Курсовая работа: Модернізація коробки швидкостей станка 6А56 для обробки жароміцної сталі

Міністерство утворення і науки України

Національний університет «Львівська політехніка»

Курсовий проект

Розрахунково-пояснювальна записка

Тема

Модернізація коробки швидкостей ст. 6А56 для обробки

жароміцної сталі

Група

Студент

Керівник проекту

Дата захисту

Оцінка проекту

2009 навчальний рік

Обсяг і зміст проекту

1. Пояснювальна записка на 25 - 30 аркушах. Розрахункова пояснювальна записка містить уведення, кінематичні і силові розрахунки коробки швидкостей, перелік використовуваної літератури.

2. Графічна частина на листі формату А1. Графічна частина складається зі складального креслення (розгорнення) коробки швидкостей.

Дата видачі << >> 200 р. Срок виконання << >> 200 р.

1. Загальна частина

1.1.1 Ведення

Машинобудування є основою науково-технічного прогресу, у різних галузях народного господарства. Безперервне удосконалювання і розвиток машинобудування зв'язаний із прогресом верстатобудування, оскільки разом з металорізальними верстатами й інші види технологічних машин забезпечують будь-яких нових видів устаткування.

Удосконалювання сучасних верстатів повинне забезпечувати підвищення швидкостей робочих і допоміжних рухів, при відповідному підвищенні потужності приводу головного руху.

Виняткове значення здобуває підвищення надійності верстатів за рахунок насичення їх засобами контролю і виміру.

Сучасні металорізальні верстати забезпечують виконавчу потужність оброблених деталей. Відповідальні поверхні найбільш важливих деталей машин і приладів обробляють на верстатах з погрішністю в частках мікрометрів, а шорсткість поверхонь при алмазному гострінні не перевищує сотих часток мікрометра.

1.1.2 Призначення верстата

Верстат призначений для виконання універсальних робіт різними видами швидкорізального і твердосплавного інструмента, а також для виконання простих розточувальних і свердлильних робіт вертикальною подачею фрезерної бабки. На верстаті можна обробляти деталі з кольорових і чорних металів, включаючи особливо міцні сталі.

Для фрезерования складних криволінійних поверхонь по розмітці в конструкції верстата передбачена ручна подача столу в подовжньому і поперечному напрямках за допомогою сервопривода.

Безступінчасте регулювання приводу подач столу і фрезерної бабки дає можливість вибрати найбільш ефективний режим різання.

У конструкції верстата передбачені можливості побіжного фрезерования, Гідромеханічне кріплення фрез, механізований затиск бабки і салазок.

Охолодження інструмента, що ріже, розпиленням.

Керування верстатом кнопкове, з підвісного пульта.

Клас точності верстата Н.

1.1.3 Технічні характеристики станка

Основні розміри:

Розміри робочої поверхні столу, мм                         800×2000

Кількість Т-образных пазів столу                              5

Ширина паза, мм                                                         28

Відстань між пазами, мм                                             140

Відстань від торця шпинделя до робочої                  100-900

поверхні столу, мм                                                      800

Відстань від осі шпинделя до направляючих            №3(ГОСТ836-62)

стійкі, мм                                                                     

Конус отвору шпинделя                                             1600

Найбільше переміщення столу, мм:                           750

подовжнє                                                                      150

поперечне                                                                     800

Найбільше переміщення гільзи шпинделя, мм          4000

Механіка столу:

Кількість швидкостей шпинделя                                 18

Число оборотів шпинделя в хвилину                         25-1250

Межі безступінчастих подач, мм/хв:                         

столу                                                                            6-1000

бабки                                                                            6-250

Швидкість швидкого переміщення, мм/хв:               

столу                                                                            8000

бабки                                                                            750

Привод, габарит и вес станка

Електродвигуни:                 Тип             Потужність, квт   Число про/хв

приводу головного руху    А02-71-4    22,0                      1450

приводу подач бабки         П-52           4,3                        1000/3000

приводу подач салазок      П-52           4,3                        1000/3000

приводу подач столу          П-52           4,3                        1000/3000

гідроприводу                      А02-31-6    1,5                        950

привід насоса змащення     ДПТ21-4    0,12×2                  1450

Габарити верстата              3900×5300×4000

Вага верстата, кг                 18000

1.1.4 Мета і задачі модернізації

Науково-технічний прогрес викликав бурхливий розвиток усіх галузей народного господарства, що вимагає нових машин, механізмів і устаткування, для комплексної механізації, однак у промисловості мається велика кількість застарілих верстатів, замінити які в короткий час не представляється можливим. Одним зі шляхів рішення цієї проблеми є модернізація верстатів, що передбачає підвищення їхньої потужності, швидкості механізації й автоматизації трудомістких процесів скорочення допоміжного часу.

1.2 Кінематичний аналіз ланцюга головного руху верстата 6А56

Основний розмір - розмір столу

Bст×Lст=800×2000мм

n=25…1250мм

Zn=18

Sпр=5…2200мм

Zs=18

1.2.1.Визначення знаменника ряду

n=25…1250мм

Zn=18

φ_n

Побудова ряду частот

Складаємо розгорнуте рівняння

1.2.2. Визначаю функції групових передач

Перша група

φ

φ7

Друга група

φ

φ

Третя група

φ

1.2.3 Складаю структурну формулу ланцюга головного руху

Zn=1×3(2) ×3(6) ×2(9)=18

1.2.4 Побудова структурної сітки

Эл.дв.                   I                        II                       III                     IV

Малюнок 1

1.2.5 Визначаємо передатні відносини групових і постійних передач

Група «а»

Група «б»

Група «в»

1.2.6 Складемо структурний графік

         1420                                                                                                                                                       

Малюнок 2

1.2.7 Визначаєм дійсні частоти обертання і їх відхилення від стандартних

 хв^-1

 хв ^-1

 хв^-1

 хв^-1

 хв^-1

 хв^-1

 хв^-1

 хв^-1

 хв^-1       

 хв^-1

 хв^-1

 хв^-1

 хв^-1

 хв^-1

 хв^-1

 хв^-1

 хв^-1

 хв^-1

Висновок: усі відхилення уклалися в припустиме.

1.3 Кінематичний аналіз ланцюга головного руху відповідно до завдання по модернізації

1.3.1 Уточнюємо вихідні дані

Bст. × Lст. =800 × 2000

n_шп = 25…1120 хв^-1

Zn=12

n_min=25 хв -1; n_max=1120 хв^-1

φ_n

Побудова ряду частот

1.3.2 Вибір і аналіз структурної формули

Ri_max=φ_n=1,41=3

1.3.3 Побудова структурної сітки

                    φ=1,41

Эл. дв.                      I                       II                      III                      IV

Малюнок 3

1.3.4 Побудова структурної графіка

                                     630

Малюнок 4

1.3.5 Розрахунок зубчастих коліс

1.3.6 Визначення дійсної частоти обертання їхнього відхилення від стандартних значень

 хв^-1

 хв^-1

 хв^-1

 хв^-1

 хв^-1

 хв^-1

 хв^-1

 хв^-1

 хв^-1

 хв^-1

 хв^-1

 хв^-1

Висновок: усі відхилення уклалися в припустиме

1.4 Вибір електродвигуна

1.4.1 Вибір розрахункової обробки

Діаметр оброблюваної заготівлі.

, мм

В=800 – ширина робочої частини столу

 мм

Розрахункове значення столу D коректується за ДСТ24359-80. Довідник технолога машинобудівника т.2. 1986 р. стор. 188 т.95.

 мм.

 мм.

Z=20 – число зубів.

Матеріал заготівлі частини інструмента, що ріже:

Заготівля З4; Інструмент ВК8; Фреза ДСТ24359-80

1.4.2 Визначення розрахункових режимів різання

t=(0,02…0,03)D, мм

t=0,02∙400=8 мм

Ширина фрезерования

, мм

мм

Подача на зуб фрези

 мм

Приймаю Sz=0,3 мм.

Швидкість різання

Стійкість фрези T=(1,0…1,5)D, хв, т.к. D=400>200, то  хв. из т. 39. вибираю значення для інструмента ВК6 - матеріал жароміцний.

C_v=108                        m=0,32          Y_v=0,3       P_v=0

q_v=0,2  X_v=0,06          U_v=0,2          

K_v – загальний поправочний коефіцієнт на швидкість різання.

K_mv=1; K_uv=0,9; K_nv=0,1

 м/хв.

 хв^-1

  хв^-1

 м/хв.

1.4.3 Визначаю потенційну силу різання

, (Н)

из табл. 4.3. выбираю значения

C_p=218                        X_p=0,92 u_p=1,0 K_p=1

q_p=1,15                       y_p=0,78 W_p=0

 Н

1.4.4 Визначаю потребную потужність електродвигуна

 кВт

К₁=1 – коефіцієнт, що враховує додаткові витрати потужності на подачу супорта.

К₁=1 – коефіцієнт, що враховує можливість короткочасних перевантажень.

1.4.5. Выбор електродвигуна за ДСТ

Тип електродвигуна 4А160S4

N_эл.дв.=15,0 квт;

N_дв=1465 хв -1;

Виконання за ДСТ 19523-81

1.5 Силовий розрахунок приводної передачі

1.5.1 Кінематичний розрахунок зубчастих коліс

Z=112-78=34

 мм

1.5.2 Силовий розрахунок зубчастих коліс

Розрахунок зводиться до визначення σ_н (контактної напруги) і σ_F (напруги вигину) у матеріалі зубчастих коліс. Розрахункові піддаємо менше колесо приводної передачі.

 [МПа]

 [ МПа або Н/мм²],

де

Z_н – коефіцієнт форми сполучених поверхонь зуба,

Z_н=1,76 (прямозубі колеса з )

Z_M – коефіцієнт, що враховує механічні властивості матеріалів сполучених коліс Z_М=274 – сталь по сталі.

Z_Е - коефіцієнт, що враховує сумарну довжину контактних ліній,Z_Е=0,9

 - для сталевих коліс.

1.5.3 F_t - окружна сила на колесі, що розраховується

 [H],

 H

b=20 мм.

1.5.4

K_Hα - враховує розподіл навантаження між зубами K_Hα=1

K_Hβ – по ширині зубцюватого вінця. Для  - K_Hβ залежить від твердості робочої поверхні зубів.

K_Hβ=1…1,05 консольне розташування, K_Hβ=1,03

K_Hv – динамічний коефіцієнт.

K_Hv залежить від ступеня точності окружної швидкості, твердості поверхні зубів. Рекомендують застосовувати 7-ю ступінь точності.

 м/с, звідси K_Hv=1,2

МПаМПа

К

оефіцієнт форми зуба Y_F=3,85

K_F=1 (для прямозубих коліс)

K_Fβ=1,13…1,28 (консольне розташування)

МПаМПа

Вибираю сталь 40ХН, загартування ТВЧ наскрізна HRC=48…55

[σ_н]=1000МПа;             [σ_F]=270МПа;

1.5.5 Визначення розрахункових частот обертання

Тихохідна коробка швидкостей.

n_шп.min<80 хв -1

25 хв -1<80 хв -1

Приймаємо найближче менше 50 хв -1

 хв -1

 хв -1

 хв -1

 хв -1

 хв -1

Малюнок 4

1.5.6 Визначення розрахункових моментів

;

;

;

;

;

;

1.5.7 Перевірочний розрахунок моделей групових і постійних передач

Група «а»

m=4

 мм.

Розрахунок ведемо по меншому колесу

 Н

K_Hα=1

K_Hβ=1,05

K_HV=1,12

Для сталі

МПа

Y_F=3,87

K_Fα=1

K_Fβ=1,12

K_FV=K_HV=1,14

МПа

Сталь 45 нормалізація НВ 180…200

[σ_H]=420МПа;     [σ_F]=110МПа.

Розрахунок задовольняє умови.

Група «б»

m=5

 мм.

Розрахунок ведемо по меншому колесу

 Н

K_Hα=1

K_Hβ=1,03

K_HV=1,05

Для сталі

МПа

Y_F=3,81

K_Fα=1

K_Fβ=1,12

K_FV=K_HV=1,04

МПа

Сталь 45 поліпшення НВ 240…280

[σ_H]=600МПа;     [σ_F]=130МПа.

Розрахунок задовольняє умови.

Група «в»

m=4

 мм.

Розрахунок ведемо по меншому колесу

 Н

K_Hα=1

K_Hβ=1,07

K_HV=1,05

Для сталі

МПа

Y_F=3,75

K_Fα=1

K_Fβ=1,12

K_FV=K_HV=1,05

МПа

Сталь 45 нормалізація НВ 180…200

[σ_H]=420МПа;     [σ_F]=110МПа.

Розрахунок задовольняє умови.

1.5.8 Геометричний розрахунок передач

Приводна

 мм.

 мм.

Знаходимо міжосьову відстань

 мм.

група «а»

мм.

 мм.

 мм.

мм.

 мм.

 мм.

мм.

 мм.

 мм.

група «б»

мм.

 мм.

 мм.

мм.

 мм.

 мм.

група «в»

мм.

 мм.

 мм.

мм.

 мм.

 мм.

Дані розрахунку параметрів коліс зводимо в таблицю 1

Зведена таблиця параметрів зубчастих коліс

Таблиця 1

1.5.9 Попередній розрахунок валів

I вал.

 н/мм² <[τ_кр]

Сталь45 [τ_кр]=30 н/мм²

II вал.

 н/мм² <[τ_кр]

Сталь45 [τ_кр]=30 н/мм²

III вал

 н/мм² <[τ_кр]

 н/мм² <[τ_кр]

Сталь45 [τ_кр]=30 н/мм²

IV вал

 н/мм² <[τ_кр]

 н/мм² <[τ_кр]

Сталь45 [τ_кр]=30 н/мм²

1.6.1 Уточнений розрахунок діаметрів валів

                                              Z=20

                                                                                                          III

                                             Z=49                            Z=18

                                                                                                           II

                                                                                                            I

                                                                                 Z=46

                      90                                                              240

                                                 470

Малюнок 5

Визначаємо окружні і радіальні складові зусилля

        1. М_кр=50,9 Нм

       2. Передача до вала, що розраховується , m=4 мм.

      3. Передача від вала, що розраховується , m=5 мм.

 Н

 Н

 Н

 Н

Визначаємо реакції лівої і правої опор у двох площинах.

Для розрахунку складемо схему дії всіх сил на вал.

Для розрахунку складемо схему дії всіх сил на вал.

                                                                                                                    242 Н

                                                                                                                                      В

                                                                                                                      519 Н

                 А                                                   1131 Н                                         240         

                                                                       527 Н

                                      90

470

Малюнок 6

Реакції опор у горизонтальній площині

 Н

 Н

Реакції опор у вертикальній площині

 Н

 Н

Визначаємо сумарні реакції в опорах

 Н

 Н

Визначаємо згинальні моменти в розрахункових перетинах

Для визначення приведеного моменту використовуємо більше значення згинаючого моменту (М_изг=1130 )

Визначаємо приводний момент

Визначаємо діаметр вала при матеріалі вали Сталь50ХН, n=1,3, σ_-1=480

 мм.

Висновок: раннє прийняте значення вала дорівнює d_расч.min. Значить вал витримає навантаження.

1.6.2 Розрахунок підшипників

Розрахункові піддаються підшипники вала, для якого робляться остаточний розрахунок. Якщо підшипники однакові то розрахункові піддається один підшипник, той на который діє велике навантаження.

 - долговечность.

L_h - розрахункова довговічність.

n – частота обертання даного вала.

С – динамическая грузоподъемность подшипника.

Р - приведене радіальне навантаження.

, где

 – сумарна максимальна реакція опор.

V – коефіцієнт обертання V=1,0

 – коефіцієнт безпеки =1…1,2

– температурний коефіцієнт =1,0

Приймаю підшипники 410

 Н

 годин

Підшипники обрані правильно тому що LH>12000 ч.

1.6.3 Розрахунок шпонкових з'єднань

М – момент, що крутить, на даному валові.

d – діаметр на який установлена шпонка

b – ширина шпонки

l_min – довжина шпонки

Перевіряються тільки не рухливі з'єднання на τ_ср і на σ_см і ті й інші.

Вал приводної передачі

 МПа

 МПа

Вал III

 МПа

 МПа

Вал IV

 МПа

 МПа

 МПа

 МПа

1.6.4 Розрахунок шлицевых з'єднань

М – розрахунковий момент, що крутить.

Z – зовнішній діаметр вала

d – внутрішній діаметр вала

l_min – найменша довжина шлицевого з'єднання.

Вал I

 МПа

Вал II

 МПа

Вал III

 МПа

Вал IV

 МПа

Вал приводної передачі

 МПа

1.6.5 Вибір норм точності

Вимір товщини зубів при довжині загальної нормалі W має та перевага перед виміром по постійній хорді, що не потрібно більш точного виготовлення зубчастих коліс по зовнішньому діаметрі.

Для прямозубих коліс без зсуву:

где

m_n – нормальний модуль

W^\ - довжина загальної нормалі при m_n=1 мм.

Z=46 b=40 мм.    M=5

Ступінь точності 7-С

Для даного колеса  мм.

W^\=16,810, т.к. Z=46, число зубів охоплюємо при вимірі 7, m_n=1, а т.к. m=5, то

 мм.

Допуск на радіальне биття венца

F_z=0.053 мм.

Визначаємо верхнє і нижнє відхилення довжини загальної нормалі. Верхнє складається з 2-х слогаемых:

I^ое  - найменше відхилення середньої довжини загальної нормалі в тіло зуба [4, т.31, с.304]

Вид сполучення в нас, ступінь точності 7, ділильний діаметр у межах 180-250, одержуємо

=0,085 мм.

II^ое  - допуск на радіальне биття зубцюватого вінця [4, с.304, т.32]

=0,014 мм.

в.о=+=0,085+0,014=0,099 мм (-)

Нижнє відхилення: T_Wn – (4. т.33, с.305)

н.о.=в.о.+T_Wn, тогда

н.о.=0,099+0,068=0,167 мм. (-)

Допуск на коливання довжини загальної нормалі.

V_W=0,036 мм

Коливання вимірювальної міжцентрової відстані на одному зубі:

=0,026 мм – [4,т.26,с.296].

Допуск на напрямок зуба

F_β=0,012 мм

Таблиця 2

Література

1. А.М. Хаскин "Креслення". Вища школа 1986р. Г. Київ.

2. А.Г. Косиловой., Р.К. Мещеряковас правочник технолога машинобудівника тім 1 і 2 Москва "Машинобудування" 1986р.

3. Методичка по конструираванию.

4. В.И.Анурьев "Довідник конструктора - машинобудівника" Москва "Машинобудування" Том 1 1978р. Том 2 1982р.

5. А.А.Панів Оработка металлорезания Справ очник технолога - машинобудівника. 1988р.