8. Анализ структурного графика (графика частот вращения)………...18
9. Определение передаточных отношений…………………………….24
10.Расчет чисел зубьев…………………………………………………...25
11.Расчет энергосиловых параметров коробки скоростей и выбор электродвигателя………………………………………………………29
12.
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Изм
Лист
№ документа
Подпись
Дата
1. Выбор задания
Таблица 1
Исходные данные для проектирования
Тип станка
Основные размеры
мм
j
Число ступеней
Z
n min
обмин
Мощность, P
кВт
Токарный
Н=160; L=600
1.26
7
125
4.8
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Изм
Лист
№ документа
Подпись
Дата
2. Разработка кинематической схемы
Основой для проектирования коробки скоростей является разработка полной кинематической схемы и графика частот вращения, обеспечивающей наиболее простую структуру коробки. Общие требования к коробкам скоростей: минимальная масса, минимальное число валов и число передач, высокий КПД, низкий уровень шума, технологичность, надежность в эксплуатации.
2.1. Структурная формула
Z = Zх1
× Zх2
× Zх3
,
где Zх1
– числа передач в первой, второй, третьей и т.д ступенях;
Х1, Х2, Х3 – характеристики группы, обусловленные вариантом включения передач при переходе с одной частоты вращения шпинделя на другую.
На графиках частот вращения и структурной сетке характеристика показывает на сколько интервалов (полей) должны расходиться соседние лучи скоростей в одной коробке. В нашем примере:
Z = 7 = 21
× 22
× 23
(Основная группа имеет 2 передачи, с характеристикой х0
=1.Первая переборная группа – имеет 2 передачи и характеристику х1
=2, вторая переборная х2
=3)
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Изм
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Количество возможных конструктивных вариантов (Kkc) одной и той же структуры равно числу перестановок m групп и определяется по формуле:
m!
q!
К кс = ,
где q - количество групп с одинаковым числом передач, m – количество элементарных коробок.
(Z = 7) m = 3, q = 3, число конструктивных вариантов Kkc = 1,
3!
3!
К кс = =1 ,
Следовательно, Z = 2 × 2× 2
3. Количество кинематических вариантов коробки
Кинематические варианты компоновки коробки скоростей указывают на порядок расположения характеристик групп передач.
Число кинематических вариантов (К кн) определяется по формуле:
Общее число всевозможных вариантов (конструктивных и кинематических) (К) для обычных множительных структур определяется по формуле:
(m!)2
q!
К кс = ,
Для шестиступенчатой коробки передачm =2,
q= 1, следовательно
(3!)2
3!
К кс = = 6 ,
Возможно получить шесть вариантов компоновки коробки скоростей для
4. Выбор варианта структуры коробки и обоснование его оптимальности
Z = Zх1
× Zх2
× Zх3
× …×.Zхт
Требования, предъявляемые к выбору оптимального варианта коробки представлены в табл. 2.
Таблица 2
Требования к выбору оптимального варианта компоновки коробки.
Требование
Математическое выражение
Стремиться принимать число передач в группах равно 2 или 3.
Zгр = 2 или 3
Число передач уменьшается при приближении к шпинделю
Z х0
> Zх1
> Zх2
..> Zхт
Предпочтительно за основную принимать первую группу, а харак- теристики переборных групп должны возрастать по мере приближения к шпинделю.
Х0
< Х1
< ….. < Хт
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Изм
Лист
№ документа
Подпись
Дата
На шпинделе рекомендуется устанавливать минимальное число колес и располагать их по возможности ближе к передней опоре. Одиночные понижающие передачи предпочтительно конструировать ближе к шпинделю. Более высокие частоты вращения уменьшают крутящие моменты, поэтому они должны быть смещены к промежуточным валам.
Для нашего примера, в соответствии с приведенными выше требованиями к компоновке коробки скоростей выбираем следующий
вариант структурной формулы:
Z = 7 = 21
× 22
× 23
При выборе данного варианта соблюдаются условия:
- Число передач в группе 2.
- Основная и переборная группа имеют одинаковое число ступеней равное 2.
- Характеристики групп возрастают по мере приближения к шпинделю
(Х0
= 1 – основная группа, Х2
= 2 –первая переборная группа, Х3
= 3 – вторая переборная группа)
Кинематическая схема для выбранного варианта структурной формулы приведена на рис. 1.
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Изм
Лист
№ документа
Подпись
Дата
рис. 1
6. Построение структурной сетки
Структурная сетка дает представление о количестве передач между валами, знаменателе и диапазоне регулирования элементарных коробок, последовательности включения передач для обеспечения ряда частот вращения шпинделя. Структурная сетка характеризует закономерности изменения передаточных отношений в групповых передачах при изменении частот вращения шпинделя по геометрическому ряду.
Число валов в коробке равно (m+1), соответственно
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Изм
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Структурная сетка строится в следующем порядке (см. рис. 3):
1). На чертеже в произвольном масштабе построим структурную сетку. Количество вертикальных прямых, равное (m +1), соответствует числу валов коробки, в нашем случае, при m = 3, число валов – четыре.
2). На равном расстоянии друг от друга наносим столько горизонтальных прямых, сколько ступеней частот вращения имеет проектируемая коробка. В нашем случае,
число ступеней равно 7 (рис. 2.).
3). Наносим на линии четвертого вала (без указания величин) точки n1 – n7,- изображающие частоты вращения шпинделя. Первый вал имеет одну частоту вращения, следовательно на вертикальной линии первого вала наносим исходную точку 0 симметрично относительно nmin
= n1
и nmax
= n7
, на уровне n4
.
4). Первая группа состоит из двух передач, поэтому из точки О проводим два луча, при этом первому множителю 21
соответствует характеристика х = 1, т.е. на вертикальной линии вала на структурной сетке расстояние между точками 1 – 2 равно одному интервалу Для следующего множителя 22
характеристика х = 2, а расстояние между точками 3 – 5 и 4 – 6 равно двум интервалам, для множителя 23
характеристика равна х = 3 и расстояние между n1
– n4
, n2
– n5
, n3
– n6,
n4
– n7
равно трем интервалам.
5). Полученные точки соединяем лучами.
7. Анализ структурной сетки
7.1. Симметричность и веерообразность расположения лучей.
Структурная сетка симметрична в пределах каждой группы.
7.2. Проверка оптимальности выбранного варианта сетки по диапазону регулирования.
R = jХпп (
Z
пп -1)
,
где Zпп– число передач (ступеней) последней переборной коробки. В примере Zпп (Z2
) равно 2. Хпп – характеристика последней переборной коробки (хпп
=3).
Условие оптимальности R£ [R], где [R] = 8
В примере R
= 1,26 3(2-1)
= 2
<
8
Все условия соблюдены, следовательно выбранный вариант структуры можно считать оптимальным.
График частот вращения (структурный график) (рис. 4) является видоизмененной структурной сеткой. Он показывает действительные значения частных передаточных отношений передач и частот вращения валов.
Для построения графика частот вращения необходимо рассчитать числа оборотов шпинделя по формуле
ni
= n min
× jn-1
Для нашего примера при j = 1,26
n
1
=
nmin
= 125 обмин
n
2
=
nmin
×
j
1
= 157,5 обмин
n
5
=
nmin
×
j
4
= 315,06 обмин
n
3
=
nmin
×
j
2
= 198,45 обмин
n
6
=
nmin
×
j
5
= 396,97 обмин
n
4
=
nmin
×
j
3
= 250,05 обмин
n
7
=
nmin
×
j
6
= 500,19 обмин
Принимаем в соответствии с нормальными рядами чисел в станкостроении следующие значения чисел оборотов шпинделя:
n
1
=
nmin
= 125 обмин
n
2
=
nmin
×
j
1
= 160 обмин
n
5
=
nmin
×
j
4
= 315 обмин
n
3
=
nmin
×
j
2
= 200 обмин
n
6
=
nmin
×
j
5
= 400 обмин
n
4
=
nmin
×
j
3
= 250 обмин
n
7
=
nmin
×
j
6
= 500 обмин
Выполним анализ по отклонению D n % £± 10 (j-1)
В нашем примере
D n % £± 10 (1,26-1) = 2,6 %
Сравнивая расчетные и стандартные значения частот вращения шпинделя, можно увидеть, что наибольшая разность соответствующих частот вращения имеет место для n6
и составляет 0.76 % что меньше допускаемого отклонения.
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Изм
Лист
№ документа
Подпись
Дата
8. Анализ структурного графика (графика частот вращения).
Анализграфика частот вращения производится по показателям:
Так как электродвигатель имеют большую частоту вращения nэд
=750 обмин, то предполагается использовать зубчатую или ременную передачу между валами 0 и 1.
Передаточные отношения должны удовлетворять двум условиям:
1) Передаточное отношение в группах должно постепенно уменьшаться по мере приближения к шпинделю.
2) Для ограничения размеров зубчатых колес и радиальных габаритов коробок скоростей нормалями станкостроения установлены пределы передаточных отношений:
Числа зубьев рассчитываем отдельно для каждой группы передач, используя частные передаточные отношения, найденные по графику частот вращения.
При расчете необходимо соблюдать следующие условия:
- минимальные числа зубьев ведущего колеса 18-20, максимальные для ведомого колеса - 100.
- для обеспечения постоянства межосевого расстояния суммы чисел зубьев сопряженных колес должны быть равными, т.е.
Z1
+ Z2
= Z3
+ Z4
= Z5
+ Z6
= … = const
где Z1
, Z3
, Z5
, …- числа зубьев ведущих зубчатых колес элементарной двухваловой передачи; Z2
, Z4
, Z6
, …- соответствующие им числа зубьев ведомых зубчатых колес.
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Изм
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Определим фиктивные числа зубьев для колес коробки методом наименьшего общего кратного (НОК)..
Для основной группы они определяются исходя из равенства:
A : B = Z1
: Z2
=
j
0
= i1
; C : D = Z3
: Z4
=
j
-1
=
i2
;
Для первой переборной группы исходя из равенства:
E : F = Z5
:Z6
=
j
0
=
i3
;
G : H = Z7
: Z8
=
j
-2
=
i4
;
Для второй переборной группы исходя из равенства:
K : L = Z9
: Z10
=
j
0
=
i5
; M : N = Z11
: Z12
=
j
-3
=
i6
,,
где А, В, C, D, E, F, G, H, K, L, M, N – простые целые числа, которые являются фиктивными числами зубьев.
Для основной группы передач получаем:
А = 1, В = 1,
C
= 4,
D
= 5,
Для первой переборной группы передач:
E = 1, F = 1,G = 7, H =11,
Для второй переборной группы передач:
K = 1, L = 1, M = 1, N = 2
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Изм
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Определим наименьшее общее кратное Sz
Для определения Sz используем правило: «Sz равно наименьшему общему кратному сумм простых целых чисел для данной группы передач»
Для основной группы передач
A + B = 1+1 = 2
C
+
D
= 4+5 =9 ,
следовательно Sz = 18
Для первой переборной группы передач
E + F = 1+1 = 2
G + H = 7+11 = 18, следовательно Sz = 18
Для второй переборной группы передач
K + L = 1 + 1 = 2
M + N = 1+2 = 3, следовательно Sz = 6
Вычислим расчетные числа зубьев:
Для основной группы передач:
Z1
= Sz × A / (A + B) = 18× 1 / (1 + 1) =9
Z2
= Sz× B / (A + B) = 18 × 1/ (1 +1) = 9
Z3
= Sz × C / (C + D) = 18× 4 / (4 + 5) = 8
Z4
= Sz × D / (C + D) = 18 × 5/ (4 + 5) = 10
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Изм
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Для второй переборной группы передач:
Z5
= Sz × E / (E + F) = 18× 1 / (1+ 1) = 9
Z6
= Sz × F / (E + F) = 18× 1 / (1 + 1)= 9
Z7
= Sz× G / (G + H) = 18× 7 / (7 + 11) = 7
Z8
= Sz× H / (G + H) = 18 × 11/ (7 + 11) = 11
Для третьей переборной группы передач:
Z9
= Sz× K / (K + L) = 6× 1 / (1 + 1) = 3
Z10
= Sz× L / (K + L) = 6 × 1/ (1 + 1) = 3
Z11
= Sz × M / (M + N) = 6 × 1 / (1+ 2) = 2
Z12
= Sz × N / (M + N) = 6 × 2 / (1 + 2)= 4
Определим действительные числа зубьев колес коробки скоростей
Так как минимальное число зубьев колес должно быть не меньше 18, то увеличим количество рассчитанных чисел зубьев в 2,5 раза для основной и первой переборной группы, и в 10 раз для второй переборной группы. Таким образом, после умножения получаем:
Произведем проверку на равенство сумм чисел зубьев, с целью обеспечения одинакового межосевого расстояния для всех передач в одной группе.
Для основной группы:
Z1
+ Z2
= Z3
+ Z4
= 22 + 23 = 20 + 25 = 45
Для первой переборной группы:
Z5
+ Z6
= Z7
+ Z8
= 27+ 27 = 21+ 33= 54
Для второй переборной группы:
Z9
+ Z10
= Z11
+ Z12
= 27+ 27 = 18 + 36 = 54
Условие постоянства суммы SZ
соблюдается.
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Изм
Лист
№ документа
Подпись
Дата
11. Расчет энергосиловых параметров коробки скоростей и выбор электродвигателя
Выбор электродвигателя. Принимаем электродвигатель по ближайшей частоте вращения.
n = 750 обмин
Определим, что подача от электродвигателя на первый вал коробки скоростей ременная. При выборе ременной передачи общий КПД коробки скоростей определяется по формуле:
hо
= hрп
× hпк,
× hзк
где к – количество пар подшипников качения в коробке скоростей.
h
о
=
h
рп
×
h
пк
×
h
зк
= 0,96×0,994
×0,973
= 0,84
Рассчитаем потребляемую мощность на электродвигателе станка:
Рэд
= Рст
/ hо
= 4,8 / 0,84 = 5,71 кВт,
где Рст
- мощность станка, кВт; hо
- общий КПД коробки скоростей.
Принимаем электродвигатель. 4А160S8
Мощность Рэд
= 7,5 кВт, асинхронная частота вращения ротора
nа
= 730 обмин
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Изм
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Рассчитаем передаточное число ременной передачи с учетом коэффициента скольжения по формуле:
iрем
= n1
/ (na
´ 0,985) = 500 / (730 х 0,985) = 0,695
Рассчитаем диаметр ведущего шкива по формуле:
3
d1
= k ´ T0
где T0
- крутящий момент на валу электродвигателя, Н ´ м;
к = 40 для клиноременной передачи
T0
= 9550 Рэд
/ na
Для нашего примера T0
= 9550 ´ 7,5/ 730 = 98,12 Н ´ м
3
Диаметр ведущего шкива равен
d1
= k ´ T0
= 40 ´ 98,12 = 184,5 мм
Расчетный диаметр шкива округляем до ближайшего стандартного значения по ГОСТ 17383 - 73.
d1
= 180 мм.
3.8.6 Рассчитаем диаметр ведомого шкива:
d2
= d1
/ iрем
= 180 / 0,695 = 258,99 мм
Округлим d2
до стандартного значенияиз ряда по ГОСТ 17383 - 73
d2
= 250 мм.
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Изм
Лист
№ документа
Подпись
Дата
3.8.7 Рассчитаем фактическое передаточное отношение ременной передачи:
Предварительный расчет диаметров валов выполняют из расчета на кручение, так как нет данных о расстоянии между опорами, необходимых для учета изгибных напряжений.
Предварительных расчет диаметров валов производится по формуле:
3
di
= 5´Тi
/ [t]
где Тi
– максимальный крутящий момент для рассчитываемого вала, Н*мм; d - диаметр рассчитываемого вала, мм;
[t] -допускаемое значение напряжений кручения, МПа.
Для валов из конструкционных среднеуглеродистых марок сталей 45, 50 принимают [t] = 20 МПа
Диаметр промежуточных валов округлим до ближайших больших стандартных значений по ряду Ra 40.
Диаметр шпинделя в переднем подшипнике принимаем в зависимости от мощности электродвигателя (табл. 6).
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Изм
Лист
№ документа
Подпись
Дата
3
3
3
d1
= 5´222300 / 20 = 38 мм, принимаем d1
= 38 мм
d2
= 5´213500 / 20 = 37,6 мм, принимаем d2
= 38 мм
3
d3
= 5´204750 / 20 = 37 мм, принимаем d3
= 38 мм
d4
= 5´195000 / 20 = 36,5 мм, принимаем d4
= 38 мм
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Изм
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Литература
1. Анурьев В.И. Справочник конструктора – машиностроителя: в 3т.
М.: Машиностроение, 1985. Т.2, 559 с.
2. Проектирование металлорежущих станков и станочных систем:
проектирование металлорежущих станков; Справочник –
учебник/под ред. А. С. Проникова._ М, Машиностроение,1995.-448 с.
4. Проников А. С. Расчет и конструирование металлорежущих станков.
Учеб. для ВУЗов.- М.: Высш. Школа,- 2000.-
5. Тарзиманов Г. А. Проектирование металлорежущих станков. М.:
Машиностроение,- 1980, - 280 с.
6. Шейнблит А. Е. Курсовое проектирование деталей машин: учебник
для техн..- М Высшая школа. – ФГИПП.- 1999.- 432 с..
7. 7. Дунаев Леликов Курсовое проектирование деталей машин: учебник для ВУЗов.- М Высшая школа. 1999.- 420 с.
8. Кочергин А. А, Конструирование и расчет металлорежущих станков
и станочних комплексов: Учеб. пособие для ВТУЗов.- Минск. –
Вышейш. школа. – 1991, 382 с.
9. Левятов Д.С. Расчеты и конструирование деталей машин: Учеб. для