Об’єкт дослідження – редуктор привода скребкового конвеєра .
Ціль роботи: підвищення ефективності конструкторсько–технологічної підготовки виробництва привода стружковбирального конвеєра.
Задачі:
Розрахунок елементів редуктора, розробка робочих і складальних креслень виробу і деталі;
Аналіз точності деталі та розробка креслення вимірювального пристрою;
Проектування технологічного процесу виготовлення деталі, розробка технологічної документації;
Динамічний аналіз МУВП, розробка імітаційної моделі та її аналіз засобами "Simulink".
У бакалаврській роботі необхідно провести розрахунок вихідних даних для проектування привода, а також розрахунок елементів редуктора і проектування вузлів виробу з визначенням властивостей об’єкту.
При виконанні даної роботи необхідно розробити 3D – модель вузла та виробу. Також необхідно провести аналіз складальної одиниці, та розробити креслення вимірювального пристрою.
У даній бакалаврській роботі необхідно провести динамічний аналіз муфти МУВП, розробити імітаційну модель та виконати її аналіз засобами "Simulink".
Розроблено: креслення приводу, складальне креслення редуктора в трьох проекціях і робочі креслення деталей.
Рівень розвитку машинобудування – один з найзначніших чинників технічного прогресу, оскільки корінні перетворення в будь-якій сфері виробництва можливі лише в результаті створення досконаліших машин і розробки принципово нових технологій. Розвиток і вдосконалення технології виробництва сьогодні тісно пов'язані з автоматизацією, створенням робототехнічних комплексів, широким використанням обчислювальної техніки, вживанням устаткування з числовим програмним управлінням. Функціонування цієї системи забезпечується за допомогою сучасних САПР, тісно пов’язаних одна з одною - взаємодія CAD-,CAM- та CAE-систем.
В умовах сучасного виробництво виникає завдання понизити терміни і витрати на виготовлення продукції. Причому зниження тривалості і витрат виробництва повинне здійснюватися не лише на етапі виготовлення, але і значною мірою на етапі проектування і розробки технічної документації. Це можна здійснити з використанням сучасних САПР. У даній бакалаврській роботі підготовка технічної документації здійснювалася за допомогою пакетів програм компанії АСКОН – САПР "ВЕРТИКАЛЬ" і "КОМПАС 3d". Використання даного інструменту дозволяє сучасному інженерові скоротити етап підготовки виробництва у декілька разів.
Комп’ютерна технологія покликана не тільки автоматизувати традиційно існуючі технологічні ланки, а принципово змінити саму технологію проектування та виробництва продукції на основі настроюваних багатоваріантних систем прийняття технічних рішень. Тільки в цьому випадку можна очікувати скорочення строків створення виробів, зниження витрат на весь життєвий цикл виробу, покращення якості виробів.
При створенні високотехнологічних виробів, в основі організації комп’ютерної технології знаходиться створення повної електронної моделі виробу на основі створення тримірних електронних моделей, це відкриває ширші можливості для створення більш якісної продукції та в більш стислі строки. Основою цієї системи є електрона модель підготовки виробництва, яка включає до свого складу 3D-моделі виробу, збірних одиниць та окремих деталей, усі необхідні креслення з технічними вимогами, необхідний комплект технологічної документації, а також засоби метрологічного контролю.
Якість виготовляємої продукції істотно підвищується лише при використанні єдиного підходу проектування підготовки виробництва, а саме поєднання конструкторської і технологічної частин проектування. У сучасних умовах проектування даний підхід стає максимально здійсненним завдяки створенню та використанню CAD, CAM і CAE систем, що дозволяє повністю автоматизувати процес проектування, істотно підвищує продуктивність праці, а також знижує собівартість продукції.
Визначаємо загальний час роботи редуктора приводу по формулі:
, (1.10)
де
– час роботи редуктора,
=10 років;
– число робочих днів в році, nр.д
=300;
– число змін,
=3;
– тривалість зміни,
=8;
– коефіцієнт використання приводу, =0,6.
.
Визначимо число циклів навантаження на всіх ступенях редуктора:
, (1.11)
де
– число циклів вантаження на всіх ступенях редуктора.
;
;
;
.
Оскільки число навантажень на кожному ступені 1,2 3 і 4 валів перевищує значення, то розрахунок ведемо по першому ступеню діаграми.
Визначимо номінальний момент на валах:
; (1.12)
;
;
Результати розрахунку початкових даних представимо у вигляді таблиці.
Таблиця 1.4. Кінематичні і силові параметри редуктора
Перевірка міцності полягає у визначенні фактичної контактної і вигинистої напруги і в порівнянні їх з тими, що допускаються. Значення всіх коефіцієнтів [2].
Фактична напруга вигину в небезпечних перерізах підстави зубів шестерень визначає по формулі:
Фактична напруга вигину в небезпечному перерізу зуба колеса визначаєтья по формулі:
Для вибраного підшипника кочення 7305 визначимо по каталогу величини динамічною С і статичній вантажопідйомності Со
, а також користуючись ескізом вантаження опор валу визначимо довговічність підшипника
Визначимо приведене навантаження на підшипник:
, (1.24)
де
– радіальне навантаження на підшипник;
– коефіцієнти приведення ;
– коефіцієнт кільця ;
– коефіцієнт безпеки ;
– температурний коефіцієнт .
Рисунок 1.5. Схема вантаження опор валу осьовими силами
Опора A:
Опора В:
Розраховуємо довговічність більш навантаженого підшипника:
де
– динамічне еквівалентне навантаження;
– частота обертання кільця;
– необхідна довговічність;
– величина, залежна від форми кривої втоми.
Оскільки фактична довговічність підшипника перевищує раніше розраховане значення 43200 годин, то даний підшипник підходить для роботи на вихідному валу.
Змащувальний матеріал: масло індустріальне 40А [13] (розбризкуванням з ванни редуктора).
Муфти є вузлами, що часто визначають надійність і довговічність всієї машини. На вході редуктора використовуємо сполучну муфту пружню втулково – пальцеву, яка служить для з'єднання вхідного валу редуктора з валом електродвигуна [4]. Муфта типу МУВП.
Рисунок 1.6. Муфта пружна втулково-пальцева
Вибираємо муфту по розрахунковому моменту
Нм, діаметрам кінців валів, які з'єднуються
мм.
hmax
– максимальна висота масла в корпусі; hmax
=53мм.
Мінімальний об'єм масла, що заливається в редуктор:
(1.27)
де hmin
– мінімальна висота масла в корпусі;
hmin
= 28.
.
Рекомендується, що на 1 кВт передаваній редуктором потужності повинне доводитися приблизно 0,5 л масла.
літрів.
В'язкість масла визначають залежно від контактної напруги і окружної швидкості коліс. Окружна швидкість V=6,782,
м/с . Виходячи з цього в'язкість масла приймаємо рівною 22۰10-6
м2
/c згідно з [13] вибираємо індустріальне масло І-20А.
Змазування підшипників проводиться в редукторі тим же маслом, яким змащуються і зубчаті передачі. При мастилі картера коліс підшипники кочення змащуються бризками масла.
Проміжний вал поз. 1 складальної одиниці (рис.2.1) призначений для передачі моменту до третього валу редуктора. Передача обертання здійснюється через циліндрову косозубу передачу вал - зубчате колесо (поз.2).
Шестерня (поз.3) виготовляється знімною.
Опори валу — роликопідшипники радіально-упорні № 7305 0-го класу точності навантажені радіальним і осьовим навантаженням.
Збірка валу проводиться в наступній послідовності: на вал надягає конічне зубчате колесо (поз.2), потім дистанційне кільце (поз.4), косозуба шестерня (поз.3), дистанційне кільце (поз.5). Після чого по черзі напресовуються підшипники (поз.6 і 7). Після цього вал встановлюється в редуктор з регулюванням осьової гри за допомогою набору прокладок привертними кришками (поз.8 і 9).
Рисунок 2.1. Складальна одиниця (проміжний вал редуктора)
Параметри шестерні: m n
= 3 мм; z = 18 ; β = 10,730
; d =54,96 мм; a w
= 200 мм. Навантаження, які діють на підшипникові опори: RA
= 2446 Н; RB
= 1173 Н.
Визначаємо величину бічного зазору і призначаємо вид сполучення для шестерні (поз. 3). Для цього розраховуємо мінімальний необхідний бічний зазор в зубчатому зачепленні [4]:
Jn min
≥ ν + aw
(α1
۰Δt1
– α2
۰Δt2
)·2 sinαw
,
де ν – бічний зазор для розміщення шаруючи мастила;
aw
– міжосьова відстань швидкохідній ступені.
Δt1
, Δt2
– різниця між робочою температурою матеріалу зубчатого колеса і корпусу і стандартною нормальною температурою відповідно (Δt1
= 60º-20º = 40ºС; Δt2
= 30º - 20º = 10ºС);
α1
, α2
– коефіцієнти теплового лінійного розширення матеріалу зубчатого колеса і корпусу відповідно ( α1
= 12۰10-6
мм / ºС;ν =
0,01 ; mn
= 0,01·3 = 0,030 мм = 30 мкм; α2
= 10۰10-6
мм/ºС);
α w
– кут профілю початкового профілю зуба (α w
= 20º );
Jn min
≥ 0,030 + 200 (12·10─6
۰40 −10∙10−6
۰10)∙2 sin20˚ = 0,082 мм = 82 мкм.
Призначаємо вид сполучення C, яке забезпечить мінімальний бічний зазор в зачепленні:
Jn min
= 115 мкм > 82 мкм.
Граничне відхилення міжосьової відстані:
fa
=
мм =
мкм.
В процесі експлуатації зубчата передача повинна працювати плавно, без шуму.
Для нормальної роботи вузла необхідно забезпечити осьову гру – осьове переміщення підшипника з одного крайнього положення в інше. Приймаю осьову гру рівної 0,04.0,07 мм.
Розмірний аналіз складальної одиниці проводитимемо методом регулювання, при якому наказана точність початкового (що замикає) розміру досягається навмисною зміною (регулюванням) величини одного із заздалегідь вибраних составляючих розмірів, званого компенсатором. Для заданої складальної одиниці (рис. 2.2) роль компенсуючих розмірів виконують прокладки.
Рисунок 2.2. Складальний розмірний ланцюг
Для нормальної роботи роликових радіально-упорних підшипників між кришкою і торцем підшипника необхідно забезпечити зазор для компенсації теплового розширення валу. Величину зазору приймаю рівною А0
= 0,04…0,07 мм. На рисунку 2.2 представлена розмірний ланцюг з ланкою А0
. Ланки
– збільшуючи,
- уменшаючи.
Сума розмірів ланок є компенсатором. Номінальні розміри ланок ланцюга, їх характеристики, відхилення і допуски приведені в таблиці 2.1.
Таблиця 2.1. До розрахунку розмірного ланцюга методом регулювання
Ланка
Номіналь-ний розмір, мм
Характер линки
Верхнє відхилення ЕS, мкм
Нижнє відхилення EI, мкм
Допуск
Т, мкм
1
2
3
4
5
6
А1
29
зменшуючє
+52
0
52
А2
2
компенсатор
розраховується
А3
308
збільшуючє
0
- 130
130
А4
2
компенсатор
розраховується
А5
29
зменшуючє
+52
0
52
А6
18.25
зменшуючє
0
- 200
200
А7
88.5
зменшуючє
0
- 87
87
А8
40
зменшуючє
0
- 62
62
А9
5
зменшуючє
0
- 30
30
А10
70
зменшуючє
0
- 74
74
А11
14
зменшуючє
0
- 43
43
А12
18.25
зменшуючє
0
- 200
200
А0
0.07
зменшуючє
0
- 30
30
Визначуваний номінальний розмір компенсатора:
(2.1)
Розподілимо номінальний розмір до: А2
=2, А4
=2,07мм. На виготовлення всіх розмірів (деталей) розмірного ланцюга призначаю допуски по 9 квалітету. Визначаємо величини допусків на виготовлення всіх деталей і проставимо граничні відхилення в тіло деталей, тобто по ходу обробки сполученних поверхонь. Ланки А6 і А8 є шириною кільця підшипника і допускного відхилення, його по [15] рівні: es = 0 мм; ei = -0,2 мм = - 200 мкм.
Сума допусків складових ланок:
Допуск замикаючої ланки:
Граничні відхилення компенсатора:
;
;
.
Визначимо величину компенсації :
(2.2)
Перевіряю розрахунок:
.
Розраховую граничні розміри компенсатора:
Приймаю
за постійні прокладки.
Кількість змінних прокладок:
Товщина змінних прокладок:
Через велику кількість отриманних прокладок, приймаємо стандартні прокладки 1 прокладки 0,9 мм, і 1 прокладка 0,03 мм.
Таким чином, в комплект входять постійні прокладки товщиною 2,0 мм 1,3 мм, 0,9 мм і 1 змінна прокладка товщиною 0,03 мм.
У даній курсовій роботі необхідно розрахувати калібр-пробку і калібр-скобу для отвору
і для валу
.
Для розрахунку розмірів калібрів виберемо по [5] наступні дані:
– зсув поля допуску калібру всередину поля допуску деталі Z (Z1
) і a (a1
);
– допустимий вихід розміру зношеного калібру за межу поля допуску калібра-пробки Y і калібра-скоби Y1
;
– допуск на виготовлення калібра-пробки H і калібру скоби H1
;
– допуск на виготовлення контркалібру для пробки Hp
|.
Граничні розміри для отвору
:
Dmax= D + ES = 25 + 0,021 = 25,021 мм;
Dmin= D + EI = 25 + 0 = 25 мм.
По [5] для IT7 і інтервалу розмірів 18…30 мм знаходимо дані для розрахунку калібрів Z = 0,003 мм; Y = 0,003 мм; (a= 0 мм; H = 0,004 мм. Формули для розрахунку розмірів калібрів по [5].
Граничні розміри прохідного нового калібра-пробки:
ПРmax
= Dmin+ Z + H / 2 = 25 + 0,003 + 0,004 / 2 = 25,005 мм;
ПРmin
= Dmin + Z – H / 2 = 25 + 0,003 – 0,004 / 2 = 25,001 мм.
Виконавчий розмір калібра-пробки ПР 25,005–0,004
.
Найменший розмір зношеного прохідного калібра-пробки:
ПРізн
= Dmin– Y = 25 – 0,003 = 24,997 мм.
Коли калібр ПР матиме цей розмір, його потрібно вилучити з експлуатації.
Граничні розміри непрохідного нового калібра-пробки:
НЕmin
= Dmax– H / 2 = 25,021 – 0,004 / 2 = 25,019 мм.
Виконавчий розмір калібра-пробки НЕ 25,023–0,004
. Граничні розміри для валу
:
dmax= d + es = 25 + 0,041 = 25,041 мм;
dmin= d + ei = 25 + 0,028 = 25,028 мм.
По [5] для IT6 і інтервалу розмірів 18…30 мм знаходимо дані для розрахунку калібрів (a1
= 0 мм; Z1
= 0,003 мм; Y1
=0,003 мм; Н1
=0,004 мм; Нр
=0,0015 мм. Формули для розрахунку розмірів калібрів по [5].
Досліджувана деталь - циліндрове прямозубе зубчате колесо. Матеріалом деталі є конструкційна вуглецева сталь 45 ГОСТ 1050-88. Дана сталь застосовна для вал-шестерен, колінчастих і розподільних валів, шестерень, шпінделів, бандажів, циліндрів, кулачків і інших нормалізованих, покращуваних і таких, що піддаються поверхневій термообробці деталей, від яких вимагається підвищена міцність. Хімічний склад стали, механічні, фізичні і технологічні властивості приведені таблицях нижче.
Таблиця 3.1. Хімічний склад сталі 45
C,%
Si,%
Mn,%
Ni,%
S,%
P,%
Cr,%
Cu,%
As,%
0.42 - 0.5
0.17 - 0.37
0.5 - 0.8
до 0.25
до 0.04
до 0.035
до 0.25
до 0.25
до 0.08
При проектуванні деталі витримані всі вимоги стандартів по ГОСТ 2.403-75.
При серійному виробництві доцільніше застосовувати штампування в прикладних штампах, що дозволяє конфігурація деталі.
Як конструкторська і технологічна бази при обробці зубів колеса прийнята циліндрова поверхня; як вимірна – вісь колеса. Це є нетехнологічним, оскільки порушується принцип єдності баз.
При виготовленні деталі використовується в основному стандартне технологічне оснащення.
На кресленні деталі є всі види, перетини і розрізи необхідні для того, щоб представити конструкцію деталі.
Замінити деталь збірним вузлом або армованою конструкцією представляється недоцільним.
Всі поверхні деталі доступні для обробки і вимірювань. Можливе використання високопродуктивного устаткування і стандартного технологічного оснащення.
Умови для урізування і виходу ріжучого інструменту забезпечені конструкцією деталі. Всі отвори деталі є крізними.
Нетехнологічних елементів конструкція деталі не має, а також не виникає труднощів при витримці заданих допусків на розміри і необхідної шорсткості. Величина радіального биття не повинна перевищувати 0,05мм|. Приймаються допуски на торцеве биття 0,06мм|. Допуск круглої і циліндричності центрального отвору складає 0,01мм|. При витримці цих вимог технологічних труднощів не виникає.
На центральному отворі колеса передбачені західні фаски, які полегшують його монтаж при виготовленні і збірку при застосуванні.
Найбільш точною поверхнею деталі є поверхня Ø71H7. Забезпечення цієї точності вимагає обробки абразивним інструментом. Точність отвору відповідає точності зубчатого вінця. Дана поверхня є базою, що робить деталь технологічною.
де
- річний дійсний фонд часу роботи устаткування;
- коефіцієнт, що враховує втрати по організаційних причинах,
=0,75;
- програма випуску деталей за рік,
= 150 шт.
Fg=Fn (1-P/100),
(3.2)
де Fn
– номінальний річний фонд часу;
Р
– величина простоїв устаткування по організаційно-технічних причинах. Приймаємо Р=10% .
Fn=(Дпр
∙φпр
+ Дφ
)· с,
(3.3)
де Дпр
– число передсвяткових днів в році;
φпр
- тривалість зміни в передсвяткові дні;
Дφ
– число повних робочих днів в році;
Дпр
– тривалість зміни в робочі дні;
с - кількість робочих змін.
При п’ятиденному робочому тижні (тривалістю 40 годин) загальна кількість робочих днів в 2009 році складає:
Np=366-114=252, (3.4)
114 - кількість неробочих і святкових днів.
Тоді, враховуючи число робочих змін с =2; тривалість зміни φпр
=8 годин; тривалість зміни в передсвятковий день φпр
=7 годин; кількість передсвяткових днів Дпр
=6; кількість повних робочих днів Д
=246, отримаємо:
Fn=(7·6 + 246·8 )·2 = 4020 год.;
Fg= 4020 (1-0,1)= 3618 год.;
сер/шт.
Визначимо коефіцієнт серійності по формулі:
Kl
=
,
(3.5)
де
- середня величина штучного часу на механічну обробку.
Kl
=
Тоді, тип виробництва – середньо серійний.
3.3 Вибір способу отримання заготівки
Метод отримання заготівки деталі, його доцільність і економічна ефективність визначається такими чинниками, як форма деталі, її матеріал, габаритні розміри деталі, річна програма випуску деталі. Виходячи з конструкції деталі, типу виробництва, заготівка може бути отримана одним з методів: литвом, куванням або штампуванням.
Оскільки матеріал заготівки – сталь 45 не є придатною для литва, то метод отримання заготівки з литва неприйнятний.
Слід зазначити що сталь 45 добре деформується. Тому виходячи з величини річної програми випуску деталей, особливості конструкції деталі одним з методів отримання заготівки вибираємо штампування в підкладних штампах. Штампування на ГКМ неприйнятне оскільки при даному способі виготовлення виникає необхідність покупки дорогого устаткування.
Обчислимо розрахункову масу поковки:
кг,
де МД
– маса деталі;
kp
– коефіцієнт для орієнтовної розрахункової маси поковки.
Виходячи з конфігурацій заготівки визначуваний:
- Група стали – М1;
- Клас точності – Т4.
Для визначення ступеня складності поковки розрахуємо відношення маси поковки до маси простої геометричної фігури, в яку можна вписати деталь:
;
.
Згідно графіку [1] отримуємо ИИ=13.
На підставі початкового індексу визначаємо допуски і припуски і складаємо таблицю.
Таблиця 3.2. Вибір припусків і допусків на оброблювані розміри
Розміри деталі, мм
Допуск, мм
Припуск, мм
Розмір заготовки, мм
Ø 390 h11
+6
-6
16∙2
Ø 422
Ø 340 H14
+5
-5
21∙2
Ø 298
Ø 120 h14
+3
-3
11∙2
Ø 142
Ø 71 H7
+2
-2
9∙2
Ø 53
100 h12
+2
-2
9
109
105 h11
+3
-3
10
115
18 h14
+2
-2
6
12
Визначимо масу заготівки по залежності:
G3
= ρ· V· K ,(3.6)
де ρ=7810 - густина метала, кг/м3
;
К - коефіцієнт, що враховує відходи металу;
V3
- об'єм заготівки, який дорівнює сумі об'ємів заготівки.
G3
=7810۰0,004۰1,1=34,4 кг.
Визначимо коефіцієнт використання металу по формулі:
,(3.7)
де Gg- маса деталі.
Технічні вимоги на заготівку: Штампувальні радіуси 4 мм, штампувальні ухили для зовнішніх поверхонь 7˚, для внутрішніх поверхонь 10˚, допустима величина зсуву частин штампів 1,4 мм, допустима величина залишкового облоя 1,6 мм.
Враховуючи точність і якість поверхонь деталі розробимо маршрут їх обробки.
Таблиця 3.3. Маршрутна карта обробки зубчатого колеса
№ поверхні
Конструктів-ний розмір елементарної поверхні
Якість поверхневого шару
Технологічні переходи
Досягаємий рівень якості
Квалітет
Шорсткість Rа
,мкм
Квалітет
Шорсткість Rа
,мкм
1,2
105h11
11
3,2
Чистове точіння
11
3,2
Чорнове точіння
12
6,3
3
Æ71Н7
7
1,6
Чистове шліфування
7
1,6
Чорнове шліфування
8
3.2
Чистове точіння
10
6,3
Чорнове точіння
12
12,5
4
20Js9
9
3,2
Протягування
9
3,2
5
390h11
11
3,5
Чорнове точіння
12
6,3
Чистове точіння
11
3,2
6
Æ56H14
12
6,3
Розсвердлю-вання ё
14
12,5
Розсвердлю-вання
Свердління
12
6,3
7,8
100h12
12
6,3
Чорнове точіння
12
6,3
9
100
9
3,2
Однократне фрезерування
9
3,2
Використовуючи результати розробки МОН, приведемо перелік операцій технологічного процесу в їх технологічній послідовності. Представимо його виді таблиці.
Таблиця 3.4. Операційна карта обробки зубчатого колеса
№ Опе-рації
Технологічна операція
Елементарна поверхня
015
Токарно- гвинторізна
Точити поверхні 1,2,3 за програмою
Точити поверхні 3,4,5 за програмою
Точити поверхню 5 за програмою
Розточити крізний отвір 6 за програмою
Розточити крізний отвір 6 за програмою
Точить фаски 7,8,9 за програмою
020
Токарно-револьверна
Підрізати торець Æ390h11/Æ340Н14
Підрізати торець Æ120h14/Æ71Н7 начорно
Підрізати торець Æ120h14/Æ71Н7 начисто
Точить поверхню Æ120h14
Точить поверхню Æ390h11 начорно.
Точить поверхню Æ390h11 начисто.
Розточити поверхню Æ340Н14
Точити поверхню 18h14
Точити фаски 3х45°, 3,5х45°.
025
Радіально- свердлильна
Свердлити 6 отворів Æ20 H14
Розсвердлити 6 отворів Æ40 H14
Розсвердлити 6 отворів Æ56 H14
030
Горізонтально-
протяжна
Протягнути плішковий паз B=20Js9
035
Зубофрезерна
Фрезерувати 76 зубьев
040
Внутрішліфувальна
Шліфувати поверхню Æ71Н7 начорно.
Шліфувати поверхню Æ71Н7 начисто.
3.5 Розрахунок припусків на обробку деталі
Припуск – шар матеріалу, який віддаляється з поверхні заготівки в цілях досягнення заданих властивостей оброблюваної поверхні деталі.
Проміжні допущення мають дуже важливе значення в процесі розробки технологічних операцій механічної обробки деталей. Правильне призначення допущень на обробку заготівки забезпечує економію матеріальних і трудових ресурсів, якість продукції, яка випускається, знижує собівартість виробів.
Визначення елементів припуску і заповнення розрахункової таблиці для діаметрального розміру O71Н7.
Етапи обробки поверхні:
1. Отримання заготівки куванням в підкладних штампах;
2. Чорнове розточування H12;
3. Чистове розточування H10;
4. Чорнове шліфування H8;
5. Чистове шліфування H7.
Таблиця 3.5. Величини нерівностей для різних видів обробки
h, мкм
Заготовка
=1250
-
Чорнове розточування
125
120
Чистове розточування
40
40
Чорнове шліфування
15
15
Для заготівки сумарна похибка визначається по формулі:
, (3.8)
де
- похибка жолоблення;
- похибка зсуву штампів.
Згідно [1]:
мкм;
мкм.
мкм.
Для подальших переходів сумарна похибка визначається по формулі:
, (3.9)
де
- коефіцієнт уточнення.
Для чорнового точіння:
;
Для чистового точіння:
;
Для чорнового шліфування:
;
Для чистового шліфування:
мкм;
;
мкм.
Погрішність установки розраховується по формулі:
, (3.10)
де
- погрішність базування;
- погрішність закріплення.
При установці в трикулачковому самоцентрующому патроні
Величину припуску для всіх переходів розраховуємо по формулі:
; (3.11)
;
;
;
.
Дані розрахунків заносимо в таблицю.
Таблиця 3.6. Результати розрахунку припусків
Этап
Квалітет
Елементи припуску,мкм
Допуск ,мм
Операційний розмiр, мм
Розмір припуску
мм
Rz
h
∆E
E
Розра-хунковий
Округл
max
min
Заг-ка
-
1250
1868
0
4,0
71
71
-
-
Чор.роз.
H12
125
120
113
100
0,30
70,874
70,87
10,54
5,5
Чист.роз
H10
40
40
11
100
0,12
70,61
70,6
1,21
0,81
Чор.Шл.
H8
15
15
1
10
0,046
69,52
69,5
0,31
0,15
Чис.Шл.
H7
-
-
-
10
0,030
59,28
62
0,156
0,084
Операцiйнi розмiри визначаються таким чином:
мм;
мм;
мм;
мм.
Розміри припуска розраховуються по наступних формулах:
; (3.12)
; (3.13)
мм
;
мм
;
мм
;
мм
;
мм
;
мм
;
мм
;
мм
.
Побудуємо схему розташування допусків і припусків для розмір внутрішнього отвору Ø71H7.
Для останніх поверхонь заготівки результати розрахунків заносимо в таблицю 3.5.3.
Таблиця 3.7. Результаті визначення операційних розмірів
Поверхня
деталі
Технологічні переходи
по обробці поверхні
Допуск
Т, мкм
Мінімальний
припуск|2Zmin,мм
Номінальний операційний
розмір, мм
розрахунк.
округлений
Ø 390 h11
Чорнове точіння
570
23,43
390
390
Чистове точіння
360
2,07
392,57
392,5
100 h12
Чорнове точіння
350
7
100
100
105 h11
Чорнове точіння
350
5,6
106.45
106.41
Чистове точіння
220
1,15
105
105
18 h14
Чорнове точіння
430
4
18
18
340 H14
Чорнове точіння
1400
37
340
340
120 h14
Чорнове точіння
870
19
120
120
Рисунок 3.2. Схема розташування припусків і допусків для діаметрального розміру Ø71Н7
3.6 Вибір ріжучого інструменту
Видалення припуску із заготівки здійснюється за допомогою ріжучого інструменту. Згідно з [9] виберемо ріжучій інструмент. Результаті вибору ріжучого інструменту представлені в таблиці 3.6.1.
Таблиця 3.8. Результати вибору ріжучого інструменту
Найменування
Ріжучий інструмент
Вимірювальний інструмент
Операції
Перехід
Токарно-гвинторізна
з ЧПК
Установ А
Точіння поверхні 14, 11, 7 за програмою
Різець контурний T5K10 2103-0714 ГОСТ 20872-80
Штангенциркуль ШЦЦ-II-125-0,01 ГОСТ 166-89, шаблон спеціальний
Враховуючи кількість деталей в партії, тип виробництва і матеріал заготівки, для обробки зовнішніх циліндрових поверхонь можна використовувати верстати токарної групи.
Вибираємо токарно-револьверний верстат 1Г340. Токарно-револьверний верстат 1Г340 з горизонтальною віссю повороту револьверної головки призначено для високопродуктивної обробки в патроні сталевих виробів. Ріжучий інструмент з твердих сплавів, необхідний для обробки виробу, закріплюється у восьми позиціях револьверної головки і в одній позиції поворотної різцевої головки поперечного супорта.
Для обробки отворів застосовуються верстати свердлильної групи. Вибираємо радіально-свердлильний верстат 257 призначений для свердління в суцільному матеріалі, розсвердлювання, зенкерування, розгортання.
Для виконання зубофрезерної операції вибираю зубофрезерний верстат моделі 53А50.
Для обробки паза шпони вибираю верстат 7Б57.
Для досягнення необхідної точності отвору 3 застосовуємо внутрішліфувальний верстат моделі 3К228В|.
Результати вибору металообробних верстатів представлені в таблиці 3.7.1.
Таблиця 3.9. Результати вибору металорізальних верстат
№ п/п
Модель і призначення
Технічна характеристика
1.
Токарно – гвинторізний 16К30Ф3
Макс. діаметр оброблюваної заготовки, мм:
над станиною
630
над супортом
320
Макс. довжина оброблюваної заготовки
320 мм.
Довжина розточування при обробці в патроні
100 мм.
Частота обертання шпинделя
6,3-1250 об/хв.
Число частот обертання шпинделя, об/хв
24
Число частот обертання шпинделя, перемикаємих за програмою, об/хв
12
Межі робочих подач супорта, мм/хв:
поздовжніх
1-1200
поперечних
1-600
Прискорені подачі супорта, мм/хв:
поздовжні
4800
поперечні
2400
Кількість інструментів
до 8
Габарити станка, мм
4360х2200х1600
Маса без виносного устаткування, кг
6300
Маса з виносним устаткуванням, кг
7400
2.
Горизонтально – протяжний 7Б57
Габаритна довжина, мм
9400
Габаритна ширина, мм
2500
Габаритна висота, мм
1910
Потужність, кВт
37
Діаметр отвору в планшайбі, мм
200
Швидкість робочого ходу протяжки, м/мін
1,0 – 6,15
Швидкість зворотного ходу протяжки, що рекомендується, м/хв
20 – 25
Номінал тягової сили, кН
400
Найбільша довжина ходу санчат, мм
2000
Довжина робочої поверхні опорної плити, мм
560
Ширина робочої поверхні опорної плити, мм
560
Діаметр отвору в опорній плиті під планшайбу, мм
250
Маса верстата, кг
13500
3
Радіально-свердлильний 257
Межі вильоту осі шпінделя від колони, мм
500-2000
Найбільший діаметр отвору,мм
75
Межі відстані від торця шпінделя до плити, мм
600-1750
Найбільше осьове переміщення шпинделя
450
Число скоростей обертання шпінделя
22
Потужність , кВт
7
Межа чисел оборотів шпінделя за хвилину
11,2-1400
4
Токарно – револьверний станок 1Г340
Найбільший діаметр оброблюваної заготівки в патроні, мм
Над станиною
400
Над поперечним супортом
200
Число позицій револьверної головки
16
Діаметр отвору револьверної головки для закріплення інструменту, мм
14 отверстий диаметром 30
5
Внутрішліфувальний 3К228В
Найбільший діаметр, мм:
встановлюваної заготівки
560
встановлюваної заготівки в кожусі
400
Найбільша довжина, мм:
встановлюваної заготівки
200
при найбільшому діаметрі отвору шліфування
200
Діаметр шліфованих отворів, мм
50...200
Найбільший хід столу, мм
630
Найбільше налагоджувальне поперечне переміщення, мм:
шліфувальної бабці: вперед (від робочого)
60
назад (на робочого)
10
бабці заготівки:
вперед (від робочого)
200
назад (на робочого)
50
Найбільший кут повороту бабці заготівки, град
30
Найбільший діаметр і висота шліфувального круга, мм
180 х 63
Швидкість руху столу, м/хв: при правці шліфувального круга
0,1...2
при шліфуванні
1...7
при швидкому подовжньому підведенні і відведенні
10
Частота обертання шпінделя, об/хв:
внутришліфувального
75 100 150 200
бабки заготовки
1,66...10
Торцешіифовального пристосування
66,66
Потужність електродвигуна приводу шліфувального круга, кВт
5,5
Маса (з приставним устаткуванням), кг
6900
Найбільший діаметр, мм:
встановлюваної заготівки
560
встановлюваної заготівки в кожусі
400
Найбільша довжина, мм:
встановлюваної заготівки
200
6.
Зубофрезерний станок 53А50
при найбільшому діаметрі отвору шліфування
200
Діаметр шліфованих отворів, мм
50...200
Найбільший діаметр нарізуваних коліс, мм
500
Найбільший модуль зубів нарізуваних коліс, мм
8
Найбільший кут нахилу зубів нарізуваних коліс, град.
±60
Найбільший вертикальний хід фрези, мм
360
Найбільший діаметр фрези, встановленої в супорті, мм
180
Осьове переміщення фрези, мм
200
Частота обертання шпінделя фрези, об/хв
40-405
Подача, мм/об.:
вертикальна
радіальна
осьова
0,75-7,5
0,2-2,25
0,13-2,6
Потужність головного електродвигуна, кВт
10
Маса, т
9,7
3.8 Розрахунок режимів різання
Розрахуємо режими різання для розсвердлювання отвору Ø56.
Свердлення, зенкерування і розгортання є найбільш поширеними| технологічними способами обробки круглих отворів.
Свердлення (рис.3.3) - основний метод утворення отворів в металі оброблюваних заготовок.
Рисунок 3.3. Схема різання при свердленні і розсвердлюванні
При свердленні, як правило, використовуються стандартні свердла, що мають дві ріжучі кромки, розташовані діаметрально щодо один одного.
Просвердлені отвори найчастіше не мають абсолютно правильної циліндричної форми. Їх поперечні перерізи представляють форму овалу, а подовжні - невелику конусність.
Глибина різання.
При свердленні глибина різання приймається t=0,5D, а при розсвердлюванні, зенкеруванні або розгортанні t=0,5(D-d), де D-діаметр інструменту, мм; d - діаметр попереднього отвору, мм.
Призначена подача має бути скоректована по паспорту вибраного верстата. При цьому необхідно витримати умову: Sст
<S, де Sст
- остаточно встановлене по паспорту значення подачі. Scт
=0,8 мм/об.
Швидкість різання.
Швидкість різання, м/хв, визначається:
, (3.14)
де D - діаметр свердла, зенкера або розгортки, мм;
Kv - загальний поправочний коефіцієнт.
Загальний поправочний коефіцієнт на швидкість різання, такий, що враховує фактичні умови різання визначається по формулі:
(3.15)
де Кмv
- коефіцієнт на оброблюваний матеріал; Киv
- коефіцієнт на інструментальний матеріал; Кlv
- коефіцієнт, що враховує глибину свердлення; Коефіцієнт Kмv
розраховується таким чином:
При обробці стали:
.
При обробці сірого чавуну:
.
При обробці ковкого чавуну:
.
Коефіцієнт, що враховує глибину отвору Кlv
при свердленні приймається залежно від діаметру свердла.
.
Після визначення швидкості різання, розраховується частота обертання шпінделя верстата np
:
(3.16)
де D - діаметр інструменту, мм.
.
Набутого значення np
коректується по паспорту верстата і приймається найближчий менший ступінь ncт
=125 об/хв.
Обертальний момент, Нм і осьова сила, Н, розраховуються по наступних формулах:
(3.17)
,
(
де
и
- коефіцієнти, що враховують умови різання.
;
.
Потужність різання.
Ефективна потужність різання визначається по формулі:
Пристрій програмного управління 2Р22 призначений для передачі управляючої програми на виконавські органи токарного верстата. Він виконує наступні фунцкції|:
- введення УП з клавіатури пульта;
- її обробку і редагування безпосередньо на верстаті;
- складання УП за зразком при обробці першої деталі в ручному режимі;
- використання складних циклів багатопрохідної обробки;
- виведення УП на програмоноситель| та ін.
Керуючись [10] розробимо управляючу програму в системі 2Р22 для обробки зубчатого колеса на токарно-гвинторізному верстаті з ЧПК 16К30Ф3.
Таблиця 3.10. Управляюча програма для обробки зубчатого колеса на токарно-гвинторізному верстаті з ЧПК 16К30Ф3
Розмірним ланцюгом називається послідовний ряд взаємозв'язаних лінійних розмірів, створюючих замкнутий контур і що безпосередньо беруть участь в рішенні поставленої задачі. Кожен розмірний ланцюг містить початкову і складових ланок. Під розмірним технологічним ланцюгом розуміють розмірні ланцюги, ланки яких є операційними розмірами і припусками.
Замикаючим розміром в розмірному ланцюзі називається розмір, який в деталі виходить останнім в процесі її обробки.
З схеми розмірного ланцюга можна визначити рівняння замикаючої ланки.
(3.21)
де
- сума збільшуючих складових ланок ланцюга;
- сума зменшуючих складових ланок ланцюга.
Зв'язок між допусками складових розмірів і замикаючих визначається правилом підсумовування допусків Тi :
(3.22)
Проведемо розмірний аналіз для устанавлюваючого розміру при свердленні отвору. Замикаючою ланкою буде розмір А1, для нього складемо розмірну схему.
Для нормування технологічного процесу вибираю операцію з найбільшою кількістю переходів – токарно-револьверну операцію .
Основний час обробки визначаємо по формулі [4]:
(3.23)
де
- довжина урізування інструменту на робочій подачі;
-довжина робочого ходу;
- довжина перебігання;
- число проходів інструменту;
- хвилинна подача інструменту.
Формула для розрахунку допоміжного часу:
(3.24)
де
- час на установку і зняття заготівки;
-час, пов'язане з переходом;
-час на вимірювання.
Оперативний час знаходимо як суму основного і допоміжного :
. (3.25)
Формула для визначення підготовчо-завершального часу:
, (3.26)
де
- час на наладку верстата, інструменту, пристосувань;
- час на отримання інструменту до початку обробки і здачу після закінчення.
Штучний час знаходимо по формулі:
(3.27)
де
= 0,03
- час на обслуговування верстата; Т =0.04
- час нормованого відпочинку. Штучно-калькуляційний час знаходимо по формулі:
, (3.28)
де N
– розмір партії. Використовуючи формули (9.1) -(9.6), для визначення Т
, Т
, Т
, Т
, Т
знаходимо Т
для кожної операції.
3.12 Економічне зрівняння технологічного процесу
Вибір найкращого варіанту технологічного процесу зі всіх можливих може бути здійснений різними способами. Якщо зі всіх можливих варіантів є такий, на впровадження якого потрібний найменші капітальні вкладення і який забезпечує найнижчу собівартість одиниці продукції, цей варіант є якнайкращим. Проте на практиці частіше варіанти з великими питомими капітальними вкладеннями забезпечують при впровадженні меншу собівартість одиниці продукції. У цих випадках технологічний варіант визначається за допомогою нормативного коефіцієнта ефективності або приведених витрат.
При визначенні раціональності заміни варіанту техніки, що діє, технології, способу організації виробництва новим розраховують коефіцієнт порівняльної ефективності [8].
(3.29)
Тут С
– собівартість продукції, а К
– капітальні вкладення,
– нормативний коефіцієнт ефективності,
= 0,15.
Порівняємо такі варіанти технологічного процесу (операція 020):
1. Обробка деталі на токарно-револьверному верстаті.
2. Обробка деталі на верстаті з ЧПК.
Собівартість продукції визначається шляхом складання всіх витрат, а саме:
, (3.30)
де
- вартість основних і допоміжних матеріалів, для обох видів обробки величина
однакова і постійна;
– витрати, пов'язані із заробітною платою основного робочого;
– витрати, пов'язані із заробітною платою допоміжного робочого (наладчик) з урахуванням всіх видів доплат і нарахувань;
Ао
– амортизаційні відрахування від вартості устаткування;
Ат.о
– амортизаційні відрахування від вартості технологічного оснащення на одну деталь;
Ро
– витрати, пов'язані з ремонтом і обслуговуванням устаткування;
И
– витрати, пов'язані з інструментом;
Ло
– витрати на технологічну електроенергію;
Пл
– витрати, пов'язані з амортизацією виробничих площ;
Ппр
– витрати на ремонт і обслуговування управляючих пристроїв і програм.
Витрати, пов'язані із заробітною платою основних робочих визначаються по формулі:
(3.31)
де
– норматив годинної заробітної плати верстатника ;
– коефіцієнт верстатного обслуговування.
При обробці на універсальному устаткуванні:
=12,5 грн. /год. – для верстатника 3-го розряду;
=1, оскільки багатоверстатне обслуговування неприпустимо при даному виробництві.
На підставі цього отримуємо:
- заробітна плата основного робочого для токарно-револьверної операції для серійного типу виробництва:
грн.
- заробітна плата основного робочого для токарно-револьверної з ЧПК для середньосерійного типу виробництва (при використанні оператора 3-го розряду
= 8,4 грн/год і
=0,7):
грн.
Витрати, пов'язані із заробітною платою допоміжних робочих визначаються по формулі:
, (3.32)
де
– норматив заробітної плати наладчика ; m
– число змін роботи верстата;
– число верстатів, що обслуговуються наладчиком за зміну:
=6;
– дійсний річний фонд часу роботи верстата.
грн.
Витрати, пов'язані з амортизаційними відрахуваннями на устаткування:
, (3.33)
де Ф
– вартість устаткування;
– норма амортизаційних відрахувань.
грн;
грн.
Витрати, пов'язані з амортизаційними відрахуваннями на технологічне оснащення:
(3.34)
де
– вартість технологічного оснащення;
– річна програма випуску виробів.
грн;
грн.
Витрати, пов'язані з ремонтом і обслуговуванням устаткування
, (3.35)
де Нм
, Не
– нормативи річних витрат на ремонт електричної і механічної частин устаткування;
Км
., Ке
– коефіцієнти складності ремонту електричної і механічної частин устаткування;
– коефіцієнт запасу точності устаткування (
=1).
грн;
грн.
Витрати, пов'язані з інструментом:
, (3.36)
де
– вартість інструменту;
– термін служби інструменту.
грн;
грн.
Витрати на технологічну електроенергію:
,
де Nэ
– потужність електродвигуна;
– тариф електроенергії.
грн;
грн.
Витрати, пов'язані з амортизацією виробничих площ:
, (3.37)
де
– річні витрати;
– площа в плані;
– коефіцієнт враховує площу системи управління.
грн;
грн.
Розрахунок економічної частини ведемо методом повної собівартості з урахуванням капітальних вкладень. Згідно цьому, повна собівартість по витратах на одну деталь:
грн;
грн.
У капітальні вкладення включаються витрати на виробниче устаткування, інструменти і пристосування.
грн; (3.38)
де
- коефіцієнт, що враховує додаткові витрати на установку устаткування;
Ц – ціна устаткування.
грн;
грн.
Коефіцієнт порівняльної ефективності:
Застосування обробки на верстаті з ЧПК є більш вигідно.
Об'єктом дослідження є пружна втулково-пальцева муфта МУВП, розташована на вхідному валу редуктора, вживана для з'єднання вхідного валу редуктора і ротора електродвигуна. Муфта, яка представлена на рисунку 4.1 розглядатиметься в системі робочий орган (зірочка) – редуктор – МУВП – двигун.
Рисунок 4.1. Муфта пружна втулково-пальцева
Пружна втулково-пальцева муфта має всі властивості, які необхідні при роботі на великих швидкостях обертання (n=2880 об/хв):
- здатність пом'якшувати поштовхи і удари. Кінетична енергія удару при цьому частково поглинається і переходить в тепло, частково акумулюється пружними елементами, перетворюючись на потенційну енергію деформації;
- пружні муфти можуть служити засобом захисту від резонансних крутильних коливань, що виникають в механізмі унаслідок нерівномірності обертання;
- пружні муфти допускають порівняно великі зсуви осей валів, що сполучаються. При цьому, завдяки деформації пружного елементу, вали і опори навантажуються порівняно малими силами і моментами.
МУВП мають наступні характеристики, які враховуватимуться при динамічному аналізі:
- жорсткість (або зворотна величина - податливість), що є залежністю відносного кута повороту напівмуфти від величини обертального моменту Мкр
;
Жорсткість муфти визначається як похідна від обертального моменту по куту закручування і є величиною змінною, залежною від
.
Обертальний момент у свою чергу пропорційний куту закручування
.
Рисунок 4.2. Залежність обертального моменту від кута закручування
- демпфування, тобто здатність необоротно поглинати механічну енергію;
- енергоємність, що є роботою пружної деформації муфти при дії деякого обертального моменту. Енергоємність є порівняльною характеристикою муфт і не може бути використана при динамічному аналізі.
Досліджувана муфта при роботі редуктора навантажена обертальним моментом, який при включенні, виключенні двигуна, а також залежно від особливостей роботи редуктора змінюється в часі. В результаті в ній виникають крутильні коливання, що обумовлюють динамічні навантаження, зменшення довговічності редуктора, а в деяких випадках і втрату стійкості динамічної системи. З метою дослідження забезпечення оптимальних динамічних характеристик приводу необхідне дослідження його елементів, зокрема муфт, зубчатих зачеплень, приводного електродвигуна.
Структурна схема для дослідження пружної муфти, складатиметься з виконавчого органу (зірочки) 1, вихідного валу 2, зубчатого циліндричного прямозубого колеса 3, проміжного валу 5 з прямозубої циліндричної шестерні 4 і косозубого циліндричного колеса 6, валу 8 з шестернею 7 і конічним колесом з круговим зубом 9, конічної шестерні 10, вихідного валу редуктора 11, МУВП 12 і двигуна 13.
Для зручного математичного опису даної структурної схеми приведемо її до двохмасової, представивши перераховані елементи як розподілені (вали) і зосереджені (зубчаті колеса, зірочка, двигун) маси зі своїми моментами інерції.
Початкові дані, необхідні для приведення системи до двохмасової приведемо в таблиці 4.1. для зручності подальшого дослідження.
Таблиця 4.1. Початкові дані для приведення системи до двохмасової
№ Елементу
Довжина (ширина), мм
Діаметр, мм
1
20
420
2
63/90/80/5/115/35
56/60/71/80/71/60
3
100
390
4
110
130
5
30/80/5/122/25
45/50/60/50/45
6
60
351,03
7
70
60,96
8
30/75/40/80/20
25/28/30/35/25
9
30
255,98
10
30
49,9
11
55/40/94
25/28/25
Визначаємо моменти інерції всіх елементів приводу, що обертаються. Момент інерції ротора двигуна підрахуємо по наступній залежності:
де
– маховий момент двигуна по [17] .
=0,237 кг·м2.
Момент інерції деталі, що є суцільним тілом обертання, визначається по залежності:
де — щільність матеріалу деталі;
- діаметр деталі;
– довжина деталі
Вали є розподіленими масами. При довжині валу до 300 мм до моментів інерції зосереджених мас, що знаходяться на нім, приєднують третину моменту інерції валу. При довжині деталі більше 300 мм до моментів інерції зосереджених мас приєднують шосту частину моменту інерції валу.
Момент інерції ступінчастого валу визначається по формулі:
Обчислимо момент інерції зубчатого колеса 3:
Моменти інерції останніх елементів приведемо в таблиці 4.2.
Таблиця 4.2. Моменти інерції елементів, що становлять