Модернизация токарного станка с ЧПУ модели 16К20Ф3С32 с целью обеспечения возможности обработки поверхностей сложных форм

                                         Н^.м.

По полученным расчетам строим эпюру изгибающих моментов от сил нагружения в горизонтальной плоскости. В вертикальной плоскости  определяем реакции опор:

,

Н,

,

Н.

Определяем изгибающие моменты по участкам:

I участок      ,

                                         Н^.м.

II участок      ,

                                         Н^.м.

III участок      ,

                                          Н^.м,

                                          Н^.м.

По полученным результатам строим эпюру изгибающих моментов в вертикальной плоскости, а также эпюру крутящего  момента.

Определяем эквивалентный момент, действующий на вал по формуле:

   .                                     (4.17)

Подставляя значения, получаем:

Н^.м.

Рис. 4.3Схема расчета и эпюры для вала

По известному эквивалентному моменту определяем наименьший диаметр вала по формуле:

,                                               (4.18)

где - допустимое номинальное напряжение для вала, МПа (для материала вала сталь 40Х принимают [5] ) МПа.

 Подставляя значение, получаем:

мм, мм.

С учетом запаса прочности  на min в 16 мм, получаем значение диаметра вала допустимое при заданных нагрузках.

Диаметры всех участков вала назначаются по конструктивным и технологическим соображениям из стандартного ряда диаметров, но не менее полученного при расчете.

При этом условии не требуется выполнить уточняющий расчет вала по коэффициентам запаса прочности, поскольку он заведомо больше допустимого. Для редукторов, в том числе АКС имеем : .

 

4.5.  Расчет особо нагруженного  зубчатого зацепления

 

Расчет особо нагруженного зубчатого  зацепления (передача, передающая вращение наиболее нагруженному валу при максимальных нагрузках) заключается в прочностном расчете на изгиб, т.е. основным критерием работоспособности зубчатых колес в узлах типа редукторов, в том числе и АКС.

При расчете на изгиб определяется модуль зацепления по наиболее нагруженному колесу, т. е. изготовленному из менее прочного материала или с меньшей твердостью по формуле /4, 20/:

,                                         (4.19)

где - коэффициент передачи, для прямозубых колес ;

      - окружное усилие в зацеплении, Н, по вышеприведенным расчетам     Н;

      - коэффициент долговечности, при упрощенном расчете для реверсивной нагрузки принимаем =1;

     - коэффициент нагрузки;

     - расчетная ширина зубчатого колеса, по конструктивным соображениям принимаем м.;

     - допустимое напряжение на изгиб, МПа.

Коэффициент нагрузки определяется по формуле:

,                                           (4.20)

где - коэффициент распределения, для прямозубых колес принимают =1;

       - коэффициент концентрации, при проектном расчете ;

       - коэффициент динамичности, при известной окружной скорости в передачи м/с, по твердости колеса.

Подставляя известные значения, получим:

.

Допускаемое напряжение на изгиб  определяется по формуле:

,                                               (4.21)

где - предел длительной выносливости зубчатого колеса, МПа; по  материалу и твердости колеса принимаем МПа;

        - запас прочности при изгибе, на материал и твердость колеса принимают .

Подставляя известные значения, определяем модуль зацепления:

м или  мм.

Полученное значение модуля зацепления является минимальным  из расчета на изгиб, округляем до большего значения (требуемого по конструктивным соображениям) из стандартного ряда.

 Исходя из конструктивных  соображений, желательно принимать  одинаковый модуль для всех  передач в редукторе (в том  числе и АКС). При этом допускается  применять модуль меньшего значения, чем расчетный, но при этом  необходимо проводить согласованный расчет на изгиб и контактную прочность.

 

 

 

4.6 Расчет шлицевого соединения

 

Расчет шлицевого соединения проводят на смятие рабочих граней шлицов при  передаче крутящего момента на особо  нагруженном валу (поскольку на выходном валу АКС не используются нагрузочные шлицевые соединения, то расчет ведем по шлицевому соединению на шпинделе) по формуле /4/:

,                                         (4.22)

где - крутящий момент, по приведенным ранее расчетам =3160000 Н^.м;

       - удельный суммарный статический момент площади рабочих поверхностей соединения относительно оси вала, по каталогу для заданного шлицевого соединения принимаем =850 мм³;

       - рабочая длина соединения, по конструктивным соображениям принимаем =25 мм;

      - допускаемое напряжение смятия, для материала вала с учетом коэффициента запаса прочности для шлицевого термообрабатываемого соединения принимаем =800 МПа.

Подставляем значения в  формулу:

.                                                  (4.23)

Полученное значение находится в допустимых пределах, следовательно, шлицевое соединение работает в нормальном режиме.

 

4.7 Расчет шкиво-ременной передачи

 

Расчет шкиво-ременной передачи ведем  по кинематическим данным от электродвигателя к АКС. Расчет начинаем с выбора сечения  ремня /11/.

Подходит ремень сечения Б, технические  данные определяем по каталогу: мм, мм, мм, площадь поперечного сечения см². Расчетная длина мм. мм; минимальный диаметр меньшего шкива мм.

Определяем диаметры шкивов:

Для повышения ресурса работы передачи рекомендуется устанавливать меньший  шкив с расчетным диаметром  , из стандартного ряда принимаем мм, диаметр ведомого шкива , где - передаточное число, по кинематической схеме , следовательно, получаем мм. Уточняем передаточное число с учетом относительного скольжения .

.                              (4.24)

Межосевое расстояние определяем по формуле:

мм  ,            (4.25)

мм .                            (4.26)

Принимаем промежуточное  значение мм.

Определяем расчетную длину  ремней по формуле:

 (4.27)

Ближайшее стандартное  значение мм.

Определяем натяжение  каждой ветви одного ремня  , Н предварительно определив скоростей ремней V и коэффициенты центробежных сил q.

м/с .                           (4.28)

q=0,18 принимаем по каталогу для сечения Б.

.        (4.29)

Полученное значение используют для необходимых силовых расчетов, при которых учитывается влияние клиноременной передачи.

 

4.8 Расчет подшипников

 

Расчет заключается  в определении типов подшипников  в опорах, в данном случае особо  нагруженного вала – выходного вала АКС. Определяем суммарные реакции опор /4, 11/:

,                                          (4.30)

где и - соответствующие реакции в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Н ,                         (4.31)

Н .                         (4.32)

Определяем динамическую грузоподъемность, предварительно задавшись  долговечностью Н, для редукторов общего назначения по формуле:

,                                             (4.33)

где - коэффициент типа подшипника, для радиальных подшипников =10/3, получаем значение динамической грузоподъемности по опорам:

Н,

Н.

По динамической грузоподъемности и диаметру посадочного места  подбираем подшипники в опорах по каталогу:

Опора А: Роликоподшипник радиальный сферический 2-х рядный 3610  4610 ГОСТ 5721-75.

Опора В: Шарикоподшипник радиальный однорядный 310 ГОСТ 8338-75.

Выбранные подшипники желательны к  использованию.

4.9 Определение толщины стенок корпуса

 

При конструировании  литой корпусной детали стенки следует  выполнять одинаковой толщины. Рекомендуемая  толщина стенок для отливок приведена в каталогах, но при этом исходя из жесткости корпуса, не должна быть меньше /10/:

мм,                                      (4.34)

где - крутящий момент на тихоходном валу  Н^.м

 

Подставляем в формулу:

мм.

В конечном итоге выбирается требуемая толщина стенок, учитывая при этом конструктивные особенности.

Таким образом, приведённый расчёт подтвердил правильность выбора направления модернизации по приводу.

 

4.10 Расчет муфты

 

Расчет муфты ведется на критический  передающий крутящий момент, т.е. определением допускаемого крутящего момента  по формуле /4/:

,                                           (4.35)

где - крутящий момент на особо нагруженном валу Н^.м;

- коэффициент режима работы, учитывающий условия эксплуатации, для вращательного движения на  МРС  =1,5.

Н^.м.

Определяем габарит  по усилию сцепления фрикционных  дисков.

 

 

 

4.11  Расчет детали  методом конечных элементов

 

   Проведен расчет  детали «Шток» методом конечных элементов, как задано. Для этого используем программу, установленную на  кафедре АОМП.

Система SOLID WORKS работает по принятым Windovs правилами, к которым относятся многооконный режим работы, настраиваемый пользователем интерфейс, использованием буфера обмена и полная поддержка технологии OLE .

     Процесс  моделирования в системе начинается с выбора конструкционной плоскости, в которой будет построен двухмерный эскиз детали. Потом данный эскиз может быть преобразован с помощью ряда операций в объёмное тело. При создании эскиза доступен полный набор геометрических построений и операций редактирования.

     Эскиз конструктивного  элемента может быть отредактирован  в любой момент времени работы  над моделью. Можно вложить  в размер требуемые связи.  Пользователю предоставляется несколько  различных средств создания объёмного  изображения моделей.

Основными формообразующими операциями является команда добавления и снятия материала. Система позволяет  выдавливать контур с различными конечными условиями, в том числе, на заданную длину до указанной поверхности  или на другие различные условия.

Возможно создание тела по заданным контурам с использованием нескольких образующих кривых (или  выдавливанием контура по заданной траектории).

     В системе  SOLID WORKS строятся литейные уклоны на выбранных гранях модели, полости в твердых телах, фаски  и скругления, а также  любые отверстия, даже сложной формы.

Характеристикой системы  является возможность получения  формы разверток, используемых для  проектирования деталей из листового  металла.

     Создание  твердотельной параметрической  модели системы под- держивает средства твердотельного моделирования, основывающегося на постепенным добавлении или вычитании базовых конструктивных тел. Эскиз для получения базового тела может быть построен на произвольной плоскости.   

     Типовые  инструменты для получения базовых тел изделий таковы. - - выдавливание заданного контура с возможностью указания угла наклона образующей;   -  вращение контура вокруг оси; -  создание твердого тела, ограничиваемого поверхностью перехода между заданными контурами; -    выдавливание контура вдоль заданной кривой (например, построение трубопровода; - построение скруглений и фасок различного вида; - построение уклонов;  - создание различного типа отверстий; - получение развертки тел равномерной толщины  и другие.