Курсовая работа (т): Расчет привода станка 6Т12

                 (2.40)

Расчёт подшипника на долговечность выполняется.

Выбранный подшипник обеспечивает основные эксплуатационные требования.

3. ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ ШПИНДЕЛЯ

Шпиндельный узел станка состоит из шпинделя, его опор, приводного элемента. В шпинделе выделяют передний конец и межопорный участок.

На шпиндель действуют нагрузки, вызываемые силами резания, силами в приводе, а также центробежными силами, возникающими от неуравновешенности вращающихся деталей самого шпиндельного узла.

Проектирование шпиндельного узла включает:

выбор типа привода;

выбор опор и устройств для их смазывания и защиты от загрязнений;

определение диаметра шпинделя и расстояния между опорами;

разработку конструкции всех элементов.

Привод шпинделя осуществляем от зубчатой передачи, так как данные передачи имеют небольшие габариты, просты в изготовлении и имеют сравнительно невысокую стоимость.

Исходя из мощности привода N=5,5 кВт рекомендуемый диаметр шпинделя в передней опоре фрезерного станка d=80…120 мм [4].

Принимаем d=120 мм, учитывая большое значение крутящего момента на шпинделе.

Параметр быстроходности:

∙nmax = 120∙1600=1,92∙105 мм∙мин-1,

где d - диаметр шпинделя в передней опоре, мм;- максимальная частота вращения шпинделя, мин-1.

Рассмотрим типовые компоновки шпиндельных узлов (рисунок 3.1) [4].

) Шпиндельные узлы с двухрядным роликовым подшипником типа 3182100К и двумя упорными шариковыми подшипниками (рисунок 3.1, а) применяют в средних и тяжелых токарных, фрезерных и фрезерно-расточных станках. В передней опоре первый подшипник предназначен для восприятия радиальной нагрузки, второй - для осевой. Диаметр шпинделя в передней опоре d = 60...200 мм. Узел характеризуется относительно невысокой быстроходностью: dnmах= (1,4...1,8) ∙105 мм.мин-1.

) Шпиндельные узлы с двухрядным роликовым подшипником типа 3182100К и двумя радиально-упорными шариковыми подшипниками типа 36200К (рисунок 3.1, б) применяют в средних и тяжелых токарных и фрезерных станках, изготавливаемых крупными партиями. Диаметр передней шейки шпинделя - d =60…200 мм, характеристика быстроходности dnmах= (1,5…3) ∙105 мм'мин-1.

Исходя из параметра быстроходности d∙nmax, а также ориентируясь на компоновку базового станка, принимаем компоновку шпиндельного узла, представленную на рисунке 3.1б: в передней опоре устанавливаем двухрядный роликовый подшипник с короткими цилиндрическими роликами серии 3182124К, в задней опоре - два радиально-упорных шарикоподшипника типа 46124К по схеме дуплекс Х-образная, Данная схема используется в тяжёлых условиях работы при больших радиальных и осевых нагрузках, таких которые возникают на фрезерных станках.

Рисунок 3.1 - Варианты компоновки опор шпиндельного узла

Параметры радиального подшипника передней опоры 3182124К: диаметр отверстия d=120 мм, диаметр наружного кольца D=180 мм, ширина В = 46 мм, грузоподъёмность динамическая Cr = 204 кН, статическая Сro = 204 кН, предельная частота вращения n = 3200 мин-1.

Параметры подшипников задней опоры 46124К: диаметр отверстия d=120 мм, диаметр наружного кольца D=180 мм, ширина В = 28 мм, грузоподъёмность динамическая Cr = 75 кН, статическая Сro = 80 кН, предельная частота вращения n = 4800 мин-1.

Так как класс точности станка нормальный, то предварительно принимаем класс точности подшипников в передней опоре - 5, в задней - 5.

Вылет переднего конца шпинделя принимаем равным а= 70 мм. Межопорное расстояние снимаем с чертежа шпиндельного узла l=350 мм.

По критерию биения переднего конца шпинделя должно выполняться условие [1]:

≥ 2,5a,  (3.1)

> 2,5 70=175 мм - условие выполняется.

Для обеспечения работоспособности шпиндельных подшипников необходимо следующее соотношение между диаметром d шпинделя и межопорным расстоянием l [1]:

 (3.2)

В нашем случае:

Передний конец шпинделя фрезерного станка служит для базирования и закрепления режущего инструмента. Точное центрирование и жёсткое сопряжение инструмента или оправки со шпинделем обеспечиваются коническим соединением.

Концы шпинделей фрезерных станков выполняют по ГОСТ 24644-81 с конусностью 7:24. Принимаем по ГОСТ 24644-81 передний конец шпинделя с конусом 55 исполнение 5.

В качестве материала шпинделя принимаем сталь 40Х с закалкой ответственных поверхностей до твёрдости 48…56 HRC с использованием индукционного нагрева.

4. РАСЧЕТ ШПИНДЕЛЬНОГО УЗЛА

.1 Расчет шпиндельного узла на точность

В результате этого расчёта выбирают класс точности подшипников шпинделя в зависимости от его допускаемого радиального биения Δ.

Предполагаем наиболее неблагоприятный случай, когда биения подшипников ΔА в передней опоре и ΔВ в задней опоре направлены в противоположные стороны (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1 - Схема к расчету шпиндельного узла на точность

При этом радиальное биение конца шпинделя [2]:

;  (4.1)

Приняв  

где  - допустимое радиальное биение подшипников (по ГОСТ 17734-88 для станка класса точности Н принимаем Δ=20 мкм), =350 мм; a=70 мм;

получим

=  мм; (4.2)

==0,003 мм; (4.3)

Принимаем класс точности подшипников:

в передней опоре - 5;

в задней опоре - 5.

.2 Расчет шпиндельного узла на жёсткость

Оценка радиальной жёсткости производится по прогибу d конца шпинделя, происходящего за счёт упругой деформации (изгиба) шпинделя и податливости его опор, а также по углу поворота q упругой линии деформированного шпинделя в передней опоре.

По ГОСТ 17734-88 для станка класса точности Н принимаем δ = 0,02 мм,  рад.

На шпиндель действуют силы резания, шпиндель разгружен от сил в зубчатом зацеплении.

Ширина стола станка BСТ=400 мм. Максимальный диаметр фрезы:=

Принимаем Dmax=160 мм.

Составляющие силы резания PZ и PY определим для наихудших условий обработки: черновое фрезерование торцовой фрезой с Dmax=160 мм.

Скорость резания при фрезеровании определяется по формуле [6]:

 (4.4)

где: D - диаметр фрезы, мм;

Т - стойкость инструмента, мин;- глубина резания, мм;- подача на один зуб, мм;- число зубьев фрезы;

В - ширина фрезерования, мм;

КV - общий поправочный коэффициент на скорость резания; - коэффициент скорости резания;, x, y, q, u, p - показатели степени.

Для чернового фрезерования торцовыми фрезами с твердосплавными пластинами принимаем подачу на зуб sz=0,1 мм.

Оборотная подача определяется по формуле:

=sz∙z=0,1∙12=1,2 мм/об (4.5)

Значения коэффициента CV и показателей степени определяем по таблицам для обработки стали [6]: CV=332, m=0,2, x=0,1, y=0,4, q=0,2, u=0,2, p=0.

При диаметре фрезы D=160 мм принимаем стойкость фрезы Т=180 мин.

Общий поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания определяется по формуле:

= KMV ∙KПV ∙KИV, (4.6)

где KMV - поправочный коэффициент на обрабатываемый материал; ИV - поправочный коэффициент на инструментальный материал;ПV - поправочный коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки.

Для стали коэффициент KMV рассчитывается по формуле:

,  (4.7)

где nV - показатель степени;

σВ - предел прочности, МПа.

Для обработки заготовок с коркой KПV=0,8.

При обработке стали твёрдым сплавом Т15К6 KИV=1.

Тогда KV= 1,2 ∙0,8 ∙1=0,96.

Тогда скорость резания:

м/мин.

Принимаем стандартную частоту вращения n=400 мин-1, т.е. действительная скорость резания V= 201 м/мин.

Окружная сила резания при фрезеровании определяется по формуле:

 (4.8)

Поправочный коэффициент на качество обрабатываемого материала КMP определим по формуле:

, (4.9)

Значения коэффициента CР и показателей степени: CР=825, x=1, y=0,75, q=1,3, u=1,1, w=0,2.

Тогда окружная сила равна:

Н

Исходя из опытных данных соотношение между составляющими силы резания Py:Pz=1:2 [6]. Тогда Py=Pz/2=2062 Н.

Тогда суммарная сила резания:

 (4.10)

Изобразим схему нагружения шпинделя, заменив подшипники опорами (рисунок 4.2).

Рисунок 4.2 - Схема нагружения шпинделя

Определим реакции, возникающие в подшипниковых опорах.

Составим уравнение моментов относительно опоры В:

SМВ= RA×l-P∑×(l+a)=0,

Составим уравнение равновесия на вертикальную ось Z:

SF=RB +RA -P∑ =0= P∑-RA=4611-5533=-922 H.

Передняя опора представляет собой роликовый радиальный двухрядный подшипник с короткими роликами диаметром d=120 мм. Радиальная жесткость jA=1600 Н/мкм (16×105 Н/мм).

Задняя опора комплексная, состоящая из двух шариковых радиально-упорных подшипников, которые представляют собой две условные опоры. Сила предварительного натяга FH=890 H [1].

Определим жёсткость задней опоры.

Осевая жесткость комплексной опоры [1]:

 (4.11)

где FН - сила натяга, Н;=3 - коэффициент, учитывающий компоновку опор.

, (4.12)

где z=15 - число тел качения в подшипнике;

a - фактический угол контакта в подшипнике, изменяющийся под действием предварительного натяга, град;Ш=20 - диаметр шарика, мм.

Тогда осевая жесткость опоры:

Радиальная жесткость комплексной опоры:

, Н/мм, (4.13)

где ja - осевая жесткость опоры, Н/мм;- коэффициент, характеризующий распределение нагрузки между телами качения и зависит от соотношения между силой натяга и радиальной нагрузкой в опоре:

Принимаем k4=0,71.

Тогда

 Н/мм.

Радиальное перемещение переднего конца шпинделя определяется по формуле [1]:

d=d1 +d2 +d3 +d4, мм (4.14)

где d1 - перемещение, вызванное изгибом тела шпинделя, мм;

d2 - перемещение, вызванное податливостью опор, мм;

d3 - сдвиг, вызванный защемляющим моментом, мм.

d4 - перемещение, вызванное податливостью контакта между кольцами подшипника и поверхностями шпинделя и корпуса, мм.

Так как составляющая d4 имеет небольшое значение, в расчётах её учитывать не будем.

Так как приводной элемент расположен между передней и задней опорами шпинделя, упругое перемещение переднего конца шпинделя с учетом защемляющего момента в передней опоре определяется по формуле [1]:

 (4.15)

где Е=2,1×105 МПа - модуль упругости материала шпинделя;

Определим осевые моменты инерции:

мм4, (4.16)

где d2=120 мм - диаметр шпинделя в передней опоре;=65 мм - диаметр отверстия в шпинделе.

 мм4, (4.17)

где d1, d2- наружный и внутренний диаметры шпинделя в задней опоре, мм.

d = 6 мкм £ [d]=20 мкм - условие выполняется.

Угол поворота в передней опоре

 (4.18)

θА=0,000018 рад < [θА] =0,001 рад.

Следовательно, жесткость шпиндельного узла обеспечивается.

.3 Расчет шпинделя на виброустойчивость

Приближенный расчет собственной частоты шпинделя, не имеющего больших сосредоточенных масс, можно проводить по формуле [7]:

, с-1, (4.19)

где m - масса шпинделя, кг;

- относительное расстояние между опорами:

- коэффициент, зависящий от l.

Определим массу шпинделя:

где d - диаметр шпинделя, мм;- диаметр отверстия в шпинделе, мм;- длина шпинделя, мм;

ρ - плотность материала шпинделя, кг/м3.

Гц.

ωс=490 Гц > [ωс]=250 Гц [7]

Следовательно, полученная частота собственных колебаний удовлетворяет требованиям к данному типу станков.

5. НАЗНАЧЕНИЕ СИСТЕМЫ СМАЗЫВАНИЯ СТАНКА

Внимательное отношение к смазке, нормальная работа систем смазки являются гарантией безотказной работы станка и его долговечности.

На станке имеются две изолированные централизованные системы смазки:

зубчатых колёс, подшипников коробки скоростей и элементов коробки переключения скоростей;

зубчатых колёс, подшипников коробки подач, консоли, салазок, направляющих консоли, салазок и стола.

Схема расположения точек смазки показана на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 - Схема смазки станка

Масляный резервуар и насос смазки коробки скоростей находятся в станине. Масло в резервуар заливается через крышку 5 до середины маслоуказателя 9. При необходимости уровень масла должен пополняться. Слив масла производится через патрубок 6.

Контроль за работой системы смазки коробки скоростей осуществляется маслоуказателем 7.

Масляный резервуар и насос смазки узлов, обеспечивающих движение подачи, расположены в консоли. Масло в резервуар заливается через угольник 2 до середины маслоуказателя 1. Превышать этот уровень не рекомендуется: заливка выше середины маслоуказателя может привести к подтекам масла из консоли и коробки подач. Кроме того, при переполненном резервуаре масло через рейки затекает в корпус коробки переключения, что может привести к порче конечного выключателя кратковременного включения двигателя подач. При снижении уровня масла до нижней точки маслоуказателя необходимо пополнять резервуар. Слив масла из консоли производится через пробку 3 в нижней части консоли с левой стороны. Контроль за работой системы смазки коробки подач и консоли осуществляется маслоуказателем 10.