Реферат: Проектирование вертикально фрезерного станка
Силовой расчет привода главного движения.
1. Определяем эффективную мощность станка по формуле:
Nэф = Pz * V / 61200 , кВт
где Pz - тангенциальная составляющая усилия резания, Н
V - скорость резания, м/мин.
2. Определим скорость резания по формуле:
V = ( Cv * Dq/ (Tm * tx * Sy * Bu * zp) ) * Kv ,м/мин
где T - стойкость фрезы, мин табл. 40 [1]
C - коэффициент и показатели степеней в табл. 39 [1]
D - диаметр обрабатываемой заготовки
B - ширина фрезы
Sz - подача на один зуб
Kv = Kmv * Knv * Kиv ;
где Kmv - коэффициент учитывающий качество обрабатываемого материала , табл.1-4 [1]
Knv - коэффициент учитывающий состояние поверхности заготовки, табл.5 [1]
Kиv - коэффициент учитывающий материал инструмента, табл.6 [1]
Подставляем полученные значения:
Kv = 1 * 1 * 0.9 = 0.9
V = ( 700 * 1600.17) / (2000.33 * 30.38 * 0.180.4 * 1600.08 * 260.1) * 0.9 = 126 м/мин
3. Определим частоту вращения шпинделя по формуле:
n = 1000V / pdmax ,об/мин
где dmax - максимальный диаметр заготовки.
n = 1000 * 125 / p * 160 = 246 об/мин
Ближайшее стандартное значение из ряда чисел оборотов - 250 об/мин.
Согласно полученной частоте вращения уточняем скорость резания:
V = p * 160 * 250 / 1000 = 125 м/мин
4. Определим составляющую силы резания - окружную силу по формуле:
Pz = (10Cp * tx * Szy * Bu * z / (Dq * nw )) * Kmp , H
где значение всех коэффициентов и Cp - табл.41 [1]
Kmp - поправочный коэффициент, табл. 9 [1] = 1
Pz = 10 * 101 * 30.88 * 0.180.75 * 160 * 26 / (1600.87 * 2500) * 1 = 3691 H
5. Найдем крутящий момент на шпинделе станка по формуле:
Mкр = Pz * D / z * 100 = 3691 * 160 / 200 = 2952.8 H
Подставим вычисленные значения в формулу эффективной мощности:
Ne = 3691 * 125 / 1020 * 60 = 7.54 кВт
6. Определим мощность холостого хода.
Nхл = 4*10-6 * dcp * (pn * n1 * c*dшп / dср * n) , кВт
где dср - среднее арифметическое диаметров всех опорных шеек коробки скоростей, мм
dшп - среднее арифметическое диаметров всех опорных шеек шпинделя, мм
c = 1.5 - коэффициент для подшипников качения.
pn - количество передач, участвующих в передаче от входного вала к шпинделю.
Nхл = 4*10-6 * 45 * ( 3*900+1.5 * 68.4/40 * 380) = 0.6 кВт
7. Определяем расчетный КПД привода главного движения и привода подач.
hp = hзуб * hвчс ,
где h - КПД передач и подшипников качения.
hp = 0.99 * 0.9 = 0.891
8. Определим мощность электродвигателя.
Nдв = (0.8 ¸ 1) * (Nэф / 0.74 + Nx) ; кВт
Nдв = 0.8 (7.54 / 0.74 + 0.5) = 8.6 кВт
По таблице 248[3] выбираем электродвигатель - 132М4 / 1460.
9. Определим коэффициент полезного действия:
Nст = hp * (1- Nx / Nдв.ср )
Nст = 0.74 * ( 1 - 0.5/10) = 0.71
10. Определим крутящие моменты на каждом валу коробки скоростей по формуле:
Mk = 9740 * Nдв * h / np , н*м
где np - расчетная частота вращения вала, мин-1
h - КПД механизма от вала электродвигателя до рассматриваемого вала.
Первый вал:
Mk1 = 9740 * 10 * 0.95 / 1000 = 92.5 H*м
Второй вал:
Mk2 = 9740 * 10 * 0.93 / 500 = 185 H*м
Третий вал:
Mk3 = 9740 * 10 * 0.90 / 160 = 578 H*м
Шпиндель
Mшп = 9740 * 10 * 0.89 / 50 = 1850 H*м
11. Определим тяговое усилие по формуле:
Q = M (Pz + G) +k*Px , H
где G = 3*103 - вес перемещающихся частей;
M = 0.16 - приведенный коэффициент трения;
K = 1.12 - коэффициент. учитывающий опрокидывающий момент.
Px - составляющая сила резания, определяется по формулам теории резания [1], H
Px = (10Cp / 1) * tx * Szy * Vh * Kp
Значения Cp и показателей степеней по табл.12 [1]
Px = 10 * 150 * 2.41 * 2.60.4 * 80-0.3 * 1 = 3267 H
Q = 0.16 * ( 3691 + 3000) + 1.12 * 3267 = 4729.6 H
Прочностной расчет основных элементов привода главного движения.
1. Определим предварительно диаметры всех валов по формуле:
di = 103 * Ö Mki / (0.2 *[s]пр) ,мм
где [s]пр = 3*107 - допустимое напряжение кручения.
d1 = 103 * 3Ö 92/ 0.2*3*107 = 32 мм
d2 = 103 * 3Ö 185/ 0.2*3*107 = 44 мм
d3 = 103 * 3Ö 578/ 0.2*3*107 = 53 мм
Расчетные значения каждого вала округляем до ближайшего стандартного значения и получаем
d1 = 35 мм, d2 = 40 мм, d1 = 50 мм.
2. Определим модули групп передач из условия прочности на изгиб:
m = 3Ö 2Mk*Kg*Kh / (y*y1*Ke*z1*[s]n) ,мм
где Mk - крутящий момент, н*м
Kg - коэффициент динамической нагрузки (1.05 ¸ 1.17)
Kh - коэффициент неравномерности нагрузки (1.06 ¸ 1.48)
y = 6¸8 - коэффициент ширины
y1 = 0.4 ¸0.5 - коэффициент формы
Ke = 0.01 - коэффициент одновременности зацепления
z1 - число зубьев шестерни
[s]n - допустимое напряжение на изгиб, находится как:
[s]n = ((1.3 ¸ 1.6) s-1 / [n]*Rs ) * Rph ,
где s-1 = 438 H/мм2 - предел выносливости
[n] = 1.5 - допустимый коэффициент запаса
Rs = 1.5 - эффективный коэффициент концентрации напряжения
Rph = 1 - коэффициент режима работы.
[s]n = 1.5 * 438 / 1.52 * 1 = 185 H/мм2
Первая группа зубчатых колес:
m1 = 3Ö 2*92*1.17*1.48 / (6*0.4*241*185*0.01) = 1.7
Вторая группа зубчатых колес:
m2 = 3Ö 2*185*1.17*1.48 / (6*0.4*57*185*0.01) = 2
Третяя группа зубчатых колес:
m3 = 3Ö 2*578*1.17*1.48 / (6*0.4*62*185*0.01) = 2.3
3. Определяем межосевое расстояние по формуле:
A = (u+1) * 2Ö (340/[sk])2 + Mk / (yва * u * Ru) ,мм
где [sk] = 1100 МПа - допустимое контактное напряжение.
yва = 0.16 - коэффициент ширины колеса.
Rn = 1 - коэффициент повышения допустимой нагрузки.
u - передаточное отношение.
u = 1/in ;
Получаем:
A1 = (2.8 +1) 3Ö (340/1100)2 + 92*103 / 0.16 * 2.8 = 94 мм
A2 = (2.8 +1) 3Ö (340/1100)2 + 185*103 / 0.16 * 2.8 = 120 мм
A3 = (2.8 +1) 3Ö (340/1100)2 + 578*103 / 0.16 * 2.8 = 150 мм
4. Уточним значения модулей из условия:
m = (0.01 ¸ 0.02)A ,мм
m1 = 0.02 * 94 = 1.8 = 2
m2 = 0.02 * 120 = 2.1 = 2
m3 = 0.015 * 150 = 2.2 = 2
5. Проведем уточненный расчет валов
Уточненный расчет валов на прочность производим для третьего вала, как наиболее
нагруженного. Построим эпюры крутящих моментов:
Эпюра моментов.
Rax Ray TB Rbx Rby
C D
A T6 P6 P13 B
300 215 40
Rax P6 P13 Rbx
Mx
Ray T6 T13 Rby
My
Mk = 578 * 103 H*мм
Pi = 2Mk / dшi
Ti = Pi * tg 20°
d6 = 60 мм
d13 = 120 мм
P6 = 2*578*103 / 60 = 19266.7 H
T6 = tg20° * 19266.7 = 7012 H
P13 = 2*578*103 / 120 = 9634 H
T13 = tg20° * 9634 = 3506 H
6. Определим реакции опор:
P6 * AC + P13 * AD - Rbx * AB = 0
Rbx = 19354 H
Rax = P6 + P13 - Rbx = 9546.6 H
T6 * AC - T13 * AD + Rbx * AB = 0
Rby = 540 H
Ray = T6 - T13 + Rby = 9978 H
7. Произведем предварительную оценку вала и уточненный расчет на прочность.
sпр = Ö Mu2 + 0.75Mk2 / W £ [s]u = 80 МПа.
где sпр - приведенное напряжение
Mu - max изгибающий момент в описанном сечении Н*м
W - момент сопротивления изгибу в описанном сечении, мм3
Mu = Ö Mx2 + My2 ,н*м
где Mx и My - максимальные моменты в опасном сечении, н*м
Mu = Ö 19002 + 5462 = 1976 H*м
W = 0.1 * d3 , мм2
где d - диаметр вала, мм
W = 0.1 * 503 = 12500 мм3
sпр = Ö19762 + 0.75 * 578 / 12500 = 17.8 = 18 МПа < 80 МПа
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ.
1. Косилова А.Г. и Мещерякова Р.К. Справочник технолога-машиностроителя. Том2
-М.: Машиностроение, 1985.
2. Ицкович Г.М. и др. Курсовое проектирование деталей машин.
-М.: Машиностроение, 1970.
3. Детали машин. Примеры и задачи. /Под общей редакцией С.Н.Ничипорчика
-М.: Вышэйшая школа, 1981.
4. Дунаев П.Ф. Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин.
-М.: Высшая школа, 1985.
5. Гузенков П.Г. Детали машин. -М.: Высшая школа, 1975.
