Сосредоточенная масса моделирует шестерни, шкивы, патроны, находящиеся на шпинделе. Она обладает следующими параметрами: Jy-момент инерции относительно плоскости чертежа; m-масса.

      Для построения расчетной схемы шпинделя на его оси ставят узловые точки  в следующих местах:

1. на концах шпинделя;
2. в местах расположения опор (по центру);
3. в местах расположения шестерен, шкивов и других сосредоточенных масс;
4. в местах приложения внешних нагрузок, если эти места не совпадают с ранее поставленными узловыми точками.

      На  рисунке 6.1 представлена расчетная  схема динамики шпинделя.

      Рисунок 5.1 – Расчетная схема динамики шпинделя

      5.2 Определение параметров опор шпинделя

 

      Для определения параметров опор шпинделя необходимо по чертежу определить тип подшипников. Для этого нужно взять из чертежа тип подшипника, диаметр внутреннего кольца подшипника, а затем из пакета OPORA выбрать нужный подшипник и выписать обозначение подшипника по ГОСТ, а также значения радиальной, осевой и угловой жесткостей, приведенных на рисунках 5.2 и 5.3.

 

      Рисунок 5.2 – Параметры подшипников

 

      Рисунок 5.3 – Параметры подшипников

      5.3 Определение точек приложения нагрузок и их расчет

      

      

      На  шпиндель действуют две силы. Это  силы резания, которые приложены  на выходном конце шпинделя (узловая  точка 5) и силы зубчатого зацепления, которые приложены на зубчатое колесо (узловая точка 3).

      Для расчета силы зубчатого зацепления используется формула:

      где М_рез – момент силы резания;

             R₁ – делительный радиус;

             α – угол зацепления, равный 20º;

             p – угол трения, равный 0,1 рад.

      Момент  силы резания определяется по формуле:

      где P_z – сила резания;

         d – диаметр шпинделя.

      Сила  резания определяется по формуле:

      где Р_шп – мощность на шпинделе, найденная в предыдущей части курсового проекта, равная 2,58 кВт;

      

         V – окружная скорость шпинделя, определяемая по формуле:

      Найдем  радиальную составляющую силы резания, равную 40% от P_z:

      5.4 Моделирование динамики шпинделя в пакете SPINCH

 

      При моделировании динамики шпинделя в  пакете SPINCH в диалоговом окне вводятся общие сведения и исходные данные о топологической схеме шпинделя. В рассматриваемом примере общие сведения и исходные данные приведены на рисунках 5.4 – 5.8:

      

      Рисунок 5.4 – Общие сведения

      

      Рисунок 5.5 – Топология и параметры расчетной схемы

      

      Рисунок 5.6 – Инерционные характеристики

      

      Рисунок 5.7 – Характеристики нагружения

      

      Рисунок 5.8 – Координаты точек

      5.5 Результаты моделирования прогиба шпинделя

      После ввода всех необходимых данных производим статический и динамический расчет схемы. Результатом статического расчета являются деформации в узловых точках и реакции в подшипниках, приведенные на рисунке 5.9 и статическая деформация оси шпинделя, приведенная на рисунке 5.10.

      

      

      Рисунок 5.9 – Деформация шпинделя и реакции в подшипниках

      Рисунок 5.10 – Статическая деформация оси шпинделя

      5.6 Результаты моделирования динамики шпинделя

 

      Результатом динамического расчета являются собственные частоты и формы колебаний, приведенные на рисунке 5.11, нормальные изгибные формы колебаний, приведенные на рисунке 5.12 и АЧХ шпинделя, приведенная на рисунке 5.13.

 

      Рисунок 5.11 – Собственные частоты и формы колебаний

      

 

      Рисунок 5.12 – График прогиба оси шпинделя

 

      Рисунок 5.13 – АЧХ

      По  результатам динамического расчета  получили АЧХ с наложенными последними зубцовыми частотами (рис. 5.13) по ним видно, что собственные частоты колебаний шпинделя не совпадают с собственными зубцовыми колебаниями, это в свою очередь, исключает возникновение явления резонанса.

      

      Заключение

      В результате работы сконструирован привод главного движения токарно-винторезного станка со следующими техническими характеристиками.

      Наименьшая скорость вращения шпинделя 315 об/мин;

      Наибольшая скорость вращения шпинделя 1000 об/мин;

      Показатель  ряда частот вращения j =1,26.

