Расчет коробки скоростей
Оглавление 1.
Выбор задания 2.
Выбор и обоснование
кинематической схемы станка 3.
Определение частот
вращения выходного вала (шпинделя) 4.
Построение
кинематической схемы сложной коробки скоростей…7 5.
Построение структурной
сетки……………………………………....12 6.
Анализ структурной
сетки……………………………………………13 7.
Построение
структурного графика ( графика частот вращения)…..16 8.
Анализ структурного
графика (графика частот вращения)………...18 9.
Определение
передаточных отношений…………………………….24 10.
Расчет чисел
зубьев…………………………………………………...25 11.
Расчет энергосиловых
параметров коробки скоростей и выбор электродвигателя………………………………………………………29 12.
Изм Лист № документа Подпись Дата 1. Выбор задания Таблица 1 Исходные данные для проектирования Тип станка Основные размеры мм j Число ступеней Z n min об\мин Мощность, P кВт Токарный Н=160;
L=600 1.26 7 125 4.8 Изм Лист № документа Подпись Дата 2. Разработка кинематической схемы Основой для проектирования коробки скоростей является разработка
полной кинематической схемы и графика частот вращения, обеспечивающей
наиболее простую структуру коробки. Общие требования к коробкам скоростей:
минимальная масса, минимальное число валов и число передач, высокий КПД,
низкий уровень шума, технологичность, надежность в эксплуатации. 2.1. Структурная формула Z = Zх1 × Zх2
× Zх3, где Zх1 –
числа передач в первой, второй, третьей и т.д ступенях; Х1, Х2, Х3 – характеристики
группы, обусловленные вариантом включения передач при переходе с одной
частоты вращения шпинделя на другую. На графиках
частот вращения и структурной сетке характеристика показывает на сколько
интервалов (полей) должны расходиться соседние лучи скоростей в одной
коробке. В нашем примере: (Основная
группа имеет 2 передачи, с характеристикой х0=1.Первая
переборная группа – имеет 2 передачи и характеристику х1=2,
вторая переборная х2=3) Изм Лист № документа Подпись Дата Количество возможных конструктивных вариантов (K kc) одной и той же структуры равно числу перестановок m групп и
определяется по формуле: m! q! где q -
количество групп с одинаковым числом передач, m – количество элементарных
коробок. (Z = 7) m = 3, q = 3, число конструктивных вариантов K kc = 1, 3! 3! Следовательно, Z = 2 × 2× 2 Кинематические варианты компоновки коробки скоростей указывают на
порядок расположения характеристик групп передач. Число
кинематических вариантов (К кн) определяется по формуле: (Z = 7): К кн = 3! = 6, Возможны варианты: х0 = 1, х1
= 3 или х0 = 2, х1 = 1. Изм Лист № документа Подпись Дата
Общее число всевозможных вариантов (конструктивных и кинематических) (К) для
обычных множительных структур определяется по формуле: (m!)2 q! Для
шестиступенчатой коробки передач m =2, q= 1, следовательно (3!)2 3! Возможно получить шесть вариантов компоновки коробки
скоростей для 4. Выбор варианта структуры коробки и обоснование
его оптимальности Требования,
предъявляемые к выбору оптимального варианта коробки представлены в табл. 2. Таблица 2 Требования
к выбору оптимального варианта компоновки коробки. Требование Математическое выражение Стремиться принимать число передач в
группах равно 2 или 3. Число передач уменьшается при
приближении к шпинделю Z х0 > Zх1 > Zх2
..> Zхт Предпочтительно за основную принимать
первую группу, а харак- теристики переборных групп должны возрастать по
мере приближения к шпинделю. Х0 < Х1 < …..
