Проектирование червячного вала

Скорость резания определим  по формуле (2.2), подставляя найденные  значения:

м/мин

Частота вращения заготовки рассчитывается по формуле:

 

 об/мин,

 

где d – диаметр заготовки.

Примем значение частоты вращения заготовки n=31,5 об/мин (стандартное ближайшее  значение частоты для данного  станка). Пересчитаем действительную скорость резания:

 

м/мин.

 

Определим величину силы резания Py по формуле [2, стр.271]:

 

, (2.5)

 

где Cp – постоянная, Cp=212 [3, стр.273];

x, y, n – показатели степени: x=1, y=0,75, n=0 [2, стр.273];

t =10 мм - длина лезвия резца;

Kp – поправочный коэффициент, рассчитываемый по формуле [2,стр.271]:

 

, (2,6)

 

где KМр – коэффициент, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала на силовые зависимости и рассчитываемый по формуле [2,стр.264]:

 

, (2.7)

 

где n - показатель степени, n=0,75 [2,стр.264];

s - предел прочности, обрабатываемого материала, s=700 МПа;

Kjp, Kgp, Klp, Krp - коэффициенты назначим по рекомендациям [2,стр.275]:

Kjp=1,63, Kgp=1,6, Klp=1, Krp=1,14.

Таким образом, получаем по формуле (2.6):

.

Радиальная составляющая силы резания  Py определяется по формуле (2.5):

Н.

На основании вышеприведенных  расчетов определим значение деформации детали при чистовом нарезании витков червяка по формуле (2.1):

 

мм.

Полученное значение прогиба вала является недопустимым при операции чистового нарезания витков делительного червяка 6 - ого квалитета точности. Следовательно, необ-ходимо применение дополнительной опоры для увеличения жесткости закрепления детали. Именно этим обосновывается разработка технологического приспособления на токарный станок 16К20Ф3 с ЧПУ - неподвижный люнет.

2.1.2 Устройство  и способ использования люнета

Люнеты применяются в качестве дополнительных опор при обработке  длинных нежестких валов (L/D>12). Используются универсальные неподвижные или подвижные люнеты с раздвижными кулачками и специальные, предназначенные для обработки определенных деталей или для поддержания приспособления, установленного на шпинделе станка и имеющего большой вылет.

Неподвижные трехкулачковые люнеты устанавливаются на направляющих станины металлорежущего станка и служат в качестве дополнительной опоры, предупреждающей прогиб изделия под давлением резца и веса самого изделия.

Обычные конструкции неподвижных  универсальных люнетов не отвечают требованиям скоростной обработки, так как кулачки люнета, изготовленные  из бронзы или чугуна, быстро изнашиваются и в их сопряжении с деталью  образуется зазор, что приводит к  возникновению вибраций.

В данном проекте предлагается модернизированное  устройство неподвижного люнета на основе существующих универсальных люнетов. Нижняя часть люнета – корпус 1 (см. рис.2.1.2) устанавливается на направляющих станины с помощью болта 10 и  планки 8. Верхняя откидная часть–обойма 4 скрепляется корпусом 1 с помощью  накидного болта 9.

 

Рис.2.1.2. Неподвижный люнет к токарному станку 16К20Ф3 с ЧПУ

 

Кулачки в основании и крышке заменяются шарикоподшипниками 14, применение которых позволяет производить  обработку деталей на более высоких  скоростях и, соответственно, повысить точность и качество получаемой детали. При обработке черных заготовок  сначала необходимо обтачивать с  малыми скоростями и подачами шейку  под люнет или надевать на заготовку  специальную муфту под люнет.

Схема применения разрабатываемого неподвижного люнета состоит из следующих последовательных действий. Шарикоподшипники корпуса 1 люнета настраивают на диаметр или  по контрольному валику, устанавливаемому в центрах (для среднесерийного  производства это очень большие  расходы), или по самой обрабатываемой детали и закрепляют в данном положении  винтами 3 в боковой стенке основания. Затем накидывают обойму 4 люнета и накидным болтом 9 с помощью гайки 12 прижимают крышку к основанию. После этого винтом 2 в крышке люнета регулируют положение шарикоподшипника в вилке 7 втулки 5 таким образом, чтобы деталь прижималась к шарикоподшипникам основания с некоторым усилием.

2.1.3 Необходимые  расчеты

Произведем расчеты болтовых соединений и зажимающих узлов разработанного неподвижного люнета на прочность и  усилия зажима.

1) Напряженные соединения (с предварительной  затяжкой).

При затяжке гайки 13 в болте 10 возникают  значительные растягивающие усилия и усилия скручивания (рис.2.1.3). Упрощенно  болт в напряженном соединении рассчитывается только на растяжение, скручивание  же учитывают увеличением растягивающей  силы P на 25-30%.

Напряжения возникают после  приложения рабочей нагрузки. Условие  прочности болта выглядит следующим  образом:

 

, (2.8)

 

откуда получим

 

, (2.9)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где Р=25000 Н -допускаемая постоянная нагрузка;

d1 - внутренний диаметр резьбы;

[δp] = 175 МПа - допускаемое напряжение при растяжении. Рис.2.1.3. Напряженное болтовое соединение

Подставляя необходимые величины в формулу (2.9), определим минимальное  значение внутреннего диаметра болта 10 для крепления люнета к основанию  станка:

 

 мм.

 

Принимается резьба с наружным диаметром  d=М16.

2) Зажимающие узлы (усилия зажима).

а) Рассчитаем усилие зажима, передаваемое гайкой 13 при ручном приложении усилия с помощью гаечного ключа М16 (рис.2.1.4) по следующей формуле:

 

, (2.10)

 

где P=100 Н - величина приложенного усилия;

L=190 мм - длина ключа (плечо приложения усилия);

Rср=7,35 мм - средний размер резьбы М16;

a=2030’-угол подъема резьбы;

q=6034’-угол трения в резьбовом соединении для метрической резьбы;

m=0.1 - коэффициент трения на торце гайки;

Dн= и Dв= - наружный и внутренний диаметры опорного торца гайки.

Отсюда находим по формуле (2.10) усилие зажима, передаваемое гайкой 13:

 Н.

 

 

 

 

Рис.2.1.4. Расчет усилия на гайке

 

б) Рассчитаем усилие зажима, передаваемое винтом 3 с плоским опорным концом при ручном приложении усилия с помощью  гаечного ключа М12 (рис.2.1.5) по следующей формуле:

 

, (2.11)

 

где P=45 Н - величина приложенного усилия;

L=140 мм - длина ключа (плечо приложения усилия);

Rср=5,43 мм - средний размер резьбы М16;

a=2030’-угол подъема резьбы;

q=6034’-угол трения в резьбовом соединении для метрической резьбы;

m=0.1 - коэффициент трения на торце гайки;

r=0.5d=4,4 мм - радиус опорного торца болта.

Отсюда находим по формуле (2.11) усилие зажима, передаваемое винтом 3:

 

 Н

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2.1.5. Расчет усилия зажима винта

2.2 Измерительное приспособление - скоба двухконтактная

2.2.1 Общие положения

На круглошлифовальных станках  наиболее широкое распространение  получили устройства для контроля наружного  диаметра обрабатываемой детали. Реже применяют устройства для контроля положения шлифуемого торца, расстояния между торцами или для установки  стола с деталью в определенное положение относительно шлифовального  круга по ее торцу.

Для измерения диаметра используют ряд схем, которые различают по количеству измерительных и базовых наконечников, соприкасающихся с обрабатываемой поверхностью.

В устройствах, работающих по трехконтактной схеме (рис. 1), скоба 8 снабжена жестко связанными с ней измерительным 1 и базовым 9 наконечниками, опирающимися на обрабатываемую поверхность и обеспечивающими  строго определенное взаимное расположение оси обрабатываемой детали 2 и скобы. Второй измерительный наконечник связан со стержнем 5, который может перемещаться относительно скобы 8. Изменение размера  D обрабатываемой детали воспринимается отсчетным устройством 7 или чувствительным элементом этого устройства (индуктивным датчиком, выходным соплом и т.д.), жестко связанным со скобой.

В большинстве случаев скобу  специальным устройством закрепляют на кожухе шлифовального круга. Это  удобно при установке и съеме  детали, так как бабка шлифовального  круга отводится от детали на значительное расстояние. Такое закрепление удобно также при шлифовании одним кругом последовательно нескольких шеек обрабатываемой детали.

