Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Выпускная квалификационная работы выполнена на основе базы АО «Вологодский оптико-механический завод».

ВОМЗ - предприятие, которое на сегодняшний день успешно развивается и является многопрофильным предприятием. На нём производится продукция медицинского и гражданского назначения, такая как тепловизионная, оптико-электронная. Главная задача завода - это выпуск наиболее качественной продукции.

На заводе технология и разработка приборов постоянно усовершенствуется и направлена главным образом на потребителей. Ассортимент продукции стабильно расширяется. Качеством продукции служат отличное управление и постоянное повышение квалификации персонала. редуктор привод коллиматор визир

Прицелы, которые создаются на Вологодском оптико-механическом заводе входят в категорию 100 лучших товаров России.

Комплектующие детали к системе управления огнем для танков и боевых машин выпускаются на данном предприятии. Спрос на такие приспособления повышается все больше. Одним из таких комплектующих является коллиматор встроенный. В данной ВКР представлен узел «привод с редуктором», который входит в конструкцию коллиматора [12].



1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ВКР

1.1 Разновидности прицелов

Сейчас оптические приборы широко применяются в военном деле и в повседневной жизни. К ним относятся: прицельные и угломерные устройства, приборы для наблюдения, фотоаппараты, сигнальные приборы связи, дальномеры, приборы управления артиллерийской стрельбой и центральной наводки.

Устройство, которое используется для наведения дальномерного или наблюдательного прибора на заданную точку в пространстве это визир. Например, наводка, мишень, прицел.

Задача прицела- это помочь человеку попасть в цель с наименьшей подготовкой.

В узком смысле, прицел - это устройство, которое применяется для наведения оружия на цель. В прицельных приспособлениях используют различные оптические устройства: мушки, лазерная подсветка или оптические прицелы с несколькими линзами. Прицелы состоят из мушки, которая специально установлена и бывают с ограничениями, а также с прицельным целиком( часть прицельного приспособления в оружии). Мушка регулируется по вертикали, а прицел- по направлению.

Все прицелы делятся на три категории:

· оптические прицелы (оснащаются прицельной сеткой и являются зрительной трубкой);

· коллиматорные прицелы (не имеют приближающего эффекта, стрельба ведётся по прицельной точке - маркеру);

· голографические прицелы (прицельная сетка, кольцо, крест и т.д. в виде голограммы «подвешивается» в воздухе, по ней ведётся прицеливание).

Ещё есть ночные прицелы, а также коллиматорные прицелы с приближающим эффектом.

Рассмотрим типы прицельных устройств.

Кольцевые (сквозные или ортоптические прицелы).

Кольцевой прицел - первый прицел, который был использован человеком. На ложе оружия закреплялось кольцо, а мушка была укреплена рядом с местом вылета снаряда. Данные прицелы были изобретены за границей и ими снабжали арбалеты и самолеты. Стрелковые приспособления отлично подходят для установки на гладкоствольные ружья. В них линия прицела больше в два раза, потому что их устанавливают на небольшое расстояние от глаза стрелка на шейке ложи. Чем ближе к глазу поставлен сквозной прицел, тем лучше, поскольку глаз не должен рассматривать отверстие кольца (диска), к глазу попадает меньше посторонних световых лучей, и одновременно удлиняется прицельная линия. Чтобы не произошло удара в глаз при стрельбе, на кольцевой прицел может надеваться трубка-наглазник. На рисунке 1 представлен кольцевой прицел [11].

Достоинства: хорошая видимость цели и большая скорость прицеливания. Недостатки: за пределами апертуры видимость минимальная из за целика.

Рисунок 1 - Кольцевой прицел

Открытые прицелы.

Открытые прицелы используются довольно часто в настоящее время. Устройство заключается в расположении целика и мушки на одной оси. Наведение на цель происходит при достижении соосности. Прицельная планка может настраиваться по горизонтали и вертикали. Для упрощения прицеливания в сумерках распространение получают мушки зеленого и красного цвета. Приспособление удобно для стрельбы как по подвижной цели, так и для неподвижной.

Достоинства открытых прицелов заключаются в простоте и прочности, а так же малый вес и относительно недорогая стоимость.

Недостатки: малая точность стрельбы и плохо регулируется прицел на мишень, из - за невозможности сконцентрировать взгляд на всех трех точках( целик, мушка и цель).

На рисунке 2 представлен открытый прицел.

Рисунок 2 - Открытый прицел

Диоптрические прицелы.

В таких прицелах отверстие в целике не больше размера зрачка глаза, поэтому мишень видна с большой резкостью. Щиток целика перекрывает практически весь обзор. Диоптрический прицел самый точный, но пригоден только для стрельбы по неподвижным целям. Используется в основном в спортивной стрельбе. Пример изображен на рисунке 3.

Достоинства: кучность стрельбы.

Недостатки: Отсутствие обзора и маленькое поле зрения.



Рисунок 3 - Диоптрический прицел

Оптические прицелы.

Для особо точной стрельбы такие прицелы самые подходящие. Главная особенность - это увеличение цели. В окуляре прицела видна прицельная сетка и мишень, и поэтому при перекрестье достигается прицеливание. Глаз человека при этом находится на определенном расстоянии. Если делать все правильно , то окружных теней не будет видно (рисунок 4).

Рисунок 4 - Пример оптического прицела



Классифицируют оптические прицелы по диаметру линзы и по кратности увеличения. На маркировке указывают эти параметры.

Существуют прицелы малой и большой кратности. Оружие, прицел у которого малой кратности (3х-4х) применяется для стрельбы на небольших расстояниях (рисунок 5). Чем больше кратность прицела, тем меньше зона видимости. Подвижную цель сложнее поймать в область прицела, что приведет к быстрой утомляемости глаза. Используя большие объективы, можно увеличить видимость и удобство для попадания в цель.

Рисунок 5 - Прицел малой кратности

При большой кратности прицела (от 6 и выше) расстояние обзора увеличивается более чем на 20 м. Такие приспособления применяют для статических целей. Использование более близкого расстояния не рекомендуется из - за сложности в фокусировки (рисунок 6).

Рисунок 6 - Прицел большой кратности

Данные прицелы рационально использовать в военном деле. Они очень тяжелые и больших размеров. Даже маленькую цель можно увидеть на большом расстоянии, используя такое приспособление. Регулировка прицела происходит при перемещении прицельной сетки вверх и вниз. На некоторых прицелах прицельная сетка подсвечивается в темноте. С её помощью можно измерить расстояние до мишени, если знать характеристики сетки. При покупке оружия прилагается инструкция для регулировки дистанции с помощью прицельной сетки. Стрелки применяют резиновые наглазники для того чтобы боковые блики света не мешали прицеливаться. А для людей с близорукостью имеется регулировка диоптрий.

Огнестрельное оружие требует большой прочности оптического прицела из-за большой отдачи и вибрации, в отличие от пневматического. Чтобы прикрепить прицел к оружию используют кронштейны в виде двух отдельных или соединенных колец (рисунок 7).

Рисунок 7 - Пример крепёжного кронштейна

В эти кольца зажимается трубка прицела, а они уже закрепляются на стволе оружия. Существует два способа крепления - это ласточкин хвост и планка вивер. Достоинства: увеличение цели и удобное прицеливание.

Недостатки: габаритность, большая цена и сложное устройство.

Коллиматорные прицелы.

Самые лучшие прицелы для подвижной мишени - это коллиматорные прицелы. Первое применение таких прицелов появилось в авиации. В стрелковом оружии начали использоваться совсем недавно (рисунок 8).



Рисунок 8 - Прицел коллиматорный

При прицеливании человек должен совместить прицельную марку с целью. Совмещение оптической оси с глазом не требуется. Для точной стрельбы положение оружия относительно глаза не критично. Такой прицел хорошо подходит для охоты.

Устройство коллиматорного прицела заключается в том, что на линзе отражается марка и через эту же линзу человек видит мишень, при этом совмещая прицельную марку и цель происходит наведение оружия.

Существует прицелы открытого и закрытого типа.

В закрытом типе в корпусе в виде трубки располагается источник света. Окуляром является дополнительная линза, которая располагается сзади трубки, а впереди отражающая линза образует объектив. Поэтому источник света закрыт внутри и не подвергается загрязнению. Но при этом сокращается поле зрения и ухудшается обзор (рисунок 9).

Приборы открытого типа (рисунок 10) состоят лишь только из одной линзы и источника света. Данная система дает отличную видимость стрелку, например как задача заметна сквозь маленькую рамку с линзой. Но эта система подвержена загрязнению и воздействию погодных условий, собственно, что имеет возможность ухудшать проецируемое на линзу изображение [11].



Рисунок 9 - Закрытый тип коллиматорного прицела

Рисунок 10 - Открытый тип

Такие прицелы закрепляются именно на ствольную коробку, крепления случаются 2-ух типов ласточкин хвост и вивер.

Достоинства: хороший прицел по движущим мишеням и по неподвижным. Размеры и масса малы в сопоставлении с оптическими прицелами. Вероятность долгой стрельбы без утомления глаз. Комфорт применения на пистолете.

Недостатки: прицел открытого типа имеет возможность загрязняться.

Лазерные целеуказатели (ЛЦУ).

Зачастую их называют лазерные прицелы. Суть в том, что в них создаётся лазерный луч. Ось этого луча и ствол прибора должны быть параллельны. При помощи луча происходит наведение на требуемый объект. Удобен в использовании на небольших расстояниях. Для маленьких целей нужно учитывать что ось луча смещена относительно ствола.

Такие приспособления для армейского оружия не используются, потому что видимый луч выдает расположение человека, стреляющего в цель (рисунок 11). Приходится заменять на невидимый световой спектр, при этом метку луча стрелок может видеть.

Достоинства: Стрельба происходит в большинстве случаев по неподвижным целям. Можно стрелять, не смотря на ружьё. Для пистолета подходит больше всего.

Недостатки: Легко обнаружить стрелка. На длинные расстояния использование не целесообразно. Быстро засоряется.

Рисунок 11 - Лазерный прицел для ружья

Выше представлена небольшая классификация прицелов. Существуют еще разные виды прицелов. Изначально они применялись только на ружьях или на пистолетах. С развитием приборостроения, машиностроения и военной промышленности в целом, прицелы стали применяться и на боевых машинах.

1.2 Система управления огнём

Мировое танкостроение охарактеризовывается большим использованием электроники при усовершенствовании танков. Наибольшее распространение получила система управления огнём (СУО).

Бронированные боевые машины обладают 4-мя признаками:

-хорошая защита;

-большая огневая мощь;

-подвижность;

-управляемость при помощи заданных команд.

Огневая мощь является самым главным признаком данных машин. Цель такой мощи заключается, в минимальном попадании в объект и минимальный расход снаряжения. Точность, эффективность и скорость стрельбы - основные особенности этого признака. Для увеличения дистанции боя потребовалось улучшение прицелов.

В середине 20 века в СССР были разработаны танки со стабилизирующим вооружением, которые более результативно справлялись с танками противника на ходу. Далее появились дальномеры и более мощные стабилизаторы. Лишь только в конце 20 в. были созданы автоматизированные СУО. С помощью таких систем боевые машины за секунды уничтожали заданный объект. Такая система автоматическая, то есть она сама измеряет дальность цели, погодные условия, угловую скорость и цели и танка, изгиб ствола пушки и некоторые другие характеристики. При помощи исполнительных датчиков стабилизатора учитывает их. То есть военнослужащему остается всего лишь навести на мишень прицельную марку, при помощи дальномера вычислить расстояние и после перезарядки снаряда, сделать выстрел.

Система управления огнём состоит из автоматических датчиков для распознавания условий стрельбы, баллистического вычислителя и прицел со стабилизирующей линией визирования в 2-х плоскостях. Пример современной СУО. В наше время проблема опознавания целей еще не решена. Путь решения заключается установке специального устройства на танках и улучшения дальномера. Главная проблема- это достижение надежности работы таких СУО.



Рисунок 12 - Современная СУО

ВОМЗ начал исследование и разработку такой системы в начале 19 века примерно в 70-80х годах. Главная трудность была в колоссальном недостатке опытных специалистов для основного проектирования и производства. Все конструкторские чертежи и необходимая документация делалась инженерами без применения САПР. Для этого требовалось большое количество персонала. Создание деталей и сборок велось на универсальных станках.

На сегодняшний день происходит перевод ручной документации в компьютерную, а также создание и усовершенствование конструкций, созданных в прошлом столетии.

1.3 Цель и задачи ВКР

Целью данной работы становятся - модернизация конструкции и технологии изготовления привода с редуктором коллиматора встроенного визира оптического устройства.

Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Создать автоматизированную модель привода с редуктором при помощи специальной программы.

2. Разработать разнесенную сборку данного узла для наглядности всех деталей, входящий в данную сборку.

3. Создать каталог разнесенной сборки привода с редуктором.

4. Провести мини-исследование напряжённо-деформированного состояния выбранной детали.

5. Создать конструкторскую документацию.

6. Разработать технологию изготовления детали «Колесо зубчатое».

7. Создать программу ЧПУ с помощью SprutCam.



2. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Характеристика прибора наведения огня

Рассмотрим прицел-дальномер устройства наведения огня - прибор 1Г46. Прибор 1Г46 применяется в системе управления огня танка Т-90 и на модернизированных моделях Т64Б, Т72. Он предназначен для прицельной стрельбы, обнаружения цели и наблюдения за ней.

Диапазон измерения дальности прибора от 400 до 5000 м.

Плавная кратность увеличения 2,7-.

Прибор 1Г46 (рисунок 13) используется для наблюдении и опознавания цели, визирования стрельбы из пушки и связанного с ним пулемета, указания на цель орудия.

Основными составляющими является головка, информационный блок, стабилизирующий блок, пульт управления, прицел, дальномер лазерного типа, датчик временных периодов. К нему присоединяются монтажный комплекс с электроблоком. Применяется двухплоскостная стабилизация области визирования.

В приборе 1Г46 разработан встроенный контроль ведущих параметров, обеспечивающий автоматическую компенсацию отклонения мушки прицеливания.

Прицел дальномер боевой машины - прибор наведения включает в себя оптический прицел с линзой, дальномер лазерного типа, блок стабилизации, панукриотечискую систему линии прицеливания визира, головной пульт управления прицела. Обеспечен монитором, преобразовательной системой визирования цели, панукриотической системой прицельной марки с электромеханическим приводом и цифровым преобразователем. Визир связывает экран с преобразованной системой визирования марки и с блоком стабилизирующих линз через прицел и панкриотическую систему линии визирования. Цель этого прибора - повышение точности визирования и стрельбы [8].

Рисунок 13 - Прицел дальномера 1Г46

Главным минусов является то что, наивысшая точность может быть достигнута в том случае, если во время визирования будет обеспечена наиболее благоприятная кратность прицеливания. Помимо этого, прицел-дальномер не позволяет с достаточной точностью установить дальность прицеливания.

Основная цель прибора - увеличение точности визирования и точности выстрела, вероятность более точно определить расстояние до цели.

Установка автоматического перемещения точки прицеливания на наиболее максимальную кратность дальнометрирования, автоматическое распознавание размеров цели, угол прицеливания, расстояние до цели - основные технические задачи прибора.

Принцип действия работы прибора осуществляется следующим образом. Наводчик с помощью системы линз отслеживает мушку прицела, образованную проекцией системы прицельных марок, в виде целевой мушки на экране. В результате наблюдаемая цель через блок стабилизирующих линз поступает в объектив прицела. Управление выполняется пультом и стабилизирующим блоком, с помощью лазерного дальномера осуществляется измерение расстояния до цели. Параллельно при измерении расстояния сигнал с выхода пульта управления поступает на вход электромеханичекого привода панкриотической системы поля визирования, чем осуществляет перемещение прицела на наибольшую кратность увеличения (рисунок 14).

В завершении с помощью цифрового преобразователя поступающий сигнал с прибора наведения обрабатывается и посылается на вход визирующего прибора.

Представленный прибор прицел-дальномер позволяет обеспечить максимальную точность визирования стрельбы и возможность точного дальнометрирования.

Скорость линии визирования в горизонтальной и вертикальных плоскостях при наведении минимальная не более 0,05 град/с, плавного наведения 0,05-1 град/с, максимальная не менее 3 град/с.

Рисунок 14 - Прибор прицела-дальномера 1Г46

Основной частью прибора является корпус визира, к нему присоединяются с помощью креплений остальные части прибора.

Схема прицела показана на рисунке 15.



Рисунок 15 - Схема прицела 1Г46

В условиях боевых действий, колебания корпуса боевых машин носят случайный характер и при движении никогда не затухают. Это приводит к значительным перемещениям прицельной мушки относительно преследуемой цели, что не позволяет наводчику удержать цель. Для решения этой проблемы боевые машины оснащаются специальными устройствами - стабилизаторами вооружения.

Рассматриваемый нами прибор 1Г46 относиться к стабилизатором вооружения первого типа-двухплоскостным стабилизаторам. В стабилизаторах такого типа линия прицеливания и мушка, стабилизируются в вертикальной и горизонтальной плоскостях [8].

Стабилизаторы вооружения входят в систему управления огнем и классифицируются по трем признакам.

1.По принципу действие и числу плоскостей (рисунок 16).

Лазерный прицел-дальномер 1Г46 устанавливается на башне танка, состоит из стабилизирующего устройства, датчиков угла, вертикального и горизонтального зеркал.

Стабилизация орудия в вертикальной плоскости выполняется гиростабилизатором, кинематически связанным с вертикальным зеркалом, а в горизонтальной плоскости с горизонтальным зеркалом.

Рисунок 16 - Первый признак стабилизаторов вооружения

2.По принципу измеряемых координат и гироскопу (рисунок 17).

Рисунок 17 - Второй признак стабилизаторов вооружения



3.По типу ИП (рисунок 18).

Рисунок 18 - Третий признак стабилизаторов вооружения

При движении танка привод вертикальной наводки по сигналу датчика угла своевременно действует на орудие, установленное в цапфенных узлах башни, придавая ему положение, скоординированное с линией прицеливания. По такому же принципу осуществляется стабилизация в горизонтальной наводке.

Стабилизация вооружения обеспечивает повышенную меткость стрельбы из боевой машины на ходу путем указанного направления линии прицеливании и линии выстрела с достаточной высокой точностью. Выполнении таких операций в ручную невозможно, поэтому стабилизаторы работают автоматически, исключая непосредственное участие человека.

Для разъяснения работы стабилизации используем его функциональную схему (рисунок 19).

Основными элементами любой системы автоматического регулирования являются объекты управления и регулятор.

Объект управления представляет собой рабочий механизм, регулируемое усилие которого упорядоченно направляется.

Объектом регулирования в конструкции стабилизирующего вооружения являются электродвигатели.



Рисунок 19 - Функциональная схема стабилизатора

Регулируемыми характеристиками в стабилизаторах вооружения боевой машины могут быть угловое перемещение или угловая скорость. Изменение регулируемой характеристики обусловлено естественными свойствами объекта регулирования: реагировать на воздействие внешних нагрузок, которые нарушают заданный режим работы объекта.

Регулятор - комплекс автоматически действующих приборов, механизмов и машин, осуществляющих регулирование режима работы объекта по заданному настройками алгоритму.

Стабилизация вооружения обеспечивается путем сохранения заданного положения линии выстрела в вертикальной плоскости и в горизонтальной плоскости с помощью привода.

Стабилизация орудия осуществляется следующим образом. При движении боевой машины корпус колеблется, и эти колебания передаются блоку оружия даже в случае его полной уравновешенности и отсутствие маятниковости. Вследствие трения в опорах цапф блок оружия увлекается вслед за корпусом. При этом угол возвышения блока оружия отличается от заданного наводкой угла на величины отклонения. Величина отклонения тем больше, чем больше момент трения.

При наличии стабилизатора угловая скорость отклонения корпуса машины относительно заданного положения измеряется специальным датчиком угловой скорости, выполненным на основе трехстепенного гироскопа, который размещается в блоке центрального зеркала прицела наводчика.

В соответствии с величиной и знаком сигнала рассогласования исполнительный привод развивает вращающий момент, под действием которого возникает движение блока оружия относительно корпуса в противоположную сторону. Если скорость относительно движения сравняется со скоростью движения корпуса, то дальнейшее увеличение прекратиться.

При подходе корпуса к крайнему положению его скорость уменьшается, и становиться меньше скорости относительного движения блока оружия, развиваемой исполнительным приводом. Оружие начинает перемещаться назад к исполнительному положению, и рассогласование уменьшается. Соответственно, уменьшается и скорость движения оружия к согласованному положению.

С началом движения корпуса в обратном направлении блок оружия отклоняется в другую сторону. При этом изменяется знак сигнала, вырабатываемого вращающимся трансформатором датчика угловой скорости, и знак развиваемого исполнительным приводом вращающего момента. Оружие начинает двигаться относительно корпуса в противоположном направлении , поэтому его отклонение относительно заданного положения и в этом случае будет значительно меньше величины угла поворота корпуса.

При движении боевой машины угловые скорости поворота корпуса непрерывно изменяются как по величине, так и по знаку. В связи с этим изменяется и величина отклонения орудия от своего заданного положения. Чем чувствительнее стабилизатор, тем точнее стабилизация.



2.2 Описание конструкции червячного редуктора и привода

В любом приспособлении любое механическое движение невозможно без привода. Увеличение мощности, повышение скорости и производительности, повышение КПД и минимальная масса и стоимость зависят от правильного выбора кинематической схемы и силового расчета привода. Механические приводы - наиболее распространённые в технологических приводах и легких транспортных машин. Привод состоит из двигателя, рабочей машины, передаточного механизма и соединительной муфты.

Редукторный привод - самый распространённый вид механических систем. Редуктор служит для увеличения вращающего момента и понижения угловой скорости. Работоспособность и ресурс редуктора влияет на функциональные параметры устройства в целом. Очень важно выбрать соответствующий редуктор для данного приспособления.

Редуктор соединяется с двигателем и рабочей машиной при помощи открытых механических передач или муфт. Зубчатые либо червячные передачи закреплены на валах. Валы, в свою очередь, опираются на подшипники, которые размещены в гнезде корпуса.

Редукторы различают по типам передач, числом ступеней, типом зубчатых колёс, расположением валов в пространстве и особенностью кинематической схемы.

Большое распространение получили цилиндрические редукторы, которые имеют большой КПД, высокую способность к нагрузкам.

Существуют также планетарные редукторы, которые легкие и компактные при больших передаточных отношениях. Они применяются при соосном расположении рабочей машины и двигателя. Для точных механизмов их применение невозможно из-за сложностей с выборкой зазоров.

Червячные редукторы используются довольно часто, по сравнению с другими разновидностями редукторов. Суть червячной передачи состоит в том, что червячное колесо зацепляется с червяком. Колесо называется червячным, потому что зубья косые и у них специфический профиль. Червяк представляет собой винт с трапецеидальной резьбой. Когда происходит движение винта, витки резьбы двигаются вдоль оси и приводят в движение в ту же сторону зубья колеса. Соединяются они осями под углом 90 градусов, а расстояние между ними зависит от размеров редуктора. Это расстояние очень важная характеристика, от которой зависят габариты редуктора. Пример такого редуктора на рисунке 20.

Рисунок 20 - Червячный редуктор

Преимущества червячных редукторов с приводом.

1.Червячная передача имеет большую способность для повышения момента и снижения угловой скорости. Передаточное число червяка и колеса может доходить до 1 к 100. Такие передаточные числа с применением цилиндрических передач можно только в трехступенчатом редукторе. В червячном редукторе применяется только 1 ступень. Преимуществом является низкая стоимость и простота червячных редукторов [3].

2.Уровень шума в таких редукторах низкий, что дает преимущество для использования их в конструкции коллиматорных прицелов. Но шум от механизмов и двигателя все же присутствует.

3.Червячные редукторы отличаются от цилиндрических высокой плавностью своего хода.

4.«Самоторможение» - особенный фактор для этих редукторов. При отсутствии движения червяка, червячное колесо притормаживает, без возможности его поворота. Зависит от угла подъема червяка, при уменьшении которого и происходит самоторможение. Полное торможение достигается при 3,5 градусов и менее. Такой фактор может быть и плюсом и минусом в таких редукторах.

5.Существуют редукторы с полым выходным валом. При таких редукторах есть возможность их устанавливать прямо на валы исполнительных механизмов без соединительных муфт либо механических передач. При таких установках габариты привода и конструкция становится значительно легче. Необходимо учесть, что при отсутствии предохранительной муфты между валом приводимого в движение механизма и выходным валом может вызвать поломку этого редуктора из-за нагрузки на выходной вал. Разработчику нужно либо защитить привод с помощью муфты, либо создать условия без таких нагрузок.

Недостатки червячных редукторов с приводом.

1.Коэффициент полезного действия у червячных редукторов значительно меньше, чем у цилиндрических, из-за увеличения в первых передаточного отношения. За счёт этого происходит потеря энергии.

2.Следующий недостаток заключается в нагреве. Кинетическая энергия, которая осталась не переданной червячной передаче, превращается в тепло. Необходимо создавать дополнительный оборот масла в корпусе редуктора. Это относится к редукторам с высокой мощностью свыше 4-5 киловатт. В редукторах, где мощность меньше, такие меры не требуются, но небольшое нагревание корпуса все равно возникает.

3.Самоторможение вредно в случаях, когда выходной вал необходимо вращать, не включая привод червячного редуктора.

4.Существуют ограничения по передаваемой мощности. При мощности более 60 киловатт червячную передачу применять не рекомендуется. Таких редукторов очень мало. Такие редукторы применяются, к примеру, для лифтов. Мощность такой величины лучше применима для цилиндрических редукторов. Червячные редукторы производятся до 15 киловатт мощности.

5.Люфт выходного вала в червячных редукторах значительно больше, чем в других и увеличивается при износе.

6.Износ червячных редукторов происходит из-за трения скольжения в зацеплении червяка с колесом. Поэтому срок службы таких редукторов значительно меньше, чем у цилиндрических.

7.Не целесообразна работа червячных редукторов при неравномерных нагрузках на выходном валу и при частых запусках и остановках.

2.3 Разработка узла «привод с редуктором»

Разработка узла привода с редуктором будет осуществлена при помощи модернизированной конструкторской документации и создание 3D моделей отдельных деталей и общей сборки при помощи программы Компас - 3D.

В данный узел входят детали:

-корпус редуктора и привода;

-2 червяка;

-зубчатые колеса;

-кронштейн;

-ось и другие.

Рассмотрим подробнее программу для создания 3D моделей.

Компас - 3D - это огромная система автоматизированного проектирования. Эта программа используется для создания чертежей, деталей, сборок и других функций. В ней можно создавать автоматически спецификацию на модели, пользоваться библиотекой стандартных изделий. Программа была разработана ещё в 1989 году и по сей день все более усовершенствуется[2].

Компас - 3D- довольно удобная программа, обладает огромным и простым интерфейсом. В ней можно создавать автоматизированные чертежи в соответствии со стандартами. Программа довольно легка в использовании. Она полезна как инженерам, так и простым любителям.

С помощью автоматизированной программы Компас - 3D V15 были разработаны модели сборки узла, пользуясь конструкторской документацией. Для начала детали создавались при помощи 2D геометрии, затем с помощью специальных операций преобразовывались в 3D модель. Чтобы была возможность менять размеры детали, была проведена параметризация, которая в дальнейшем упрощает изменение модели. На рисунке 21 представлен пример создания модели «Корпус». На этом рисунке представлен интерфейс программы создания модели. Для наглядности все вспомогательные объекты скрыты (рисунок 21).

Рисунок 21-3D-модель Корпус редуктора

Далее были разработаны все необходимые детали и узлы для создания общей сборки в дальнейшем (рисунок 22).



Рисунок 22 - Привод

После завершения работы с компонентами приступаем непосредственно к самой сборке (рисунок 23).

Рисунок 23 - Начало создания сборки

Она создается отдельно новым документом. Выбираются необходимые детали поочереди. При помощи привязок и сопряжений все детали соединяются в одну общую сборку. Мною был создан привод и редуктор. Далее путем сопряжения и с помощью соединительных деталей была создана общая сборка. Закрепление узлов было выполнено при помощи стандартного изделия « Тяги» и двух винтов (рисунок 24).

Рисунок 24 - Интерфейс библиотеки

Разработанная сборка представлена на рисунке 25.

Рисунок 25 - Сборка узла «привод с редуктором»

По выполненной 3D модели можно создавать ассоциативные виды.

Они создаются в обычном чертеже и связаны с моделью, то есть если в модели что-то изменилось, то и изображение в ассоциативном виде меняется.

С помощью инструментальной панели и выбора ассоциативных видов можно построить чертежи (рисунок 26).



Рисунок 26 - Интерфейс видов

На рисунках 27 и 28 представлены чертежи, которые были созданы с помощью ассоциативных видов.

Рисунок 27 - Чертеж детали корпус

Последним действием было создание спецификаций на привод и редуктор. Такая спецификация также создаётся в программе Компас - 3D, что ещё больше подтверждает многообразие функции и удобство данной автоматизированной программы. Стандартные изделия добавляются автоматически, а остальные детали прописываются вручную. Пример спецификации для привода представлен на рисунке 29.



Рисунок 28 - Сборочный чертеж привода коллиматора встроенного

Рисунок 29 - Часть спецификации на привод коллиматора



Программа для создания чертежей, 3D моделей, спецификаций и так далее является продуктом российской компании «Аскон». Они разрабатывают целый комплекс таких систем - Компас - График, Компас - Строитель и тому подобное. Программы специально создаются для крупных предприятий, для домашнего пользования.

На данную САПР требуется специальная лицензия, которая предоставляется учебным заведениям, а так она платная.

2.4 Разработка каталога разнесенной сборки

Для того чтобы удобнее видеть полный состав сборки, а не отдельно открывать каждую деталь, существует в программе Компас разнесение сборки на отдельные модели. Данная функция позволяет значительно сократить время работы с отдельными деталями.

После разработки конструкции коллиматора встроенного мы имеем общую сборку узла (рисунок 30). Открываем общую сборку узла «привод с редуктором» в окне программы. Далее с помощью раздела сервис выбираем пункт «Разнести компоненты». Далее выбираем «Параметры». Каждую отдельную деталь необходимо пошагово отделять от общей сборки, при этом задавать определённое расстояние и угол удаления, чтобы в результате получилось хорошее изображение полностью разнесённой на отдельные компоненты сборки.

Рисунок 30 - Общая сборка узла «привод с редуктором» коллиматора встроенного



Рисунок 31-Интерфейс режима разнесённой сборки

Интерфейс режима разнесения сборки представлен на рисунке 31.

После проделанных действий мы получаем разнесённый вид. Чтобы все детали не были близко друг с другом, было принято решение создать разнесённую сборку отдельно редуктора и привода (рисунок 32 и рисунок 33).

Рисунок 32-Разнесенная сборка редуктора

Далее создается плакат на формате А1. Плакат имеет название «Каталог разнесённой сборки». Чтобы созданную ранее разнесённую сборку переместить в общий каталог, нужно перенести модель в чертеж в режиме PNG в нужном масштабе и качестве. Каждая деталь записывается в таблице и нумеруется. После чего следует обозначение каждой позиции на разнесенной сборке. Пример каталога представлен на рисунке 34.

Рисунок 33 - Разнесенная сборка привода

Данная операция облегчает работу инженерам. При просмотре такого каталога можно легко найти требуемую деталь на общей сборке.

Рисунок 34 - Каталог сборочных единиц и разнесенной сборки



2.5 Автоматизированный инженерный анализ детали «Колесо зубчатое» методом конечных элементов

Инженерный анализ выполнен с помощью специальной программы SolidWorks. Он выполнен методом конечных элементов. МКЭ является стандартным методом для решения задач с помощью численных алгоритмов. Этот метод является самым распространённым, поскольку большинство узлов и конструкции из различных материалов можно рассчитать при помощи МКЭ.

Особенность этого метода заключается в том, что действия для поиска числовых полей неизвестных функций в теле (например, сила, напряжение или перемещение) создаются на основе вариационных принципов механики твердого тела без использования дифференциальных уравнений.

Суть метода заключается в разбивании модели на простейшие геометрические формы, так называемое создание сетки, которые взаимодействуют друг с другом только в узлах. Эти элементы расположены и закреплены определённым образом, их форма выявляется в зависимости от особенностей задействованного объекта. Пример такого деления представлен на рисунке 35.

Рисунок 35 - Сетка из треугольников



С помощью такого разбиения модели на узлы можно решать различные задачи. Например, расчёт напряженно-деформированного объекта, амплитуду колебаний и другие. Использование МКЭ зависит от уровня развития компьютера и программного обеспечения, на котором применяется этот метод.

Анализ проведен для детали «Колесо зубчатое». Она сделана из легированной стали. Для выявления мест деформации детали, были приложены нагрузки на зубья, так как происходит зацепление на них и в местах закрепления этой детали. Нагрузки были приложены правильно, что отобразилось в результате проведённого анализа.

Обычно в данную программу импортируют уже готовую модель, но можно и самостоятельно тут же создать деталь. Статистический расчёт - наиболее подходящий для данной модели, так как действуют небольшие нагрузки. При этом расчёте назначается материал, указываются места закреплении и контактов, а также прилагаются нагрузки. Чтобы провести дальнейший расчёт, создаётся сетка, которая делит детали на маленькие части простейшей формы, которые соединены между собой. Сетка на твердом теле представлена на рисунке 36.

Рисунок 36 - Сетка на твердом теле



Выбранный нами расчёт даёт результаты в виде графического отчёта. В таком отчёте присутствует шкала с параметрами для каждого расчета, изображение детали после произведенного анализа и распределение сил и перемещений. После того как выше перечисленные этапы выполнены, приступаем к расчету. Все результаты представлены на рисунках 37, 38, 39.

Рисунок 37 - Результат расчёта напряжения

Рисунок 38 - Результат расчёта деформации



Рисунок 39- Результат расчёта перемещения

Шкала запаса прочности представлена на рисунке 40.

Рисунок 40 - Результат расчёта запаса прочности

По данным результатам можно сделать вывод о прочности детали. Цветная шкала показывает максимальные и минимальные значения для каждого расчёта. Также можно выявить при каких максимальных нагрузках происходит деформация.

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Разработка технологического процесса изготовления детали «Колесо зубчатое»

3.1.1 Анализ исходных данных

На рисунке 41 представлено описание конструкции выбранной детали.

Рисунок 41 - Чертёж детали «колесо зубчатое»

Деталь имеет три отверстия. Одно отверстие центральное сквозное, два других резьбовые отверстия, предназначенные для закрепления детали. Поверхность цилиндрическая, присутствует зубчатая часть.

Основные поверхности:

Наружная Ra2,5, Н12.

Внутренняя Ra2,5 Н7.

Для данной детали следует применить термообработку.

При осмотре детали можно сделать следующий вывод:

Конструкция, точность размеров, материал и применение термообработки, а также шероховатость её поверхности смогут обеспечить её надежность работы и обрабатывать такую заготовку не будет затруднительно в течении всего времени работы детали.

Материал модели - Сталь 40ХН, масса 0,0049 кг.

Рассмотрим характеристику материала, из которого изготовлена деталь.

Сталь это сплав железа и углерода с другими химическими элементами. Применяется в машиностроении, в строительстве и других областях. Эта сталь относится к конструкционным сталям легированным хромоникелевым стальным сплавам. Она используется для изготовления деталей машин, например валы, болты, оси, зубчатые колеса и другие, то есть те, которые требуют особой точности и вязкости и подвергаются динамическим и вибрационным нагрузкам [6].

Состав углерода занимает от 0,36 до 0,44%, 0,17-0,37% кремния, 0,5-0,8% марганца и от 1 до 1,4% никеля, серы и фосфора максимум 0,035, хрома 0,45-0,75% и до 0,3% меди. Такое содержание серы и фосфора делает данную сталь качественной легированной.

Для деталей, которые состоят из стали40ХН, сварка относительно затруднена. Зона около шва склонна к закалке и в ней могут создаваться хрупкие структуры, из-за этого сварочный процесс особенной технологии. Сварку производят перед отжигом при подогреве.

Термообработка заключается в закалке и отпуске. При этом предел выносливости достигается больше в два раза, а предел прочности увеличивается до 6 раз.

Закалка производится в масле. Зачастую изделия закаливают высокочастотными токами и с отпуском, поэтому твёрдость значительно повышается.

Температура ковки, С: начала 1250, конца 830. Сечения до 50 мм охлаждаются на воздухе, от 51-200 мм охлаждение в мульде, с 201-300 мм с печью.

Твердость материала: HB 10^-1= 207 МПа.

Обрабатываемость резанием: в горячекатаном состоянии при HB 166-170 и у_в=690 МПа, К_{х тв. спл}=1,0 и К_{х б.ст}=0,9.

Свариваемость материала: трудно свариваемая. Необходим подогрев и последующая термообработка.

Флокено чувствительность: повышенно чувствительна.

Склонность к отпускной хрупкости: склонна.

Химический состав материала сталь 40ХН представлена в таблице 1.

Таблица 1 - Химический состав в % материала 40ХН

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu
0,36-0,44	0,17-0,37	0,5-0,8	1-1,4	До 0,035	До 0,035	0,45-0,75	До 0,3

Таблица 2 показывает характеристики критических точек стали 40ХН и температуры.

Таблица 2 - Температура критических точек материала 40ХН

В таблице 3 представлены механические свойства материала.

Таблица 3 - Механические свойства при Т=20^oС материала 40ХН

Сортамент	Размер	Напр.				y	KCU	Термообработка.
-	мм	-	Мпа	Мпа	%	%	кДж	-
Пруток	ш 25		980	785	11	45	600	Закалка и отпуск
Твердость материала 40ХН после отжига	НВ=207 МПа

В таблице 4 показаны технологические свойства стали.



Таблица 4 - Технологические свойства материала 40ХН

Свариваемость:	Трудно свариваемая
Флокено чувствительность:	Чувствительная
Склонность к отпускной хрупкости:	Склонная

В таблице 5 представлены физические свойства стали.

Таблица 5 - Физические свойства материала 40ХН

Т, Град.	E, Мпа	а, 1/Град	1, Вт/(м·град)	r, кг/	С, Дж/(кг·град)	R, Ом·м
20	2	-	-	7820	-	-
100	-	11,8	44	7800	-	-
200	-	12,3	43	7770	-	-
300	-	134	41	7740	-	-
400	-	14	39	7700	-	-
500	-	-	37	-	-	-

Обозначения механических и физических свойств показаны в таблице 6.

Таблица 6 - Механические и физические свойства

Механические свойства :
sв	Предел кратковременной прочности, [МПа]
sT	Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]
d5	Относительное удлинение при разрыве, [%]
Y	Относительное сужение, [%]
KCU	Ударная вязкость, [кДж/м2]
HB	Твердость по Бринеллю, [МПа]
Физические свойства:
T	Температура, при которой получены данные свойства, [Град]
E	Модуль упругости первого рода, [МПа]
A	Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T ), [1/Град]
L	Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), [Вт/(м·град)]
R	Плотность материала, [кг/м3]
C	Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o - T), [Дж/(кг·град)]
R	Удельное электро сопротивление, [Ом·м]



3.1.2 Технологический контроль чертежа детали «Колесо зубчатое»

Этот технологический контроль даёт полное представление о конструкции детали. На чертеже показаны все размеры, допуска и шероховатость, которые нужны для её изготовления. Изображение адекватно, достаточно одного вида. Материал соответствует условиям эксплуатации. Конструкторский чертёж выполнен на А3 1:1.

3.2 Анализ технологичности конструкции детали

Технологичность конструкции изделия - это набор свойств детали. Они применяются для выявления затрат средств, труда, необходимых материалов и времени для подготовки к производству, изготовлению, эксплуатации и времени.

Для обработки детали на технологичность применяется целый комплекс действий для обеспечения необходимого уровня технологичности по заданным показателям. Она направлена на повышение производительности труда, сокращение времени на изготовление детали и сокращении затрат.

Существует качественная и количественная оценка технологичности.

Количественная применима в том случае, если её показатели влияют на технологичность изделия, и выражается она числовым показателем.

Качественная оценка допускается на всех стадиях проектирования и характеризует технологичность детали по имеющемуся опыту исполнителя.

Заготовкой для оправы служит прокат. Его получают путём обжатия слитка металла между вращающимися валками прокатного стана (рисунок 42). Форма поперечного сечения зависит от формы валков, через которые пропускается металл.

Деталь имеет удобные и надежные технологические базы в процессе обработки; предусмотрена возможность непосредственного измерения большинства заданных на чертеже размеров; деталь нежесткая, неустойчивая; все поверхности можно обработать универсальными инструментами. Следовательно, можно сделать вывод, что деталь технологична.

Рисунок 42 - Пример создания проката

По ГОСТ 14.205-83 технологичность конструкции изделия - это совокупность свойств конструкции изделия, определяющих её приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска, условий выполнения работ.

Оценку технологичности производим по следующим параметрам:

1) Для определения коэффициента точности используем формулу (1):

K_тч=1- , (1)

- среднее значение точности детали формула (1);

T_cр= (2)



- количество поверхностей каждого квалитета.

-следовательно, деталь технологична.

3.3 Определение типа производства

Заданная годовая программа выпуска деталей составляет шт.

Годовая программа запуска деталей в производство рассчитывается по следующей формуле (3):

, (3)

где k1 - коэффициент, характеризующий технологический брак (4…5% от годовой программы выпуска);

k2- коэффициент незавершенного производства (2…3% от годовой программы выпуска);

шт

Принимаем шт.

Анализируя данную таблицу и заданный готовой выпуск программы, выбираем крупносерийный тип производства. В крупносерийном производстве выпуск изделий осуществляется крупными партиями в течение длительного периода. Обычно предприятия этого типа специализируются на выпуске отдельных изделий или комплектов по предметному типу.

Крупносерийный тип производства имеет следующие особенности:

· большая годовая программа выпуска изделий;

· наименьший припуск заготовок;

· для механической обработки используется специальный инструмент;

· не требуются высококвалифицированный персонал; достаточно 2-3 разряда;

· фиксируемость операций (2…10 операций на одном рабочем месте);

· низкая себестоимость продукции; трудоемкость изготовления деталей мала;

· гибкость производства минимальна из-за применения специального инструмента и оборудования.

3.4 Выбор заготовки

Заготовки необходимо подбирать таким образом, чтобы обеспечить наиболее рациональное использование материала, минимальную трудоемкость получения заготовок и возможность снижения трудоемкости изготовления самой детали. Выбираем заготовку пруток.

Расчёт минимальных значений припусков производим, пользуясь основной формулой (4):

2(+T)++E=2(160+100)+100=520, (4)

где , Tсоответственно высота неровностей и глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующем технологическом переходе, мкм;

суммарное значение пространственных отклонений для элементарной поверхности на предшествующем переходе, мкм.

Минимальный припуск:

под чистовое точение: Z_min=520мкм;

В графу «Расчетный размер» заполняем, начиная с конечного (чертежного размера) путем последовательного прибавления расчетного минимального припуска каждого технологического перехода.

Значения допусков каждого технологического перехода и заготовки принимаем по таблицам в соответствии с квалитетом, используемого метода

3.5 Типовой технологический маршрут обработки детали « Колесо зубчатое»

Типовой маршрут обработки детали «Колесо зубчатое» представлен в таблице 7.

Таблица 7 - Типовой технологический маршрут обработки

№	Наименование и содержание операции	Технологические базы	Оборудование
005	Токарная с ЧПУ	Точить торец Сверлить центральное отверстие Расточить центральное отверстие Точить правый контур	Токарный станок
0010	Токарная с ЧПУ	Точить торец Точить левый контур Точить ступень отверстия	Токарный станок
015	Сверлильная	Точить отверстия	Сверлильный станок
020	Зубофрезерная	Фрезеровать цилиндрическое колесо	Фрезерный станок
025	Слесарная	Убрать лишний материал	Токарный станок
030	Термическая	Закалка колес	Электронная печь
035	Обкатка цилиндрическая	Обкатка цилиндрических колес
040	Контроль	Контроль детали



3.6 Выбор режущего инструмента

Режущий инструмент по переходам представлен в таблице 8.

Режущие инструменты выбраны для каждого перехода, предусмотренного в маршруте обработки детали.

3.7 Выбор средств контроля

Для контроля зубчатых колес выбираем Mar Gear GMX 400 ZL -универсальный центр для измерения. Изображение представлено на рисунке 43.

Таблица 8 - Режущий инструмент для обработки заготовки

№	Наименование и содержание операции	Технологические базы	Оборудование
05	Токарная с ЧПУ	Точить торец Точить наружные диаметры Расточить центральное отверстие Точить правый контур	Токарный станок
010	Токарная С ЧПУ	Точить торец Точить левый контур Точить ступень отверстия	Токарный станок
015	Сверлильная	Точить отверстия	Сверлильный станок
020	Зубофрезерная	Фрезеровать цилиндрическое колесо	Фрезернвый станок
025	Слесарная	Убрать лишний материал Нарезать резьбу	Токарный станок
030	Термическая	Закалка колес	Электронная печь
035	Внутришлифовальная	Шлифовать центральное отверстие	Внутришлифовальный станок
040	Обкатка цилиндрическая	Обкатка цилиндрических колес
045	Контроль	Контроль детали



Рисунок 43 - Mar Gear GMX 400 ZL

Характеристики изделия.

Изделие полностью автоматическое, позволяет особо точно измерять зубчатые колеса и инструмент для их нарезания. Наружный диаметр достигает 400мм.

Рациональное решение для специализированного и универсального производства зубчатых колес. Очень высокий уровень гибкости и соответствующие требования по производству компонентов для зубчатых колес.

Выбор Mar Gear GMX предлагает самый быстрый и эффективный анализ возможных отклонений при производстве зубчатых колес. Это дает возможность выполнять непосредственный анализ отклонения и задавать формируемую автоматически коррекцию погрешности станка.

Функции.

Измерение зубчатых колес и формы выполняется на одном измерительном приборе.

Трехмерный сканирующий датчик высокой точности сочетается с прямым приводом по оси C для обеспечения точности и эффективности.

Блок управления 4 осями Power PC.

Расширенный диапазон измерений по оси Z для измерения валов привода длиной до 650 мм.

Технические характеристики станка Power PC представлены в таблице 9.

Область применения:

Полностью автоматизированное измерение:

· Косозубые и прямозубые цилиндрические колеса.

· Гипоидные и червячные зубчатые колеса.

· Кронные зубчатые колеса.

· Цилиндрические зубчатые колеса.

· Конические и цилиндрические ассиметричные зубчатые колеса.

· Сегменты зубчатые.

· Швеллеры.

· Фрезы червячные.

· Диски отрезные.

· Конические зубчатые колеса.

· Трехмерные геометрические параметры, измерение формы и положения, диаметров, расстояний.

· Специальные зуборезные инструменты.

Параметры:

-Задняя бабка с установочной длинной - до 700 мм.

-Активная система амортизации.

Таблица 9 - Технические характеристики

Максимальный вес детали [кг]	60 (80 по запросу)
Масса [кг]	750
Точность	Класс точности I для измерений зубчатых колес в соответствии с VDI/VDE 2612/2613, группа 1, при 20 C ± 2 C
Торцевое биение (радиус измерения мкм + мкм/мм)	0.11 µм + 0.0008 µм/мм
Отклонение радиального биения (мкм по высоте стола)	? 0.11 µм
Высота (мм)	2147 мм
Ширина (мм)	600 мм
Путь измерения (мм), ось Z	650
Путь измерения (мм), ось Y	200
Максимальный диаметр* [мм]	400
Расстояние между пиками [мм]	700
Длина (мм)	1560 мм
Путь измерения (мм), ось X	200

3.8 Выбор оборудования

Токарный станок с ЧПУ Max Turn 65 представлен на рисунке 44.

Рисунок 44 - Max Turn 65

53А30 - Полуавтомат зубофрезерный универсальный повышенной точности. Изображение станка 53А30 представлено на рисунке 45.

Технические характеристики станка 53А30:

· Станки модели 53А30 предназначены для нарезания прямозубых и косозубых цилиндрических колес, червячных колес, звездочек, для прорезания впадин на коротких шлицевых валиках червячными фрезами методом обкатки.