Розрахунок та проектування шпиндельного вузла (125834)

Посмотреть архив целиком

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ ”

МЕХАНІКО-МАШИНОБУДІВНИЙ ІНСТИТУТ










Розрахункова робота

«Розрахунок та проектування шпиндельного вузла»



Виконав студент ММІ, групи МТм-51

Волинець Віктор











Київ-2009


Вибір загальних вихідних даних


За табл. 3.6 методичних вказівок №7 згідно варіанту вибираємо вихідні дані. Вихідні дані представлено в табл. 2.1.


Табл. 2.1. Вихідні дані

Параметр

Значення

Виліт передньої консолі а, мм

120

Діаметр передньої консолі d2, мм

90

Діаметр шпинделя між опорами d1, мм

80

Діаметр отвору в шпинделі d*, мм

60

Швидкісний параметр Kv×105, мм/хв.

6

Очікуване навантаження на консолі P, кН

15

Клас точності верстата

A


Вибір схеми шпиндельного вузла


Схему шпиндельного вузла вибираємо по значенню швидкісного параметру dnmax (Kv) за табл. 3.4 методичних вказівок. Приймаємо схему №7.


Рис. 2.1. Схема шпиндельного вузла (ШВ)


Вибір підшипників


Визначаємо граничні числа обертів шпинделя:



об/хв


Для передньої та задньої опор за каталогом вибираємо радіально-упорні підшипники (табл. 2.2).


Табл. 2.2. Характеристики обраних підшипників

Основные размеры

Грузоподьёмность

Предел

Достижимые скорости

Macca

Обозначения

динамическая

статическая

усталостной

смазывание

SKF

SNFA

прочности

пластичными

точечное

Listing of both SKF and SNFA designations means that

d

D

B

C

C0

Pu


смазывание




mm

kN

kN

об/мин

kg

-



90

160

30

127

112

4,25

8500

14000

2,25

7218 CD/P4A

-



За табл. 3.5. методичних вказівок, враховуючи значення швидкісного параметру, вибираємо метод змащування – масляний туман. За табл. 3.1 методичних вказівок допустима температура нагріву зовнішнього кільця підшипника, враховуючи клас точності верстата - 35-40ºС.


Визначення опорних реакцій, радіальних жорсткостей опор


Визначаємо реакції відповідно в передній та задній опорах R1, R2, для чого попередньо приймаємо міжопорну відстань, рівну 3d, де d – діаметр шпинделя в передній опорі:




Н


Н



Жорсткість опор на підшипниках кочення визначаємо за графіками рис. 3.3 методичних вказівок. Для підшипників передньої опори приймаємо радіальну жорсткість одного підшипника Ср1=0,55 кН/мкм, задньої – Ср2=0,55 кН/мкм. Отже, радіальна жорсткість передньої і задньої опор вцілому відповідно:


кН/мкм,

кН/мкм


Податливість передньої та задньої опор відповідно:


мкм/кН,


мкм/кН


Розрахунок жорсткості шпиндельного вузла


Радіальне переміщення переднього кінця шпинделя:


,


де yш, yоп, yздв – радіальні переміщення, що викликані відповідно згином шпинделя, податливістю опор та здвигом від дії поперечних сил (величиною усдв можна знехтувати, оскільки ця складова не перевищує 3-6% від у). Отже:



Переміщення yш обчислюється за допомогою інтеграла Мора по правилу Верещагіна графоаналітично:


мкм,


де Е – модуль пружності; І1 та І2 – осьові моменти інерції відповідно міжопорної частини та передньої консолі:


м4;

м4,

де d* - діаметр отвору в шпинделі, м; εз – коефіцієнт закріплення в передній опорі (див. табл. 3.1 методичних вказівок).

Переміщення уоп визначається за умови абсолютно жорсткого шпинделя з подібності трикутників:


мкм

Отже, загальний прогин:


мкм


Загальна радіальна податливість:


мкм/кН


Визначення оптимальної міжопорної відстані


Для знаходження оптимальної міжопорної відстані знайдемо похідну залежності прогину у від довжину міжопорної частини l, прирівняємо її до нуля та розв’яжемо отримане рівняння відносно l:



Дане рівняння має 3 корені – 1 дійсний та 2 ірраціональні:



Отже, оптимальна міжопорна відстань lопт=170 мм. Отримане значення коригуємо з урахуванням довжини передньої консолі , lопт≥2,5а. Отже, lопт=2,5а=300 мм.


Визначення радіальної жорсткості ШВ з урахуванням lопт


Радіальне переміщення переднього кінця шпинделя під дією навантаження Р:



Визначимо також жорсткість та податливість шпинделя:

кН/мкм

мкм/кН


Визначення демпфіруючих властивостей шпинделя


Демпфіруючі властивості можна кількісно оцінити за допомогою логарифмічного декремента коливань:


,


де ψ1, ψ2 – відносне розсіювання енергії в передній та задній опорах відповідно; [λ]=0,23 – допустиме мінімальне значення розсіювання енергії для токарних верстатів (схема ШВ за завданням очевидно відповідає токарному верстату). Розсіювання в передній та задній опорах відповідно дорівнює сумі показників демпфіруючих властивостей ψ0 для даних видів підшипників, що встановлені в опорі (табл. 3.10 методичних вказівок).

Отже, демпфіруючі властивості ШВ є задовільними.


Визначення власної частоти шпинделя


Приблизний розрахунок власної частоти шпинделя, що не має значних зосереджених мас, можна виконати за формулою:


рад/с,

де коефіцієнт ν=2,3…2,4 при λ=2,5…3,5; m=50 кгприблизна маса шпинделя.


Таблицы изделий:












































Радиально-упорные шарикоподшипники, прецизионный

Допуски , см. описание / описание 718 (SEA) series

Преднатяг, see specific product, см. описание, unmounted, и описание, mounted / описание 718 (SEA) series

Рекомендуемые посадки, вала, корпуса

Допуски вала и корпуса



Основные размеры

Грузоподьёмность

Предел

Достижимые скорости

Macca

Обозначения

динамическая

статическая

усталостной

смазывание

SKF

SNFA

прочности

пластичными

точечное

Listing of both SKF and SNFA designations means that

d

D

B

C

C0

Pu

смазками

смазывание

the bearings are SKF-SNFA super-precision bearings



mm

kN

kN

об/мин

kg

-



90

115

13

20,3

25

1,04

12000

18000

0,251

71818 ACD/HCP4

SEA90 /NS 7CE3

90

115

13

20,3

25

1,04

10000

15000

0,279

71818 ACD/P4

SEA90 7CE3

90

115

13

21,6

26,5

1,1

13000

20000

0,251

71818 CD/HCP4A

SEA90 /NS 7CE1

90

115

13

21,6

26,5

1,1

11000

17000

0,279

71818 CD/P4A

SEA90 7CE1

90

125

18

44,2

48

1,96

10000

17000

0,47

71918 ACD/HCP4A

-

90

125

18

44,2

48

1,96

8500

14000

0,55

71918 ACD/P4A

-

90

125

18

28,1

21,6

0,88

14000

22000

0,46

71918 ACE/HCP4A

-

90

125

18

28,1

21,6

0,88

13000

20000

0,54

71918 ACE/P4A

-

90

125

18

47,5

51

2,08

13000

19000

0,47

71918 CD/HCP4A

-

90

125

18

47,5

51

2,08

9500

16000

0,55

71918 CD/P4A

-

90

125

18

29,6

22,8

0,93

16000

26000

0,46

71918 CE/HCP4A

-

90

125

18

29,6

22,8

0,93

14000

22000

0,54

71918 CE/P4A

-

90

125

18

22,5

29

1,18

11000

18000

0,57

71918 DB/P7

-

90

125

18

23,4

30,5

1,25

13000

20000

0,57

71918 FB/P7

-

90

125

18

22,5

29

1,18

13000

20000

0,54

C71918 DB/P7

-

90

125

18

23,4

30,5

1,25

14000

24000

0,54

C71918 FB/P7

-

90

125

18

44,2

48

1,96

10000

-

0,47

S71918 ACD/HCP4A

-

90

125

18

44,2

48

1,96

8500

-

0,55

S71918 ACD/P4A

-

90

125

18

47,5

51

2,08

13000

-

0,47

S71918 CD/HCP4A

-

90

125

18

47,5

51

2,08

9500

-

0,55

S71918 CD/P4A

-

90

125

18

22,5

29

1,18

11000

-

0,57

S71918 DB/P7

-

90

125

18

23,4

30,5

1,25

13000

-

0,57

S71918 FB/P7

-

90

125

18

22,5

29

1,18

13000

-

0,54

SC71918 DB/P7

-

90

125

18

23,4

30,5

1,25

14000

-

0,54

SC71918 FB/P7

-

90

140

24

74,1

72

2,85

9500

16000

0,95

7018 ACD/HCP4A

-

90

140

24

74,1

72

2,85

8000

13000

1,15

7018 ACD/P4A

-

90

140

24

35,1

26,5

1,04

13000

22000

1,03

7018 ACE/HCP4A

-

90

140

24

35,1

26,5

1,04

12000

19000

1,15

7018 ACE/P4A

-

90

140

24

79,3

76,5

3

11000

18000

0,95

7018 CD/HCP4A

-

90

140

24

79,3

76,5

3

9000

15000

1,15

7018 CD/P4A

-

90

140

24

37,1

28

1,1

15000

24000

1,03

7018 CE/HCP4A

-

90

140

24

37,1

28

1,1

13000

20000

1,15

7018 CE/P4A

-

90

140

24

37,1

40,5

1,6

11000

17000

1,2

7018 DB/P7

-

90

140

24

39

42,5

1,66

12000

18000

1,2

7018 FB/P7

-

90

140

24

37,1

40,5

1,6

12000

19000

1,15

C7018 DB/P7

-

90

140

24

39

42,5

1,66

14000

22000

1,15

C7018 FB/P7

-

90

140

24

74,1

72

2,85

9500

-

0,95

S7018 ACD/HCP4A

-

90

140

24

74,1

72

2,85

8000

-

1,15

S7018 ACD/P4A

-

90

140

24

79,3

76,5

3

11000

-

0,95

S7018 CD/HCP4A

-

90

140

24

79,3

76,5

3

9000

-

1,15

S7018 CD/P4A

-

90

140

24

37,1

40,5

1,6

11000

-

1,2

S7018 DB/P7

-

90

140

24

39

42,5

1,66

12000

-

1,2

S7018 FB/P7

-

90

140

24

37,1

40,5

1,6

12000

-

1,15

SC7018 DB/P7

-

90

140

24

39

42,5

1,66

14000

-

1,15

SC7018 FB/P7

-

90

160

30

121

106

4,05

7500

12000

2,25

7218 ACD/P4A

-

90

160

30

127

112

4,25

8500

14000

2,25

7218 CD/P4A

-









Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.