В случае шлифования с продольной подачей устройство для установки  скобы закрепляют на столе станка или на передней (задней) бабке, чтобы  исключить относительное перемещение  скобы и детали вдоль ее оси, влияющее на точность измерения. В этом случае измеряют диаметр обрабатываемой детали в одном сечении вдоль ее оси. Конструкция устройства для установки трехконтактной скобы на станке (рис.2.2.1) обеспечивает необходимую степень свободы для ее само- Рис.2.2.1 Схема трехконтактной установки на поверхности детали измерительной скобы благодаря наличию шарниров 4 и 6. Наконечники 1 и 9 к поверхности детали прижимают грузом 3 или специальной пружиной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При контроле деталей больших размеров и особенно таких деталей, обработка  которых ведется в люнетах, применяют  измерительные устройства с призмой («наездники»).

Существующие устройства с призмой строят по двум измерительным схемам. На рис.2.2,а приведена принципиальная схема, где косвенное измерение диаметра вала осуществляется измерительной головкой 2 по биссектрисе угла, образованного опорными поверхностями призмы 1.

Существенным недостатком этой схемы является то, что передаточное отношение к отклонениям от правильной геометрической формы (овальность, огранка) оказывается большим, чем к изменению  диаметра вала. Поэтому при величине овальности, например, равной полю допуска на диаметр, практически невозможно вести точный контроль обрабатываемого диаметра без применения усредняющих или вычислительных устройств.

 

Рис.2.2.2. Измерительные устройства с призмой: а - схема измерения вала по биссектрисе угла призмы; б - схема измерения вала перпендикулярно биссектрисе угла призмы

 

В другой схеме (см. рис.2.2, б) косвенное  измерение диаметра осуществляют по линии, перпендикулярной биссектрисе  угла между опорными поверхностями  призмы 1, измерительной головкой 2 с  помощью передающего рычага 3.

Передаточное отношение такой  схемы к овальности, огранке практически  равно передаточному отношению  при измерении диаметра вала. Поэтому  эта схема обладает более высокими метрологическими данными.

В случае контроля длинных деталей, обрабатываемых с продольной подачей, или деталей с несколькими  обрабатываемыми шейками измерительные  устройства типа «наездники» обычно крепят к кожуху шлифовального круга. При этом измерительное устройство будет непрерывно вести контроль по всей шлифуемой длине детали.

В других случаях устройства крепят к столу станка или к передней бабке станка.

К преимуществам трехконтактной схемы  следует отнести независимость показаний измерительного устройства от изменения взаимного положения обрабатываемой детали и узлов станка, так как измерительные устройства базируются непосредственно на измеряемой поверхности.

Схема позволяет использовать в  качестве отсчетных устройств сравнительно простые измерительные головки  и индикаторы с механической передачей, так как конструкция скобы (призмы) позволяет без особых затруднений  вынести эти головки из зоны обработки  для исключения загрязнения и  для удобства отсчета показаний.

К недостаткам следует отнести  трудность автоматизации ввода  измерительной скобы в рабочее  положение и ее вывод, необходимость  в значительном ходе при вводе  и выводе скобы для установки  и съема обрабатываемых деталей  на станке, затруднения в обработке  с продольной подачей при обычном  закреплении скобы на кожухе шлифовального  круга.

В устройствах, работающих по двухконтактной схеме (рис. 3), измерительные наконечники 1 и 3 закреплены на каретках (рычагах) 5 и 6, позволяющих наконечникам следить  за изменением обрабатываемого размера  детали 2. С одной из кареток связано  отсчетное устройство 4 или чувствительный элемент этого устройства, а с  другой кареткой - упор 7.

 

Рис.2.2.3. Двухконтактное измерительное устройство - двухконтактная скоба

 

При такой схеме случайные перемещения  детали по линии измерения, вызванные  силами резания или тепловыми  явлениями, не влияют на результаты контроля. Влияние перемещений детали перпендикулярно  линии измерения в значительной степени устраняется за счет параллельности измерительных наконечников. Двухконтактные скобы с помощью подводящего  устройства 8 обычно крепят на столе станка и с помощью этих скоб контролируют деталь в одном сечении. Прямолинейная траектория ввода и вывода устройства позволяет наиболее просто их автоматизировать.