Модернизация узла резания на станке ЦА-2А

Табличное значение удельной работы принимаем по справочной таблице при заданном значении средней толщины срезаемого слоя , мм, которое определяем по формуле(47) где – средний угол, град., определяем по формуле:(48)где – угол входа, град, определяем по формуле:(49) – угол выхода, град, (определен ранее).Для пил с разведенными зубьями средняя толщина срезаемого слоя , мм, определяется по формуле:(50)Таким образом табличное значение удельной работы равно .Вычислим значение удельной работы: Определим значение мощности резания:Касательную окружную силу резания среднюю за цикл , Н, определяем по формуле:(51)Нормальную силу , Н, среднюю за цикл определяем по формуле:(52) гдеm– переходный множитель от касательной силы к нормальной (принимаем по справочной таблице, ).Значение нормальной силы получилось отрицательным, поэтому эта сила является силой затягивания и направлена в сторону срезаемого слоя.Для определения силы по подаче , Н, используем выражение:(53) Силу нормальную к подаче , Н, определяем по формуле:.Расчёт тяговых усилий, усилий прижима и мощности приводов механизма подачи.Целью расчёта является определение потребного усилия прижима заготовки подающими элементами для обеспечения нормальных условий работы, тягового усилия, мощности привода подающего механизма.Тяговое усилие механизма подачи , Н – это усилие, которое механизм подачи должен передать заготовке по направлению ее перемещения. Определяем тяговое усилие по формуле (54)где – тяговое усилие i-го вальца, Н, определяем по формулам (55)(56)где – усилие прижима верхнего вальца, Н; – коэффициент сцепления подающего элемента с заготовкой (определяем по справочным таблицам, ); – часть веса заготовки, действующая на нижний прижимной элемент, Н, определяем по формуле:(57)где – вес заготовки, Н.Вес заготовки , Н, определяем по формуле:(58)где – масса заготовки, кг, определяем по формуле:(59)где – плотность заготовки, кг/м3 (плотность заданной породы – сосны – ); - объем заготовки, м3, определяем по формуле(60)где – длина, толщина и ширина заготовки, м; – ускорение свободного падения, м/с2 ().Для определения тяговых усилий используем выражение(61)то есть тяговое усилие равно 1,5 (суммы сил сопротивлений).Сумма сил сопротивления , Н, определяется по формуле:(62)где – сила по подаче, Н; – суммарная сила трения, Н, определяем по формуле(63)где – сила нормальная к подаче, Н; – коэффициент трения скольжения заготовки о стол (). Выведем формулу определения :(64)Подставляя вычисленные значения в формулу, получим:Мощность электродвигателя механизма подачи , Вт, определяем по формуле:(65)где – КПД механизма подачи, определяем по формуле (66)где – соответственно КПД ременной передачи, пар подшипников, зубчатой конической и цилиндрической передач (выбираем по справочнику).Поданным, полученным при расчете, подбираем электродвигатель по справочным таблицам. Трехфазный синхронный короткозамкнутый двигатель серии 5А, климатическое условие У, категории 3 по ГОСТ Р 51689-2000, общего применения предназначен для продолжительного режима работы от сети переменного тока с частотой 50 Гц. Двигатель 5А112МВ8У3 с частотой вращения 750 мин-1. Расчёт клиноременной передачи:Угловая скорость w, рад/с, определяется по формуле:w = π·n1 / 30, (67)гдеn1– частота вращения вала электродвигателя, минˉ¹w = 3,14·3000 / 30 = 314 рад/с.Номинальный вращающий момент М, Н·м, определяется по формуле:М = N / w, (68)гдеN – мощность двигателя, кВтМ=30000 / 314=95,5 Н·м.При М = 95,5 Н·м выбираем клиновой ремень нормального сечения А с площадью сечения F = 126 мм².by0hφ0 = 40ºРисунок 4. – Ремень нормального сечения АОсновные характеристики ремня нормального сечения А по ГОСТ 1284-68:Таблица 2. Параметры клинового ремня нормального сечения АРазмеры сечения ремняF, мм²L, мDmin, ммМ, Н·мb, ммbp, ммh, ммy0, мм12345678161296,91263,15-15160450-2400Выбираем диаметр ведущего шкива, D1, мм, в таблице 3.1 указано минимальное значение диаметра шкива Dmin = 160 мм, однако для обеспечения большей долговечности ремня рекомендуется не ориентироваться на Dmin, а брать шкив на 1-2 номера больше.Принимаем, D1 = 200 мм, согласно стандартному ряду диаметров шкивов.Определяем передаточное отношение i, без учета скольжения по формулеi = n1 / n2, (69)гдеn2 – частота вращения шпинделя, минˉ¹i = 3000 / 2900 = 1,02.Диаметр ведомого шкива, D2, мм определяется по формулеD2 = i·D1·(1 – ε), (70)гдеε – относительное скольжение ремня, принимаем ε = 0,015D2 = 1,02·200·(1 – 0,015) = 200 мм.Принимаем согласно стандартному ряду диаметров шкивов D2=200 мм.Уточняем передаточное отношение i, с учетом скольжения ремнейi = D2/ D1·(1 – ε), (71)i = 200 / 200·(1-0,015)=1,05Согласно полученному передаточному отношению, пересчитываем частоту вращения шпинделя, n2, минˉ¹ по формуле:n2 = n1 / i, (72)n2 = 3000 / 1,05 = 2870 минˉ¹.Расхождение полученной частоты вращения вала шпинделя с заданной ∆n2, %, определяется по формуле:∆n2 = (n2 – n1)·100 / n2, (73)∆n2 = (3000 – 2870)·100 / 3000 = 1,4 %.Так как допускается расхождение ∆n2 до 3%, поэтому окончательно принимаем: D1 = 200 мм, D2 = 200 мм.Минимальное межосевое расстояние, аmin, мм определяется по формуле:amin = 0,55·( D1 + D2) + h, (74)гдеh – высота сечения ремня, мм, принимаем h = 19 мм.amin = 0,55·(200 + 200) + 19 = 239 мм.Максимальное межосевое расстояние amax, мм, определяется по формуле:amax = 2·(D1 + D2), (75)аmax = 2·(200 + 200) = 800 мм.Принимаем значение а близко к среднему, то есть а = 500 мм.Расчетная длина ремня Lp, мм, определяется по формуле:Lp = 2·а + (π / 2)·( D1 + D2) + (D1 – D2)² / 4·а,(76)Lp = 2·500 + (3,14 / 2)·( 200 + 200) + (200 – 200)² / 4·500 = 2750 мм.Согласно ГОСТ 1284-68 принимаем Lp = 3000 мм.Средний диаметр шкива Dср, мм, определяется по формуле:Dср = 0,5·(D2 + D1),(77)Dср = 0,5·(200 + 200) = 200 мм.Окружная скорость шкива, Vш, м/с определяется по формуле:Vш= 0,5·w·D1,(78)Vш = 0,5·314·0,2 = 31 м/с.Окружное усилие P0, Н, определяется согласно таблицепередаваемого одним клиновым ремнем сечения В при i = 1,05, D1 = 200 мм, Lp = 3000 мм и Vш = 31 м/с , интерполируя получим P0 = 360 Н.Допускаемое окружное усилие на один ремень, [P], Н определяется по формуле:[P] = P0·Сα·СL·Cр,(79)гдеСα – коэффициент, учитывающий угол обхвата ремня;СL – коэффициент, учитывающий влияние длины ремня;Cр – коэффициент режима работы, Cр = 1.Сα= 1 – 0,003·(180 – α),(80)Сα = 1 – 0,003·(180 – 164,49) = 0,9535.СL = 0,3·Lp / L0,(81)гдеL0 – стандартная длина ремня, L0 = 4000 мм.СL = 0,3·3000 / 4000 = 0,95.[P] = 360·0,9535·0,95·1 = 300 Н.Окружное усилие P, Н определяется по формулеP = N/Vш,(82)P = 30000 / 31 = 968 Н.Расчетное число ремней Zр, шт определяется по формуле:Zр = P / [P],(83)Zр = 968 / 300 = 3,2.Принимаем Zр = 4 ремней сечения А.Предварительное натяжение ветви ремня S0, Н определяется по формулеS0 = δ0·F,(84)гдеδ0 – напряжение предварительного натяжения, Н/мм², принимаем δ0 = 1,6 Н/мм².S0 = 1,6·126 = 201,6 Н.Рабочее натяжение ведущей ветви S1, Н определяется по формуле:S1 = S0 + P / 2·Zр,(85)S1 = 201,6 + 968 / 2·4 = 206,6 Н.Рабочее натяжение ведомой ветви S2, Н определяется по формуле:S2 = S0-P / 2·Zр,(86)S2 = 201,6 – 968 / 2·4= 156 Н.Выбор диаметра вала:,(87)гдеМк – крутящий момент, Н·мм;[]к – допустимое напряжение на кручение для вала (сталь 45), принимаем 25 Н/мм2.Крутящий момент найдем по формуле:Мк = Pz·R,(88)гдеR = 200 мм (радиус пилы);Pz = 44,3 Н (сила резания).Мк = 44,3·200 = 87,3 Н·мм. мм.Принимаем диаметр под инструментом по ГОСТ 6636-69 d =50 мм.Диаметр вала под шкивом посчитаем по формуле через мощность:(89)гдеN – мощность резания, N = 30 кВт;n – частота вращения шпинделя n = 2870 об/мин. мм.Принимаем диаметр под шкивом по ГОСТ 6636-69 dш = 32 мм. Остальные диаметры вала принимаем конструктивно.Техническую характеристику станка ЦА-2А представим в виде таблицы.Таблица 3. Техническая характеристика станка ЦА-2А:Ширина обрабатываемого материала, мм10-300Толщина обрабатываемого материала, мм наибольшая наименьшая10-80Наибольшая скорость резания, м/сек61Скорость подачи материала, м/мин34; 42; 44; 55; 65; 82Наименьшая длина обрабатываемого материала, мм600Наибольший диаметр пилы, мм400Расстояние между пилами, мм10-50Габаритные размеры станка, ммдлина1365ширина1040высота1165Масса станка (с электрооборудованием), кг1080Количество электродвигателей на станке2Тип электродвигателя привода пильного валаАО2-51;С2; М301Общая установленная мощность электродвигателя привода пильного вала, кВт11,4Частота вращения электродвигателя привода пильного вала, об/мин2920Тип электродвигателя привода подачиФТ-2-42/8-6-4 С2; М301Мощность электродвигателя привода подачи, кВт0,8; 1,0; 1,4Частота вращения электродвигателя привода подачи, об/мин700; 900; 1350Категория ремонтной сложностиМеханической частиЭлектротехнической части4,25Расчёт конструкций удлинения валаДля удлинения пильного вала необходимо изготовить деталь- удлинитель вала. Деталь литая будет выполняться из стали35ХГСЛ. Деталь простая, рассчитана на восприятие динамических нагрузок.Отливки изготавливают по ГОСТ 977 – 88 из высокоуглеродистой высоколегированной стали со специальными свойствами (ГОСТ 977 - 88). При повышенном содержании углерода повышается прочность и снижается пластичность стали.Высоколегированные стали со специальными свойствами по ГОСТ 977 – 88, применяются для изготовления отливок из коррозионно-стойкой, жаростойкой, жаропрочной, износостойкой и кавитационно-стойкой сталей. При выборе предельных отклонений ориентируемся на ГОСТ 7713-62. Выбираем посадку типа . Посадка этого типа хорошо центрирует деталь даже при коротком вале, обеспечивает надёжное соединение деталей. Отсутствие дополнительных креплений- большое преимущество прессовых соединений. У литых деталей толщину стенки необходимо назначать с учётом требуемой расчётной прочности, жидкотекучести сплава и заполняемости формы. Всякое увеличение толщины стенки приводит к замедлению скорости кристаллизации сплава, что сказывается на неоднородности структуры, снижении прочности и возникновении дефектов отливки.Порядок отливки следующий: - определяем предварительно массу отливки по массе готовой детали. Масса детали определяется по формуле: m = V·ρ, (90), где V – объем детали, см3; ρ – плотность материала детали, г/см3.m = 250·7,7=1925 г- определяем тип производства и группу отливки по массе, используя найденную массу детали и программу выпуска. Для отливок контролируемыми показателями являются: внешний вид, размеры, химический состав и механические свойства. Для выплавки детали применяют кислые и основные дуговые печи.Группа отливок по массе-1.Тип производства- единичное.-отливка деталей по назначению- группа 3 особо ответственная.- по сложности группа 1-удлиненные детали типа тел вращения.-положение отливки в формеРасчёт шпонки на срезДля неподвижного соединения двух деталей применяют шпоночные соединения. По типу посадок шпонки бывают неподвижные и скользящие. По форме призматические, сегментные, клиновые, специальные. При сборке шпоночных соединений необходимо обеспечить чистоту граней шпонки, отсутствие вмятин, заусенцев, трещин, следов обработки. Оси шпоночных пазов на валу и во втулке должны строго совмещаться.Соединения вала с насаженными на него деталями, обеспечивающие передачу крутящего момента и осевых сил, осуществляется различными способами в зависимости от величины и характера нагрузок на вал. Наиболее распространены шпоночные и шлицевые соединения. Чтобы деталь могла воспринимать осевые нагрузки, не смещаясь вдоль вала, применяют или уступы на валу, или конусную посадку. При конструировании валов, кроме обеспечения прочности, удобства сборки и других основных требований, необходимо максимально упрощать технологию изготовления валов и деталей, соединяемых с ними.Сборку шпоночных соединений осуществляют следующим образом: устанавливают шпонку в паз вала с помощью молотка с медным бойком или под прессом, после соединяют вал со втулкой в соответствии с допусками свободных посадок.Шпоночное соединение — это разъемное крепёжное соединение для скрепления вала и ступицы шпонками.Расчёт шпонки на срез заключается в определении по физической формуле диаметра шпонки в зависимости от материала (предела текучести) и прилагаемой нагрузки на шпонку.Шпонки используют в малонагруженных соединениях, которые могутбыть как неподвижными, так и подвижными вдоль оси вала. Наиболее распространены соединения с призматическими шпонками, которые делятсяна три типа: обыкновенные по ГОСТ 23360-78 и высокие по ГОСТ 10748-79(для неподвижных соединений); направляющие с креплением на валу по ГОСТ 8790-79 (дающие возможность перемещения ступицы вдоль оси вала);скользящие по ГОСТ 12208-66 (фиксируемые в ступице с помощью пальца и перемещающиеся вдоль оси вала вместе со ступицей).Для крепления режущего инструмента следует применять шпонки размером: ширинаb=22, высотаh=14 мм. Размер фаски s=0,80 или радиусr=0,60. Длина l=63-250.Материал - сталь чистотянутая для шпонок по ГОСТ 8787-68. Допускается применять другую сталь с временным сопротивлением разрыву не менее 590 МПа (60 кгс/мм2).Рассчитывается по формуле:M = 0.5*(d+k)*b*l*τср, (91)гдеM - крутящий момент, Н*мм; d - диаметр вала, мм; k - выступ шпонки в мм; b - толщина шпонки, мм;l - длина шпонки, мм;τср - допустимое напряжение на срез, МПа.Допустимые напряжения:τср = (0,06...0,12)σт - допустимое напряжение на срез в МПа для подвижных соединений;τср = (0,18...0,3) σт - допустимое напряжение на срез в МПа для неподвижных соединений.σт - предел текучести стали в МПа.τср = 0,12·220= 26,4M = 0.5*(80+5)*22*14*63=824670По ГОСТ 23360-78 выбираем сечение шпонки 22x14, глубина паза вала t- 9,0, глубина паза втулки t1- 5,4.K=h-t=14-9=5.Предельные отклонения размера длины паза вала должны соответствовать полю допуска Н15. Контроль размеров шпоночных пазов и их расположения относительно соответствующих цилиндрических поверхностей - по ГОСТ 24109-80-ГОСТ 24118-80, ГОСТ 24120-80 и ГОСТ 24121-80.Параметр шероховатости дна шпоночного паза рекомендуется принимать равными Ra6,3 мкм.3.4. Расчёт подшипниковВыбор подшипниковДля нашего шпинделя выбираем шариковые радиальные однорядные подшипники средней серии по ГОСТ 831-89 с параметрамиТаблица 4. Основные размеры и характеристики подшипника шарикового радиального однорядного 309Обозначениеподшипникаd,ммD,ммB,ммr,ммC,кгсn,об/минШарикиМасса,кгDТZ1234567891030950110252,537806300-800017,4680,83Подшипники выбраны согласно конструктивным особенностям вала шпинделя. Шариковые радиальные однорядные подшипники применяются в опорах жестких шпиндельных узлов быстроходного действия, требующих повышенной точности.ЗаключениеЦелью выполнения курсовой работы являлась модернизация станка для увеличения ширины обрабатываемого материала, повышения качества выпускаемой продукции и максимальная производительность. Модернизированный станок ЦА-2А ничем не уступает современным круглопильным станкам, обеспечивает оптимальное качество и шероховатость поверхности обрабатываемого пиломатериала при постоянных параметрах обрабатываемой древесины (влажность, плотность, толщина пропила и др.) и технических характеристик станка (скорость подачи, скорости резания). Расчёты показывают целесообразность внедрения модернизации в производство. Станок отвечает требованиям ССБТ и соответствует Российским стандартам.Основные задачи связаны с увеличением производительности труда, улучшением качества выпускаемой продукции, повышением эффективности производства. Решить эти задачи можно точно совершенствуя технологические процессы и оборудования, более экономно расходуя сырье, используя опыт передовых предприятий и результаты научно-технических разработок.Применение такого станка может дать значительный экономический эффект.Список использованной литературыСправочник механика лесопильно-деревообрабатывающего предприятия. Составители Ю.П. Иванищев, Н. И. Бабушкин, В. З. Мельников. Москва, Лесная промышленность. 1989 год. -352 с.Теория и конструкции деревообрабатывающих машин. Авторы Н. В. Маковский, В. В. Амалицкий, Г. А. Комаров, В. М. Кузнецов. Учебник для вузов., Лесная промышленность, 1990.-608 с.Конструкции и расчёт деревообрабатывающего оборудования. Автор Кутуков Л. Г. Учебник для техникумов. М., Лесная промышленность, 1985 г.- 263 с.Технология производства деревообрабатывающих машин и оборудования. Зимин В. Б. Учебник для техникумов. М., Лесная промышленность. 1984.-208 с.Детали машин. Авторы М. Н. Иванов, В. Н. Иванов. Учебное пособие. М., «высшая школа», 1975 г.-551 с.Нестерова И.Б. Оборудование отрасли. Теория и конструкция деревообрабатывающего оборудования: учебное пособие / И.Б. Нестерова, К.А. Лейхтлинг, Ю.В. Титовец, В.В. Силин, В.В. Митрохин, В.К. Косарев. – Красноярск: КПИ, 1989 – 96 с. – Текст: непосредственный.