MACHINE TOOL GEAR BOX

74
24/01/2017 1 D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon Give FEEDBACK: [email protected]

Transcript of MACHINE TOOL GEAR BOX

Page 1: MACHINE TOOL GEAR BOX

24/01/2017  1 

 

D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

Give FEEDBACK: [email protected] 

Page 2: MACHINE TOOL GEAR BOX

1. Lathe 2. Shaping 3. Milling 4. Drilling 

 Multi‐speed Gear Box of Machine Tool 

 

Single input speed (Motor speed) = nem Multi‐Speeds on Spindle shaft (Spindle Speeds)  

24/01/2017  2 

n1 ,n2 ,n3 ,n4  n5 ,n6 ,n7 , nz  

The extreme spindle speeds  n1 = nmin nZ = nmax 

Page 3: MACHINE TOOL GEAR BOX

  Why Multi‐Speeds ?  

24/01/2017  3 

Different : • Feeds • W/P Materials  • W/P Dimensions    [D] • Cutting tool materials  

n1  n2  n3  n4  n5  n6  n7   n8   N9= nz 

nem 

D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

1 1 

Page 4: MACHINE TOOL GEAR BOX

Speed Regulations 

Stepped Regulations  

 

 Stepples Regulations  

Discrete speed steps  Continuous speed steps 

24/01/2017  4 

n1 n2 n3 n4 n5 nz 

nem 

D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

Page 5: MACHINE TOOL GEAR BOX

Why  Progressions  *To find different speed steps  *Find relation of two speed steps 

 

 

 1. Arithmetic progression (AP) 2. Geometric Progression (GP) 3. Harmonic Progression (HP)  

Progression Laws  

24/01/2017  5 

Types of Progression Laws  

D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

Page 6: MACHINE TOOL GEAR BOX

24/01/2017  6 

Page 7: MACHINE TOOL GEAR BOX

     

24/01/2017  7 

 

  

  

 

  Difference between 2 successive speeds is constant = at      at= (n2 –  n1)= (n3–  n2)= (n4 – n3)= (nz– nz‐1)  

 

 

 

 

 

Z=Total speed steps (speeds) on spindle. (n1, n2, n3, n4,……………………….., nz‐1,nz..) 

   LAW 

 

Ration of 2 successive Speeds= Ø=Speed Ratio 

Page 8: MACHINE TOOL GEAR BOX

 

 

 nmax =Maximum spindle speed  (rpm)= nz nmin= Minimum spindle speed  (rpm)=  n1 

    

n ( ) 

 n1 =nmin 

n2 =n1 + at n3 = n2 + at =n1 + 2at n4 = n3 + at =n1 + 3at nz = n(z‐1) + at =n1 + (z‐1)at 

 Dk = Diameters to be Machined at Specific cutting speed (v)      =Upper limit of Diameter 

 

∆Dk = Diameters Range = (D2‐D1)                                            = (D3‐D2) ………  

24/01/2017  8 

Page 9: MACHINE TOOL GEAR BOX

 

 

 

AP  

Maximum spindle speed  (rpm), nmax =445 rpm Minimum spindle speed  (rpm), nmin=35 rpm Number of speed steps, Z=12 Cutting speed, v=20 m/min. 

 

24/01/2017 

D.P.Bhaskar,  Sanjivani COE Kopargaon 

Arithmetic progression  

Page 10: MACHINE TOOL GEAR BOX

 

24/01/2017  10 

Page 11: MACHINE TOOL GEAR BOX

Remarks @ AP 

24/01/2017  11 

At high spindle speeds, the diameter range is very narrow and hence some of the speed steps are redundant. 

 

 

 

 At  low  spindle  speeds  the  diameter  range  is wide  hence  needs  to add more speed steps between calculated values.  

D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

Page 12: MACHINE TOOL GEAR BOX

24/01/2017  12 

 

GP  

D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

Geometric progression  

Page 13: MACHINE TOOL GEAR BOX

  

 

 Range Ratio 

 

24/01/2017  13 

 

 

 Geometric Progression Ratio 

   

 

 Speed Ratio 

 

Page 14: MACHINE TOOL GEAR BOX

24/01/2017  14 D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

Page 15: MACHINE TOOL GEAR BOX

Progression ratio/ Speed ratio Progression ratio/ Speed ratio 

 

Geometric  progression  (also  inaccurately  known  as  a  geometric series)  is  a  sequence  of  speeds  such  that  the  ratio  of  any  two successive speeds of the sequence is a constant called the Geometric progression ratio (speed ratio) of the sequence.   

 

Range ratio 

 It ratio of maximum and minimum speed  

 

Page 16: MACHINE TOOL GEAR BOX

 

  

 

GP   

 

 Maximum spindle speed  (rpm), nmax =445 rpm Minimum spindle speed  (rpm), nmin=35 rpm Number of speed steps, Z=12 Cutting speed, v=20 m/min. 

 

24/01/2017  16 

Page 17: MACHINE TOOL GEAR BOX

24/01/2017  17 

Page 18: MACHINE TOOL GEAR BOX

Remarks @ AP 

24/01/2017  18 

At high spindle speeds, the diameter range is very narrow  and  hence  some  of  the  speed  steps  are redundant. 

At low spindle speeds the diameter range is wide hence  needs  to  add more  speed  steps  between calculated values. 

D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

Page 19: MACHINE TOOL GEAR BOX

24/01/2017  19 

Variation in Diameters is wide in AP than GP 

AP  or  GP? 

GP gives Optimum Distribution Of Gear Speeds compared to 

AP 

Page 20: MACHINE TOOL GEAR BOX

 

AP – GP‐ HP Comparison AP – GP‐ HP Comparison 

Page 21: MACHINE TOOL GEAR BOX

 

24/01/2017  21 

Z Z  N N 

Page 22: MACHINE TOOL GEAR BOX

24/01/2017  22 

Page 23: MACHINE TOOL GEAR BOX

24/01/2017  23 

Page 24: MACHINE TOOL GEAR BOX

24/01/2017  24 

Page 25: MACHINE TOOL GEAR BOX

24/01/2017  25 

Page 26: MACHINE TOOL GEAR BOX

24/01/2017  26 D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

Page 27: MACHINE TOOL GEAR BOX

24/01/2017  27 

Page 28: MACHINE TOOL GEAR BOX

24/01/2017  28 

Page 29: MACHINE TOOL GEAR BOX

24/01/2017  29 

Effect of GP ratio 

Page 30: MACHINE TOOL GEAR BOX

24/01/2017  30 

In  gearbox  design  a  set  of  preferred  step  ratio  or  preferred numbers  is  used  to  obtain  the  series  of  output  speed  of gearbox. The preferred step ratio  is mentioned as basic series named  as  R5,  R10,R20,R40  and  R80.  Each  basic  series  has  a specific step ratio. R [Charles Renard] 

Definition of preferred number/speed series 

Page 31: MACHINE TOOL GEAR BOX

 

24/01/2017  31 

Page 32: MACHINE TOOL GEAR BOX

24/01/2017  32 

Structural Formula 

Structural Diagram 

Ray Diagram 

Speed chart 

Gearing Diagram 1 

5 Sequence 

Page 33: MACHINE TOOL GEAR BOX

24/01/2017  33 D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

Page 34: MACHINE TOOL GEAR BOX

Z =P1(x1)*P2(x2)*....Pu(xu)  Structural Formula  

The maximum number of speed that can be obtained from two  shafts  is  three.  Hence  its  necessary  to use intermediate shafts between the input shaft and output shaft. The structural formula helps to arrive the number of stages and required gears to obtain the desired speeds.  

Structural Formula 

P : Speed steps/ Pairs in any stage X : Characteristic in stage 

Page 35: MACHINE TOOL GEAR BOX

 

D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

Page 36: MACHINE TOOL GEAR BOX

 

D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

Page 37: MACHINE TOOL GEAR BOX

 

D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

Page 38: MACHINE TOOL GEAR BOX

 

D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

Page 39: MACHINE TOOL GEAR BOX

 

D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

Page 40: MACHINE TOOL GEAR BOX

24/01/2017  40 

RULE 

Page 41: MACHINE TOOL GEAR BOX

24/01/2017  41 

 HL=Z=6 VL=N+1=3 

D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

Page 42: MACHINE TOOL GEAR BOX

24/01/2017  42 

1) MAX Node addition=7.5 2) P of Stage one should be less 

BEST 

RULE 

Page 43: MACHINE TOOL GEAR BOX

 

24/01/2017  43 

BEST D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

Page 44: MACHINE TOOL GEAR BOX

 

24/01/2017  44 

Z=9 

Page 45: MACHINE TOOL GEAR BOX

24/01/2017  45 

Z=12 

For More than 2 stages 1st and last stage P should be less BEST 

RULE 

Page 46: MACHINE TOOL GEAR BOX

 

24/01/2017  46 

Optimum SF 

D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

Page 47: MACHINE TOOL GEAR BOX

 

24/01/2017  47 

Page 48: MACHINE TOOL GEAR BOX

24/01/2017  48 D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

Page 49: MACHINE TOOL GEAR BOX

24/01/2017  49 D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

A  ray  diagram  is  a  representation  of  structural formula.  It  provides  information  such  as  speed  in each stage,  the transmission ratio  in each stage, The total number of speeds and its values.  

Definition 

Page 50: MACHINE TOOL GEAR BOX

Ray diagram for Z=4 

24/01/2017  50 D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

Page 51: MACHINE TOOL GEAR BOX

24/01/2017  51 

RULE 

Ray Diagram  Speed chart 

Page 52: MACHINE TOOL GEAR BOX

24/01/2017  52 

Ray Diagram Kinematic/Gearing  Layout A kinematic layout is a pictorial representation of  a  gearbox,  describing  the  arrangement  of gears.  It  provides  information  like  number  of stages, number of shafts used, number of gear pairs and its arrangement. 

Definition 

Page 53: MACHINE TOOL GEAR BOX

24/01/2017  53 

RULE 

D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

Page 54: MACHINE TOOL GEAR BOX

24/01/2017  54 D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

Page 55: MACHINE TOOL GEAR BOX

 

24/01/2017  55 D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

Page 56: MACHINE TOOL GEAR BOX

24/01/2017  56 D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

Page 57: MACHINE TOOL GEAR BOX

24/01/2017  57 

Page 58: MACHINE TOOL GEAR BOX

 

24/01/2017  58 

Gearing Diagram 

D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

Page 59: MACHINE TOOL GEAR BOX

Z=12 

 

24/01/2017  59 

Gearing Diagram 

Page 60: MACHINE TOOL GEAR BOX

Number of Teeth and Speed deviation diagram 

Write  best  Structural  formula,  Draw  Structural Diagram,  Ray  Diagram,  Speed  Chart,  Gearing Diagram, No of teeth, Speed Deviation Diagram 

D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

Question 

Page 61: MACHINE TOOL GEAR BOX

Sppeds  n1  n2  n3  n4  n5   6 Calculated  100  158  252.8  395  632  995.4 Round off  100  160  250  400  630  1000 

Ray Diagram, Speed Chart  Gearing Diagram 

Spindle speeds 

Page 62: MACHINE TOOL GEAR BOX

Stage 1 No. Of Teeth Calculation Ray Diagram 

Page 63: MACHINE TOOL GEAR BOX

No deviation in speeds  in stage 1  

ZA=20         ZA’=50         GA=2.5  ZB=27         ZB’=43         GB=1.59 C1=70 

Stage 1 No. Of Teeth Calculation 

D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

Page 64: MACHINE TOOL GEAR BOX

Stage 2 No. Of Teeth Calculation 

D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

Ray Diagram 

Page 65: MACHINE TOOL GEAR BOX

Deviation in speeds  in stage 2  ZC=20         ZC’=80          GE=4  ZD=38         ZD’=61         GD=1.631 ZE=61        ZE’=39           GC=0.639 C2=100 

Stage 2 No. Of Teeth Calculation 

D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

Page 66: MACHINE TOOL GEAR BOX

GE=4  GD=1.6 GC=0.635 

GE=4  GD=1.631 GC=0.639 

′′ ′ 400′ /GD=400/1.635=244.64 

′ 630′ /GD=630/1.635=385.32 

′′ ′ 400′ /GC=400/0.639=626 

′ 630′ /GC=630/0.639=986 

 n(TH)   n(PR)  100   100  160   160  250   244.64  400   385.32  630   626  100   986 

Deviated Speeds 

Page 67: MACHINE TOOL GEAR BOX

Speed Deviation   ∆n 

nth 100 160  250 400 630 1000 nact 100 160  244.64 385.32 4 986 ∆n 0 0  ‐2.144 ‐3.67 ‐0.639 ‐1.40 

Limit for speed deviations ∆n <   ± 10(ɸ‐1)٪ ∆n  <  ± 10(1.58‐1)=5.8٪ 

Speed Deviation   Diagram 

Page 68: MACHINE TOOL GEAR BOX

Difference between number of teeth on  successive gears in change gear box 

Page 69: MACHINE TOOL GEAR BOX
Page 70: MACHINE TOOL GEAR BOX

  

24/01/2017  70 

•Input speed= 120 RPM  •Draw structure diagram •Find Spindle speeds. •Speed trapped for given position •Speed ratio?

SPPU Questions 

D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

Page 71: MACHINE TOOL GEAR BOX

SPPU Questions 

D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

Page 72: MACHINE TOOL GEAR BOX

SPPU Questions 

D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon 

Page 73: MACHINE TOOL GEAR BOX

SPPU Questions 

Page 74: MACHINE TOOL GEAR BOX

SPPU Questions 

D.P.Bhaskar, Sanjivani COE Kopargaon