Материал: Проект модернизации механизма резания фрезернопильного обрезного станка мод Ц2Д1Ф

. Изнашивание происходящее посредством повышенного скольжения в контакте тел качения с винтом и гайкой или плохой защиты шарико-винтовой передачи от попадания абразивных частиц. Для уменьшения износа винтов в качестве защиты применяются телескопические трубы или гофрированные чехлы, а на гайке устанавливают устройство для очистки резьбы от загрязнений.

. Из-за местных пластических деформаций под действием вибрационных, ударных и значительных статических нагрузок происходит смятие рабочих поверхностей и тел качения (лунки и вмятины).

. Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей дорожек и шариков в следствии переменных контактных напряжений. Усталостное повреждение в виде выкрашивания, образования раковин или отслаивания является основным видом разрушения ШВП в обычных условиях при хорошем смазывании и защите от попадания абразивных частиц.

. При использовании длинных винтов (от 2 до 8 м.) под действием осевой силы сжатия происходит потеря устойчивости.

Таблица 4.1 - Параметры шариковых передач винт-гайка

В основном для стандартной ШВП производят расчеты основанные на критериях отсутствия усталостного выкрашивания и пластического деформирования шариков и поверхностей их катания.

Целью расчета является определение основных геометрических размеров стандартной ШВП, которые будут обеспечивать ее работоспособность при заданных условиях нагружения.

. Из расчета на совместное действие кручения и сжатия винта производится определение внутреннего его диаметра d3 резьбы.

. Определение ориентировочного значения требуемой динамической осевой грузоподъемности гайки.

где  - внешняя сила действующая на ось вращения, Н;

 - коэффициент учитывающий вероятность безотказной работы (таблица 4.2);

 - коэффициент точности передачи, Kα= 0,8 ÷ 1,0;

 - коэффициент, учитывающий качество выплавки стали (обычная плавка = 1,0; плавка с вакуумной дегазацией = 1,25; для электрошлаковой стали = 1,4; для стали вакуумной выплавки = 1,7).

Таблица 4.2 - Коэффициент вероятности безотказной работы ШВП

. Производится подбор по каталогу шарико-винтовой передачи с ближайшим большим значением динамической грузоподъемности  (таблица 4.1).

. Вычисление ресурса подобранной передачи

, млн об,

где  - фактическая динамическая осевая грузоподъемность, Н

, Н,

 - табличное значение динамической грузоподъемности гайки, Н;

 - эквивалентная внешняя осевая сила при переменных

режимах нагружения, полученная в результате расчета, Н. При постоянной, равномерной нагрузке .

Формула расчета ресурса передачи винт - гайка качения в часах

, ч,

где nср - среднее число оборотов, мин-1.

Условие пригодности ШВП

 или ,

где - расчетный ресурс, млн об (ч);

 - требуемый ресурс, млн об (ч).

. Проверочный расчет гайки на статическую контактную прочность.

При выполнении условия того, что наибольшая осевая сила  не превосходит скорректированную статическую осевую грузоподъемность , статическая контактная прочность будет обеспечена.

Условие статической контактной прочности

, Н,

где - наибольшая осевая сила. Для передач с натягом

, Н.

С целью получения высоких значений КПД желательно выполнение условия:

 - статическая грузоподъемность шарико-винтовой передачи (таблица 4.1);

 - коэффициент, учитывающий точность расчетов.

. Проверка винта на статическую устойчивость

Статическая устойчивость обеспечена, если

, Н,

где  - наибольшая осевая сила, нагружающая винт на длине L, Н.

 - значение критической силы по Эйлеру, Н.

, Н,

где Е - модуль упругости материала винта (для стали );

 - диаметр резьбы по впадинам, мм; = 3 - коэффициент запаса;

μ - коэффициент, зависящий от способа закрепления винта;- длина нагруженного участка винта, мм.

. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВИНТОВОЙ ПЕРЕДАЧИ КАЧЕНИЯ

Требуется рассчитать и подобрать подходящую винтовую пару для позиционирования фрезерно-пильного узла массой 300 кг с ресурсом работы

Так как нам нужно перемещать массу 200 кг сталь по стали со смазкой, коэффициент трения , следовательно нужно применять усилие

Исходя из этого подберем винтовую пару по динамической грузоподъемности

где k = 3, - коэффициент запаса прочности

По каталогу производим подбор шарико-винтовой передачи с ближайшим большим к расчетному значением динамической грузоподъемности  ( таблица 4.1 ).

Параметры передачи: P - 10 мм;  - 1;

 - фактическая динамическая осевая грузоподъемность, Н

Определим количество оборотов шагового двигателя в минуту.

Скорость подачи фрезерно-обрезного станка  Так как диапазон длин пиломатериалов равняется 1,85…7,5 м, примем величину , разрыв между досками . Следовательно, количество досок проходящих через станок в минуту равно

После каждой доски механизм позиционирования может изменять положение режущего инструмента на величину до 120 мм от начального положения, примем среднее значение  Определим сколько оборотов должен сделать двигатель, чтобы переместить режущий инструмент на 60 мм.

где P - шаг резьбы винтовой пары, Р = 10 мм.

Количество оборотов шагового двигателя в минуту равняется:

Определим ресурс передачи винт-гайка качения в годах при односменной работе

где t = 6,23 часы работы станка в одну смену;

Т = 247 рабочих дней в году.

Рассчитаем крутящий момент на валу шарико-винтовой пары, для того, чтобы произвести подбор серводвигателя.

где  - угол подъема винтовой линии резьбы

 - приведенный угол трения, т.к. коэффициент трения f = 0,001

Крутящий момент получился , умножим его на коэффициент запаса прочности k,

Исходя из этого подберем серводвигатель SM60-G01330LZ, его технические характеристики представлены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Техническая характеристика серводвигателя SM60-G01330LZ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Модернизация фрезерно-обрезного станка Ц2Д-1Ф заключалась в замене гидропозиционера на шарико-винтовую пару.

Разработан вариант модернизации на основе анализа отечественных и зарубежных фрезерно-обрезных станков.

Разработано крепление шарико-винтовой пары к корпусу фрезерно-пильного узла.

В конструкторской части проекта произведены следующие расчеты: