Модернизация привода вытаскивателя заготовок стана 150 сортопрокатного цеха

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Анализ состояния вопроса, цели и задачи проекта

2. Конструкторская часть

2.1 Описание работы установки

2.2 Расчёт и проектирование привода установки

2.2.1 Определение мощности на приводном валу

2.2.2 Определение КПД привода

2.2.3 Определение требуемой мощности и выбор электродвигателя

2.2.4 Выбор редуктора

2.2.5 Ориентировочный расчёт и конструирование приводного вала

2.2.6 Предварительный выбор подшипников

2.2.7 Силовой расчет вала

2.2.8 Проверка долговечности предварительно выбранных подшипников

2.2.9 Уточнённый расчет привода вала

2.2.10 Подбор и проверочный расчет муфт

2.2.11 Подбор шпонок и проверка прочности шпоночных соединений

2.3 Расчет и конструирование пневмопривода прижима ролика

2.3.1 Исходные данные

2.3.2 Расчет и выбор исполнительного пневмодвигателя

2.3.3 Составление принципиальной схемы привода

2.3.4 Выбор компрессорной установки

2.3.5 Расчет воздухопровода

2.3.6 Выбор пневмоаппаратуры

2.3.7 Определение потерь давления в трубопроводах и аппаратуре

2.3.8 Проверка пневмоцилиндра по действительному усилию

2.3.9 Требуемая пропускная способность пневмоаппаратуры

2.4 Расчет узла ролика вытаскивателя заготовок

2.4.1 Расчет рычага

2.4.2 Расчет подшипников скольжения

3. Технологическая часть

3.1 Проектирование технологического процесса изготовления цапфы вала

3.1.1 Описание конструкции и назначение детали

3.1.2 Технологический контроль чертежа детали

3.1.3 Анализ технологичности конструкции.

3.1.4 Выбор метода изготовления и формы заготовки

3.1.5 Выбор припусков и допусков для заготовки

3.1.6 Выбор маршрута обработки детали

3.1.7 Выбор типового оборудования, типовых универсальных приспособлений, инструмента

3.1.8 Предварительное нормирование времени операций

3.1.9 Определение типа производства и формы организации технологических процессов

3.1.10 Выбор режущих инструментов

3.1.11 Выбор режимов резания

3.1.12 Разработка управляющей программы для ЧПУ и маршрутной карты

3.2 Расчёт и проектирование резца

3.2.1 Оборудование для использования спроектированного резца

3.2.2 Расчет и проектирование металлорежущего инструмента для обработки детали «Валок»

3.2.3 Выбор типа резца

3.2.4 Определение параметров резца

3.2.5 Расчет сечения державки на прочность и жесткость

3.2.6 Выбор материала резца

Заключение

Список использованных источников

Введение

ЧерМК (ОАО «Северсталь») - один из крупнейших интегрированных заводов по производству стали в мире.

Одним из преимуществ ЧерМК является его географическое положение. Череповец, где построен комбинат, находится на стыке трех экономических районов: Европейского Севера, Северо-Запада и Центра России.

Основные виды выпускаемой предприятием продукции - это арматура, катанка, круг, уголок, швеллер, шестигранник, судовая сталь, сталь для мостостроения, строительства зданий и сооружений, сталь для сосудов, работающих под давлением, электротехническая сталь, оцинкованная сталь, оцинкованная сталь с полимерным покрытием, автолист, гнутые профили, двухслойная плакированная сталь, трубная заготовка.

Клиентская база предприятия насчитывает свыше 40 тысяч российских и зарубежных компаний, работающих в основных секторах промышленности, таких как стройка, автомобилестроение, ТЭК, машиностроение, судостроение и других.

Предприятие ведет активную работу по расширению сортамента реализуемой металлопродукции, требовательно подходит к обеспечению ее качества, уровень которого подтверждается как международными (ABS, Bureau Veritas, Det NorskeVeritas, Germanischer Lloyd's, Lloyd's Register), так и российскими (Российский Морской Регистр Судоходства, Российский Речной Регистр, ГОСТ Р) сертификатами.

В 2010-2013 г.г. ЧерМК освоено 78 новых видов продукции для стратегически важных отраслей российской экономики. Наибольшее количество новых продуктов было освоено для топливно-энергетического комплекса.

В последнее время положение на общемировом рынке было таково, что российские производители смогли значительно увеличить экспорт, нарастив таким образом объемы производства. С другой стороны, эксперты предсказывают рынку металлопроката в будущем значительные сложности. Его вообще нельзя назвать стабильным, циклы взлетов и падений на рынке металлопроката становятся все короче, и сегодняшняя благоприятная ситуация не может быть бесконечной. Как любая другая отрасль, металлопрокат не существует в безвоздушном пространстве. Он зависит от налогового законодательства, мировой конъюнктуры, поставщиков сырья, перевозчиков, и даже от психологии покупателей.

В наше время существует большая конкуренция на рынке металла. каждый производитель борется за потребителя, выполняя жёсткие требования заказчиков и стандартов.

В связи с этими требованием и мировыми стандартами, предъявляемыми к качеству проката, встал вопрос о необходимости реконструкции хвостовой части стана.

1. Анализ состояния вопроса, цели и задачи проекта

Мелкосортный стан «150» СПЦ ОАО «Северсталь» был построен в 1961 году. Непрерывный проволочный стан 150 предназначен для прокатки катанки и арматурной протяжки диаметром от 5,5 до 12 мм. из заготовок сечением 100*100 мм.

Условия работы вытаскивателя заготовок можно охарактеризовать как тяжёлые. Рабочие органы непосредственно взаимодействуют с заготовками, нагретыми до 1100-12000С. Всё это повлияло на конструкцию агрегата - на системы смазки, охлаждения, механизмы прижимных роликов.

Наиболее нагруженным является рабочий вытаскиватель заготовок. От аварийного он отличается механизмом прижима заготовок к приводному ролику. На рабочем вытаскивателе для этого служат четыре прижимных ролика с четырьмя пневмоцилиндрами, на аварийном вытаскивателе один общий ролик на четыре ручья и два пневмоцилиндра. Работа рабочего вытаскивателя характеризуется более интенсивной нагрузкой, чем на аварийном, и достигает своего пика при подаче четырёх заготовок при сработавших прижимных роликах.

Перевод стана 150 на непрерывно литую заготовку неизбежно вызовет возрастание нагрузок на всех механизмах и главных приводах.

Проверка прочности приводного ролика покажет возможную работоспособность данного узла, но опыт эксплуатации его показывает, что необходимо провести ряд мероприятий по модернизации, имеющих цель повысить надёжность агрегата в целом, увеличить производительность и межремонтный период.

Требует улучшения и система прижима заготовок, так как имеющаяся не обладает достаточной надёжностью, ввиду частого выхода из строя прижимных роликов и прижимных рычагов (заклинивание шарниров). Установленные в настоящее время пневмораспределители не обеспечивают надёжное срабатывание пневмоцилиндров ввиду высокой чувствительности к загрязнению и общей сложности монтажа и регулировки.

Целью выпускной квалификационной работы является модернизации рабочего вытаскивателя заготовок ввиду необходимости увеличения его производительности и надёжности в эксплуатации, что позволит поднять уровень рентабельности стана 150. Для этого необходимо решить следующие задачи:

· Рассчитать и спроектировать привод вытаскивателя;

· Разработать механизм прижима заготовок;

· Разработать пневмопривод механизма прижима заготовок;

· Разработать технологии изготовления детали задействованной в проекте;

2. Конструкторская часть

2.1 Описание работы установки

привод вытаскиватель заготовка стан

Подготовленные к прокатке заготовки укладываются в один ряд на загрузочные решётки. Передвижение заготовок осуществляется шлеппером.

Перекладывающим устройством заготовки по одной передаются на подводящий рольганг и по нему поступают к нагревательной печи.

Продвижения металла по наклонному поду печи производится при помощи рычагов толкателя, по унифицированным направляющим.

Выдача из печи производится поштучно через боковое окно кладки с помощью вытаскивателя заготовок и вытаскивающего устройства.

Вытаскивающее - распределительное устройство предназначено для вытаскивания заготовок из методической печи, распределения их по ручьям и подачи в первую рабочую клеть.

Вытаскивающее - распределительное устройство состоит из:

Аварийного вытаскивателя заготовок;

Распределительного устройства (распределителя);

Рабочего вытаскивателя заготовок

Прижим роликов к заготовкам осуществляется при помощи четырёх пневмоцилиндров

Нагрев заготовок производится до температуры прокатки, равной от 1100 до 1200 0С.

Выданные из печи заготовки поочерёдно при помощи распределительного устройства направляются один из четырёх калибров клети №1 черновой группы стана.

Прокатка на стане ведётся: на черновой к первой промежуточной группе стана - в четыре нитки, на вторых промежуточных группах (восьмиклетьевых) - в одну нитку.

Число проходов прокатываемого металла для круга диаметром 5,5; 6 и 6,5 мм. - 23, для круга 8,0 мм. - 21, диаметром 10,0 мм - 19, и для круга 12,0 - 17 проходов.

На стане используется проводковая арматура качения (роликовые коробки) и арматура скольжения (пропуски, трубки).

За клетью №9 черновой группы по каждой из четырёх ниток производится обрезка передних торцов раската и, в случае необходимости, порезка его на габаритные длины с помощью аварийных ножниц. Раскат в клеть №10 поступает по направляющим желобам. Прокатка в черновой, первой промежуточной группах клетей и в чистовых блоках производится с максимальным натяжением. Прокатка в промежуточных клетях №№13-14-15-16 производится без натяжения. Обрезка переднего конца раската и аварийная порезка перед чистовыми блоками производится соответственно летучими и аварийными (крошительными) ножницами.

Во избежание скопления недоката в случае аварии на блоках перед ними дополнительно установлены разрывные ножницы.

Из восьмиклетьевых чистовых блоков катанка подаётся по направляющим трубам, оснащёнными секциями форсунок для охлаждения проката водой под высоким давлением. Утолщённые задние концы катанки перед виткоукладчиком срезаются дисковыми ножницами и разрезаются на скрапных ножницах.

Формируемые виткоукладчиком витки катанки подаются на движущийся транспортёр и с него непрерывно поступают в накопитель витков. На сетчатых транспортёрах веерообразно уложенные витки катанки охлаждаются воздушным потоком, создаваемым вентиляторами. На участке водовоздушного охлаждения осуществляется двух стадийное охлаждение, позволяющее получать готовый прокат с заданными механическими свойствами и структурой при минимальном количестве окалины на поверхности. Затем витки собираются на поворотных кругах.

Мотки с поворотных кругов снимаются перекладывающим устройством и укладываются на пресс для подпресовки и обвязки. При помощи шагающих транспортёров мотки передаются на роликовый конвейер, по которому поступают к навешивателям мотков и посредством их перекладываются на накопитель мотков.

Для взвешивания мотков в роликовом транспортёре установлены весы по правой и левой стороне. С накопителей мотки снимаются мостовыми кранами на склад готовой продукции или подаются на пакетовязальные машины для упаковки мотков в бухты.

Недокаты с промежуточных групп клетей и брак сматываются на бракомоталке.

Уборка окалины из под стана производится путём смыва водой в яму, расположенную в скрапном пролёте. Из ямы окалина отгружается грейферными кранами в вагоны или в автомашины.

2.2 Расчёт и проектирование привода установки

2.2.1 Определение мощности на приводном валу

Мощность на приводном валу определяется по формуле (1), кВт:

где F = 24 кН (п. 1);

н = 1 м/с (п.1).

Следовательно, мощность на приводном валу равна:

2.2.2 Определение КПД привода

КПД привода определяется по формуле (2):

где КПД муфты;

КПД закрытой цилиндрической зубчатой передачи;

КПД одной пары подшипников качения [4, стр. 43].

Следовательно, КПД привода составит:

2.2.3 Определение требуемой мощности и выбор электродвигателя

Требуемая мощность электродвигателя определяется по формуле (3):

Электродвигатель выбираем по значению номинальной мощности РНОМ в соответствие с условием формулы (4):

Принимаем значение номинальной мощности электродвигателя РНОМ = 30кВт.

Приемлемые типы двигателей серии А2 представлены в таблице 1.

Наиболее предпочтительным является двигатель А2-81-6 номинальной мощности РНОМ = 30,0 кВт, номинальной частоты вращения nНОМ = 970 об/мин, диаметр выходного вала d1 = 60 мм [2. стр. 407, табл.К9, К10]. Принимаем передаточное число привода 16.

Определение энергокинематических параметров привода.

Мощность электродвигателя, кВт: РНОМ = 30,0 кВт;

Таблица 1 - Типы двигателей

Тип двигателя	Номинальная мощность, кВт	Номинальная частота вращения, об/мин	Частота вращения приводного вала рабочей машины, об/мин n3	Передаточное число привода
А2-71-2	30,0	2900	60	48,33
А2-72-4	30,0	1455	60	24,25
А2-81-6	30,0	970	60	16,1
А2-82-8	30,0	725	60	12,08

Мощность на быстроходном валу редуктора по формуле (5), кВт:

Мощность на тихоходном валу редуктора по формуле (6), кВт:

.

Мощность на приводном валу по формуле (7), кВт:

.

Частота вращения выходного вала электродвигателя, об/мин:

nНОМ = 970 об/мин

Частота вращения быстроходного вала редуктора, об/мин:

.

Частота вращения тихоходного вала редуктора по формуле (8), об/мин:



Частота вращения приводного вала, об/мин:

.

Угловая скорость выходного вала электродвигателя находится по формуле (9), с-1:

.

Угловая скорость быстроходного вала редуктора, с-1:

.

Угловая скорость тихоходного вала редуктора по формуле (10), с-1:

.

Угловая скорость приводного вала, с-1:

.

Крутящий момент на выходном валу электродвигателя по формуле (11), Нм:

Крутящий момент на быстроходном валу редуктора, Нм:

.

Крутящий момент на тихоходном валу редуктора, Нм:

.

Крутящий момент на приводном валу, Нм:

.

2.2.4 Выбор редуктора

На основании кинематической схемы и выполненных расчетов выбираем стандартный цилиндрический двухступенчатый горизонтальный редуктор РМ-500-16, номинальное передаточное число i = 16, диаметр выходной ступени быстроходного вала d1 = 50 мм, диаметр выходной ступени тихоходного вала d2 =80 мм, межосевое расстояние быстроходной ступени Аб = 200 мм, модуль зацепления быстроходной ступени m = 4 мм, межосевое расстояние тихоходной ступени АТ = 300 мм, модуль зацепления тихоходной ступени m = 6 мм, (ГОСТ 16162-93 Общие технические условия. ГОСТ 20373-94 Редукторы и мотор-редукторы. Варианты сборки.) [6, стр. 34].

2.2.5 Ориентировочный расчёт и конструирование приводного вала

Выбор материала приводного вала.

В качестве материала быстроходного и тихоходного валов выбираем сталь 45, термообработка - улучшение, твердость 269…302 НВ

Предел прочности:

Предел текучести:

Предел выносливости:

Допускаемые напряжения кручения:

Определение геометрических параметров приводного вала.

Диаметр ступени вала под муфту по формуле (12), мм:

где - допускаемые напряжения кручения. [5, стр. 110].

Длину ступени выбираем конструктивно в соответствие с габаритами муфты. L1 = 150 мм.

Диаметр ступени под подшипник и корпус подшипникового узла по формуле (13), мм:

.

где t = 5 мм.

Длина ступени выбирается конструктивно в соответствие с шириной подшипника и габаритами корпуса подшипникового узла.

Диаметр ступени рабочей части вала по формуле (14), мм:

.

Длина ступени выбирается конструктивно в соответствии с конструкцией ролика.

Диаметр ступени под подшипник, мм: .

Длина ступени выбирается конструктивно в соответствие с шириной подшипника и габаритами корпуса подшипникового узла.

Нагрузки приводного вала.

На приводной вал действует вес заготовки F = 24000 Н.

Сила от действия муфты по формуле (15), Н:

.

2.2.6 Предварительный выбор подшипников

В качестве опор приводного вала рабочей машины выбираем роликоподшипники радиальные сферические двурядные №3624 ГОСТ 5721-75: d = 120 мм; D = 260 мм; В = 86 мм; Cr = 574 кН, С0 = 530 кН. [4, стр. 116]

В соответствие с выбранными подшипниками выбираем крышки торцевые с отверстием для манжетного уплотнения: Крышка 11-260*120 ГОСТ 18512-73 и торцевые глухие: Крышка 12-260 ГОСТ 18511-73. Манжетные уплотнения ГОСТ 8752-79 1.1-120*150-1.[2]

Подшипники приводного вала помещены в корпуса типа РУ для подшипников качения ГОСТ 13218.10-80.

2.2.7 Силовой расчёт привода вала

Силовая схема приводного вала изображена на рисунке 1.



Рисунок 1 - Силовая схема приводного вала

Консольная сила FМ = 8030 Н, вес заготовки F = 24000 Н,

Длины ступеней определяются графически по эскизной компоновке приводного вала.

Вертикальная плоскость. Определение опорных реакций, Н.

Строим эпюры изгибающих моментов относительно оси OY, Нм.

Горизонтальная плоскость. Определение опорных реакций, Н:

Проверка:

8030-9690+1660=0.

Строим эпюру изгибающих моментов относительно оси , Нм:

Строим эпюру крутящих моментов относительно оси OZ, Нм:

Определяем суммарные реакции формулы (16), (17), Н:

Определяем суммарные изгибающие моменты в опасных сечений вала по формулам (18), (19), Нм:

Эпюры изгибающих и крутящих моментов приводного вала представлены на рисунке 2.



Рисунок 2 - Эпюры изгибающих и крутящих моментов приводного вала

2.2.8 Проверка долговечности предварительно выбранных подшипников

Эквивалентная нагрузка Re учитывает характер и направление нагрузок, действующих на подшипники, условия работы и зависит от типа подшипника.

Т.к. на подшипники не воздействует осевая сила, то эквивалентна динамическая нагрузка определяется по формуле (20), Н:

,

где Rr - суммарная реакция подшипника, Н;

Х=1 коэффициент радиальной нагрузки;

е =0,34 коэффициент влияния осевого нагружения;

V=1 коэффициент вращения;

Rr = RВ = 10489 Н.

Определяем базовую долговечность подшипника №3620 ГОСТ 5721-75 по формуле (21):

,

где .

Следовательно, .

Подшипник №3624 ГОСТ 5721-75 пригоден.

2.2.9 Уточнённый расчёт привода вала

Проверочный расчет валов на прочность выполняют, учитывая совместное действие изгиба и кручения. Целью расчета является определение коэффициентов запаса прочности в наиболее опасном сечении вала и сравнение его с допускаемым коэффициентом запаса прочности по формуле (22):

где s - общий коэффициент запаса прочности в опасном сечении вала;

[s] = 1,6…2,1 допускаемый коэффициент запаса прочности.

Нормальные напряжения в опасных сечениях вала изменяются по симметричному циклу и определяются по формуле (23), Н/мм2:

,

где М - момент изгиба в опасном сечении вала, Гм. На приводном валу моменты изгиба испытывают 2 и 3 сечения. М2 = 2489 Нм; М3 = 3258 Нм (п. 7);

- осевой момент сопротивления сечения вала, мм3.

Для 2-го сечения по формуле (24):

,

.

Для 3-го сечения

,

.

Касательные напряжения изменяются по отнулевому циклу и определяются по формуле (25):

,

где - полярный момент инерции сопротивления сечения вала.

МК = 4127 Нм.

Для 2-го сечения

,

Для 3-го сечения

,

Касательные напряжения для 2-го сечения, Н/мм2:

Касательные напряжения для 3-го сечения, Н/мм2:

.

Во 2-м сечении нормальные и касательные напряжения имеют наибольшее значение по сравнению с другими сечениями вала. Дальнейший расчет ведется только для 2-го сечения вала, которое называется расчетным.

Коэффициент концентрации нормальных напряжений в расчетном сечении вала определяется по формуле (26):

,

где Ку - коэффициент концентрации нормальных напряжений. Принимаем Ку = 2,3. [4, стр. 271-272]

Кd = 0,71 - коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения

КF = 1,5 коэффициент влияния шероховатости

КУ = 1,6 коэффициент влияния поверхностного упрочнения.

.

Коэффициент концентрации касательных напряжений в расчетном сечении вала определяется по формуле (27):

,

.

Пределы выносливости по нормальным напряжениям в расчетном сечении определяются по формуле (28), Н/мм2:

,

где - предел выносливости.

Следовательно, .

Пределы выносливости по касательным напряжениям в расчетном сечении определяются по формуле (29), Н/мм2:

,

Следовательно, .

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям определяется по формуле (30):

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям определяется по формуле (31):

.

Общий коэффициент запаса прочности в расчетном сечении определяется по формуле (32):

.

Следовательно, .

Условие прочности выполняется.

Дальнейшее снижение коэффициента запаса прочности вала в опасном сечении считаю нецелесообразным, т.к. это повлечет за собой уменьшение диаметра цапфы вала. Это, в свою очередь, отрицательно повлияет на грузоподъемность подшипников приводного вала.

2.2.10 Подбор и проверочный расчёт муфт

Подбор муфты для выходного вала электродвигателя.

Для соединения выходного вала электродвигателя с быстроходным валам редуктора выбираем муфту упругую втулочно-пальцевую 1000-60-1.50-11 ГОСТ 21425-93 [4, стр. 249], номинальный момент Т=1000 Нм, посадочный диаметр d1=60 мм. Выполняем проверочный расчет муфты упругой втулочно-пальцевой по формуле (33):

,

К=2,5 - коэффициент режима нагрузки муфты.

Следовательно, .

Муфта пригодна.

Подбор муфты для тихоходного вала редуктора.

Для соединения тихоходного вала с приводным валом выбираем муфту упругую втулочно-пальцевую 8000-80-1.100-11 ГОСТ 21425-93 [4, стр. 249], номинальный момент Т=8000 Нм, посадочный диаметр d1=80 мм. Выполняем проверочный расчет муфты упругой втулочно-пальцевой:

,

К=2,5 - коэффициент режима нагрузки муфты. [4, стр. 250].

Следовательно,

.

Муфта пригодна.

Подбор муфты для приводного вала.

Для соединения тихоходного вала с приводным валом выбираем муфту упругую втулочно-пальцевую 8000-80-1.100-11 ГОСТ 21425-93 [4, стр. 249], номинальный момент Т=8000 Нм, посадочный диаметр d1=100…125 мм. Выполняем проверочный расчет муфты упругой втулочно-пальцевой:

,

К=2,5 - коэффициент режима нагрузки муфты. [4, стр. 250].

Следовательно,

.

Муфта пригодна.

2.2.11 Подбор шпонок и проверка прочности шпоночных соединений

Подбор призматической шпонки и проверочный расчет соединения на быстроходном валу редуктора.

Для соединения быстроходного вала редуктора с муфтой принимаем призматическую шпонку ГОСТ23360-78, t1 = 5 мм [4, стр. 450]

Условие прочности соединения по формуле (34), Н/мм2:

,

где d = d1 = 38 мм;

Т=Т1= 295,6 Н·м;

[2, стр. 266].

Следовательно,

.

Условие прочности соединения выполняется.

Проверяем прочность шпоночного соединения на срез по формуле (35):

,

где kA - коэффициент внешней динамической нагрузки. Принимаем kA=1,1 для нагрузок средней неравномерности;

допускаемое напряжение среза.

Следовательно, .

Прочность соединения обеспечена.

Для соединения полумуфты и тихоходного вала редуктора принимаем 2 призматические шпонки ГОСТ 23360-78, t1 =9 мм. [4, стр. 450]

где d = d2 =80 мм

Т = Т2=4317,5Нм

Проверяем прочность шпоночного соединения на смятие.

.

Условие прочности соединения выполняется.

Проверяем прочность шпоночного соединения на срез.

.

Для соединения полумуфты и приводного вала выбираем 2 призматические шпонки ГОСТ23360-78, t1 =9 мм. [4, стр. 450].

где d = d2 =110 мм;

Т = Т2=4127 Нм.

Проверяем прочность шпоночного соединения на смятие.

.

Условие прочности соединения выполняется.

Проверяем прочность шпоночного соединения на срез.

.

2.3 Расчет и конструирование пневмопривода прижима ролика

2.3.1 Исходные данные

Для расчета и конструирования пневмопривода прижима ролика стана 150 печи необходимо задаться некоторыми параметрами установки. Данные сведем в таблицу 2.

Таблица 2 - Исходные данные для проектирования

Параметры установки	Размерность	Обозначение	Числовые данные
1. Ход поршня пневмоцилиндра 2. Время рабочего хода установки 3. Рабочее давление воздуха 4. Усилие прижима ролика	м с мПа	Н t Р Rп	0,32 1 0,63 27 000

2.3.2 Расчёт и выбор исполнительного пневмодвигателя

Основными параметрами ПЦ являются диаметр штока, ход поршня и рабочее давление.

Находим осевое усилие, необходимое для перемещения рабочего органа, по формуле (36):

где R1 - приведенное усилие по системе рычагов, Н;

r1, r2 - радиусы хода рычагов, м.

Приведенное усилие по схеме рычагов по формуле (37):

Радиусы хода рычагов из технических условий r1 = 0,305 м, r2 = 0,4 м.

,

.

Диаметр поршня пневмоцилиндра по формуле (38):

,

где Rmax - максимальное осевое усилие, Н;

P - давления в пневмосистеме, МПа;

K - эмпирический коэффициент, приближённо учитывающий потери давления, К=1,5.

По полученному значению из справочника выбираем стандартный пневмоцилиндр с односторонним штоком и ближайшим большим стандартным диаметром поршня : 1412-200х40х0320 УХЛ4 ГОСТ 15608-81

1 - без торможения;

4 - присоединение на проушине;

1 - наружная резьба на штоке;

2 - коническая резьба присоединения трубопроводов;

200 - диаметр поршня, мм;

40 - диаметр штока, мм;

320 - ход поршня, мм.

Основные параметры данного пневмоцилиндра сведены в таблицу 3.

Таблица 3 - Основные параметры пневмоцилиндра

Параметр	Размерность	Числовые значения
1. Номинальное давление 2. Номинальное усилие толкающие тянущие 3. Скорость хода поршня 4. Диаметр поршня 5. Диаметр штока 6. Ход штока	МПа Н Н с мм мм мм	1,0 28400 27200 до 0,5 200 40 320

Определим площадь поршневой и штоковой полости по формуле (39) и (40):

,

,

где Dст - диаметр поршня выбранного пневмоцилиндра, м;

dст - диаметр штока выбранного пневмоцилидра, м.

,

.

2.3.3 Составление принципиальной схемы привода

Схема пневмопривода показана на рисунке 3.

Вентиль В1 служит для отсечения привода от основной магистрали подачи воздуха. Вентиль В2 служит для отсечения фильтра-влагоотделителя ФВ в случае его засорения. Фильтр-влагоотделитель фильтрует воздух и осушает его. Редукционный клапан РК поддерживает постоянное давление в системе. Контроль за давлением осуществляется с помощью манометра МН. Маслораспылитель МР насыщает воздух маслом для смазки движущихся частей привода. Пневмораспределитель ПР служит для перенаправления потока воздуха и тем самым реверсирует движение поршня пневмоцилиндра ПЦ. Дроссели с обратным клапаном Д1 и Д2 регулируют скорость хода поршня (согласно ТЗ регулирование на входе). Глушители Г1 и Г2 служат для снижения шума выходящего воздуха.

Для описания схемы в символьной форме рассмотрим полностью цикл работы установки.

Быстрый подвод:

пневмосеть => В1 - ФВ - РК - МР - ПР - Д(Д1) - ЛП(ПЦ)/(ПЦ)ПП - ОК(Д2) - ПР -Г2

Быстрый отвод:

пневмосеть => В1 - ФВ - РК - МР - ПР - Д(Д2) - ПП(ПЦ)/(ПЦ)ЛП - ОК(Д1) - ПР -Г1

Стоп:

пневмосеть => В1 - ФВ - РК - МР - ПР - Д(Д2) - ПП(ПЦ)

Рисунок 3 - Схема пневмопривода

Расчет и выбор компрессорной установки

Потребный расход воздуха

Найдем расход воздуха в обе полости, пневмоцилиндра по формулам (41) и (42):

где F1СТ, F2СТ - площадь поршневой и штоковой области стандартного пневмоцилиндра, м2;

V - максимальная скорость перемещения штока, м/с.

Скорость перемещения штока по формуле (43):

, м/с,

где S - ход штока, м;

t - требуемое время перемещения, с.

Площадь поршневой области пневмоцилиндра:м2, отсюда расход: м3/с (0,603 м3/мин).

Площадь штоковой области пневмоцилиндра:м2, отсюда расход: м3/с (0,578 м3/мин).

2.3.4 Выбор компрессорной установки

Расчетный расход воздуха для установки по формуле (44):

, м3/с,

где Qmax - максимальный расход воздуха, м3/с;

Кп - коэффициент, учитывающий потери от неплотностей в соединениях, арматуре, Кп = 1,2;

Ки - коэффициент, учитывающий потери в связи с износом пневматического устройства, Ки = 1,2;

Км - коэффициент, учитывающий максимальный рсход воздуха, периодически превышающий среднечасовой, Км = 1,2.

м3/с (0,6003 м3/мин),

м3/с (1,04 м3/мин).

Выбираю по справочнику [1, стр. 33] стационарную компрессорную станцию типа КСЭ-3М со следующими техническими характеристиками:

- производительность - 3 м3/мин;

- рабочее давление - 7 ати (0,7 МПа);

- частота вращения вала - 730 мин-1;

- мощность электродвигателя - 20 кВт;

- частота вращения электродвигателя - 730 мин-1;

- габариты, мм

длина - 1970 мм

ширина - 855 мм

высота - 1285 мм

- вес - 1110 кг.

Расчёт и выбор пневмоаппаратуры и трубопроводов

Проверка пневмоцилиндра на максимальный расход воздуха

Проверим пропускную способность штуцеров ПЦ по формуле (45):

, м3/ч,

где f - минимальное сечение штуцера пневмоцилиндра мм2;

Р - давление сжатого воздуха в магистрали, кг/см2;

Vуд - удельный объём сжатого воздуха, м3/кг;

t - удельный вес воздуха при рабочих условиях, кг/м3.

f = · dу2 / 4 = 3,14 · 182 / 4 = 254,34 мм2 (2,54 · 10-4 м2).

Удельный объем сжатого воздуха по формуле (46):

, м3/кг,

где R - универсальная газовая, R= 287 Н·м /кг·0К;

Т - рабочая температура по Кельвину. Т = 20 С + 273 = 293К.

Vуд =287 · 293 / 0,7 · 106 = 0,12 м3/кг.

Удельный вес воздуха при рабочих условиях при T =20 C и давлении Р = 7 кг/см2 (0,7 МПа):

t20 = 8,17 кг/м3 табл. 15 [1];

м3/час,

(0,889 м3/мин или 0,015 м3/с).

Т.к. Qп/ц Qmax (0,889 > 0,6003) м3/мин выбранный пневмоцилиндр подходит.

2.3.5 Расчёт воздухопровода

Внутренний диаметр воздухопровода по формуле (47):

, мм,

где с0 - плотность воздуха при нормальном атмосферном

давлении и давлении в трубопроводе с0 = 1,17 кг/м3;

с = 8,17 кг/м3;

Vрек - скорость воздуха в воздухопроводе, Vрек = 8…12 м/с.

Диаметр трубопровода на участках непосредственно идущих к пневмоцилиндрам: м.

В качестве трубопроводов пневмосистемы выбираем ближайший по внутреннему диаметру рукав с м (16 мм) типа: Б-20 Ф16 ГОСТ 8318-57

Фактическая скорость движения воздуха в трубопроводе по формуле (48):

, м/с,

где f ст- площадь воздухопровода , м2.

м2 ,

м/с.

2.3.6 Выбор пневмоаппаратуры

По справочнику [3] выбираем пневмоаппаратуру.

Фильтр-влагоотделитель

Типа 22-1680 УХЛ4. ГОСТ 17437-81

- условный проход, dу=16 мм;

- номинальное давление воздуха , Рном = 1,0 МПа;

- отвод конденсата - ручной;

- расход воздуха при Р = 0,63 МПа:

максимальный - 2,0 м3/мин;

минимальный - 0,4 м3/мин;

- степень влагоотделения - 90%;

- абсолютная тонкость фильтрации - 80 мкм;

- потеря давления при макс. расходе воздуха - 0,01 МПа;

- утечки воздуха - 10 см3/мин;

- пропускная способность, К = 4,9 м3/ч;

- вместимость резервуара для конденсата - 0,025 л.

Клапан редукционный

Типа 122-16 УХЛ4. ГОСТ 18468-79.

- условный проход, dу=16 мм;

- номинальное давление воздуха , Рном=1,0 МПа;

- номинальный расход воздуха при Р=0,63 МПа - 1,6 м3/мин;

- утечка воздуха, maх - 6,5 м3/мин;

- падение давления на выходе - 0,06 МПа;

- пределы настройки - (0,05 … 0,9) МПа.

Манометр

Манометр 4-го класса точности по ГОСТ 8625-77- поставляется вместе с редукционным клапаном.

Маслораспылитель

Типа 121-16-УХЛ4. ГОСТ 25531-82.

- условный проход, dу=16 мм;

- номинальное давление воздуха , Рном = 1,0 МПа;

- расход воздуха при , Р = 0,63 МПа:

минимальный - 1,25 м3/ мин;

максимальный - 0,25 м3/ мин;

- потери давления при макс. расходе воздуха - 0,025 МПа;

- подача масла, капли в минуту - до 2;

- максимальная вместимость резервуара для масла - 0,2 л;

- утечка воздуха, maх - 5 см3/мин.

Пневмораспределитель

Типа 5Р4.232-04 УХЛ4 ГОСТ 21251-85.

- 5Р- число линий (пятилинейный;);

- 4 - условный проход - dу=20 мм ;

- 232 - двухпозиционный с двухсторонним управлением;

- 04 - монтаж стыковой;

- УХЛ4 - климатическое исполнение;

- номинальное давление воздуха, Рном = 1,0 МПа;

- минимальное давление питания - 0,25 МПа;

- минимальное давление управления - 0,16 МПа;

- пропускная способность, К = 5,6 м3/ч;

- утечка воздуха - 500 см3/мин;

Пневмодроссель с обратным клапаном

Типа П-ДМ-20-2 УХЛ4 ТУ У 00223800.028-99.

- условный проход, dу=20 мм;

- присоединительная резьба К3/4” ГОСТ 6111-52;

- номинальное давление воздуха, Рном = 1,0 МПа;

- пропускная способность, К = 4,5 м3/ч.

Пневмоглушитель

Типа 2113-16 УХЛ4 ГОСТ 25144-82.

- условный проход, dу=16 мм;

- присоединительная резьба К1/2” ГОСТ 6111-52;

- номинальное давление воздуха, Рном = 1,0 МПа;

- пропускная способность, К = 4,0 м3/ч.

Вентили

Типа клапан запорный муфтовый 15кч18р Ду-20.

- среда - вода, воздух

- условный проход, dу=20 мм;

- номинальное давление воздуха, Рном = 1,6 МПа.

2.3.7 Определение потерь давления в трубопроводах и аппаратуре

Потери по давлению определим для основного цикла - прижатия ролика (быстрый подвод)

Потери давления в трубопроводе по длине

Для определения потерь давления в трубопроводе воспользуемся номограммой представленной в [Герц] и показанной на рисунке 4.

При следующих параметрах:

· расход сжатого воздуха Qп/ц = 0,889 м3/мин

· подаваемое давление p = 0,63 МПа

· диаметр трубопровода dвн = 16 мм

· потери давления на 1 м резинового рукава составят Дp = 0,0005 МПа.

Найдем потери давления на участках.

Участок 1-2: d = 16 мм, l = 4 м

l = 0,0005 · 4 = 0,002 МПа

Участок 3-4: d = 16 мм, l = 3 м

l = 0,0005 · 3 = 0,0015 МПа

Участок 5-6: d = 32 мм, V = 7,86 м/с, l = 3,5 м

l = 0,0005 · 3,5 = 0,0018 МПа

Общие потери (БП) в линии нагнетании воздуха:

? l = 0,002 + 0,0015 = 0,0035 МПа.

Общие потери (БП) в линии сброса воздуха:

? l = 0,0018 МПа.

Местные потери давления по формуле (49)

м= 51 · ()· V2 · · 10-7, Па,

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Линия нагнетания воздуха.

1 - коэффициент местного сопротивления расширения потока с Ф16 мм (рукав) до Ф20 мм (вентиль В1) по формуле (50):

расш= (1- d2 / D2)2,

1= (1- 0,0162 / 0,0202)2 = 0,36.

2 - коэффициент местного сопротивления сужения потока с Ф20 мм (вентиль В1) до Ф16 мм (фильтр влагоотделитель ФВ) по формуле (51):

суж.= 0,7 · (1- d2 / D2) - 0,2 · (1- d2 / D2)3,

2= 0,7 · (1- 0,0162 / 0,0202) - 0,2 · (1- 0,0162 / 0,0202)3 = 0,24,

3 = 1,1 - коэффициент местного сопротивления колено 90 град.

4 - коэффициент местного сопротивления расширения потока с Ф16 (рукав) до Ф20 (блок управления)

4= (1- 0,0162 / 0,0202)2 = 0,36,

5 - коэффициент местного сопротивления колено 90 град.

Итого на два колена 5 = 2,2

6 - коэффициент местного сопротивления сужения потока с Ф20 мм (блок управления) до Ф16 мм (рукав):

6= 0,7 · (1- 0,0162 / 0,0202) - 0,2 · (1- 0,0162 / 0,0202)3 = 0,24,

Линия сброса воздуха.

7 - коэффициент местного сопротивления колено 90 град.

Итого на два колена 7 = 2,2

Общие потери.

Суммарные потери (БП) в линии нагнетании воздуха:

= 0,36 + 0,24 + 1,1 + 0,36 + 2,2 + 0,24 = 4,5,

м= 51 · 4,5 · 10,12 · 8,17 · 10-7 = 0,0191 кгс/см2 (0,0019 МПа).

Суммарные потери (БП) в линии сброса воздуха:

= 2,2 ,

м= 51 · 2,2 · 10,12 · 8,17 · 10-7 = 0,0091 кгс/см2 (0,00092 МПа).

Потери давления в аппаратуре

Потери давления в аппаратуре по формуле (52):

,

где - коэффициент потери давления в аппарате;

Влагоотделитель [1, стр. 22]:

кгс/см2 (0,0129 МПа).

Клапан редукционный [1, стр. 22]:

кгс/см2 (0,025 МПа).

Маслораспылитель:

МПа - согласно паспортных данных.

Дроссель с обратным клапаном [1, стр. 22]:

кгс/см2 (0,0542 МПа).

Пневмораспределитель ; [1, стр. 22]:

кгс/см2 (0,0217 МПа).

Суммарные потери (БП) в линии нагнетании воздуха:

?А =в + к +м + д + р = 0,0129 + 0,025 + 0,025 + 0,0542 + 0,0217 = =0,1388 МПа.

Суммарные потери (БП) в линии сброса воздуха:

?А = р = 0,0217 МПа.

Общие потери давления в напорной линии пневмоцилиндра по формуле (53):

? = ?А + ?l + ?м .

Общие потери (БП) в линии нагнетании воздуха:

? = 0,1388 + 0,0035 + 0,0019 = 0,1442 МПа.

Общие потери (БП) в линии сброса воздуха:

? = 0,0217 + 0,0018 + 0,00092 = 0,0244 МПа.

2.3.8 Проверка пневмоцилиндра по действительному усилию

При Р = 0,63 МПа с учётом потерь давления, действительное тянущее усилие на штоке пневмоцилиндра по формуле (54):

Fмин.ц.= · Dст2 · Р · / 4,

где Р - давление воздуха в рабочих полостях пневмоцилиндра с учетом потерь, МПа;

- кпд пневмоцилиндра.

Р = Р - = 0,63 - 0,1442 = 0,4858 МПа.

КПД пневмоцилиндра = 0,88

Rмин.ц.= 3,14 · 0,22 · 0,4858 · 106 · 0,88 / 4 = 13423,6 Н,

Rмин.ц > Rmax ,

13423,6 > 10294 Н.

Действительного усилия пневмоцилиндра достаточно для прижима ролика.

2.3.9 Требуемая пропускная способность пневмоаппаратуры

Пропускная способность пневмоаппаратуры определяется по формуле (55):

, м3/ч,

где F - площадь штоковой области, м3;

S - ход поршня, м;

Р - давление в магистральном трубопроводе, МПа;

Р - потери давления в напорной линии пневмоцилиндра, МПа;

ts - время перемещения поршня, с.

S = 0,325м;

Р = 0,63 МПа;

Р = 0,1442 МПа;

ts = 1 c.

м3/ч.

Минимальная пропускная способность у пневмоглушителя КvПГ=4 м3/ч

Кv КvПГ ,

3,04 4.

Выбранная пневмоаппаратура удовлетворяет требуемой пропускной способности.

2.4 Расчёт узла ролика вытаскивателя заготовок

2.4.1 Расчёт рычага

Расчет момента сопротивления.

Исходя из технического чертежа вытаскивателя заготовок определяем габаритные размеры рычага в месте опасного сечения изображенного на рисунке 5.

t = 0, 03 м.

h = 0, 17 м.



Рисунок 5 - Разрез рычага в месте опасного сечения

Момент сопротивления сечения определяется по формуле (56):

,

.

Расчёт момента изгиба

Момент изгиба определяется по формуле (57):

,

где: 2700 - прижимное усилие верхнего ролика, по исходным данным, кг.;

r - радиус рычага, согласно исходным данным, м.;

g - ускорение свободного падения, 9,81 .

.

Определение нормального напряжения

Нормальное напряжение определяется по формуле (58):

,

Согласно справочных данных предел прочности для материала рычага (сталь 45) равен 600 МПа.

Напряжение в рычаге не превышает допустимых значений.

2.4.2 Расчёт подшипников скольжения

Определение нагрузок на подшипники скольжения роликов

Нагрузка на нижний ролик определяется из равенства по формуле (59):

,

где: -нагрузка нижнего подшипника скольжения, Н;

-нагрузка верхнего подшипника скольжения, Н;

305,400 - диаметры верхнего и нижнего подшипников скольжения, исходные данные, мм.

Нагрузка на нижний подшипник скольжения по формуле (60) равна:

,

Из равенства (59) определяем нагрузку верхнего подшипника скольжения



Расчёт касательного напряжения в оси подшипника скольжения по формуле (61):

где: F - нагрузка на подшипник скольжения, Н;

A - площадь поперечного сечения,.

Площадь поперечного сечения рассчитывается по формуле (62):

где: r - радиус подшипника скольжения, мм.

Из исходных данных:

Площадь поперечного сечения верхнего подшипника скольжения равна:

Площадь поперечного сечения нижнего подшипника скольжения равна:

Касательное напряжение в оси верхнего подшипника скольжения равно:

Касательное напряжение в оси нижнего подшипника скольжения равно:

Предел выносливости при кручении для стали 45 равен 165 МПа, что не превышает расчетные значения.

Расчёт соответствия рассчитываемых подшипников скольжения условиям:

· Требования к износостойкости подшипника скольжения по формуле (63):

· Ограничение нагрева трущихся поверхностей по формуле (64):

,

где: p- среднее давление в подшипнике скольжения.

Среднее давление в подшипнике скольжения рассчитывается по формуле (65):

,

где: F-радиальная нагрузка на подшипник скольжения, Н;

l - длина цапфы, мм;

d - диаметр цапфы, мм;

v - скорость скольжения, м/с.

Удовлетворение условиям износостойкости верхнего подшипника скольжения:

Из технических условий:

l = 50 мм. = 0,05 м.

d = 30 мм. = 0,03 м.

Среднее давление в верхнем подшипнике скольжения равно:

Удовлетворение условиям износостойкости нижнего подшипника скольжения:

Из технических условий:

l = 195 мм. = 1,95 м.

d = 110 мм. = 1,1 м.

Среднее давление в нижнем подшипнике скольжения равно:

Удовлетворение условиям ограничения нагрева трущихся поверхностей нижнего подшипника скольжения по формуле (66):

где V - окружная скорость цапфы, м/с;

- диаметр нижнего ролика, мм.

Из формулы (66) находим V:

Отсюда условие ограничения нагрева трущихся поверхностей нижнего подшипника скольжения:

Значения для верхнего подшипника скольжения принимаем равным значению нижнего подшипника.

Сравниваем расчетные значения p и pv с допускаемыми значениями и для данного типа механизмов.

Сравнительная характеристика представлена в таблице 4.

Таблица 4 - Сравнительная характеристика расчетных значений с допускаемыми

Допускаемые значения	2-10	4-10
Расчетные значения, в т.ч.
верхний подшипник скольжения	2,3	5
нижний подшипник скольжения	1,2	5

Расчётные значения не превышают предельно допустимых значений для данного типа механизмов.

Рассчитанные подшипники скольжения удовлетворяют условиям износостойкости и ограничению нагрева трущихся поверхностей.

3. Технологическая часть

3.1 Проектирование технологического процесса изготовления цапфы вала

3.1.1 Описание конструкции и назначение детали

Цапфа представляет собой тело вращения с посадочными местами для подшипников, лабиринтных колец, уплотнений и муфты.

Имеется обилие фасок, галтелей, поверхностей с различной шерохова-тостью и т.д.

Для подачи воды для охлаждения подшипникового узла изнутри в цапфе со стороны посадочного места для запрессовки в бочку ролика имеется глухое отверстие.

Для посадки муфты на шейке цапфы выполняется шпоночный паз под призматическую шпонку.

Все посадки (подшипников, муфты, лабиринтных уплотнений) выполняются с натягом. Особенности эксплуатации данного узла наложили свой отпечаток на конструкцию и особенности изготовления и монтажа.

3.1.2 Технологический контроль чертежа детали

Чертеж цапфы имеет достаточное количество проекций и видов, которые позволяют однозначно трактовать конструкцию детали. Изображение детали выполнено в двух видах в масштабе 1:1 - главный вид и вид с боку. На главном виде совмещены вид и разрез, что дает более полное представление о детали. Вид с боку дает дополнительное представление о детали, о её конструкции и технологичности.

Чертеж выполнен в соответствии с ГОСТ 2.316-68 «Правила нанесения на чертежах надписей, технических требований и таблиц». Размеры, посадки и предельные отклонения размеров обозначены в соответствии с ГОСТ 2.207-68 «Нанесение размеров и предельных отклонений». Отклонение формы и взаимного расположения поверхностей детали, а так же размеры и размерные линии выполнены в соответствии с ГОСТ 2.308-68.

В технических требованиях, расположенных над основной надписью, приведена дополнительная информация для проектирования детали. Указываются требования к размерам, предельным отклонениям, допускам формы и расположения поверхностей, требования к качеству поверхностей.

3.1.3 Анализ технологичности конструкции

Одним из важнейших факторов, влияющим на характер технологического процесса является технологичность конструкции.

Поскольку данная деталь представляет собой тело вращения, то при её изготовлении нет каких либо помех вызванных нетехнологичностью конструкции. Большинство основных операций делается на обычном токарном станке с ЧПУ. Сверление глухого отверстия для подачи охлаждающей жидкости не требует высокой точности и выполняется так же на токарном станке. Шпоночный паз выполняется на вертикально-фрезерном станке. Мест труднодоступных для обработки деталь не имеет. Все размеры могут быть проконтролированы стандартным измерительным инструментом.

Все эти операции отработаны и опробованы в ремонтно-механических цехах ОАО «Северсталь», но при необходимости данная деталь может быть изготовлена без каких либо проблем силами ремонтно-механической мастерской сортопрокатного цеха, в котором данный узел и используется.

В целом, я нахожу деталь технологичной.

3.1.4 Выбор метода изготовления и формы заготовки

Метод выполнения заготовки для изготовления деталей определяется исходя из назначения и конструкции детали, условиями её работы и представляемыми требованиями к ней. Выбрать заготовку, значит установить способ её получения, наметить припуски на обработку каждой поверхности, рассчитать размеры и указать допуски на неточность изготовления. Для рационального изготовления заготовки с минимальной себестоимостью необходимо учитывать все вышеперечисленные данные.

Выбор метода изготовления заготовки зависит от формы и размеров детали, ее материала и назначения, объема производства и т.д. лучшим методом является тот, при котором заготовка получается более дешевой, включая стоимость последующей механической обработки, и имеют требуемое качество. Важнейшим фактором при выборе метода изготовления заготовок является экономия металла. Значительное сокращение расходов металла достигается при использовании технологических процессов малоотходного производства заготовок, размеры которых максимально приближаются к размерам деталей. Экономия металла достигается благодаря сокращению припусков под механическую обработку и повышения точности размеров заготовки.

Цапфа может быть изготовлена 2 способами:

Из проката;

Поковка.

Заготовка из проката

Для изготовления детали принимаем прокат ? 325 мм. Длиной L = 608мм.

Рисунок 6 - Заготовка из проката

Себестоимость заготовки из проката определяется по формуле (67):

где М - затраты на материал заготовки , руб.;

- технологическая операция правки, калибровки прутков, разрезки их на штучные заготовки :

=·/(60·100),

где - приведённые затраты на рабочем месте, руб/час;

- время выполнения заготовительной операции на штучные заготовки, мин.

Затраты на материал определяются по массе проката , требующегося на изготовление детали , и массе сдаваемой стружки по формуле (67) :

где Q - масса заготовки , кг;

S - цена 1 кг материала заготовки , руб;

G - масса готовой детали , кг;

- цена 1 кг отходов , руб;

Цена 1 кг материала Сталь 45 S = 90 руб / кг;

Цена 1 кг отходов Сталь 45 Sотх = 25 руб/кг.

Определим обьём заготовки из проката по формуле (68):

Определим массу заготовки из проката по формуле (69):

М = · p = 50412,7 · 7,85 · 0,001= 395,74кг.

Масса готовой детали g = 72 кг: М = 395,74 · 90 - (395,74 - 72 ) · 25 = 27523,1 руб.

Определим приведённые затраты на рабочем месте при резке проката на отрезных станках , работающих дисковыми пилами = 121руб/час

Определим штучно-калькуляционное время на отрезку заготовки из проката по формуле (70):

где - основное технологическое время, мин.;

- коэффициент зависящий от типа производства.

= 0,19 · = 0,19 ·· 0,001 = 21 мин,

мин,

= 121 · 45 / ( 60 · 100 ) = 0,9 руб,

= 27523,1 + 0,9 = 27524 руб.

Заготовка поковка

Стоимость заготовки, получаемой методом поковки определяется по формуле (72):

=,

где - базовая стоимость 1т заготовки в руб.;

- коэффициенты, зависящие от класса точности, группы сложности, массы, марки материала и обьёма производства заготовок.

Масса заготовки, полученная поковкой , равна 130 кг.Базовая стоимость поковки из стали 45 С = 200 руб/кг.

Выбираем значения коэффициентов:

При нормальной точности заготовки коэффициент Кт = 1.

Для стали 45 принимаем коэффициент Км = 1,13

Кс = 0,77.

Кв = 0,7.

Кп = 1,0

= ( 200 · 130 · 1·1,13 · 0,77 · 0,7 · 1 ) - ( 130 - 72 ) · 25 = 10614,18 руб.

Изображение поковки показана на рисунке 7.

Рисунок 7 - Заготовка поковка

Сравнительная характеристика заготовок представлена в таблице 5.

Таблица 5 - Сравнительная характеристика заготовок

Параметр	Прокат	Поковка
Масса заготовки , кг	395,74	130
Стоимость 1 т заготовки, руб	90000	200000
Стоимость заготовки , руб	27524	10614,18

Экономически выгоднее является поковка.

3.1.5 Выбор припусков и допусков для заготовки

Любая заготовка, предназначенная для дальнейшей механическое обработки, изготавливается с припуском на размеры готовой детали. Этот припуск представляет собой материал, необходимый для получения заданных параметров по шероховатости и точности изготовления поверхностей детали.

Разность размеров заготовки и окончательно обработанной детали определяет величину припуска. Припуски разделяют на общие и межоперационные. Под общим понимают припуск, снимаемый в течение всего процесса обработки данной поверхности - от размера заготовки до окончательного размера готовой детали. Межоперационным называется припуск, который удаляют при выполнении отдельной операции. Припуски так же бывают симметричные и ассиметричные. Величина припуска дается на «сторону», т.е. указывается толщина слоя снимаемого на данной поверхности. Припуск должен быть оптимальным, так как чрезмерно увеличенные припуски вызывают излишние затраты на изготовление детали, что влечет за собой увеличение себестоимости.

Величина припуска на обработку заготовки зависят от следующих факторов:

материал заготовки;

конфигурация и размер заготовки;

вид заготовки и способ её получения;

требования по механической обработки;

технические условия по качеству и классу шероховатости поверхности, точности размеров детали.

Из этого следует, что величина общего припуска зависит от толщины дефектного слоя, подлежащего снятию, припусков на промежуточные операции, погрешности установки шероховатости поверхности.

Так как требуется поковка весом менее 200 кг., то припуски на обработку берём по ГОСТ 7062-87.

При обработке наружной поверхности поковок припуск на обработку определяется по формуле (73):

где, - минимальный припуск на обе стороны или диаметр;

- высота микронеровностей;= 0,20 мм.;

- глубина поверхностного дефектного слоя; = 0,20 мм.;

- суммарное значение пространственных отклонений для элементарной поверхности на предшествующем переходе;

- погрешность установки заготовки при выполняемом переходе. = 0,3 мм.

По формуле (74)

,

где, =1,6мм.

=0,7 мм.

Рассчитываем максимальный припуск по формуле (75):

= + + ,мм,

где, - максимальный припуск, мм;

- допуск по размеру на предшествующем переходе:

для Ф 145 h11 = -0,25;

- допуск на выполняемом переходе:

- для Ф 141 h9 = -0,1 мм. =4,33+(-0,1-0,25)=4,48мм.

Таблица 6 - Припуски и допуски на заготовку

№ п/п	Номинальный диаметр, мм	Поле допуска, мкм	Наименование операции.	Припуск на обработку, мм.	Чистота поверхности
1	Ф 279		Черновое точение Чистовое точение	4,6 мм. 0,6 мм	Rz20
2	Ф 240		Черновое растачивание		Rz80
3	Ф 320		Черновое точение Чистовое точение	5 мм. 0,6 мм.	Rz40
4	Ф160		Черновое точение Чистовое точение	4 мм. 0,6 мм.	Rz40
5	Ф140		Черновое точение Чистовое точение	4,48 мм 0,6 мм.	Rz40
6	Ф120		Черновое точение Чистовое точение Шлифование	3,6мм. 0,5 мм. 0,3 мм.	0,63v
7	Ф115		Черновое точение Чистовое точение Шлифование	2,4 мм. 0,5мм. 0,2 мм.	0,63v
8	Ф 110		Черновое точение Чистовое точение Шлифование	2,4 мм. 0,5мм. 0,2 мм.	0,63v

Аналитический расчет припуска на обработку.

Расчет минимального припуска на механическую обработку выполним для одной из наиболее точных поверхностей детали - наружную поверхность

при шероховатости Ra2,5.

Для получения указанной точности и шероховатости по рекомендациям [3] необходимо и достаточно четыре технологических перехода -точение - черновое и чистовое, шлифование - предварительное и чистовое. Расчет проводим по формулам расчетно-аналитического метода определения припусков.

Припуски определяем по формуле (76):

2( + + ·2+ ),

где, - значение высоты микронеровностей поверхности на предыдущем переходе;

- значение глубины дефектного слоя поверхности на предыдущем переходе;

- суммарное значение пространственного отклонения на предыдущем переходе;

- погрешность установки заготовки на выполняемом переходе.

Значения и выбираем по таблице 2 [3].

В рассматриваемом случае:

На поверхности штампованной заготовки при массе от 25 до 100 кг:

200; 300;

Далее по Приложению 3 [9]:

после черновой обработки лезвийным инструментом:

=100; 100;

после чистовой обработки лезвийным инструментом:

= 30; =30;

После шлифования предварительного:

= 10; =20;

чистового

= 5; = 10;

Для определения пространственного отклонения заготовки выбираем следующую формулу (77):

,

где, - коробление поковки (для поковок типа валов коробление равно кривизне стержня) по формуле (78):

,

где, - удельная кривизна стержня (можно выбрать по таблице 13 [3])

1 мкм на 1 мм длины заготовки;

L - длина половины заготовки.

Тогда,

- смещение утолщения относительно оси стержня (можно выбрать по таблице 13 [3]) = 0,25мм по формуле (79):