Расчет элементов механизма подачи металлорежущего станка (стр. 1 из 3)
1. Описание узла
Узел 3.
На чертеже показана часть механизма подач металлорежущего станка. Передача движения с нижнего вала на верхний осуществляется с помощью сменных зубчатых колес 2 и 1, сидящих на шлицевых концах валов (рисунок 3).
На верхнем валу смонтирована предохранительная шариковая муфта, отключающая червяк 4 при перегрузках механизма. В этом случае при вращающемся верхнем вале червяк будет оставаться неподвижным.
В стальной червяк запрессована бронзовая втулка, которая образует с шейкой вала подшипник скольжения. Зазор в подшипнике должен быть минимальным, чтобы заметно не нарушать центрирование червяка на валу.
Зубчатое колесо 3 должно быть хорошо сцентрировано относительно вала. Передача крутящего момента обеспечивается через призматическую шпонку 9 (характер соединения по b – плотный).
Шлицы в отверстиях зубчатых колес закаливаются.
Подшипники 5 и 6 имеют перегрузку не более 150%, толчки и вибрации умеренные, режим работы нормальный.
2. Расчёт гладких цилиндрических соединений
Назначить и обосновать посадки в соединениях D1, D2, D3 заданного узла (узел 3) в зависимости от условий работы узла.
2.1 Исходные данные
Диаметры: D1=80 мм, D2=75 мм, D3=60 мм.
Назначить и обосновать посадки D9/h9, H6/s6, H7/n6.
2.2 Назначение посадок
Посадка на диаметре D1 должна иметь натяг (бронзовая втулка запрессовывается в зубчатое колесо). Исходя из этого, на диаметр D1 назначается посадка H6/s6.
Предельные отклонения по ГОСТ 25347–82:
– отверстия d80 H6: ES = +19 мкм = +0,019 мм;
EI = 0;
– вала d80 s6: es = +78 мкм = +0,078 мм;
ei = +59 мкм = +0,059 мм.
Схема расположения полей допусков представлена на рисунках 1 и 2.
Предельные размеры:
DMAX = D + ES = 80,000 + 0,019 = 80,019 (мм);
DMIN = D + EI = 80,000 + 0 = 80,000 (мм);
dMAX = d + es = 80,000 + 0,078 = 80,078 (мм);
dMIN = d + ei = 80,000 + 0,059 = 80,059 (мм).
Рисунок 1. Схема расположения полей допусков гладкого цилиндрического соединения d80 H6/s6.
Рисунок 2. Схема расположения полей допусков гладкого цилиндрического соединения d80 H6/s6.
Величина допуска:
TD = DMAX – DMIN = 80,019 – 80,000 = 0,019 (мм);
Td = dMAX – dMIN = 80,078 – 80,059 = 0,019 (мм).
Предельные значения натягов:
NMAX = dMAX – DMIN = 80,078 – 80,000 = 0,078 (мм);
NMIN = dMIN – DMAX = 80,059 – 80,019 = 0,040 (мм).
Допуск натяга и посадки:
TN = NMAX – NMIN = 0,078 – 0,040 = 0,038 (мм);
TП = TD + Td= 0,019 + 0,019 = 0,038 (мм).
Эскиз вала, отверстия и посадки приведен на рисунке 3.
Рисунок 3. Эскиз вала, отверстия и гладкого соединения d80H6/s6
Посадка на диаметре D2 должна иметь зазор, так как бронзовая втулка в паре с валом должна образовать подшипник скольжения. Выбрана посадка D9/h9.
Предельные отклонения по ГОСТ 25347–82:
– отверстия d75 D6: ES = +174 мкм = +0,174 мм;
EI = +100 мкм = +0,100 мм;
– вала d75 h9: es = 0;
ei = -74 мкм = -0,074 мм.
Схема расположения полей допусков представлена на рисунках 4 и 5.
Рисунок 4. Схема расположения полей допусков гладкого цилиндрического соединения d75 D6/h9.
Предельные размеры:
DMAX= D + ES = 75,000 + 0,174 = 75,174 (мм);
DMIN = D + EI = 75,000 + 0,100 = 75,100 (мм);
dMAX = d + es = 75,000 + 0 = 75,000 (мм);
dMIN = d + ei = 75,000 – 0,074 = 74,926 (мм);
Величина допуска:
TD = DMAX – DMIN = 75,174 – 75,100 = 0,074 (мм);
Td = dMAX – dMIN = 75,000 – 74,926 = 0,074 (мм);
Предельные значения зазоров:
SMAX = DMAX – dMIN = 75,174 – 74,926 = 0,248 (мм);
SMIN = DMIN – dMAX = 75,100 – 75,000 = 0,100 (мм);
Допуск зазора и посадки:
TS = SMAX – SMIN = 0,248 – 0,100 = 0,148 (мм);
TП = TD + Td= 0,074 + 0,074 = 0,148 (мм);
Рисунок 5. Схема расположения полей допусков гладкого цилиндрического соединения d75 D6/h9.
Эскиз вала, отверстия и посадки приведен на рисунке 6.
Рисунок 6. Эскиз вала, отверстия и гладкого соединения d75 D9/h9
Посадка на диаметре D3 должна быть переходной для обеспечения отцентровки зубчатого колеса на валу. Вращательный момент передает шпонка. Исходя из этого, на диаметр D3 назначается посадка H7/n6.
Предельные отклонения по ГОСТ 25347–82:
– отверстия d60 H7: ES = +30 мкм = +0,030 мм;
EI = 0;
– вала d60 n6: es = +39 мкм = +0,039 мм;
ei = +20 мкм = +0,020 мм;
Схема расположения полей допусков представлена на рисунках 7 и 8.
Рисунок 7. Схема расположения полей допусков гладкого цилиндрического соединения d60 h7/n6.
Предельные размеры:
DMAX = D + ES = 60,000 + 0,030 = 60,030 (мм);
DMIN = D + EI = 60,000 + 0 = 60,000 (мм);
dMAX = d + es = 60,000 + 0,039 = 60,039 (мм);
dMIN = d + ei = 60,000 + 0,020 = 60,020 (мм);
Величина допуска:
TD = DMAX – DMIN = 60,030 – 60,000 = 0,030 (мм);
Td = dMAX – dMIN = 60,039 – 60,020 = 0,019 (мм);
Величина зазора и натяга:
SMAX = DMAX – dMIN = 60,030 – 60,020 = 0,010 (мм);
NMAX = dMAX – DMIN = 60,039 – 60,000 = 0,039 (мм);
Допуск посадки:
TП = TS = TN = SMAX + NMAX = 0,010 + 0,039 = 0,049 (мм);
Эскиз вала, отверстия и посадки приведен на рисунке 9.
Рисунок 8. Схема расположения полей допусков гладкого цилиндрического соединения d60 H7/n6.
Рисунок 9. Эскиз вала, отверстия и гладкого соединения d60 H7/n6
3. Расчет калибров для контроля деталей соединения
В данном пункте производится расчет предельных и исполнительных размеров калибров, необходимых для контроля отверстия и вала соединения d60H7/n6, а также контрольных калибров для скоб.
3.1 Калибры для контроля отверстия d60H7
Предельные отклонения: ES = 30 мкм; EI = 0.
Предельные размеры: DMAX= 60,030 мм; DMIN = 60,000 мм.
Допуски отклонения для пробок по ГОСТ 24853–81: Z=4 мкм, Y=3 мкм, H=5 мкм.
Схемы расположения полей допусков калибров-пробок приведены на рисунках 10 и 11.
Рисунок 10. Схема расположения полей допусков калибров-пробок для контроля отверстия d60H7.
Расчет предельных и исполнительных размеров калибров для контроля отверстия d60H7:
ПРMAX = DMIN + Z + H/2 = 60,000 + 0,004 + 0,0025 = 60,0065 (мм)
ПРMIN = DMIN + Z – H/2 = 60,000 + 0,004 – 0,0025 = 60,0015 (мм)
ПРИЗН = DMIN – Y = 60,000 – 0,003 = 59,997 (мм)
НЕMAX = DMAX + H/2 = 60,030 + 0,0025 = 60,0325 (мм)
НЕMIN = DMAX – H/2 = 60,030 – 0,0025 = 60,0275 (мм)
НЕИСП= 60,0325 – 0,005 (мм)
ПРИСП = 60,0065 – 0,005 (мм)
Рисунок 11. Схема расположения полей допусков калибров-пробок для контроля отверстия d60H7
3.2 Калибры для контроля вала d60n6, а также контрольные размеры скоб
Предельные отклонения: es = 0,039 мкм; ei = 0,020 мкм.
Предельные размеры: dMIN = 60,020 мм; dMAX = 60,039 мм.
Допуски отклонений для скоб: Z1=4 мкм, Y1 = 3 мкм, H1 = 5 мкм, HР = 2 мкм.
Схемы расположения полей допусков калибров-скоб приведены на рисунках 12 и 13.
Размеры скоб:
ПРMAX = dMAX – Z1 + H1/2 = 60,039 – 0,004 + 0,0025 = 60,00375 (мм)
ПРMIN = dMAX – Z1 – H1/2 = 60,039 – 0,004 – 0,0025 = 60,00325 (мм)
ПРИЗН = dMAX + Y1 = 60,039 + 0,003 = 60,042 (мм)
ПРИСП = 60,0325+0,005 (мм)
НЕMAX = dMIN + H1/2 = 60,020 + 0,0025 = 60,0225 (мм)
НЕMIN = dMIN – H1/2 = 60,020 – 0,0025 = 60,0175 (мм)
НЕИСП = 60,0175+0,005 (мм)
Размеры котрольных калибров для скоб:
К-ПРMAX = dMAX – Z1 + HP/2 = 60,039 – 0,004 + 0,001 = 60,036 (мм)
К-ПРMIN = dMAX – Z1 – HP/2 = 60,039 – 0,004 – 0,001 = 60,034 (мм)
К-ПРИСП = 60,036 –0,002 (мм)
К-НЕMAX = dMIN + HP/2 = 60,020 + 0,001 = 60,021 (мм)
К-НЕMIN = dMIN – HP/2 = 60,020 – 0,001 = 60,019 (мм)
К-НЕИСП = 60,021 – 0,002 (мм)
К-ИMAX = dMAX + Y1 + HP/2 = 60,039 + 0,003 + 0,001 = 60,043 (мм)
К-ИMIN = dMAX + Y1 – HP/2 = 60,039 + 0,003 – 0,001 = 60,041 (мм)
К-ИИСП = 60,043 –0,002 (мм)
Рисунок 12. Схема расположения полей допусков калибров для контроля вала d60n6
Рисунок 12. Схема расположения полей допусков калибров для контроля вала d60n6
4. Расчёт подшипников качения
Исходные данные: узел номер 3, подшипник 0–110 (позиция 5 на чертеже узла); радиальная нагрузка Fr=3000 Н; перегрузка подшипника не более 150%; толчки и вибрации умеренные, режим работы нормальный.
4.1 Характеристика подшипника 0–110 и его размеры
По ГОСТ 8338–75 подшипник 0–110 – шариковый радиальный однорядный, особо легкой серии.
Номинальные размеры: d=50 мм, D=80 мм, B=16 мм, r=1,5 мм.
4.2 Виды нагружения колец подшипника
Внутреннее кольцо.
Нагружение циркуляционное, при котором постоянная по величине и направлению нагрузка передается вращающемуся кольцу. В этом случае нагруженной оказывается вся поверхность кольца.
Наружное кольцо.
Нагружение местное, при котором постоянная по величине и направлению нагрузка передается невращающемуся кольцу, следовательно под нагрузкой оказывается только определенный участок поверхности кольца.
4.3 Интенсивность радиальной нагрузки определяется по формуле:
(4.1)где: Fr – радиальная нагрузка, Н;
K1 – динамический коэффициент посадки; K1 = 1 при нормальных условиях работы;