Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

КИРС контр №1 заочники 2

.pdf
Скачиваний:
6
Добавлен:
29.02.2016
Размер:
273.84 Кб
Скачать

ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БЕЛОРУССКО-РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Металлорежущие станки и инструменты»

Конструирование и расчет станков

Методические указания

по выполнению контрольной работы для студентов специальностей 1 – 36 01 01 «Технология машиностроения», 1 – 36 01 03 «Технологическое оборудование машиностроительного производства» заочной формы обучения

Могилёв 2012

УДК 621.91 ББК 34.63-5 С 77

Рекомендовано к опубликованию учебно-методическим управлением

ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет»

Одобрено кафедрой «Металлорежущие станки и инструменты» «11» ноября 2011 г., протокол № 5

Составитель: канд. техн. наук., доц. Д. С. Галюжин

Рецензент д-р техн. наук В. М. Пашкевич

В методических указаниях изложены основные требования по выполнению контрольной работы по дисциплине «Конструирование и расчет станков» для студентов специальности 1 – 36 01 01 «Технология машиностроения» и 1 – 36 01 03 «Технологическое оборудование машиностроительного производства» заочной формы обучения.

Учебное издание

ДИПЛОМНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

 

Ответственный за выпуск

В. А. Логвин

 

Технический редактор

А. Т. Червинская

 

Компьютерная верстка

Н. П. Полевничая

Подписано в печать

. Формат 60×84/16. Бумага офсетная. Гарнитура Таймс.

Печать трафаретная. Усл.-печ. л.

.Уч.-изд. л.

. Тираж экз. Заказ №

Издатель и полиграфическое исполнение Государственное учреждение высшего профессионального образования

«Белорусско-Российский университет» ЛИ № 02330/375 от 29.06.2004 г. 212000, г. Могилев, пр. Мира, 43

ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет», 2012

1 Тематика, содержание и объем индивидуального задания

Каждому студенту выдается индивидуальное задание на выполнение контрольной работы согласно последним двум цифрам зачетки. Контрольная работа должна содержать расчет шпиндельного узла, его главных размеров и жесткости в соответствии с заданным вариантом. По результатам расчета сделать вывод о возможных путях повышения жесткости шпиндельного узла. Объем контрольной работы должен быть не менее 5-10 листов формата А4 и чертежа шпиндельного узла со всеми необходимыми видами, разрезами и размерами на формате А3 или А2 со спецификацией. На чертеже необходимо предусмотреть современные уплотнения опор, конец шпинделя сделать согласно ГОСТ для конкретного типа станков. Допускается оформление с применением ЭВМ.

2 Общие сведения о выполнении задания

Конструкция шпиндельного узла зависит от типа и размера станка, класса его точности, предельных параметров процесса обработки (максимальной частоты вращения nmax, мощности привода P).

Факторами, определяющими конструкцию шпиндельного узла, являются: конфигурация переднего конца шпинделя, конфигурация внутренних поверхностей, тип приводного элемента, методы смазки узлов, материалы шпинделей.

Главными размерами шпиндельного узла являются: диаметр шейки d шпинделя под передней опорой и расстояние l между опорами. Основные размеры шпиндельного узла выбирают из расчета узла на жесткость. Величину вылета а шпинделя, которая должна быть по возможности малой, определяют по стандартным размерам его переднего конца и размерам уплотнений.

При приближенных расчетах шпиндель можно заменить балкой на двух опорах с силой Р, приложенной на консоли, т.е. на расстоянии a от середины передней опоры (рисунок 1).

Рисунок 1

Радиальное перемещение переднего конца шпинделя (рисунок 3) определяется как

yΣ=yшп+yоп+yсдв

где yшп - перемещение, вызванное изгибом тела шпинделя; yоп - перемещение, вызванное податливостью (нежесткостью), yсдв - перемещение, вызванное от действия поперечных сил.4

Рисунок 3

Где y1 – перемещение шпинделя в передней опоре за счет ее податливостиподатливости; y2 – перемещение шпинделя в задней опоре за счет ее Величина yсдв для реальных размеров современных шпинделей, имеющих центральное отверстие, не превышает 5...6 % от yΣ и им можно пренебречь. Тогда формула определения радиального перемещения конца

шпинделя будет иметь вид:

yΣ=yшп+yоп

Применяя известные формулы сопротивления материалов можно записать:

 

P a2

 

l

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a 2

 

 

 

 

a 2

 

yшп =

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

;

yоп = P

C1

1+

 

+C2

 

l

 

.

 

3 E

J

 

J

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

a2

l

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

a 2

 

 

a 2

 

 

 

y

 

=

 

E

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

+P C

 

1+

 

+C

 

 

 

 

 

 

 

 

3

J

 

 

 

J

 

 

 

 

 

 

 

Σ

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

1

 

 

 

l

 

 

2

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где Р - нагрузка на консоли; а – длина консольной части; l – расстояние между опорами;

Е – модуль упругости материала шпинделя;

консолиJ1;, J2 – соответственно моменты инерции сечения в пролете и на

С1, С2 – соответственно податливость передней и задней опоры, которые определяют по реакциям R1, и R 2 и перемещениям у1 и у2 в соответствующих опорах.

Если в опоре расположено несколько рядов тел качения, то необходимо учитывать коэффициент защемления в опоре ε (Таблица 1). Так для компоновочных схем ε равно:

Таблица 1 – Коэффициент защемления в передней опоре

Номер компоновочной схемы

ε

1

0,45÷0,65

2

0,30÷0,45

3,4

0,30÷0,45

5

0,15÷0,20

Тогда формула для определения радиального перемещения переднего конца шпинделя примет вид:

 

 

 

P a2

l (1ε)

 

a

 

 

 

 

a (1

ε) 2

 

 

a (1ε)

y

 

=

 

E

 

 

+

 

 

 

+P C

1+

 

 

+C

 

 

 

 

3

J

J

 

l

 

l

 

Σ

 

 

 

2

 

 

1

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда общая податливость шпиндельного узла CΣ = yPΣ

где jΣ – суммарная жесткость шпиндельного узла, или

2 .

= 1 jΣ

 

 

 

a2 l (1

ε )

a

 

 

 

a (1

ε )2

 

 

a (1ε

)2

C

 

=

 

 

 

 

 

+

 

 

 

+C

1+

 

 

+C

 

 

 

.

 

3

 

J

 

J

 

l

 

l

 

Σ

 

E

 

 

2

 

1

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Пример выполнения задания

1. По заданному варианту выбираем схему шпиндельного узла Исходные данные для расчета в соответствии с заданными

вариантами и схемой:

d = 75 мм – диаметр передней консоли шпинделя, a = 50 мм – длина передней консоли шпинделя, Р = 10d – нагрузка на передний конец шпинделя;

Р = 10 75 = 750 Н,

d1 – диаметр шпинделя между опорами, d1 = 0,9 d; d1 = 0,9 75= 67,5 мм,

Предварительный натяг А0= 10 d, A0=10 d=10 75 = 750 H

Опоры шпинделя состоят из подшипников типа 36100. По заданным параметрам шпинделя выбираем подшипники шариковые радиально-упорные однорядные 36212 (ГОСТ 831-75).

d = 60 мм, D = 110 мм, В = 22 мм, Со = 46,2 кН – для опоры А.

Опора В – подшипник шариковый радиально-упорный однорядный

36214, d = 70мм, D = 125 мм, В = 24 мм, Со = 64,4 кН.

2 Определяем l

l = 3d =3 . 75 = 225 мм.

3 Определяем реакции в опорах:

∑М (А) = 0, Р(а + l) – Rв.l = 0;

RB = P(a +l) ;

RB = 750(50 + 225) = 916,7 H;

 

l

225

 

 

∑М (В) = 0, Р · а - RА · l = 0;

Rа =

 

P a

;

Rа =

750 50

=166,7Н.

 

 

 

 

 

l

225

 

4. Определяем радиальную жесткость опор [1, с.205]

J=

Fr

стр. 205 /1/

 

 

δ2

где Fr – радиальная нагрузка на опору

δ2 = δ2' +δ2''

где δ2' – радиальное смещение в контакте наиболее нагруженного тела качения с дорожкой качения,

δ2'' – радиальное смещение в контакте колец подшипника с посадочными поверхностями [1, с. 207].

Определяем коэффициент осевой податливости по монограмме [1, с. 211, рисунок 5]:

– в опоре А при

А0

=

750

 

= 0,016

Ка = 0,09;

46200

 

 

С0

 

 

 

 

– в опоре В при

А0

=

 

750

 

= 0,012

Ка = 0,08.

64400

 

С0

 

 

 

Определяем коэффициент радиальной податливости по монограмме [1, с. 212, рисунок 6]:

– в опоре А при

Fr

=

166,7

= 0,004

Кz = 0,003;

С0

46200

 

 

 

 

– в опоре В при

Fr

 

=

916,7

= 0,014

Кz = 0,017

С0

64200

 

 

 

 

Радиальная податливость пары подшипников определяется по формуле [1, с.211]:

δz' = 0.03Dw Kz

Dw1 = 15,86 мм.

Dw1 = 17,46 мм – диаметры тел качения подшипников 36212 и 36214.

δzA' = 0,03 x 15,88 x 0,003 = 0,0014 мм = 1,4 мкм – для опоры А. δzB' = 0,03 x 17,46 x 0,017 = 0,0089 мм = 8,9 мкм – для опоры В.

Радиальное смещение в контакте колец подшипника с посадочными поверхностями при К = 0,028 мм/кН., равна :

– для опоры А [1, c.209] δZA// =

 

4R

K

a

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+

 

,

 

π d B z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

где z – число подшипников в опоре

 

 

 

 

 

 

 

//

 

 

 

4

166,7 0,09

 

 

 

60

 

 

 

 

 

δZA

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

+

 

 

 

 

 

= 0,011 мм = 11 мкм.

 

3,14 60 22 2

110

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– для опоры В δZB//

 

 

 

 

 

4RK

a

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

1+

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

d B z

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

//

 

 

4

916,7 0,06

 

 

 

 

 

 

 

70

 

= 0.0325 мм = 32,5 мкм.

 

δZB =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+

 

 

 

 

 

 

 

 

3,14 70 24 2

125

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.Определяем радиальное смещение:

 

 

– опоры А δzA = δzA' + δzA'',

δzA = 1,4 + 11 = 12,4 мкм;

– опоры В δ= δ' + δ'',

 

 

δ= 8,9 + 32,5 = 41,4 мкм.

Радиальная жесткость:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

опоры А JZA =

FZA

,

JZA

=

166,7

=13.44 Н/мкм

 

12.4

 

 

 

 

FZB

 

SZA

 

916,7

 

 

 

 

 

 

–опоры В JZB =

 

,

JZB =

= 22.14 Н/мкм

 

 

41.4

 

 

 

SZB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определяем максимальное межопорное расстояние по формуле [3, c.303]:

1

 

J2

 

3

 

1

 

1

 

1

 

 

 

λ

 

+

 

= 0,

j

J

 

j

 

 

J

 

 

2 J

A

 

 

0

 

1

 

 

 

0

 

 

 

 

B

 

где j0 – условная жесткость консольной части шпинделя; j0 = 3 Ea3 J2 ;

J1, J2 – моменты сопротивления шпинделя соответственно на консоли и между опорами;

λ – оптимальная длина пролета; λ = d ; JA, JB – жесткость передней и задней опор

 

4

 

4

 

 

J1 =

π d1

 

d0

 

,

64

1

d4

 

 

 

 

1

 

 

где d0 = d2 = 702 =35 мм – диаметр отверстия в шпинделе

 

 

3,14

60

4

 

35

4

 

 

 

5

 

4

J1

=

 

 

 

 

=5,6

10

мм

64

 

1

60

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

4

 

 

3,14

70

4

 

35

4

 

 

5

4

 

 

π d1

 

d0

 

 

 

 

 

 

 

 

J2 =

 

1

d4

,

J2 =

64

 

1

704

=11 10

 

мм

;

64

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j0 = 3 Ea3 J2 ;

где Е – модуль упругости, Е=2·105 МПа.

j0 = 3 2,1 1053 11 105 =5,54 106 H/мм =5540 Н/мкм 50

Подставляя значения величин в формулу, получим

1

 

11 105

λ

3

1

2

 

1

 

1

 

= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

5540

5,6

105

 

5540

13,44

22,14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,000355λ3 0,00036λ0,239 = 0

λ=8.8

7.Корректируем оптимальное межосевое расстояние так, чтобы

соблюдалось равенство lопт ≥ 2,5d:

l = λ a , l =8,8 50 = 440 мм

440 ≥ 2,5 . 75

440 ≥ 187,5, принимаем l = 440 мм

Радиальная жесткость подшипника для l = 440 мм определяется по формуле:

 

 

 

 

 

 

 

 

Jшп

=

 

Р

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fшп

 

 

 

 

где Р – радиальная нагрузка на консоли шпинделя,

 

 

fшп

– отжим шпинделя, измеряется на консольной части, fшп

= f1

+ f2

где f1, f2

–отжимы шпинделя от нагрузки и от податливости подшипников

соответственно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отжим шпинделя от собственной массы определяется как [1, c.215]:

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

a3

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f1 =

 

 

 

 

 

λ+

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EJ5

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5,6 105

 

 

 

 

 

λ =

1

;

 

 

 

 

 

 

λ

=

 

 

 

 

=0,509;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11 105

 

 

 

 

 

J2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

750

 

 

 

503

 

 

 

 

 

 

 

50

 

 

 

 

 

 

f1 =

 

 

 

 

 

 

0,509 +

 

 

 

 

 

 

=0,00016 мм =0,16 мкм.

 

 

 

2.1 105 5,6

105

3

440

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отжим шпинделя вследствие податливости подшипников

f2 = SzB 1+ a +SzA a

 

 

 

50

 

 

50

 

f2

= 41,4 1

+

 

 

+12,4

 

= 47,51мкм

440

440

 

 

 

 

 

 

fш = f1 + f2 = 0,16 + 47,51 = 47,67 мкм

Jш = 47750.67 =15.7 Н/мкм

9 Выводы о путях повышения жесткости шпиндельного узла

1)за счет увеличения диаметра шпинделя;

2)за счет повышения жесткости шпиндельного узла.

Список литературы

1.Бейзельман, Р.Д. Подшипники качения: Справочник / Р.Д. Бейзельман. – М.: Машиностроение. – 1984 – 320с.

2.Детали и механизмы металлорежущих станков / Под ред. д-ра техн. наук, проф. Д. Н. Решетова. – М.: Машиностроение. – 1972– Т.2 – 320с.

3.Металлорежущие станки / под ред. д-ра техн. наук, проф. В. Э. Пуша. – М.: Машиностроение. – 1986 – 256с.

Приложение А (обязательное)

Таблица А1 – Варианты заданий

Последние

Номер

Номер схемы

Диаметр

Диаметр

Длина

 

Тип станка

две цифры

расчетной

шпиндельного

шпинделя

шпинделя в

передней

 

 

зачетки

схемы

узла

в

передней

задней опоре

консоли,

а,

 

 

 

 

опоре d1,

d2, мм

мм

 

 

 

 

 

мм

 

 

 

 

 

00

1

1

50

 

40

40

 

Токарный

01

2

2

60

(D=95)

50

45

 

Сверлильный

02

3

3

40

 

35

30

 

Фрезерный

03

1

4

20

 

17

15

 

Шлифовальный

04

2

5

25

 

15

12

 

Токарный

05

3

1

60

 

50

33

 

Сверлильный

06

1

2

60

(D=110)

55

50

 

Фрезерный

07

2

3

45

 

40

35

 

Шлифовальный

08

3

4

25

 

20

18

 

Токарный

 

 

 

 

 

 

 

 

 

09

1

5

30

 

20

15

 

Сверлильный

10

2

1

70

 

60

44

 

Фрезерный

11

3

2

75

 

60

55

 

Шлифовальный

12

1

3

50

 

45

30

 

Токарный

13

2

4

30

 

25

22

 

Сверлильный

14

3

5

35

 

25

18

 

Фрезерный

15

1

1

80

 

70

50

 

Шлифовальный

16

2

2

80

 

75

65

 

Токарный

17

3

3

55

 

50

35

 

Сверлильный

18

1

4

35

 

30

28

 

Фрезерный

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19

2

5

40

 

30

22

 

Шлифовальный

20

3

1

90

 

80

70

 

Токарный

21

1

2

100

95

70

 

Сверлильный

22

2

3

60

 

55

40

 

Фрезерный

23

3

4

40

 

35

30

 

Шлифовальный

24

1

5

45

 

35

30

 

Токарный

25

2

1

100

90

80

 

Сверлильный

26

3

2

160

150

80

 

Фрезерный

27

1

3

65

 

60

45

 

Шлифовальный

28

2

4

45

 

45

33

 

Токарный

29

3

5

50

 

45

35

 

Сверлильный

30

1

1

110

100

85

 

Фрезерный

31

2

2

190

150

90

 

Шлифовальный

32

3

3

70

 

65

50

 

Токарный

33

1

4

50

 

40

35

 

Сверлильный

34

2

5

55

 

40

40

 

Фрезерный

35

3

1

120

110

75

 

Шлифовальный

36

1

2

60

(D=95)

50

35

 

Токарный

37

2

3

75

 

70

60

 

Сверлильный

38

3

4

55

 

50

40

 

Фрезерный

39

1

5

60

 

50

45

 

Шлифовальный

40

2

1

130

120

90

 

Токарный

41

3

2

60

(D=110)

55

40

 

Сверлильный

42

1

3

80

 

75

65

 

Фрезерный

43

2

4

60

 

55

46

 

Шлифовальный

 

 

 

 

 

 

 

 

 

44

3

5

65

 

55

50

 

Токарный

45

1

1

140

130

95

 

Сверлильный