Методические указания по выполнению курсового проекта для студентов направлений 150400, 150900, 220200, 230100 и специальностей 150401, 151001, 151002, 151003, 220301 всех форм обучения Тула 2007 г (стр. 10 из 11)
- в токарно-винторезных станках с неразделенным приводом шпинделя электродвигатель с коробкой скоростей рекомендуется связывать ременной передачей;
- в приводах ступенчатого регулирования следует предусматривать механическое или электрическое торможение шпинделя и валов;
- в приводах ступенчатого регулирования токарно-винторезных и токарно-револьверных станков на первом валу коробок скоростей обычно размещается двухсторонняя фрикционная муфта для реверса шпинделя;
- для уменьшения затрат, повышения КПД и надёжности привода протяженность кинематических цепей следует по возможности уменьшать.
Г.4 Для того, чтобы начать прочерчивание сборочного чертежа привода, необходимо определить размеры шестерён (это делается после расчёта модулей) и диаметры валов. Поскольку на данном этапе проектирования не известны ни длины валов, ни места приложения и величины сил и опорных реакций, то предварительный (ориентировочный) расчёт валов производится только на кручение, но по пониженным допускаемым напряжениям. Последние берутся в пределах:
Крутящий момент на валу Мк в Н.мм и наименьший диаметр вала d в мм рассчитываются по формулам:
и 
,где N – мощность электродвигателя, кВт;
n – наименьшая частота вращения рассчитываемого вала, об/мин;
η – КПД привода от электродвигателя до рассматриваемого вала. Определяется как произведение КПД передач (для ременной и каждой зубчатой цилиндрической и конической передачи его можно принимать равным 0,98) и подшипников валов (для пары подшипников качения – 0,995), входящих в рассматриваемую часть привода.
При конструировании валов диаметры всех его ступеней и участков принимаются больше ориентировочно определённого d.
Г.5 Для той же цели необходимо принять в качестве отправной точки для конструирования какой-либо из характерных диаметров шпинделя. В токарных и фрезерных станках шпиндели имеют форму ступенчатого вала с уменьшением диаметров ступеней к задней опоре. Конфигурация и размеры передней части шпинделя, включая отверстие, принимается в строгом соответствии со стандартами [41÷44]. Остальная часть шпинделя является оригинальной, т.е. разрабатывается конструктором (при курсовом проектировании – это студент). Обычно шпиндели имеют диаметры большие, чем требуется по соображениям прочности. Спроектированный шпиндель рассчитывают на жёсткость [3, 16], а, приступая к разработке сборочного чертежа привода и конструкции шпинделя, его диаметр в переднем подшипнике выбирают в зависимости от мощности станка по следующим примерным рекомендациям:
| Мощность станков, кВт | Диаметр шпинделя в переднем подшипнике, мм, для станков | Мощность станков, кВт | Диаметр шпинделя в переднем подшипнике, мм, для станков | ||
| токарных | фрезерных | токарных | фрезерных | ||
| 1,5-2,5 2,5-3,5 3,5-5,5 5,5-7,5 | 60-80 70-90 70-105 95-130 | 50-90 60-90 60-95 75-100 | 7,5-11 11-14,5 14,5-18,5 18,5-22 | 110-145 140-165 150-190 220 | 90-105 100-115 - - |
Можно также использовать статистические данные, которые связывают с основным размером токарных и фрезерных станков размеры передних концов шпинделей [6, с. 357; 24, Т.1, с. 229];
- выходным звеном привода главного движения в сверлильных станках является не шпиндель, а гильза (полый вал) со шлицевым отверстием, в которое входит шлицевый хвостовик шпинделя. В связи с этим из условий обеспечения требуемой жёсткости определяют минимально возможный размер шлицевого хвостовика шпинделя, а значит и шлицевого отверстия гильзы, и далее прорабатывают конструкцию гильзы. Для расчёта можно воспользоваться следующими формулами:
где
– угол закручивания шлицевого вала, град/м. Для шпинделей сверлильных станков нормальной точности допускается yroл закручивания до 3/4 градуса на погонный метр;Мк – наибольший передаваемый шпинделю крутящий момент, Н.мм;
G – модуль сдвига, Н/мм2. Для стали G = 78400 Н/мм2;
– полярный момент инерции шлицевого вала в мм4, вычисленный по среднему диаметру шлицев;dср – средний расчётный диаметр шлицев, мм.
Г.6 При расчёте шлицевых сопряжений определяют удельное давление в сопряжении р, Н/ мм2 :
либо необходимую длину шлицевого сопряжения L, мм, по допустимому удельному давлению [р], которое принимают равным 40÷70 Н/ мм2 при подвижном не под нагрузкой соединении и 120÷200 Н/ мм2 – при неподвижном.
В формуле также:
Мк – передаваемый сопряжением крутящий момент, Н.мм;
D и d – наружный и внутренний диаметры шлицев, мм;
z – число шлицев;
Ψ=0,75 – коэффициент, учитывающий неравномерность использования рабочей поверхности шлицев.
Длину L надо определять для сопряжения шпинделя с гильзой сверлильного станка, чтобы не увеличивать необоснованно длину шлицевого отверстия в гильзе.
В случае использования в приводе групповых передач с передвижными блоками шестерён также следует определять L. Если L получается меньше длины отверстия, шлицы надо предусматривать по его краям, разделяя шлицевые участки проточкой.
Г.7 При конструировании узла рекомендуется выполнять следующее:
- ремни клиноременных передач имеют стандартную длину и для обеспечения нормальной работы необходимо предусмотреть возможность их натяжения;
- с целью разгрузки консоли ведомого вала в ременной передаче от действия больших сил, связанных с натяжением ремней, желательно шкив устанавливать не на валу непосредственно, а на разгрузочном стакане;
- конструктивные решения механизмов ручного управления переключением передач достаточно хорошо отработаны, а их элементы (ручки и рукоятки, маховички, переводные камни и др.) нормализованы. В связи с этим при проработке в проекте механизмов управления следует пользоваться литературными источниками [7; 9; 11; 15 и др.], в которых приводятся рациональные решения;
- разрабатывая механизм ручного управления, следует просчитать угол поворота рукоятки переключения передач, исходя из необходимости обеспечения требуемой длины хода блока и принятой длины (радиуса поворота) переводного рычага (или радиуса зубчатого сектора, перемещающего ползун с вилкой, и т.д.). При проектировании высоко расположенных на станке механизмов управления эту задачу следует решить по иному: рассчитать длину переводного рычага в зависимости от рационального (обычно небольшого – до 45÷60°) угла поворота рукоятки;
- на шпинделях токарно-винторезных станков с ЧПУ необходимо устанавливать разрезное зубчатое колесо для обеспечения беззазорной передачи вращения на датчик угла поворота шпинделя, необходимый для электронной синхронизации движений при резьбонарезании. Для крепления этого зубчатого колеса и передачи крутящего момента рекомендуется использовать вариант без шпонок или шлицев с помощью наборов упругих конических колец;
- приводы подач станков с ЧПУ следует выполнять на основе винтовых пар качения с использованием компенсирующих муфт и линейных датчиков обратной связи.
Г.8 Валы необходимо фиксировать в опорах от осевых перемещений. Для этого одна опора выполняется фиксирующей (закреплённой), а вторая – плавающей. Подшипник (или подшипники) фиксирующей опоры закрепляется в корпусе и на валу. Внутреннее кольцо подшипника плавающий опоры закрепляется на валу, а его наружное кольцо может свободно перемещаться ("плавать") в отверстии корпуса. Эта схема наиболее целесообразна для длинных и многоопорных валов. В качестве плавающей опоры выбирается менее нагруженная. При отсутствии осевых нагрузок на вал целесообразно в опорах устанавливать радиальные шарикоподшипники. При наличии осевых нагрузок в фиксирующей опоре должны устанавливаться радиально-упорные или радиальные и упорные подшипники, в плавающей – радиальные. Последнее относится к шпинделям, к валам с косозубыми и коническими колёсами и т.д.
Столь же распространены схемы фиксирования (однако с определёнными ограничениями по расстоянию между опорами), когда вал зафиксирован в двух опорах, причём в каждой опоре в одном направлении. При этом подшипники могут устанавливаться "враспор" или "врастяжку".
Г.9 При выборе и прочерчивании стандартизованных изделий в обязательном порядке следует пользоваться ГОСТами и справочниками.
В частности, наиболее часто используемые в станочных конструкциях изделия регламентированы следующими стандартами:
- подшипники шариковые однорядные радиальные и радиально-упорные – ГОСТ 8338-75, ГОСТ 2893-82 и ГОСТ 831-75;