Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство образования и науки РФ
ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально - педагогический университет»
Машиностроительный институт
Кафедра технологии машиностроения и методики профессионального обучения
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по дисциплине «Оборудование отрасли»
на тему: «Кинематический и силовой расчёт коробки скоростей горизонтально-фрезерного станка»
КР 030501.08.32
Выполнил:
студент гр. ТО-201с _________________Т.И. Сурмий
Проверил:
доцент, к.т.н _________________В.П. Суриков
Екатеринбург 2012
Содержание
1. Исходные данные 3
2. Разработка кинематической схемы 3
2.1. Структурная формула 3
2.2. Конструктивные варианты коробки скоростей. 4
2.3. Кинематические варианты коробки скоростей 4
2.4. Оптимальная структура 5
2.5. Кинематическая схема 5
3. Построение структурной сетки 6
4. Анализ структурной сетки. 7
4.1. Симметричность расположения лучей 7
4.2. Соблюдение условий оптимальности 7
4.3. Оптимальность по диапазону регулирования 7
5. Построение графика частот вращения коробки 8
6. Анализ структурного графика (графика частот вращения) 9
7. Определение передаточных отношений 11
8. Расчет чисел зубьев 11
9. Расчёт энергосиловых параметров коробки скоростей выбор электродвигателя 13
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 18
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
2
030501.08.32
Разраб.
Т.И.Сурмий
Провер.
В.П.Суриков
Реценз.
Н. Контр.
Утверд.
КОРОБКА СКОРОСТЕЙ ГОРИЗОНТАЛЬНО - ФРЕЗЕРНОГО СТАНКА
Лит.
Листов
1
ФГАОУ ВПО «РГППУ»
Каф. ТО, гр. ТО-408
Задание: По исходным данным составить структурную формулу, изобразить кинематическую схему, построить структурную сетку, график частот вращения и проанализировать их с точки зрения оптимальности структуры коробки по заданным показателям: число передач в группе, их расположение, диапазон регулирования, пределы передаточных отношений.
Таблица 1. Исходные данные для проектирования
|
Тип станка |
Основные размеры, мм |
φ |
Число ступеней Z |
nmin, об/мин |
Мощность Р, кВт |
|
|
Станка |
Эл. двиг |
|||||
|
Горизонтально – фрезерный |
320 × 1200 |
1,41 |
12 |
16,0 |
6,8 |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
матической схемы
Кинематическая схема должна обеспечивать наиболее простую структуру коробки, должна соответствовать общим требованиям к коробкам скоростей: минимальная масса, мин. число валов и число передач и др.
У данного станка число ступеней Z = 12. Наиболее простой способ получения заданного числа ступеней – три элементарные коробки с Zi = 3
Порядок чередования групп в передаче выражает структурная формула:
Z = Zx1 × Zx2 × Zx3
где x1, x2, x3 – кинематические характеристики групп передач.
В данном случае:
Z = 12= 31 × 23 × 26
Основная группа имеет 3 передачи с характеристикой x1 = 1. Переборная группа имеет две передачи с характеристикой x2 = 3. Третья группа имеет 2 передачи с характеристикой x2 = 6
Количество возможных конструктивных вариантов ККС одной и той же структуры количеству возможных перестановок и определяется по формуле:
где q – количество групп с одинаковым числом передач
m – количество элементарных коробок
q = 2; m = 3.
Для данной коробки KКС = 3:
Z = 3 х 2 х 2
Z = 2 x 3 x 2
Z = 2 x 2 x 3
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ие варианты коробки скоростей
Число кинематических вариантов ККН определяется по формуле:
ККН = m!
Для данной коробки: ККН = 3! = 6
Возможны варианты:
x1 = 1, x2 = 3 x3 = 6
x1 = 3, x2 = 2 x3 = 6
x1 = 1, x2 = 2 x3 = 4
x1 = 1, x2 = 4
x1 = 1, x2 = 3
?
Общее число возможных вариантов (К) определяется по формуле:
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
Для данной коробки (m = 3, q = 2):
Возможно получить 6 вариантов компоновки коробки скоростей для двенадцатиступенчатой коробки с четырьмя валами:
Z = 31 × 23× 26
Z = 21 × 32× 26
Z = 21 × 22× 34
Z = 41 × 34
Z = 31 × 43
?
Число передач в группе должно быть равно 2 или 3, должно уменьшаться при приближении к шпинделю, а характеристики групп должны возрастать по мере приближения к шпинделю, поэтому оптимальным вариантом принимаю структуру: Z = 31 × 23× 26
Для данной коробки скоростей с учетом оптимальности структуры была разработана кинематическая схема (рис.1).
