Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Тульский государственный университет
Кафедра "Автоматизированные станочные системы"
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ
ОБОРУДОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОИЗВОДСТВА
ОБОРУДОВАНИЕ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по выполнению курсового проекта
для студентов направлений 150400, 150900, 220200, 230100
и специальностей 150401, 151001, 151002, 151003, 220301
всех форм обучения
Тула 2007 г.
Разработал Г.В. Сундуков, профессор кафедры АСС
| Рассмотрено на заседании кафедры АСС. Протокол № 17 от 28 июня 2007 г. Зав. кафедрой _____________________ А.Н. Иноземцев |
Оглавление
| Введение ….....……………………………………………………………....... |
4 |
| 1 Цели и задачи выполнения курсового проекта …...……....…...……....... |
4 |
| 2 Организационные вопросы курсового проектирования ..……….…….. |
5 |
| 2.1 Тематика курсовых проектов ………..…………………………......... |
5 |
| 2.2 Задание на курсовой проект и исходные данные к проекту ………. |
6 |
| 2.3 Состав и объём курсового проекта ……………………...…............... |
7 |
| 2.4 Организация выполнения и защита курсовых проектов ….……….. |
8 |
| 3 Методические указания по выполнению курсового проекта …………. |
10 |
| 3.1 Специфика курсового проектирования по металлорежущему оборудованию ...……..………………………….........………..…………………. |
10 |
| 3.2 Содержание разделов пояснительной записки и указания по их составлению ………..………………………….........………..…………………. |
11 |
| 3.2.1 Аннотация ………………………….........………..……………….. |
11 |
| 3.2.2 Оглавление ………………………….........………..………………. |
11 |
| 3.2.3 Введение …………………………….........………..………………. |
11 |
| 3.2.4 Устройство станка ………………….........………..………………. |
11 |
| 3.2.5 Обоснование модернизации (разработки) узла станка …………. |
12 |
| 3.2.6 Кинематический расчёт проектируемого привода ……………… |
12 |
| 3.2.7 Описание разработанной конструкции узла ……………………... |
16 |
| 3.2.8 Силовые и иные расчёты деталей и механизмов привода ………. |
17 |
| 3.2.9 Заключение ……….………………….........………..………………. |
18 |
| 3.2.10 Библиографический список использованной литературы …….. |
18 |
| 3.2.11 Спецификация ..….………………….........………..……………… |
19 |
| 3.3 Оформление расчётно-пояснительной записки ……..……………… |
19 |
| 3.4 Оформление графической части курсового проекта ……..………... |
21 |
| Библиографический список рекомендуемой литературы ……..….............. |
24 |
| Приложение А. Форма титульного листа расчётно-пояснительной записки ……………………..…..….………………….........………..……………… |
27 |
| Приложение Б. Пример оформления раздела "Оглавление" ……………… |
28 |
| Приложение В. Значения чисел некоторых геометрических рядов в пределах 1 - 9500 ………………..………………….........………..…………….. |
29 |
| Приложение Г. Рекомендации по решению специфических вопросов расчёта и конструирования привода станка ……………………………….. |
31 |
ВВЕДЕНИЕ
Курсовой проект по дисциплинам "Металлорежущие станки", "Оборудование автоматизированного производства", "Оборудование машиностроительного производства" – это один из важнейших этапов подготовки студента, позволяющий применить полученные им в процессе обучения знания по специальным, общепрофессиональным и естественнонаучным дисциплинам, свой практический опыт, а также навыки, приобретённые на практиках, в решении конкретной задачи – проектировании узла металлорежущего станка или иного технологического оборудования.
Выполняя проект, студент изучает конструкцию базового станка и его частей – несущих и корпусных деталей, шпиндельного узла, механизмов переключения скоростей и т.д.; проводит сравнительные анализы вариантов конструктивных решений поставленной в задании на проектирование задачи; осваивает методики кинематического, силовых и жёсткостных расчётов, в том числе, с применением ЭВМ; разрабатывает конструкцию сложного узла (привода) станка.
1 Цели и задачи выполнения курсового проекта
Цели курсового проектирования: закрепление и углубление полученных студентом теоретических знаний, получение новых знаний и приобретение навыков конструкторской работы.
Задачами курсового проекта являются:
а) развить способность студента анализировать и критически оценивать рассматриваемое станочное оборудование с точки зрения обеспечения производительности и точности, технологичности конструкций, использования современных средств автоматизации и т.д.;
б) приобрести навыки в решении комплексных инженерных задач, включающих конструкторские, расчётные и аналитические работы и имеющих целью проектирование наиболее рациональных конструкций узлов станочного оборудования;
в) показать умение применять полученные теоретические знания к решению практических задач в области станкостроения;
г) показать умение использовать техническую литературу, ГОСТы ЕСКД, иные нормативные материалы по проектированию.
2 Организационные вопросы
курсового проектирования
2.1 Тематика курсовых проектов
Объектом курсового проектирования может являться узел какого-либо сложного оборудования машиностроительного производства: металлорежущего станка, автомата, промышленного робота, манипулятора, технологического модуля, позиции автоматической линии и т.п.
Темы курсовых проектов могут быть двух типов:
а) темы конструкторского характера, связанные с модернизацией или разработкой узлов металлорежущих станков, промышленных роботов, иного технологического оборудования машиностроительных производств;
б) темы конструкторско-исследовательского характера, предусматривающие проведение теоретических и (или) экспериментальных исследований по повышению работоспособности элементов станочного оборудования, его точности, надёжности, долговечности и выполнение на базе этого конструкторских разработок.
Более полное достижение целей и выполнение задач проектирования достигается при разработке специфических станочных элементов конструкций, таких как узел шпинделя, механизмы изменения частот вращения или скоростей перемещений рабочего органа, механизмы управления. Поэтому в большинстве случаев предлагается разработка привода главного движения станка как наиболее полно отвечающего поставленным задачам и несколько реже – разработка привода подачи и конструкций других механизмов.
Студенты вечерней и заочной форм обучения в срок, не превышающий двух недель от начала семестра
могут предложить темы курсовых проектов, исходя из потребностей предприятия, где они работают. Актуальность реальной темы подтверждается при этом письмом от предприятия на имя заведующего кафедрой АСС ТулГУ, который принимает решение по теме курсового проектирования.
Примечание. Далее в тексте для его сокращения употребляются, в основном, слова "станок" и "узел станка", что не следует считать отрицанием возможности разработки иных тем. Кроме того, употребляется слово "объект", которое в проектах студентов применяться не должно: следует применять название, вытекающие из темы проекта, например, "токарный станок", "промышленный робот" и т.п.
2.2 Задание на курсовой проект и исходные данные к проекту
Задание с исходными данными для проектирования составляется преподавателем каф. АСС – руководителем проекта. Студент в начале семестра получает бланк с заданием и приложение, содержащее копии чертежей (рисунков) кинематической схемы базового станка и конструкции подлежащего модернизации узла этого станка. По усмотрению руководителя приложение может не выдаваться – тогда в бланке задания указывается литература по базовому станку или выдаются материалы в электронном виде.
Задание на проектирование предусматривает разработку привода ступенчатого или бесступенчатого регулирования.
Для привода главного движения ступенчатого регулирования
металлорежущего станка исходными данными являются:
- модель (тип) станка, подлежащего модернизации или принимаемого в качестве прототипа,
- предельные значения частот вращения шпинделя nmin
, nmax
,
- число ступеней (вариантов) частот вращения шпинделя z,
- мощность приводного асинхронного электродвигателя N, а также (при необходимости) условия по структуре привода (со сменными колёсами, с перекрытием части скоростей шпинделя и т.д.), управлению им и т.д.
Для привода главного движения бесступенчатого регулирования
металлорежущего станка исходными данными являются:
- модель (тип) станка, подлежащего модернизации или принимаемого в качестве прототипа,
- предельные значения частот вращения шпинделя nmin
, nmax
,
- диапазон частот вращения шпинделя с постоянной мощностью , или частота вращения шпинделя n, начиная с которой и выше должна обеспечиваться передача полной мощности, или величина части диапазона (по условному числу частот вращения шпинделя – 1/t=1/4, 1/3 либо иное), начиная с , где передачи полной мощности двигателя не требуется. Если заданием не определён диапазон частот вращения шпинделя с постоянной мощностью, студент принимает его самостоятельно,
- мощность приводного регулируемого электродвигателя постоянного тока N,
- число ступеней коробки скоростей либо номинальная и максимальная частоты вращения вала двигателя nдв.н
, n дв.
max
,
Для привода подачи
металлорежущего станка исходными данными будут: модель (тип) станка, подлежащего модернизации или принимаемого в качестве прототипа, предельные величины подач, число ступеней подач (при ступенчатом регулировании) и характер ряда подач (геометрический, арифметический), мощность приводного двигателя или затрачиваемая на подачу, а также (при необходимости) условия по структуре привода, управлению им, применяемым элементам конструкции и т.д.
2.3 Состав и объём курсового проекта
Каждый курсовой проект независимо от его вида представляется графической частью и расчётно-пояснительной запиской.
2.3.1 Объём графической части проекта составляет 3 (4) листа формата А1. Содержание графической части конструкторского проекта следующее:
- чертёж принципиальной кинематической (гидрокинематической, пневмогидрокинематической) схемы разрабатываемого или модернизируемого станка – 1 лист. На этом же чертеже представляется диаграмма частот вращения (двойных ходов, подач) валов и выходного звена проектируемого привода;
- сборочный чертёж разрабатываемого (модернизируемого) привода – 2 листа формата А1 с основной надписью (штампом) на каждом или 1 лист формата А0. Как правило, на одном листе вычерчивается продольный разрез по валам (развёртка) привода, а на другом – поперечный разрез привода с изображением одного из механизмов управления зубчатыми блоками, муфтами и т.д. Дополнительных разрезов и сечений даётся столько, сколько требуется для показа деталей управления;
- рабочие (деталировочные) чертежи трёх-четырёх деталей, выбранных руководителем проекта из сборочного чертежа спроектированного привода – 1 лист, – если он вводится кафедрой в семестре проектирования. Для деталировки обычно выбираются следующие детали: шпиндель, вал, зубчатое колесо, зубчатый блок, шкив, фланец, переводной рычаг и т.п.
Все чертежи выполняются либо вручную в карандаше, либо с использованием САПР и соответствующих печатающих средств. На выполнение чертежей с использованием САПР даёт разрешение зав. каф. АСС (по его поручению – руководитель проекта) в начальный период проектирования, убедившись в наличии у студента
навыков работы с САПР на компьютере.
2.3.2 В расчётно-пояснительную записку курсового проекта включается:
- титульный лист (приложение А);
- задание на курсовое проектирование (заполненный руководителем бланк);
- аннотация;
- оглавление;
- введение;
- описание устройства станка, для которого узел модернизируется или проектируется заново;
- обоснование модернизации или разработки узла станка;
- кинематический расчёт проектируемого привода;
- описание разработанной конструкции узла;
- расчёты деталей и механизмов привода;
- заключение (выводы);
- библиографический список использованной литературы;
- спецификация на разработанную конструкцию узла.
Рекомендуемый объём расчётно-пояснительной записки – 30÷45 страниц формата А4.
Содержание разделов записки и рекомендации по оформлению записки и чертежей рассматриваются далее в главе 3.
Представление каких-либо частей проекта в виде ксерокопий не допускается
.
2.4 Организация выполнения и защита курсовых проектов
Курсовой проект выполняется студентом самостоятельно по индивидуальному заданию при консультациях с руководителем (консультантом). Консультации проводятся 1÷2 раза в неделю по расписанию кафедры.
Значительный объём и конструкторский характер проекта требуют постоянной и систематической работы студента над ним в течение всего периода курсового проектирования, который составляет в среднем 12÷15 недель. По окончании этого периода проводятся защиты проектов.
Вопрос о допуске проекта к защите решается руководителем после просмотра им законченного курсового проекта.
Проект представляется к защите, если имеются:
- подписи студента и руководителя на листах графической части проекта, титульном листе расчётно-пояснительной записки и первом листе спецификаций,
- внутренняя рецензия.
| Руководитель не подписывает проект и не допускает его к защите, если проект выполнен не в соответствии с заданием или на низком уровне, с принципиальными и грубыми ошибками.
|
Защита курсового проекта проводится перед комиссией, состоящей из преподавателей кафедры АСС. При защите проекта студент делает доклад длительностью 6-8 минут. В докладе освещаются все узловые вопросы, проработанные в проекте. Рекомендуется следующий порядок изложения (применительно к проекту узла станка):
- назначение станка;
- компоновка (основные узлы и их расположение);
- принцип работы станка (положение инструмента и заготовки, их установка, движения);
- кинематика спроектированного привода и всего станка;
- особенности разработанной конструкции (шпиндель, его опоры, воспринимаемые ими нагрузки, опоры других валов, регулировка подшипников, устройство муфт, механизм переключения зубчатых блоков, фиксация их положений, смазка трущихся деталей привода и т.д.).
В докладе следует выделить принятые в проекте новые решения. В заключении надо отметить предполагаемый технический и экономический эффект от модернизации или проектирования привода станка.
После доклада члены комиссии могут задавать вопросы как по содержанию проекта, так по различным разделам курсов лекций, на базе которых выполняется проект.
Обязательным условием успешной защиты проекта является чёткое представление о работе конструкции и её отдельных частей, обоснование принятых решений, отсутствие грубых погрешностей на чертежах и в записке.
| За принятые в проекте решения, правильность данных и результатов расчётов несёт ответственность автор проекта, т.е. студент.
|
Принятие правильных, но не оптимальных с точки зрения руководителя, рецензента или комиссии решений, не является причиной для снижения оценки защиты проекта.
Защита признаётся неудовлетворительной, если студент слабо разбирается в представленном им проекте, не обосновывает принятых решений или в проекте обнаруживаются грубые погрешности.
Если у студента имеется время (несколько дней до конца семестра) для работы над своими ошибками, в конце семестра ему предоставляется возможность повторной защиты с теми же правами и обязанностями, если нет – выставляется оценка "неудовлетворительно".
3 Методические указания
по выполнению курсового проекта
3.1 Специфика курсового
проектирования
по металлорежущему оборудованию
3.1.1 Студентам, предполагающим в будущем выполнение выпускной квалификационной работы бакалавра (ВКР) по кафедре АСС, следует знать, что данный курсовой проект может являться основой ВКР. В связи со спецификой ВКР в курсовом проекте следует предусматривать конструктивные решения, позволяющие автоматизировать работу станка (включая выполнение вспомогательных функций) при использовании системы ЧПУ. В частности механизмы управления зубчатыми блоками, муфтами и т.д. должны быть, как правило, гидравлическими либо электромеханическими. При этом допускается применение для части переключаемых механизмов (например, для переключения перебора, если таковой используется в приводе) устройств ручного управления. Как правило, предусматривается, автономность приводов подач и плавное регулирование их скоростей с помощью регулируемых двигателей. Кроме того, поскольку ВКР должна носить расчётно-аналитический характер, уже в курсовом проекте следует проводить сравнительный анализ вариантов и давать обоснование принятых решений.
3.1.2 Студентам, у которых ВКР не будет связана с данным проектом, при его выполнении можно не ориентироваться на применение ЧПУ, предусматривать коробки скоростей и подач со ступенчатым регулированием и механизмы ручного переключения скоростей.
3.1.3 В любом случае части проекта выполняются не последовательно (сначала расчёты, потом конструирование, или наоборот), а параллельно и в непрерывной взаимной увязке. Так, принимая кинематическую схему и выполняя кинематический расчёт, продумывают компоновочные и конструктивные решения (вид привода – разделённый или встроенный и его габариты; обеспечение реверса движения; выбор конструктивных вариантов групповых передач и способов их переключения и т.д.); выполняя "развёртку" привода, учитывают, как он будет "свёрнут", а также в первом приближении делают силовые расчёты; при окончательном проведении силовых расчётов размеры берут из выполненного сборочного чертежа.
На любом этапе выполнения проекта любые предыдущие решения могут быть скорректированы.
Методические подходы к решению некоторых вопросов выполнения проекта приведены в приложении Г.
3.2 Содержание разделов пояснительной записки
и указания по их составлению
3.2.1 Аннотация
Аннотация должна давать краткую характеристику выполненному курсовому проекту и излагать краткие сведения о его содержании, являющиеся вместе с тем достаточными для его оценки, т.е. в сжатой форме указываются наиболее важные вопросы, решенные в проекте, новшества и разработки, сделанные студентом в проекте, результаты модернизации (проектирования) узла.
Объём аннотации – до одной страницы.
3.2.2 Оглавление
В оглавлении последовательно перечисляют заголовки разделов, подразделов, пунктов и указывают номера страниц, на которых они помещены. Оглавление должно включать в себя все заголовки, имеющиеся в расчётно-пояснительной записке. Пример оформления оглавления дан в приложении Б.
3.2.3 Введение
Введение должно кратко характеризовать современное состояние технического вопроса, которому посвящен курсовой проект, а также цель проекта. Во введении следует чётко сформулировать, в чём заключается новизна и актуальность рассматриваемого в проекте вопроса, и обосновать по существу необходимость его выполнения.
Объём введения – 1÷2 страницы.
3.2.4 Устройство станка
В этом разделе даётся описание модернизируемого (разрабатываемого) станка: его назначение, технические характеристики, компоновка, движения и принцип работы, применяемый инструмент, виды выполняемых работ. Освещаются вопросы стружкоудаления, охлаждения инструмента и изделия, наличие ограждений и других конструктивных решений, обеспечивающих безопасную работу на станке.
Объём раздела – 2÷3 страницы.
3.2.5 Обоснование модернизации (разработки) узла станка
Разработанный станок должен иметь технико-экономические преимущества перед базовой моделью. Эти преимущества могут заключаться в более высокой производительности, уменьшении расхода электроэнергии, эксплутационных и ремонтных расходов, уменьшении массы станка, повышении степени унификации, автоматизации управления станком и его работой, обеспечении повышения точности, надёжности, долговечности и т.д. Целесообразность разработки узла станка может подтверждаться рациональным использованием конструкционных материалов, унифицированных и стандартных узлов и деталей, обеспечением технологичности деталей и конструкции в целом, удобством сборки, ремонта и эксплуатации.
В данном разделе в описательной форме даётся обоснование всего комплекса конструкторских решений, принятых в результате проведения технико-экономического анализа сравниваемых вариантов (кинематических схем привода, структурных сеток и диаграмм частот вращения, конструкций отдельных элементов, систем управления и т.п.).
Объём раздела – 1÷2 страницы.
3.2.6 Кинематический расчёт проектируемого привода
3.2.6.1 Кинематический расчёт выполняется графоаналитическим методом [10] и начинается с разработки кинематической схемы
проектируемого привода.
Разработке подлежит кинематическая схема всего привода главного движения, начиная от электродвигателя и кончая шпинделем станка. При разработке кинематической схемы следует ориентироваться на конструкцию базовой модели, проанализировать её всесторонне и переработать в соответствии с заданием на проектирование.
Привод главного движения ступенчатого
регулирования обычно содержит асинхронный электродвигатель (одно- или многоскоростной) и многоступенчатую коробку скоростей.
При разработке конструкции привода главного движения бесступенчатого
регулирования для станков с ЧПУ ориентируются на использование электродвигателя постоянного тока или асинхронного электродвигателя с частотным регулированием и коробки переключений (скоростей, диапазонов) на малое число вариантов, применяемой с целью расширения диапазона частот вращения шпинделя с постоянной мощностью.
Разработанную кинематическую схему не следует считать окончательной до полного завершения расчётов и конструирования привода.
При оформлении пояснительной записки приводится в начале кинематического расчёта окончательно принятая
кинематическая схема привода и конкретные обоснования её разработки.
Это делается в обязательном порядке
.
На схеме валы обозначаются римскими цифрами, начиная с вала электродвигателя, а шкивы и шестерни – буквами с индексами (d1
, d2
– шкивы, Z1
, Z2
, … – зубчатые колёса).
Независимо от того, какой способ регулирования студенту задан, следует провести краткий сравнительный анализ двух вариантов привода – со ступенчатым и бесступенчатым регулированием – применительно к данным задания и станку, определённому в качестве базовой модели для объекта проектирования.
3.2.6.2 После разработки начального варианта кинематической схемы привода производится выбор электродвигателя конкретного типа [1, 4, 23 и др.], записываются его данные, включая частоту (частоты) вращения вала двигателя. Если заданием определено число вариантов коробки скоростей привода бесступенчатого регулирования, то двигатель подбирается с таким соотношением максимальной и номинальной частот вращения, чтобы заданный диапазон частот вращения шпинделя обеспечивался без значительных разрывов или перекрытий.
3.2.6.3 Выполняемые далее этапы кинематического расчёта зависят от заданного вида регулирования.
А. При разработке привода ступенчатого регулирования:
а) определяют знаменатель геометрического ряда частот вращения шпинделя j по исходным данным, выбирают его стандартное значение и по таблицам предпочтительных чисел (приложение В и [10]) – значения частот вращения шпинделя в заданном диапазоне Д от минимальной частоты до максимальной ;
б) разрабатывают структуру привода: составляют структурную (в соответствии с принятой кинематической схемой) и развёрнутые структурные формулы, отражающие порядок переключения групповых передач, строят структурные сетки, анализируют их и выбирают оптимальный вариант. При выборе структурной сетки следует иметь в виду, что лучшим, как правило, будет вариант, когда в начале цепи находится основная группа, затем первая множительная и т.д., причём в качестве последней множительной группы должна быть принята группа с наименьшим числом передач;
в) строят диаграмму (график) частот вращения (ДЧВ) по принятому варианту структурной сетки, принимая передаточные отношения передач в пределах: 1/4÷2 – прямозубых, 1/4÷2,5 – косозубых, 1/4÷1 – ременных. При построении ДЧВ желательно, чтобы передаточные отношения передач линии редукции – цепи, снижающей частоту вращения электродвигателя до минимальной частоты вращения шпинделя, уменьшались тем интенсивнее, чем ближе передача к шпинделю (указанное не всегда удаётся применить к самой последней передаче – шпиндельной). Кроме того, следует иметь в виду: габариты и масса привода возрастают с увеличением расчётных крутящих (вращающих) моментов на промежуточных валах, а они увеличиваются при уменьшении частот вращения; с уменьшением скорости клиноремённой передачи количество ремней увеличивается. На ДЧВ, представляемой в расчётно-пояснительной записке, все валы обозначаются римскими цифрами в соответствии с обозначениями на кинематической схеме привода; проставляются проектные (взятые из таблиц предпочтительных чисел) частоты вращения валов; указываются передаточные отношения всех передач в буквенном виде. Например, Z7
:Z8
, где Z7
и Z8
– обозначения чисел зубьев соответственно ведущего и ведомого колёс изображённой на ДЧВ конкретной передачи;
г) корректируют исходный вариант кинематической схемы, если в неё были внесены какие-либо изменения, например, введены одиночные дополнительные передачи;
д) определяют по ДЧВ передаточные отношения всех передач привода;
е) определяют рабочие диаметры шкивов ременной передачи (при её наличии) и числа зубьев всех групповых и одиночных передач привода. Числа зубьев передач одной - двух групп следует определить каким-либо методом (наименьшего общего кратного, упрощенным [10] или иным), а остальных – рассчитать на ЭВМ [3] или подобрать по специальным таблицам;
ж) определяют действительные частоты вращения шпинделя и их отклонения от нормальных значений. Для расчёта действительных частот вращения шпинделя необходимо составить столько уравнений кинематического баланса в числовом виде (т.е. с записью в них рассчитанных чисел зубьев колёс и диаметров шкивов), сколько скоростей имеет шпиндель, и решить их.
Б. При разработке привода бесступенчатого регулирования
следует ориентироваться на использование регулируемых двигателей постоянного тока (ДПТ). Они имеют двухзонное регулирование, т.е. могут развивать полную мощность (говорят: работают с постоянной мощностью
) при частотах от номинальной nдв.н
до максимальной nдв.max
, а при частотах ниже номинальной величины полной мощности не развивают и работают с постоянным крутящим моментом. При этом ДПТ реально могут работать в станках с некоторой минимальной частоты nдв.min
.
В каталогах электродвигателей величина nдв.
min
не указывается, поскольку она зависит не только от типа двигателя, но и от моментов сопротивления на его валу.
Диапазоны регулирования ДПТ в целом Ддв.
= nдв.
max
/nдв.
min
и с постоянной мощностью Ддв.
N
= nдв.
max
/ nдв.н
составляют весьма ограниченные величины, гораздо меньшие, чем это требуется в приводах универсальных станков. С целью обеспечения на шпинделе более значительных диапазонов регулирования – общего Д и с постоянной мощностью ДN
– следует применить в приводе коробку скоростей (диапазонов). Для её проектирования можно воспользоваться методикой кинематического расчёта приводов ступенчатого регулирования, в соответствии с которой выполняют следующее [10]:
а) условно выделяют в заданном диапазоне бесступенчатого регулирования частот вращения шпинделя геометрический ряд и принимают знаменатель этого условного
геометрического ряда j равным диапазону регулирования ДПТ с постоянной мощностью Ддв.
N
, т.е. j = nдв.
max
/ nдв.н
. Этот условный знаменатель не округляют до стандартного значения;
б) определяют расчётное число значений z условного
геометрического ряда частот вращения шпинделя с принятым знаменателем j по формуле (полученное значение z также не следует как-либо округлять);
в) если частота вращения шпинделя n
, начиная с которой и выше должна передаваться полная мощность, не дана в задании, её определяют как n = nmax
/ ДN
либо , где – третья, четвёртая или иная заданная либо принятая студентом часть диапазона частот вращения шпинделя (по расчётному числу его ступеней z), в которой передача полной мощности не требуется; затем определяют ;
г) определяют и округляют полученное число до целого.
Если это делается в сторону уменьшения, диапазон обеспечиваемых частот вращения шпинделя будет иметь разрывы, если в сторону увеличения – перекрытия;
д) определяют минимальное передаточное отношение привода , затем расчётную минимальную частоту вращения вала электродвигателя ;
ж) строят ДЧВ, принимая передаточные отношения зубчатых и ременных передач, как правило, в пределах от 1/4 до 1 (в порядке исключения до 2 – для зубчатых передач) и просчитывая частоты вращения валов при работе двигателя на минимальной, номинальной и максимальной частотах. Рекомендации по проектированию ДЧВ бесступенчатого привода и изображению её в расчётно-пояснительной записке те же, что и для ступенчатого привода (см. выше п/п. А,в).
Примечания
1 Для удобства построения ДЧВ шкалу частот вращения валов целесообразно выполнять со знаменателем, меньшим ; его можно, например, принять любым из таблицы предпочтительных чисел, чтобы можно было воспользоваться этой таблицей, или равным , где а
равно 2, 3, 4, ... . В последнем случае, возможно, значения ряда придётся рассчитать; совпадение или несовпадение этих значений со стандартными не является принципиальным т.к. проектируется привод с бесступенчатым регулированием.
2 Если в задании определено zкс
, то надо определить сначала φ (), а затем по Ддв.
N
≈ φ подобрать электродвигатель;
и) далее выполняют действия, отмеченные выше для ступенчатого привода (см. п/п. А,г-е), и уточняют частоты вращения, определённые в соответствии с указанием предшествующего подпункта.
3.2.7 Описание разработанной конструкции узла
В описании приводятся основные конструктивные особенности:
- форма корпуса узла;
- количество валов, их конструктивное оформление;
- устройство муфты, соединяющей вал электродвигателя с первым валом привода (в случае фланцевого двигателя);
- при наличии ременной передачи – способ натяжения ремней и способ разгрузки ведомого вала от изгибающих усилий этой передачи;
- устройство и работа пусковой фрикционной муфты и органов управления ею;
- механизм (способ) реверсирования и (или) торможения шпинделя;
- конструкция шпиндельного узла: тип опор, их регулировка, форма рабочего конца шпинделя, способ закрепления в шпинделе заготовки или инструмента;
- конструкция передвижных зубчатых блоков (цельные, сборные), муфт (кулачковых, электромагнитных, фрикционных) и органов управления ими;
- способ установки на валах и фиксирования в осевом направлении неподвижных зубчатых колёс;
- типы подшипников и способы установки их на валах и в расточках корпуса;
- способ смазки элементов привода: подшипников, зубчатых колёс, дисков фрикционных муфт и т.д.
Описание выполняется со ссылками на номера позиций деталей сборочного чертежа узла.
Объём раздела – 5÷8 страниц.
3.2.8 Силовые и иные расчёты деталей и механизмов привода
3.2.8.1 Расчёту подлежат основные детали привода: зубчатые колёса, ременные передачи, валы, шпиндель, муфты, опоры валов и шпинделей.
Для того чтобы приступить к проработке сборочного чертежа привода, необходимо определить размеры шестерён и шкивов, а также принять в первом приближении диаметры валов и расстояние между стенками, в которых будут размещаться опоры валов.
Расчёт модулей шестерён, необходимый для определения их размеров, и ременных передач проводят на ЭВМ по методике [3]. Предварительное определение диаметров валов и шпинделя следует производить в соответствии с представленным в приложении Г.
По методике [3] на ЭВМ или по [5 и др.] производится расчёт подшипников. Это выполняется параллельно с проработкой сборочного чертежа для того, чтобы уменьшить вероятность ошибок при конструировании валов и подшипниковых узлов. Уточненный расчёт валов на кручение и изгиб производится после конструктивной проработки привода, т.е. после выявления расстояний между опорами и точками приложения сил по методике [3] на ЭВМ или по учебным изданиям по сопротивлению материалов или прикладной механике. Валы, подлежащие уточненному расчёту, указываются руководителем проекта. Для этих же валов делается расчёт шлицевых и (или) шпоночных сопряжений [2, 9, 11, 14 и др.].
Шпиндель рассчитывается только на жёсткость, исходя из условий точности работы станка [3, 16].
Студент может выполнить расчёт органов управления и иные расчёты.
3.2.8.2 Производимые расчёты деталей должны содержать следующие сведения, схемы и выкладки:
а) чётко составленный заголовок расчёта с указанием детали (передачи) и вида рассчитываемого параметра. Например: "Расчёт шпинделя на жёсткость";
б) роль данной детали в механизме, описание сил, действующих на неё, и т.п.;
в) расчётную схему с указанием сил в буквенном обозначении и необходимых размеров (в отдельных случаях даётся эскиз детали и рассчитываемые сечения);
г) выбранный материал детали и его термообработка;
д) допускаемые напряжения со ссылкой на литературный источник;
е) описание этапов (ход) расчёта;
ж) выводы по результатам расчёта.
3.2.9 Заключение
Заключение должно содержать оценку результатов работы по выполнению курсового проекта, в частности, с точки зрения его соответствия требованиям задания, только в более подробном виде. В заключении необходимо отметить техническую и научную ценность проекта и возможные экономические выгоды в случае его внедрения.
Объём раздела – до 1 страницы.
3.2.10 Библиографический список использованной литературы
В список литературы следует включать все использованные источники, включая рукописные (отчёты о научно-исследовательских работах, лекции, методические разработки и т.д.) в порядке появления ссылок в записке или по алфавиту. Библиографический список составляют в соответствии с ГОСТ 7.1-2003 (Библиографическое описание документа. Общие требования и правила оформления). Примеры библиографического описания источников в соответствии с указанным ГОСТ вывешены в библиотеке ТулГУ. В качестве примера также можно принять библиографический список рекомендованной литературы, приведённый в данных методических указаниях.
3.2.11 Спецификация
Спецификация составляется на конструкцию всего проектируемого узла в соответствии с указаниями кафедры АСС (выдаются на электронный носитель) или [28]. Спецификация подшивается в конце записки и в общий счёт страниц не входит.
3.3 Оформление расчётно-пояснительной записки
Расчётно-пояснительная записка выполняется на листах бумаги формата А4 (210х297 мм) с учётом следующих требований.
1) Текст пишется на одной стороне листа от руки с шагом между строк 8-10 мм пастой (чернилами) чёрного, фиолетового или синего цвета. Титульный лист оформляется чертёжным шрифтом размером 10; 5 и 3,5 мм. Допускается выполнять записку на двух сторонах листа при условии, что на любой стороне листа не просматривается рисунок или текст другой стороны.
Рекомендуется текст печатать на принтере через 1,2÷1,5 интервала с автоматической расстановкой переносов и запретом висячих строк. Размер шрифта (кегль) – 14÷12.
2) Каждая страница записки должна иметь поля:
- 20 мм сверху и 25 мм снизу,
- 25 мм со стороны подшивки и 10 мм с противоположной стороны.
Никаких рамок и штампов на листах записки не делается!
3) Все страницы с текстом, таблицами и рисунками нумеруются сквозным порядком, кроме титульного листа, бланка задания и аннотации. Бланк задания и аннотация не учитываются при общем подсчёте страниц и поэтому на странице с введением ставят цифру "2".
Номер ставится в середине нижнего поля страницы.
4) Текст записки разделяются на разделы, подразделы, а в необходимых случаях – на пункты и подпункты. Разделы нумеруются арабскими цифрами в пределах всей записки, исключая
"Введение" и "Заключение". После номера раздела точка не ставится. Слово "Раздел" не пишется. Рекомендуется каждый раздел (Введение, Устройство станка и др.) начинать с новой страницы, но предшествующая страница не должна быть заполненной менее чем на 1/2÷2/3 – текст надо "подгонять". Не допускается для названия разделов записки выделять отдельные страницы. Названия разделов можно выделять более крупным шрифтом.
Подразделы нумеруются арабскими цифрами в пределах каждого раздела и номер подраздела должен состоять из двух чисел, разделённых точкой, например: 2.1 – первый подраздел второго раздела. После номера подраздела точка не ставится.
Разделы и подразделы должны иметь содержательные заголовки. Заголовки разделов пишутся прописными буквами, подразделов – строчными (кроме первой прописной). Заголовки отделяются от номера двумя интервалами.
В конце заголовка точка не ставится
.
Пункты нумеруются арабскими цифрами внутри подразделов, например: 2.1.3 – третий пункт первого подраздела второго раздела.
Между заголовком и текстом (предыдущим и последующим) делается интервал 15÷20 мм.
5) Все иллюстрации (эскизы, схемы, чертежи, графики), помещенные в текстовой части записки, именуются рисунками. Рисунки могут выполняться как на отдельных страницах, так и на страницах с текстом. Снизу и сверху рисунка должны быть поля шириной 15÷20 мм. На нижнем поле (под рисунком) указывается номер рисунка. Рисунки нумеруются последовательно в пределах раздела арабскими цифрами (например: рисунок 1.2 – второй рисунок первого раздела) и сопровождаются содержательными названиями.
На все рисунки должны быть ссылки в тексте. Рисунки помещают после первого упоминания в тексте. При ссылке на рисунок следует указывать его полный номер, например: рисунок 1.2. Повторные ссылки на рисунок следует давать с сокращенным словом "смотри", например (см. рисунок 1.2). В записку можно помещать копии чертежей проекта в уменьшенном масштабе, выполненные фотографическим или светокопировальным способом.
