Дипломная работа: Реконструкция горизонтально-расточного станка повышенной жесткости

hk £ hk+1 £ … £ hm . (16)

Максимальное передаточное отношение в группе umaxk , определится по формуле:

. (17)

При этом должно быть обеспечено выполнение следующего условия:

. (18)

Так как показатель степени Н, как правило, не является целым числом, он не может быть точно представлен суммой целых чисел. Поэтому для сохранения величины общего максимального передаточного отношения вводится дополнительная передача от вала электродвигателя на входной вал, передаточное отношение которой, определится по формуле:

, (19)

. (20)

Выбирается конструктивный вариант привода, для которого выполняется условие:

pa ³ pb ³ … ³ pr , (21)

где ра – число передач в первой от электродвигателя группе;

pr – число передач в последней от электродвигателя группе.

Из числа соответствующих ему кинематических вариантов выбирается тот, для которого справедливо условие:

xa £ xb £ … £ xr , (22)

где ха – характеристика передач первой от электродвигателя группы;

xr – характеристика передач последней от электродвигателя группы.

Для выбранного в первом случае конструктивного варианта, выбирается еще один кинематический вариант, для которого диапазон регулирования в каждой группе передач удовлетворяет условию:

 , (23)

2.5.3 Выбор третьего варианта

Выбирается конструктивный вариант привода с произвольным расположением групп передач. Из числа соответствующих ему кинематических вариантов, выбирается один для которого справедливы условия (22) и (23).

Выбор данного варианта осуществляется за счет изменения распределения общего максимального передаточного отношения по группам передач в одном из ранее выбранных вариантов. При этом обязательным является выполнение условия (23).

Структурная сетка (рисунок 14) строится в соответствии с выбранной формулой структуры привода. В ней находит отражение относительная связь между передаточными отношениями в группах, поэтому лучи для каждой группы проводятся симметрично, а количество интервалов между их концами численно равно характеристике группы, определяемой в соответствии со структурной формулой.

Рисунок 14 – Структурная сетка

График частот вращения (рисунок 15) отражает частоты вращения всех валов привода, включая валы одиночных передач, необходимых для его компоновки. Построение начинают с цепи редукции, обеспечивающей снижение частоты вращения электродвигателя nэд. до nmin на шпинделе. Для дальнейшего построения используется структурная сетка.

Рисунок 15 – График частот вращения

Для определения передаточных отношений используются построенные графики частот вращения.

Передаточное отношение передачи u, определяется выражением:

u = jk , (24)

где k – число интервалов между горизонталями, перекрытых лучами, соединяющими отметки частот вращения на соседних валах.

При определении чисел зубьев исходят из постоянства межосевого расстояния и числа зубьев, определяют по следующим формулам:

, (25)

, (26)

, (27)

 (28)

где z1 и z2 – числа зубьев ведущего и ведомого колес;

z0 – сума чисел зубьев сопряженных колес;

f – числитель передаточного отношения;

g – знаменатель передаточного отношения;

K – наименьшее кратное сумм (f + g);

Е – целое число;

zmin= 18 – минимальное число зубьев.

В соответствии с полученными числами зубьев передач, вычерчивается вариант кинематической структуры (рисунок 16).

Рисунок 16 – Кинематическая структура коробки скоростей

Крутящие моменты на валах Т, Н·м, могут быть найдены по формуле:

 (29)

где Рэд. – мощность на валу двигателя, кВт;

h– КПД участка кинематической цепи от двигателя до рассчитываемого вала;

n – расчетная частота вращения вала, об/мин.

Кинематический расчет коробки скоростей выполнен с использованием программы «SIRIUS 2». Результаты расчета находятся в приложении А.

Для прямозубой цилиндрической передачи модуль mн, мм, определяется по формуле:

 (30)

где Kd – вспомогательный коэффициент; для прямозубых передач Kd = 770;

z1 – число зубьев шестерни;

T1 – вращающий момент на шестерне, Н×м;

u – передаточное отношение передачи;

sНР – допускаемое контактное напряжение, МПа;

KHb – коэффициент, учитывающий распределение нагрузки по ширине венца;

 (31)

где b – рабочая ширина венца зубчатой передачи;

d1 – делительный диаметр шестерни.

