору типа сечения ремня и их числу по ГОСТ 1284.3-80.

Назначаем тип сечения «О» (рис.12.23, [4]), при nmax=5000 об/мин, P=5.5 КВт.



Определяю номинальную мощность P0 передоваемую одним ремнем (рис.12.24 - рис.12.26, [4]), при диаметре ведущего шкифа dp=112 мм, nmax=5000:

P0=2.3 КВт.

Поформуле 33 определяем мощность передаваемую одним ремнем в расчетных условиях эксплуатации:


Pp=P0∙Ca∙Cl∙CiCp, (33)

где Ca- коэффициент угла обхвата, Ca=0,98 (с.272, [4]);

Cl∙-коэффициент длины ремня, Cl∙=1,05 (рис 12.27, [4]);

Ci- коэффициент передаточного отношения, Ci=1,10 (с.273, [4]);

CP- коэффициент режима нагрузки, Ci=1,1 (с.273, [4]).


Pp=2,3∙0,98∙1,05∙1,11,1=2,367 КВт.

Делаем вывод, что для передачи необходимой мощности P=5.5 КВт нам необходимо 3 ремня.

Конструкция шкива на конце входного вала коробки пкркдач приведена на рисунке 5.5.

Рис. 5.5. Шкив расположенный на конце быстроходного вала.




Проверочный расчет деталей.


Проверочный расчет зубчатых передач.


Проверочные расчеты зубчатых передач произведём в программе «Komp_IR» (рис. 6.1 - 6.4).


Рис. 6.1. Проверочный расчет передачи i1


Рис. 6.2. Проверочный расчет передачи i2


Рис. 6.3. Проверочный расчет передачи i3


Рис. 6.4. Проверочный расчет передачи i4


По результатам проверочного расчета можно сделать вывод. Проверяемые передачи годны, так как действующие изгибные и контактные напряжения меньше допустимых.




Проверочный расчет промежуточного вала.


Опредеоение реакций в опорах.


При проверке вала будем рассматривать его наиболее нагруженное состояние, работают передачи i1 и i3.

Схематическое изображение промежуточного вала со всеми силами, дествующими на него представленно на рисунке 6.5.


Рис. 6.5. Расчетная схема промежуточного вала.


Окружная сила определяется по формуле:

, (33)

где - передаваемый момент,

- делительный диаметр.

Радиальная сила определяется по формуле:

Rr=Rt∙tg(α+ρ), (34)

где - угол подъема зуба, ,


Rt1=2∙258.74∙1000 248.5=2082 H


Rr1=2082∙tg20+6=1015 H


Rt2=2∙258.74∙1000 87.5=5914 H


Rr1=5914∙tg20+6=2884 H


Для того, чтобы определить реакции в опорах составим уравнения равновесия сил и моментов:

RYi=0RZi=0MAZ=0MAY=0


-RAZ-Rt1+Rt2-RДZ=0RAY+RДY+Rr1-Rr2=0Rr139-Rr2156+RДY312=0Rt139-Rt2156+RДZ312=0


Решая полученную систему уравнений с помощью пакета MathCad получаем :


RAY=554 Н


RAZ=1135 Н


RДY=1315 Н


RДZ=2697 Н


Построение эпюр.


Эпюры изгибающих и крутящих моментов представлены на рисунке 6.6. В дальнейшем по ним определяется наиболее опасное сечение.


Рис. 6.6. Эпюры изгибающих и крутящих моментов.


Из эпюр видно, что наиболее опасное сечение находится в точке С. Диаметр в месте опасного сечения равен: d=36 мм.


^ 6.2.3. Определение фактического запаса прочности вала


Коэффициент запаса рассчитывается по формуле:

, (35)



где - коэффициент запаса по контактным напряжениям

(36)

- коэффициент запаса только по изгибным напряжениям.

(37)

- амплитуды переменных составляющих циклов напряжений;

- постоянные составляющие циклов напряжений;


, - эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении;

(при расчёте шлицевых соединений по внутреннему диаметру) (с.360, [3]);

- масштабный фактор; (с.360, [3]);

- фактор шероховатости поверхности; (табл. 16.4, [3]);

- коэффициенты, корректирующие влияние постоянной составляющей цикла напряжений на сопротивление усталости;

,


Предел выносливости вала в самом нагруженном сечении больше допускаемого следовательно конструкция работоспособна.


Проверка шлицевого соединения.


Проверку шлицевого соединения произведем в программе «KOMP_IR». Результаты расчетов приведены на рис. 6.7.


Рис. 6.7. Расчёт шлицевого соединения


Для работоспособности соединения необходимо выполнение следующего условия:


σсм≤σсм (38)

5,5 МПа≤100 МПа

Так как расчётное напряжение смятия меньше допускаемого, то шлицевое соединение выдержит нагрузку


  1. Заключение



При выполнении курсовой работы были разработаны элементы эскизного и технического проекта модуля главного движения токарного станка с числовым программным управлением с учетом повышения производительности. В ходе проектирования определены технологическое назначение станка, основные функциональные подсистемы модуля и его структура, компоновка станка и модуля, а также разработана кинематическая схема модуля. Для модуля привода главного движения станка выполнен сборочный чертеж автоматической коробки передач.




Список литературы


1. Справочник технолога – машиностроителя. В 2-х т./ Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1985. 496 с., ил.

2. Режимы резания труднообрабатываемых материалов: Справочник / Я. Л. Гуревич, М. В. Горохов, В. И. Захаров и др. 2-е изд. перераб. и доп.-М.: Машиномтроение, 1986, 240 с., ил.

3. Иванов М. Н. Детали машин: учеб. для студентов втузов/ Под ред. В.А. Финогенова. – 6-е изд., перераб. – М.: Высш. шк., 2000. – 383 с.: ил.

4. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин: Учеб. Пособие для техн. спец. вузов. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1998. – 487 с., ил.

5. Металлорежущие станки: Учебник для машиностроительных втузов/ Под ред. В.Э. Пуша. – М.: Машиностроение., 1985. – 256 с., ил.

6. Кудояров Р.Г., Акмаев О.К. Проектирование модулей главного движения станков с автоматическим управлением. Учебное пособие. – Уфа: УГАТУ. 2009. – 144 с.




Содержание


Введение...................................................................................................................

Анализ конструкции обрабатываемых деталей, уточнение маршрутной и операционной технологии изготовления детали-представителя.................................................................................................

    1. Анализ технологического назначения проектируемого станка......

Анализ технологического процесса изготовления заданных

Деталей......................................................................................................

Разработка предложений по изменению маршрутной технологии изготовления детали-представителя.................................................


Определение основных технических характеристик модуля.................


2.1. Основные технологические условия использования станка..........

2.2. Характерные сочетания технологических условий.........................

2.3. Определение значений предельных режимов резания и наибольшей (расчетной) эффективной мощности....................................

2.4. Определение расчетных значений технических

характеристик модуля...........................................................................

2.5.Выбор двигателя.....................................................................................

2.6 Анализ технических характеристик модулей аналогичных станков..

2.7. Анализ структуры модуля станка...........................................................

Определение компоновок станка и модуля.............................................

Компоновка проектируемого станка.............................................

3.2 Компоновка модуля главного движения проектируемого станка....

Определение функциональных подсистем проектируемого модуля и разработка его структуры.........................................................................

Определение функциональных подсистем модуля........................

Разработка блок-схемы и структуры модуля .................................

Разработка кинематической схемы привода модуля главного движения...............................................................................................

5.1 Определение диапозонов регулирования с постоянной мощностью и постоянным моментом...............................................................................

5.2. Определение диапазонов регулирования двигателя

по полю с постоянной мощностью.......................................................

5.3. Определение знаменателя ряда регулирования и числа ступеней коробки передач...................................................................

5.4. Уточнение характеристик электродвигателя..............................

5.5. Определение характерных частот вращения шпинделя..............

5.6. Определение компоновки АПК, построение структурной сетки и графика частот вращения валов.............................................................



5.7 Определение диаметров шкивов и чисел зубьев...........................

5.8 Проверка кинематического расчета..............................................

5.9. Определение расчетных нагрузок и проектные расчеты

деталей .............................................................................................

5.9.1. Определение расчетных значений крутящих моментов ..........

5.9.2. Расчёт средних диаметров валов...............................................

5.9.3. Расчет зубчатых передач............................................................

5.9.4. Расчёт модулей для зубчатых колёс.............................................

5.9.5. Геометрический расчет зубчатых передач................................

5.10. Проектирование ременной передачи..........................................

6. Проверочный расчет деталей.............................................................

Проверочный расчет зубчатых передач......................................

Проверочный расчет промежуточного вала...............................

Опредеоение реакций в опорах...............................................

6.2.2 Построение эпюр..................................................................................

6.2.3. Определение фактического запаса прочности вала.....................

Проверка шлицевого соединения.................................................

7.Заключение.......................................................................................

Список литературы........................................................................................



Лист
1411.411410.000 ПЗ



Скачать файл (3824 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru