2017-10-25
1627
Расчет элементов проектируемого узла базируется на методах, преподаваемых в курсах «Сопротивление материалов», «Детали машин», «Технологическое оборудование» и др.
Ниже предложены методики проектирования и расчета типовых узлов и механизмов металлорежущих станков.
9.1. Шпиндельный узел
1. При разработке шпиндельного узла прежде всего необходимо правильно выбрать оптимальную схему и тип опор. Это впоследствии будет определять качество станка в целом.
Необходимо помнить, что для прецизионных станков класса точности А и С в качестве опор шпинделя рекомендуются гидростатические подшипники, для шлифовальных станков, как правило, — гидродинамические. В шпиндельных группах остальных станков используют различные компоновки подшипников качения.
2. Исходя из условий жесткости, габаритных размеров, быстроходности выбирают (предварительно) диаметр шпинделя. В ряде случаев можно пользоваться монограммой, приведенной во втором томе [7] на с. 90.
3. По данным работы [7] (т. 2, с. 90) необходимо рассчитать наивыгоднейшее межопорное расстояние /.
4. Зная значение /, по данным работы [2] (т. 2, с. 62) определить жесткость узла. Податливость (жесткость) опор определяется расчетным путем либо по номограммам, приведенным в работах [7] (т. 2, с. 212—220) и [8] (с. 36).
5. При расчете осевой жесткости необходимо учесть, что она практически равна осевой жесткости подшипника, воспринимающего нагрузку [7, 8].
6. Для установления класса точности подшипников по ГОСТ 520—71 необходимо определить допустимое биение каждой опоры. Расчет на точность вращения целесообразно проводить по методике, изложенной в работе [2] (т. 2, с. 85—86) либо в [7] (т. 2, с. 210).
7. Расчет шпиндельного узла на виброустойчивость заключается в определении частоты собственных колебаний, амплитуды колебания и демпфирования.
Используя методики, предлагаемые либо в курсе «Сопротивление материалов», либо «Теоретическая механика» (способ Релея), либо в [2] (т. 2, с. 83—84). определяют частоту собственных колебаний.
Амплитуда колебания и демпфирование определяются путем решения дифференциального уравнения движения шпиндельного узла по методике, изложенной в курсе «Теоретическая механика».
9.2. Расчет направляющих
В зависимости от выбранного типа направляющих (скольжения, качения, комбинированных) для каждого конкретного случая применяется свой специфический расчет [2], [7]. Направляющие скольжения граничного трения рассчитывают по следующей схеме [7] (т. 2, с. 160—164);
1. Определяется суммарное давление, действующее на каждую грань направляющих.
2. Определяется средняя удельная нагрузка на каждой грани направляющих.
3. Определяется наибольшая удельная нагрузка на каждой грани.
4. Полученные величины давлений сопоставляются с наибольшими допустимыми значениями удельной нагрузки, определенной из опытных данных и приведенной в справочном материале.
Гидростатические направляющие рассчитываются по следующим этапам [7] (т. 1, с. 310):
1. Определяется нагрузка, действующая на каждую опору.
2. Задаются давлением масляного слоя.
3. Определяется площадь каждой опоры.
4. Определяется соотношение размеров основной и дополнительной направляющих.
5. Определяется диапазон изменения нагрузки на опоры.
6. Определяется наибольшее и наименьшее относительное смещение.
7. Определяется начальный зазор в направляющих.
8. Определяются промежуточные коэффициенты.
9. Определяется давление масла на входе.
10. Определяются максимальная и минимальная жесткости масляного слоя одной опоры.
11. Определяется соотношение размеров дроссельных каналов.
12. Определяется сопротивление дросселей.
13. Определяется расход масла, проходящего через направляющие.
14. Определяется общая сила трения в направляющих.
Расчет направляющих качения состоит из следующих этапов [7] (т. 1, с. 397):
1. Расчет на статическую прочность.
2. Расчет на жесткость.
3. Расчет частоты собственных колебаний.
4. Расчет на долговечность.
По результатам проведенных расчетов производится конструирование направляющих.
9.3. Расчет передачи винт-гайка
В металлорежущих станках для преобразования вращательного движения в поступательное широко используются следующие виды передач: винт-гайка скольжения граничного трения, жидкостного трения и качения.
Винт-гайку скольжения граничного трения рассчитывают по следующей схеме [2] (т. 2, с. 101):
1. На износостойкость.
2. На прочность.
3. На жесткость.
4. На устойчивость (рассчитывается ходовой винт).
Расчет гидростатической передачи винт-гайка состоит из следующих этапов:
1. Выбирается ориентировочно диаметр винта по тяговой силе.
2. Определяется эффективная площадь одного витка резьбы.
3. Выбирается величина минимально допустимого бокового зазора.
4. Определяется средний боковой зазор.
5. Находятся вспомогательные коэффициенты.
6. Определяются нагрузка на один виток, число витков и эффективная площадь резьбы.
7. Определяются минимальная и максимальная жесткости.
8. Определяется момент холостого хода при максимальном и минимальном натяге.
По результатам расчета выбираются геометрические параметры передачи, варианты ее регулировки, проводимые при сборке, и методы контроля.
При необходимости в курсовом проекте могут производиться расчеты и других элементов конструкции, которые следует выполнить по методикам, изложенным в других курсах (.расчет элементов гидро- или пневмооборудования и др).
По рекомендации руководителя проекта отдельные расчеты могут выполняться на базе самостоятельно изученного материала.
Не рекомендуется проводить элементарные расчеты деталей машин: штифтов, болтов, шпонок и т. п.
