5. Расчет и обоснование параметров шпиндельного узла

Таким образом, по рекомендациям [1, п. 2.7], выбираем конструкцию шпиндельного узла, представленного на рис. 2.27 a. Основные технические характеристики и схема шпиндельного узла показаны в таблице 5.1.

Таблица 5.1 Технические характеристики шпиндельного узла

Параметр	Формула, источник	Значение	Примечание
Подшипники в передней опоре	[1, табл. П28]	3182116	Особо легкая серия,
Подшипники в задней опоре		3185120
Максимальная частота вращения nШПmax, мин-1	кинематическая схема	3150
Диаметр под передней опорой d, мм	[1, стр.78]	100
Диаметр переходного участка вала d1, мм	(1,1…1,2)d	1,1·100= 120
Диаметр под задней опорой d3, мм	[1, стр.78]	80
Диаметр сквозного отверстия d0, мм	определяется конструктивно	46
Вылет шпинделя а, мм	определяется конструктивно	82
Расстояние между опорами l, мм	определяется конструктивно	336

Жесткость передней опоры шпиндельного узла j_A и задней опоры j_B определяем по графику на рисунке 4.

Рисунок 4 - Зависимость жесткости роликового двухрядного

подшипника от его диаметра.

Таким образом j_A=1100 Н/мкм, j_В=900 Н/мкм

При расчете шпинделя на жесткость:

• расчет производим при работе привода главного движения с максимальным моментом, M_ШП = 1481,4 Нм;

• Главную составляющая сила резания Р_ОК = 9000 Н;

• шпиндель, согласно нагрузке, рассматриваем раздельно в горизонтальной Х и вертикальной Y плоскостях;

• плоскость Х располагаем по направлению окружных сил Р_ОК, плоскость Y – по радиальным силам Р_Р.

Расчетная схема шпинделя показана на рисунке 5. Расчет шпинделя на жесткость представлен в таблице 5.3.

Рисунок 5 - Расчетная схема шпинделя

По расчетам радиальная жесткость шпиндельного узла j > 250 Н/мкм и угол поворота в передней опоре θ > 0,0015 рад, следовательно, шпиндель полностью удовлетворяет критерию жесткости.

Таблица 5.2 Расчет жесткости опор шпинделя

Параметр	Формула, источник	Подшипник		Примечание
		передней опоры	задней опоры
Обозначение	[1, табл. П28]	3182120	3182116
Внутренний диаметр d, мм		100	80
Динамическая грузоподъемность C, кН		160	122
Максимальная частота вращения nmax, мин-1		6000	7500	При жидком смазочном материале
Число роликов в подшипнике z	[1, табл. П28]	30	26
Диаметр роликов в подшипнике dШ, мм		30	10
Угол контакта α, град		0	0
Радиальная жесткость jP, Н/мм		1100000	900000

Таблица 5.3 Расчет шпинделя на жесткость

Параметр	Формула, источник	Значение
1	2	3
Силы, действующие на шпиндель: PZ, Н	PОК	9000
PY, Н	(0,5…0,55)·РОК	(0,5…0,55)·9000 = 4700
Средний внешний диаметр сечения консоли dа, мм		(102·31+ 120·25)/82=75,15
Средний внутренний диаметр сечения консоли d0а, мм		58
Средний внешний диаметр сечения между опорами dl, мм		(19·100 + 145·95 + 140·90 + 15·82 + 80·34 + 24·80)/336 = 101,6
Средний внутренний диаметр сечения между опорами d0l, мм		(192·46 + 44·44 + 43·36 + 53·40 + 58·100)/336 = 60,2
Момент инерции сечения консоли шпинделя J1, мм4
Момент инерции сечения в пролете между опорами J2, мм4
Коэффициент защемления вала в передней опоре ξ	[1, табл. 2.26]	0,375
Угол поворота в передней опоре в плоскости XθX, рад
Угол поворота в передней опоре в плоскости YθY, рад

Окончание табл. 4.21

1	2	3
Результирующий угол поворота в передней опоре θ, мм
Перемещение конца шпинделя в плоскости XδX, мм
Перемещение конца шпинделя в плоскости YδY, мм
Результирующий прогиб конца шпинделя δ, мм
Сила резания, действующая на передний конец шпинделя P, Н
Жесткость шпинделя j, Н/мкм	10-3P/δ	10-3·10153,3/0,025 = 406
Критерии работоспособности	j≥ 250 (Н/мкм)	406 >250
	θ≥ 0,0015 (рад)	9,2·10-5>0,0015
Примечание. Размерыdiиliприняты с чертежа.

Список литературы:

1 Евстигнеев В.Н., Китаева М.А., Устинов Б.В./Расчет и конструирование приводов главного движения металлорежущих станков: учеб. пособие / В.Н. Евстигнеев, М.А. Китаева, Б.В. Устинов; НГТУ им. Р.Е. Алексеева. – Нижний Новгород, 2009. – 270 с.

2 Евстигнеев, В.Н. Кинематика станков в примерах и задачах: учеб. пособие для студентов специальностей 120100, 120200 и 210200 / В.Н. Евстигнеев, Т.А. Неделяева; НГТУ. – Н. Новгород, 2004. – 213 с.

3 Бушуев, В.В. Практика конструирования машин: справочник / В.В. Бушуев – М.: Машиностроение, 2006. – 448 с.

4 Дунаев, П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин: учеб. пособие для студ. техн. спец. вузов / П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов. – 8-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 496 с.

5 Кочергин, А.И. Конструирование и расчет металлорежущих станков и станочных комплексов. Курсовое проектирование: учеб. пособие для вузов / А.И. Кочергин. – Минск: Вышэйш. шк., 1991. – 382 с.

6 Решетов, Д.Н. Детали машин: учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов / Д.Н. Решетов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1980. – 496 с.

Содержание

Введение

1 Обоснование выбора технической характеристики станка с ЧПУ

1.1 Исходные данные

1.2 Модернизация станка прототипа

1.3 Определение структурной формулы компоновки

1.4 Обоснование технической характеристики станка

2 Разработка кинематической схемы станка

2.1 Выбор электродвигателя

2.2 Расчет диапазона регулирования

2.3 Построение графика частот вращения

2.4 Определение чисел зубьев

2.5 Вычисление частот вращения

2.6 Определение моментов на валах

2.7 Определяются предварительные межосевые расстояния между валами зубчатых колёс

2.8 Расчёт модулей зубчатых колёс и уточнение межосевых расстояний

2.9 Проверка кинематических элементов привода на допустимую окружную скорость

3. Расчёты для обоснования конструкции деталей привода

3.1. Предварительный расчёт диаметров валов

3.2. Предварительный расчёт параметров зубчатых колёс

4. Проверочные расчеты деталей привода

4.1. Проверочный расчет зубчатых передач

4.2. Проверочный расчет валов коробки скоростей

4.3. Проверочный расчет подшипников коробки скоростей

4.4. Проверочный расчет шлицевых соединений

4.5. Проверочный расчет шпоночных соединений

5. Расчет и обоснование параметров шпиндельного узла

Список литературы