Материал: Модернизация деревообрабатывающего продольно фрезерного станка С254АМ

Расчёт пружины сжатия ведётся программой "КОМПАС - SPRING" компании АСКОН.

Результаты расчетов заносим в таблицу 3.3 (рисунок 3.3)

Таблица 3.3 - Результаты расчёта

Рисунок 3.3 - Параметры пружины сжатия

Вал ведущий

Схема нагрузок на приводной вал в процессе работы (рисунок 3.4)

Рисунок 3.4 - Расчетная схема

Вертикальная плоскость:

Загружение первого пролета:

; (3.34)

,

где  м;  м;

 м;

-грузовые коэффициенты определяем согласно силовой схеме:

;

Загружение второго пролета:

; (3.35)

;

;

;

.

Суммарные опорные моменты:

Реакции опор в вертикальной плоскости:

Балка 0-1:

 (3.36)

Балка 1-2:

 (3.37)

Суммарные реакции в вертикальной плоскости:

;

;

.

Горизонтальная плоскость:

Загружение первого пролета

;

;

.

Загружение второго пролета:

Реакции опор в горизонтальной плоскости:

Балка 0-1:

Балка 1-2:

Суммарные реакции:

;

;

.

Результирующие реакции:

Изгибающие моменты в вертикальной плоскости:

;

;

.

Изгибающие моменты в горизонтальной плоскости:

;

;

.

Результирующие изгибающие моменты:

;

;

3.9 Проверка вала на выносливость

Напряжение изгиба и кручения:

; (3.38)

,

где изгибающий и крутящий моменты на валу,

=58 Мпа, =8,7 Мпа;

 момент сопротивления сечения вала изгибу, ;

 момент сопротивления сечения вала кручению, .

Коэффициенты концентрации напряжений в данном сечении (под подшипником):;

Пределы выносливости вала в данном сечении:

; (3.39)

Коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям:

; (3.40)

,

где  амплитуда напряжений цикла:

;

;

 среднее напряжение цикла:

Общий коэффициент запаса прочности вала:

, (3.41)

где  - допускаемый запас прочности вала,  = 2

3.10 Кинематический расчет

Требуемая угловая скорость вращения вальца при скорости подачи U=7,5 м/мин:

, (3.42)

где U - скорость подачи , U=7,5 м/мин =0,125 м/с;

диаметр вальца, 180 мм.

Синхронная частота вращения вала двигателя:

 об/мин , (3.43)

где f - частота питающей сети, f=50 Гц;

Р - число пар полюсов, р=2.

Принимается электродвигатель 4А112М4/1445, N=5,5 кВт, n=1500 об/мин, КПД = 82 %

Требуемое передаточное число передачи:

; (3.44)

,

где

- угловая скорость вращения вала двигателя:

 рад/с (3.45)

Согласно полученным расчетам изображаем графически кинематическую схему привода ведущего вала (рисунок 3.6)

Рисунок 3.6 - Кинематическая схема: 1- частотный преобразователь; 2- электродвигатель; 3- муфта упругая втулочно-пальцевая; 4- цилиндрический редуктор; 5- звёздочка Z1=17; 6- цепь втулочно-роликовая Р=18,875; 7- звёздочка Z2=45; 8- зубчатое колесо Z1=25; 9- зубчатое колесо Z2=35; 10- подшипник; 11- валец

Разбивка передаточного числа:

На станке имеется цилиндрическая зубчатая передача:

 (3.46)

Имеется цепная передача:

 (3.47)

Принят редуктор с передаточным числом

Общее передаточное отношение привода:

Действительная угловая скорость вращения вальца:

; (3.48)

Действительная окружная скорость вращения вальца:

; (3.49)

Действительная частота вращения вальца:

 об/мин (3.50)

Требуемая частота вращения вальца:

 об/мин

Отношение действительной частоты вращения вальца к требуемой:

 (3.51)

Отсюда, требуемая частота тока при минимальной скорости подачи:

 Гц (3.52)

Отношение максимальной скорости подачи к минимальной:

Тогда требуемая частота тока при максимальной подаче:

 Гц

Отсюда получаем диапазон регулирования частотного преобразователя: 26,5 - 148,4 Гц., обеспечивающий минимальную и максимальную скорость подачи, но, учитывая скольжение двигателя S=3,7 %, окончательно получаем диапазон регулирования: 27,5 - 154 Гц.

4. Технологическая часть

.1 Описание конструкции

В данной контрольной работе представлена деталь вал, изготовленный из стали 45 ГОСТ 1050-88 (таблицы 4.1 - 4.2), которая считается одной из самых стойких конструкционно - углеродистых качественных сталей, так как она хорошо подвержена нормализации, улучшению и так же хорошо подвержена поверхностной термической обработке для повышения прочности и износостойкости поверхностного слоя металла. Данную сталь применяют для производства различных шестерен, бондажей, зубчатых реек, коленчатых и распределительных валов, шпинделей, фрикционных дисков, и еще множества других деталей не имеющих специальных требований к эксплуатации. Широко применяется сталь 45 в производстве режущих инструментов в качестве оправок и держателей.

Марка - 45;

Заменитель - 40Х, 50, 50Г2;

Классификация - сталь конструкционная углеродистая качественная.

Таблица 4.1 - Состав стали 45

Таблица 4.2 - Изначальные механические свойства материала

Сталь 45 ГОСТ 1050-88 является углеродистой доэвтектоидной сталью, значит для ее термообработки лучше применить улучшение, которое заключается в нагреве детали до температуры 820840 °С с последующим быстрым охлаждением и дальнейшим высокотемпературным отпуском. В результате термообработки деталь будет иметь повышенную твердость.

Середина вала остается вязкой, т.к. сталь 45 имеет прокаливаемость 1015 мин, а это обеспечит высокую ударную вязкость (при необходимости) и устойчивость вала к различным видам нагрузки. В результате термообработки изменяются свойства стали, которые приведены в таблице 4.3

Таблица 4.3

Механические свойства стали 45 после улучшения

В связи с особенностями конструкции деталь в разных местах будет иметь различные обоснованные квалитеты точности в соответствии с принятыми эксплуатационными особенностями.

Требования:

- качество изделия;

- технологичность;

-        соосность (очень высокая точность).

Описание изделия.

Деталь имеет в своем составе следующие поверхности:

1.  Наружная цилиндрическая поверхность валика:Ø45;Ø55;Ø44;Ø45.

2.      2 торца имеющие шероховатость 6,3 мкм.

.        3 фаски 1,5 х45°.

.        4 канавки с радиусами.

.        2 шпоночных паза 14х45х5,5.

.        На валу также находится четырехгранник 36мм.

Наиболее ответственными и точными являются наружные поверхности вала.

4.2 Анализ технологичности конструкции детали

Он оценивается по цеховой себестоимости изготовления детали (технологичность). Чем технологичнее деталь, тем ниже себестоимость ее изготовления.

В виду отсутствия экономических сведений оценка технологичности произведена (выполнена) по системе показателей, связанных с конструкцией детали.