6) Формулы и уравнения приводятся в общем виде и сопровождаются экспликацией (объяснением) значений символов и коэффициентов. Как правило, формуле должна предшествовать краткая вводная запись с объяснением, обозначением и размерностью той величины, которая определяется по этой формуле. В середине следующей строки приводится формула, после которой ставится запятая. Затем с новой строки без отступа пишется: слово "где" без двоеточия, первый по порядку символ формулы, тире, объяснение символа и после запятой его размерность, точка с запятой. Далее, без переноса на новые строки, таким же образом объясняются остальные символы и коэффициенты в той последовательности, в которой они приведены в формуле. В конце экспликации ставится точка. Допускается объяснение каждого из следующих за первым символов и коэффициентов давать с новой строки, а до и после формулы оставлять свободные строки.
Затем записывается формула с численными значениями и конечный результат с размерностью. Все промежуточные вычисления опускаются.
При выполнении на ЭВМ однотипных расчётов, например, для нескольких зубчатых передач, формула с пояснением приводится в записке один раз, а исходные данные определяются и записываются для каждого расчёта под своим (конкретным) заголовком. Например: "Расчёт передачи Z5
– Z6
". Под каждым конкретным заголовком после расчёта исходных данных вклеивается распечатка с исходными данными и результатами расчёта, полученными с ЭВМ.
Формулы, на которые делается ссылка, нумеруются справа арабскими цифрами в пределах раздела, например: (3.5) – пятая формула третьего раздела. Ссылка на формулу делается по типу: ... в формуле (3.5)... или ... из выражения (4.3) следует … .
7) Ссылка на литературные источники при заимствовании формул, таблиц и т.п. делается в тексте по форме [10, с. 67], что означает: десятый источник по библиографическому списку, приводимому в конце пояснительной записки проекта, страница 67 в этом источнике.
8) Приложения к расчётно-пояснительной записке курсового проекта не предусматриваются. Единственной прилагаемой частью является спецификация деталей разработанного узла, выполняемая в бланочной форме и не обозначаемая как приложение. Если же, например при выполнении исследовательского проекта, появляется необходимость отделения части материала от основного текста, то его выносят в приложения, которые обозначают прописными буквами русского алфавита, например "Приложение А". Слово "Приложение" с буквой помещается в середине страницы; на следующей строчке также в середине даётся название приложения и далее приводится само приложение. Ссылка на приложение выполняется по типу: приложение А, повторная ссылка – по типу: (см. приложение А).
3.4 Оформление графической части курсового проекта
Графическая часть выполняется в соответствии со стандартами ЕСКД [27÷44 и др.], справочниками [1, 2, 4÷6, 12 и др.], пособиями [7, 9÷12, 19 и др.].
Выполнение первого листа
проекта производится с учётом следующих рекомендаций.
1) При наличии в станке только механических передач на первом листе вычерчивается кинематическая схема.
2) При наличии в станке наряду с механическими передачами гидро- или пневмосистемы вычерчивается комбинированная схема – гидрокинематическая или пневмокинематическая. Любая из возможных схем должна быть принципиальной. Объединение указанных видов схем позволяет наиболее полно показать взаимосвязь между различными механизмами и работу станка в целом.
3) При вычерчивании кинематической схемы станка применяют условные графические обозначения, установленные в стандартах ЕСКД [34÷40] и построенные на их основе; прямоугольники; упрощенные внешние очертания (в т.ч. аксонометрические). При необходимости (например при показе кинематики поворотного резцедержателя токарного станка с ЧПУ) применяют нестандартизованные условные обозначения. В случае применения нестандартизованных условных обозначений и упрощенных внешних очертаний на схеме или в записке приводят соответствующие пояснения.
4) Все механизмы изображаются в пределах контуров узлов станка, вычерченного в произвольном масштабе, в том месте, где они размещены в действительности. Если какое-либо место не удается вписать в контур станка, то в контуре предусматривается разрыв для развертывания схемы.
5) Чтобы максимально облегчить разбор комбинированной схемы, желательно вычерчивать её цветными карандашами (цветной пастой) с соблюдением толщины обводки, а именно:
а) контуры станка и отдельных его узлов – чёрными линиями толщиной 0,4÷0,5 мм;
б) кинематические пары – чёрными линиями толщиной 0,8÷1 мм;
в) валы – чёрными линиями толщиной 1,5÷2 мм;
г) гидросистему – синими линиями, причем гидроаппаратуру вычерчивать линиями толщиной 0,8÷1 мм, а трубопроводы – линиями толщиной 0,4÷0,5 мм;
д) пневмокинематическую связь схемы – синими линиями, если в станке нет гидравлики, и оранжевыми, если в станке имеется гидропривод;
6) Если станок имеет несколько одинаковых приводов или механизмов (например, шпиндельных бабок или суппортов), допускается на схеме станка раскрыть только один из них.
7) Во избежание загромождения схемы условными изображениями различных подшипников валов рекомендуется показывать их без уточнения типа.
8) Электродвигатели на схеме изображаются в виде окружности или квадрата. Около условного знака двигателя или внутри его указывают принятое обозначение с порядковым номером, мощность и частоту вращения.
9) У зубчатых колёс на полках проставляют букву Z, знак равенства и число зубьев (например, Z = 22) или число зубьев, знак умножения и модуль (например, 22´3). У шкивов аналогичным образом проставляют значения расчётных диаметров (d1
= 90), в винтовых парах – шагов винтовых линий (t = 12). Сменные зубчатые колёса обозначают прописными или строчными буквами русского (А, Б, В, ...; а, б, в, ...) или строчными буквами латинского (a, b, c, …) алфавита.
10) Для приведенных ниже элементов кинематики рекомендуются следующие обозначения:
- I, II, III, IV, V ... – валы;
- М1, М2, М3, ... – электродвигатели;
- МФ1, МФ2, МФ3, ... – муфты.
11) Узлы станка (станину, стол, каретку, суппорт и т.д.), детали механизмов (рычаги, кулачки, шатуны, рукоятки, упоры и т.д.), отдельные устройства (командоаппарат, манипулятор, накопитель и т.д.), которые упоминаются при описании схемы, следует обозначать арабскими цифрами, вынесенными на полку.
12) Выносные линии во всех случаях должны быть как можно короче, чтобы не затемнять ими схему.
13) Правила выполнения кинематических и гидравлических схем приведены в стандартах ЕСКД [33-40] и пояснены на примерах в указаниях [20].
14) На свободном поле справа от схемы вычерчивается диаграмма частот вращения валов спроектированного привода. На ней проставляются передаточные отношения передач в виде отношений конкретных чисел зубьев шестерён и диаметров шкивов и фактические частоты вращения валов.
Сборочный чертёж узла
(два листа) рекомендуется выполнять в масштабе 1:1. Допускается листы объединить в формат А0 без склеивания, но с перекрытием их примерно в 20 мм. На чертеже должны быть проставлены позиции сборочных единиц и деталей и размеры габаритные, сопрягаемые с указанием посадок в буквенно-цифровом обозначении, межосевые с допустимыми отклонениями, установочные и присоединительные.
Библиографический список рекомендуемой литературы
1. Алиев И.И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию: учеб. пособие / И.И. Алиев. – 4-е изд., доп. – Ростов н/Д.: Феникс, 2003. – 480 с.
2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3 т. / В.И. Анурьев. – 9-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 2006. Т.1. – 928 с.; Т.2. – 960 с.; Т.3. – 928 с.
3. Анцев В.Ю. Автоматизированное проектирование приводов главного движения металлорежущих станков: учебное пособие / В.Ю. Анцев, А.Н. Иноземцев, В.Н. Савушкин; под ред. Н.И. Пасько. – Тула: Тул. гос. ун-т, 2002. – 96 с.
4. Асинхронные двигатели серии 4А: справочник / Кравчик А.Э. [и др.]. – СПб., 2002. – 502 с.
5. Бейзельман Р.Д. Подшипники качения: справочник / Р.Д. Бейзельман, Б.В. Цыпкин, Л.Я. Парель. – М.: Машиностроение, 1975. – 574 с.
6. Бушуев В.В. Практика конструирования машин: справочник / В.В. Бушуев.– М.: Машиностроение, 2006. – 448 с.
7. Детали машин. Атлас конструкций: учеб. пособие. В 2 ч. / Б.А. Байков [и др.]; под общ. ред. Д.Н. Решетова. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1992. Ч.1. – 352 с.; Ч.2. – 296 с.
8. Детали и механизмы металлорежущих станков. В 2 т. / Д.Н. Решетов [и др.]; под ред. Д.Н. Решетова. – М.: Машиностроение, 1972. Т.1. Общие основы конструирования; направляющие и несущие системы. – 663 с.; Т.2. Шпиндели и их опоры; механизмы и детали приводов. – 520 с.
9. Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин: учеб. пособие / А.Ф. Дунаев, О.П. Леликов. – 8-е изд., перераб. и доп. – М.: ACADEMA, 2004. – 496 с.
10. Иноземцев А.Н. Металлорежущие станки: учеб. пособие/ А.Н. Иноземцев, Г.В. Сундуков, Г.В. Шадский. – Тула: Тул. гос. ун-т, 2002. – 183 с.
11. Кочергин А.И. Конструирование и расчёт металлорежущих станков и станочных комплексов. Курсовое проектирование: учебное пособие для вузов / А.И. Кочергин. – Мн.: Выш. шк., 1991. – 382 с.
12. Курмаз Л.В. Детали машин. Проектирование: Справочное учебно-методическое пособие / Л.В. Курмаз, А.Т. Скобейда. – М.: Высш. шк., 2004. – 309 с.
13. Локтева С.Е. Станки с программным управлением и промышленные роботы: учеб. для машиностроительных техникумов / С.Е. Локтева. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1986. – 320 с.
14. Мамет О.П. Краткий справочник конструктора-станкостроителя / О.П. Мамет. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1969. – 688 с.
15. Машиностроение. Энциклопедия / Ред. совет: К.В. Фролов [и др.]. Т.IV-7. Металлорежущие станки и деревообрабатывающее оборудование / Б.И. Черпаков [и др.]; под ред. Б.И. Черпакова. 2-е изд., испр. – М.: Машиностроение, 2002. – 864 с.
16. Металлорежущие станки. В 2 т. / Н.С. Ачеркан [и др.]; под ред. Н.С. Ачеркана. 2-е изд., перераб. – М.: Машиностроение, 1965. Т.1. – 764 с.; Т.2. – 628 с.
17. Металлорежущие станки: учебное пособие для втузов / Н.С. Колев [и др.]. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1980. – 500 с.
18. Металлорежущие станки: учебник для машиностроительных втузов / В.Э. Пуш [и др.]; под ред. В.Э. Пуша. – М.: Машиностроение, 1986. – 576 с.
19. Проектирование металлорежущих станков и станочных систем: справочник-учебник. В 3 т. / А.С. Проников [и др.]; под общ. ред. А.С. Проникова. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, Машиностроение, 1994. Т.1. Проектирование станков. – 444 с.; 1995. Т.2. Расчёт и конструирование узлов и элементов станков. Ч.I. – 371 с., Ч.II. – 320 с.; 2000. Т.3. Проектирование станочных систем. – 584 с.
20. Пузырев В.А. Методические указания к составлению описания гидрокинематических схем в дипломных и курсовых проектах / В.А. Пузырев. – Тула: ТПИ, 1981. – 26 с.
21. Пуш В.Э. Конструирование металлорежущих станков / В.Э. Пуш. – М.: Машиностроение, 1977. – 392 с.
22. Роботизированные технологические комплексы и гибкие производственные системы в машиностроении: альбом схем и чертежей/ Ю.М. Соломенцев [и др.]; под ред. Ю.М. Соломенцева. – М.: Машиностроение, 1989. –192 с.
23. Справочник по электрическим машинам. В 2 т. / Под общ. ред. И.П. Копылова и Б.К. Клокова. – М.: Энергоатомиздат, Т.1. 1988. – 455 с.; Т.2. 1989. – 688 с.
24. Станочное оборудование автоматизированного производства: учебник для студентов вузов. В 2 т. / А.А. Авраамов [и др.]; под ред. В.В. Бушуева. – М.: Станкин, 1993. Т.1. – 584 с.; 1994. Т.2. – 626 с.
25. Тарзиманов Г.А. Проектирование металлорежущих станков / Г.А. Тарзиманов. – М.: Машиностроение, 1980. – 288 с.
26. Чернов Н.Н. Металлорежущие станки: учеб. для машиностроительных техникумов / Н.Н. Чернов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1988. – 414 с.
27. ГОСТ 2.104-2006. Основные надписи. – Введ. 01.09.2006. – М.: Стандартинформ, 2006. – III, 15 с.
28. ГОСТ 2.106-96. Текстовые документы. – Введ. 01.07.97. – М.: Изд-во стандартов, 1997. – 48 с.
29. ГОСТ 2.109-73. Общие требования к чертежам. – Введ. 01.07.74. Переизд. Март 1995, с изм. – М.: Изд-во стандартов, 1995. – 47 с.
30. ГОСТ 2.302-68. Масштабы. – Введ. 01.01.71. Переизд. Авг. 1995, с изм. – М.: Изд-во стандартов, 1995. – 1 с.
31. ГОСТ 2.305-68. Изображения – виды, разрезы, сечения. – Введ. 01.01.71. Переизд. Авг. 1995, с изм. – М.: Изд-во стандартов, 1995. – 25 с.
32. ГОСТ 2.307-68. Нанесение размеров и предельных отклонений. – Введ. 01.01.71. Переизд. Авг. 1995, с изм. – М.: Изд-во стандартов, 1995. – 34 с.
33. ГОСТ 2.701-84. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению. – Введ. 01.07.85. – М.: Изд-во стандартов, 2000. – 11 с.
34. ГОСТ 2.703-68. Правила выполнения кинематических схем. – Введ. 01.01.71. Переизд. Окт. 1986, с изм. – М.: Изд-во стандартов, 1987. – 7 с.
35. ГОСТ 2.704-76. Правила выполнения гидравлических и пневматических схем. – Введ. 01.01.78. Переизд. Окт. 1982, с изм. – М.: Изд-во стандартов, 1983. – 26 с.
36. ГОСТ 2.721-74. Обозначения условные графические в схемах. Обозначения общего применения. – Введ. 01.07.75. Переизд. Янв. 1998, с изм. – М.: Изд-во стандартов, 1998. – 33 с.
37. ГОСТ 2.770-68. Обозначения условные графические в схемах. Элементы кинематики. – Введ. 01.01.71. Переизд. Окт. 1986, с изм. – М.: Изд-во стандартов, 1987. – 17 с.
38. ГОСТ 2.780-96. Обозначения условные графические. Кондиционеры рабочей среды, ёмкости гидравлические и пневматические. – Введ. 01.01.98. – М.: Изд-во стандартов, 1997. – 8 с.
39. ГОСТ 2.781-96. Обозначения условные графические. Аппараты гидравлические и пневматические, устройства управления и приборы контрольно-измерительные.– Введ. 01.01.98.– М.: Изд-во стандартов, 1997.– 24 с.
40. ГОСТ 2.782-96. Обозначения условные графические. Машины гидравлические и пневматические. – Введ. 01.01.98. – М.: Изд-во стандартов, 1997. – 19 с.
41. ГОСТ 12593-93. Концы шпинделей фланцевые под поворотную шайбу и фланцы зажимных устройств. Основные и присоединительные размеры. – Введ. 01.07.96. – М.: Изд-во стандартов, 1996. – 16 с.
42. ГОСТ 12595-2003. Станки металлорежущие. Концы шпинделей фланцевые типа А и фланцы зажимных устройств. Основные и присоединительные размеры. – Введ. 01.07.2005. – М.: Изд-во стандартов, 2005. – 9 с.
43. ГОСТ 30064-93. Концы шпинделей сверлильных, расточных и фрезерных станков. Размеры. Технические требования. – Введ. 01.01.95. – М.: Изд-во стандартов, 1992. – 13 с.
44. ГОСТ 26651-85. Станки металлорежущие. Концы шпинделей фланцевые типа Кэмлокк и зажимные устройства. Основные и присоединительные размеры. – Введ. 01.01.88. – М.: Изд-во стандартов, 1987. – 12 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Форма титульного листа расчётно-пояснительной записки
----------------------------------------------------------------------------------------------------
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
"Тульский государственный университет"
Кафедра "Автоматизированные станочные системы"
ОБОРУДОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОИЗВОДСТВА
РАЗРАБОТКА ПРИВОДА ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ
УНИВЕРСАЛЬНО-ФРЕЗЕРНОГО СТАНКА
Расчётно-пояснительная записка к курсовому проекту
Студент гр. 6ХХХХХ Подпись, дата
Н.А. Иванов
Руководитель
канд. техн. наук, доц. Подпись, дата
И.С. Петров
Тула 2007 г.
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Пример оформления раздела "Оглавление"
------------------------------------------------------------------------------------------------------
Оглавление
| Введение ….....……………………………………………………………....... |
2 |
| 1 Устройство универсально-фрезерного станка модели 6Н81 …...…….... |
4 |
| 2 Обоснование модернизации привода главного движения станка ……... |
6 |
| 3 Кинематический расчёт привода главного движения …………….……. |
7 |
| 3.1 Разработка кинематической схемы привода, выбор электродвигателя и значений ряда частот вращения шпинделя .….…………………...... |
7 |
| 3.2 Разработка структуры привода ……………..………………………… |
9 |
| 3.3 Построение диаграммы частот вращения валов и определение передаточных отношений всех передач привода …………..………...…........ |
11 |
| 3.4 Определение диаметров шкивов ременной передачи и чисел зубьев шестерён ……….…...……………………….............……………................... |
13 |
| 3.5 Определение фактических частот вращения шпинделя и их отклонений от проектных значений ……………………………………………..... |
15 |
| 4 Описание разработанной конструкции привода главного движения ..... |
16 |
| 5 Расчёты деталей и механизмов привода главного движения ……..…..... |
24 |
| 5.1 Расчёт зубчатых колёс ……………………………………...………… |
24 |
| 5.2 Расчёт ременной передачи ……………………………………...……. |
26 |
| 5.3 Расчёт валов на прочность ….………………………………………... |
27 |
| 5.4 Расчёт шлицевых и шпоночных соединений ………………………... |
29 |
| 5.4 Выбор, обоснование и расчёт опор валов и шпинделя …….….…… |
30 |
| 5.5 Расчёт углов поворота рукояток переключения передач …………... |
34 |
| 5.5 Расчёт шпинделя на жёсткость ……….………………………...……. |
35 |
| Заключение ……………………………………………………………..…….. |
39 |
| Библиографический список использованной литературы …………....…... |
40 |
ПРИЛОЖЕНИЕ В
Значения чисел некоторых геометрических рядов в пределах 1 - 9500
| R40
|
R20
|
R10
|
R5
|
R40/3
|
R20/3
|
R10/3
|
R40
|
R20
|
R10
|
R5
|
R40/3
|
R20/3
|
R10/3
|
| =1,06
|
1,12
|
1,25
1,26 |
1,6
1,58 |
1,18
|
1,4
1,41 |
2
|
=1,06
|
1,12
|
1,25
1,26 |
1,6
1,58 |
1,18
|
1,4
1,41 |
2
|
| 1,00
1,06
1,12
1,18
1,25
|
●
●
●
|
●
●
|
●
|
●
●
|
●
|
●
|
10,0
10,6
11,2
11,8
12,5
|
●
●
●
|
●
●
|
●
|
●
|
●
|
|
| 1,32
1,40
1,50
1,60
1,70
|
●
●
|
●
|
●
|
●
●
|
●
|
|
13,2
14,0
15,0
16,0
17,0
|
●
●
|
●
|
●
|
●
●
|
●
|
●
|
| 1,80
1,90
2,00
2,12
2,24
|
●
●
●
|
●
|
|
●
|
●
|
●
|
18,0
19,0
20,0
21,2
22,4
|
●
●
●
|
●
|
|
●
●
|
●
|
|
| 2,36
2,50
2,65
2,80
3,00
|
●
●
|
●
|
●
|
●
●
|
●
|
|
23,6
25,0
26,5
28,0
30,0
|
●
●
|
●
|
●
|
●
|
|
|
| 3,15
3,35
3,55
3,75
4,00
|
●
●
●
|
●
●
|
●
|
●
●
|
●
|
●
|
31,5
33,5
35,5
37,5
40,0
|
●
●
●
|
●
●
|
●
|
●
●
|
●
|
●
|
| 4,25
4,50
4,75
5,00
5,30
|
●
●
|
●
|
|
●
|
|
|
42,5
45,0
47,5
50,0
53,0
|
●
●
|
●
|
|
●
●
|
●
|
|
| 5,60
6,00
6,30
6,70
7,10
|
●
●
●
|
●
|
●
|
●
●
|
●
|
|
56,0
60,0
63,0
67,0
71,0
|
●
●
●
|
●
|
●
|
●
|
●
|
●
|
| 7,50
8,00
8,50
9,00
9,50
|
●
●
|
●
|
|
●
●
|
●
|
●
|
75,0
80,0
85,0
90,0
95,0
|
●
●
|
●
|
|
●
●
|
●
|
|
| R40
|
R20
|
R10
|
R5
|
R40/3
|
R20/3
|
R10/3
|
R40
|
R20
|
R10
|
R5
|
R40/3
|
R20/3
|
R10/3
|
| =1,06
|
1,12
|
1,25
1,26 |
1,6
1,58 |
1,18
|
1,4
1,41 |
2
|
=1,06
|
1,12
|
1,25
1,26 |
1,6
1,58 |
1,18
|
1,4
1,41 |
2
|
| 100
106
112
118
125
|
●
●
●
|
●
●
|
●
|
●
●
|
●
|
●
|
1000
1060
1120
1180
1250
|
●
●
●
|
●
●
|
●
|
●
●
|
●
|
●
|
| 132
140
150
160
170
|
●
●
|
●
|
●
|
●
|
|
|
1320
1400
1500
1600
1700
|
●
●
|
●
|
●
|
●
●
|
●
|
|
| 180
190
200
212
224
|
●
●
●
|
●
|
|
●
●
|
●
|
|
1800
1900
2000
2120
2240
|
●
●
●
|
●
|
|
●
|
●
|
●
|
| 236
250
265
280
300
|
●
●
|
●
|
●
|
●
●
|
●
|
●
|
2360
2500
2650
2800
3000
|
●
●
|
●
|
●
|
●
●
|
●
|
|
| 315
335
355
375
400
|
●
●
●
|
●
●
|
●
|
●
|
●
|
|
3150
3350
3550
3750
4000
|
●
●
●
|
●
●
|
●
|
●
●
|
●
|
●
|
| 425
450
475
500
530
|
●
●
|
●
|
|
●
●
|
●
|
●
|
4250
4500
4750
5000
5300
|
●
●
|
●
|
|
●
|
|
|
| 560
600
630
670
710
|
●
●
●
|
●
|
●
|
●
●
|
●
|
|
5600
6000
6300
6700
7100
|
●
●
●
|
●
|
●
|
●
●
|
●
|
|
| 750
800
850
900
950
|
●
●
|
●
|
|
●
|
|
|
7500
8000
8500
9000
9500
|
●
●
|
●
|
|
●
●
|
●
|
●
|
ПРИЛОЖЕНИЕ Г
Рекомендации по решению специфических вопросов расчёта
и конструирования привода станка
------------------------------------------------------------------------------------------------------
Г.1 При проведении расчётов привода следует принимать к сведению, что в универсальных станках на низших частотах вращения шпинделя (обычно до 1/4÷1/3 диапазона по числу его частот) передачи полной мощности двигателя не требуется, на средних же и высших частотах необходимо обеспечивать передачу полной мощности. В приводах бесступенчатого регулирования это учитывается при проведении кинематического расчёта, а в приводах ступенчатого регулирования – при расчёте модулей зубчатых передач после проведения кинематического расчёта.
Г.2 В бесступенчатых приводах регулирование фактически осуществляется ступенчато с очень малым знаменателем геометрического ряда (1,03; 1,015). Но ступенчатость определяется не возможностями коробки скоростей – она для этой цели не предназначена, а особенностями изготовления приводов. Поскольку при этом различие между соседними частотами весьма мало, а число частот получается большим (70÷100 и более), регулирование не считают ступенчатым. В кинематическом расчёте таких приводов указанные значения знаменателей не используются.
Г.3 При разработке кинематической схемы привода, а позже – его компоновки и оформлении шпиндельного узла, необходимо учитывать следующее:
- если привод составляется из групп передач с разными числами вариантов (2, 3, 4), то для уменьшения массы привода выгодно принимать такой вариант структуры, при котором количество передач в группах уменьшается вдоль цепи передач от электродвигателя к шпинделю;
- если коробка скоростей должна иметь уменьшенные осевые габариты, то можно группы передач устанавливать одна против другой, для обеспечения чего между ними вводится одиночная передача; возможно также использование "связанных" шестерён;
- одиночные замедляющие передачи целесообразно располагать ближе к шпинделю;
- обычно шпиндель с предыдущим валом не связывают группой более чем на две скорости, а лучшее решение – установить одиночную замедляющую передачу;
- шпиндельное колесо обычно располагают у передней опоры шпинделя, а при двух колёсах на шпинделе ближе к передней опоре располагают большее из них;
- в токарно-винторезных станках с неразделенным приводом шпинделя электродвигатель с коробкой скоростей рекомендуется связывать ременной передачей;
- в приводах ступенчатого регулирования следует предусматривать механическое или электрическое торможение шпинделя и валов;
- в приводах ступенчатого регулирования токарно-винторезных и токарно-револьверных станков на первом валу коробок скоростей обычно размещается двухсторонняя фрикционная муфта для реверса шпинделя;
- для уменьшения затрат, повышения КПД и надёжности привода протяженность кинематических цепей следует по возможности уменьшать.
Г.4 Для того, чтобы начать прочерчивание сборочного чертежа привода, необходимо определить размеры шестерён (это делается после расчёта модулей) и диаметры валов. Поскольку на данном этапе проектирования не известны ни длины валов, ни места приложения и величины сил и опорных реакций, то предварительный (ориентировочный) расчёт валов производится только на кручение, но по пониженным допускаемым напряжениям. Последние берутся в пределах:
Крутящий момент на валу Мк
в Н.
мм и наименьший диаметр вала d в мм рассчитываются по формулам:
и ,
где N – мощность электродвигателя, кВт;
n – наименьшая частота вращения рассчитываемого вала, об/мин;
η – КПД привода от электродвигателя до рассматриваемого вала. Определяется как произведение КПД передач (для ременной и каждой зубчатой цилиндрической и конической передачи его можно принимать равным 0,98) и подшипников валов (для пары подшипников качения – 0,995), входящих в рассматриваемую часть привода.
