Технология

Расчет и проектирование коробки скоростей к операционному токарному станку


      МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «СТАНКИН»



                     КАФЕДРА ОСНОВ КОНСТРУИРОВАНИЯ МАШИН



                               КУРСОВОЙ ПРОЕКТ



На тему: Рассчитать и спроектировать коробку скоростей к операционному
токарному станку.



                                Вариант 2/11



                Выполнил:                     студент гр. ВТ-6-1 Тулаев П.А.
              Проверил:                                        Степанов А.А.



                                 МОСКВА 2001



Дано:
      Твых max = 138 H(m
      nmin = 340 мин –1
      ? = 1,41
      n0 = 1000 мин –1
      Тип фрикционной муфты ЭМ
      Тип передачи (U = 1) или муфты на выходном валу клиноремённая
      Коробку установить на литой плите
      Срок службы коробки tч = 12(103 часов



Кинематический расчёт



      Выбор электродвигателя

Т = 9550 р/п

      Расчётная мощность на выходе
Рвых = [pic]

Рэл’ = [pic]

побщ = п2оп( п2пр
побщ = 0, 9952( 0, 982 [pic]0, 990025( 0, 9604 = 0, 95082

Рэл’ = [pic]     (это в       )

Тип двигателя :                             Тип исполнения:
4А132S6У3                                    М300



Рн = 5, 5 кВт


п0 = 1000

пп = 965 мин-1

[pic]

[pic] <20% - недогрузка электродвигателя
[pic]=> тип двигателя выбран правильно

      Определение частот вращения выходного вала
п1 min = 340 об/мин
п2 min = n1( ? = 340( 1,41 = 479,4 об/мин



      Определение общих передаточных чисел
Uобщ 1, 2 = [pic]Uпр2 13( Uпр1
Uобщ 1 = [pic]    (1) = Uпр1(Uпр2
Uобщ 2 = [pic]   (2) = Uпр1(Uпр3

      Выбор передаточных чисел отдельных пар
Uпр max = 4

Разбиение Uобщ по ступеням приводят к Uобщ min
Здесь можно выявить следующие пары:
[pic]
[pic] = [pic]
[pic]

      Определение чисел зубьев прямозубых колёс
[pic]
[pic]            т.к. aw = const
[pic]
                       [pic]

      Проверка частот вращения
[pic]          [pic]
[pic]         [pic]

[pic]%
т. к. [pic]кинематика выбрана удовлетворительно

[pic]мм – диаметры шкивов на выходе
пz = min
30,965>24(nII
[pic]при ТII и пII ?bd = 0,3 – рассчитываемая передача



      Определение мощности на валах

Рэл = 5,5 кВт
РI   = Pэл(?пр(?оп = 5,5(0,98(0,995 = 5,36 кВт
РII  = PI(?пр(?оп = 5,36(0,98(0,995 = 5,23 кВт
РIII = PII(?оп(?кл.р = 5,23(0,995(0,96 = 4,995 кВт

      Определение частот вращения  валов
nI = nH([pic]= 965([pic]= 675,5 мин-1
nII1 = nI([pic]= 675,5([pic]= 337,75 мин-1
nII2 = nI([pic]= 675,5([pic]= 482,499 мин-1
nIII1 = nII1(U = 337,75 мин-1
nIII2 = nII2(U = 482,499 мин-1


Определение вращающих моментов

Т = 9550 [pic]
Тэл = 9550([pic]= 9550([pic]= 51,103 H(м
TI = 9550([pic]= 9550([pic]= 75,7 H(м
TII = 9550([pic]= 9550([pic]= 147,8 ? Tmax = 138 H(м



      Проектировочный расчёт валов

? = [pic]
dbI = 110([pic]= 32,8 мм
dbII = 110([pic]= 38,8 мм
dbIII = 110([pic]= 35,09 мм


                              Итоговая таблица


|№ вала     |Pi         |ni         |Ti         |dbi        |
|Эл         |5,5        |965        |51,103     |38         |
|I          |5,36       |337,75     |75,7       |32,830     |
|II         |5,23       |482,499    |147,8      |38,80      |
|III        |4,995      |482,499    |138        |35,08      |



Расчёт прямозубой цилиндрической передачи


т.к.  у шестерни Z3 наименьшее число зубьев (zmin), то рассчитывать будем
её = [pic]


      Проектировочный расчёт

      а) на контактную выносливость
d1H = Kd([pic]
Kd = 770 (сталь)
TI = 75,7 Н(м
?bd = 0,3 – коэффициент ширины зуба
KH? = 1,07 по таблице 1.5
HB > 350
[pic]> 6 (менее жёсткий вал)
[pic]
Cos ? = 1 т.к.  прямозубая цилиндрическая передача

далее по таблице 6.5
Ст40х + термическая обработка, закалка в ТВЧ
?НР = 900 МПа
?FP = 230 МПа
?НР = ?НР’(KHL = 900(1 = 900МПа
NHO = 8(107 циклов
NFO = 4(106 циклов
t14=t24=[pic]

NHE = 60(tч(nI = 60(6(103(675,5 ? 24(107 циклов
KHL = [pic]= [pic] 1
т.к. NHE > NHO, то KHL = 1


dIH = [pic]= [pic]мм
mH = [pic]мм

      б) на изгибную выносливость
mF = [pic]
Km = 13,8 (сталь, прямозубая)
ТI = 75,7 H(м
Z3 = 24
?bd = 0,3
УF3 = Z3 и “Х” = 3,92 (по таблице)
?Fp = ?Fp’(KFL
KFL = [pic] 1
KF? = 1,15 по таблице 1. 5

Для постоянного режима
NFE = NHE = 24(107
т.к. NFE>NF0, то KFL = 1
?FP = 230(1 = 230 МПа
mF = 13,8[pic]2,7мм
mH = 2,55мм   mF = 2,7мм
ГОСТ: 2,0; 2,25; 2,5; 2,75; 3,0; 3,5…
по ГОСТ выбираем 2,75мм


      Проверочный расчет прямозубой передачи

а) на контактную выносливость
?Н = ZM(ZH(Z?[pic] ?HP
ZM = 192 (сталь-сталь)
ZH = 2,49 (x=0, ?=0)
Z? = [pic]
?? =                                      = 1,88-3,2(([pic]) = 1,68
Z? = [pic] = 0,88
dIII = [pic]
b = ?bd(dI = 0,3(66 = 19,8 мм (принимаем b=20)
U = 2         [pic]
FtI = [pic]
KH? = 1 (прямозубая передача)
KH? = 1,07
KHv = [pic]
FHv = ?H(д0(v(b[pic]
?H = 0,014 (для прямозубой НВ>350 и без модификации)
д0 = 47 (для 7 й степени точности)
vI = [pic]
aw = [pic]
FHv = 0,014(47(2,33(19,8([pic]= 213,5 H
KHv = 1+[pic]
?H = 192(2,49(0,88([pic]МПа
730МПа < 900МПа



                       Расчет на изгибную выносливость

?F = УFI(У?(У?([pic] ?FP
УFI = 3,92
У? = 1 (прямозубая)
У? = 1 (?=0)
FtI = 2336 H
b = 19,44 мм
m = 2,75 мм
KF? = 1(прямозубая)
KF? = 1,15
KFv = 1+[pic]
FFv = ?F (д0(vI(b([pic]
?F = 0,016 (прямые без модификации НВ>350)
FFv = 0,016(47(2,33(20([pic]= 246 H
KFv = 1+[pic]= 1,09
?F = 3,92(1(1([pic]= 205 МПа
205 МПа < 230 МПа
SF = [pic]= 1,12



Расчёт клиноремённой передачи
Тип ремня  Б
Нормального сечения по ГОСТ 1284.1 и по ГОСТ 1284.3

Характеристики и размеры (по таблице 9.13)
в0 = 17 мм
вр = 14 мм
h = 10,5 мм
А1 = 138 мм2
d1min = 125 мм
q = 0,18 кг/м
L = 800…6300 мм
Т1 = 50…150 Hм

Диаметры шкивов
[pic]мм – диаметры шкивов на выходе
округляем по табл.  9. 3 до значения 160 мм
dp1=dp2=160 мм

Фактическая частота вращения ведомого вала
n2 = 482.499 мин-1

Скорость ремня
[pic]
V = 4 м/с


Окружная сила
Ft = [pic]= 1189 Н

Межосевое расстояние
[pic] мм
причём amin < a < amax , где
amin = 0,55((d1+d2)+h = 0,55((160+160)+10,5 = 186,5 мм
amax = 2((d1+d2) = 2((160+160) = 640 мм

Длина ремня

L ?

L ?                                                                 мм
Принимаем стандартную длину ремня по таблице 9.14
L = 1000 мм



Окончательное межосевое расстояние


, где

? = L - ?(dср = 497,6

dср = [pic]= 160 мм

  = 0

мм


Наименьшее межосевое расстояние

(необходимое для монтажа ремня)
aнаим ? a – 0,01(L ? 238,8 мм



Наибольшее межосевое расстояние

(необходимое для компенсации вытяжки ремня)
aнаиб ? a + 0,025(L ? 273,8 мм


Коэффициент режима


Ср = 1 т.к. токарный станок (по табл. 9.9)



Угол обхвата ремня на малом шкиве

[pic]
[pic]

Коэффициент угла обхвата
Са = 1 (по табл. 9.15)


Частота пробегов ремня, С -1


i = [pic]


i = [pic]



Эквивалентный диаметр ведущего шкива


 de = d1(Kи ,  где


                                                  =1


=> de = 160 мм


приведённое полезное напряжение



[?F] = 2,5 МПа


Допускаемое полезное напряжение

[?F] = [?F]0(Ca(Cp = 2,5(1 = 2,5 МПа


Необходимое число клиновых ремней

Z’ = [pic]

Коэффициент неравномерности распределения нагрузки по ремням
Сz = 0,95 (по табл. 9.19)



Число ремней

[pic]
принимаем  Z = 3


Коэффициент режима при односменной работе

Cp’ = 1 (по табл. 9.9)


Рабочий коэффициент тяги

? = 0, 67(Ca(Cp’ = 0,67(1(1 = 0,67
Коэффициент    m = [pic]


Площадь сечения ремней

A = A1(Z
A = 138(3 = 414 мм


Натяжение от центробежных сил

Fц = 10-3(?(A(V2 , где
Плотность ремней   ? = 1,25 Г/см3
Fц = 10-3(1,25(414(42 = 8,28 Н



Натяжение ветвей при работе

F1 = Ft([pic]+Fц
F2 = Ft([pic]+Fц
F1 = 1189([pic]+8,28 = 1490,13 H
F2 = 1189([pic]+8,28 = 301,13 H


Натяжение ветвей в покое

F0 = 0,5((F1+F2)-x(Fц  , где
коэффициент x = 0,2
F0 = 0,5((1490,13+301,13)-0,2(8,28 = 893,974 H


Силы действующие на валы при работе передачи

[pic]


Fa = 1774,7 H


Силы действующие на валы в покое

Fa0 = 2(F0(sin[pic]
Fa0 = 2(893,974 (sin[pic] 1787,9 H


Размеры профиля канавок на шкивах

(выбираются по табл. 9.20)
H = 15
B(b) = 4,2
t = 19
f = 12,5
? = 34°…40°


Наружный диаметр шкивов

 de1 = de2 = dp1,2+2(b
de1,2 = 168+2(4,2 = 176,4 мм



Внутренний диаметр шкивов

df1 = df2 = de1,2 –2(H
df1,2 = 176,4 - 2(15 = 146,4 мм


Ширина ремня


B = Z(t

B = 3(19 = 57 мм


Ширина шкива

M = 2(f+(Z-1)(t
M = 2(12,5+(3-1)(19 = 63 мм



Определение геометрических параметров


di = [pic]
dai = di+2m
dti = di-2,5m
b = ?bd(di

d1 =[pic][pic]мм
da1 = 82,5+2(2,75 = 88 мм
dt1 = 82,5-2,5(2,75 = 75,625 мм
b1 = 0,3(82,5 = 24,75 мм

d2 = [pic]мм
da2 = 115,5+2(2,75 = 121 мм
dt2 = 115,5-2,5(2,75 = 108,625 мм
b2 = 0,3(115,5 = 34,65 мм

d3 = [pic]мм
da3 = 66+2(2,75 = 71,5 мм
dt3 = 66-2,5(2,75 = 59,125 мм
b3 = 0,3(66 = 19,8 мм

d4 = [pic]мм
da4 = 132+2(2,75 = 137,5 мм
dt4 = 132-2,5(2,75 = 125,125 мм
b4 = 0,3(132 = 39,6 мм

d5 =[pic][pic]мм
da5 = 82,5+2(2,75 = 88 мм
dt5 = 82,5-2,5(2,75 = 75,625 мм
b5 = 0,3(82,5 = 24,75 мм

d6 = [pic]мм
da6 = 115,5+2(2,75 = 121 мм
dt6 = 115,5-2,5(2,75 = 108,625 мм
b6 = 0,3(115,5 = 34,65 мм

aw = 99 мм  (для всех колёс)



|dt  |di|da|



Определение усилий действующих в зацеплении


Tэл = 51,103 H(м
[pic]H
[pic]H

T1 = TI = 75,7 H(м
[pic]H
[pic]H



                            Выбор и расчёт муфты


Электромагнитная фрикционная муфта с контактным  токоподводом и постоянным
числом дисков тип ЭТМ…2.


[pic]
(=1,3…1,75 коэффициент сцепления
[P]p – удельное давление
[P]p=[P](Kv
Kv = [pic]
Vcp = [pic]
Дср = [pic]
f = 0,25…0,4 (сталь феродо)-сухие
[P] = 0,25…0,3 Мпа –сухие
T = 75,7 H/м
i = 2(Zнар = 2(3 = 6
n = 337,75 об/мин
Дн = 53 мм
Дв = 45 мм
Дср = [pic]
Vcp = [pic]
P = [pic]
Kv = [pic]
Kv ( 1
[P]p = 4,17(0,9 = 3,75

P<[P]p



                                    [pic]



                    Расчёт валов на статическую прочность


                                Расчёт вала I

[pic]


Ft2 = 1239 H


Ft3 = 2336 H


Fr2 = 451 H


Fr3 = 850,4 H


T = 75,7H(м


Ст 45 термообработка, улучшение


[pic]


( МAг = 0


Бг = [pic]

( МБг = 0
Аг = [pic]
( МАв = 0
Бв = [pic]
( МБв = 0
Ав = [pic]
Определение наибольшего изгибающего и вращающего моментов в опасном сечении
Принимаем [pic]
По эпюрам и реакциям находим максимальный изгибающий момент.
[pic]
Tmax = 1,5(T = 1,5(75,7 = 113,55 H(м
Определение эквивалентного напряжения в опасном сечении
По эмперической теории прочности
(экв = [pic]
запас прочности по пределу текучести в опасном сечении

для стали 45

НВ(200   (Т = 280Мпа
[pic]      [pic]



                               Расчёт вала II

[pic]


Ft4 = 850,4 H


Ft4 = 2336 H


R = 1189 H


T = 147,8 H(м


Ст 45 термообработка, улучшение


[pic]


( МAг = 0


Бг = [pic]

Аг = Fr4 – Бг + R = 850,4-1746+1189=293,4
( МАв = 0
Бв = [pic]
Ав = -Ft4 + Бв  = 511-2336=-1825
Определение наибольшего изгибающего и вращающего моментов в опасном сечении
Принимаем [pic]
По эпюрам и реакциям находим максимальный изгибающий момент.
[pic]
Tmax = 1,5(T = 1,5(147,8 = 221,7 H(м
Определение эквивалентного напряжения в опасном сечении
По эмперической теории прочности
(экв =[pic]
запас прочности по пределу текучести в опасном сечении

для стали 45

НВ(200   (Т = 280Мпа
[pic]      [pic]



Расчёт на сопротивление усталости вала II

[pic][pic]
имеем 2 опасных сечения (I и II)
МГ I = АГ(0,035 = 293,4(0,035 = 10,3 H(м
МГ II = Ft(0,05 = 1189(0,05 = 59,45 H(м
МВ I = АВ(0,035 = 1825(0,035 = 63,8 H(м
Суммарные значения изгибающих моментов
[pic]
[pic]
Определение нормального напряжения в опасных сечениях
[pic]
( = 0,5(Kv-1) = 0,5(1,2-1) = 0,1
dв = 45мм
WuI = [pic]
WuII = [pic]
[pic] Мпа
[pic] Мпа
(m = 0 (для симметричного цикла)
Определение касательных напряжений
(а = (m = [pic]
Wk = [pic]
(аI = (mI = [pic]МПа
(аII = (mII = [pic]Мпа



Расчёт эффективного концентратора напряжения
[pic]
[pic]
I (( = 0,83   (( = 0,77    (dв=45мм)
II (( = 0,83   (( = 0,77  (dв=45мм)

I   (  /обточка (в = 560  K(п = K(п = 1,05

II   (  /шлифование (в = 560  K(п = K(п = 1,0
I (в = 560 и шпоночная канавка
 K( = 1,76
K( = 1,54
II (в = 560
[pic]  [pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]



Определение запаса прочности по усталости
[pic]
[pic]
(( = (( = 0
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
nmin = 1,5…1,8
[pic]



Расчёт подшипников на долговечность


Расчёт подшипников на валу I

Влевой и правой опорах шариковый радиальный подшипник
( вала = 35мм
n = 1000 об/мин
долговечность L10h = 10(103часов

Расчёт опоры

1)Шариковый радиальный средней серии 307
d(D(B = 35(80(21
Cr = 26200

2)Находим эквивалентную нагрузку
PE = (XVFr + YFa)KT(K(
K( = 1,3
V = 1 (при вращающемся вале)
KT = 1 (t<100()
Опора воспринимает только радиальную нагрузку
(Fr = R1 = 1239 H
т.к. Fa = 0  то,  [pic] и это < e, где e величина >0
и называется коэффициентом осевого нагружения, товсегда Х=1
PE = (1(1(1239 +0)(1(1,3=1610,7 Н

3)Определение динамической грузоподъёмности
[pic]
р = 3 (т.к. подшипник шариковый)
[pic]
Стреб0
и называется коэффициентом осевого нагружения, товсегда Х=1
PE = (1(1(2336 +0)(1(1,3=3036,8 Н

3)Определение динамической грузоподъёмности
[pic]
р = 3 (т.к. подшипник шариковый)
[pic]
Стреб0
и называется коэффициентом осевого нагружения, товсегда Х=1
PE = (1(1(2336 +0)(1(1,3=3036,8 Н

3)Определение динамической грузоподъёмности
[pic]
р = 3 (т.к. подшипник шариковый)
[pic]
Стреб43,7Нм



                         Расчёт механизма управления

[pic]
arcsin (/2 = Ѕ хода/радиуса
2a – перемещение камня в пазе блока зубчатых колёс
R = A1+a
А1 – расстояние от оси вала зубчатого колеса до оси поворота рычага
а – половина высоты дуги, описываемой осью камня, при перемещении зубчатого
колеса из одного крайнего положения в другое.
R = 94 + 2 = 96мм



                                  Введение

Коробка скоростей двухступенчатая с передвижными зубчатыми колёсами.
      Данная коробка скоростей рассчитана и спроектирована Тулаевым Петром
Алексеевичем.
      Она предназначена для ступенчатого изменения частоты вращения
выходного вала и передачи вращательного момента электродвигателя на шкив
передней бабки высокоточных металлорежущих станков, но может быть
использована и в приводах других машин.
      Вращательный момент сообщает индивидуальный электродвигатель 4А132S6У3
тип исполнения М300
      ( Р = 5,5кВт, п = 965 мин-1 ). Зубчатое колесо 28 (лист 1) вращается
электродвигателем и сообщает вращательный момент колесу 21 (лист 1),
которое через электромагнитную муфту 45 (лист 1)передаёт его на шлицевой
вал 22 (лист 1), далее через коробку передач, шкив 15 (лист 1) и клиновыми
ремнями передаётся на шкив передней бабки станка.
      В связи с жёсткими требованиями предъявляемыми к высокоточным станкам,
коробка скоростей располагается  отдельно от станка внутри тумбы на
специальной плите рядом с передней бабкой. Так как  вибрация от
электродвигателя и коробки скоростей неблагоприятно влияет на процесс
резания, вращательный момент передаётся на станок при помощи клиновых
ремней.



                                 Содержание

   1. Введение, описание конструкции
   2. Выбор двигателя, кинематический расчёт
   3. Итоговая таблица
   4. Расчёт прямозубой цилиндрической передачи
   5. Расчёт клиноремённой передачи
   6. Определение геометрических параметров
   7. Определение усилий действующих в зацеплении
   8. Выбор и расчёт муфты
   9. Схема загрузки валов в аксонометрии
   10. Расчёт валов на статическую прочность
   11. Расчёт на сопротивление усталости вала II
   12. Расчёт подшипников на долговечность
   13. Расчёт шлицевых и шпоночных соединений
   14. Расчёт механизма управления
   15. Список используемой литературы
   16. Спецификация



                       Список используемой литературы

   1. «Детали машин» атлас конструкций, Решетов Д.Н.  I,II часть 1992г.
   2. «Детали машин» курсовое проектирование   учебное пособие для
      техникумов, Дунаев П.Ф., Леликов О.П. 1984г.
   3. «Конструирование узлов и деталей машин» учебное пособие для студентов
      машиностроительных специальных вузов, Дунаев П.Ф. 1978г.
   4. «Справочник по муфтам», Поляков В.С., Барбаш И.Д., Ряховский О.А.
      1979г.
   5. «Справочник по муфтам»,  Ряховский О.А., Иванов С.С. 1991г.
   6. «Технология Машиностроения» (специальная часть) учебник для студентов
      машиностроительных специальных вузов,  Гусев А.А., Ковальчук Е.Р.,
      Колесов И.М., Латышев Н.Г., Тимирязев В.А., Чарнко Д.В. 1986г.
   7. «Крышки подшипников, конструкции и размеры» методичка №390, Степанов
      А.А. 1994г.
   8. «Муфты соединительные компенсирующие, конструкции и размеры»
      методичка №301,     Степанов А.А. 1994г.
-----------------------

  М


Z1

Z2

Z3

Z4

Z5

Z6


 М


-

-

-

-

?-

[pic]

-

?

[pic]

[pic]

-

-

-

b

 для Z1…Z6

?35

?35

?40

?45

?45

?50

?40

I

II

III

36X42
шлицы

ЭМ

[pic]

-

[pic]

-

-

[pic]

-

[pic]

-

[pic]

-

 +
           |
 +

 +
           |
 +

[pic]

[pic]

-

[pic]

1,25

0,32

[pic]





смотреть на рефераты похожие на "Расчет и проектирование коробки скоростей к операционному токарному станку "