Расчет коробки скоростей вертикально - сверлильного станка

 

Министерство образования и науки Российской Федерации

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Комсомольский – на – Амуре государственный

технический университет»

 

Институт новых информационных технологий

 

 

 

      Факультет Инженерно – экономический

       Кафедра «Технология машиностроения»

 

 

 

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине «Эксплуатация технологического оборудования»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Студент группы                                                                       

Преподаватель Е.Б. Щелкунов

Шифр

 

 

 

 

2014 

 

 

Содержание

Введение…………………………………………………

1. Кинематический расчет коробки  скоростей……………

1.1.Построение структурной сетки……………………………………………

1.2. Построение графика частот  вращения………………………

1.3. Расчет чисел зубьев……………………………………………

2. Расчет коробки скоростей………………………………………….

2.1. Определение крутящихся моментов……………………………

2.2. Расчет зубчатых передач………………………………………….

2.3. Расчет валов………………………………………………………

2.4. Предварительный выбор подшипников…………………………

2.5. проверка прочности шпоночных  соединений…………………

2.6. Подбор смазки………………………………………………

Вывод………………………………………………………………

Список использованной литературы………………………………

Приложения А

Приложения Б

Приложения В

Приложения Г

Приложения Д

Приложения Е

Приложения Ж

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Станки универсальные вертикально – сверлильные используются на предприятиях с единичным и мелкосерийным выпуском продукции и предназначены для выполнения операций: сверления, рассверливания, зенкования, зенкерования, развертывания и подрезки торцов ножами.

Наличие на станках механической подачи шпинделя, при ручном управлении циклами работы, допускает обработку деталей в широком диапазоне размеров из различных материалов с использованием инструмента из высокоуглеродистых и быстрорежущих сталей и твердых сплавов.

В результате освоения производства высококачественных инструментальных материалов и усовершенствования  инструмента появилась потребность повышения скорости  подач на  станках.

Для этого необходимо разрабатывать новые станки и модернизировать имеющиеся.

В данной контрольной работе решается задача повышения производительности станка и модернизации его коробки скоростей.

 

Выбор прототипа для модернизации

 

Характеристики станка 2Н125
Наибольший условный диаметр сверления	25 мм
Наибольший диаметр нарезаемой резьбы в стали	М 18
Рабочая поверхность стола	450×500 мм
Расстояние от торца шпинделя до рабочей поверхности стола	30…700мм
Вылет шпинделя от направляющей колонны	250 мм
Наибольший ход шпинделя	200 мм
Наибольшее вертикальное перемещение сверлильной головки	170 мм
Наибольшее вертикальное перемещение стола	300 мм
Конус Морзе отверстия шпинделя	3
Число частот вращения шпинделя	12
Частота вращения шпинделя	45…2000 мин-1
Число подач шпинделя	9
Подача	0,1…1,6 мм/об
Мощность электродвигателя привода главного движения	3кВТ
Габаритные размеры	915×785×2350
Вес	880 кг

 

 

 

1. Кинематический расчет коробки скоростей

 

Промежуточные частоты вращения шпинделя станка определяем по формуле:

 

nj = n1* φ j-1 

где φ – знаменатель ряда геометрической прогрессии.

Т.к. нормальный ряд частот вращения для  φ = 1,58 не содержит числа 31,5, принимаю nmin = 25мин-1.

 

n1 = 25* 1,580 = 25                                          n7 = 25*1,587-1= 388,9

n2 = 25* 1,58 2-1 = 39,5                                    n8 =25*1,588-1 = 614,52

n3 = 25 * 1,583-1 = 62,41                                  n9 = 25*1,589-1 = 970,95

n4 = 25*1,584-1 = 98,61                                    n10 = 25*1,5810-1 = 1534,1

n5 = 25* 1,585-1 = 155,8                                   n11 = 25*1,5811-1 = 2423,9

n6 = 25*1,586-1 = 246,2                                    n12 = 25*1,5812-1 = 3829,7

Рассчитанные частоты вращения (ni) сравниваем со стандартными (ni ст), определяем отклонение рассчитанных значений частоты вращения от стандартных по формуле: ∆= ±( ni ст – ni /ni ст)* 100

 

∆1=±                          ∆8= ±

∆2 = ±                    ∆9= ± = 2,905

∆3 = ±                  ∆10= ±

∆4 = ±              ∆11= ±

∆5 = ±           ∆12= ±

∆6= ±

∆7= ±

 

Отклонения не должны превышать ± (1,58- 1) *10 = ±5,8%.

Принимаем стандартные значения.

Выбор структурной формулы

Диапазон регулирования φ= 1,58. Для этих условий простая множительная структура не подходит. Принимаем структуру с перебором в конце кинематической цепи.

Структурные формулы: 3[1] ×2[3]×(1+1)=12; 3[2]×2[1]×(1+1)=12

Принимаем структурную формулу: z =1×3[1]×2[3]×(1+1×1×1×1)=12

 

 

 

Рисунок 1 – Структурные сетки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2. – Кинематическая схема

 

 

 

Выбор двигателя

По заданной мощности в качестве источника движения принят двигатель 4АУ 100L4УЗ; мощность двигателя: N+ 4 кВТ; частота вращения: n = 1435 об/мин.

График частот вращения шпинделя коробки скоростей имеет вид:

 

 

Рисунок 3.- График частот вращения

 

Определение передаточных отношений

 

j1 =                               j7 = 1,58-3 = 0,254

 

j2 = 1,58-1 = 0,633                         j8 = 1,58-1 = 0,633

 

 

j3 = 1                                             j9 = 1,58-1 = 0,633

 

j4 = 1,581 = 1,58                           j10 = 1,581 = 1,58

 

 

j5 = 1,58-2 = 0,401

j6 = 1,581 = 1,58

3. Расчет чисел зубьев

 

Принимаю Sz= 90 для всех передач

z1 = Sz *                                               z6 = 90 *

 

z, 1 =                                                    z, 6 =

z1 =90 *                                    z7 = 90 *

 

z, 1 =                                        z, 7 =

 

z2 = 90 *                                      z8 = 90 *

 

z, 2 =                                          z, 8 =

 

z3 = 90 *                                             z9 = 90 *

 

z, 3 =                                                  z, 9 =

 

z4 = 90 *                                          z10 = 90 *

 

 

 

z, 4 =                                               z, 10 =

 

z5 = 90 *

z, 5 =

2.1. Определение крутящихся  моментов.

 

За расчетную частоту np принимаем частоту, соответствующую верхней ступени нижней трети диапазона регулирования.

Для нижней  ветви диапазона регулирования расчетная цепь il – i3 – i5- i8 –i9.

Для верхней ветви диапазона регулирования il- i3- i5- i10.

 

                                    Т1=

 Т2 =

Т3 =

                          Т4 =

                          Т5 =

    Т6 =

   Т7 =

Момент на 7 валу при передачи движения по верхней ветви диапазона регулирования

Т7 =

 

2.2. Расчет зубчатых передач

 

Выбираем материал шестерни и колеса сталь 40 ХН, термообработка шестерни и колеса улучшение и закалка ТВЧ, твердость 48- 53 HRC.

Допускаемее контактное напряжение

[σ] н = 14· HRCср +170 = 14· 51 + 170 = 884 МПа

Расчет передачи между валом 1 и 2

Диаметр шестерни

d1 = Kd ·

 

где Kd = 770 при прямых зубьях – вспомогательный коэффициент;

Тш = 26,6 Нм – крутящийся момент на валу шестерни;

кНβ = 1,2 коэффициент, учитывающий распределение нагрузки по ширине зубчатого венца, зависит от твердости зубьев, расположения колес относительно опор и коэффициента ширины венца;

ψbd = 0,2 коэффициент ширины венца;

[σ] н = 884 МПа – допускаемое контактное напряжение;

i = отношение числа зубьев большого колеса к меньшему.

d1 = 770·

Модуль

m = d1 /z1 =

принимаем m = 2 мм.

Межосевое расстояние

a = m ·

Делительный диаметр

dш = m· Zш = 2·37 = 74                           dk = m ·Zk = 2·53= 106 мм

 

Диаметры вершин

daш =   dш+2m =74+2 *2=78              dak = dk +2m = 106 +2*2 =110 мм

 

Диаметр впадин

dfш = dш -2,4 m = 74- 2,4*2 = 69,2        dfk = dk-2,4 m=106- 2,4 *2= 101,2 мм

 

Ширина венца

bш = ψbd *d = 0,2 *74 = 15 мм, принимаем предварительно bш = 15, bк = 15 мм

Расчет передачи между валом 2 и 3:

Модуль

m =

принимаем m= 2 мм

Межосевое расстояние

 

Длительный диаметр

dш = m *Zш = 2*45 =90 мм                 dk = m*Zk =2*45 = 90 мм

 

Диаметр вершин

daш = dш -2,4m = 90+2*2=94 мм         dak = dk + 2m = 90+2*2 = 94 мм

 

Диаметр впадин

df ш = dш- 2,4m= 90-2,4*2=85,2 мм         df к = dк-2,4 m=90- 2,4 *2= 85,2 мм

 

Ширина венца

bш = ψbd *d = 0,2 *90 = 18 мм,  bk = 18 мм

Расчет передачи  между валом 3 и 4:

 

Модуль                                   

принимаем m = 2,5 мм

Межосевое расстояние

Длительный диаметр

dш = m * Zш = 2,5 *26 = 65мм                          dк = m *Zк = 2,5*64 = 160 мм

 

Диаметр вершин

daш = dш +2m= 52 +2*2,5 = 57 мм          daк = dк + 2m=128+ 2*2,5 = 133 мм

 

Диаметр впадин

df ш = dш – 2,4m = 52 – 2,4 *2,5 = 46 мм       dfк = dк -2,4m = 128 – 2,4 *2,5 = 122мм

 

Ширина венца

bш =ψbd *d = 0,2*52 = 10 мм, bк = 10 мм

Расчет передачи валом 4 и 5:

Модуль

принимаем m = 4мм.

Межосевое расстояние

Делительный диаметр

dш =m *Zш = 4*18 = 72 мм                          dк = m *Zк = 4*72 = 288мм

 

Диаметры вершин

da ш= dш + 2m = 72 +2*4 = 80 мм                 daк = dк +2m= 288+2*4=296 мм

 

Диаметр впадин

dfш = dш – 2,4 m = 72 – 2,4 *4 = 62,4 мм     dfк = dк – 2,4m = 288 – 2,4 *4 =278,4 мм