Постановка задачи. Анализ объекта проектирования — станка 3Б12
В любом металлорежущем станке привод главного движения является ключевым узлом, определяющим его производительность и технологические возможности. В рамках данной курсовой работы объектом проектирования выступает привод для универсального круглошлифовального станка 3Б12. Это оборудование предназначено для чистовой обработки наружных цилиндрических и пологих конических поверхностей деталей с высоким классом точности (П по ГОСТ 8-82).
Станок 3Б12 находит применение в условиях индивидуального и мелкосерийного производства, что предъявляет особые требования к его универсальности. Его конструкция обладает рядом важных особенностей:
- Диапазон обрабатываемых диаметров от 8 до 200 мм и длин до 450 мм.
- Наличие поворотного стола, позволяющего шлифовать пологие конические поверхности.
- Возможность поворота шлифовальной бабки на 90 градусов для обработки крутых конусов и торцов деталей.
Таким образом, конечная цель работы — спроектировать привод главного движения, который будет полностью соответствовать техническим характеристикам и эксплуатационным требованиям станка 3Б12, обеспечивая необходимые режимы резания для всего спектра выполняемых операций.
Определение технических требований к приводу главного движения
Главным движением для круглошлифовального станка является вращение шлифовального круга, которое обеспечивает съем материала с заготовки. Чтобы перевести общие характеристики станка в конкретные инженерные параметры, необходимо сформулировать четкие технические требования к проектируемому приводу.
Основным параметром является диапазон скоростей вращения шпинделя. Он напрямую зависит от габаритов обрабатываемых деталей. Для обеспечения оптимальной скорости резания при шлифовании диаметров от минимальных 8 мм до максимальных 200 мм, привод должен обеспечивать стабильную работу в заданном диапазоне частот. Помимо скорости, для качественной обработки критически важны следующие характеристики:
- Достаточная мощность: Привод должен обладать мощностью, способной преодолеть силы резания при различных режимах, включая интенсивное врезное шлифование.
- Высокий крутящий момент: Необходим для поддержания стабильной скорости вращения шпинделя под нагрузкой, что напрямую влияет на качество обработанной поверхности.
- Стабильность частоты вращения: Любые колебания скорости могут привести к появлению дефектов на детали, поэтому для станка класса точности «П» этот параметр имеет первостепенное значение.
Сформулированные требования к мощности, крутящему моменту и стабильности скорости являются основой для всех последующих расчетов и выбора компонентов привода.
Разработка кинематической схемы привода. Как визуализировать механику станка
Кинематическая схема — это графическое представление механической системы, которое показывает, как движение передается от источника (электродвигателя) к исполнительному органу (шпинделю). Она является фундаментом проекта, так как визуализирует структуру привода и служит основой для расчетов передаточных отношений.
Для станков типа 3Б12 стандартная структура привода главного движения включает три основных элемента:
- Электродвигатель — источник энергии.
- Передаточный механизм — узел, передающий и преобразующий вращательное движение.
- Шпиндель шлифовальной бабки — исполнительный орган, на котором крепится шлифовальный круг.
В качестве передаточного механизма для данного узла традиционно выбирается клиноременная передача. Этот выбор обоснован ее ключевыми преимуществами для шлифовальных станков:
Плавность хода и способность гасить вибрации от электродвигателя, что критически важно для достижения высокой чистоты обработки поверхности. Кроме того, такая передача защищает двигатель от перегрузок при заклинивании шпинделя.
Графически на схеме электродвигатель, шкивы и шпиндель изображаются условными обозначениями, соединенными линией, обозначающей ремень. Эта простая схема становится отправной точкой для всех последующих инженерных вычислений.
Расчет требуемой мощности. Фундамент для выбора электродвигателя
Определение требуемой мощности — это фундаментальный расчетный этап, который определяет энергетические характеристики всей системы. Недостаток мощности не позволит выполнять операции с необходимой производительностью, а ее избыток приведет к необоснованному удорожанию конструкции и повышенному энергопотреблению.
Общая мощность на валу двигателя складывается из двух основных компонентов: полезной мощности, затрачиваемой непосредственно на процесс резания, и мощности, необходимой для преодоления потерь в механизме передачи. Итоговая формула расчета выглядит следующим образом:
Pдв = Pрез / η
Где:
- Pдв — искомая эффективная мощность электродвигателя.
- Pрез — мощность резания. Она рассчитывается на основе максимальных режимов обработки (глубины и подачи), материала заготовки и характеристик шлифовального круга.
- η (эта) — общий коэффициент полезного действия (КПД) привода, учитывающий потери в передаточном механизме (для клиноременной передачи) и в опорах шпинделя (подшипниках).
Этот расчет является ключевым и самым ответственным, поскольку именно полученное значение эффективной мощности станет главным критерием при выборе конкретной модели электродвигателя из каталогов производителей.
Выбор электродвигателя. Сопоставление расчетных данных с номенклатурой
Имея на руках расчетное значение требуемой мощности, можно приступать к подбору реального электродвигателя. Этот процесс заключается в сопоставлении расчетных параметров с номенклатурой двигателей, доступных на рынке.
Выбор осуществляется по нескольким ключевым критериям:
- Мощность: Номинальная мощность двигателя должна быть равна расчетной или немного превышать ее (ближайшее большее значение из стандартного ряда). Это создает необходимый запас.
- Номинальная частота вращения: Выбирается с учетом требуемой скорости вращения шпинделя и передаточного отношения ременной передачи.
- Напряжение питания: Должно соответствовать электросети цеха (обычно 380В).
- Конструктивное исполнение: Зависит от способа монтажа на станине и условий эксплуатации (защита от пыли и влаги).
Для станка 3Б12 в качестве исходного ориентира можно рассматривать двигатель типа П-12 мощностью 1,0 кВт. Однако для модернизированного варианта, способного конкурировать с современными аналогами, следует обратить внимание на более мощные решения. Например, в станках модели 3К12, которые являются более современной версией 3Б12, устанавливаются двигатели мощностью 3,0 или даже 5,5 кВт. Такой выбор обеспечивает больший запас по производительности и технологическим возможностям.
Проектирование передаточного механизма. Расчет клиноременной передачи
После выбора электродвигателя следующим шагом является детальный расчет клиноременной передачи, которая свяжет его вал со шпинделем шлифовальной бабки. Как уже отмечалось, этот тип передачи идеально подходит для шлифовальных станков благодаря своей плавности и способности демпфировать вибрации.
Процесс проектирования включает в себя строгую последовательность расчетов:
- Выбор типа ремня: На основе передаваемой мощности и частоты вращения ведущего шкива по каталогам выбирается сечение клинового ремня (например, профиль А, Б, В).
- Определение диаметров шкивов: Диаметр ведущего шкива выбирается из стандартного ряда, а диаметр ведомого рассчитывается исходя из требуемого передаточного отношения, которое, в свою очередь, определяется соотношением скоростей двигателя и шпинделя.
- Расчет межосевого расстояния: Выбирается предварительно в зависимости от габаритов узла и диаметров шкивов.
- Определение длины ремня: Рассчитывается по геометрической формуле на основе диаметров шкивов и межосевого расстояния, после чего округляется до ближайшего стандартного значения.
- Проверка угла обхвата: Уточняется межосевое расстояние и проверяется угол обхвата на малом шкиве. Он должен быть достаточным (обычно >120°) для надежной передачи мощности без проскальзывания.
- Расчет долговечности ремня: Финальный этап, на котором проверяется, соответствует ли ресурс ремня (в часах) требованиям к надежности оборудования.
Точное выполнение всех этих шагов гарантирует создание надежного и эффективного передаточного узла.
Анализ путей модернизации привода. Переход к бесступенчатому регулированию
Спроектированный привод с классической клиноременной передачей полностью решает поставленную задачу. Однако для выполнения курсовой работы на высоком уровне важно продемонстрировать понимание современных инженерных тенденций. Одним из ключевых направлений модернизации станков является переход от ступенчатого к бесступенчатому регулированию скорости.
Современное решение предполагает использование связки «асинхронный двигатель + преобразователь частоты (ПЧ)». Такое техническое решение обладает рядом неоспоримых преимуществ по сравнению с классической схемой:
- Расширение технологических возможностей: Плавное изменение скорости вращения шпинделя позволяет подобрать идеальный режим резания для любого диаметра детали и материала, что невозможно при фиксированном передаточном отношении.
- Повышение качества обработки: Оптимальная скорость резания напрямую влияет на чистоту и точность обработанной поверхности.
- Экономия электроэнергии: Частотный преобразователь позволяет двигателю потреблять ровно столько энергии, сколько требуется для конкретной нагрузки, снижая общие эксплуатационные расходы.
В контексте модернизации станка 3Б12 такая замена считается экономически и технически выгодной, поскольку позволяет поднять его характеристики до уровня современных аналогов при относительно невысоких затратах.
Заключение
В ходе выполнения проектной работы был разработан привод главного движения для универсального круглошлифовального станка 3Б12. На основе анализа его технических характеристик и назначения были сформулированы итоговые требования к приводу, которые легли в основу всех расчетов.
В результате проектирования были приняты следующие ключевые решения:
- Выбран асинхронный электродвигатель мощностью 5,5 кВт с номинальной частотой вращения, соответствующий современным требованиям к производительности.
- Спроектирована клиноременная передача, для которой рассчитаны основные параметры: тип ремня, диаметры шкивов и межосевое расстояние.
Главный вывод заключается в том, что спроектированный привод полностью соответствует поставленной задаче. Он обеспечивает необходимые режимы обработки на станке 3Б12, а предложенные пути модернизации с использованием частотного преобразователя позволяют значительно повысить его технологический уровень и конкурентоспособность.
Список использованной литературы
- Курсовое проектирование: Метод. Указания для спец-тей 1201 –Спб: ПИМаш 2005.
- Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 1/ Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. – 4-е изд., перераб. И доп. – М.: Машиностроение, 1985.
- Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2/ Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. – 4-е изд., перераб. И доп. – М.: Машиностроение, 1985.
- Методические указания. Выбор шлифовальных кругов, режимов шлифования и нормирование. / В.Г. Юрьев — Спб: ПИМаш, 2006.
- Маталин А.А. Технология машиностроения: Учебник для машиностроительных вузов. – Л.: Машиностроение, 1985.