< Хт Изм Лист № документа Подпись Дата На шпинделе рекомендуется устанавливать
минимальное число колес и располагать их по возможности ближе к передней
опоре. Одиночные понижающие передачи предпочтительно конструировать ближе к
шпинделю. Более высокие частоты вращения уменьшают крутящие моменты, поэтому
они должны быть смещены к промежуточным валам. 5. Разработка кинематической схемы коробки
скоростей. Для нашего примера, в соответствии с
приведенными выше требованиями к компоновке коробки скоростей выбираем
следующий вариант структурной формулы: При выборе
данного варианта соблюдаются условия: - Число
передач в группе 2. - Основная и
переборная группа имеют одинаковое число ступеней равное 2. -
Характеристики групп возрастают по мере приближения к шпинделю (Х0
= 1 – основная группа, Х2 = 2 –первая переборная группа, Х3
= 3 – вторая переборная группа) Кинематическая
схема для выбранного варианта структурной формулы приведена на рис. 1. Изм Лист № документа Подпись Дата рис. 1 6. Построение структурной
сетки 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. Число валов в коробке равно (m+1),
соответственно Изм Лист № документа Подпись Дата Структурная сетка строится в следующем
порядке (см. рис. 3): 1). На чертеже в произвольном масштабе
построим структурную сетку. Количество вертикальных прямых, равное (m +1), соответствует числу валов коробки, в нашем случае, при m = 3, число валов – четыре. 2). На равном расстоянии друг от друга
наносим столько горизонтальных прямых, сколько ступеней частот вращения
имеет проектируемая коробка. В нашем случае, число ступеней равно 7
(рис. 2.). 3). Наносим на линии четвертого вала (без
указания величин) точки n1 – n7,-
изображающие частоты вращения шпинделя. Первый вал имеет одну частоту
вращения, следовательно на вертикальной линии первого вала наносим исходную
точку 0 симметрично относительно nmin = n1 и nmax = n7, на уровне n4. 4). Первая группа состоит из двух передач,
поэтому из точки О проводим два луча, при этом первому множителю 21
соответствует характеристика х = 1, т.е. на вертикальной линии вала на
структурной сетке расстояние между точками 1 – 2 равно одному интервалу Для
следующего множителя 22 характеристика х = 2, а расстояние между
точками 3 – 5 и 4 – 6 равно двум интервалам, для множителя 23
характеристика равна х = 3 и расстояние между n1 – n4, n2 – n5, n3 – n6, n4 – n7 равно трем
интервалам. 5). Полученные точки соединяем лучами. 7. Анализ структурной сетки 7.1.
Симметричность и веерообразность расположения лучей. Структурная сетка симметрична в
пределах каждой группы. 7.2. Проверка оптимальности выбранного
варианта сетки по диапазону регулирования. R = jХпп (Zпп -1), где Zпп– число передач (ступеней) последней переборной коробки. В примере Zпп (Z2) равно
2. Хпп – характеристика последней переборной коробки (хпп=3). Условие оптимальности R £ [R], где [R] = 8 В примере R = 1,26 3(2-1) =
2 < 8 Все условия соблюдены, следовательно
выбранный вариант структуры можно считать оптимальным. Изм Лист № документа Подпись Дата
n7
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Z = 7 = 21 ×
22 × 23
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
К кс = ,
К кс = =1 ,
3. Количество кинематических
вариантов коробки
К кн = m!
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
К кс
= ,
К кс = = 6 ,
Z = Z х1 × Zх2 × Zх3
× …×.Zхт
Zгр = 2 или 3
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Z = 7 = 21 × 22
× 23
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
I
II III IV
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Изм
Лист
№ документа
Подпись
Дата
8. Построение структурного графика (графика частот вращения)
График частот вращения (структурный график) (рис. 4) 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
ni = n min × jn-1
Для нашего примера при j = 1,26
n1 = nmin = 125 об\мин
n2 = nmin × j1 = 157,5 об\мин n5 = nmin × j4 = 315,06 об\мин
n3 = nmin × j2 = 198,45 об\мин n6 = nmin × j5 = 396,97 об\мин
n4 = nmin × j3 = 250,05 об\мин n7 = nmin × j6 = 500,19 об\мин
Принимаем в соответствии с нормальными рядами чисел в станкостроении следующие значения чисел оборотов шпинделя:
n1 = nmin = 125 об\мин
n2 = nmin × j1 = 160 об\мин n5 = nmin × j4 = 315 об\мин
n3 = nmin × j2 = 200 об\мин n6 = nmin × j5 = 400 об\мин
n4 = nmin × j3 = 250 об\мин n7 = nmin × j6 = 500 об\мин
Выполним анализ по отклонению D n % £ ± 10 (j-1)
В нашем примере D n % £ ± 10 (1,26-1) = 2,6 %
Сравнивая расчетные и стандартные значения частот вращения шпинделя, можно увидеть, что наибольшая разность соответствующих частот вращения имеет место для n6 и составляет 0.76 % что меньше допускаемого отклонения.
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Изм
Лист
№ документа
Подпись
Дата
8. Анализ структурного графика (графика частот вращения).
Анализ графика частот вращения производится по показателям:
Частоту вращения первичного вала выбираем наибольшей.
n = n мах = 500 об\мин
Так как электродвигатель имеют большую частоту вращения nэд=750 об\мин, то предполагается использовать зубчатую или ременную передачу между валами 0 и 1.
Передаточные отношения должны удовлетворять двум условиям:
1) Передаточное отношение в группах должно постепенно уменьшаться по мере приближения к шпинделю.
2) Для ограничения размеров зубчатых колес и радиальных габаритов коробок скоростей нормалями станкостроения установлены пределы передаточных отношений:
I min ³ 1/4, I max £ 2
Для Z=7 = 21 ´ 22´ 23 и j = 1,26
iнаиб = j0 = 1,260 = 1 iнаим = j-3 = 1,26-3 = 1\2,
В рассматриваемом случае соблюдаются оба условия, следовательно, данная структура может быть применена.
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Изм
Лист
№ документа
Подпись
Дата
|
|||||||||
|
об\мин |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
5
|
|
|
|
|
|
|
|
|
II I II III IV
Рис. 4. Структурный график или график частот вращения для коробки
Z=7 = 21 ´ 22´ 23
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Изм
Лист
№ документа
Подпись
Дата
9. Определение передаточных отношений
Частные передаточные отношения определяют по графику частот вращения. Их выражают через знаменатель геометрического ряда j:
i = j ±k
где к - число интервалов между смежными валами, которые пересекает данный луч на графике частот вращения.
Знак «плюс» принимается для ускоряющей передачи, «минус» - для замедляющей передачи, для горизонтальных лучей к = 0, i = 1
Используя график частот вращения (рис. 3) определяем передаточные отношения:
i1=j0 = 1,26 0 = 1 i4=j-2 = 1,26 -2 = 7 : 11
i2=j-1 = 1,26 -1 = 4 : 5 i5=j0 = 1,26 0 = 1
i3=j0 = 1,26 0 = 1 i6=j3 = 1,26 -3 = 1 : 2
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Изм
Лист
№ документа
Подпись
Дата
10. Расчет чисел зубьев
Числа зубьев рассчитываем отдельно для каждой группы передач, используя частные передаточные отношения, найденные по графику частот вращения.
При расчете необходимо соблюдать следующие условия:
- минимальные числа зубьев ведущего колеса 18-20, максимальные для ведомого колеса - 100.
- для обеспечения постоянства межосевого расстояния суммы чисел зубьев сопряженных колес должны быть равными, т.е.
Z1 + Z2 = Z3 + Z4 = Z5 + Z6 = … = const
где Z1, Z3, Z5, …- числа зубьев ведущих зубчатых колес элементарной двухваловой передачи; Z2, Z4, Z6, …- соответствующие им числа зубьев ведомых зубчатых колес.
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Изм
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Определим фиктивные числа зубьев для колес коробки методом наименьшего общего кратного (НОК)..
Для основной группы они определяются исходя из равенства:
A : B = Z1 : Z2 =j 0 = i1 ; C : D = Z3 : Z4 =j -1 = i2 ;
Для первой переборной группы исходя из равенства:
E : F = Z5 :Z6 =j 0 = i3; G : H = Z7 : Z8 =j -2 = i4 ;
Для второй переборной группы исходя из равенства:
K : L = Z9 : Z10 =j 0 = i5; M : N = Z11 : Z12 =j -3 = i6,,
где А, В, C, D, E, F, G, H, K, L, M, N – простые целые числа, которые являются фиктивными числами зубьев.
Для основной группы передач получаем:
А = 1, В = 1, C = 4, D = 5,
Для первой переборной группы передач:
E = 1, F = 1,G = 7, H =11,
Для второй переборной группы передач:
K = 1, L = 1, M = 1, N = 2
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Изм
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Определим наименьшее общее кратное Sz
Для определения Sz используем правило: «Sz равно наименьшему общему кратному сумм простых целых чисел для данной группы передач»
Для основной группы передач
A + B = 1+1 = 2
C + D = 4+5 =9 , следовательно Sz = 18
Для первой переборной группы передач
E + F = 1+1 = 2
G + H = 7+11 = 18, следовательно Sz = 18
Для второй переборной группы передач
K + L = 1 + 1 = 2
M + N = 1+2 = 3, следовательно Sz = 6
Вычислим расчетные числа зубьев:
Для основной группы передач:
Z1 = Sz × A / (A + B) = 18× 1 / (1 + 1) =9
Z2 = Sz× B / (A + B) = 18 × 1/ (1 +1) = 9
Z3 = Sz × C / (C + D) = 18× 4 / (4 + 5) = 8
Z4 = Sz × D / (C + D) = 18 × 5/ (4 + 5) = 10
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Изм
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Для второй переборной группы передач:
Z5 = Sz × E / (E + F) = 18× 1 / (1+ 1) = 9
Z6 = Sz × F / (E + F) = 18× 1 / (1 + 1)= 9
Z7 = Sz× G / (G + H) = 18× 7 / (7 + 11) = 7
Z8 = Sz× H / (G + H) = 18 × 11/ (7 + 11) = 11
Для третьей переборной группы передач:
Z9 = Sz× K / (K + L) = 6× 1 / (1 + 1) = 3
Z10 = Sz× L / (K + L) = 6 × 1/ (1 + 1) = 3
Z11 = Sz × M / (M + N) = 6 × 1 / (1+ 2) = 2
Z12 = Sz × N / (M + N) = 6 × 2 / (1 + 2)= 4
Определим действительные числа зубьев колес коробки скоростей
Так как минимальное число зубьев колес должно быть не меньше 18, то увеличим количество рассчитанных чисел зубьев в 2,5 раза для основной и первой переборной группы, и в 10 раз для второй переборной группы. Таким образом, после умножения получаем:
Z1 = 22,5 Z3 = 20 Z5 = 22,5 Z7 = 17,5 Z9 = 27 Z11 = 18
Z2 = 22,5 Z4 = 25 Z6 = 22,5 Z8 = 27,5 Z10 =27 Z12 = 36
Подачи (Z1 : Z2 ) ; (Z5 : Z6 ) ; (Z7 : Z8 ) необходимо корригировать
Произведем проверку на равенство сумм чисел зубьев, с целью обеспечения одинакового межосевого расстояния для всех передач в одной группе.
Для основной группы:
Z1 + Z2 = Z3 + Z4 = 22 + 23 = 20 + 25 = 45
Для первой переборной группы:
Z5 + Z6 = Z7 + Z8 = 27+ 27 = 21+ 33= 54
Для второй переборной группы:
Z9 + Z10 = Z11 + Z12 = 27+ 27 = 18 + 36 = 54
Условие постоянства суммы SZ соблюдается.
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Изм
Лист
№ документа
Подпись
Дата
11. Расчет энергосиловых параметров коробки скоростей и выбор электродвигателя
Выбор электродвигателя. Принимаем электродвигатель по ближайшей частоте вращения.
n = 750 об\мин
Определим, что подача от электродвигателя на первый вал коробки скоростей ременная. При выборе ременной передачи общий КПД коробки скоростей определяется по формуле:
hо = hрп × hпк, × hзк
где к – количество пар подшипников качения в коробке скоростей.
hо = hрп × hпк × hзк = 0,96×0,994×0,973 = 0,84
Рассчитаем потребляемую мощность на электродвигателе станка:
Рэд = Рст / hо = 4,8 / 0,84 = 5,71 кВт,
где Рст - мощность станка, кВт; hо - общий КПД коробки скоростей.
Принимаем электродвигатель. 4А160S8
Мощность Рэд = 7,5 кВт, асинхронная частота вращения ротора
nа = 730 об\мин
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Изм
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Рассчитаем передаточное число ременной передачи с учетом коэффициента скольжения по формуле:
i рем = n1 / (na ´ 0,985) = 500 / (730 х 0,985) = 0,695
Рассчитаем диаметр ведущего шкива по формуле:
|
d1= k ´ T0
где T0 - крутящий момент на валу электродвигателя, Н ´ м;
к = 40 для клиноременной передачи
T0 = 9550 Рэд / na
Для нашего примера T0 = 9550 ´ 7,5 / 730 = 98,12 Н ´ м
|
d1= k ´ T0 = 40 ´ 98,12 = 184,5 мм
Расчетный диаметр шкива округляем до ближайшего стандартного значения по ГОСТ 17383 - 73.
d1= 180 мм.
3.8.6 Рассчитаем диаметр ведомого шкива:
d2 = d1 / iрем = 180 / 0,695 = 258,99 мм
Округлим d2 до стандартного значения из ряда по ГОСТ 17383 - 73
d2 = 250 мм.
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Изм
Лист
№ документа
Подпись
Дата
3.8.7 Рассчитаем фактическое передаточное отношение ременной передачи:
iф рем = d1 ´ (1 - e) / d2 = 180 ´ (1 – 0,015) / 250 = 0,71.
где e - коэффициент скольжения, для ременных передач e = 0,015
В нашем случае погрешность составляет менее 1%, поэтому значения диаметров шкивов принимаем d1. = 160 мм, d2.= 230 мм.
3,8,8 Рассчитаем передаваемую мощность для каждого вала коробки скоростей по формуле:
Рi = Рэд п ´ h, кВт
где Рэд п - мощность электродвигателя, кВт;h - общий КПД, учитывающий потери мощности от двигателя до рассчитываемого вала.
Расчетные значения передаваемой мощности для нашего примера приведены в табл.7.
Р1 = Рэд п ´ hрп ´ hпк = 4,8 х 0.96 х 0,99 = 4,56 кВт
Р2 = Р1 ´ hзп ´ hпк = Р1 х 0.96 х 0,99 = 4,38 кВт
Р3 = Р2 ´ hзп ´ hпк = Р2 х 0.96 х 0,99 = 4,2 кВт
Р4 = Р3 ´ hзп ´ hпк = Р3 х 0.96 х 0,99 = 4 кВт
3.8.9 Рассчитаем крутящие моменты на валах коробки скоростей по формуле:
Тi = 9550 ´ Р i / n i min , Н´мм
где n i min - - минимальная частота вращения вала, об\мин.
В качестве расчетной частоты вращения шпинделя принимаем частоту вращения верхней ступени второй трети диапазона, т.е. n i min равную n3 = 200 об/мин.
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Изм
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Т1 = 975 ´ 104 ´ 4,56 / 200 = 222,3 Н´мм
Т2 = 975 ´ 104 ´ 4,38 / 200 = 213,5 Н´мм
Т3 = 975 ´ 104 ´ 4,2 / 200 = 204,75 Н´мм
Т4 = 975 ´ 104 ´ 4 / 200 = 195 Н´мм
3,8,9 Произведем предварительный (ориентировочный) расчет валов коробки скоростей.
Предварительный расчет диаметров валов выполняют из расчета на кручение, так как нет данных о расстоянии между опорами, необходимых для учета изгибных напряжений.
Предварительных расчет диаметров валов производится по формуле:
|
di = 5´Тi / [t]
где Тi – максимальный крутящий момент для рассчитываемого вала, Н*мм; d - диаметр рассчитываемого вала, мм;
[t] - допускаемое значение напряжений кручения, МПа.
Для валов из конструкционных среднеуглеродистых марок сталей 45, 50 принимают [t] = 20 МПа
Диаметр промежуточных валов округлим до ближайших больших стандартных значений по ряду Ra 40.
Диаметр шпинделя в переднем подшипнике принимаем в зависимости от мощности электродвигателя (табл. 6).
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Изм
Лист
№ документа
Подпись
Дата
|
|
|
d2 = 5´213500 / 20 = 37,6 мм, принимаем d2 = 38 мм
|
d3 = 5´204750 / 20 = 37 мм, принимаем d3 = 38 мм
d4 = 5´195000 / 20 = 36,5 мм, принимаем d4 = 38 мм
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Изм
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Литература
1. Анурьев В.И. Справочник конструктора – машиностроителя: в 3т.
М.: Машиностроение, 1985. Т.2, 559 с.
2. Проектирование металлорежущих станков и станочных систем:
проектирование металлорежущих станков; Справочник –
учебник/под ред. А. С. Проникова._ М, Машиностроение,1995.-448 с.
4. Проников А. С. Расчет и конструирование металлорежущих станков.
Учеб. для ВУЗов.- М.: Высш. Школа,- 2000.-
5. Тарзиманов Г. А. Проектирование металлорежущих станков. М.:
Машиностроение,- 1980, - 280 с.
6. Шейнблит А. Е. Курсовое проектирование деталей машин: учебник
для техн..- М Высшая школа. – ФГИПП.- 1999.- 432 с..
7. 7. Дунаев Леликов Курсовое проектирование деталей машин: учебник для ВУЗов.- М Высшая школа. 1999.- 420 с.
8. Кочергин А. А, Конструирование и расчет металлорежущих станков
и станочних комплексов: Учеб. пособие для ВТУЗов.- Минск. –
Вышейш. школа. – 1991, 382 с.
9. Левятов Д.С. Расчеты и конструирование деталей машин: Учеб. для
Вузов.- М.: Высш. шк. 1985. 380 с.
030501.080602.041.000 ПЗ
Лист
Изм
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Больше работ по теме:
Не выбран
Восьмиосная цистерна для перевозки нефтепродуктов
Не выбран
Вантовый автодорожный мост в г. Сургуте
Не выбран
Автомобильное сцепление
Не выбран
Разработка сроков и состава работ ТР электрооборудования автомобиля ГАЗ-31029
Не выбран
Предмет: Экономика отраслей
Тип работы: Не выбран
Новости образования
22 Июля 2016 16:26
Более 70 представителей крупных вузов АСЕАН подтвердили участие в форуме во Владивостоке
22 Июля 2016 12:51
Абызов: публикация первичных статсведений снизит бюрократическую нагрузку на школы
22 Июля 2016 11:53
В Чечне свыше 200 школьников сдали ЕГЭ с результатом свыше 90 баллов - министр
22 Июля 2016 05:36
Замглавы Минобрнауки РФ: задача сократить число людей с высшим образованием не стоит
21 Июля 2016 20:19
КОНТАКТНЫЙ EMAIL: [email protected]
Скачать реферат © 2017 | Пользовательское соглашение
ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