Проект токарно-винторезного станка с разработкой привода вращательного движения и конструкции шпиндельного узла

Автор: Пользователь скрыл имя, 30 Ноября 2011 в 06:59, курсовая работа

Описание работы

Конструирование металлорежущих станков по настоящее время остается, по-прежнему, во многом процессом творческим, где большую роль играют не точные расчеты на прочность, жесткость, экономичность, а дань традициям, существующим конструкторским решениям, опыт инженера-конструктора.
Тем не менее, часть процесса конструирования МРС уже достаточно отработана, например проектирование привода главного движения производится по стандартной готовой схеме, приводящейся во многих источниках.
Конструирование шпиндельного узла, напротив, является типичным примером интуитивного решения задачи. Оценить результат такой работы может лишь моделирование его специализированным ПО или проверка готового изделия.

Содержание

Введение………………………………………………………………………………...5
1 Кинематические расчеты…………………………………………………………….6
1.1 Построение кинематической схемы и структурной сетки привода………….6
1.2 Построение графика частот вращения исполнительного звена………………7
1.3 Определение числа зубьев колес……………………………………………….9
1.4 Определение действительного значения частот вращения исполнительного звена…………………………………………………………………………………11
2 Силовые расчеты……………………………………………………………………13
2.1 Определение расчетной частоты вращения шпинделя………………………13
2.2 Определение величин крутящих моментов и мощностей на валах привода.13
2.3 Предварительное определение диаметров валов привода…………………..15
2.4 Расчет цилиндрических зубчатых колес……………………………………...16
3 Проектирование развертки сборочной единицы и конструкции шпиндельного узла……………………………………………………………………………………18
3.1 Шпиндельные узлы металлорежущих станков………………………………18
3.2 Методика проектирования шпиндельных узлов……………………………..19
4 Моделирование привода главного движения станка……………………………..21
4.1 Построение расчетной схемы привода………………………………………..21
4.2 Параметризация расчетной схемы привода…………………………………..21
4.3 Упрощение топологической схемы привода…………………………………30
4.4 Моделирование динамики привода в пакете DYNAR…………………….....32
4.5 Определение собственных зубцовых частот зубчатых передач……...…………36
5 Моделирование динамики шпинделя……………………………………………...38
5.1 Построение расчетной схемы динамики шпинделя………………………….38
5.2 Определение параметров опор шпинделя………………………………….....39
5.3 Определение точек приложения нагрузок и их расчет………………………40
5.4 Моделирование динамики шпинделя в пакете SPINCH……………………..41
5.5 Результаты моделирования прогиба шпинделя………………………………42
5.6 Результаты моделирования динамики шпинделя………………………….....43
Заключение…………………………………………………………………………….45
Список литературы……………………………………………………………………46
Приложение А

Скачать полностью (701.88 Кб) Сколько стоит заказать работу?
Работа содержит 1 файл

Борисенко ПЗ-Волицкий курсовая.docx

— 778.85 Кб (Скачать)
 

      Податливость  зубчатых передач, приведенную к  ведущему валу, определим по упрощенной формуле (без крутильной податливости, учитывающей деформацию валов и опор):

(4.7)

      где ез - крутильная податливость, учитывающая деформацию зубьев; 
      Кз - постоянный коэффициент, равный для прямозубых колёс 6,0·10-11 м2/Н, для косозубых 3,6·10-11 м2/Н; 
      b - ширина венца зубчатого колеса, м; 
      R       - радиус начальной окружности зубчатого колеса, расположенного на валу, к которому приводится податливость передачи, м; 
      α       - угол, для эвольвентного зацепления равный 20˚.

      Расчетные значения крутильной податливости зубчатых передач, а так же их геометрические размеры приведены в таблице 4.4.

      

      

      Таблица 4.4 – Расчет податливости зубчатых передач

Кз 6.00·10-11 м2/Н
№ передачи Обозначение Ширина b, м Радиус R, м eз , рад/Н·м
1 ез.п.1-2 0,010 0,025 0,5329×10-6

       Продолжение таблицы 4.4

№ передачи Обозначение Ширина b, м Радиус R, м eз , рад/Н·м
2 ез.п.2-3 0,0095 0,024 0,596×10-6
3 ез.п.3-4 0,015 0,045 0,2013×10-6
 

      Податливость ременной передачи рассчитывается следующим образом:

 (4.8)

      где R - радиус ведущего шкива, м,

             l эф - эффективная длина ветви ремня, м,

             F - площадь поперечного сечения ремня, м2,

             E - модуль упругости ремня, Па,

             n - число ремней в передаче,

             а - коэффициент, учитывающий влияние  предварительного натяжения ремней (при Р< 2Р0 , a =1, при Р>2P0, а=2).

      Эффективная длина ремня рассчитывается по следующей  формуле:

(4.9)

      где L - межосевое расстояние передачи, м,

             R1, R2 - радиусы шкивов, м,

             V - окружная скорость ремня, м/с. 

      Таблица 4.5 – Расчет податливости ременной передачи

Обозначение R1, м R2, м L, м F., м2 n E, Па е., рад/Н·м
ер.п. 0,067 0,0775 0,220 0,000089 2 3×108 0,222×10-3
 

      Двигатель и момент инерции ротора выберем  по каталогу, приведенному в каталоге двигателей фирмы Siemens:

      1G.5104-OWD40 -6HU1,  J=0,014 кг·м2

      Податливость  магнитного поля двигателя примем 3×10-4 рад/(Н·м2)

      4.3 Упрощение топологической схемы привода

 

      В ходе построения топологической схемы  привода образовалось 24 узловых точки. Упростим эту схему до 19-20 узловых точек, для того чтобы её можно было занести в пакет прикладных программ DYNAR.

    Сохраняя  топологию развертки привода  перестроим расчетную схему таким  образом, чтобы площади элементов  инерционности были пропорциональны  моментам инерции сосредоточенных масс, им соответствующих. Это позволяет визуально оценить значимость тех или иных элементов расчетной схемы и произвести её упрощение.

Рисунок 4.3 – Топологическая схема привода в масштабе

      Произведём  дальнейшее упрощение согласно следующим  принципам:

  • не производить приведение валов, число валов в схемах не должно изменяться;
  • малые моменты инерции валов присоединяются к более крупным моментам инерции шестерен;

      

  • податливости  между складываемыми массами  распределяются между соседними податливостями.
 

      Таблица 4.6 – Параметры упрощенной расчетной схемы

№ Моменты инерции Значение, кг·м2 № Податливости Значение, рад/Н·м
J1 Jp 0,014 e1 ем.п. 3×10-4
J2 Jшк1 2,37×10-4 e2 ешп1 1,48×10-4
J3 Jшк2 3,00×10-4 e3 ер.п. 2,22×10-4
J4 Jкр+Jв1’ 4,92×10-5 e4 еболт 1,78×10-4
J5 Jв1’’+Jбл1 1,32×10-4 e5 ешл1+ев1’+ешл2 1,35×10-4
J6 Jшл2 7,32×10-5 e6 ез.п.1-2 5,33×10-7
J7 Jв2’’ 6,90×10-6 e7 ешл4 1,16×10-5
J8 Jш1+Jв2’ 1,09×10-4 e8 eшл3+ев2’ 1,70×10-5
J9 Jв2’’’ 4,13×10-5 e9 ев2’’ 1,89×10-5
J10 Jбл2 6,54×10-4 e10 ешл5 3,80×10-6
J11 Jш4 7,43×10-4 e11 ез.п.2-3 5,96×10-7
J12 Jв3’’ 2,67×10-5 e12 eшл7 8,60×10-6
J13 Jв3’’’ 1,33×10-5 e13 ев3’’ 2,30×10-6
J14 Jш6+Jв3’’’’ 4,24×10-4 e14 ев3’ 6,30×10-6
J15 Jв3’ 4,29×10-5 e15 ешл9+ев3’’’ 1,35×10-5
J16 Jш5 1,71×10-4 e16 eшл8 8,60×10-6
J17 Jш3 9,33×10-4 e17 eшл6 5,30×10-6
J18 Jш7 7,21×10-4 e18 ез.п.3-4 2,01×10-7
J19 Jв4’ 2,10×10-3 e19 ешп2 1,42×10-5
J20 Jшпин 4,90×10-3 e20 eв4’ 8,65×10-7
 

      Результат упрощения исходной схемы представлен на рисунке 4.4.

      

 

      Рисунок 4.4 – Упрощенная топологическая схема привода в масштабе

      4.4 Моделирование динамики привода в пакете DYNAR

 

      При моделировании динамики привода  в пакете DYNAR в диалоговом окне вводятся общие сведения и исходные данные о топологической схеме привода. В рассматриваемом примере общие сведения и исходные данные приведены на рисунках 4.5, 4.6, 4.7, 4.8: 

      

 

      Рисунок 4.5 – Общие сведения о топологической схеме привода

      

        

    Рисунок 4.6 – Инерционные характеристики топологической схемы привода

      

      Рисунок 4.7 – Передаточные отношения топологической схемы привода

      

    Рисунок 4.8 – Динамические характеристики топологической схемы привода

    

      После ввода всех необходимых данных производим расчет модальных параметров и частотных характеристик схемы. Результатом расчета является таблица модальных параметров, приведенная на рисунке 4.9, таблица динамических податливостей, приведенная на рисунке 4.10 и АЧХ по углу, приведенная на рисунке 4.11.

      Рисунок 4.9 – Таблица модальных параметров

      

      

      Рисунок 4.10 – Таблица динамических податливостей 

      Рисунок 4.11 – АЧХ по углу

      5.5 Определение собственных  зубцовых частот  зубчатых передач

 

      Расчет  производится для анализа частот, порождаемых зубчатыми передачами привода. Оценки их взаимодействия с собственными частотами: присутствует ли резонанс, как близко эти частоты находятся друг от друга, и их общего влияния на характеристики привода.

      Зубцовые  частоты находятся по формуле:

(4.10)

      где i – номер вала;

         ni – частота вращения i-го вала;

         zi – число зубьев зубчатого колеса на i-ом валу.

      Для первой зубчатой передачи:

  

      Для второй зубчатой передачи:

  

      Для третьей зубчатой передачи:

  

       Наложим эти частоты на АЧХ и  проверим, не совпадают ли собственные  частоты колебаний привода с  собственными зубцовыми частотами. Результаты этого наложения приведены на рисунке 4.12. 

     

     

      Рисунок 4.12 – АЧХ по углу с наложенными зубцовыми частотами

      По  полученной АЧХ с наложенными  зубцовыми частотами (рис. 4.12) видно, что собственные частоты колебаний привода не совпадают с собственными зубцовыми колебаниями, это в свою очередь, исключает возникновение явления резонанса. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      5 Моделирование динамики  шпинделя

      5.1 Построение расчетной схемы динамики шпинделя

 

      Расчетная схема шпинделя строится из элементов  трех типов:

  1. Стержень;
  2. Сосредоточенная жесткость(податливость);
  3. Сосредоточенная масса.

      Стержень  моделирует участки шпинделя. Он обладает следующими параметрами: D-наружный диаметр шпинделя, м; d-внутренний диаметр шпинделя, м; l-длина моделируемого участка шпинделя, м.

      Сосредоточенная жесткость(податливость) моделирует опоры(подшипники) и неподвижные стыки, например инструмент с коническим хвостовиком. Она обладает следующими параметрами: Cx-осевая жесткость; Cy-радиальная жесткость; Cz-угловая жесткость.

Информация о работе Проект токарно-винторезного станка с разработкой привода вращательного движения и конструкции шпиндельного узла