Для прямозубой цилиндрической передачи модуль mF, мм, определяется по формуле:

 (32)

где Km – вспомогательный коэффициент; для прямозубых передач Km = 14;

KFb – коэффициент, учитывающий распределение нагрузки по ширине венца при изгибе;

sFP – допускаемое изгибное напряжение, МПа;

YF1 – коэффициент учитывающий форму зубьев шестерни.

Из полученных расчетных значений mH и mF выбирается наибольшее значение и округляется в сторону увеличения до стандартного модуля по ГОСТ 9563– 60. При этом должно выполняться следующее условие:

m1 £ m2 £ … £ mk , (33)

где m1 – модуль зубчатых передач группы, расположенной первой от электродвигателя;

mk – модуль зубчатых передач группы, расположенной последней от электродвигателя.

Для прямозубой цилиндрической передачи межосевое расстояние А, мм, определяется по формуле:

 (34)

где m – стандартный модуль передачи, мм;

z2 – число зубьев зубчатого колеса, сопряженного с шестерней.

При определении межосевых расстояний по группам передач должно выполняться следующее условие:

Aw1 £ Aw2 £ … £ Awk , (35)

где Aw1 – межосевое расстояние передач группы, расположенной первой от электродвигателя;

Awk – межосевое расстояние передач группы, расположенной последней от электродвигателя.

Расчет прямозубой эвольвентной передачи выполнен с использованием программы «SIRIUS 2». Результаты расчета находятся в приложении Б.

2.12 Расчет и построение свертки коробки скоростей

Компоновочная схема разрабатывается в следующем порядке:

а) определяются расстояния между осями валов и проводятся осевые линии.

б) на осях располагаются зубчатые колеса, муфты и другие передачи и механизмы в соответствии с кинематической схемой. При этом нужно обеспечить возможность перемещения подвижных зубчатых колес и муфт, размещения механизмов управления, регулирования подшипников, сборки и разборки узла, а также обратить внимание на то, чтобы передвижные блоки зубчатых колес не сцепились одновременно с двумя неподвижными колесами на смежном валу.

в) вдоль оси каждого вала проставляются все соответствующие конструктивные размеры, что позволяет определить его ориентировочную длину.

1. Выбирается положение оси первого вала.

2. Из центра первого вала проводится окружность радиусом, равным расстоянию между осью первого вала и осью соседнего вала. Любая точка на этой окружности может быть центром этого вала и будет удовлетворять условию зацепляемости колес. Центр выбирается с учетом возможности рационального расположения и остальных валов.

3. Таким же путем определяются центры других валов. При расположении валов необходимо обеспечить простую форму корпуса, удобство его обработки, сборки и разборки. Нужно стремиться располагать центры валов на одних и тех же линиях, как по вертикали, так и по горизонтали, что делает корпус более технологичным.

2.12.3 Определение усилий действующих в зубчатых зацеплениях

На основе построенной свертки выполняется расчетная схема (рисунок 17), представляющая собой условное изображение расчетной цепи зубчатых передач. В полюсе зацепления каждой зубчатой пары, по нормали к боковым поверхностям зубьев, действуют силы Fn, Н, величина которых определяется по формуле:

 (36)

где m и z – модуль и число зубьев зубчатого колеса;

Т – вращающий момент приложенный к валу зубчатого колеса, Н×мм.

Рисунок 17 – Свертка коробки скоростей

Сила Рn12, Н, действующая со стороны шестерни на первом валу на зубчатое колесо второго вала:

Сила Рn23, Н, действующая со стороны шестерни на втором валу на зубчатое колесо третьего вала:

Сила Рn34, Н, действующая со стороны шестерни на третьем валу на зубчатое колесо четвёртого вала:

Сила Рn45, Н, действующая со стороны шестерни на четвертом валу на зубчатое колесо пятого вала:

Сила Рn56, Н, действующая со стороны шестерни на пятом валу на зубчатое колесо шестого вала:

Необходимо определить реакции в каждой опоре с помощью уравнений статики, которые имеют следующий вид:

, , , (37)

где SFkx – сумма всех сил, действующих в плоскости Ozx;

SFky – сумма всех сил, действующих в плоскости Ozy;

SmO(Fk) – сумма моментов сил относительно выбранной точки плоскости.

Критерием для подшипника служит неравенство:

P0 £ C0 , (38)

где Р0 – эквивалентная статическая нагрузка;

С0 – табличное значение статической грузоподъемности выбранного подшипника.

Величины приведенной статической нагрузки для радиальных подшипников определяются как большие из двух следующих значений:

P0 = X0Fr + Y0Fa ; P0 = Fr , (39)

где Х0 – коэффициент радиальной нагрузки;

Y0 – коэффициент осевой нагрузки;

Fr – постоянная по величине и направлению радиальная нагрузка, Н;

Fа – постоянная по величине и направлению осевая нагрузка, Н.

Критерием для выбора подшипника служит неравенство:

Стр. £ С , (40)

где Cтр. – требуемая величина динамической грузоподъемности подшипника;

С – табличное значение динамической грузоподъемности выбранного подшипника.

Требуемая динамическая грузоподъемность Стр, Н, определяется по формуле:

 (41)

где Р – эквивалентная динамическая нагрузка, Н;

n – частота вращения вала для которого подбирается подшипник, об/мин;

Lh – долговечность подшипника, выраженная в часах работы;

a – коэффициент, зависящий от формы кривой контактной усталости.

Эквивалентная динамическая нагрузка Р, Н, для шариковых радиально-упорных подшипников определяется по формуле:

P = (XVFr + YFa)KбKт , (41)

где Fr – радиальная нагрузка, приложенная к подшипнику;

Fa – осевая нагрузка, приложенная к подшипнику;

V – коэффициент вращения;

Kб – коэффициент безопасности;

Kт – температурный коэффициент.

Расчет подшипников качения выполнен с использованием программы

«SIRIUS 2». Результаты расчета находятся в приложении Г.

Под средними участками вала следует понимать участки, на которых расположены шестерни и зубчатые колеса. Определение диаметра производится расчетом на изгиб с кручением.

После завершения расчета, разрабатывается конструкция каждого вала, которая должна обеспечивать возможность сборки коробки скоростей и свободного продвижения зубчатых колес до места посадки.

2.14.2 Расчет валов на усталостную прочность

Расчет сводится к определению расчетных коэффициентов запаса прочности для предположительно опасных сечений валов.

Условие прочности в данном расчете, имеет вид:

 (42)

где n – расчетный коэффициент запаса прочности;

[n] = 1,3 ¸1,5 – требуемый коэффициент запаса для обеспечения прочности;

[n] = 2,5 ¸ 4 – требуемый коэффициент запаса для обеспечения жесткости;

ns – коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям;

nt – коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям.

(43)

где s -1 и t -1 – пределы выносливости для материала вала при симметричных циклах изгиба и кручения, МПа;

sа, tа и sm, tm – амплитуды и средние напряжения циклов нормальных и касательных напряжений, МПа;

ks и kt – эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и при кручении;

es и et – масштабные факторы для нормальных и касательных напряжений;

ys и yt – коэффициенты, учитывающие влияние постоянной составляющей цикла на усталостную прочность.

Можно считать, что нормальные напряжения, возникающие в поперечном сечении вала от изгиба, изменяются по симметричному циклу, тогда:

 (44)

где Мизг. – суммарный изгибающий момент в наиболее нагруженном сечении, Н×мм;

W – момент сопротивления сечения при изгибе, мм3.

Для круглого сечения вала:

 (45)

Для круглого сечения со шпоночной канавкой:

 (46)

где b и t – ширина и высота шпоночной канавки, мм.

Для сечения вала со шлицами:

 (47)

где x = 1,125 – для шлицев легкой серии;

x = 1,205 – для шлицев средней серии;

x = 1,265 – для шлицев тяжелой серии.

Так как момент, передаваемый валом, изменяется по величине, то при расчете принимают для касательных напряжений наиболее неблагоприятный знакопостоянный цикл – отнулевой:

   (48)

где Wк – момент сопротивления вала при кручении, мм3.

Для круглого сечения вала:

 (49)

Для сечения вала со шпоночной канавкой:

 (50)

Для сечения вала со шлицами:

 (51)

2.14.3 Расчет на прочность шпонок и шлицевых соединений

Условие прочности по смятию для призматической шпонки имеет вид:

 (52)

где z – число шпонок;

sсм.– напряжение смятия, МПа;

[s]см. – допускаемое напряжение при смятии, МПа;

lp– рабочая длина шпонки, мм;

d – диаметр вала, мм;

h – высота шпонки, мм.

Условие прочности из расчета на срез шпонки:

 (53)

где [t]ср. – допускаемое напряжение при срезе, МПа.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8