Рисунок 1. Кинематичес
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
кая схема коробки Z = 12
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.
Структурная сетка для данной коробки представлена на рис.2
Рисунок 2. Ст
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
руктурная сетка коробки Z = 12= 31 × 23 × 26
Симметричность структурной сетки может быть обеспечена в том случае, если произведение максимального и минимального передаточного числа равно 1,то есть:
Структурная сетка симметрична в пределах каждой группы
Число передач равно 3 и 2. Кинематические характеристики групп увеличиваются по мере приближения к шпинделю.
Независимо от порядка переключения групповых передач диапазон регулирования R последней переборной группой является наибольшим.
,
Условие оптимальности: , т.о.
Все условия соблюдены, следовательно выбранный вариант структуры можно считать оптимальным.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
графика частот вращения коробки
График частот вращения 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:
Для данного примера в соответствие с нормальными рядами чисел в станкостроении при φ = 1,41:
|
Расчетные значения |
Табличные значения |
|
n1 = 16 об/мин |
n1 = 16 об/мин |
|
n2 = 16·1,41=22,56 об/мин |
n2 = 22,4 об/мин |
|
n3 = 16 ·1,412=31,8 об/мин |
n3 = 31,5 об/мин |
|
n4 = 16·1,413=44,85 об/мин |
n4= 45 об/мин |
|
n5 = 16·1,414=63,24 об/мин |
n5 = 63 об/мин |
|
n6 = 16·1,415=89,12 об/мин |
n6 = 90 об/мин |
|
n7= 16·1,416=125,8 об/мин |
n7 = 125 об/мин |
|
n8= 16·1,417=177,3 об/мин |
n8 = 180 об/мин |
|
n9= 16·1,418=249,9 об/мин |
n9 = 250 об/мин |
|
n10= 16·1,419=352,5 об/мин |
n10 = 355 об/мин |
|
n11= 16·1,4110=497 об/мин |
n11 = 500 об/мин |
|
n12= 16·1,4111=701 об/мин |
n12 = 710 об/мин |
Анализ по отклонению проводим по формуле:
Сравнивая расчетные и стандартные значения частот вращения шпинделя, можно увидеть, что наибольшая разность соответствующих частот вращения имеет место для верхней ступени и составляет ?, что меньше допускаемого отклонения.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
фика (графика частот вращения)
Частоту вращения первичного вала желательно выбирать наибольшей. В общем случае частоту вращения приводного вала целесообразно принимать , где - верхний предел регулирования, в данном случае это условие соблюдается: .
Так как электродвигатель имеет большую частоту вращения n = 1000 об/мин, то предполагается использование ременной передачи между валами 0 и 1.
Передаточное отношение в группах должно уменьшаться по мере приближения к шпинделю. Установлены пределы передаточных отношений:
; .
;
В рассматриваемом случае соблюдаются оба условия, следовательно, данная структура (рис.3) может быть применена.
Рисунок 3. График частот в
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ращения Z = 31 × 23× 26
Частные передаточные отношения определяют по графику частот вращения. Их выражают через знаменатель геометрического ряда φ:
, где k – число интервалов между смежными валами, которые пересекает данный луч на графике частот вращения.
Передаточные отношения, выраженные через φ могут быть представлены в виде простых дробей.
Передаточные отношения:
;
;
;
;
;
;
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
чисел зубьев
Числа зубьев рассчитывают отдельно для каждой группы передач, используя частные передаточные отношения, найденные по графику частот вращения.
При одинаковом модуле, в пределах одной группы для обеспечения постоянства межосевого расстояния суммы чисел зубьев сопряженных колес должны быть равными.
,
где - числа зубьев ведущих зубчатых колес, - соответствующие им числа зубьев ведомых зубчатых колес.
Определение фиктивных чисел зубьев для основной группы передач:
; ; ; где A, B, C, D, E, F – простые целые числа, которые являются фиктивными числами зубьев и выбираются по таблице 4, т.о получаем A=1, B=2, C=5, D=7, E=1, F=1.
Для основной группы передач наименьшее общее кратное сумм:
A+B, C+D, E+F = 1+2, 5+7, 1+1, равно .
Расчетные зубья колес вычисляем по формулам:
;
;
;
;
.
Числа зубьев не соответствуют условию z ≥ 17 – минимальное количество зубьев на зубчатом колесе. Поэтому производим коррекцию умножением чисел зубьев на 5. Получаем:
z1 = 20, z2 = 40, z3 = 25, z4 = 35, z5 = 30, z6 = 30
Производим проверку на
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
равенство сумм чисел зубьев, с целью обеспечения одинакового межосевого расстояния для всех передач в одной группе.
Числа зубьев рассчитаны правильно.
Аналогично рассчитываем числа зубьев для второй ступени:
; ; где G, H, K, L, M, N, O, P – простые целые числа, которые являются фиктивными числами зубьев и выбираются по таблице 4, то получаем G=7, H=5, K=1, L=4, M=2, N=1, .
Для основной группы передач наименьшее общее кратное сумм:
G+H, K+L, M+N, О+Р= 7+5, 1+4, 2+1,1+4 равно .
Расчетные зубья колес вычисляем по формулам:
;
;
;
;
;
.
;
.
Числа зубьев не соответствуют условию z ≥ 17 – минимальное количество зубьев на зубчатом колесе. Поэтому производим коррекцию умножением чисел зубьев на 2. Получаем:
Z7 = 70, z8 = 50, z9 = 24, z10 = 96, z11 = 80, z12 = 40, z13 = 24, z14 = 96
Производим проверку на
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
равенство сумм чисел зубьев, с целью обеспечения одинакового межосевого расстояния для всех передач в одной группе.
Числа зубьев рассчитаны правильно.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
9. Расчёт энергосиловых параметров коробки скоростей выбор электродвигателя
Выбор электродвигателя.
Электродвигатель принимаем по ближайшей частоте вращения
nдв=750 об/мин.
Определение КПД привода.
Примем ременную передачу для для соединения вала электродвигателя и первичного вала коробки скоростей.
Общий КПД коробки скоростей:
где: ηрем= 0,96 – КПД ременной передачи;
ηпп= 0,99 – КПД одной пары подшипников;
ηзп= 0,97 – КПД зубчатой передачи
Тогда:
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
Потребная мощность электродвигателя:
Принимаем электродвигатель асинхронный трехфазный серии 4А160S8 мощностью Рдв=7,5 кВт и асинхронной частотой вращения ротора nа=730 об/мин.
Рассчитаем передаточное число ременной передачам с учетом коэффициента скольжения по формуле:
Рассчитаем диаметр ведущего шкива по формуле:
где: Т0 – крутящий момент на валу электродвигателя
k=40 – для клиноременной передачи
k=60 – для плоскоременной передачи
Диаметр ведущего шкива равен:
Расчетный диаметр шкива округляем до ближайшего стандартного значения по ГОСТ 17383-73, принимаем d1=160мм.
Рассчитаем диаметр ведомого шкива по формуле:
Расчетный диаметр шкива округляем до ближайшего стандартного значения по ГОСТ 17383-73, принимаем d2=224мм.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
Рассчитаем фактическое передаточное отношение ременной передачи по формуле:
где ε = 0,015 – коэффициент скольжения ременных передач.
Тогда:
Определим погрешность:
Погрешность составляет 0% поэтому значение диаметров шкивов принимаем d1=160мм, d2=224мм
Рассчитаем передаваемую мощность для каждого вала коробки скоростей по формуле:
,кВт
где Рэд – мощность электродвигателя, кВт
η – общий КПД
Р1=Рдв·ηрем·ηпк=5,5·0,96·0,99=5,23 кВт
Р2=Рдв·ηрем·η2 пк·ηзп=5,5·0,96·0,992·0,97=5 кВт
Р2=Рдв·ηрем·η3 пк·η2 зп=5,5·0,96·0,993·0,972=4,82 кВт
Определим крутящие моменты, передаваемые валами по формуле:
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
На начальном этапе проектирования редукторных передач диаметры валов определим из ориентировочного расчёта по условию прочности вала на чистое кручение (по заниженным допускаемым напряжениям):
, мм
мм
Принимаем = 35 мм
мм
Принимаем = 45 мм
мм
Принимаем = 55 мм
Результаты всех вышеизложенных вычислений занесём в сводную таблицу 3 параметров привода и диаметров валов.
Таблица 3 - Параметры привода и диаметры валов.
|
Валы |
КПД |
Pi , кВт |
Ti , Н |
dвi , мм |
|
I |
0,95 |
5,23 |
124,87 |
35 |
|
II |
0,91 |
5 |
238,75 |
45 |
|
III |
0,88 |
4,82 |
460,31 |
55 |
|
Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист |
Диаметр вала шпинделя в передней опоре примем в зависимости от передаваемой мощности Р1=5,23кВт, выбираем dпп=60мм
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист