Материал: Проект модернизации механизма резания фрезернопильного обрезного станка мод Ц2Д1Ф

где  - длина дуги контакта ножа с древесиной, мм;

 - средний диаметр торцово-конической фрезы, мм.

Длина дуги контакта  определяется из выражения

, (31)

где h - толщина доски, мм;

- ширина фрезерования (средняя ширина рейки, отрезаемой подрезной пилой), мм;

α - угол поворота режущей кромки ножа относительно диаметральной

плоскости фрезы (α = 15°), град.

Мощность фрезерования , кВт, определиться из выражения

 (32)

.5.2 Расчет режимов попутного фрезерования

Скорость резания при попутном фрезеровании с получением технологической щепы определяется из условий, при которых бывает наибольший выход нормальной фракции щепы лучшего качества.

Скорость подачи , м/мин, по параметрам щепы определяется по формуле (37):

 = Z n / 1000, (37)

где  - подача на резец (15-25 мм), оптимальное значение 20-23 мм;- число резцов по диаметру фрезы, шт.;- частота вращения фрезерно-пильного вала, .

Расчет параметров фрезерования выполняем по условиям примера,

приведенного в разделе 3.4.

Длина щепы  составит:

 = 150 · 1000 / 1600 · 4 = 23,4 мм.

Найдем скорость резания V по среднему диаметру фрезы, равному 442 мм:

= 3,14 · 442 · 1600 / 60 · 1000 = 37 м/с.

Касательная сила резания на дуге фрезерования  по формуле (28) будет равна:

= 0,72 · 150 · 32 · 1,08 · 1 · 1 · 1 = 3732,48 Н.

= 0,72 · 150 · 16 · 1,08 · 1 · 1 · 1 = 1866,24 Н.

Касательная окружная (средняя) сила фрезерования  определяется по формуле (29):

= 3732,48· 4 · 46 / 360 = 1907,7 Н.

= 1866,24· 4 · 46 / 360 = 953,86 Н.

Мощность, расходуемая на фрезерование,  вычисляется по формуле (38):

 (38)

= 1907,7 · 37 / 1000 = 70,58 кВт.

= 953,86 · 37 / 1000 = 35,29 кВт.

Из расчетов делаем вывод, что при фрезеровании существует прямая зависимость мощности от толщины фрезерования.

3.6 Расчет шпинделя на кручение и изгиб

На рисунке 3.6 представлена система и эпюра изгибающих моментов.

Из расчетов сил резания получаем:

Из чертежа фрезерно-пильного механизма нам известны расстояния: ; .

Рисунок 3.6 - Эпюра изгибающих моментов

Произведем необходимые расчеты.

;

;

;

;

Определим максимально допустимый крутящий момент на валу фрезерно-пильного узла и проверим, превысит или нет значение существующего момента.

где  - предел прочности материала, мПа;- больший диаметр вала, мм;- меньший диаметр вала, мм.

Определим значение существующего момента.

где  - общая мощность пиления и фрезерования, кВт;

 - частота вращения электродвигателя, об/мин.

Крутящий момент при максимальной толщине обработки не превышает допустимого. Это означает то, что шпиндель будет работать при нормальных условиях, что обеспечивает его долговечность. Коэффициент запаса прочности k = Mmax / Mк = 4121 / 494,17 = 8,3. Это значит, что даже при повышенных нагрузках шпиндель будет работать в нормальном режиме.

. ОБЗОР ПЕРЕДАЧИ ВИНТ-ГАЙКА

Существуют винтовые передачи, которые бывают двух типов: качения (рисунок 4.1, б) и скольжения (рисунок 4.1, а). Они представляют собой пару винт-гайка, служащую для преобразования поступательного движения во вращательное или наоборот. В первом случае передача почти не используется, так как у нее очень низкий КПД. Более распространены передачи преобразующие вращательное движение в поступательное.

Рисунок 4.1 - Передачи винт-гайка:

а - скольжения; б - качения

Винтовые передачи подразделяются на такие основные группы как: установочные винты, применяемые для фиксации деталей в машинах и механизмах; грузовые винты для перемещения грузов и передачи усилий и ходовые винты для преобразования вращательного движения в поступательное.

Передачи винт-гайка используются от измерительных приборов высокого класса точности до прокатных станов, их тяжелонагруженных устройств. Такие передачи широко применяются в съемниках, зажимных устройствах, различных механизмах подачи станков, в винтовых прессах и домкратах, стяжках различного вида, для нагружения в различных испытательных машинах и так далее.

Передачи винт-гайка очень разнообразные по конструктивным решениям и схемам исполнения. В большинстве случаев используются конструкции, где гайка является неподвижной, а винт подвижный (осуществляет вращательное и поступательное движение), но бывают передачи, использующие в качестве ведущего элемента гайку (гайка вращается, а производит поступательные движения, в зависимости от того, в какую сторону идет вращение гайки), такие передачи используются в прижимах и домкратах и так далее.

К достоинствам передачи винт-гайка можно отнести очень высокую точность перемещения (измеряется в десятках микрон); малые габариты передачи; медленное поступательное перемещение (устанавливается за счет уменьшения шага винтовой линии) при больших оборотах электродвигателя; большой выигрыш в силе; возможность обеспечить самоторможение винтовой пары; простота конструкции. Недостатки передач скольжения заключаются в больших потерях на трение и следовательно низком КПД. В передачах качения этот недостаток отсутствует, но конструкция сложнее и требуется значительная герметичность самой передачи (предотвращение попадания на винт мелких абразивных частиц, пыли и прочих отходов лесопильного производства), и стоимость так же становится выше чем у передачи скольжения.

.1 Передача винт-гайка качения

станок пиление резание гайка

Винтовая передача качения включает в себя гайку и винт на которых нарезаны винтовые канавки криволинейного профиля, выступающие в роли дорожек для роликов или шариков. Эта передача служит для преобразования вращательного движения в поступательное. Ведущим звеном может выступать как гайка, так и винт. Наиболее широко применяются в ходовых винтах передачи с шариками. Шарико-винтовая передача называется сокращенно - ШВП.

Достойнствами ШВП являются: высокий КПД (≈0,9) по сравнению с передачей скольжения; равномерное поступательное движение с высокой точностью; значительный ресурс работы передачи. при малых габаритах обладает высокой осевой несущей способностью.

В недостатках можно выделить: неспособность к самоторможению; сложность конструкции гайки; высокая точность изготовления, что несет в себе большие затраты и предусмотрение защиты передачи от загрязнений и повреждений.

ШВП используют: в следящих системах; ответственных силовых передачах; исполнительных механизмах (робототехника, станкостроительные предприятия и так далее.).

Больше всего получила распространение резьба с полукруглым профилем в ШВП, потому что она позволяет создавать конструкции шарико-винтовых пар с регулируемым предварительным натягом (рисунок 4.2). Такой натяг нужен для избавления от осевого зазора в сопряжении винт-гайка, увеличения точности перемещения и осевой жесткости ведомого элемента шарико-винтовой. По конструкции предварительный натяг получается установкой двух гаек, при использовании канавок с полукруглым профилем. Гайки размещают в одном и том же корпусе со смещением их относительно оси вращения. Для получения смещения гаек устанавливают прокладки между ними (рисунок 4.2 а) или же их относительным угловым поворотом (рисунок 4.2 б).

Для соединения гаек 3 и 4 с корпусом 2 используют зубчатые муфты 6 и 7, у которых внутренние зубья нарезаны в корпусе, а наружные зубья нарезаны на фланцах.

Рисунок 4.2 - Конструкция шарико-винтовой пары с регулируемым предварительным натягом:

- винт; 2 - корпус гайки; 3, 4 - гайки; 5 - прокладки; 6, 7 - зубчатые муфты

У муфт числа зубьев z1 и z2 отличаются на единицу, это позволяет производить поворот на малый угол одной гайки относительно другой, производя осевое смещение на очень малую величину. Для поворота гаек относительно друг друга существуют специальные оправки, на них производится настройка натяга.

Вращение винта осуществляет поступательное перемещение гайки. Во время работы ШВП шарики перемещаются по винтовым канавкам, после прохождения канавок резьбы они возвращаются в первоначальное положение через канал возврата шариков. Тем самым, по замкнутой траектории внутри гайки происходит движение шариков во время работы. Чаще всего встречается конструкция шарико-винтовой пары с каналом возврата, соединяющим два соседних витка (рисунок 4.3). Число рабочих витков в гайке может быть от 1 до 6.

Рисунок 4.3 - Устройство возврата шариков в гайке качения

На станкостроительных предприятиях применяются гайки с числом рабочих витков равным трем. Канал для возврата тел качения выполняется в специальном вкладыше, вставляемый в овальное окно гайки.

Винты изготавливаются из легированных сталей марок: 8ХВ, 20Х3МВФ, ХВГ; а гайки: 12ХН3А, ХВГ, ШХ15, 18ХВГ. Шарики изготавливаются из хромистых сталей марок ШХ20СГ и ШХ15. Материалы гайки, винта и тел качения нужно термообработать до твердости поверхности не ниже 61 HRC.

При сборке гайки полости заполняют пластичным смазочным материалом марки ЦИАТИМ - 203 или ЦИАТИМ - 201.

Основные силовые характеристики и геометрические параметры ШВП регламентированы отраслевыми стандартами (таблица 4.1):- шаг резьбы; - число заходов резьбы (обычно z = 1);

- диаметр шарика,  

 - номинальный диаметр резьбы; - наружный диаметр резьбы винта,

 - внутренний диаметр резьбы винта,  

- угол подъема винтовой линии на диаметре .

- статистическая грузоподъемность - статистическая центральная осевая нагрузка, соответствующая расчетному контактному напряжению в зоне контакта шарика, равному 3000 МПа.

 - динамическая грузоподъемность - постоянная центральная осевая нагрузка, которую шарико-винтовая передача может воспринимать при базовом ресурсе.

Причины в следствии которых выходят из строя шарико-винтовые передачи: