Проектирование токарного станка
4. Разработка кинематической схемы станка
Определение числа скоростей привода главного движения
Частоты вращения шпинделя образуют отрезок геометрического ряда со знаменателем ц. Число ступеней частот - z.
Число ступеней частоты вращения шпинделя определяется по формуле
где ц - знаменатель геометрического ряда, равный для токарных станков 1.26.
.
Определим значения частот вращения шпинделя
Построение графика частот вращения
Для возможности передачи шпинделю 16-ти частот вращений примем привод главного движения со сложенной структурой, так как использование множительной структуры не позволяет реализовать коробку скоростей с 16-ю скоростями. Сложенная структура получается из двух определенным образом соединенных структур с последовательно соединенными групповыми передачами. Первая структура называется основной, вторая - дополнительной. Структурная формула привода главного будет иметь вид
Исходя из структурной формулы построим структурную сетку. Вертикальными линиями обозначим валы привода, горизонтальными -частоты вращения шпинделя. Точки пересечения вертикальных линий с горизонтальными соответствуют частотам вращения валов, представленным в логарифмическом масштабе. Луч с наклоном вверх изображает повышающую передачу, луч с наклонно вниз - понижающую, горизонтальный луч - передачу с передаточным отношением, равным 1. Параллельные лучи изображают одну и ту же передачу. Для обеспечения приемлемых радиальных размеров коробок скоростей вводя ограничения на передаточные отношения передач , т.е для ц=1.26 луч, изображающий передаточное отношение передачи, может опускаться вниз максимум на 6 интервалов и подыматься вверх на 2.
Рисунок 4.1 - Структурная сетка основной группы
Опираясь на кинематическую схему привода главного движения станка-аналога и используя структурную сетку построим кинематическую схему. Так как числа зубьев зубчатых колес пока неизвестны, все зубчатые колеса на кинематической схеме изобразим одинакового размера.
Рисунок 4.2 - Структурная сетка дополнительной группы
Рисунок 5 - Кинематическая схема привода главного движения
Используя кинематическую схему и структурные сетки построим график частот вращения шпинделя. Для его построения необходимо задаться передаточными отношениями передач. Условием для задания передаточных отношений является предпочтительность передач 1:1. С другой стороны, средством уменьшения радиальных размеров служит равенство , что приводит к симметричному расположению лучей.
Рисунок 6 - График частот вращения
Определяем передаточные отношения передач
Определение чисел зубьев зубчатых колес
Числа зубьев зубчатых колес подбираем по таблицам 4.2 - 4.5 [6] исходя из найденных передаточных отношений передач.
5. Силовой расчет привода
Предварительный расчет валов
Расчет второго вала
Крутящий момент на валу
где - мощность на i-валу, кВт;
-минимальная частота вращения i-вала, об/мин.
где - КПД ременной передачи;
- КПД пары подшипников;
- КПД зубчатой передачи;
х - показатель степени, равный количеству соответствующих передач.
Диаметр вала
где ф - предел прочности материала вала при кручении, МПа. Для стали ф=15…20 МПа.
Значение d округляем до ближайшего стандартного.
Остальные валы рассчитываются аналогично. Результаты расчетов:
Расчет модулей зубчатых передач
Модуль рассчитаем для первой и последней зубчатых передач, т.е. найдем его минимальное и максимальное значение, для промежуточной передачи возьмем промежуточное значение модуля.
Расчет модуля первой зубчатой передачи
где - модуль, необходимый для обеспечения изгибной прочности зубьев зубчатых колес i-передачи;
- минимальное число зубьев зубчатого колеса в передаче;
- коэффициент, равный отношению ширины зубчатого колеса к модулю, ;
;
- допускаемое напряжение изгиба материала зубчатых колес.
При термической обработке материла зубчатых колес - улучшении - определяется по формуле
где - твердость материала зубчатых колес.
,
где - коэффициент динамичности нагрузки;
- коэффициент концентрации нагрузки. Учитывается только при определении .
Коэффициент К определяется только при окружной скорости большего колеса
где z - число зубьев большего колеса в передаче.
Для определения необходимо знать значение модуля, который мы и пытаемся найти. Чтобы все-таки определить окружную скорость колеса, для расчетов возьмем значение модуля зубчатых передач станка-аналога, которое для станка 1А12П равно 2.
где - модуль, необходимый для обеспечения прочности по нормальным напряжениям зубьев зубчатых колес i-передачи;
- допускаемое контактные напряжение материала шестерни;
- минимальное передаточное отношение зубчатой передачи.
При термической обработке материла зубчатых колес - улучшении - определяется по формуле
Из найденных двух значений модуля выбираем наибольшее, т.еm1=2 мм.
Расчет модуля последней зубчатой передачи
Для уменьшения модуля последней зубчатой передачи изменим вид термообработки зубчатых колес на закалку ТВЧ по контуру зубьев. Тогда
.
Модуль последней зубчатой передачи m3=4 мм. Для промежуточной передачи примем m2=2.5 мм.
Определение размеров зубчатых колес
Для примера рассчитаем параметры зубчатого колеса z1, для которого z=43, m=2 мм.
Делительный диаметр колеса
Диаметр окружности вершин колеса
Диаметр окружности впадин колеса
Ширина колеса
Остальные зубчатые колеса рассчитываются аналогично.
Расчет клиноременной передачи
В приводе главного движения станка применяются две клиноременные передачи. Для примера рассчитаем первую передачу.
Частота вращения меньшего шкива
По рисунку 7.3 [1, с.134] определяем сечение ремня - А.
Вращающий момент
Диаметр меньшего шкива
Полученное значение диаметра округляем по ГОСТ 17383-73 до ближайшего стандартного. .
Диаметр большего шкива
Полученное значение округляем по ГОСТ 17383-73 до ближайшего значения. .
Уточненное передаточное отношение
Межосевое расстояние, в интервале
где - толщина клинового ремня, мм.
Длина ремня
Полученное значение округляем до ближайшего стандартного. .
Уточненное межосевое расстояние
Угол обхвата ремнем меньшего шкива
Число ремней
где - коэффициент режима работы;
- мощность, допускаемая для передачи одним ремнем, кВт;
- коэффициент, учитывающий влияние длины ремня;
- коэффициент угла обхвата;
- коэффициент, учитывающий число ремней в передаче.
Натяжение ветви ремня
где - окружная скорость ремня, м/с;
- коэффициент, учитывающий центробежную силу,
Сила, действующая на вал