При конструировании валов диаметры всех его ступеней и участков принимаются больше ориентировочно определённого d.
Г.5 Для той же цели необходимо принять в качестве отправной точки для конструирования какой-либо из характерных диаметров шпинделя. В токарных и фрезерных станках шпиндели имеют форму ступенчатого вала с уменьшением диаметров ступеней к задней опоре. Конфигурация и размеры передней части шпинделя, включая отверстие, принимается в строгом соответствии со стандартами [41÷44]. Остальная часть шпинделя является оригинальной, т.е. разрабатывается конструктором (при курсовом проектировании – это студент). Обычно шпиндели имеют диаметры большие, чем требуется по соображениям прочности. Спроектированный шпиндель рассчитывают на жёсткость [3, 16], а, приступая к разработке сборочного чертежа привода и конструкции шпинделя, его диаметр в переднем подшипнике выбирают в зависимости от мощности станка по следующим примерным рекомендациям:
| Мощность станков, кВт |
Диаметр шпинделя в переднем подшипнике, мм, для станков |
Мощность станков, кВт |
Диаметр шпинделя в переднем подшипнике, мм, для станков |
||
| токарных |
фрезерных |
токарных |
фрезерных |
||
| 1,5-2,5 2,5-3,5 3,5-5,5 5,5-7,5 |
60-80 70-90 70-105 95-130 |
50-90 60-90 60-95 75-100 |
7,5-11 11-14,5 14,5-18,5 18,5-22 |
110-145 140-165 150-190 220 |
90-105 100-115 - - |
Можно также использовать статистические данные, которые связывают с основным размером токарных и фрезерных станков размеры передних концов шпинделей [6, с. 357; 24, Т.1, с. 229];
- выходным звеном привода главного движения в сверлильных станках является не шпиндель, а гильза (полый вал) со шлицевым отверстием, в которое входит шлицевый хвостовик шпинделя. В связи с этим из условий обеспечения требуемой жёсткости определяют минимально возможный размер шлицевого хвостовика шпинделя, а значит и шлицевого отверстия гильзы, и далее прорабатывают конструкцию гильзы. Для расчёта можно воспользоваться следующими формулами:
где – угол закручивания шлицевого вала, град/м. Для шпинделей сверлильных станков нормальной точности допускается yroл закручивания до 3/4 градуса на погонный метр;
Мк
– наибольший передаваемый шпинделю крутящий момент, Н.
мм;
G – модуль сдвига, Н/мм2
. Для стали G = 78400 Н/мм2
;
– полярный момент инерции шлицевого вала в мм4
, вычисленный по среднему диаметру шлицев;
dср
– средний расчётный диаметр шлицев, мм.
Г.6 При расчёте шлицевых сопряжений определяют удельное давление в сопряжении р
, Н/ мм2
:
либо необходимую длину шлицевого сопряжения L, мм, по допустимому удельному давлению [р], которое принимают равным 40÷70 Н/ мм2
при подвижном не под нагрузкой соединении и 120÷200 Н/ мм2
– при неподвижном.
В формуле также:
Мк
– передаваемый сопряжением крутящий момент, Н.
мм;
D и d – наружный и внутренний диаметры шлицев, мм;
z – число шлицев;
Ψ=0,75 – коэффициент, учитывающий неравномерность использования рабочей поверхности шлицев.
Длину L надо определять для сопряжения шпинделя с гильзой сверлильного станка, чтобы не увеличивать необоснованно длину шлицевого отверстия в гильзе.
В случае использования в приводе групповых передач с передвижными блоками шестерён также следует определять L. Если L получается меньше длины отверстия, шлицы надо предусматривать по его краям, разделяя шлицевые участки проточкой.
Г.7 При конструировании узла рекомендуется выполнять следующее:
- ремни клиноременных передач имеют стандартную длину и для обеспечения нормальной работы необходимо предусмотреть возможность их натяжения;
- с целью разгрузки консоли ведомого вала в ременной передаче от действия больших сил, связанных с натяжением ремней, желательно шкив устанавливать не на валу непосредственно, а на разгрузочном стакане;
- конструктивные решения механизмов ручного управления переключением передач достаточно хорошо отработаны, а их элементы (ручки и рукоятки, маховички, переводные камни и др.) нормализованы. В связи с этим при проработке в проекте механизмов управления следует пользоваться литературными источниками [7; 9; 11; 15 и др.], в которых приводятся рациональные решения;
- разрабатывая механизм ручного управления, следует просчитать угол поворота рукоятки переключения передач, исходя из необходимости обеспечения требуемой длины хода блока и принятой длины (радиуса поворота) переводного рычага (или радиуса зубчатого сектора, перемещающего ползун с вилкой, и т.д.). При проектировании высоко расположенных на станке механизмов управления эту задачу следует решить по иному: рассчитать длину переводного рычага в зависимости от рационального (обычно небольшого – до 45÷60°) угла поворота рукоятки;
- на шпинделях токарно-винторезных станков с ЧПУ необходимо устанавливать разрезное зубчатое колесо для обеспечения беззазорной передачи вращения на датчик угла поворота шпинделя, необходимый для электронной синхронизации движений при резьбонарезании. Для крепления этого зубчатого колеса и передачи крутящего момента рекомендуется использовать вариант без шпонок или шлицев с помощью наборов упругих конических колец;
- приводы подач станков с ЧПУ следует выполнять на основе винтовых пар качения с использованием компенсирующих муфт и линейных датчиков обратной связи.
Г.8 Валы необходимо фиксировать в опорах от осевых перемещений. Для этого одна опора выполняется фиксирующей (закреплённой), а вторая – плавающей. Подшипник (или подшипники) фиксирующей опоры закрепляется в корпусе и на валу. Внутреннее кольцо подшипника плавающий опоры закрепляется на валу, а его наружное кольцо может свободно перемещаться ("плавать") в отверстии корпуса. Эта схема наиболее целесообразна для длинных и многоопорных валов. В качестве плавающей опоры выбирается менее нагруженная. При отсутствии осевых нагрузок на вал целесообразно в опорах устанавливать радиальные шарикоподшипники. При наличии осевых нагрузок в фиксирующей опоре должны устанавливаться радиально-упорные или радиальные и упорные подшипники, в плавающей – радиальные. Последнее относится к шпинделям, к валам с косозубыми и коническими колёсами и т.д.
Столь же распространены схемы фиксирования (однако с определёнными ограничениями по расстоянию между опорами), когда вал зафиксирован в двух опорах, причём в каждой опоре в одном направлении. При этом подшипники могут устанавливаться "враспор" или "врастяжку".
Г.9 При выборе и прочерчивании стандартизованных изделий в обязательном порядке следует пользоваться ГОСТами и справочниками.
В частности, наиболее часто используемые в станочных конструкциях изделия регламентированы следующими стандартами:
- подшипники шариковые однорядные радиальные и радиально-упорные – ГОСТ 8338-75, ГОСТ 2893-82 и ГОСТ 831-75;
- подшипники шариковые радиально-упорные двухрядные – ГОСТ 4252-75;
- подшипники роликовые конические однорядные и двухрядные – ГОСТ 27365-87 и ГОСТ 6364-78;
- подшипники шариковые упорные – ГОСТ 7872-89;
- подшипники радиальные роликовые многорядные – ГОСТ 7634-75;
- гайки круглые шлицевые – ГОСТ 11871-88;
- шайбы стопорные многолапчатые – ГОСТ 11872-89;
- кольца пружинные упорные плоские эксцентрические – ГОСТ 13942-86 и ГОСТ 13943-86;
- шайбы концевые – ГОСТ 14734-69;
- винты установочные – ГОСТ 1476-93 и ГОСТ 1478-93;
- винты с цилиндрической головкой и шестигранным углублением под ключ – ГОСТ 10342-80;
- кольца установочные с винтовым креплением и кольца пружинные для стопорения винтов – ГОСТ 2832-77 и ГОСТ 2833-77;
- манжеты резиновые для уплотнения валов – ГОСТ 8752-79;
- шпонки призматические – ГОСТ 23360-78 и ГОСТ 30173-96;
- соединения шлицевые – ГОСТ 1139-80;
- крышки торцевые для подшипниковых узлов – ГОСТ 13219.1-81÷13219.17-81, ГОСТ 11641-73, ГОСТ 18511-73÷18514-73.
Перечень изделий и ГОСТов, которые могут быть применены, не ограничивается приведёнными выше. Возможно также применение изделий, регламентированных нормалями станкостроения.
При записи названий стандартизованных и нормализованных изделий в спецификации обязательно указание ГОСТа или нормали.
Г.10 Справочники и литературные источники, которые студент может использовать, не ограничиваются перечнем, приведённым в библиографическом списке рекомендуемой литературы.
| Убедительная просьба к студентам: не портить литературу,
не выдёргивать страницы и не делать на листах своих пометок!
|