Оглавление
Выбор задания
Выбор и обоснование кинематической схемы станка
Определение частот вращения выходного вала (шпинделя)
Построение кинематической схемы сложной коробки скоростей…7
Построение структурной сетки……………………………………….12
Анализ структурной сетки……………………………………………13
Построение структурного графика ( графика частот вращения)…..16
Анализ структурного графика (графика частот вращения)…………18
Определение передаточных отношений…………………………….24
Расчет чисел зубьев……………………………………………………25
Расчет энергосиловых параметров коробки скоростей и выбор
электродвигателя………………………………………………………29
030501.080602.041.000 ПЗ Лист
Изм Лист № документа Подпись Дата
1. Выбор задания
Таблица 1
Исходные данные для проектирования
Тип станка
Основные размеры
мм
(
Число ступеней
Z
n min
об\мин
Мощность, P
кВт
Токарный
Н=160; L=600
1.26
7
125
4.8
030501.080602.041.000 ПЗ Лист
Изм Лист № документа Подпись Дата
2. Разработка кинематической схемы
Основой для проектирования коробки скоростей является разработка полной
кинематической схемы и графика частот вращения, обеспечивающей наиболее
простую структуру коробки. Общие требования к коробкам скоростей:
минимальная масса, минимальное число валов и число передач, высокий КПД,
низкий уровень шума, технологичность, надежность в эксплуатации.
2.1. Структурная формула
Z = Zх1 * Zх2 * Zх3,
где Zх1 – числа передач в первой, второй, третьей и т.д ступенях;
Х1, Х2, Х3 – характеристики группы, обусловленные вариантом включения
передач при переходе с одной частоты вращения шпинделя на другую.
На графиках частот вращения и структурной сетке характеристика
показывает на сколько интервалов (полей) должны расходиться соседние
лучи скоростей в одной коробке. В нашем примере:
Z = 7 = 21 * 22 * 23
(Основная группа имеет 2 передачи, с характеристикой х0=1.Первая
переборная группа – имеет 2 передачи и характеристику х1=2, вторая
переборная х2=3)
030501.080602.041.000 ПЗ Лист
Изм Лист № документа Подпись Дата
Количество возможных конструктивных вариантов (K kc) одной и той же
структуры равно числу перестановок m групп и определяется по формуле:
К кс = ,
где q – количество групп с одинаковым числом передач, m – количество
элементарных коробок.
(Z = 7) m = 3, q = 3, число конструктивных вариантов K kc = 1,
К кс = =1 ,
Следовательно, Z = 2 * 2* 2
3. Количество кинематических вариантов коробки
Кинематические варианты компоновки коробки скоростей указывают на
порядок расположения характеристик групп передач.
Число кинематических вариантов (К кн) определяется по формуле:
К кн = m!
(Z = 7): К кн = 3! = 6,
Возможны варианты: х0 = 1, х1 = 3 или х0 = 2, х1 = 1.
030501.080602.041.000 ПЗ Лист
Изм Лист № документа Подпись Дата
Общее число всевозможных вариантов (конструктивных и кинематических)
(К) для обычных множительных структур определяется по формуле:
К кс = ,
Для шестиступенчатой коробки передач m =2, q= 1, следовательно
К кс = = 6 ,
Возможно получить шесть вариантов компоновки коробки скоростей для
4. Выбор варианта структуры коробки и обоснование его оптимальности
Z = Z х1 * Zх2 * Zх3 * …*.Zхт
Требования, предъявляемые к выбору оптимального варианта коробки
представлены в табл. 2.
Таблица 2
Требования к выбору оптимального варианта компоновки коробки.
Требование
Математическое выражение
Стремиться принимать число передач в группах равно 2 или 3.
Zгр = 2 или 3
Число передач уменьшается при приближении к шпинделю
Z х0 > Zх1 > Zх2 ..> Zхт
Предпочтительно за основную принимать первую группу, а харак- теристики
переборных групп должны возрастать по мере приближения к шпинделю.
Х0 < Х1 < ….. < Хт
030501.080602.041.000 ПЗ Лист
Изм Лист № документа Подпись Дата
На шпинделе рекомендуется устанавливать минимальное число колес и
располагать их по возможности ближе к передней опоре. Одиночные
понижающие передачи предпочтительно конструировать ближе к шпинделю.
Более высокие частоты вращения уменьшают крутящие моменты, поэтому они
должны быть смещены к промежуточным валам.
5. Разработка кинематической схемы коробки скоростей.
Для нашего примера, в соответствии с приведенными выше требованиями
к компоновке коробки скоростей выбираем следующий
вариант структурной формулы:
Z = 7 = 21 * 22 * 23
При выборе данного варианта соблюдаются условия:
– Число передач в группе 2.
– Основная и переборная группа имеют одинаковое число ступеней равное 2.
– Характеристики групп возрастают по мере приближения к шпинделю
(Х0 = 1 – основная группа, Х2 = 2 –первая переборная группа, Х3 = 3 –
вторая переборная группа)
Кинематическая схема для выбранного варианта структурной формулы
приведена на рис. 1.
030501.080602.041.000 ПЗ Лист
Изм Лист № документа Подпись Дата
рис. 1
6. Построение структурной сетки
Структурная сетка дает представление о количестве передач между валами,
знаменателе и диапазоне регулирования элементарных коробок,
последовательности включения передач для обеспечения ряда частот
вращения шпинделя. Структурная сетка характеризует закономерности
изменения передаточных отношений в групповых передачах при изменении
частот вращения шпинделя по геометрическому ряду.
Число валов в коробке равно (m+1), соответственно
030501.080602.041.000 ПЗ Лист
Изм Лист № документа Подпись Дата
Структурная сетка строится в следующем порядке (см. рис. 3):
1). На чертеже в произвольном масштабе построим структурную сетку.
Количество вертикальных прямых, равное (m +1), соответствует числу валов
коробки, в нашем случае, при m = 3, число валов – четыре.
2). На равном расстоянии друг от друга наносим столько горизонтальных
прямых, сколько ступеней частот вращения имеет проектируемая коробка. В
нашем случае, число ступеней равно 7 (рис. 2.).
3). Наносим на линии четвертого вала (без указания величин) точки n1 –
n7,- изображающие частоты вращения шпинделя. Первый вал имеет одну
частоту вращения, следовательно на вертикальной линии первого вала
наносим исходную точку 0 симметрично относительно nmin = n1 и nmax = n7,
на уровне n4.
4). Первая группа состоит из двух передач, поэтому из точки О проводим
два луча, при этом первому множителю 21 соответствует характеристика х =
1, т.е. на вертикальной линии вала на структурной сетке расстояние между
точками 1 – 2 равно одному интервалу Для следующего множителя 22
характеристика х = 2, а расстояние между точками 3 – 5 и 4 – 6 равно
двум интервалам, для множителя 23 характеристика равна х = 3 и
расстояние между n1 – n4, n2 – n5, n3 – n6, n4 – n7 равно трем
интервалам.
5). Полученные точки соединяем лучами.
7. Анализ структурной сетки
7.1. Симметричность и веерообразность расположения лучей.
Структурная сетка симметрична в пределах каждой группы.
7.2. Проверка оптимальности выбранного варианта сетки по диапазону
регулирования.
R = (Хпп (Zпп -1),
где Zпп– число передач (ступеней) последней переборной коробки. В
примере Zпп (Z2) равно 2. Хпп – характеристика последней переборной
коробки (хпп=3).
Условие оптимальности R ( [R], где [R] = 8
В примере R = 1,26 3(2-1) = 2 ( 8
Все условия соблюдены, следовательно выбранный вариант структуры
можно считать оптимальным.
030501.080602.041.000 ПЗ Лист
Изм Лист № документа Подпись Дата
I II
III IV
Х = 1 Х = 2 Х
= 3
030501.080602.041.000 ПЗ Лист
Изм Лист № документа Подпись Дата
8. Построение структурного графика (графика частот вращения)
График частот вращения (структурный график) (рис. 4) является
видоизмененной структурной сеткой. Он показывает действительные значения
частных передаточных отношений передач и частот вращения валов.
Для построения графика частот вращения необходимо рассчитать числа
оборотов шпинделя по формуле
ni = n min * (n-1
Для нашего примера при ( = 1,26
n1 = nmin = 125 об\мин
n2 = nmin * (1 = 157,5 об\мин n5 = nmin * (4 = 315,06
об\мин
n3 = nmin * (2 = 198,45 об\мин n6 = nmin * (5 = 396,97 об\мин
n4 = nmin * (3 = 250,05 об\мин n7 = nmin * (6 = 500,19
об\мин
Принимаем в соответствии с нормальными рядами чисел в станкостроении
следующие значения чисел оборотов шпинделя:
n1 = nmin = 125 об\мин
n2 = nmin * (1 = 160 об\мин n5 = nmin * (4 = 315 об\мин
n3 = nmin * (2 = 200 об\мин n6 = nmin * (5 = 400 об\мин
n4 = nmin * (3 = 250 об\мин n7 = nmin * (6 = 500 об\мин
Выполним анализ по отклонению ( n % ( ( 10 ((-1)
В нашем примере ( n % ( ( 10 (1,26-1) = 2,6 %
Сравнивая расчетные и стандартные значения частот вращения шпинделя,
можно увидеть, что наибольшая разность соответствующих частот вращения
имеет место для n6 и составляет 0.76 % что меньше допускаемого
отклонения.
030501.080602.041.000 ПЗ Лист
Изм Лист № документа Подпись Дата
8. Анализ структурного графика (графика частот вращения).
Анализ графика частот вращения производится по показателям:
Частоту вращения первичного вала выбираем наибольшей.
n = n мах = 500 об\мин
Так как электродвигатель имеют большую частоту вращения nэд=750 об\мин,
то предполагается использовать зубчатую или ременную передачу между
валами 0 и 1.
Передаточные отношения должны удовлетворять двум условиям:
1) Передаточное отношение в группах должно постепенно уменьшаться по
мере приближения к шпинделю.
2) Для ограничения размеров зубчатых колес и радиальных габаритов
коробок скоростей нормалями станкостроения установлены пределы
передаточных отношений:
I min ( 1/4, I max ( 2
Для Z=7 = 21 ( 22( 23 и ( = 1,26
iнаиб = (0 = 1,260 = 1 iнаим = (-3 = 1,26-3 = 1\2,
В рассматриваемом случае соблюдаются оба условия, следовательно, данная
структура может быть применена.
030501.080602.041.000 ПЗ Лист
Изм Лист № документа Подпись Дата
II I II
III IV
Рис. 4. Структурный график или график частот вращения для коробки
Z=7 = 21 ( 22( 23
030501.080602.041.000 ПЗ Лист
Изм Лист № документа Подпись Дата
9. Определение передаточных отношений
Частные передаточные отношения определяют по графику частот вращения.
Их выражают через знаменатель геометрического ряда (:
i = ( (k
где к – число интервалов между смежными валами, которые пересекает
данный луч на графике частот вращения.
Знак «плюс» принимается для ускоряющей передачи, «минус» – для
замедляющей передачи, для горизонтальных лучей к = 0, i = 1
Используя график частот вращения (рис. 3) определяем передаточные
отношения:
i1=(0 = 1,26 0 = 1 i4=(-2
= 1,26 -2 = 7 : 11
i2=(-1 = 1,26 -1 = 4 : 5 i5=(0 =
1,26 0 = 1
i3=(0 = 1,26 0 = 1 i6=(3 =
1,26 -3 = 1 : 2
030501.080602.041.000 ПЗ Лист
Изм Лист № документа Подпись Дата
10. Расчет чисел зубьев
Числа зубьев рассчитываем отдельно для каждой группы передач, используя
частные передаточные отношения, найденные по графику частот вращения.
При расчете необходимо соблюдать следующие условия:
– минимальные числа зубьев ведущего колеса 18-20, максимальные для
ведомого колеса – 100.
– для обеспечения постоянства межосевого расстояния суммы чисел зубьев
сопряженных колес должны быть равными, т.е.
Z1 + Z2 = Z3 + Z4 = Z5 + Z6 = … = const
где Z1, Z3, Z5, …- числа зубьев ведущих зубчатых колес элементарной
двухваловой передачи; Z2, Z4, Z6, …- соответствующие им числа зубьев
ведомых зубчатых колес.
030501.080602.041.000 ПЗ Лист
Изм Лист № документа Подпись Дата
Определим фиктивные числа зубьев для колес коробки методом наименьшего
общего кратного (НОК)..
Для основной группы они определяются исходя из равенства:
A : B = Z1 : Z2 =( 0 = i1 ; C : D = Z3 : Z4 =( -1 = i2 ;
Для первой переборной группы исходя из равенства:
E : F = Z5 :Z6 =( 0 = i3; G : H = Z7 : Z8 =( -2 = i4 ;
Для второй переборной группы исходя из равенства:
K : L = Z9 : Z10 =( 0 = i5; M : N = Z11 : Z12 =( -3 = i6,,
где А, В, C, D, E, F, G, H, K, L, M, N – простые целые числа, которые
являются фиктивными числами зубьев.
Для основной группы передач получаем:
А = 1, В = 1, C = 4, D = 5,
Для первой переборной группы передач:
E = 1, F = 1,G = 7, H =11,
Для второй переборной группы передач:
K = 1, L = 1, M = 1, N = 2
030501.080602.041.000 ПЗ Лист
Изм Лист № документа Подпись Дата
Определим наименьшее общее кратное Sz
Для определения Sz используем правило: «Sz равно наименьшему общему
кратному сумм простых целых чисел для данной группы передач»
Для основной группы передач
A + B = 1+1 = 2
C + D = 4+5 =9 , следовательно Sz = 18
Для первой переборной группы передач
E + F = 1+1 = 2
G + H = 7+11 = 18, следовательно Sz = 18
Для второй переборной группы передач
K + L = 1 + 1 = 2
M + N = 1+2 = 3, следовательно Sz = 6
Вычислим расчетные числа зубьев:
Для основной группы передач:
Z1 = Sz * A / (A + B) = 18* 1 / (1 + 1) =9
Z2 = Sz* B / (A + B) = 18 * 1/ (1 +1) = 9
Z3 = Sz * C / (C + D) = 18* 4 / (4 + 5) = 8
Z4 = Sz * D / (C + D) = 18 * 5/ (4 + 5) = 10
030501.080602.041.000 ПЗ Лист
Изм Лист № документа Подпись Дата
Для второй переборной группы передач:
Z5 = Sz * E / (E + F) = 18* 1 / (1+ 1) = 9
Z6 = Sz * F / (E + F) = 18* 1 / (1 + 1)= 9
Z7 = Sz* G / (G + H) = 18* 7 / (7 + 11) = 7
Z8 = Sz* H / (G + H) = 18 * 11/ (7 + 11) = 11
Для третьей переборной группы передач:
Z9 = Sz* K / (K + L) = 6* 1 / (1 + 1) = 3
Z10 = Sz* L / (K + L) = 6 * 1/ (1 + 1) = 3
Z11 = Sz * M / (M + N) = 6 * 1 / (1+ 2) = 2
Z12 = Sz * N / (M + N) = 6 * 2 / (1 + 2)= 4
Определим действительные числа зубьев колес коробки скоростей
Так как минимальное число зубьев колес должно быть не меньше 18, то
увеличим количество рассчитанных чисел зубьев в 2,5 раза для основной и
первой переборной группы, и в 10 раз для второй переборной группы. Таким
образом, после умножения получаем:
Z1 = 22,5 Z3 = 20 Z5 = 22,5 Z7 = 17,5
Z9 = 27 Z11 = 18
Z2 = 22,5 Z4 = 25 Z6 = 22,5 Z8 = 27,5
Z10 =27 Z12 = 36
Подачи (Z1 : Z2 ) ; (Z5 : Z6 ) ; (Z7 : Z8 ) необходимо корригировать
Произведем проверку на равенство сумм чисел зубьев, с целью обеспечения
одинакового межосевого расстояния для всех передач в одной группе.
Для основной группы:
Z1 + Z2 = Z3 + Z4 = 22 + 23 = 20 + 25 = 45
Для первой переборной группы:
Z5 + Z6 = Z7 + Z8 = 27+ 27 = 21+ 33= 54
Для второй переборной группы:
Z9 + Z10 = Z11 + Z12 = 27+ 27 = 18 + 36 = 54
Условие постоянства суммы SZ соблюдается.
030501.080602.041.000 ПЗ Лист
Изм Лист № документа Подпись Дата
11. Расчет энергосиловых параметров коробки скоростей и выбор
электродвигателя
Выбор электродвигателя. Принимаем электродвигатель по ближайшей частоте
вращения.
n = 750 об\мин
Определим, что подача от электродвигателя на первый вал коробки
скоростей ременная. При выборе ременной передачи общий КПД коробки
скоростей определяется по формуле:
(о = (рп * (пк, * (зк
где к – количество пар подшипников качения в коробке скоростей.
(о = (рп * (пк * (зк = 0,96*0,994*0,973 = 0,84
Рассчитаем потребляемую мощность на электродвигателе станка:
Рэд = Рст / (о = 4,8 / 0,84 = 5,71 кВт,
где Рст – мощность станка, кВт; (о – общий КПД коробки
скоростей.
Принимаем электродвигатель. 4А160S8
Мощность Рэд = 7,5 кВт, асинхронная частота вращения ротора
nа = 730 об\мин
030501.080602.041.000 ПЗ Лист
Изм Лист № документа Подпись Дата
Рассчитаем передаточное число ременной передачи с учетом коэффициента
скольжения по формуле:
i рем = n1 / (na ( 0,985) = 500 / (730 х 0,985) = 0,695
Рассчитаем диаметр ведущего шкива по формуле:
d1= k ( T0
где T0 – крутящий момент на валу электродвигателя, Н ( м;
к = 40 для клиноременной передачи
T0 = 9550 Рэд / na
Для нашего примера T0 = 9550 ( 7,5 / 730 = 98,12 Н ( м
Диаметр ведущего шкива равен
d1= k ( T0 = 40 ( 98,12 = 184,5 мм
Расчетный диаметр шкива округляем до ближайшего стандартного значения
по ГОСТ 17383 – 73.
d1= 180 мм.
3.8.6 Рассчитаем диаметр ведомого шкива:
d2 = d1 / iрем = 180 / 0,695 = 258,99 мм
Округлим d2 до стандартного значения из ряда по ГОСТ 17383 – 73
d2 = 250 мм.
030501.080602.041.000 ПЗ Лист
Изм Лист № документа Подпись Дата
3.8.7 Рассчитаем фактическое передаточное отношение ременной передачи:
iф рем = d1 ( (1 – () / d2 = 180 ( (1 – 0,015) / 250 = 0,71.
где ( – коэффициент скольжения, для ременных передач ( = 0,015
В нашем случае погрешность составляет менее 1%, поэтому значения
диаметров шкивов принимаем d1. = 160 мм, d2.= 230 мм.
3,8,8 Рассчитаем передаваемую мощность для каждого вала коробки
скоростей по формуле:
Рi = Рэд п ( (, кВт
где Рэд п – мощность электродвигателя, кВт;( – общий КПД, учитывающий
потери мощности от двигателя до рассчитываемого вала.
Расчетные значения передаваемой мощности для нашего примера приведены в
табл.7.
Р1 = Рэд п ( (рп ( (пк = 4,8 х 0.96 х 0,99 = 4,56 кВт
Р2 = Р1 ( (зп ( (пк = Р1 х 0.96 х 0,99 = 4,38 кВт
Р3 = Р2 ( (зп ( (пк = Р2 х 0.96 х 0,99 = 4,2 кВт
Р4 = Р3 ( (зп ( (пк = Р3 х 0.96 х 0,99 = 4 кВт
3.8.9 Рассчитаем крутящие моменты на валах коробки скоростей по
формуле:
Тi = 9550 ( Р i / n i min , Н(мм
где n i min – – минимальная частота вращения вала, об\мин.
В качестве расчетной частоты вращения шпинделя принимаем частоту
вращения верхней ступени второй трети диапазона, т.е. n i min равную n3
= 200 об/мин.
030501.080602.041.000 ПЗ Лист
Изм Лист № документа Подпись Дата
Т1 = 975 ( 104 ( 4,56 / 200 = 222,3 Н(мм
Т2 = 975 ( 104 ( 4,38 / 200 = 213,5 Н(мм
Т3 = 975 ( 104 ( 4,2 / 200 = 204,75 Н(мм
Т4 = 975 ( 104 ( 4 / 200 = 195 Н(мм
3,8,9 Произведем предварительный (ориентировочный) расчет валов
коробки скоростей.
Предварительный расчет диаметров валов выполняют из расчета на
кручение, так как нет данных о расстоянии между опорами, необходимых для
учета изгибных напряжений.
Предварительных расчет диаметров валов производится по формуле:
di = 5(Тi / [(]
где Тi – максимальный крутящий момент для рассчитываемого вала, Н*мм;
d – диаметр рассчитываемого вала, мм;
[(] – допускаемое значение напряжений кручения, МПа.
Для валов из конструкционных среднеуглеродистых марок сталей 45, 50
принимают [(] = 20 МПа
Диаметр промежуточных валов округлим до ближайших больших стандартных
значений по ряду Ra 40.
Диаметр шпинделя в переднем подшипнике принимаем в зависимости от
мощности электродвигателя (табл. 6).
030501.080602.041.000 ПЗ Лист
Изм Лист № документа Подпись Дата
d1 = 5(222300 / 20 = 38 мм, принимаем d1 = 38 мм
d2 = 5(213500 / 20 = 37,6 мм, принимаем d2 = 38 мм
d3 = 5(204750 / 20 = 37 мм, принимаем d3 = 38 мм
d4 = 5(195000 / 20 = 36,5 мм, принимаем d4 = 38 мм
030501.080602.041.000 ПЗ Лист
Изм Лист № документа Подпись Дата
Литература
1. Анурьев В.И. Справочник конструктора – машиностроителя: в 3т.
М.: Машиностроение, 1985. Т.2, 559 с.
2. Проектирование металлорежущих станков и станочных систем:
проектирование металлорежущих станков; Справочник –
учебник/под ред. А. С. Проникова._ М, Машиностроение,1995.-448 с.
4. Проников А. С. Расчет и конструирование металлорежущих станков.
Учеб. для ВУЗов.- М.: Высш. Школа,- 2000.-
5. Тарзиманов Г. А. Проектирование металлорежущих станков. М.:
Машиностроение,- 1980, – 280 с.
6. Шейнблит А. Е. Курсовое проектирование деталей машин: учебник
для техн..- М Высшая школа. – ФГИПП.- 1999.- 432 с..
7. Дунаев Леликов Курсовое проектирование деталей машин: учебник для
ВУЗов.- М Высшая школа. 1999.- 420 с.
8. Кочергин А. А, Конструирование и расчет металлорежущих станков
и станочних комплексов: Учеб. пособие для ВТУЗов.- Минск. –
Вышейш. школа. – 1991, 382 с.
9. Левятов Д.С. Расчеты и конструирование деталей машин: Учеб. для
Вузов.- М.: Высш. шк. 1985. 380 с.
030501.080602.041.000 ПЗ Лист
Изм Лист № документа Подпись Дата
q!
m!
3!
3!
(m!)2
q!
(3!)2
3!
n3
n2
n1
I3 = (0 =Z5:Z6
I1 = (0 =Z1 : Z2
n4
n5
n6
n7
6
5
4
3
2
1
0
об\мин
125
160
200
250
315
400
500
6
7
4
0
1
2
3
Вал двигателя
n = 750 об/мин
i4= 1\( 2 =Z7 : Z8
I6 = 1\(3 =Z11:Z12
i2 = 1\(1 =Z3 : Z4
I5 = (0 =Z9:Z10
3
3
3
3
3
3
3
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter