Читайте данную работу прямо на сайте или скачайте

Расчет на ЭВМ шпиндельного зла

5 РАСЧЕТ НА ЭВМ ШПИНДЕЛЬНОГО ЗЛА

5.1 Описание конструкции шпиндельного зла

Шпиндель выполняем в качестве отдельного зла выполненного в отдельном корпусе. Вращающийа момент с выходного вала коробки скоростей на шпиндель передается через шлицевое соединение. Принимаем следующую конструкцию данного зла: шпиндель располагается на двух опорах состоящих из подшипников качения. Переднюю опору выполняема комплексной, состоящей из трех радиально-упорных шариковых подшипников типа 4612У поставленных по схеме триплекс-тандем О-образная основные характеристики, которых приведены в таблице 5.1. Заднюю опору выполняем также комплексной, состоящей из двух радиально-упорных шариковых подшипников типа 3620У поставленных по схеме дуплекс-тандем основные характеристики, которых приведены в таблице 5.1.Предварительный натяг в прах шпинделя создаем следующим образом:

в передней опоре с использованием специальной разжимной гайки;

в задней опоре с применением специальных регулировочных колец.

а Таблица 5.1

Основные технические характеристики подшипников шпиндельного зла.

Опора Шпинделя	Обозначение подшипника	Посадочный диаметр d,мм	Наружный диаметр D,мм	Ширина B,мм	Грузоподъемность кН
Динамическая C	Статическая С0
Передняя	3622У	100	150	24	122	116
Задняя	3622У	100	150	24	122	116

Передний конец шпинделя выполняема в соответствии ГОСТ24644-81 с внутренним метрическим конусом с конусностью 7:24 по ГОСТ15945-82 обозначением 50, и передачей крутящего момента через торцовые шпонки (в соответствии с типовой компоновкой шпиндельного зла для обрабатывающих центров).

Предполагаем смазывание шпиндельного зла жидким смазочным материалом, основные параметры которого рассчитаем далее.

Для плотнения шпиндельного зла принимаем динамическое бесконтактное плотнение. Также предусматриваем подвод СЖа через шпиндельный зел, что облегчает словия обработки в зоне резания.

Для изготовления шпинделя применяем сталь 1ХНА с цементацией и закалкой до твердости 5Е60HRC в соответствииа с рекомендациями [1] для шпинделей станков с ЧПУ и многоцелевых станков, для которых требуется повышенная износостойкость поверхностей, используемых для центрирования и автоматического закрепления инструментов. Основные характеристики применяемой стали, приводим в форме таблицы 5.2

Таблица 5.2

Основные механические характеристики стали 1ХНА

Марка

стали

Диаметр заготовки

Па

а Па

Па

1ХНА

<150

1226

1050

736

618

314

1,17

а5.2 Определение действующих нагрузок и моментов

Составляем расчетную схему (рис 5.1) по чертежу определяем основные линейные размеры необходимые для дальнейших расчетов и проставляем их на расчетной схеме.

Определяем действующие силия при обработке торцевой фрезой в соответствии с таблицей 1.3 (Pz в Н,N в кВт, n в об/мин):

определяем крутящий момент на шпинделе, Н/м ([3].с.290)

Произведем построение эпюр моментов от действующих сил.

Рассматриваем плоскость YOZ. Определяем опорные реакции, составляя равнения моментов относительно точек А и В последовательно.

Откуда определяем:

Производим проверку:

Определяем изгибающие моменты от действующих сил при: y=l и y=l+a

Рассматриваем плоскость XOY. Определяем опорные реакции, составляя равнения моментов относительно точек А и В последовательно.

Откуда определяем:

а Откуда определяем:

Производим проверку:

Определяем изгибающие моменты от действующих сил при: y=l и y=l+a

Определяем суммарный изгибающий момент

Определяем суммарные опорные реакции:

5.3 Проверка шпиндельного вала на выносливость

В соответствии с рекомендациями [2] проверочный расчет шпиндельного вала на выносливость сводим к определению коэффициента безопасности вала в опасном сечении. В соответствии с рис.5.1 опасным сечением будет сечение шпинделя под передней опорой.

определяем момент сопротивления и полярный момент сопротивления сечения валаа постоянные и переменные составляющие циклов перемены напряжений.

где

аd - диаметр шпинделя в опасном сечении, мм

do - диаметр внутреннего отверстия в опасном сечении, мм

определяем постоянные и переменные составляющие циклов перемены напряжений.

определяем основные составляющие в формулах коэффициентов безопасности:

а Определима коэффициенты безопасности по изгибу и кручению

где

,а- эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении;

,а- масштабные факторы, учитывающие влияние размеров сечения вала;

а- коэффициент прочнения, принимаем с четом того, что выполняем закалку ТВЧ;

,а- коэффициенты, характеризующие чувствительность материала к асимметрии цикла изменения напряжений.

Определяем коэффициент безопасности:

Учитывая, что [S]=2,5...4 то словие прочности вала на выносливость выполняется.

5.4 Проверочный расчет подшипников качения на долговечность

Производим проверку подшипников качения передней эпюры, т.к. она является наиболее нагруженной.

Определяем радиальную нагрузку на один подшипник с четом того, что в опоре становлено три подшипника:

В опоре становлены радиально-упорные шарикоподшипники 3622У для которых в соответствии с таблицей 5.1:

а учитывая, что в радиально-упорных подшипниках при действии на них радиальной нагрузки возникают некоторые осевые силия S как составляющие радиальных нагрузок.

Определим коэффициент осевой нагрузки ([2],т.14.14,с.354) и осевую составляющую:а

при аа

Определяем осевые нагрузки на каждый подшипник с четом действия осевой силы и осевых силий ([2],рис.14.3,с.349):

т.е расчет производим для подшипников становленных первым и вторым в опоре.

Определяем эквивалентную нагрузку:

при

где

аX - коэффициент радиальной нагрузки;

аY - коэффициент осевой нагрузки;

V - коэффициент вращения (принимаем, что относительно нагрузки вращается внутреннее кольцо);

аKб - коэффициент безопасности;

аKт - температурный коэффициент;

Тогда время безотказной работы подшипника (долговечность) в часах:

ат.е при требуемой долговечности в 12 словие надежности подшипника выполняется.

5.5 Расчет жесткости опор шпинделя

Расчет жесткости шпиндельных опор выполняем в соответствии с рекомендациями ([1],с.174-177).

Определяем силу предварительного натяга, Н ([1],т.6.15,с.154):

Определяем основные размеры подшипника в соответствии с таблицей 5.1:

Определяем основные параметры подшипников: диаметр шариков и количество тел вращения:

принимаем

Определяем изменение гла контакта в подшипнике под действием предварительного натяга ([1],рис.6.14,с.175):

при а

Определяем осевую жесткость шпиндельных опор, Н/мм ([1],с.174)

а-передней опоры

где

аа- количество подшипников в первой словной опоре;

а-а количество подшипников во второй словной опоре;

а- коэффициент жесткости подшипника;

а - задней опоры

Определяем коэффициент, характеризующий распределение нагрузки между телами качения ([1],с.174):

- для передней опоры

при

- для задней опоры

при

Определяем радиальную жесткость шпиндельных опор, Н/мм ([1],с.174)

а-передней опоры

-задней опоры

Внешняя осевая сила, при, которой натяг комплексной опоры полностью снимается,

Н ([1],с.174)

-в передней опоре

а-в задней опоре

Максимальная действующая осевая сила при обработке:а

ат.е. принятое силие натяга в опорах полностью не снимается.

а5.5 Расчет жесткости шпиндельного зла

аОпределим радиальное перемещение переднего конца шпинделя сначала в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, затем определим суммарное перемещение. Причем для добства представления формулы в отчете разбиваем ее на логические составные части Zi.

Вместо крутящего момента прикладываем эквивалентное усилие:

Учитывая, что сечение шпинделя по его длине примерно постоянно, то средний момент инерции сечения, :

Определим перемещение в плоскости YOZ:

Определим перемещение в плоскости XOY:

Определяем суммарное перемещение переднего конца шпинделя:

а т.е. проектируемым шпиндельным злом обеспечивается достаточная точность даже при работе с максимально допустимой нагрузкой.

5.5 Расчет системы смазки шпиндельного зла

Принимаем циркуляционную систему смазки, при которой масло автономной системой постоянно подается в шпиндельный зел. Определим минимально допустимый расход жидкого смазочного материала: