Проектування і розрахунок багатошпиндельної насадки

http://www.ce-studbaza.ru/werk.php?id=9196

Проектування і розрахунок багатошпиндельної насадки

Багатошпиндельні насадки призначені для оснащення силових голівок з висувною пинолью. При цьому розташування шпинделів визначається розташуванням оброблюваних поверхонь.
Багатошпиндельна насадка складається з фланця, корпуса і дахівки, усередині яких розташовуються деталі, що передають рухи від приводного вала силової голівки до шпинделів. Корпус насадки встановлюється на скалках, що запресовані в державке, установленної на торці корпуса силової голівки. У фланці насадки мається циліндричний базовий отвір діаметром 100 мм, яким насадка встановлюється на пиноль голівки.
Змазування зубчастих коліс і підшипників насадки виконується методом створення масляного тумана. При горизонтальному расположении за допомогою вала із зірочкою-росприскувачем, а при вертикальном - за допомогою гвинтового насоса, який накачує рідину на верхні зубчасті колеса.
Проектована насадка буде виготовлятися в 3-х виконаннях для 1,2 і 4-го силових агрегатів. Розрізнятися вони будуть лише встановлюваємим у шпинделях різальним інструментом і режимами роботи (частотою обертання валів і навантаженнями).

Компонування насадки
Компонування насадки вибираємо виходячи з кількості і расположения шпинделів, осі яких збігаються з осями оброблюваних отворів у деталі. У проектованій насадці повинне бути 3 шпинделя (обробка 3-х східчастих отворів 25.0/29.0, розташованих на одній горизонтальній осі на відстані 42 мм друг від друга.
Застосовуємо найбільш просте компонування насадки (див. мал.3.2) з роздачею руху від ведучого вала до шпинделів однією зубцюватою передачею на кожен шпиндель. При цьому зубчасті передачі від ведучого вала до середнього шпинделя (обробка отвору 2) і до крайніх шпинделів (обробка отворів 1,3) розташовуємо в різних плоскостях уздовж осі шпинделів (у різних шарах розкочування). У такий спосіб на ведучому (приводному) валу насадки буде встановлено 2 зубцюватих колеса.
Параметри компонування насадки наступні:
1) по 1РТМ05-77 вибираємо симетричну уніфіковану компоновку корпусних деталей насадки з відстанню між качалками 200 мм (корпус УНМ 40103.01-01, кришка УНМ 40203.01-02, фланець УНМ 40303.21-02, державка УНМ 40403.13-01). Ведучий вал голівки встанавлюваємо на відстані 44 мм від горизонтальної осі обробляємих отворів деталі, встановленої в затискному пристосуванні. Відстань від осі ведучого вала до осі качалок приймаємо 70 мм;
2) від ведучого вала 4 до шпинделів 1,3 установлюємо по однієї передачі Z4/Z1, Z4/Z3 у площині В (консольно на шпинделях);
3) до шпинделя 2 передаємо рух передачею Z4’ / Z2, установленої в площині Б;
4) розташування силової голівки з проектованою насадкою - горизонтальне, тому установлюємо вал-розбризкувач для створення масляного туману в порожнині насадки (вал 5, поз. по кресленню насадки). Обертання до нього передаємо від приводного вала передачею Z4 / Z5;
5) установлюємо додатковий вал у насадці з виступаючим у сторону різальних інструментів шестигранним отвором під ключ. Це необхідно для втримання шпинделів насадки від проворота при знятті й установці різальних інструментів.
Вибираємо уніфіковані складальні одиниці і деталі насадки по 1РТМ05-77 (шпиндельні вузли, що веде вал, вал-розбризкувач, додатковий валик, шестірні й інші). Їхнього позначення і найменування приведені в специфікації до насадки.
Кінематичний і геометричний розрахунок насадки
Передатні відносини від ведучого вала до шпинделів прийняті рівними 1.0 (при виборі параметрів налагодження голівки).
Виходячи з прийнятих передатних відносин і рівності міжосьових відстаней, а також розташування оброблюваних отворів у деталі, виконуємо паралельно кінематичний розрахунок (визначаємо числа зубів зубчастих коліс) і розрахунок координат отворів (розточень) у корпусі насадки. Вихідні дані для розрахунку приведені в таблиці 3.6.
1) Початок координат сполучаємо з віссю лівої скалки (з боку інструментів). Тоді координати осі розточень під качалки будуть рівні:

X7 = 0, Y7 =0; Х8 = 200.0 мм, Y8 = 0 мм

Таблиця 3.6. Режими роботи виконань проектованої насадки
N сил.
агрег. n вед.вала
об/хв n шпинд
об/хв Ро, Н Мкр,
Нм
1 594 594 164 6.7
2 526 526 166 8.02
4 479 479 97 5.05

2) Положення ведучого (приводного) вала голівки (і насадки) приймаємо по центрі насадки між качалками: X4 = 100, Y4 = 70;
3) Налагоджена частота обертання приводного вала силовий голівки, на якій установлена проектована насадка, дорівнює nвв = 594 об/хв. Частота обертання шпинделів насадки також буде дорівнює nш = 594 об/хв (передатне відношення дорівнює 1.0).
Отже, Z4/Z1 = Z4/Z3 =Z4’ / Z2 = 1.0 і числа зубів зубчатых коліс попарно рівні між собою Z4 =Z1 = Z3 і Z4 = Z2;
4) По прийнятій міжосьовій відстані між ведучим валом і віссю другого шпинделя а4-2=44.0 мм і модулю зубчастих передач m=2.0 мм визначаємо числа зубів зубчастих коліс передачі Z4 / Z2.

Z4 = Z2 = (2*a4-2 / m) / (1+u), (3.11)
У вираженні (3.11) u - передаточне число передачі (u=1). Підставляючи значення змінних у (3.11), одержуємо Z4 = Z2 = (2*44/2) / (1+1)= 22;
5) Для розрахунку чисел зубів передач Z4/Z1 і Z4/Z3 визначаємо міжосьові відстані між ведучим валом і шпинделями 1 і 3. При цьому виходимо з відстані між сусідніми шпинделями а2-1= а2-3= 42.0 мм. З трикутника 4-2-1(див.мал.3.3) знаходимо


Потім по вираженню (3.11) знаходимо числа зубів

Z4 = Z1 = Z3 = (2*60.827 / 2) / (1+1) = 30.414

Число зубів зубчастих коліс повинне бути цілим, тому получене значення необхідно округлити. Тут можливо декілька варіантів:
а) можна прийняти число зубів одного з коліс рівним 30, а другого 31, виконуючи одне з них з негативним коефіцієнтом корекції. При цьому буде мати місце відхилення від прийнятого передатного відношення;
б) прийняти всі числа зубів рівними 31 із сумою зубів 62 і с негативними коефіцієнтами корекції. Однак у цьому випадку знижується згинальна міцність зубів;
в) прийняти всі числа зубів рівними 30 із сумою зубів 60 і с позитивними коефіцієнтами корекції. Це приводить до підвищення згинальної міцності зубів (збільшується товщина ніжки зуба).
У такий спосіб зупиняємося на варіанті в) і приймаємо Z4 = Z1 = Z3 = 30. Коефіцієнти корекції визначимо при перевірочному розрахунку зубчастих передач.
Числа зубів ведених коліс передач до валу-розприскувачу і додатковому валу приймаємо рівним Z5 = Z9 = 20. Тоді частота обертання вала-розприску-вача буде рівною

n5 = n9 = nвв * Z4 / Z5 = 594 * 30 / 20 = 891 об/хв.

6) Визначаємо координати розташування осей шпинделів 1 і 3:

Х1 = Х2 - а2-1 = 100 - 42 = 58.0 мм,
Х3 = Х2 + а2-3 = 100 + 42 = 142.0 мм,
Y1 = Y3 = Y2 = 114.0 мм;

7) Визначаємо координати осей вала розприскувача і додаткового вала. При цьому варто врахувати, що ведуче колесо до цих валів Z4 буде корригированным, а ведені шестірні Z5 і Z9 без зсуву вихідного контуру.
а) визначаємо міжосьову відстань передач Z4/Z5 і Z4/Z9.
Колеса Z5 і Z9 приймаємо без зсуву з уніфікованого набору по 1РТМ05-77. Для визначення міжосьової відстані необхідно визначити коефіцієнт корекції колеса Z4. У передачах від вала 4 до шпинделів 1 і 3 має місце корекція, що вирівнює, на необхідну міжосьову відстань а=60.827 мм [ ]. Кут зачеплення цих передач
cos(w) = m*(Z1 +Z4) * cos() / 2*w (3.12)

Сумарний коефіцієнт корекції

Xc = X1 + X2 = (Z1 + Z4) * (invw - inv) / 2*tg, (3.13)
inv = tg - .

Коефіцієнти корекції кожного колеса визначаємо розбиваючи
сумарний коефіцієнт Xc пропорційно їхньому числу зубів

X1 = X2 = Xc * Z1 / (Z1 + Z4), (3.14)

Початкові діаметри коліс Z1 і Z4:

dw4 = dw1= 2 * aw * Z4 / (Z1 + Z4), (3.15)

По виразам (3.12)-(3.15) виконуємо розрахунок

cos(w) = 2*(30+30)*cos(20)/2*60.827 = 0.9269166

w = arccos(0.9269166) = 22.0408 градуса

Xc = (30+30) * (inv22.0408 - inv20) / 2*tg20 =
= 60*(0.02017 - 0.0149) / (2*0.364) = 0.434038.

Приймаємо Xc = 0.43404, тоді X1 = X2 = 0.43404 * 30 / 60 = 0.21702
і початкові діаметри коліс 1,3 і 4 будуть рівні

dw4 = dw1 = dw3 = 2*60.827*30/(30+30) = 60.827.

б) Приймаємо положення осі вала-розбризкувача (вал 5) по осі Х співпадаючим з центром насадки Х5 = 0. Координату Y визначаємо по зачепленню колеса Z5 c ведучим колесом Z4. Колесо Z5 приймаємо без зсуву. Його початковий і ділильний діаметр буде дорівнює:

dw5 = d5 = m*Z5 = 2*20 = 40 мм

Міжосьова відстань між валами 4 і 5, 4 і 9 буде дорівнює міжосьовій відстані зачеплення пари зубчастих коліс Z4 і Z5

a4-5 = a4-9 = aw = (dw5 + dw4) / 2 = (40+60.827)/2 = 50.4135 мм.

в) Приймаємо положення осі додаткового вала 9 по вертикалі стосовно осі вала 4 зміщеним униз на величину Y=18 мм. Тоді Y9 = Y4 - 18 = 70-18 = 52 мм, а друга координата

X9 = X4 + а4-92 - X2 = 100 + 50.41352 - 182 = 100 + 47.091 = 147.091 мм

Розраховані значення координат отворів у корпусі насадки приведені в таблиці на кресленні насадки.

Перевірочний розрахунок на міцність основних деталей насадки
1. Розраховуємо навантаження на валах і передачах насадки з обліком КПД передач і підшипників. КПД зубчастої передачі зп = 0.98, а пари підшипників кочення (пп = 0.99-0.995. Їх загальний КПД (п = 0.97.
За кінематичною схемою(мал.3.2 ) і схемі компонування валів насадки (мал.3.3 ) визначаємо діючі на валах моменти що крутять . Результати оформляємо у виді таблиці 3.6.

Таблиця 3.6. Моменти, що крутять, і осьові сили на шпинделях і валах
насадки

№
вала Ро, Н Мкр, Нм Формула для розрахунку
1 166.0 8.02
2 166.0 8.02
3 166.0 8.02
4 0 28.01 (М1+М2+М3) / (о

Загальний КПД насадки:
Потужність на ведучому валу Nвв = Nрез / о = 1.33 / 0.859 = 1.548 квт.

2. Розрахунок зубчастої передачі Z4/Z1
Колесо Z4 є ведучим для шпинделів 1,3 і валів - розприскувача і додаткового і на ньому суммируются всі навантаження.
Розрахунок виконуємо на ЕОМ з використанням пакета прикладних программ (ППП) АПП - Автоматизоване проектування передач , розробленому в МВТУ ім. Баумана. По цій програмі можна виконати розрахунок будь-якої передачі з одержанням креслення основної деталі (зубчастого колеса) у системі AutoCAD.
Вихідними даними для розрахунку є:
1) модуль передачі m=2.0 мм;
2) міжосьова відстань а=60.827 мм (за умовами компонування насадки);
3) момент, що крутить, на колесі Z4: М4 = 28.01 Нм;
4) частота обертання коліс: n=594 об/хв;
5) ресурс(термін служби) передачі: Т=20000 годин.
Повний набір вихідних даних і результати розрахунку передачі
приведено нижче.
З розрахунку обоє колеса Z1 і Z4 є коригованими з коефіцієнтом зсуву Х1 = Х2 = 0.217. При заданій міжосьовій відстані і модулі ширина обох коліс отримана рівної 9 мм. Уніфіковані колеса, з яких скомпонована насадка, мають ширину 12 мм. Це показує, що вони мають значний запас міцності (витривалості) при вихідному режимі нагружения передачі.
За допомогою системи АПП отримане креслення колеса Z4, що при-
ведене у додатку (креслення МШ50.7090203.10К-09).