ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАНКА

3. ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАНКА

3.1 Обоснование бесцентровой обработки

Обработка коленчатого вала на станке NAGEL проводится в центрах, вал вращается с помощью поводкового патрона. Зажимные рычаги имеют возможность перемещаться в радиальном направлении и, по сути, свободно висят на обрабатываемой детали, нагружая ее своим весом. В связи с тем, что полировальные рычаги имеют малую силу зажима, их габариты малы и масса одного рычага составляет 15 кг. Однако, в модернизированном станке будет применена сила зажима Р=725 кГ, и габариты спроектированных рычагов значительно отличаются от предыдущих. Масса одного рычага составляет 40 кг, всего рычагов – 10 шт. Учитывая, что вал, длина которого составляет 500 мм, изготовлен из чугуна, допустимое напряжение растяжения которого меньше допустимого напряжения на сжатие в 4 раза и меньше предела прочности в 5 раз [5] и составляет 140 МПа, вероятно появление недопустимых деформаций в процессе обработки. Поэтому необходимо рассчитать обрабатываемый вал на прочность. Вал, жестко зажатый в центрах, представляет собой двухопорную балку со статическим нагружением в местах расположения рычагов. Для упрощения расчетов допустим, что десять сосредоточенных сил Р=400 Н на длине 500 мм представляют собой равномерно распределенную нагрузку q:

, (13)

где n – количество сосредоточенных сил, n=10 сил.

 (Н/мм).

Также для упрощения расчета допустим, что вал представляет собой балку равномерного сечения. Расчет будет проводиться для растянутой зоны деформированного вала в опасном сечении, которым считается галтель.

Условие прочности для растянутой зоны:

, (14)

где М_и – изгибающий момент в опасном сечении, Н∙мм;

J_x – осевой момент инерции опасного сечения, мм;

y – величина растянутой зоны балки, т.е. ее диаметра, мм, y=23 мм;

[σ] – допустимое напряжение растяжение чугуна, [σ]=140 МПа.

Максимальное значение изгибающего момента:

, (15)

где L – длина опасного сечения, мм.

 (Н∙мм).

Осевой момент инерции:

, (16)

где d – диаметр балки, мм, d=46 мм.

 (мм).

Используя формулу (14), имеем:

 (МПа).

Так как 261 МПа > 140 МПа, т.е. σ > [σ], то деталь при рассмотренном условии является непрочной.

В связи с этим необходимо предусмотреть такой способ зажима, чтобы вал не испытывал изгибающих нагрузок или испытывал, но в меньшей мере. Таким способом является схема бесцентровой обработки, при которой вал зажимается в неподвижно закрепленных рычагах обкатывания коренных шеек, а рычаги, зажимающие шатунные шейки, выполняют одновременно циклическое вращение, получая его от эталонных коленвалов, приводимых, в свою очередь, во вращение шпинделем станка и обеспечивая обработку. Такая схема широко применяется в машиностроении и реализована с разными конструктивными особенностями в станках 4481, Б-016, Б-033, Б-039 [12].

3.2 Расчет привода вращения

3.2.1 Кинематический расчет

Уравнение кинематического баланса:

, (17)

где n_эд - частота вращения электродвигателя, об/мин, n_эд=1500 об/ мин;

i_р.п – передаточное отношение ременной передачи;

i_з.п – передаточное отношение зубчатой передачи, принимается i_з.п=1/4.

Из уравнения (17) находим i_р.п:

, (18)

.

3.2.2 Расчет технических характеристик

Тяговый момент на приводном валу

Для вращения шпинделя необходимо преодолеть момент трения, возникающий в зоне обработки и приложенный к обрабатываемой детали:

, (19)

где n – число точек приложения силы нормального давления;

r – радиус обрабатываемой шейки в месте приложения силы, м;

N_i – сила нормального давления, Н;

f_k – коэффициент трения качения, f_k=0,02.

 (Н∙м)

Тяговый момент:

М_т ≥ М_тр. (20)

Принимается М_т=81 Н∙м.

Крутящий момент на валу №1

, (21)

где  - кпд зубчатой передачи, =0,98.

 (Н/м).

Крутящий момент на валу электродвигателя

, (22)

где η_р.п – кпд ременной передачи, η_р.п=0,8.

 (Н/м).

Мощность на валу электродвигателя

, (23)

 (кВт).

Выбираем асинхронный электродвигатель 2А100L4У3, мощность N=2 кВт, n=1500 об/мин.

4. РАСЧЕТ И ОПИСАНИЕ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ СТАНКА

4.1 Расчет привода вращения

4.1.1 Выбор оптимального расположения опор

Анализируя конструкцию станков-аналогов 4481, Б-016, Б-033, Б-039 [12], можно прийти к выводу, что у всех них отношение вылета переднего конца шпинделя к величине пролета между передней и задней опорами (параметр k [16]) одинаково и составляет k=2,5. Значение k=2,5 является минимальным рекомендуемым [16] для обеспечения требуемой жесткости шпинделя металлообрабатывающих станков. Поэтому принимается k=2,5. Конструктивно, учитывая величину полумуфты, расположенной на шпинделе, назначается вылет переднего конца шпинделя а=130 мм. Расстояние между опорами в таком случае:

, (24)

 (мм).