      Разработана кинематическая схема привода, выполнена  развертка и свертка коробки  скоростей станка. Произведен анализа частот, порождаемых зубчатыми передачами привода. При наложении этих частот на собственные, они не совпали, следовательно, резонанс отсутствует. Также было произведено моделирование динамики шпинделя. После ввода всех данных произведен статический и динамический расчет схемы. Результатом статического расчета являются деформации в узловых точках, реакции в подшипниках и статическая деформация оси шпинделя. Результатом динамического расчета являются собственные частоты и формы колебаний, нормальные изгибные формы колебаний и АЧХ шпинделя, Приобретены навыки расчета и конструирования типичных узлов металлорежущих станков.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    

    

    Список  литературы

1. Бушуев В.В. Основы конструирования станков.–М.: Станкин, 1992.–520 с.
2. Курсовое проектирование по деталям машин/ под ред. С. А. Чернавского. – М.: Машиностроение,1979.-351 с.
3. Кучер А.М., Киватицкий М.М., Покровский А.А. Металлорежущие станки –Л.: Машиностроение, 1972 . –306 с.
4. Металлорежущие станки /Под ред.В.Э.Пуша. -М.: Машиностроение, 1985.-468с.
5. Справочник технолога машиностроителя. В 2-х т. Т.2/Под ред. А.Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. -М.: Машиностроение, 1985.-496 с.

 

     

Приложение  А

     1) зубчатая пара 34:34:

     Исходные  данные: 

     Крутящий  момент на шестерне в Нм:     29,7

     Частота вращения шестерни в об/мин:     800

     Допускаемое контактное напряжение для зубьев шестерни в МПа:     1000

     Допускаемое изгибное напряжение для зубьев шестерни в МПа:     540

     Коэффициент ширины зубчатого венца:     0,2

     Число зубье шестерни Z1:     34

     Число зубьев колеса Z2:     34

     Степень точности зубчатой передачи по ГОСТ 1643-72:     7

     Расположение  передачи:     У опоры.

     Рассчитанные  значения:

     Расчетный модуль по контактным напряжениям, мм:     1,49841691926511

     Расчетный модуль по изгибным напряжениям, мм:     1,39219234467603

     Стандартный модуль по ГОСТ 9563-60, мм:     1,5

     Межцентровое  расстояние Aw, мм:     51

     Ширина  зуба B, мм:     10,2

     Окружная  скорость V, м/с:     2,13628300444106 

     2) зубчатая пара 24:48:

     Исходные  данные: 

     Крутящий  момент на шестерне в Нм:     28,8

     Частота вращения шестерни в об/мин:     800

     Допускаемое контактное напряжение для зубьев шестерни в МПа:     1000

     Допускаемое изгибное напряжение для зубьев шестерни в МПа:     540

     Коэффициент ширины зубчатого венца:     0,2

     Число зубье шестерни Z1:     24

     Число зубьев колеса Z2:     48

     Степень точности зубчатой передачи по ГОСТ 1643-72:     7

     Расположение  передачи:     У опоры.

     Рассчитанные  значения:

     Расчетный модуль по контактным напряжениям, мм:     1,90782448016729

     Расчетный модуль по изгибным напряжениям, мм:     1,76364751151761

     Стандартный модуль по ГОСТ 9563-60, мм:     2

     Межцентровое  расстояние Aw, мм:     72

     Ширина  зуба B, мм:     9,6

     Окружная  скорость V, м/с:     2,01061929829747 

     3) зубчатая пара 60:60

     Исходные  данные: 

     Крутящий  момент на шестерне в Нм:     55,9

     Частота вращения шестерни в об/мин:     400

     Допускаемое контактное напряжение для зубьев шестерни в МПа:     1000

     Допускаемое изгибное напряжение для зубьев шестерни в МПа:     540

     Коэффициент ширины зубчатого венца:     0,2

     Число зубье шестерни Z1:     60

     Число зубьев колеса Z2:     60

     Степень точности зубчатой передачи по ГОСТ 1643-72:     7

     Расположение  передачи:     У опоры.

     Рассчитанные  значения:

     Расчетный модуль по контактным напряжениям, мм:     1,03338050797134

     Расчетный модуль по изгибным напряжениям, мм:     1,16465183258523

     Стандартный модуль по ГОСТ 9563-60, мм:     1,5

     Межцентровое  расстояние Aw, мм:     90

     Ширина  зуба B, мм:     18

     Окружная  скорость V, м/с:     1,88495559215388