Материал: Расчет и конструирование станков. курсовое проектирование. Пачевский В.М., Старов В.Н

4.1 Расчет и конструирование коробки передач

Наличие и размещение зубчатых передач определено в кинематической схеме привода, и если сохраняется коробка передач станка базовой модели, то известно их конструктивное расположение.

В модернизированной коробке передач может быть:

1. Изменено число валов и зубчатых передач при замене электропривода.

2. Установлен автономный электродвигатель, если в станке базовой модели был совмещенный электропривод главного движения и подач.

3. Изменены типы опор валов.

4. Изменены элементы управления частотой вращения (муфты, рычаги или система управления в целом).

5. Изменены элементы соединения зубчатых колес и валов и др.

Модернизация коробок передач проводится в следующей последовательности:

1. Составляется схема коробки передач с указанием осей валов, межосевых расстояний, расстояний между опорами намечаемого размещения валов групп передач и, если это шпиндельная бабка, то размещения шпинделя с приводным элементом. Первый вал коробки передач и шпиндель должны иметь консольные участки.

2. Составляются схемы нагружения валов и шпинделя с указанием направлений и величин действующих нагрузок.

3. На корпусе коробки указываются свободные (заглушаемые) отверстия от опор снятых валов.

4. Прилагается расчет действующих нагрузок.

5. Выбирается материал валов и шпинделя.

Размерные параметры коробки передач определяются по базовой модели станка. Для определения межосевых расстояний схема коробки выполняется в развернутом и свернутом виде (поперечный разрез по действующим в модернизированной коробке валам). Межосевые расстояния валов определяются по числу зубьев и модулям зубчатых пар базовой модели станка

а = , (30)

и переносятся на модернизируемую коробку передач. Линейные размеры: межопорные расстояния, консоли, расстояния между зубчатыми колесами определяются по конструктивным чертежам базовой модели с учетом масштаба или по габаритным размерам.

Крутящий момент на i - том валу привода можно определить по крутящему моменту на валу двигателя:

Т_i = Т_д , Нм, (31)

где Т_д – крутящий момент на валу двигателя, - к.п.д. кинематической цепи от двигателя до расчетного вала;

u _I - передаточное число этой цепи,

,

где - передаточное отношение. Передаточное число кинематической цепи определяется по отношению частот вращения вала электродвигателя и расчетного вала

( точность два знака после запятой).

Т_д = 9550 ,Нм, (32)

где - номинальная мощность двигателя, кВт;

- номинальная частота вращения двигателя, мин^-1.

к.п.д. привода следует определить, как произведение к.п.д. всех кинематических пар . Значения к.п.д. элементов передач приводов приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Коэффициент полезного действия элементов

приводов МРС

4.2 Зубчатые передачи

В коробках передач металлорежущих станков используются цилиндрические прямозубые и косозубые, конические и червячные передачи.

Исходные данные для расчета:

- результаты кинематического расчета: число зубьев ведущего Z₁ и ведомого Z₂ колес, передаточное число , межосевое расстояние, а мм;

• кинематическая схема;

• график частот вращения;

- крутящие моменты на ведущем Т₁ и ведомом Т₂, Нм колесах;

• частоты вращения ведущего n₁ведомого n₂ колес;

• материал колес и его параметры.

Таблица 6 - Материал колес и рекомендуемые сочетания

Рекомендуемые виды термообработки зубчатых колес в передачах различного назначения и допустимые пределы выносливости, используемые в расчетах следующие:

1. Вид термообработки для неответственных передач улучшение, твердость для шестерни НВ от 260 до 300; для зубчатого колеса – НВ от 230 до 260 [7].

Предел контактной выносливости передачи, МПа

= 2НВ + 70,

где - предел текучести.

Допускаемые контактные напряжения, МПа

σ_{н 1(2)} = 0,9σ_н /S_н, (33)

Вычисляются крутящие моменты на всех валах привода.

По кинематической схеме модернизированного привода определяются типы передач расположенные на валах (зубчатые, ременные, цепные и др.), а также наличие на валах шпоночных или шлицевых соединений.

В зависимости от поставленной задачи расчет выполняется для всех валов или для наиболее нагруженного с расчетом размещенных на нем передач.

Рассмотрим возможные варианты размещения передач в коробках скоростей и подач металлорежущих станков.

где Z_N – коэффициент долговечности, 1 ≤ Z_N ≤ Z_{N max.}

Для зубчатых колес с однородной структурой

Z_{N max} = 2,6. При базовом числе циклов нагружения передачи не более эквивалентного Z_N1(2)≤ 0,75

S_н – коэффициент запаса прочности, S_н = 1,1.

Предел выносливости зубьев при изгибе, МПа:

НВ , σ = 0,8σ _.

Допускаемые изгибные напряжения, МПа:

Y Y_A, где

Y_N – коэффициент долговечности, для НВ ≤ 350,

1 ≤ Y_N ≤ 4,0; для НВ > 350, 1 ≤ Y_N ≤ 2,5.

Y_A – коэффициент, учитывающий влияние двустороннего приложения нагрузки: Y_A = 1 – при работе без реверса,

Y_A = (0,7-0,8) – при реверсивной нагрузке.

2. Термообработка при использовании для шестерни и колеса сталей марки 40Х, 40ХН, 35ХМ следующая: для шестерни – улучшение и закалка, твердость НRC 45-53; для колеса – улучшение твердости НВ 270-300.

Предел контактной выносливости шестерни, МПа

σ_н = 17 ·НRC +200, σ_{н max}=2,8σ _.

Допускаемые контактные напряжения, МПа:

σ_н1 = 0,9 σ_н Z /S_н; для колес с поверхностной закалкой зубьев Z_{N max} = 1,8, S_н = 1,2; с однородной структурой