Расчёт и конструирование привода главного движения станка

Выбор структуры привода

Приводы металлорежущих станков предназначены для осуществления рабочих, вспомогательных и установочных перемещений инструмента и заготовки. В нашем случае – это привод вертикального шпинделя.

Применительно к вертикально-фрезерному станку целесообразно использовать передачу от электродвигателя к коробке скоростей при помощь клиновой передачи. Это оправдано тем, что станок передаёт небольшие величины крутящих моментов, и поэтому не требует других, дорогих и более сложных способов передачи крутящих моментов.

Однако в данном случае на станке применяется передача крутящего момента от вала электродвигателя к валу I при помощь упругой муфты 1 (рис. 1).

Выбор электродвигателя

Анализ гаммы станков показывает, что на станках этой группы наиболее широко используются электродвигатели малой и средней мощности. Мощностной диапазон колеблется от 2, 2 до 5, 5 кВт. Практика показывает, что применение таких типов двигателей наиболее экономически выгодно. Они обеспечивают достаточный диапазон чисел оборотов шпинделя, в среднем от 50 до 2000 об/мин. Используя эти данные на данном станке выбран электродвигатель марки АО2-51-4С2 мощностью 7, 5 кВт.

Коробка скоростей консольно-фрезерного станка

После того как произведён выбор электродвигателя, определены основные технические характеристики станка, необходимо рассмотреть принципиальную схему привода главного движения. Привод главного движения станка обеспечивает z = 18 скоростных ступеней. Рассмотрим кинематическую схему привода главного движения.

От электродвигателя мощностью 7, 5 кВт движение через упругую муфту 1 передаётся на вал I коробки скоростей. От вала I через зубчатые колёса 3-6 движение передаётся на вал II, а от него через тройной подвижный блок шестерён 3-4-5 вращение передаётся на вал III с зубчатыми колёсами 7, 8, 9, 13, 14. От вала III движение передаётся на тройной подвижный блок шестерён 10-11-12 вала IV, а затем через двойной подвижный блок шестерён 15-17 вращение передаётся на горизонтальный шпиндель V.

Вал вертикального шпинделя VII получает вращение от вала V через коническую передачу 19-20 и цилиндрическую пару 21-22.

Различные положения блоков шестерён 3-4-5, 10-11-12 и 15-17 позволяют сообщить горизонтальному и вертикальному шпинделям 18 различных скоростей.

Построение графика чисел оборотов

Имея значения n_max, n_min, z и знаменатель ряда φ, определяем промежуточные значения частот вращения шпинделя [2].

где z – число скоростных ступеней,

Nmax и Nmin – соответственно максимальное и минимальное число оборотов шпинделя.

Согласно формуле 1

=1.26

Рис. 1. График чисел оборотов шпинделя.

Определение кпд привода главного движения

Оценка КПД кинематической цепи коробки скоростей определяется как произведение КПД промежуточных кинематических пар [1].

η = η ₁^а * η ₂^б * η ₃^в * η _n^m, (2)

где η ₁…η _n - среднее значение КПД кинематических пар, входящих в кинематическую цепь коробки скоростей,

а…м – число одинаковых кинематических пар.

Подшипники, на которые опирается любой вал привода, работают параллельно, и КПД, учитывающий потери в подшипниках каждого вала, должен выражаться одним из сомножителей [1].

η _прив. = η ₁ * η ₂¹⁰ * η ₃ * η ₄⁸, (3)

где η ₁ – КПД эластичной муфты,

η ₂¹⁰ – КПД 10 пар цилиндрических шестерён,

η ₃ – КПД конической передачи,

η ₄⁸ – КПД 8 пар подшипников качения.

η _прив. = 0, 98 * 0, 95¹⁰ * 0, 92 * 0, 995⁷ = 0, 76

Передаточные числа передач коробки скоростей и числа зубьев колёс

Таблица 3. Основные параметры зубчатых передач коробки скоростей.

№
Позиция на рис.	2/6	3/7	4/8	5/14	8/10	9/11	14/12	17/16	15/18	19/20	21/22
i	0, 509	0, 543	0, 815	0, 42	0, 73	0, 37	1, 46	2, 15	0, 275	1, 0	1, 57
z / z	27/53	19/37	22/27	16/38	27/37	17/46	38/26	82/38	19/69	30/30	88/56
Σ z

Расчёт передач

Мощность на валах

Согласно установленному электродвигателю N= 7, 5 кВт, находим мощности на других валах коробки скоростей [3].

Nв = Nдв * η ₁^x * η ₂^y *…* η ₃^z, (4)

где η ₁ – КПД эластичной муфты,

η ₂ – КПД подшипников качения,

η ₃ – КПД зубчатой передачи,

η ₄ – КПД конической передачи.

N1 = Nдв * η ₁ * η ₂ = 7, 5 * 0, 98 * 0, 995 = 7, 31 кВт

N2 = Nдв * η ₁ * η ₂² * η ₃ = 7, 5 * 0, 98 * 0, 995² * 0, 95 = 6, 91 кВт

N3 = Nдв * η ₁ * η ₂³ * η ₃² = 7, 5 * 0, 98 * 0, 995³ * 0, 95² = 6, 53 кВт

N4 = Nдв * η ₁ * η ₂⁴ * η ₃³ = 7, 5 * 0, 98 * 0, 995⁴ * 0, 95³ = 6, 17 кВт

N5 = Nдв * η ₁ * η ₂⁵ * η ₃⁴ = 7, 5 * 0, 98 * 0, 995⁵ * 0, 95⁴ = 5, 84 кВт

N6 = Nдв * η ₁ * η ₂⁶ * η ₃⁴ * η ₄ = 7, 5 * 0, 98 * 0, 995⁶ * 0, 95⁴ * 0, 92 = 5, 34 кВт

N7 = Nдв * η ₁ * η ₂⁷ * η ₃⁵ * η ₄ = 7, 5 * 0, 98 * 0, 995⁷ * 0, 95⁵ * 0, 92 = 5, 05 кВт

Определение крутящих моментов на валах

Определим максимальные моменты, которые способна развить дана коробка скоростей при данной мощности с учётом передаточных отношений [1].

Мо = 9740 * Nдв / nдв * η ₁ = 9740 * 7, 5/1460 * 0, 99 = 48, 54 Н*м

М₁ = Мо * η ₁ = 48, 54 * 0, 99 = 48, 05 H*м

М₂ = М₁ * u₁ * η ₂ * η ₃ = 4, 805 * 1, 96 * 0, 99 * 0, 95 = 88, 57 Н*м

М₃ = М₂ * u₂ * η ₂ * η ₃ = 8, 857 * 2, 376 * 0, 99 * 0, 95 = 197, 92 Н*м

М₄ = М₃ * u₃ * η ₂ * η ₃ = 19, 792 * 2, 7 * 0, 99 * 0, 95 = 502, 6 Н*м

М₅ = М₄ * u₄ * η ₂ * η ₃ = 50, 26 * 3, 63 * 0, 99 * 0, 95 = 1715, 9 Н*м

М₆ = М₅ * u₅ * η ₂ * η ₃ * η ₄ = 171, 59 * 1 * 0, 99 * 0, 95 * 0, 92 = 1484, 7 Н*м

М₇ = М₆ * u₆ * η ₂ * η ₃ * η ₄ = 148, 47 * 0, 64 * 0, 99 * 0, 95 * 0, 92 = 822, 2 Н*м

По рекомендациям ЭНИМС максимальный крутящий момент на шпинделе фрезерного станка определяется по следующей зависимости [4]:

М_шп.max. = С_ф * t * S_z * z_ф * К_ф, (5)

где С_ф – коэффициент, учитывающий значение удельного крутящего момента;

t – глубина резания;

S_z – подача на зуб;

z_ф – число зубьев фрезы;

К_ф – коэффициент динамической нагрузки при фрезеровании

Анализ показывает, что значение М_шп.max для вертикально фрезерного станка составляет 843, 6 Н*м.

Ориентировочное определение диаметров валов

Предварительно оцениваем средний диаметр валов из расчёта только на кручение при пониженных допускаемых напряжениях [5].

где [τ ] – допускаемые напряжения, МПа (12…15 МПа)

Т – крутящий момент на валу, Н*м

Согласно формуле 6:

Определение межосевых расстояний [5]

где [σ н] – допускаемые напряжения, МПа (550 МПа)

Ка – поправочный коэффициент учитывающий условия работы, (Ка = 495)

Кнв – коэффициент концентрации нагрузки (Кнв = 1, 0)

Ψ а – при несимметричном расположении колёс относительно опор вала 0, 25

Ψ а – при симметричном расположении колёс относительно опор вала 0, 4

Тне – эквивалентный момент на валу, Н*м.

Определяем межосевое расстояние для наиболее нагруженных пар колёс. Наиболее тяжело нагруженными являются пары: 2-6, 5-14, 9-11, 15-18, 21-22

⇐ Предыдущая 1 234 Следующая ⇒