Управление качеством технологического процесса изготовления изделия "Редуктор цилиндрический двухступенчатый" и детали "Шестерня на промежуточном валу"

4

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«КУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Управление качеством»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Технологические методы управления качеством»

на тему «Управление качеством технологического процесса изготовления изделия «Редуктор цилиндрический двухступенчатый» и детали «Шестерня на промежуточном валу»»

Аннотация

Темой данной курсовой работы является управление качеством технологического процесса изготовления редуктора цилиндрического двухступенчатого горизонтального и его детали - шестерня на промежуточном валу в сборе.

В курсовой работе анализируется служебное назначение редуктора цилиндрического двухступенчатого горизонтального, приводится принцип его работы, выявляются размерные связи и связи свойств материалов, проектируется процесс сборки.

Также проектируется поэтапный технологический процесс изготовления детали редуктора - шестерня на промежуточном валу.

Курсовая работа выполнена на листах, содержит таблицу, рисунков и графическую часть, представленную в приложениях.

Введение

В Российской Федерации в настоящее время осуществляется переход к рыночной экономике с присущей ей конкуренцией, что влечет за собой новые условия для деятельности предприятий и организаций, как на внутреннем, так и на внешнем рынках. Поэтому перед производителями возникает необходимость борьбы за доверие потребителя, что, в свою очередь, требует высокого качества выпускаемой продукции, постоянного пополнения ассортимента и ее совершенствования. Для обеспечения этих условий необходимо обеспечить техническое перевооружение промышленности страны на основе выпуска прогрессивного высокопроизводительного оборудования и машин.

Ведущая роль принадлежит машиностроению, так как основные производственные процессы выполняют машины. Поэтому и технический уровень всех отраслей промышленности в значительной мере определяется уровнем развития машиностроения. На основе развития машиностроения осуществляется комплексная механизация и автоматизация производственных процессов в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве, на транспорте. Поэтому одной из важнейших задач отечественного машиностроения является значительное повышение эксплуатационных и качественных показателей продукции при непрерывном росте объема ее выпуска. Одним из направлений решения этой задачи является совершенствование и развитие конструкций современных машин.

Объектом курсовой работы был выбран редуктор цилиндрический двухступенчатый горизонтальный. Целью курсовой работы является ознакомление с технологическим процессом изготовления редуктора цилиндрического двухступенчатого горизонтального и проектирование технологического процесса изготовления шестерни на промежуточном валу в сборе. Эти процессы напрямую взаимосвязаны, ведь от того, насколько точно будет выдержан размер и форма детали при обработке, зависит правильность сопряжения деталей в изделии и, как следствие, надежность изделия.

1. Описание изделия и его служебного назначения

Редуктор 1Ц2У-200 общего назначения предназначен для работы как в непрерывном, так и в повторно-кратковременном режимах работы. Ребра корпуса расположены внутри, что увеличивает жесткость корпуса, улучшает виброакустические характеристики, увеличивает объем масла и придает редуктору красивый внешний вид.

Крышка соединяется с корпусом болтами, завинчиваемыми в гнезда в корпусе. Увеличенная длина болтов обеспечивает плотность стыка. Крышки подшипников - закладные, регулировка подшипников - винтами. Противопыльный фильтр (пылесборник) совмещен с крышкой люка. Зубья колес имеют высокую твердость (более 50 HRC_э). Колеса узкие (ш_a=0.25), что обеспечивает невысокую концентрацию нагрузки по ширине венца (редуктор изготовляется с передаточными числами от 8 до 40). При непрерывном режиме работы крутящий момент на тихоходном валу равен 250 кН?м, при повторно-кратковременных режимах допустимый момент возрастает обратно пропорционально коэффициенту долговечности, до 400 кН?м.

Входной вал имеет конический конец, а конец выходного вала может иметь несколько исполнений: конический, в виде зубчатой муфты, полый со шлицевым отверстием, для соединения приборов управления.

Угол наклона зубьев первой и второй ступени в = 16?5'57".

Материал шестерен и колес - сталь марки 25ХГМ.

Редукторы допускают кратковременные перегрузки, в 2,2 раза превышающие номинальные нагрузки, возникающие при пусках и остановках двигателя, если число циклов нагружения входного вала за время действия этих перегрузок не превысит 3 ? 10⁶ в течение всего срока службы редукторов.

При работе редуктора в повторно-кратковременном режиме, т. е. при переменных нагрузках с периодическими остановками, допускается увеличивать значение вращающего момента на выходном валу. Коэффициент увеличения номинального вращающего момента следует принимать равным 2,0. если число циклов нагружения входного вала за время действия этих значений вращающих моментов не превысит 3?10⁶.

При работе редукторов в реверсивном режиме, т. е. при периодическом изменении направлений вращения, номинальные вращающие моменты на выходном валу должны быть снижены на 30 %.

Редукторы изготовляют по вариантам сборки 11-16, 21-26, 31-36 в соответствии с ГОСТ 20373.

Концы валов конические типа 1 (с наружной резьбой) исполнения 1 (длинные) по ГОСТ 12081. На концах валов должны быть гайки по ГОСТ 5915, ГОСТ 5916, ГОСТ 10605 или ГОСТ 10607 и стопорные шайбы по ГОСТ 13465.

Технические требования - по ГОСТ Р 50891-96.

Пример обозначения цилиндрического двухступенчатого редуктора с межосевым расстоянием тихоходной ступени 200 мм. номинальным передаточным числом 20, вариантом сборки 12, категории точности 1, коническим концом выходного вала К, климатического исполнения У и категории размещения 3 по ГОСТ 15150:

Редуктор Ц2У-200-20- 12К-1-УЗ.

То же, с концом выходного вала в виде части зубчатой муфты:

Редуктор Ц2У-200-20- 12М- 1-УЗ.

В данной курсовой работе рассматривается редуктор цилиндрический двухступенчатый горизонтальный типа 1Ц2У-200-25-22К-У3. Его характеристики представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Основные параметры цилиндрического двухступенчатого редуктора.

Наименование параметра	Значение параметра
Номинальное передаточное число	25
Номинальная передаваемая мощность Р1, кВт	4,75
Вращающий момент на тихоходном валу, Н•м	2500
Частота вращения, мин-1	1800
Допускаемая радиальная нагрузка консольных участков валов, Н: - входного - выходного	2240 12500
Осевой люфт в подшипниках, мм: - входного вала - выходного вала	0,06…0,07 0,07…0,08
КПД	0.97
Масса кг, не более	170
Объем заливаемого масла, л	1,9

2. Анализ показателей качества изделия. Формулирование передачи единичных и комплексных показателей качества изделия применительно к жизненному циклу изделия

Номенклатура показателей качества редукторов, обозначение и характеризуемые свойства приведены в ГОСТ 4.124-84. В таблице 2 приведены показатели качества, применяемые для редукторов.

Перечисленные в таблице 2 пронумерованные показатели являются единичными, то есть каждый из этих показателей характеризует одно конкретное свойство. Единичные показатели, объединяясь в группы, образуют комплексные показатели, характеризующие группу свойств объекта. Примером комплексного показателя является надежность.

Таблица 2 - Номенклатура показателей качества редукторов

Наименование показателя	Обозначение показателя	Наименование характеризуемого свойства
1. Показатели назначения
1.1. Классификационные показатели
1.1.1. Номинальная частота вращения входного вала, с№	nвх. ном	-
1.1.2. Номинальная частота вращения выходного вала, с№	nвых. ном	-
1.1.3. Передаточное число	U	-
1.2. Функциональные показатели и показатели технической эффективности
1.2.1. Номинальный крутящий момент на выходном валу, Нм	Мвых. ном	Нагрузочная способность
1.2.2. Допускаемая радиальная консольная нагрузка, приложенная в середине посадочной части входного вала, Н	Fвх.	Нагрузочная способность
1.2.3. Допускаемая радиальная консольная нагрузка, приложенная в середине посадочной части выходного вала, Н	Fвых.	Нагрузочная способность
1.3. Конструктивные показатели
1.3.1. Удельная масса, кг/Нм	-	Эффективность использования материала в конструкции
1.3.2. Габаритные размеры (длина, ширина, высота), мм	LЧBЧH	-
1.3.3. Межосевое расстояние, мм	aw	-
1.3.4. Климатическое исполнение и категория размещения	-	Стойкость к воздействию климатических факторов
2.Показатели надежности
2.1 Показатели безотказности
2.1.1. Установленная безотказная наработка, ч (ГОСТ 27.002-83)	Ту	Безотказность
2.2. Показатели долговечности
2.2.1. Полный средний срок службы, год (ГОСТ 27.002-83)	Тсл.	Долговечность
2.2.2. Полный установленный срок службы, год (ГОСТ 27.002-83)	Тсл. у	Долговечность
2.2.3. Полный девяностопроцентный ресурс передач, ч (ГОСТ 27.002-83)	Тр	-
2.2.4. Полный девяностопроцентный ресурс подшипников, ч (ГОСТ 27.002-83)	Т	-
2.3. Показатель ремонтопригодности
2.3.1. Удельная суммарная трудоемкость технического обслуживания, чел. ч/ч (ГОСТ 27.002-83)	Sт.о	Ремонтопригодность
3. Показатели унификации
3.1. Коэффициент применяемости, %	К пр	Степень заимствования
3.2. Коэффициент повторяемости, %	К п	Степень повторяемости
4. Эргономические показатели
4. Корректированный уровень звуковой мощности, дБА	Lра	Звуковое давление
5. Патентно-правововой показатель
5.1. Показатель патентной защиты	Рп.з.	Патентная защита
5.2. Показатель патентной чистоты	Рп.ч.	Патентная чистота
6. Показатель экономичного использования энергии
6.1. Коэффициент полезного действия, %		97%

Работоспособность каждой детали зависит от того, насколько её конструкция и материал, из которого она изготовлена, способны противостоять рабочим и другим нагрузкам и воздействиям окружающей среды.

Конструкцию каждой детали создают, исходя из ее служебного назначения. Конструкция любого изделия в своей сущности является сложной системой сопряженных множеств связей: свойств материалов и размерных цепей.

Погрешности изготовления и сборки передач вызывают динамические нагрузки, шум, вибрации, концентрации напряжений на отдельных участках зубьев, а также несогласованность углов поворота ведущего и ведомого колес, что приводит к ошибкам относительного положения звеньев и к ошибкам от мертвого хода.

Для достижения качественной работы передач редуктора необходимо:

1) Обеспечить кинематическую точность, т.е. согласованность углов поворота ведущего и ведомого колес передачи;

2) Обеспечить плавность работы, т.е. ограничение циклических погрешностей, многократно повторяющихся за один оборот колеса;

3) Обеспечить контакт зубьев, т.е. такого прилегания зубьев по длине и высоте, при котором нагрузки от одного зуба к другому передаются по контактным линиям, максимально исполняющим всю активную поверхность зуба;

4) Обеспечить боковой зазор для устранения заклинивания зубьев при работе в передаче.

Для достижения поставленных целей редуктор должен иметь соответствующие единичные и комплексные показатели качества. Все показатели качества редуктора разрабатываются на такой стадии жизненного цикла изделия, как проектирование.

3. Выявление размерных связей и связей свойств материалов, обеспечивающих заданные показатели качества изделия

При определении размерных связей в редукторе определяют:

ѕ размеры поверхности деталей;

ѕ относительное положение поверхностей деталей;

ѕ относительное положение деталей в механизмах;

ѕ относительное положение механизмов в изделии.

Размерные связи образуются преобразованием динамических связей при переходе от действующих нагрузок на кинематических звеньях к размерам поверхностей деталей исходя из их служебного назначения и свойств выбранного материала.

Объективные размерные связи в конструкции машины, в технологических процессах изготовления ее деталей и сборки, при измерении можно отразить в виде размерных цепей. Различают конструкторские и технологические размерные цепи. Конструкторская размерная цепь определяет расстояние или относительный поворот поверхностей или осей в изделии. Технологическая размерная цепь обеспечивает требуемое расстояние или относительный поворот поверхностей изделия в процессе его изготовления.

Расчет размерных цепей является необходимым этапом конструирования, производства и эксплуатации широкого класса изделий. Существует следующие методы достижения заданной точности исходного звена: метод полной взаимозаменяемости, вероятностный метод, метод регулирования, метод групповой взаимозаменяемости, метод пригонки.

Объектом производства в данной курсовой работе является редуктор цилиндрический одноступенчатый, одной из наиболее важных деталей которого является зубчатое колесо на тихоходном валу, которое передает крутящий момент от выходного выла к производственной машин, передает и преобразует скорость вращательного движения. Точность изготовления зубчатого колеса оказывает значительное влияние на работу всего редуктора. Требуемая точность связей исполнительных поверхностей изделия обеспечивается в процессе его проектирования путем ограничения допусками отклонений составляющих звеньев, образующих данный вид связи.

Причинами отклонений значений составляющих звеньев могут быть погрешности изготовления и монтажа деталей, упругие перемещения, возникающие под действием рабочих нагрузок, тепловые деформации деталей из-за нагрева и неравномерности нагрева, деформации деталей из-за перераспределения остаточных напряжений, износ деталей. Так как изменение значения каждого составляющего звена допустимо лишь в пределах допуска на это звено, то частями этого допуска следует ограничить проявление каждого из перечисленных факторов.

Размерные связи, выявленные для данного редуктора, представлены в графической части.

Основными причинами отказов деталей является износ, коррозия, перераспределение остаточных напряжений, приводящие к потере геометрической точности детали, а также усталостные явления в материале, и, как следствие, поломка детали. Поэтому важно учитывать механические, физические, химические свойства материала детали.

Выявим важнейшие размерные цепи в цилиндрическом редукторе.

А1 А? А2 А3 А4 А5 А6 А7

А8

Рисунок 1 - Размерная линейная цепь для входного вала

А? - зазор;

А1 - ширина размера уступа в крышке;

А2 - высота подшипника;

А3 - высота ступени входного вала под шестерню;

А4 - высота ступени вала;

А5 - высота буртика вала;

А6 - высота подшипника;

А7 - ширина размера уступа в крышке;

А8 - ширина между проточками в корпусе.

Звенья А8 является увеличивающими, А1-А7- уменьшающими, А?- замыкающее звено.

С1 С? С2 С3 С4 С5 С6 С7

С8

Рисунок 2 - Размерная линейная цепь для выходного вала

С? - зазор;

С1 - ширина размера уступа в крышке;

С2 - высота подшипника;

С3 - высота кольца;

С4 - высота ступени выходного вала под зубчатое колесо;

С5 - высота кольца;

С6 - высота подшипника;

С7 - ширина размера уступа в крышке;

С8 - ширина между проточками в корпусе.

В1 В2 В3 В4 В5 В6 В?

В7

Рисунок 3 - Размерная линейная цепь для промежуточного вала

В? - зазор;

В1 - ширина размера уступа в крышке;

В2 - высота подшипника;

В3 - ширина зубчатого колеса;

В4 - ширина шестерни;

В5 - высота подшипника;

В6 - толщина крышки;

В7 - ширина между проточками в корпусе.

Кроме размерных связей на качество (то есть его точность, надежность, безопасность и др.) редуктора влияют свойства материалов, из которых изготовлены детали.

В данной курсовой работе выбрана деталь - шестерня на промежуточном валу. Для редуктора цилиндрического двухступенчатого типа 1Ц2У шестерни изготавливают из стали 25ХГМ. Характеристики этой стали находятся в таблице 3.

Таблица 3 - Химический состав стали 25ХГМ

С, %	Si, %	Mn, %	Cr, %	Mo, %	S	P
					Не более, %
0,23-0,29	0,17-0,37	0,9-1,2	0,9-1,2	0,2-0,3	0,035	0,035

Механические свойства стали 25ХГМ при температуре окружающей среды 20⁰С представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Механические свойства стали 25ХГМ при Т⁰=20⁰С

Предел текучести (пропорциональности) , МПа	1100
Предел кратковременной прочности, МПа	1200
Относительное удлинение при разрыве, %	10
Относительное сужение , %	45
Твёрдость HRC	60…64
Термообработка	Закалка 860oC, масло, Отпуск 200oC

4. Выбор и обоснование метода достижения качества (точности) и свойств материалов

Качество машин обеспечивается точностью расположения деталей, узлов и механизмов, образующих конечные изделия. При этом число операций, связанных с подгонкой деталей и регулирования их положений в процессе сборки должно сводиться к минимуму. Зазоры, предельные размеры и другие параметры, определяющие взаимное положение собираемых объектов, зависят от режимов работы конструктивных, технологических и эксплуатационных особенностей деталей, узлов и конечных изделий, поэтому часто взаимосвязь между параллельными размерами и допусками собираемых деталей и узлов устанавливают с помощью расчетов, основанных на теории размерных цепей.

Размерной цепью называют совокупность взаимосвязанных размеров, образующих размерный контур и определяющих взаимное расположение поверхностей (или осей) одной или нескольких деталей.

Звеном называется каждый из размеров, образующих размерную цепь. Звеном может являться любой линейный или угловой параметр.

Любая размерная цепь имеет одно исходное (замыкающее) звено и два или более составляющих звеньев.

Расчет размерных цепей является необходимым этапом конструирования, производства и эксплуатации широкого класса изделий. Существует несколько методов достижения заданной точности исходного звена: метод полной взаимозаменяемости, вероятностный метод, метод регулирования и т.д.

Звенья В₁, В₂, В₃, В₄, В₅, В₆ - уменьшающие, а В₇ - увеличивающее. В таблице 5 представлены исходные данные для всех методов.

Таблица 5 - Исходные данные

Звено	Значение размера, мм	Величина допуска, мм	Значение единицы допуска, i, мкм
В		2,0	-
В1	12	-	1,08
В2		0,5	1,56
В3	32	-	1,56
В4	58	-	1,86
В5		0,5	1,56
В6	10	-	1,08
В7	192	-	2,89

4.1 Метод полной взаимозаменяемости

При данном методе, детали при сборке собираются без пригонки, регулирования и подбора. При любом сочетании размеров деталей изготовленных в пределах расчетных допусков, значения замыкающего звена не выходят за установленные пределы. Расчет размерной цепи производится методом максимума-минимума.

Обычно данный метод применяется в единичном и мелкосерийном производстве; при малой величине допуска на исходное звено и небольшом числе составляющих звеньев размерной цепи; при большой величине допуска на исходное звено.

Преимущества метода:

ѕ простота и экономичность сборки;

ѕ упрощение организации поточности сборочных процессов;

ѕ возможность широкого кооперирования заводов;

ѕ упрощение системы изготовления запасных частей и снабжения ими потребителей.

Недостатки:

ѕ допуски составляющих звеньев получаются меньшими, чем при всех остальных методах, что может оказаться неэкономичным.

Проведем расчет размерной цепи (рис.3) методом полной взаимозаменяемости.

Принимаем номинальный размер замыкающего звена 1 мм.

Составляем уравнение размерной цепи:

В=(В₇)-(В₁+В₂+В₃+В₄+В₅+В₆) (1)

В=(192)-(12+38+32+58+38+10)=4 (мм),

значит, номинальные размеры составляющих звеньев назначены правильно.

Рассчитаем допуски составляющих звеньев, для чего определяем среднее число единиц допуска составляющих размеров

По таблицам определяем, что такое число единиц допуска соответствует примерно 11-му квалитету. Таким образом, предельные отклонения составляющих звеньев принимаем следующие:

Таблица 6 - Предельные отклонения составляющих звеньев

Обозначение звеньев	Размеры и отклонения, мм	Обозначение звеньев	Размеры и отклонения, мм
1	2	3	4
В	4±1,0	В5
В1	12-0,100	В6	10-0,100
В2		В7	192+0,270
В3	32-0,120
В4	58-0,170

Проверяем правильность назначения допусков:

Т==0,100 +0,120+0,170+0,100+0,270=1,0 (мм)

Назначаем допускаемые отклонения на все составляющие размеры. Для ступенчатых размеров звеньев назначаем симметричные отклонения.

Д_В1 = = = - 0,05 (мм)

Д_В2 = = = - 0,06 (мм)

Д_В3 = = = - 0,06 (мм)

Д_В4 = = = - 0,085 (мм)

Д_В5 = = = - 0,06 (мм)

Д_В6 = = = - 0,05 (мм)

Д_В7 = = = 0,135 (мм)

Определяем правильность назначения предельных отклонений:

среднее отклонение замыкающего звена:

Д_ТД = Д_В7 - (Д_В1 + Д_В2 + Д_В3 + Д_В4 + Д_В5 + Д_В6) = 0,135 - (- 0,05 - 0,06 - 0,06 - 0,085 - 0,06 - 0,05) = 0,5 (мм)

предельные отклонения замыкающего звена:

ДS_ТД = Д_ТД + 0,5 ? Т = 0,5 + 0,5 ? 1,0 = 1,0 (мм)

ДI_ТД = Д_ТД - 0,5 ? Т = 0,5 - 0,5 ? 1,0 = 0 (мм)

4.2 Метод неполной взаимозаменяемости

При данном методе детали соединяются на сборке без пригонки, регулировки, подбора, при этом у небольшого количества изделий (обычно 3 изделия на 1000, процент риска 0,27%) значения замыкающего звена могут выйти за установленные пределы.

Метод применяется обычно в серийных и массовых производствах; при малой величине допуска исходного звена и относительно большом числе составляющих звеньев.

Преимущества метода:

ѕ простота и экономичность сборки;

ѕ упрощение организации поточности сборочных процессов;

ѕ возможность широкого кооперирования заводов;

ѕ упрощение системы изготовления запасных частей и снабжения ими потребителей;

ѕ экономичность изготовления деталей за счет расширения полей допусков.

Недостатки:

ѕ возможны, хотя и маловероятны, дополнительные затраты на замену или подгонку некоторых деталей тех изделий, у которых значения замыкающего звена вышли за установленные пределы.

Проведем расчет размерной цепи (рис.1) данным методом.

Определим степень точности составляющих звеньев. Принимаем риск Р = 0,27%, t = 3, л = ? (для нормального закона распределения).

Число единиц допуска:

Полученное число единиц допуска соответствует примерно 13-му квалитету. Примем, что в данных условиях такая точность целесообразна.

Допуски 13-го квалитета для составляющих и замыкающего звеньев составят:

Таблица 7 - Допуски 13-го квалитета для составляющих и замыкающего звеньев

Обозначение звеньев	Размеры и отклонения, мм	Обозначение звеньев	Размеры и отклонения, мм
В1	12-0,27	В5
В2		В6	10-0,27
В3	32-0,39	В7	192+0,72
В4	58-0,46

Проверяем правильность назначения допусков составляющих звеньев:

(4) = 1,15 ? [Т_У].

Оценим процент риска из-за неравенства Т_У и [Т_У].

Это значение t соответствует проценту риска Р?1,0%.

Назначаем предельные отклонения на все составляющие звенья исходя из экономической целесообразности (таблица 8).

Таблица 8 - Предельные отклонения составляющих звеньев

Обозначение звеньев	Размеры и отклонения, мм	Обозначение звеньев	Размеры и отклонения, мм
В1	12-0,27	В5
В2		В6	10-0,27
В3	32-0,39	В7	192+0,72
В4	58-0,46	В	4+1,0

Определяем предельные отклонения замыкающего звена:

ДС_У=?2,89

ДS_У= ДС_У+0,5Т_У=2,89+0,557?+3,45 мм

ДI _У= ДС_У-0,5Т_У=2,89-0,557?-2,33 мм

4.3 Метод регулирования

При данном методе точность исходного звена достигается при сборке за счет изменения размера компенсирующего звена. Изменение размера в сборке или специальными конструкциями (компенсаторами), или подбором сменных деталей (компенсаторов) типа прокладок, втулок, колец и т.д. расчет размерной цепи производится методом максимума-минимума или вероятностным методом.

Преимущества метода:

ѕ на составляющие звенья назначаются экономически целесообразные допуски;

ѕ возможность регулировки размера замыкающего звена не только при сборке, но и в эксплуатации;

ѕ возможность обеспечения автоматичности регулирования точности.

Недостатки:

ѕ возможное усложнение конструкции изделия;

ѕ увеличение количества деталей в размерной цепи;

ѕ усложнение сборки из-за необходимости регулировки и измерений.

Проведем расчет размерной цепи данным методом.

В результате анализа исходной размерной цепи можно принять в качестве компенсатора набор прокладок. Номинальный размер прокладки принимаем А_к = 2 мм с предельными отклонениями , , .

В₁=12h11_-0,1

В₂=38h11

В₃= 32h11_-0,12

В₄ =58h11_-0,17

В₅=38h11

В₆=10h11_-0,1

В₇=192H11^+0,27

Средние отклонения полей допусков составляющих звеньев определим по формуле:

(6)

?С₁= -0,05, ?С₂ = -0,06, ?С₃= -0,06, ?С₄= -0,085, ?С₅= -0,06, ?С₆= -0,05, ?С₇= +0,135.

Вычислим среднее отклонение поля допуска замыкающего звена:

?С_?= (0,135)-(-0,05-0,06-0,06-0,085-0,06-0,05)=0,5

Найдем допуск замыкающего звена:

 (7)

0,2 мм

Определяем величину компенсации:

Т_к = Т_? - [Т_?] (8)

Т_к = 0,2-2,0=-1,8.

Таким образом, очевидно, что расчет методом регулирования в данном случае невозможен, так как колебания стандартных размеров превышают допуск замыкающего звена.

В итоге становится ясно, что для расчета размерной цепи, представленной на рисунке 1, целесообразно применить метод полной взаимозаменяемости (метод минимума-максимума), так как допуски размеров составляющих звеньев цепи назначаются по 11-му квалитету, что с одной стороны не требует значительных затрат на изготовление деталей, а с другой - обеспечивает достаточную точность их изготовления.

5. Анализ формирования размерных связей, обеспечивающих показатели качества при сборке (разработка технологического процесса сборки)

Технологический процесс сборки складывается из ряда переходов, включающих соединение деталей в сборочные единицы и общую сборку редуктора. В процессе соединения деталей и сборочных единиц им придается требуемое относительное положение, фиксируемое тем или иным способом. При этом возможны проверки точности достигнутого положения, движения сборочных единиц, деталей и внесения поправок путем регулирования или пригонки.

К технологическому процессу сборки относят также переходы, связанные с проверкой правильности действий сборочных единиц и различных устройств, с регулированием машины и ее механизмов, с очисткой, мойкой. В сборочные процессы включаются также переходы, связанные с окраской и отделкой деталей, сборочных единиц и нередко машины в целом, а также переходы, связанные с регулировкой машины и ее механизмов, и переходы по разборке машины.

Процесс сборки - это заключительный этап в изготовлении машины. Его нельзя рассматривать как чисто механическое соединение деталей, так как при его выполнении на детали и сборочные единицы оказываются силовые, тепловые и другие виды воздействия, а точность изделия достигается с помощью технологических размерных цепей, возникающих в процессе сборки. Технологический процесс сборки активно участвует в формировании качества.

Технологический процесс сборки:

Перед сборкой внутреннюю полость корпуса редуктора тщательно очищают и покрывают маслостойкой краской.

Сборку производят в соответствии со сборочным чертежом редуктора, начиная с узлов валов (сборочный чертеж изделия представлен в графической части):

на ведущий вал надевают шестерню; надевают роликоподшипники, предварительно нагретые в масле до 80-100; затем в промежуточный вал надевают зубчатое колесо; затем устанавливают роликоподшипники;

в ведомый вал одевают зубчатое колесо до упора ; устанавливают роликоподшипники, предварительно нагретые в масле.

Собранные валы укладывают в основание корпуса редуктора, предварительно разместив на них крышки подшипников с регулировочными устройствами, и надевают крышку корпуса, покрывая предварительно поверхности стыка крышки и корпуса спиртовым лаком. Для центровки устанавливают крышку на корпус с помощью двух конических штифтов; затягивают болты, крепящие крышку к корпусу.

Проверяют проворачиванием валов отсутствие заклинивания подшипников (валы должны проворачиваться от руки).

Затем ввертывают пробку маслоспускного отверстия с прокладкой и смотровой маслоуказатель. Заливают в корпус масло; закрепляют крышку болтами.

Собранный редуктор обкатывают и подвергают испытанию на стенде по программе, устанавливаемой техническими условиями.

6. Выбор вида и формы организации процесса сборки

Сборка является заключительным этапом изготовления машины, при котором окончательно формируются ее качественные показатели. Технический и организационный уровень сборки в значительной степени определяет надежность и долговечность машины.

На основе служебного назначения машины, ее сборочных и рабочих чертежей, размерного анализа и намеченного количества машин, подлежащих изготовлению в единицу времени и по неизменяемым чертежам, выбираются вид и организационную форму производственного процесса сборки машины. На выбор организационной формы влияют конструкция изделия, его размеры и масса, программа и сроки выпуска. Организационные формы устанавливаются отдельно для изделия и его составных частей. В общем случае они могут быть разными.

Для данного редуктора, а именно, редуктора цилиндрического двухступенчатого выбираем поточную форму, т.к. она характеризуется: специализацией каждого рабочего места на определенной операции, согласованным и ритмичным выполнением всех операций технологического процесса на основе постоянства такта выпуска, размещением рабочих мест в последовательности, строго соответствующей технологическому процессу.

Для облегчения труда рабочие места или стенды оснащаются универсальными приспособлениями и подъемно - транспортными средствами. Оборудование (станки, прессы) размещают так, чтобы оно было доступно для рабочих с разных мест. Различия в уровне интенсивности труда рабочих и их квалификации приводит к удлинению цикла сборки и неравномерному выпуску изделий за единицу времени.

Чёткую организацию сборочного процесса во времени позволяет осуществить циклограмма сборки.

Циклограмма - это графическое определение последовательности выполнения операций, переходов или приёмов сборочного процесса и затрат времени на их выполнение. При построении циклограммы в вертикальной колонке построчно записывают все операции, переходы и приёмы. Степень их дифференциации зависит от уровня циклограммы.

Анализ циклограммы позволяет не только определить общее время цикла сборки, но и наметить пути их сокращения, среди которых можно выделить два основных, наиболее часто используемых на практике:

- сокращение затрат времени на выполнение отдельных операций (переходов, приёмов) за счёт изменения режимов работы сборочного оборудования;

- сокращение во времени отдельных операций (переходов, приёмов).

Технологическая схема сборки и циклограмма представлены в графической части.

7. Разработка технологического процесса обработки детали

Задача проектирования технологического процесса изготовления детали заключаются в нахождении для данных производственных условий оптимального варианта перехода от полуфабриката, поставляемого на машиностроительный завод, к готовой детали. Выбранный вариант должен обеспечивать требуемое качество детали при наименьшей ее себестоимости.

При разработке технологического процесса изготовления детали используют чертежи сборочной единицы, в состав которой входит деталь, чертежи самой детали, сведения о количественном выпуске деталей, стандарты на полуфабрикаты и заготовки, типовые и групповые технологические процессы, технологические характеристики оборудования и инструментов, различного рода литературу, руководящие материалы, инструкции, нормативы.

Проектирование технологического процесса изготовления детали требует глубоких знаний о свойствах материалов, используемых для их обработки процессах и явлениях, сопровождающих изготовление деталей. Разрабатывая технологический процесс, технолог неукоснительно должен стремиться к обеспечению требуемого качества деталей, максимальной производительности процесса и минимальной себестоимости изготовляемых деталей.

7.1 Определение типа и выбор формы организации процесса обработки детали

Для определения типа производства используем заданный годовой объем выпуска. Различие объемов выпуска различных машин привело к условному разделению производства на три типа: единичное, серийное и массовое.

По годовому объему выпуска - 35000 штук и массе детали 3,65 кг можно определить тип производства - серийное.

Определяем номинальный и действительный фонд времени для двухсменного режима работы.

Действительный фонд времени работы оборудования определяем по следующей формуле:

F_д = [(365 - в.д. - п.д.) · 8 - к.п.д. · 1] · z · К_р, (9)

Где 365 - количество дней в году;

в.д. - количество выходных дней; принимаем в.д. = 104;

п.д. - количество праздничных дней; принимаем п.д. = 8;

8 - продолжительность рабочего дня;

к.п.д. - количество предпраздничных дней; принимаем к.п.д.= 8;

z - число смен; принимаем z = 2;

К_р - коэффициент, учитывающий время пребывания станка в ремонте (К_р = 0,95…0,97); принимаем К_р= 0,96.

Тогда действительный фонд времени работы оборудования будет равен:

F_д = [(365 - 104 - 8) · 8 - 8 · 1] · 2 · 0,95 =3870,7 ч.

Номинальный годовой фонд времени работы оборудования определяем по следующей формуле:

(10)

Где П - потери на ремонт, %; для станков 1...30 категории ремонтной сложности принимает П = 4 %.

Тогда

Годовая программа выпуска редукторов N_г = 35000 шт. Месячная программа выпуска определяется по формуле:

Где 12 - число месяцев в году.

Количество изделий в партии для одновременного запуска определяем по формуле:

(11)

=1400

где N - годовой объем выпуска изделий, шт.

а - число дней, на которое необходимо иметь запас изделий,

F - число рабочих дней в году.

В нашем случае: N = 35000 шт., F = 250 дней, а = 10 дней.

Изделия изготавливаются периодически повторяющимися партиями. Оборудование располагается по ходу технического процесса. Обработка осуществляется на предварительно настроенных станках, в пределах технологических возможностей, для которых допустима переналадка для выполнения иных операций. Используются специальные, специализированные и универсальные средства технологического оснащения.

7.2 Выбор заготовки и метода ее изготовления

Выбор способа получения заготовки зависит от конструктивных форм и размеров готовой детали, марки материала, объема выпуска изделий и типа производства. При решении этого вопроса необходимо стремиться к максимальному приближению конфигурации заготовки к конфигурации готовой детали, т.е. снижению отходов, но при этом необходимо учитывать и себестоимость получения заготовки.

Для изготовления вала-шестерни применяется штамповка. Для выбора наиболее целесообразного метода изготовления заготовки проанализируем два способа получения заготовки: штамповка на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ) и штамповка на кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП).

Штамповка на ГКМ:

Штамповку на ГКМ выполняют в штампах с двумя плоскостями разъема: одна перпендикулярна оси заготовки между матрицей и пуансоном, вторая - вдоль оси, разделяет матрицу на не подвижную и подвижную половины, обеспечивающие зажим штампуемой заготовки.

Объем заготовки при штамповке на горизонтально-ковочных машинах:

V_ц =

V_цм =

V_з = 0,00079727-0,00012152=0,0006757

Масса заготовки при штамповке на горизонтально-ковочных машинах:

Припуски на деталь - колесо зубчатое, назначены по таблице из источника: «Справочник технолога машиностроителя. Часть 1».

Штамповка в открытых штампах на кривошипных горячештамповочных прессах. Данный метод штамповки обеспечивает изготовление относительно точных поковок без сдвига в плоскости разъема, с малыми припусками и с повышенной по сравнению с молотами производительностью.

При штамповке шестерни заготовку подготовляют на ковочных кольцах (вместо подкатки и протяжки на молотах), высадкой на горизонтально ковочных машинах или применяют периодический прокат.

Объем заготовки при штамповке в открытых штампах на кривошипных горячештамповочных прессах:

V_ц =

V_цм =

V_з = V_ц - V_цм = 0,00087523-0,00013183 =0,0007434

Масса заготовки при штамповке в открытых штампах на кривошипных горячештамповочных прессах:

Определим коэффициент использования материала по формуле:

,

где m_дет - масса детали, m_i - масса заготовки.

Таким образом, для получения заготовки методом штамповки на горизонтально-ковочных машинах коэффициент использования материала будет равен:

,

а методом штамповки в открытых штампах на кривошипных горячештамповочных прессах:

На основании полученных результатов, выбираем метод штамповки на горизонтально-ковочных машинах. Годовая экономия материала от выбранного метода получения заготовки составит:

Стоимость заготовки рассчитаем по формуле:

,

где

С_з - стоимость заготовки, руб/кг;

С_м - стоимость материала заготовки, руб/кг;

С_отх - стоимость отходов производства при их реализации, руб/кг

Для штамповки на горизонтально-ковочных машинах принимаем С_мгкм=255руб/кг, а для штамповки на кривошипных горячештамповочных прессах С_мхро=235руб/кг, стоимость отходов при их реализации С_отх=20руб/кг

Следовательно, стоимость заготовки, получаемой методом штамповки на горизонтально-ковочных машинах, будет равна:

,

а стоимость заготовки, получаемой методом штамповки в открытых штампах на кривошипных горячештамповочных прессах, будет равна:

Экономический эффект выбранного метода получения заготовки определяется по формуле:

Исходя из приведенных расчетов, можно сделать вывод, что заготовка детали, полученная штамповкой на горизонтально-ковочных машинах, более экономична по использованию материала и обладает лучшим экономическим эффектом, чем заготовка, полученная штамповкой в открытых штампах на кривошипных горячештамповочных прессах. Поэтому в качестве метода получения заготовки шестерни на промежуточном валу принимаем штамповку на горизонтально-ковочных машинах.

7.3 Формирование показателей заготовки, обеспечивающих заданные показатели готовой детали

Для получения детали высокого качества необходимо выбрать заготовку с высокими показателями качества. А качество заготовки оценивается, прежде всего ее точностью и качеством поверхностного слоя.

Точность заготовки характеризуется отклонениями формы и размеров, а также физико-механическими свойствами (твердостью, прочностью, упругостью, электропроводностью и т.д.).

Качество поверхностного слоя характеризуется волнистостью шероховатостью, а также химическим составом (химическим составом стали 25ХГМ), глубиной распространения остаточных напряжений. Качество поверхностного слоя определяется свойствами выбранного материала и технологии изготовления заготовки.

Технологичность изделия вала-шестерни, определяющая трудоемкость его изготовления, оценивается по качественным показателям на основе анализа рабочего чертежа и технических требований.

7.4 Проектирование технологического маршрута изготовления шестерни на промежуточном валу

Технологический маршрут изготовления шестерни на промежуточном валу устанавливает последовательность выполнения технологических операций. Выбор технологического маршрута заключается в определении методов обработки поверхностей, содержания операций и типажа применяемого оборудования. Технологический процесс изготовления шестерни на промежуточном валу представлен в таблице 9.

Таблица 9 - Технологический процесс изготовления шестерни на промежуточном валу

№ операции	Наименование операции	Содержание операции	Используемое оборудование
1	Заготовительная		ГКМ
2	Фрезерно-центровальная	Фрезеровать и центровать торцы	Фрезерно-центровальный полуавтомат мод. МР71М
3	Токарная с ЧПУ	Черновая обработка одного конца вала	Токарный станок с ЧПУ мод. 16К20Ф3
4	Токарная с ЧПУ	Чистовая обработка одного конца вала	Токарный станок с ЧПУ мод. 16К20Ф3
5	Токарная с ЧПУ	Черновая обработка другого конца вала	Токарный станок с ЧПУ мод. 16К20Ф3
6	Токарная с ЧПУ	Чистовая обработка другого конца вала	Токарный станок с ЧПУ мод. 16К20Ф3
7	Зубофрезерная	Нарезка зубьев шестерни	Зубофрезерный станок мод. 53А30П
8	Шпоночно-фрезерная	Фрезеровка шпоночного паза	Шпоночно - фрезерный станок мод. 6Д91
9	Слесарная	Снятие заусенцев со шпоночной канавки и зубьев	Полуавтомат для снятия заусенцев мод. 5Б525
10	Термическая		ТВЧ
11	Круглошлифовальная	Черновое шлифование шеек под подшипники и втулку	Круглошлифовальный станок мод. 3М162МФ2
12	Круглошлифовальная	Чистовое шлифование шеек под подшипники	Круглошлифовальный станок мод. 3М162МФ2
13	Полировальная	Полировать участки шеек под подшипники	Круглошлифовальный станок мод. 3М162МФ2
14	Зубошлифовальная	Шлифовать зубья шестерни	Зубошлифовальный станок мод. 5М843
15	Моечная	Промыть детали	Моечная машина
16	Контрольная		Биениемер; штангенциркуль; микрометр

7.4.1 Выбор и анализ технологических баз детали

Технологической называется база, используемая для определения положения заготовки или изделия в процессе изготовления или ремонта.

От правильности решения вопроса о технологических базах в значительной степени зависят:

ѕ фактическая точность выполнения линейных размеров, заданных конструктором;

ѕ правильность взаимного расположения обрабатываемых поверхностей;

ѕ точность обработки, которую должен выдержать рабочий при выполнении запроектированной технологической операции;

ѕ степень сложности и конструкция необходимых приспособлений, режущих и мерительных инструментов;

ѕ общая производительность обработки заготовок.

При механической обработке заготовок на станках базированием принято считать придание заготовке требуемого положения относительно элементов станка, определяющих траектории движения подачи обрабатывающего инструмента.

При установке заготовок в приспособлениях решаются две различные задачи: ориентировка, осуществляемая базированием, и создание неподвижности, достигаемое закреплением заготовок.

При выборе баз следует иметь в виду, что наибольшая точность обработки достигается при условии использования на всех операциях механической обработки одних и тех же базовых поверхностей, т.е. при соблюдении принципа единства баз.

Выбор технологических баз представлен в графической части.

7.4.2 Выбор методов, обеспечивающих качество выполнения отдельных операций

Важную роль в обеспечении качества работы детали вал - шестерня в редукторе играет качество поверхности. Качество поверхностного слоя - это совокупность всех служебных свойств поверхностного слоя материала как результат воздействия на него одного или нескольких последовательно применяемых технологических процессов. К параметрам, характеризующим качество поверхности, относятся шероховатость поверхности. Поверхности, полученные обработкой на металлорежущих станках, изборождены рядом чередующихся выступов и впадин разной высоты и формы и сравнительно малых размеров по высоте и шагу. Эти выступы и впадины получили название шероховатости поверхности. Шероховатость поверхности играет большую роль, в значительной степени влияя на трение и износ соприкасающихся поверхностей. Так как на вал устанавливаются два конических роликовых подшипника, то шероховатость поверхности под подшипники должны соответствовать заданным характеристики.

Качество поверхностного слоя детали формируется на шлифовальной операции. Важную роль в обеспечении заданных характеристик поверхности играет правильный подбор оборудования, марки абразивного круга, режимов работы шлифовального станка.

Режущий инструмент, рабочая часть которого содержит классифицированные частицы абразивного материала, называют абразивным. Измельченный, обогащенный и классифицированный абразивный материал, твердость которого превышает твердость обрабатываемого материала и который способен в измельченном состоянии осуществлять обработку резанием, называют шлифовальным. В зависимости от вида используемого шлифовального материала различают алмазные, эльборовые, электрокорундовые, карбидкремниевые и другие абразивные материалы.

Для проведения данной операции применим круглошлифовальный станок модели 3М162МФ2.

Обработка на кругошлифованльном станке ведется методом многопроходного шлифования, когда за каждый оборот обрабатываемой детали снимается определенный припуск. Глубина срезаемого слоя не остаются постоянными, они изменяются на протяжении всей операции и определяют структуру рабочего цикла шлифования.

Схема рабочего цикла шлифования вала-шестерня состоит из четырех этапов: врезания, чернового съема, чистового съема и выхаживания. Первый этап характеризуется ускоренной поперечной подачей шлифовального круга, вызывающей непрерывное увеличение глубины срезаемого слоя в результате нарастания упругого натяга в технологической системе. При достижении заданного максимального значения глубины срезаемого слоя поперечную подачу круга замедляют. Глубина срезаемого слоя стабилизируется, и начинается этап чернового съема, во время которого удаляется до 60-70% общего припуска. Перед началом чистового съема поперечная подача круга снова снижается, и чистовой съем металла протекает при непрерывно уменьшающейся глубине срезаемого слоя, способствующей повышению точности шлифуемой поверхности. При выхаживании поперечная подача круга прекращается, глубина срезаемого слоя быстро уменьшается, достигая минимального значения. На этом этапе окончательно формируется качество шлифуемой поверхности.

Метод врезного шлифования является более производительным, чем метод продольного шлифования. Для его осуществления применяют более широкие круги и станки повышенной мощности и жесткости. Износ круга непосредственно влияет на точность шлифуемой поверхности, поэтому при врезном шлифовании выбирают круг повышенной твердости, который быстрее затупляется и требует более частой принудительной правки, так как износ круга непосредственно влияет на точность шлифуемой поверхности. Его целесообразно применять в серийном и массовом производстве.

Дисбаланс, появляющийся в связи с неоднородностью абразивных кругов, по мере уменьшения их диаметров устраняется балансировкой на ходу непосредственно на шлифовальном станке. Наиболее универсальным является способ статической балансировки в динамическом режиме с помощью стробоскопического прибора. Измерительный датчик, установленный на наиболее чувствительном узле шлифовальной бабки, воспринимает вибрации, вызванные неуравновешенностью круга, преобразует их в электрические сигналы и передает в электронный блок, в котором они фильтруются, усиливаются и передаются на стробоскопическую лампу. Лампе периодически синхронно с вибрациями включается и освещает наиболее легкий участок вращающегося круга. Стробоскопический эффект создает видимость неподвижности круга и позволяет по цифровому табло определить расположение его наиболее легкого участка, а индикатор указывает значение дисбаланса. Поворотом сухарей устраняется дисбаланс.

Для восстановления режущей способности, формы и микропрофиля рабочей поверхности круга применяют правку. На стойкость правящего инструмента влияет скорость правки. Для данного случая применим метод обтачивания. Инструментом при правке обтачиванием служит алмазный карандаш. Простота конструкции, жесткость, использование недорогих алмазов, возможность осуществления правки до полного износа алмазных зерен, малая чувствительность к изменениям условий правки предельно упрощает эксплуатацию алмазных карандашей. Поэтому карандаш целесообразно применять на всех операциях шлифования.

Активный контроль на операции шлифования проводят с помощью накидной индикаторной скобы. Ее монтируют на специальном кронштейне, позволяющем набрасывать скобу на шлифуемую поверхность и затем отводить ее в нерабочую зону. Для защиты от попадания абразива и охлаждающей жидкости, а также чтобы облегчить прочтение размера, индикатор располагают выше зоны контакта круга с деталью. Перемещение чувствительных элементов скобы передаются к индикатору через рычажную систему. Скобу настраивают на эталонный размер по эталону.

Для того чтобы избежать перегрева и появления дефектов обрабатываемой детали, используют смазочно-охлаждающую жидкость.

При разработке технологической процесса механической обработке заготовки необходимо правильно выбрать приспособление, которые должны способствовать повышению производительности труда, точности обработки, улучшению условий труда, ликвидации предварительной разметки заготовки и выверки их при установке на станке.

Выбор станочного приспособления должен быть основан на анализе затрат на реализацию технологического процесса в установленный промежуток времени при заданном числе заготовок.

Выбор режущего инструмента, его вида, конструкции и размеров в значительной мере предопределяется методами обработки, свойствами обрабатываемого материала, требуемой точностью обработки и качества обрабатываемой поверхности заготовки.

При выборе режущего инструмента необходимо стремиться принимать стандартный инструмент, но, когда целесообразно, следует применять специальный, комбинированный, фасонный инструмент, позволяющий совмещать обработку нескольких поверхностей.

Правильный выбор режущей части инструмента имеет большое значение для повышения производительности и снижению себестоимости обработки.

На межоперационном и окончательном контроле обрабатываемых поверхностей необходимо использовать стандартный измерительный инструмент, учитывая тип производства, но вместе с тем, когда целесообразно, следует применять специальный контрольно-измерительный инструмент или контрольно-измерительное приспособление.