Федеральное агентство по образованию
Филиал государственного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
«Самарский государственный технический университет»
в г. Сызрани
Кафедра ТМС
Курсовой проект
по дисциплине: «Металлорежущие станки»
Выполнил:
студент гр. М-496
Буров А.С.
Проверил:
к.т.н., доцент Хусаинов Я.В.
2006
Содержание
1. Введение
2. Обоснование технической характеристики радиально-сверлильного станка
3. Основные параметры радиально-сверлильного станка
4. Выбор и обоснование пределов подач
5. Кинематический расчет коробки подач
5.1 Обоснование числа ступеней подач
5.2 Выбор структуры привода
5.3 Кинематическая схема коробки подач
5.4 Определение абсолютных величин передаточных отношений
5.5 Определение чисел зубьев шестерен
6. Динамический расчет основных элементов проектируемой коробки подач
6.1 Выбор материала зубчатых колес
6.2 Расчет модулей зубчатых колес
6.3 Выбор ширины зубчатых колес
6.4 Определение размеров зубчатых колес
7. Расчет валов
7.1 Предварительный расчет валов
7.2 Уточненный расчет валов
8. Смазка станка
9. Заключение
Введение
Основная цель и задача проектных работ – это создание станков, которые в момент их поставки потребителю находились бы на уровне лучших мировых образцов.
Перед конструктором-станкостроителем стоят серьезные задачи. Вновь создаваемые станки должны быть общественно-целесообразными, технически и экономически совершенными, экономичными. Известно, что один и тот же станок, отвечающий всем этим требованиям, может иметь различную кинематику, конструкцию, компоновку, форму. В свою очередь какой-то станок определенного конструктивного решения может изготавливаться при разном уровне организации производства, различными технологическими приемами и может иметь различное качество исполнение. Только оптимальное сочетание удачного конструктивного решения, современных прогрессивных технологических процессов, совершенных форм организации производства и высокого качества изготовления может обеспечить создание станка, отвечающего требованиям эксплуатации, экономичности и обладающего высокими эстетическими качествами.
Цель данного проекта – привить студентам навык конструкторской работы. Спроектированный станок должен обладать высокой производительностью, необходимой степенью автоматизации, точностью, простотой изготовления и сборки, обслуживания.
Сверлильные станки предназначены для обработки сквозных и глухих отверстий и других поверхностей концевым инструментом (сверла, зенкера, развертки, метчики).
Применяя специальные инструменты и приспособления на сверлильных станках, можно растачивать отверстия, вырезать отверстия большого диаметра в листовом материале (трепорирование), притирать точечные отверстия и т. д.
Наиболее распространенны следующие типы сверлильных станков:
1) вертикально-сверлильные одношпиндельные станки;
2) радиально-сверлильные станки;
3) настольные одношпиндельные сверлильные станки вертикальной компоновки;
4) многошпиндельные сверлильные станки;
5) станки для глубокого сверления (горизонтальной компоновки), в которых длина долина отверстий значительно больше их диаметра;
6) агрегатные сверлильные станки.
Согласно заданию, выданному на курсовое проектирование, необходимо разработать коробку скоростей радиально-сверлильного станка с Dmax
=75мм.
Радиально-сверлильные станки предназначены для обработки различных отверстий и поверхностей концевым инструментом в крупных корпусных деталях в условиях как единичного, так и крупносерийного производства. В радиально-сверлильных станках совмещение оси заготовки с осью шпинделя достигается перемещением шпинделя относительно неподвижной заготовки. Компоновка станка позволяет установить шпиндель с инструментом в любой точке рабочей зоны станка за счет перемещения шпиндельной сверлильной головки по направляющим траверсы и поворота траверсы вокруг колонны.
Основным размером радиально-сверлильных станков является наибольший диаметр сверления в стали средней твердости, а наиболее важными параметрами – номер конуса шпинделя, вылет шпинделя от направляющих колонны наименьшее и наибольшее расстояния от торца шпинделя до стола и до фундаментной плиты, величина осевого хода шпинделя.
Радиально-сверлильные станки выполняют стационарными; переносными; самоходными, которые монтируют на тележках, перемещающихся по рельсам и др.
2. Обоснование технической характеристики радиально-сверлильного станка
Радиально-сверлильный станок предназначен для обработки отверстий. На станке можно производить следующие операции:
- сверление в сплошном материале
- рассверливание
- зенкерование
- развертывание
- нарезание резьбы метчиком
- растачивание отверстий и др.
Широкий диапазон скоростей и механических подач шпинделя позволяет применять наиболее рациональные режимы резанья, лучше использовать режущий инструмент.
Станок подлежит использования в механических цехах индивидуального, мелкосерийного и среднесерийного производства, а также в сборочных цехах заводов тяжелого и транспортного машиностроения.
3. Основные параметры радиально-сверлильного станка
Наибольший диаметр сверления, мм - 75;
Наибольший ход шпинделя, мм - 450;
Наибольший вылет шпинделя, мм - 2000;
Наибольшее расстояние от конца шпинделя до плиты, мм - 1750;
Минимальный диаметр сверлении:
Принимаем
4. Выбор и обоснование пределов подач
Определим подачу при различных работах при обработке различных материалов, ,
[4, стр. 127…137]
Сверление
Инструмент – сверло спиральное из быстрорежущей стали и твердых сплавов.
- Сталь, ,
- Чугун и медные сплавы, ,
- Алюминиевые сплавы ,
Рассверливание
Инструмент – сверла спиральные из быстрорежущей стали и твердых сплавов.
- Сталь, , ,
- Сталь, , ,
- Чугун , ,
- Чугун , ,
- Алюминиевые сплавы , ,
- Алюминиевые сплавы , ,
Зенкерование
Инструмент – зенкеры из быстрорежущей стали и твердых сплавов.
Черновая обработка
- Сталь, , ,
- Сталь, , ,
- Чугун , ,
- Чугун , ,
- Алюминиевые сплавы , ,
- Алюминиевые сплавы , ,
Чистовая обработка
- Сталь, , ,
- Сталь, , ,
- Чугун , ,
- Чугун , ,
- Алюминиевые сплавы , ,
- Алюминиевые сплавы , ,
Развертывание
Инструмент – развертки из быстрорежущей стали и твердых сплавов.
Черновая обработка
- Сталь, , ,
- Сталь, , ,
- Чугун , ,
- Чугун , ,
- Алюминиевые сплавы , ,
- Алюминиевые сплавы , ,
Поучистовая обработка
- Сталь, , ,
- Сталь, , ,
- Чугун , ,
- Чугун , ,
- Алюминиевые сплавы , ,
- Алюминиевые сплавы , ,
Чистовая обработка
- Сталь, , ,
- Сталь, , ,
- Чугун , ,
- Чугун , ,
- Алюминиевые сплавы , ,
- Алюминиевые сплавы , ,
Нарезание резьбы
Инструмент – метчики машинные и гаечные из быстрорежущих сталей.
- Сталь, , ,
- Сталь, , ,
- Чугун , ,
- Чугун , ,
- Алюминиевые сплавы , ,
- Алюминиевые сплавы , ,
Проанализировав данные, выбираем предельные значения подач:
5. Кинематический расчет коробки подач
Кинематический расчет производим графоаналитическим методом, ориентируясь на базовую модель станка 257.
5.1 обоснование числа ступеней подач
Имея наибольшее и наименьшее значения подач, можно определить число ступеней подач по зависимости
,
Где:
– диапазон регулирования чисел оборотов;
φ=1.26 – знаменатель геометрического ряда;
Принимаем Z=12
5.2 обоснование числа ступеней подач
Принятому числу ступеней подач соответствует структурная формула, показывающая, как разбить общее количество вариантов чисел подач между отдельными группами подач. Принимаем развернутую структурную формулу
С цель наглядного представления и выбора оптимальной структуры привода изобразим структурную сетку:
Кроме групповых, в приводе имеются одиночные передачи, которые при построении структурных сеток не учитываются.
Выпишем стандартные числа подач:
5.4 Определение абсолютных величин передаточных отношений
Абсолютные величины передаточных отношений определяем с помощью графика чисел подач.
Подбираем число зубьев колес.
5.5 Определение чисел зубьев шестерен
Числа зубьев находим табличным методом. Сущность этого метода заключается в том, что по таблице подбирается такая сумма чисел зубьев сопряженных колес одной группы, которая содержит числа зубьев шестерен
По построенному графику чисел подач и определенному числу зубьев колес передачи определяем действительные числа подач
Подсчитаем отклонения по формуле
Отклонение не должно превышать 2,6%
6. Динамический расчет основных элементов проектируемого узла
Расчет зубчатых колес производится на усталость поверхностных слоев зубьев по контактным напряжениям и на усталость зубьев по напряжениям изгиба. Расчету подлежат в групповых передачах наиболее нагруженные, т.е. передающие наибольший крутящий момент
6.1Выбор материала зубчатых колес
Материал зубчатых колес выбираем в соответствии с условием работы и допустимых габаритов передачи. Примем для расчета два различных материала. В первом случае – сталь 40Х, вид термообработки зубьев – закалка с нагревом ТВЧ. Во втором случае марку материала выбираем ту же, термообработка – улучшение
6.2 Расчет модулей зубчатых колес
Расчет модулей зубчатых колес относится в динамическим расчетам на прочность. При расчете модуль какой-либо группы зубчатых передач определяется для одной, наиболее нагруженной пары, входящей в эту группу.
Рассчитаем три пары сопряженных колес, входящих в четыре группы передач. Каждая из этих пар является замедляющей передачей и имеет наибольшее значение передаточного числа в своей группе.
Применение ЭВМ значительно ускоряет проведение расчетов и позволяет производить расчеты всех пар и групп зубчатых колес коробки передач.
Для введения в ЭВМ рабочей информации определяем следующие данные:
M=6 – число рассчитываемых зубчатых колес
K=2 – число материалов для изготовления зубчатых колес
B=(6,2)=24, 18, 24, 18, 24, 18, 24, 18, 24, 18, 24, 18– допускаемые напряжения на изгиб, кгс/мм2
D=(6,2)=90, 60, 90, 60, 90, 60, 90, 60, 90, 60, 90, 60– допускаемое напряжение на контактную прочность , кгс/мм2
| N |
КП
|
КД
|
КНР
|
y |
z |
|
n |
i |
| N(6) |
КП(6) |
КД(6) |
КНР(6) |
Y(6) |
Z(6) |
ПСИ(6) |
Н(6) |
U(6) |
| 0.375 |
1 |
1.10 |
1.2 |
0.39 |
20 |
8 |
630 |
1.58 |
| 0.356 |
1 |
1.15 |
1.2 |
0.423 |
32 |
8 |
400 |
1.58 |
| 0.356 |
1 |
1.15 |
1.2 |
0.365 |
18 |
8 |
400 |
2 |
| 0.345 |
1 |
1.05 |
1.2 |
0.465 |
36 |
8 |
200 |
2 |
| 0.345 |
1 |
1.10 |
1.2 |
0.355 |
17 |
8 |
200 |
2.5 |
| 0.335 |
1 |
1.15 |
1.2 |
0.485 |
43 |
8 |
80 |
2.5 |
z – число зубьев колес
ψ – коэффициент ширины зуба
[σ]изг
– допускаемое напряжение на изгиб, кгс/мм2
[σ]кон
– допускаемое напряжение на контактную прочность кгс/мм2
y – коэффициент формы зуба
Кn
– коэффициент перегрузки
Кнр
– коэффициент неравномерности распределения нагрузки
КД
– коэффициент динамичности
Ниже приведены результаты расчетов, выполненные на ЭВМ. По расчетам принимаем модуль для данной коробки скоростей для всех пар колес m=4
Анализ полученных данных показывает: расчетные значения модулей зубчатых колес по напряжениям изгиба у шестерен несколько больше, чем у сопряженных с ними колес, что закономерно. Расчетные значения модулей у зубчатых колес, подвергаемых закалке с ТВЧ ниже, чем у зубьев, подвергаемых улучшению. Следовательно, для уменьшения габаритов коробки скоростей примем термообработку-закалку ТВЧ. Чаще всего при проектировании коробок подач для всех зубчатых колес принимают постоянный модуль, равный максимальному расчетному, округленного до ближайшего стандартного.
Принимаем m=2мм.
6.3 Выбор ширины зубчатых колес
При нормальных расстояниях между опорами валов ширина зубчатых колес определяется:
Принимаем b=16мм.
6.4 Определение размеров зубчатых колес
Делительный диаметр зубчатых колес:
Диаметры окружных вершин и впадин зубчатых колес
Межосевое расстояние
7. Расчет валов
7.1 Предварительный расчет валов
Для предварительного вычерчивания сборочных чертежей коробки подач необходимо ориентировочно определить диаметры валов. Так как на данном этапе проектирования неизвестны ни длины валов, ни места приложения и величины сил и опорных реакций, то предварительный расчет валов производится только на кручение по пониженным допускаемым напряжениям, которые принимаются в пределах:
Диаметры валов определяются по формуле:
Где N – мощность на рассчитываемом валу, n – наименьшее число оборотов рассчитываемого вала.
Принимаем
Принимаем
Принимаем
Принимаем
Принимаем
7.2 Уточненный расчет валов
Применение ЭВМ значительно ускоряет проведение расчетов и исключает ошибки вычислений.
Определим расчетную схему
Исходные данные для расчета
N = 4
Mкр
= 86,89 - крутящий момент на расчетном валу
G = 29,5 Расстояние между опорами
СИГМ =550 кг/см2
допускаемое напряжение материала
D =4;4.2;107
;107
см. – диаметры колес (делительные)
ФИ =1;9;0;0 - углы действия сил (радиан)
ПСИ =3.49;4;71;0;0; - углы действия сил
L =27.8;9.8;0;0; см. – расстояние до сил
Исходные данные для расчета
N = 4
Mкр
= 823,6 - крутящий момент на расчетном валу
G = 29,5 Расстояние между опорами
СИГМ =550 кг/см2
допускаемое напряжение материала
D =5,2;7,2;107
;107
см. – диаметры колес (делительные)
ФИ =0;4,71;0;0 - углы действия сил (радиан)
ПСИ =1,57;0;0;0; - углы действия сил
L =9,75;22,5;0;0; см. – расстояние до сил
8. Смазка станка
Систематическая и своевременная смазка станка, применение масел надлежащего качества и постоянное наблюдение за правильным функционированием смазочных устройств обеспечивает длительную сохранность станка.
Механизмы, расположенные внутри сверлильной головки смазываются автоматически, от специального плунжерного насоса, смонтированного на рукаве и подающего масло в маслораспределитель, из которого оно поступает к смазывающему фильтру. Шестерни редуктора механизма подъема рукава смазываются разбрызгиванием масляной ванны в редукторе. Остальные трущиеся элементы станка смазываются вручную.
Контроль масла в корпусе гидрозажима колонны, в корпусе механизма подъема рукава производится вручную, щупами. Уровень масла в корпусе сверлильной головки и в корпусе гидростанции сверлильной головки контролируется через маслоуказатель. Перед заливкой масло должно быть предварительно профильтровано. Смену масла рекомендуется производить через каждые два месяца.
Нижние подшипник шпинделя смазываются солидолом через пресс-масленку. Смазка верхних подшипников шпинделя и пиноли шпинделя производится из ванны верхнего гнезда подшипников коробки скоростей.
Марки смазочного материала:
Масло индустриальное 20 ГОСТ 1707-81
Масло индустриальное 30 ГОСТ 1707-81
Солидол жировой УС-3(Т) ГОСТ 1033-81
9. Заключение
Выполнение данного курсового проекта помогло привить навык к конструкторской работе, ближе познакомится с назначением, конструкцией и техническими характеристиками радиально-сверлильных станков в общем и коробкой подач в частности.
Курсовое проектирование по оборудованию машиностроительного производства является наивысшей работой, без которой нет становление специалиста высокого уровня, а следовательно, нет успехов в машиностроении.
Спроектированная коробка подач радиально-сверлильного станка выгодно отличается от коробки подач базового станка 257 большими пределами подач: