Об'єкт проектування – триступеневий співвісний редуктор, калібр-скоба, автоматична лінія обробки вала-вихідного.
Мета роботи – підвищення ефективності конструкторсько-технологічної підготовки виробництва.
Спроектовано конструкцію редуктора з усіма необхідними розрахунками його елементів. Розрахований калібр-скоба для контролю точності поверхні вала.
Наведено аналіз технологічності конструкції деталі типу вал-вихідний, обгрунтовано спосіб отримання заготівки, розроблено маршрут обробки деталі, проведено вибір металоріжучого обладнання, ріжучого і вимірювального інструментів, розраховані режими різання. Проведено нормування розробленого технологічного процесу. Розроблено необхідний комплект технологічної документаціїї, до складу якої входять маршрутні, операційні карти ескізів, та карти наладок.
Спроектовано автоматичну лінію обробки вала-вихідного. Розроблена динамічна модель окремого зубчатого зачеплення.
МАРШРУТ, НОРМУВАНННЯ, КОМПЛЕКТ ДОКУМЕНТАЦІЇ, АВТОМАТИЧНА ЛІНІЯ, ДИНАМІЧНА МОДЕЛЬ
Змiст
Вступ
1. Конструкторська підготовка виробництва
1.1 Визначення навантажувально-кінематичних параметрів приводу
1.2 Вибір двигуна
1.3 Вихідні дані для розрахунку передач приводу
1.4 Проектування передач приводу
1.5 Уточнення розрахункового навантаження
1.6 Уточнення граничних і допустимих напружень
1.7 Геометричні та конструктивні параметри циліндричних прямозубих коліс
1.8 Визначення крутних та згинальних моментів
1.9 Розрахунок вала на опір втомі
1.10 Вибір муфт
2. Метрологічна підготовка виробництва
2.1 Контроль розмірів деталей
2.2 Розрахунок розмірів калібрів для гладкого циліндричного з’єднання
2.3 Контроль точності зубчастої шестерні
3. Технологічна підготовка виробництва
3.1 Аналіз технологічності конструкції деталі
3.2 Вибір метода отримання заготівлі
3.3 Розробка маршрутного технологічного процесу
3.4 Вибір металообробного обладнання, різального та вимірювального інструменту
3.5 Визначення операційних припусків на механічну обробку
3.6 Розрахунок режимів різання
3.7 Нормування технологічного процесу
4. Автоматизація підготовки виробництва
4.1 Розрахунок технологічної продуктивності технологічного процесу
4.2 Аналіз базового операційного процесу за крітерієм забезпечення заданої змінної продуктивності
4.3 Уточнений розрахунок продуктивності автоматичної лінії
4.4 Опис роботи спроектованої автоматичної лінії
5. Динамічний аналіз об’єкту виробництва
5.1 Загальні положення про динаміку зубчастої передачі
5.2 Вихідні дані зубчастої передачі
5.3 Динамічна модель зубчастої передачі з двома ступенями свободи
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. Крім цього, необхідно забезпечити комплексну оцінку усіх створюваних даних електронної моделі та налагодження стратегії виконання конкретних етапів проектування.
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.
Передатне число приводу Uпр дорівнює добутку передатних чисел Uі окремих ступенів:
(1.3)
де k – число ступенів передач у приводі.
Оскільки на даному етапі неможливо знати точні значення передаточного числа кожної передачі, визначається діапазон можливих значень передатного числа приводу. Діапазон значень Uі для окремих передач, якщо виходити з обмежень по габаритах, приймають за даними. [2]
Найбільш розповсюдженні в промисловості трифазні асинхронні електродвигуни з коротко замкнутим ротором. Ці двигуни мають найбільш просту конструкцію, найменшу вартість і мінімальні потреби в обслуговуванні.
Важливою перевагою асинхронних двигунів є можливість їх включення у електричну мережу перемінного струму без проміжних перетворювачів.
Виходячи з умов експлуатації приводу виберемо двигун серії 4А, асинхронних двигунів загального використання з чавунним корпусом (ГОСТ 19523-81) для кліматичних умов типу У (номінальні – сухе, чисте опалюване приміщення) категорії 3.
Конструктивно електродвигуни виконуються з кріпленням на лапах.
За отриманим значенням Рдн
з урахуванням умов експлуатації привода по табличним даним [1]
вибираємо найближчу більшу номінальну потужність електродвигуна Рдном.
. Повинна виконуватись умова:
Kвик
=0,5 – коефіцієнт використання приводу протягом зміни.
Визначаємо кількість циклів навантаження на всіх ступенях редуктора:
;(1.13)
де
об/хв;
(1.14)
де N4
=Nmin
, мінімальне число циклів, оскільки
, 5292000>5000,
де N=50000 циклів, це розрахункові обертаючі моменти по першій ступені діаграми навантаження. Останні розрахункові вихідні дані, для розрахунку передач приводу заносимо в таблицю 1.1.
Таблиця 1.1 - Результати розрахунку вихідних даних для розрахунків передач приводу
Визначаємо допустимі напруження при розрахунку на контактну міцність:
(1.15)
де
- границя контактної витривалості;
- допустимий коефіцієнт запасу міцності по контактним напруженням.
У нашому випадку: вид ТО – гартування, структура матеріалу неоднорідна, таким чином
;
Розрахунок зубчатої передачі будемо виконувати в наступному порядку, оскільки між осьова відстань залишається незмінною для всіх передач. Спершу розраховуємо модуль і між осьову відстань третьої передачі, і приймаємо ці данні для всіх передач.
Для прямозубої передачі доцільно використовувати наступні числа зубців колеса: Z=17…25. В моєму випадку призначаю одинакові числа зубців для шестерень, і одинакові числа зубців для коліс Z1
=Z3
=Z5
=20, Z2
=Z4
=Z6
=71.
Тоді, як колеса с твердістю робочих поверхонь більше, ніж 350НВ, тому розрахунок передач робимо за визначенням модуля передачі:
(1.16)
Для прямозубих передач β=0;
Yf1
=Yf3
=Yf5
=4,12 для 20 зубців з нульовим коефіцієнтом зміщення;
Yf2
=Yf4
=Yf6
=3,73 для 71 зубців з нульовим коефіцієнтом зміщення.
Щоб визначити, дані якого колеса підставляти в формулу для розрахунку модуля (шестерні або колеса), треба виконати перевірку:
(1.17)
тому дані будемо підставляти в формулу (1.16) дані 6,4,2 колеса.
Приймаємо наступні значення [3]:
Kf
=1,5, приймаємо попередньо;
Ψbd
=0,6, прийнято з умови найгіршого навантаження на колесо, звідси:
(1.18)
Приймаємо з першого ряду стандартних модулів mn
=6 мм. В моєму випадку mnІ
= mnІІ
= mnІІІ
=6 мм.
Визначаємо основні параметри зубчастих коліс за формулами.
Діаметр ділильного кола:
(1.19)
Діаметр западин:
(1.20)
Діаметр вершин:
(1.21)
Визначаємо між осьову відстань:
(1.22)
приймаємо aw
=280 зі стандартного ряду, доцільно буде перерахувати радіус ділильного кола за новим значенням міжосьової відстані, перераховані дані заносимо до таблиці 1.2.
Таблиця 1.2 - Основні розміри коліс передач:
Параметри:
I
II
III
Z1
20
20
20
Z2
71
71
71
mn
, мм
6
6
6
aw
, мм
280
280
280
d(Ш), мм
120
120
120
d(К), мм
440
440
440
da
(Ш), мм
132
132
132
da
(К), мм
452
452
452
df
(Ш), мм
105
105
105
df
(К), мм
425
425
425
U
3,55
bw
(Ш), мм
25
25
80
bw
(К), мм
20
20
75
Визначаємо приблизні значення діаметрів валів:
(1.23)
де TН
– максимальне значення скрутного моменту на валу,
[
] – приблизне значення допустимих напружень при крученні. Попередньо можна прийняти [
]=20 МПа.
Визначаємо колову швидкість на валах:
(1.24)
За приблизними даними обираємо ступінь точності передач і заносимо всі параметри в таблицю 1.3.
Таблиця 1.3 - Вихідні дані для етапу "Технічний проект.
Розрахункові навантаження на зубчасті колеса складаються з:
- корисного або номінального навантаження в розрахунку, що воно розподіляється по довжині зубців рівномірно;
- додаткові навантаження, пов’язані з нерівномірністю розповсюдження номінального навантаження, тому-що має місце похибка виготовлення і деформації деталей передач.
Додаткові навантаження враховуються коефіцієнтом нерівномірності розподілення навантаження по ширині зубців при розрахунку на сталість згину:
(1.25)
і при розрахунку на контактну сталість:
(1.26)
де Kfβ
, Khβ
– коефіцієнти нерівномірності розподілу навантаження по ширині зубчастого вінця;
Kfv
, Khv
– коефіцієнти динамічності [3].
Перевірочний розрахунок фактичних згинальних напружень будемо здійснювати за формулою:
(1.27)
де
, величина колового зусилля.
Розрахунок фактичних контактних напружень будемо здійснювати за формулою:
(1.28)
Всі розрахунки заносимо до таблиці 1.4.
Таблиця 1.4 - Розрахункові параметри для згинальних і контактних напружень
де SF
=1,7 - допустимий коефіцієнт запасу міцності по згинальним напруженням. У нашому випадку вид ТО – гартування СВЧ, таким чином маємо [S]F
=1,7; YN
– коефіцієнт довговічності, враховуючий зміну [σF
], якщо
.
(1.32)
де qF
=6 гартування структури матеріалу;
- базове число циклів навантажень;
- еквівалентне число циклів навантажень:
(1.33)
де n – частота обертання, хв.-1
;
Lh
– строк служби, годин;
KFE
– коефіцієнт еквівалентності навантаження:
(1.34)
де
- відносний час дії моменту Ті
за розрахунковий термін служби Lh
. Lі
– число годин роботи передачі при обертовому моменті Ті
.
Всі розраховані параметри заносимо до таблиці 1.5.
Таблиця 1.5 - Розрахункові параметрів при уточненні згинальних напружень
Зачеплення
вид колесу
Nfe
, циклів
Yn
Yr
Yx
Gflim
, МПа
І
Шестерня
245736761
0,5
1,05
1,035
605
І
Колесо
69221623
0,62
1,05
0,995
552
ІІ
Шестерня
69221623
0,62
1
1,035
557
ІІ
Колесо
19499049
0,77
1
0,995
469
ІІІ
Шестерня
19499049
0,77
1
1,035
451
ІІІ
Колесо
5492690
0,95
1
0,995
380
Необхідна границя контактної витривалості:
(1.35)
де Sh
=1,2 (дивись 1.3);
- коефіцієнт довговічності, що враховує підвищення граничних напружень при числі циклів навантаження, більших базового (дивись NFE
):
(1.36)
де
- базове число циклів навантаження.
- еквівалентне число циклів навантажень;
(1.37)
KHE
– коефіцієнт еквівалентності навантаження:
(1.38)
Всі розраховані параметри заносимо до таблиці 1.6.
Таблиця 1.6 - Розрахункові параметрів при уточненні контактних напружень
Зачеплення
вид колесу
Nhe, циклів
Zn
Z
Ghlim, МПа
І
Шестерня
325616760
0,48
0,95
661
І
Колесо
91723031
0,59
0,95
260
ІІ
Шестерня
91723031
0,59
0,9
1003
ІІ
Колесо
25837474
0,73
0,9
391
ІІІ
Шестерня
25837474
0,73
0,9
792
ІІІ
Колесо
7278162
0,91
0,9
279
Вибір матеріалу зубчастих передач виконуємо за розрахованими даними з таблиць 3.4, 3.5 [3, с 35]. Обираємо:
Таблиця 1.7 - Основні розміри циліндричних прямозубих коліс.
Параметр
Одиниця величини
Ступінь редуктора
Швидкохідна
Проміжна
Тихохідна
Ш
К
Ш
К
Ш
К
Начальний модуль mn
мм
6
6
6
6
6
6
Число зубців Z
20
71
20
71
20
71
Діаметр виступів da
мм
132
452
132
452
132
452
Діаметр западин df
мм
105
425
105
425
105
425
Діаметр ділильного кола d
мм
120
440
120
440
120
440
Діаметр валу dв (розрахункове значення)
мм
22,61
33,23
33,23
48,18
48,18
68,92
Діаметр валу dв (прийняте значення)
мм
25
35
35
50
50
80
Конструктивні розміри:
Ширина зубчастого вінця bw
мм
25
20
25
20
80
75
Діаметр ступиці dст (розрахункове)
мм
42,5
59,5
59,5
85
85
136
Діаметр ступиці dст (прийняте)
мм
42
134
60
134
85
140
Довжина посадкового отвору lст (с)
мм
27,5
38,5
38,5
55
55
88
Довжина посадкового отвору lст (прийняте)
мм
30
40
40
55
80
90
Виточка на торцях K
мм
2
2
2
Ширина торців зубчастого вінца S
мм
15
15
15
Фаска на торцях зубчатого вінця f (розахункове)
мм
4,2
4,2
4,2
Фаска на торцях зубчатого вінця f(прийняте)
мм
4
4
4
4
4
4
мм
15
15
15
15
15
15
С
мм
18
18
30
(розрахункове)
мм
395
395
395
(прийняте)
мм
400
400
400
(розрахункове)
мм
267
267
270
(прийняте)
мм
276
276
270
d0(розрахункове)
мм
66,5
66,5
65
d0(прийняте)
мм
85
85
65
R
мм
6
6
6
Ступінь точності передачі за ГОСТ 1643-81
8
8
9
9
9
9
Клас шорсткості поверхні зубців за ГОСТ 2789-73
6
6
5
5
5
5
Визначення діаметрів посадкових поверхонь валу:
Діаметри валів у місцях посадки зубчастих і черв’ячних коліс орієнтовно визначені при розрахунку зубчастих коліс та округленні по стандартному ряду нормальних лінійних розмірів за ГОСТ 6636–69 з ряду
.
Діаметри шипів валів можна приймати:
(1.39)
Згідно з розрахованими діаметрами шипів попередньо проводимо вибір підшипників кочення середньої серії. Перший вал - роликові радіальні сферичні дворядні. Другий вал – роликові радіальні сферичні дворядні. Для двовінцових блоків приймаємо – роликові радіальні сферичні (ігольчаті).
Визначимо координати розташування рівнодіючих реакцій опор:
Основними навантаженнями, що діють на вали редукторів, є зусилля в зубчастих та черв’ячних зачепленнях.
Шестерня прямозубої передачі:
Колова сила:
(1.40)
де
- крутний момент на шестерні, Нм;
- діаметр ділильного кола шестерні, мм;
Радіальна сила:
(1.41)
де
- кут зачеплення.
розрахункові параметри наведені у таблиці 1.9.
Таблиця 1.9 - Сили прикладені до валів
Шестерня І
Колесо І
Шестерня ІІ
Колесо ІІ
Шестерня ІІІ
Колесо ІІІ
dw
, мм
120
440
120
440
120
440
T, Нм
63,5
201
201
614
614
1799
Ft
, Н
1058
916
3359
2793
10242
8178
Fr
, Н
385
333
1222
1016
3727
2976
Обидві сили прикладені по ділильному колі на відстані
, мм.
Визначення напрямку дії сил:
Колова сила лежить на дотичній до ділильного кола і спрямована протилежно до напрямку обертання на ведучому елементі передачі, а на веденому елементі – по обертанню. Радіальна сила завжди спрямована від місця прикладення до осі вала по радіусу.
Замінимо вал розрахунковою схемою у вигляді балки на двох опорах (А і В), (рис. 1.3) що є статично визначеною. Відповідно до схеми можна скласти 3 рівняння статичної рівноваги, що дозволяють визначити реакції у вертикальній V і горизонтальній H площині.
Рисунок 1.3 - Розрахункова схема валу.
Зазначимо, що
,
. Перевірку коректності визначення реакції опор виконуємо по складених рівняннях рівноваги балки у проекціях сил на вісі
:
;.
На вихідному валу на кінці виникає сила:
(1.42)
де dw
– діаметр ділильного кола вихідної муфти (де розташовані болти),
T4 – скрутний момент на вихідному валу.
Розрахуємо сумарний згинальний момент:
Значення згинальних моментів горизонтальній та вертикальній площин беремо з епюр (рис. 1.4). Максимальний сумарний момент буде дорівнювати:
(1.43)
Визначимо сумарні реакції опор:
Виходячи з цього розраховуємо дійсний діаметр валу:
Для розрахунку вала на опір втоми необхідно проаналізувати місця розташування небезпечних перерізів. Місцями небезпечних перерізів є посадкові поверхні під зубчастими колесами і шестернями, муфтами, шківами, зірочками (перерізи ослаблені шпонковим пазом) перерізи біля галтелей. Як видно з епюр згинаючих моментів, найнебезпечнішим концентратором напруг є посадкове місце під підшипник. Для цього концентратора напруг і будемо вести розрахунок, а розрахунки в інших небезпечних місцях розрахуємо і занесемо в таблицю.
Визначення амплітудних
,
і постійних складових
,
напруг згину і крутіння для нереверсивного валу.
(1.45)
де
- відповідно згинаючий і крутний моменти в розглянутому перерізі вала, Нм (визначаємо з епюр).
Визначення осьових моментів перерізу для кола під підшипник:
(1.46)
Для визначення запасу опору втоми вала необхідно визначити коефіцієнт запасу опору втоми, як по нормальним, так і по дотичним напруженням:
(1.47)
де
- межі витривалості при згині і крутінні із симетричним циклом зміни напружень [3].
МПа,
215 Мпа;
- коефіцієнти, що враховують вплив абсолютних розмірів вала [3].
;
- коефіцієнти концентрації напруг при згині і крутінні з урахуванням впливу шорсткості поверхні:
(1.48)
(1.49)
- коефіцієнти впливу шорсткості поверхні [3].
,
- ефективні концентрації напруг [3].
,
- коефіцієнти, що характеризують чутливість матеріалу до асиметрії циклу напруг при
МПа. [3]
- коефіцієнт зміцнення [3]
Запас опору втомі для валів із пластичних матеріалів:
(1.50)
Запас міцності оптимальний для співвісно - циліндричного трьохступінчатого редуктора – раніше прийняті значення діаметрів валів у небезпечних перерізах залишаються незмінними. Всі розраховані параметри наведено у таблиці 1.10.
Таблиця 1.10 - Розрахункові параметри для витривалості валу.
Параметр/ділянка
шпонка
підшипник
ущільнення
хвостовик
W нетто, мм3
44027
41417
33674
23146
σE
, МПа
41
65
61
67
Me
, Нм
1806
2713
2073
1558
a
2
2,5
2
2
Розміри l, мм:
105
55
28
105
dв
, мм
80
75
70
65
φ
0,08
0,16
0,12
0,13
b, мм (шпонка)
22
20
t1
, мм (шпонка)
9
7,5
Wк
нетто, мм3
94292-
82835-
67348-
50107
Σа
, МПа
20-
53,62457
40,59509
0
, МПа
9-
10-
13-
17-
3
2,35
2,35
2,15
2
1,45
1,45
2,1
1
1
1
1,1
1
1
1
1,1
3
2,35
2,35
2,25
2
1,45
1,45
2,2
0,1
0,1
0,1
0,1
0,05
0,05
0,05
0,05
β
2,8
2,8
2,8
2,8
370
370
370
370
215
215
215
215
0,68
0,68
0,69
0,7
0,68
0,68
0,69
0,7
11,3116
5,590324
7,493203
-
20,4794
24,39458
20,10715
10,21426
9,901599
5,449074
7,021483
-
Виконавши усі необхідні розрахунки конструктивних елементів редуктора, розроблюємо 3D-модель вузла за допомогою сучасної CAD-cистем "КОМПАС 3D" фірми "АСКОН". Також створене складальне складальне креслення та специфікація до нього, яка наведена в додатку А.
Для з’єднання вала двигуна з вхідним валом редуктора призначаємо пружну втулочно пальцеву муфту, вона буде пом’якшувати удари та коливання виникаючі при пуску та роботі електродвигуна компенсувати зсув валів.
Вибираємо муфту по розрахунковому обертовому моменту
Нм, діаметру кінців валів, що з’єднуються
мм
Матеріал напівмуфт: сталь 35 ГОСТ 1050-88, пальців сталь 45 ГОСТ 1050-88, втулки – спеціальна гума. Розміри її і параметри приведено в таблиці 1.11.
Для встановлення на вихідному валу вибираємо зубчасту муфту. Вона є самоустановлювальною універсальною муфтою, має невеликі розміри і масу, володіє великою навантажувальною здатністю. Вона компенсуватиме зсуви валів, як осьове та радіальне так і кутове.
Для зниження втрат на тертя і збільшення довговічності і збільшення довговічності зубців муфта заповнюється олією. Розміри її і параметри приведено в таблиці 1.12.
Для контролю розмірів тихохідного валу вибираю універсальні вимірювальні засоби. При вибиранні вимірювальних засобів враховую похибки виміру
[5, с.244], що припускається, а також граничну погрішність виміру приладів
[5, с.306…311]. При цьому повинна виконуватися умова:
(2.1)
Вибрані вимірювальні засоби приведені в таблиці 2.1.
В наданім курсовому проекті необхідно розрахувати калібр-пробку і калібр-скобу для отвору
і для валу
.
Для розрахунку розмірів калібрів обираємо за [5, с.266…269] наступні дані:
– зміщення поля допуску калібру всередину поля допуску деталі Z
(Z1
) и a (a1
);
– допустимий вихід розміру зношеного калібру за границю поля допуску калібр-пробки Y
і калібр-скоби Y1
;
– допуск на виготовлення калібр-пробки H
і калібр-скоби H1
;
– допуск на виготовлення контркалібра для пробки Hp
.
Граничні розміри для отвору
:
(2.2)
За [5, с. 266…269] для IT
7 і інтервалу розмірів 50…80 мм знаходимо данні для розрахунку калібрів Z
= 0,004 мм; Y
= 0,003 мм; a = 0 мм; H
= 0,005мм. Формули для розрахунку розмірів калібрів за [5, с. 270].
Граничні розміри прохідного нового калібру-пробки:
(2.3)
Виконавчий розмір калібру-пробки ПР
80,0065–0,005
.
Найменший розмір зношеного прохідного калібру-пробки:
(2.4)
Коли калібр ПР
матиме цей розмір, його потрібно вилучити з експлуатації.
Граничні розміри непрохідного нового калібру-пробки:
(2.5)
Виконавчий розмір калібру-пробки НЕ
80,0325–0,005
.
Граничні розміри для валу
:
(2.6)
По [5, с. 266…269] для IT6 і інтервалу розмірів 50…80 мм знаходимо дані для розрахунку калібрів a1
= 0 мм; Z1
= 0,004 мм; Y1
=0,003 мм; Н1
=0,005 мм; Нр=0,002 мм. Формули для розрахунку розмірів калібрів по [5, с. 270, табл. 2].
Граничні розміри прохідного нового калібру-скоби:
(2.7)
Виконавчий розмір калібру-скоби ПР
80,145+0,004
.
Найбільший розмір зношеного прохідного калібру-скоби:
(2.8)
Коли калібр ПР матиме цей розмір, його потрібно вилучити з експлуатації.
Граничні розміри непрохідного нового калібру-скоби:
(2.9)
Виконавчий розмір калібру-скоби НЕ
79,9995+0,004
.
Граничні розміри прохідного контркалібру:
(2.10)
Виконавчий розмір контркалібру К–ПР
80,017–0,0015
.
Граничні розміри контркалібру для контролю зносу:
(2.11)
Виконавчий розмір контркалібру К–И
80,024–0,0015
.
Граничні розміри непрохідного контркалібру:
(2.12)
Виконавчий розмір контркалібру К–НЕ
80,001–0,0015
.
Розраховані параметрі зображені на малюнку 2.1 і 2.2.
Рисунок 2.1- Схеми полів допусків на виготовлення калібру-пробки
Рисунок 2.2 - Схеми полів допусків на виготовлення калібру-скоби
Отже, враховуючи вище наведені розрахунки отримуємо розроблюємо креслення калібру-скоби для контролю діаметру ø80k7. Ескіз калібру-скоби наведений в додатку Б.
Контролюю точність циліндричного косозубого колеса з наступними параметрами: mn
= 6 мм; z = 71;
; d = 420 мм;
Ступінь точності 9-С.
Бічний зазор в зубчатій передачі визначається як зазор, що забезпечує вільний поворот зубчатого колеса при нерухомому зубчатому колесі, що сполучається. З метою забезпечення гарантованого бічного зазору здійснюється додатковий зсув початкового контуру зубонарізного інструменту.
Бічний зазор можна контролювати хордовим зубоміром шляхом вимірювання товщини зуба по постійній хорді.
Визначаю номінальну товщину зуба по постійній хорді [5]: Sc
= 1,387· mn
= 1,387·6= 8,322 мм.
Висота до постійної хорди [2, с.358, табл.5.29]: hc
= 0,7476 · mn
= 0,7476· 6 = 4,4856 мм.
Найменше відхилення товщини зуба по постійній хорді: Ecs
= - 0,090 мм. Допуск на товщину зуба по постійній хорді при Fr
= 0,105 мм [2]: Тс
= 0,080 мм.
Найбільше відхилення товщини зуба по постійній хорді:
;(2.13)
Таким чином, товщина зуба по постійній хорді, що проставляється в таблиці параметрів на робочому кресленні зубчатого колеса рівна:
.
В умовах великосерійного виробництва в контрольний комплекс входять:
- контроль коливання вимірювальної міжосьової відстані за один оборот колеса
;
- контроль коливання довжини загальної нормалі
.
Визначаю допуск на коливання вимірювальної міжосьової відстані за один оборот колеса
[5, с.181, табл.2]:
= 0,09 мм.
Для контролю коливання вимірювальної міжосьової відстані застосовується межосемер МЦМ-630 [5].
Допуск на коливання довжини загальної нормалі для коліс 8 ступені точності і грубіше не нормується.
Для контролю плавності ходу в контрольний комплекс входять:
- контроль коливання вимірювальної міжосьової відстані на одному зубі
;
- контроль відхилення кроку зачеплення
- контроль відхилення кроку
Визначаємо допуски на ці величини [5, с.188]:
= 0,040 мм;
= ± 0,022 мм;
= ± 0,040 мм.
Для контролю параметрів
и
застосовується межосемер МЦМ-630.
Для контролю параметра
використовують шагомір БВ 5043 [5].
Для контролю плавності контакту основним показником повноти контакту зубів є сумарна пляма контакту. Відносні розміри сумарної плями контакту [5]:
- по висоті зубів
20 %;
- по довжині зубів
25 %.
Контроль показників повноти контакту здійснюють на верстаті контрольного обкату при зачепленні із зразковим колесом.
Рисунок 2.3 - Схема контролю тангенціальним зубоміром:
Рисунок 2.4 — Схема контролю хордовим зубоміром: 1, 2 — шкала и ноніус для установки приладу на розмір hC
; 3, 5 — вимірювальні губки; 4 — упор, установлюваний на вершину зуба; 6, 7 — ноніус і шкала для відліку товщини SC
Рисунок 2.5 — Схема вимірювання зубомірним мікрометром
Рисунок 2.6 — Схема контролю зубчатого вінця биттеміром:
Деталь є вихідним валом триступінчатого циліндрового співвісного редуктора з діаметрами, що зменшуються, від середини до країв деталі. Вона виготовляється із сталі 40Х ГОСТУ 4543-71. Це конструкційна легована сталь, що містить 0,4 % вуглецю, до 1,5% хрому. Ця сталь має погані ливарні якості, тому використовувати як заготівку лиття в піщаних формах не допустимо. На кресленні вказана твердість поверхонь деталі після термообробки HRB 220.260. Як термообробка прийнято поліпшення. Як технологічна і вимірювальна база прийнята вісь центрів деталі, що є технологічним, оскільки не порушується принцип єдності баз. На кресленні деталі є всі види, перетини і розрізи необхідні для того, щоб представити конструкцію деталі.
Для полегшення установки підшипників на деталі виконані західні фаски. Жорсткість деталі визначимо по формулі:
(3.1)
де l – довжина деталі, l = 450 мм;
- приведений діаметр деталі:
(3.2)
де
,
- відповідно, діаметр і довжина i-тої ступені деталі;
n – кількість ступній деталі.
Тоді
Тоді
Оскільки жорсткість деталі значна і не перевищує критичного значення, рівного 10, то для обробки деталі не потрібні люнети, а режими різання можуть бути максимально можливими.
Всі поверхні деталі доступні для обробки і вимірювань. Можливе використання високопродуктивного устаткування і стандартного технологічного оснащення.
Центрування валу і маточини муфти здійснюється ковзаною посадкою, що крутить момент передається за допомогою з'єднання шпони. Це накладає додаткові вимоги до цієї поверхні (шорсткість Ra 1,6 мкм), яка виконана по 9 квалітету. Оскільки обробка цапф передбачає шліфування і полірування, на валу передбачені канавки для виходу шліфувального круга, виконані по зовнішньому циліндру і торцю ГОСТ 8820-69 исп.4. Деталь має хвостовик для з'єднання із зірочкою ланцюгової передачі за допомогою муфти. До поверхонь деталі ø45k7, ø50js7, ø80k7, ø75n7 пред'являються особливі вимоги формою циліндричності і співвісності щодо осі деталі. Його величина не повинна перевищувати 0,08 мм і 0,02 відповідно. При витримці цих вимог виникають технологічні труднощі. Ці поверхні деталі є найбільш точними. Забезпечення цієї точності вимагає обробки абразивним інструментом.
Нетехнологічними елементами є:
1. Наявність на поверхні ø80k7 закритого паза шпони, що утруднить його обробку.
2. Призначення канавок для виходу шліфувального круга, приведе до ослаблення перетину деталі і приведе до пониження жорсткості на поверхнях ø45k7, ø50js7, ø80k7, ø75n7.
Не дивлячись на вказані недоліки деталь в цілому технологічна.
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, з прокату, куванням або штампуванням.
Оскільки матеріал заготівки – сталь 40Х не є придатною для лиття, то метод отримання заготівки з литва неприйнятний.
Слід зазначити що сталь 40Х добре деформується. Тому виходячи з величини річної програми випуску деталей, особливості конструкції деталі (змінному поперечному перетину і габаритності) і рекомендацій [1] одним з методів отримання заготівки вибираємо поковку в підкладних штампах.
Порівняємо два варіанти отримання заготівки з круглого сортового прокату і поковкою в підкладних штампах. У одиничному і дрібносерійному виробництві раціональне виготовлення куванням дрібних (масою 0,2...20 кг) і середніх (масою 20...350 кг) поковок. Процес кування складається з декількох етапів: нагріву металу; виконання ковальських операцій (як правило, на одному пресі або молоті); первинної термічної обробки поковки (відпал, нормалізація і т. п.). Складні поковки вимагають збільшеного числа операцій, серед яких однойменні можуть повторюватися два і більше разів. Напівфабрикат поковки поступає в піч на додатковий підігрів (один або більше разів, залежно від складності поковки).
Кування виконують на кувальних молотах і гідравлічних пресах. Фасонні поковки масою понад 100 кг і прості поковка масою понад 750 кг переважно виготовляти на гідравлічних пресах.
Параметр шорсткості поверхні поковок складає R,=320„,80 мкм, а при використанні підкладних штампов-Rz=30...40 мкм. Коефіцієнт вагової точності поковок не перевищує 0,3...0,4, що викликає великий об'єм механічної обробки. Тому в умовах дрібносерійного виробництва рекомендується застосовувати нескладні підкладні штампи, групове або секційне штампування.
При партіях поковок одного найменування більше 30...50 штук застосовують відкриті або закриті підкладні штампи. Це дозволяє отримувати поковки щодо складної форми без напуску з припусками і допусками на 15...20 % менше, ніж при куванні універсальним інструментом. Підкладні штампи застосовують для отримання поковок масою до 150 кг, але переважно до 10...15 кг.
Розрахуємо розрахункову масу поковки:
,(3.3)
де МД
– маса деталі; kp
– коефіцієнт для орієнтовної розрахункової маси поковки (Табл.20,ГОСТ 7505-89) .
Призначаємо припуски на механічну обробку (табл.3.1).
Таблиця 3.1 – Вибір припусків и допусків на оброблювальні розміри
Розмір, мм
Припуск на розмір, мм
Допуск на розмір,мм
Розрахунок розмірів заготовки, мм
450h14
8,0
458
Æ90h14
8,0
Æ98
Æ50 h14
6,0
Æ56
Визначимо масу поковки по залежності:
(3.4)
де ρ=7810 - щільність металу, кг/м3;
К - коефіцієнт, враховуючий відходи металу;
V3- об’єм заготовки, який дорівнює сумі об’ємів заготовки V1+V2 на окремих ділянках поковки, звідси,
(3.5)
Підставивши числові значення отримаємо:
Gз=7810·3,14·(0,03552·0,140+0,0492·0,318) · 1,1= 25,36 кг.
Визначимо коефіцієнт використання металу по формулі:
(3.6)
де Gg- маса деталі, звідси:
Після отримання заготівки, останню відпалюють в індукційній печі до твердості НВ 220.260. Спосіб очищення після відпалу заготовки - слюсарний. Технічні вимоги на заготівку: штампувальні ухили повинні бути виконані не більше 10˚, радіуси не більше 5 мм. Граничні відхилення згідно рекомендацій [1].
Рисунок 3.1 – Ескіз поковки вал-вихідний
Для остаточного вибору способу отримання заготівки визначимо витрати на отримання заготівки з прокату і поковки.
Визначимо вартість заготівки з круглого сортового прокату діаметром 100 мм і завдовжки 460 мм
М= Qзп ·S – (Qзп – q )·Sотх,(3.7)
де Q – маса заготовки, S - вартість 1 кг матеріалу, q – маса деталі, Sотх
- вартість відходів, Qзп- маса заготовки з врахуванням витрат при нарізанні.
Довжина прокату для нарізки заготовок Lпр= 5000 мм. Втрати на затиск при нарізці на механічних пилах lзаж= 100 мм. Ширина реза lр= 8 мм, довжина обрізка торця lоб = 0,3.0,5•d ~50 мм.
Кількість заготовок, отриманих з прийнятої довжини визничимо за формулою:
Х = (Lпр- lзаж – lоб)/(lз + lр),(3.8)
Х = (5000 – 100 –50)/(460 + 8) = 10,36, шт
Приймаємо х = 10 шт. Залишок довжини:
Lнк = 5000 - 100 -50 - (460+8)·10 = 170 мм
Загальні втрати матеріалу при нарізці прокату складає в процентному відношенні до довжини прокату:
Маршрут обробки деталі визначимо виходячи з точності, шорсткості, форми поверхні, матеріалу деталі і технічних вимог до виготовлення. Для цього деталь представимо, як сукупність окремих поверхонь. Тоді, використовуючи рекомендації [5, 6], порядок обробки поверхонь представляємо у вигляді таблиці (см. табл. 3.2.).
Таблиця 3.2- Технологічний процес обробки елементарних поверхонь деталі
№
п/п
Конструктивний розмір
Якість поверхневого шару
Технологічні переходи при обробці елементарної поверхні
Досяжний рівень якості
Квалітет
Шорсткість Rа
,мкм
Квалітет
Шорсткість Rа
,мкм
1
2
3
4
5
6
7
1
Підрізка торців
14
250
Фрезування
10
6,3
2
Центрові отвори
10
6,3
Свердлування
9
6,3
3
Æ90h10
14
250
Чорнове точіння
12
12,5
4
Æ80k7
10
1,25
Чорнове точіння
12
12,5
Чистове точіння
10
5
Попереднє
шліфування
8
3,2
Чистове шліфування
7
1,25
5
Æ75n7
10
5
Чорнове точіння
12
12,5
Чистове точіння
10
5
Попереднє
шліфування
8
3,2
Чистове шліфування
7
0,8
6
Æ70k7
10
5
Чорнове точіння
12
12,5
Чистове точіння
10
5
Попереднє
шліфування
8
3,2
Чистове шліфування
7
0,8
Полірування
7
0,32
7
Æ65d9
10
5
Чорнове точіння
12
12,5
Чистове точіння
10
5
Попереднє
шліфування
9
3,2
Чистове шліфування
9
1,6
8
Æ50js7
14
250
Чорнове точіння
12
12,5
Чистове точіння
10
5
Попереднє
шліфування
8
3,2
Чистове шліфування
7
0,8
9
Æ45k7
10
5
Чорнове точіння
12
12,5
Чистове точіння
10
5
Попереднє
шліфування
8
3,2
Чистове шліфування
7
0,8
10
Канавки під вихід шліфувального круга, фаски.
Однократне точіння
10
11
Канавки під вихід шліфувального круга, фаски
Однократне точіння
10
12
Канавки під вихід шліфувального круга, фаски
Однократне точіння
10
13
Канавки під вихід шліфувального круга, фаски
Однократне точіння
10
14
Канавки під вихід шліфувального круга, фаски круга, фаски
Однократне точіння
10
15
Канавки під вихід шліфувального круга, фаски
Однократне точіння
10
16
Точіння фаски
14
250
Однократне точіння
10
17
Точіння фаски
14
250
Однократне точіння
10
18
Точіння фаски
14
250
Однократне точіння
10
19
Точіння фаски
14
250
Однократне точіння
10
20
Точіння фаски
14
250
Однократне точіння
10
21
Точіння фаски
14
250
Однократне точіння
10
22
Точіння фаски
12
12,5
Однократне точіння
10
5
23
Точіння фаски
12
12,5
Однократне точіння
10
5
24
Шпонковий паз
9
6,3
Фрезування
9
6,3
25
Шпонковий паз
9
6,3
Фрезування
9
6,3
У зв'язку з цим операції механічної обробки валу можна розташувати в наступному порядку:
I. Фрезерна – центрувальна.
На цій операції проводять фрезерування торців валу і свердлення центрових отворів.
II. Токарна чорнова.
Проводять точіння всіх поверхонь заготівки з переустановом і залишаючи припуск під чистову обробку.
III. Токарна чистова
Роблять точіння ø45k7, ø50js7, ø80k7, ø75n7, ø70k7, ø65d9, ø90h12, з припуском під шліфування, а також проводять точіння всіх фасок і канавок.
IV. Вертикально-фрезерна
Проводять фрезерування відкритого і закритого паза шпони 20N9 і 22N9.
VI. Круглошліфувальна
Проводять попереднє і остаточне шліфування ø80k7, ø75n7, ø70k7, ø65d9.
VI. Круглошліфувальна
Проводять попереднє і остаточне шліфування ø45k7, ø50js7.
Порядок і складений маршрут технологічного процесу обробки заготівки внесені до маршрутних карт і приведені в додатку В.
Вибір обладнання для механічної обробки вала-шестерні проведемо на основі серійного типу виробництва, габаритів деталі, маршруту обробки заготівки. Для цих параметрів, які характеризують виробництво та кінцевий виріб, економічно доцільно застосовувати високопродуктивне універсальне обладнання, а для точного нарізання зубчастого вінця шестерні – зубофрезерний напівавтомат. Зробимо вибір металообробного обладнання з урахуванням розробленого маршруту обробки заготівки. Дані по вибору верстатного обладнання для механічної обробки зведемо у таблицю 4.3.
Таблиця 3.3 - Результати по вибору обладнання для механічної обробки деталі
Вид операцій
Тип верстата
Марка верстата
Потужність електродвигуна N, кВт
Фрезерно-центрувальний
Фрезерно-центрувальний напівавтомат
МР-73
10
Токарна (чорнова)
Токарно-гвинторізний
16К20
11
Токарна (чистова)
Токарно-гвинторізний
16К20
11
Вертикально-фрезерна
Консольний вертикально-фрезерний верстат
6Р12
5,5
Круглошліфувальна
(попередня)
Круглошліфувальний
ЗМ151
10
Круглошліфувальна
(остаточна)
Круглошліфувальний
ЗМ151
10
Для здійснення розробленого технологічного процесу на обраному металообробному обладнанні потрібно зробити вибір різального та вимірювального інструменту.
Для вибору використовуємо бібліотеки нормалізованого інструменту та приладдя, а також рекомендовані режимами обробки та потрібну якістю оброблюваних поверхонь.
Вибір вимірювального інструменту базується на вимірювальних можливостях інструменту, зокрема мінімальній дискретності інструменту.
Вибір допоміжного приладдя залежить головним чином від технології обробки, схем базувань та типу виробництва. Тому для технологічного оснащення за умов серійного виробництва широко застосовується спеціальне приладдя.
Результати вибору різального та вимірювального інструменту, а також допоміжного приладдя заносимо до таблиці 3.4.
Таблиця 3.4 – Результати вибору різального та вимірювального інструменту та допоміжного приладдя
Міжопераційні припуски на механічну обробку поверхонь деталі визначимо, виходячи з рекомендацій [9] та розробленого маршруту обробки.
Визначимо загальний припуск на механічну обробку поверхонь вала. Розподіл на операційні припуски, згідно рекомендацій [2], будемо виконувати з останніх операцій.
Для визначення міжопераційних розмірів деталі скористуємося схемами розташування полів припусків і допусків.
Призначимо припуски та допуски на розмір Ø75k6. Загальний припуск на обробку поверхні:
, (3.10)
де
- загальний номінальний припуск на механічну обробку поверхні деталі;
- номінальні припуски під чорнове та чистове точіння;
- номінальні припуски на попереднє та остаточне шліфування.
Величину припусків на токарну обробку поверхонь та шліфування визначимо, виходячи з рекомендацій [9]:
2ZMIN ТОЧ.ЧИСТ.
= 0,4 мм
2ZMIN ШЛ.ПРЕДВ.
= 0,13 мм
2ZMIN ШЛ.ЧИСТ.
= 0,063 мм
Припуск на чорнове точіння отримаємо відніманням мінімально допустимого розміру заготівки після чорнового точіння з мінімально допустимого розміру після поковки:
Величину допусків на операційні розміри визначаємо виходячи з рекомендацій [3]:
ТТОЧ.ЧЕРН.
= 0,35 мм
ТТОЧ.ЧИСТ.
= 0,14 мм
ТШЛ.ПРЕДВ.
= 0,054 мм
ТШЛ.ОКОНЧ.
= 0,030 мм
Допуск на заготівку визначимо з рекомендацій [9]:
Схема полів допусків для обраного маршруту обробки поверхонь наведена на рисунку 3.2. Результати розрахунку заносимо до таблиці 3.5.
Таблиця 3.5 – Результати визначення операційних розмірів