Разработать конструкцию привода главного движения вертикально- фрезерного станка

Суммарный изгибающий момент в сечении[6]

 

 

 

 

 

 

 

 

 – коэффициент для нереверсивной  передачи.

 

Строим эпюры (рис.14):

 

Рисунок 14 - Расчетные схемы вала в горизонтальной

 и  вертикальной плоскостях и их эпюры.

1.7.5  Определение запаса сопротивления усталости в опасных сечениях.

Для опасного сечения вала по формуле (1.23) определяем коэффициент запаса усталостной прочности S и сравниваем его с допускаемым значением [S], принимаемым обычно 1,5...2,5.

                                            (1.23)

где — коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям

 

где — предел выносливости стали при симметричном цикле изгиба; либо принимается по таблице 1 ([7] см. с. 8);

 — эффективный коэффициент  концентрации нормальных напряжений;

 — коэффициент, учитывающий  шероховатость поверхности;при принимают .

 — масштабный фактор  для нормальных напряжений; отношение ([7] см. табл. 8, с. 32);

 — амплитуда цикла  нормальных напряжений, МПа:

 

где W — момент сопротивления при изгибе, мм3; для сплошного круглого сечения диаметром d

 

 — коэффициент, характеризующий  чувствительность материала к  асимметрии цикла нагружения; = 0,2 для углеродистых сталей, = 0,25...0,3 для легированных сталей;

 — среднее напряжение  цикла нормальных напряжений, МПа; если осевая сила Fa на вал отсутствует или пренебрежимо мала, то = 0

 — коэффициент запаса  прочности по касательным напряжениям:

 

 — предел выносливости  стали при симметричном цикле;

;

 — эффективный  коэффициент  концентрации  касательных

напряжений;

 — коэффициент, учитывающий  шероховатость поверхности;

при принимают ;

 — масштабный фактор  для касательных напряжений; отношение ([7] см. табл. 8, с. 32);

 — коэффициенты, характеризующие  чувствительность материала к  асимметрии цикла нагружения; = 0,1 для всех сталей;

 и  — амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений, МПа:

 

где — момент сопротивления при кручении, мм3; для сплошного круглого сечения диаметром d

 

Подставив полученные значения, получаем

 

 

Расчетный коэффициент усталостной прочности вала в опасном сечении

 

Сопротивление усталости вала в опасном сечении обеспечивается.

 

1.7.6  Расчет шпиндельного узла на жесткость и угол кручения.

Для составления расчетной схемы заменяем шпиндель балкой на шарнирных опорах (рис. 11)

Рисунок 15 – Схема для расчета прогибов шпинделя.

Жесткость шпиндельного узла находится с учетом жесткости его опор. Предварительно рассчитаем жесткость передней и задней опор:

В передней опоре установлены упорно-радиальный шарикоподшипник и роликовый радиальный подшипник Жесткость передней опоры зависит только от жесткости роликового двухрядного подшипника с короткими цилиндрическими роликами. Его жесткость зависит от его внутреннего диаметра. При d=45 имеем jА=400 Н/мкм.

Жесткость задней опоры зависит от жесткости роликового двухрядного подшипника с короткими цилиндрическими роликами. При d=80 имеем jВ=580 Н/мкм.

a = 0,35 м; b = 0,295 м; l = 0,6м; Р1 = 11860 Н; Р1 = 8500 Н; Е = 2,2∙1011 Па.

       (1.25)

I1 -среднее значение осевого момента инерции сечения консоли;

                (1.26)

I2-среднее значение осевого момента инерции сечения шпинделя в пролете между опорами.

Упругое перемещение переднего конца шпинделя с учетом действия защемляющего момента в передней опоре

Прогиб переднего конца шпинделя:

где P1 – сила резания; e - коэффициент защемления в шпиндельной опоре; P2 – сила в зубчатом зацеплении; E – модуль упругости материала шпинделя; I1 -  среднее значение осевого момента инерции консоли; I2 – среднее значение осевого момента инерции шпинделя в пролете между опорами.

 

[d] > d - условие выполнено.

Угол поворота:

qA= .

Т.о. условие жесткости шпинделя по проверяемым параметрам выполнено.

 

 

1.8 Обоснование конструкции шпинделя, выбор материала выбор термообработки.

 

1.8.1 Обоснование конструкции шпинделя.

Конструкция шпиндельного узла (рис.12). Опоры шпинделя 4 смонтированы в гильзе 5. В радиальном направлении шпиндель удерживается шарикоподшипниками 2 и 7. Основную осевую нагрузку воспринимает упорный подшипник 6, а вес шпинделя — подшипник 3. Предварительный натяг в подшипниках 3 и 6 регулируют гайкой 1. Шлицевой хвостовик шпинделя получает вращение от коробки скоростей. Рейка, нарезанная на гильзе 5, сообщает шпинделю движение подачи. Рычаг 8 служит для выталкивания хвостовика инструмента из шпинделя и действует при подъеме шпинделя, когда втулка 9 упирается в корпус сверлильной головки.

В передней опоре первый подшипник предназначен для восприятия радиальной нагрузки, второй - для осевой. Диаметр шпинделя в передней опоре d = 60...200 мм. Узел характеризуется относительно высокой быстроходностью dnmax = (1,5...4,5) ∙ 105 мм ∙мин-1, где  nmax - наибольшая частота вращения[6].

Рисунок 16 - Типовая компоновка шпиндельного узла.

1.8.2  Выбор материала для шпинделя и выбор термообработки.

Материал для шпинделя выбирают, исходя из требований обеспечить необходимую твердость и износостойкость его шеек и базирующих поверхностей, а также предотвратить малые деформации шпинделя с течением времени (коробление) [4].

Шпиндели станков нормальной точности изготовляют из сталей 40Х, 45, 50 с закалкой ответственных поверхностей до твердости 48…56 HRCэ с использованием индукционного нагрева. Если его применение вызывает затруднения, шпиндели изготовляют из сталей 40ХГР, 50Х и подвергают объемной закалке до твердости 56...60 HRCэ.

Шпиндели станков с ЧПУ и многоцелевых станков, для которых требуется повышенная износостойкость поверхностей, используемых для центрирования и автоматического закрепления инструментов или приспособлений, изготовляют из сталей 20Х, 18ХГТ, 12ХНЗА с цементацией и закалкой до твердости 56...60 HRCэ.

Для шпинделей прецизионных станков применяют азотируемые стали 38ХМЮА, 38ХВФЮА с закалкой до твердости 63...68 НRСэ.

Требования к твердости ответственных поверхностей шпинделя и толщине упрочненного слоя зависят от типа опор, точности станка и функции отверстия в переднем конце шпинделя. Наиболее высокая износостойкость, а значит, и твердость должна быть у опорных шеек шпинделей, устанавливаемых в подшипниках скольжения, наружной поверхности выдвижных шпинделей, опорных шеек шпинделей, устанавливаемых в подшипниках качения без внутреннего кольца. Относительно высокой твердостью должны обладать поверхности для установки цанг и других зажимных устройств, а также поверхности отверстий с конусностью 7:24.

Для изготовления шпинделя назначаем из стали 40Х с цементацией и закалкой до твердости 48...56 HRCэ[4].

 

 

 

 

 

2  ОПИСАНИЕ  И РАСЧЕТЫ СИСТЕМЫ СМАЗКИ ШПИНДЕЛЬНОГО УЗЛА И ПРИВОДА ГЛАВНОГО  ДВИЖЕНИЯ В ЦЕЛОМ

 

Выбор смазочного материала. Жидкие смазочные масла хорошо отводят теплоту от шпиндельных опор, уносят из подшипников продукты изнашивания, делают ненужным периодический надзор за подшипниками. При выборе вязкости масла учитывают частоту вращения шпинделя, температуру шпиндельного узла и ее влияние на вязкость масла.

Систему смазывания жидким материалом выбирают исходя из требуемой быстроходности шпинделя с учетом его положения (горизонтальное, вертикальное или наклонное), условий подвода масла, конструкции уплотнений.

Так как параметр быстроходности равен , выбираем циркуляционное смазывание без охлаждения масла для передней опоры, а для задней опоры смазку пластичным смазочным материалом[4]. 

Циркуляционное смазывание осуществляется автономной системой, предназначенной только для шпиндельного узла, или системой, общей для него и коробки скоростей. Масло подается в шпиндельную опору. Для улучшения циркуляции масла предусматривают отверстия в наружном кольце подшипника, в роликах. Чтобы обеспечить надежное попадание смазочного материала на рабочие поверхности подшипников, масло подводят в зону всасывания, т.е. к малому диаметру дорожек качения радиально-упорных шариковых и роликовых подшипников, которым присущ насосный эффект. Предусматривают свободный слив масла из опоры, благодаря чему не допускают его застоя и снижают температуру опоры. В резервуаре или с помощью специального холодильника масло охлаждается. С повышением частоты вращения шпинделя разница между количеством выделяющейся теплоты и отводимой от подшипникового узла увеличивается, а при высокой частоте вращения через подшипники невозможно прокачать нужный объем масла[4].

Прокачивание через шпиндельную опору нескольких тысяч кубических сантиметров масла в минуту не только позволяет надежное смазывание, но и обеспечивает отвод теплоты от опоры, т.е. создает режим "охлаждающего" смазывания. Расход масла при таком смазывании зависит от типа подшипника, частоты его вращения и вязкости масла. Дня конических роликоподшипников q= (5...10) d. Для радиально-упорных подшипников при d < 50 мм Q = 500.,. 1500 см3/мин, при d > 120 мм Q > 2500 см3/мин. Для смазывания упорно-радиальных подшипников при d = 30...80 мм Q = 100...1000 см3/мин, при d = 80...180 мм Q = 500...5000 см3/мин, при d> 180 мм Q = 2000... 10 000 см3/мин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВЫВОДЫ

 

Эффективность производства, его технический прогресс, качество выпускаемой продукции во многом зависят от опережающего развития производства нового оборудования, машин, станков и аппаратов,  от всемерного внедрения методов технико-экономического анализа, обеспечивающего решения технических вопросов и экономическую эффективность технологических и конструкторских разработок.

В данном курсовом проекте была разработана коробка скоростей вертикально-фрезерного станка, которая соответствует заданному качеству, при минимальных экономических затратах. Элементы коробки расположены компактно, что позволяет сэкономить расход металла и уменьшить габариты станка в целом. В качестве переключения частот вращения применяли электромагнитные муфты. Коробка скоростей обеспечивает получение  16 частоты вращения. Минимальная частота вращения   nmin = 63 об/мин, максимальная -    nmax = 2000 об/мин.

Коробка скоростей выполнена в соответствии с современными тенденциями в области конструирования станков.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Ачеркан Н.С. «Металлорежущие станки». Т. 1. М., Машиностроение, 1965г.

2. Ачеркан Н.С. «Металлорежущие станки». Т. 2. М.,  Машиностроение, 1965г.

3. Кочергин А.И. Конструирование и расчет металлорежущих станков и станочных комплексов. Курсовое проектирование: Учеб. пособие для вузов. – Мн.: Выш. шк., 1991. – 382 с.: ил.

4. Курмаз Л.В., Скойбеда А.Т. «Детали машин. Проектирование»: учеб.    пособие- 2-е изд., испр. и доп.- Мн.: УП «Технопринт», 2002.-290 с.

5. Проников А.С. «Металлорежущие станки и автоматы». М., Машиностроение, 1981г.

6. Санюкевич К.Н. «Детали машин. Проектирование»: учеб.пособие Мн.:   Лениздат, 1998.-384 с.
7. Расчет валов [Текст]: учеб.-метод. пособие / сост.: В. А. Дремук, В. М. Горелько. – Барановичи: РИО БарГУ, 2007. - 71 [1] с. - 250 экз.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение