Технологія проектування привода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВСТУП

Машинобудування - одна з ведучих промисловостей народного господарства нашої країни. Вона виробляє машини, обладнання, апарати та прилади, а також продукцію обороного значення.

Науково-технічний прогрес в машинобудуванні в значній мірі визначає розвиток та удосконалення всього народного господарства країни. Важливими умовами прискорення науково-технічного прогресу є ріст продуктивності праці, підвищення ефективності суспільного виробництва та покращення якості виробництва.

Удосконалення технологічних методів виготовлення машин має при цьому першестепенне значення. Якість машин, надійність, довголіття та економічність при експлуатації залежить не тільки від удосконалення їх конструкції, але й від технології виробництва. Застосування прогресивних високоефективних методів обробки забезпечує високу точність та якість поверхонь деталей машин, ефективне використання сучасних автоматичних та потокових ліній електричних обчислюваних машин та іншої нової техніки.

Важливою задачею машинобудування - є зміна структури виробництва з метою підвищення якоті характеристик машин та обладнання. Особливе значення надається модернізації самого машинобудування, технічний рівень якого залежить від верстатобудування, приладобудування, електроніки.

В умовах швидкого ростумашинобудування це дає реальну базу під технічне переозброєння виробничої бази країни у відповідності з сучасними вимогами.

1. КОНСТРУКТОРСЬКА ЧАСТИНА

1.1 Кінематичний розрахунок приводу

Вихідними даними для розрахунку приводу є кутова швидкість обртання вихідного валу:

щ₂=15рад/с;

передаточне число редуктора:

U_ред=4

та максимальна потужність на вихідному валові:

N₂=3кВт;

Кінематична схема, за якою будуть проводитись розрахунки, на ведена на малюнку 1.1

Малюнок 1.1 Кінематична схема механізму.

1.1.1 Вибір електродвигуна

По потужності на вихідному валу визначаємо розрахункову потужність електродвигуна за формулою:

; кВт (1.1)

де N - потужність на вихідному валові;

з - загальний коефіцієнт корисної дії двигуна, який дорівнює добутку окремих коефіцієнтів корисної дії, що входять до передачі, який розраховується за формулою:

(1.2)

де з _к.п. - коефіцієнт корисної дії клинопасової передачі, (з _к.п =0,95);

з _з.п. - коефіцієнт корисної дії зубчатої передачі, ( з _з.п. =0,96);

з _2п. - коефіцієнт корисної дії підшипників кочення, (з _2п =0,99);

;

кВт;

Знаходимо частоту обертання веденого валу за формулою:

(1.3)

де щ₂ - кутова швидкість обртання вихідного валу.

хв^-1;

Знаходимо частоту обертання швидкістного валу за формулою:

(1.4)

де n₂ - частота обертання тихохідного валу;

U_ред. - передаточне відношення редуктора.

хв^-1;

Обираємо електродвигун 4А132М8УЗ (ГОСТ19523-81)[2], синхронна частота обертання якого 725хв^-1, детальнішу характеристику наведено в таблиці 1.1.

Таблиця1.1 Характеристика електродвигуна

Потужність N, кВт	Частота обертання, хв-1			ККД,%	Cos ц
5,5	725	1,9	2,6		0,74

1.1.2 Визначення обертаючих моментів на валах і кінематичні розрахунки

Знайдемо передаточне відношення клинопасової передачі за формулою:

(1.5)

де n_дв - частота обертів електродвигуна;

n₁ - частота обертів швидкохідного валу.

Знайдемо загальне передаточне відношення клинопасової передачі:

(1.6)

Визначаємо кутову швидкість обертання швидкохідного валу за формулою:

; (1.7)

де n₁ - частота обертів швидкохідного валу.

рад/с.

Визначаємо кутову швидкість обертання валу електродвигуна:

(1.8)

де n_дв - частота обертання валу електродвигуна.

рад/с.

Визначаємо крутні моменти на валах.

На валу електродвигуна визначається за формулою:

; (1.9)

де Р_дв - потужність електродвигуна;

кН?м;

Крутний момент на швидкістному валу:

(1.10)

де Т_дв - крутний момент елекртодвигуна;

U_к.п. - передаточне відношення клинопасової передачі;

з_к.п. - коефіцієнт корисної дії клинопасової передачі.

кН.м;

Крутний момент тихохідному валу:

 (1.11)

де Т₁ - крутний момент швидкістного валу;

U_к.п. - передаточне відношення редуктора;

з_к.п. - коефіцієнт корисної дії зубчатої передачі.

кН.м;

1.2 Розрахунок зубчатої передачі

1.2.1 Вибір матеріалу деталі

Спираючись на умови роботи механізму, обираємо матеріал для виготовлення зубчастих колес сталь 45, як найбільш поширену в машинобудівництві. Вона призначається для виготовлення осей, валів, плунжерів, штоків, колінчастих і кулочкових валів,кілець, шпинделів, рейок, зубчатих венців, зубчатих коліс, півосей, втулок та ішних деталей підвищеної міцності. Хімічний склад сталі 45 наведено в таблиці 1.2, а основні механічні властивості в таблиці 1.3.

Таблиця 1.2 - Хімічний склад сталі 45.

Кремній (Si)	Марганець (Mn)	Мідь (Cu) не більше	Нікель (Ni) не більше	Фосфр (P) не більше	Хром (Cr) не більше	Сірка (S) не більше	Вуглевець (C)
0,17-0,37	0,50-0,80	0,25	0,25	0,035	0,25	0,04	0,42-0,50

Таблиця 1.3 - Механічні властивості в залежності від перетину.

Перетин, мм	д0,2 , МПа	д в, МПа	д 5 ,%	д ,%	КСU, Дж/м2	НВ
Гарт 840°С, вода, мастило. Відпуск 400°С, вода, повітря.
100-300	520-590	730-840	12-14	46-50	50-70	202-234

Для шестерні обираємо термообробку -- поліпшення, що дозволяє отримати твердість металу (розрахункова ).

Для колеса обираємо термообробку -- нормалізація, що дозволяє отримати твердість металу (розрахункова ).

1.2.2 Визначення допустимих контактних напружень і напружень згину

Визначаємо числа циклів зміни навантажень зубців шестерні та колеса.

Кількість годин роботи на добу t=22,5 годин.

Кількість днів експлуатації на рік D=300 днів.

Експлуатація приводу р=3 роки.

Визначимо число циклів змін навантаження зубців на шестерні за формулою:

N₁=60·n₁·L_н ; (1.12)

де n₁ - частота обертів швидкохідного валу;

L_н - дсвговічність зубчатої передачі, що знаходиться за формулою:

L_н = t·D·р; (1.13)

L_н = 22,5·300·3=20250 год.

Число циклів навантаження шестерні:

N₁ = 60·580·20250=704,7·10⁶ циклів ;

Число циклів навантаження колеса:

N₁ = 60·145·20250=176,1·10⁶ циклів;

Розраховуємо базові числа циклів навантажень:

а) при розрахунку на контактну міцність:

для шестерні:

N_но1=(НВ_ср)³; (1.14)

N_но1=(216)³=10·10⁶ циклів;

для колеса:

N_но2=(НВ_ср)³; (1.15)

N_но2=(194)³=7,3·10⁶ циклів;

б) при розрахунку на згин:

N_Fо=4·10⁶ циклів;

Визначаємо допустимі контактні напруження визначаються за формулою:

, (1.16)

де: -- межа контактної витривалості матеріалу,

; (1.17)

- для ведучого валу:

;

- для веденого валу:

;

-- запас міцності ().

Таким чином:

;

.

Розрахункові допустимі напруження:

. (1.18)

Допустимі напруження згину визначаємо за формулою:

, (1.19)

де -- межа міцності матеріалу при згині,

; (1.20)

- для ведучого валу:

- для веденого валу:

-- запас міцності ().

Таким чином:

1.2.3 Розрахунок міжосьової відстані

Визначаємо міжосьову відстань:

; (1.21)

де -- коефіцієнт розподілу навантаження по ширині зубчастого вінця.

Попередньо приймаємо .

-- коефіцієнт ширини зубчастих колес ();

мм;

Приймаємо а = 160мм;

1.2.4 Розрахунок параметрів передачі

Модуль зачеплення:

, (1.22)

m_n =(0,01ч0,02)·160 = 1,6 ч 3,2мм;

Приймаємо m_n = 3мм.

Ширина деталей зубчастого зачеплення:

- колеса:

, (1.23)

в₂ = 0,4·160 =63мм;

- шестерні:

, (1.24)

в₁ = 1,12·63 =71,6мм;

Приймаємо в₁=71мм.

Сумарне число зубців:

, (1.25)

Приймаємо .

Кількість зубців на шестерні:

, (1.26)

Приймаємо

Кількість зубців на колесі:

, (1.27)

Перевірка передаточного числа:

, (1.28)



Кут нахилу зубців:

, (1.29)

Діаметри ділильних окружностей:

- для шестерні:

, (1.30)

- для колеса:

, (1.31)

Діаметри окружностей вершин зубців:

- для шестерні:

, (1.32)

- для колеса:

, (1.33)

Діаметри окружностей западин зубців:

- для шестерні:

, (1.34)

- для колеса:

, (1.35)

Окружна швидкість в зачеплені:

(1.36)

що відповідає восьмому ступеню точності передачі (n = 9).

1.2.5 Перевірка зубців коліс по напруженням згину та контактним напруженням

Перевірка зубців на контактну витривалість:

(1.37)

де -- коефіцієнт, що враховує кут нахилу зубців;

, (1.38)

-- коефіцієнт, що враховує матеріал зубчастих колес (Z_М = 275);

-- коефіцієнт що враховує перекриття зубців;

, (1.39)

де -- перекриття зубців;

(1.40)

таким чином:

-- коефіцієнт, що враховує розподіл навантаження між зубцями ();

Уточнюємо коефіцієнт , який залежить від співвідношення робочої ширини та діаметру шестерні:

, (1.41)

що відповідає .

-- динамічний коефіцієнт ().

Таким чином:

Перевірка зубців на витривалість при згині:

(1.42)

де -- коефіцієнт форми зуба, визначається в залежності від еквівалентного числа зубців.

Еквівалентне число зубців шестерні:

, (1.43)

що відповідає

Еквівалентне число зубців колеса:

,

,

що відповідає

-- коефіцієнт, що враховує кут нахилу зубців;

, (1.44)

-- коефіцієнт міцності зубців ();

-- питома окружна сила;

(1.45)

-- окружна сила;

(1.46)

-- коефіцієнт, що враховує нерівномірність розподілу навантажень між зубцями;

, (1.47)

-- коефіцієнт навантаження ();

-- динамічний коефіцієнт ().

Таким чином:

Напруження згину зубців шестерні:

Напруження згину зубців колеса:

Перевіряємо міцність зубців на пікові навантаження.

Напруження, що виникає в зубцях при пікових навантаженнях:

, (1.48)

;

Допустимі пікові навантаження розраховуються за формулою:

(1.49)

Таким чином, умова міцності виконується.

Визначаємо сили, що діють в зачепленні:

Окружна (тангенційна):

.

Радіальна :

 (1.50)

де -- кут зачеплення евольвентного профілю зубця ().

Осьова сила:

(1.51)

Схема дії сил в зачепленні наведена на мал. 1.2.

Мал.1. 2 - Сили в зубчастому зачепленні.

1.3 Розрахунок параметрів деталі

1.3.1 Орієнтований розрахунок діаметру валу

Визначення діаметра вихідного кінця ведучого валу:

(1.52)

де -- допустимі дотичні напруження .

Приймаємо , що дорівнює діаметру вихідного кінця валу електродвигуна.

Тоді, діаметр валу під підшипники приймаємо ; діаметр валу вільних ділянок , що забезпечить необхідний упор підшипника. Ведучий вал виконується разом з шестернею в вигляді вал-шестерні. Визначення діаметру вихідного кінця веденого валу:

Приймаємо , діаметр вала під підшипники , діаметр під колесо , діаметр бурта .

Попередньо приймаємо підшипники шарикові радіальні:

– для ведучого валу -- №318 з розмірами ;

- для веденого валу -- №224 з розмірами .

Приймаємо відстань між боковою поверхнею шестерні та внутрішньою поверхнею корпуса редуктора . Тоді, відстань між внутрішніми боковими поверхнями корпусу будуть дорівнювати:

(1.53)

Розрахункова довжина валу (відстань між опорами), складається з ширини підшипника та розміру , що для ведучого валу дорівнює:

для веденого валу:

Відповідно до отриманих результатів будуємо компоновку редуктора малюнок 1.3.

Малюнок 1.3. Компановка редуктора.

1.3.2 Проектний розрахунок швидкістного валу (вал-шестерні)

Для подальших розрахунків вал-шестерні необхідно виконати розрахунок клинопасової передачі. За попередніми розрахунками електродвигуна нам відомі такі дані: крутний момент електродвигуна- Т_дв=0,07кН·м;

кутова швидкість електродвигуна-щ₁=75,8 хв^-1; потужність- Р=5,5кВт; передаточне відношення клинопасової передачі .

Враховуючи це обираємо перетин Б паса з площею поперечного перетину F=138мм², обираємо діаметр ведучого валу D₁=140мм.

Визначаємо діаметр D₂ веденого валу враховуючи відносне сковзання е =0,015 за формулою:

; (1.54)

мм;

Приймаємо D₂ =180мм.

Визначаємо попередню міжвісьову відстань:

(1.55)

Приймаємо а_ср=400мм.

Визначаємо розрахункову довжину паса за формулою:

(1.56)

Приймаємо Lp =1250мм.

Розраховуємо D_ср за формулою:

. (1.57)

Визначаємо міжвісьову відстань з урахуванням стандартної довжини пасу:

; (1.58)

мм.

Приймаємо а =370мм.

Визначаємо кут обігу меньшого шкива за формулою:

(1.59)

Визначаємо швидкість клинопасової передачі за формулою:

(1.60)

Приймаємо табличну величину окружного зусилля р_о =322Н (на один пас).

Визначаємо розрахункову допустиму величину окружного зусилля:

(1.61)

де С_б , С_L , С_р - коефіцієнти;

(1.62)

С_L = 1;

С_р = 1;

.

Визначаємо окружне зусилля за формулою:

 (1.63)

Розраховуємо кількість ременів:

(1.64)

Приймаємо z = 3.

Визначаємо зусилля в пасовій передачі, прийнявши напруження від попереднього натягнення д_о=1,6Н/мм²;

Попередне натягнення на кожному ремені :

(1.65)

Робоче натягнення ведучої ділянки:

(1.66)

Робоче натягнення ведоної ділянки:

(1.67)

Визначаємо зусилля на валах:

(1.68)

На проектуємий швидкістний вал діють такі навантаження:

F_t = 1547,98Н; F_а = 351,3Н; F_r = 577,9Н; Q =1323,3Н.

Розрахункова схема валу наведена на мал. 1.4.

1. Епюра крутних моментів:

.

2. Епюра згинаючих моментів в вертикальній площині.

Опорні реакції:

(1.69)

(1.70)

Момент в перерізі С:

(1.71)

3. Епюра згинаючих моментів в горизонтальній площині.

Опорні реакції:

(1.72)

(1.73)

Перевірка:

(1.74)

Моменти в перерізі С:

(1.75)

(1.76)

4. Сумарна епюра згинаючих моментів:

(1.77)

5. Епюра розрахункових моментів:

(1.78)

Обчислюємо діаметр вала в небезпечному перерізі С₁. Допустимі циклічні напруження для сталі 45 .

, (1.79)

.

Вал шестерня в даному перерізі має діаметр .

1.4 Конструювання проектованої деталі

Остаточно приймаємо такі розміри ділянок вала-шестерні, які вказані на малюнку 1.4.

- Вихідний кінець вала діаметром та довжиною .Ці розміри відповідають розмірам вихідного кінця валу ротора електродвигуна. На цій ділянці розташована шпонка з розмірами . Глибина шпон очного пазу .

- Ділянки вала під підшипники мають діаметр .

- Вільні ділянки вала . Цей діаметр визначається необхідністю забезпечити упор підшипника і приведений в характеристиках підшипника.

- Шестерня довжиною 71мм, діаметром виступів зубців 70,6 мм, діаметром западин зубців .

Перевірочний розрахунок:

Перевіряємо міцність перерізу який ослаблений шпоночним пазом.

1. Вихідний кінець ведучого валу діаметром d = 30мм має розміри шпоночного пазу b = 8мм, t₁ = 4мм. Переріз навантажений тільки крутним моментом .

Запас міцності розраховується по формулі:

(1.80)

де -- запас міцності по напруженням кручення,

-- межа витривалості сталі 45 при симетричному циклі дотичних напружень (= 150 Мпа);

-- коефіцієнт концентрації дотичних напружень для шпоночного пазу ();

-- коефіцієнт, який враховує чистоту обробки поверхні ();

-- масштабний коефіцієнт ();

-- коефіцієнт, що враховує вплив циклічних навантажень на матеріал ();

-- відповідно, амплітудне та середнє напруження циклу:

, (1.81)

-- полярний момент опору перерізу:

(1.82)

Таким чином:

,

.



2. ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА. РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ МЕХАНІЧНОЇ ОБРОБКИ ВАЛА-ШЕСТЕРНІ ДЛЯ УМОВ СЕРІЙНОГО ВИРОБНИЦТВА

шестерня привод механичний

2.1 Вибір методу отримання заготовки

Вибір методу отримання заготовки є важливим етапом при розробці технології виготовлення деталі. Від цього залежать витрати матеріалу на деталь, можливість здійснення найбільш доцільного технологічного процесу її виготовлення, трудомісткість механічних операцій, а значить і собівартість виготовленої деталі.

При виборі методу отримання заготовок для деталей машин слід враховувати такі фактори як: призначення і конструкція деталі, матеріал, технічні вимоги, серійність випуску, а також економічну доцільність виготовлення. Оптимальним є той метод отримання заготовки, який забезпечує технологічність виготовленої з неї деталі, при мінімальній її собівартості

Для даної деталі попередньо вибираємо метод отримання заготовки - прокат. Остаточний варіант приймемо після економічного розрахунку собівартості вибраного методу і порівняння його з іншим.

2.1.1 Економічне обґрунтування вибраного методу отримання заготовки

Враховуючи геометричні параметри валу-шестерні, в умовах серійного виробництва, в якості заготовки для нього може бути використана заготовка із прокату або штампована заготовка. Порівняємо ці два варіанти отримання заготовок за вартістю.

2.1.2 Отримання заготовки із прокату

Вартість заготовки із прокату визначаємо за формулою:

(2.1)

де С - вартість 1 тони матеріалу заготовки (Сталь 45 ),

С=1120грн/т;

- маса готової деталі,

=3,6кг;

- вартість 1 тони відходів,

=168грн/т;

- маса заготовки.

Масу заготовки визначемо за формулою:

(2.2)

де d - діаметр прокату, мм;

L - довжина прокату, мм;

- густина матеріалу заготовки.

Вартість заготовки із прокату складає:

Коефіцієнт використання матеріалу для заготовки із прокату:

 (2.3)

2.1.3 Отримання заготовки на ГКМ

Вартість штампованої заготовки визначаємо за формулою:

, (2.4)

де С - вартість 1 тони заготовок, отриманих штамповкою із базового матеріалу (Сталь 45 ),

С=2500грн/т;

- вартість 1 тони відходів,

=168грн/т

- коефіцієнт, який враховує точність поковки.

Клас точності поковок встановлюють в залежності від виду обладнання по ГОСТ 7505-89. Для штамповки на ГКМ клас точності Т4, Т5.

=1,0 для класу точності Т4 [4];

- коефіцієнт, який враховує складність поковки.

Ступінь складності визначаємо за формулою:

(2.5)

де - маса найпростішої геометричної фігури, мінімального об'єму, в яку уписується заготовка, кг.

 (2.6)

.

Тоді:

Ступінь складності - С1 [24];

=0,75 для С1[4];

- коефіцієнт, який враховує масу поковки,

=0,87 [4];

- коефіцієнт, який враховує матеріал,

=1,0 [4];

- коефіцієнт, який враховує серійність (програму випуску),

=1,0 [4];

- маса штампованої заготовки.

, (2.7)

де - діаметр і-тої ступені заготовки на довжині , мм.

Вартість штампованої заготовки складає:

Коефіцієнт використання матеріалу:

, (2.8)

Порівнюючи ці два варіанта робимо висновок, що вартість штампованої заготовки більше, ніж заготовки із прокату. Але різниця коефіцієнтів використання матеріалу вказує на доцільність використання заготовки із штамповки.

Враховуючи проведений аналіз, остаточно вибираємо для даної деталі в якості заготовки штамповку.

2.2 Розробка маршруту виготовлення вала-шестерні. Вибір устаткування, пристосувань та ріжучого інструменту

2.2.1 Маршрутний технологічний процес виготовлення деталі

Маршрут обробки деталі вибирають згідно з вимогами робочого креслення і прийнятою заготовкою. На цьому етапі складають загальний план обробки деталі, приводять зміст операцій технологічного процесу, вибирають технологічне обладнання. Не зважаючи на те, що кожен конкретний випадок потребує певного індивідуального підходу, при складанні послідовності обробки, слід притримуватись наступних рекомендацій:

1. Операції повинні бути однакові або кратні за трудомісткістю.

2. Кожна послідуюча операція повинна зменшувати похибки і поліпшувати якість поверхонь.

3. В першу чергу обробляється та поверхня, яка буде служити технологічною базою для послідуючих операцій.

4. Далі слід обробляти ті поверхні, з яких знімається найбільший шар металу. Це призведе до своєчасного виявлення можливих внутрішніх дефектів заготовки.

5. Обробка інших поверхонь ведеться в послідовності, зворотній ступеню їх точності: чим точніше повинна бути поверхня, тим пізніше вона обробляється.

6. Закінчується обробка тією поверхнею, яка є найточніша і має найбільше значення для експлуатації деталі.

7. При визначенні послідовності виконання чорнових і чистових операцій слід враховувати те, що суміщення їх на одних і тих же верстатах призводить до зниження точності обробки внаслідок підвищеної зношуваності верстата на чорнових операціях.

8. Обробку поверхонь з точним взаємним положенням , якщо це можливо, слід включати в одну операцію і виконувати за одне закріплення заготовки.

9. Отвори слід свердлити в кінці технологічного процесу, за виключенням, коли вони служать базами для встановлення.

10. Технічний контроль намічують після тих етапів обробки, де можлива підвищена кількість браку, перед складними і дорогоцінними операціями, після закінченого циклу, а також в кінці обробки деталі.

Технологічний маршрут обробки вал-шестерні представлений в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1 Технологічний маршрут обробки вал-шестерні.

Найменування і назва операції	Зміст операції	Ескіз операції	Технологічне обладнання, оснащення та інструмент
1	2	3	4
005 Фрезерно-центрувальна	Фрезерува-ти торцеві поверхні А і Б Свердлува-ти центрові отвори 1 і 2		Фрезерно-центрувальний верстат МР-78 Пристосування (при верстаті) Фреза торцева I-100 ГОСТ 9304-69 Свердла центрові (комбіновані) Ш5 (2 шт.) ГОСТ 4010-64
010 Токарна з ЧПК	Встанов А Точити поверхні Ш33h11, Ш50 h11, Ш60 h11 начорно. Встанов Б Ш50h11, Ш60 h11, Ш73,2 h11. начорно.		Токарний з ЧПК верстат 16К20Т1 Різець прохідний упорний прямий ГОСТ 18879-73
015 Токарна з ЧПК	Встанов А Точити поверхні Ш46h9, Ш57h9, Ш71,2h9, 1фаску 2Ч45?, 2фаску 4Ч45?, R2 начисто. Встанов Б Точити поверхні Ш31h9, Ш46h9, Ш57h9 1фаску 2Ч45?, R2 начисто.		Токарний з ЧПК верстат 16К20Т1 Різець прохідний упорний прямий ГОСТ 18879-73 Різець фасочний. Різець галтельний.
020 Шпонково-фрезерувальна	Фрезерувати шпонковий паз		Шпонково-фрезерний верстат 6Д91 Пристосування (при верстаті) Фреза концева.
025 Зубофрезерна	Нарізати зуби начорно і начисто		Вертикально-зубофрезірний верстат 5М310 для циліндричних колес Фреза черв'ячна.
026 Термічна	Піддати термічній обробці ділянку валу		Установка ТВЧ
030 Шліфувальна	Встанов А Шліфувати поверхні Ш45m6, Ш30s7, попередно і остаточно. Встанов Б Шліфувати поверхні Ш45m6 попередно і остаточно		Круглошліфувальний верстат 3М151 Центр ГОСТ 18259-72 Патрон повідковий Круг шліфувальний 120Ч20Ч35 ГОСТ 2424-75

2.2.2 Вибір обладнання, ріжучого інструменту і пристосувань

Після розробки кожної операції для проектованого технологічного процесу проводиться вибір технологічного обладнання.

При виборі моделі верстата перш за все визначається його можливість забезпечити точність розмірів і форми, а також якість поверхні виготовленої потрібну модель вибирають з наступних міркувань:

1.Відповідність основних розмірів верстата габаритам оброблюваних деталей, встановлених за прийнятою схемою обробки;

2. Відповідність верстата продуктивності заданого масштабу виробництва;

3. Можливість роботи на оптимальних режимах різання;

4. Відповідність верстата потужності;

5. Можливість механізації та автоматизації виконуваної обробки;

6. Найменша собівартість обробки;

7. Реальна можливість придбання верстата;

8. Необхідність використання наявних верстатів.

Щоб цілком забезпечити робоче місце для високопродуктивної роботи, потрібно використання відповідного оснащення. Основна вимога при оснащенні - повна відповідність засобів оснащення змісту виробничого процесу, який забезпечує раціональне використання засобів праці, фонду робочого часу і безпеки праці робітників.

Конструкція і розміри інструменту для кожної операції залежать від виду обробки, розмірів оброблюваних поверхонь, властивостей матеріалу заготовки, потрібній точності і шорсткості оброблюваних поверхонь.

Використовуване обладнання, на кожну операцію представлені в таблиці 2.2.

Таблиця 2.2 - Зведена таблиця використовуваного обладнання

Шифр операціі	Найменування операціі	Наменнування, модель верстака	Потужність верстака, кВт
005	Фрезерно-центрувальна.	Фрезерно-центрувальний напівавтомат верстат МР-78.	5,1
010	Токарний з ЧПК	Токарний з ЧПК верстат 16К20Т1.	11
015	Токарний з ЧПК.	Токарний з ЧПК верстат 16К20Т1	11
020	Шпонково-фрезерувальна.	Шпонково-фрезерний верстат 6Д91.	2,2
025	Зубофрезерна.	Вертикально-зубофрезірний верстат 5М310 для циліндричних колес.	4
030	Шліфувальна.	Круглошліфувальний верстат 3М151.	10

В таблиці 2.4 наведені технічні характеристики деяких металорізальних верстатів, які застосовуються при обробці даного вала-шестерні.

Таблиця 2.3 - Технічні характеристики верстатів

Найменування показників	Показники моделі верстата
1	2
МР-78
Тип верстата - фрезірно-цетрувальний Діаметр оброблюваної заготовки, мм Довжина оброблюваної заготовки, мм Частота обертання шпинделя фрези, хв Найбільший хід головки фрези, мм Робоча подача фрези(безступінчасте регулювання),мм/хв Частота обертання свердлильного шпинделя, хв Хід свердлильної головки, мм Робоча подача свердлильної головки (безступінчасте регулювання), мм/хв Потужність електродвигунів, кВт Габарити верстата, мм	20…60 100…200 456; 582 160 20…400 330;165;580;815; 1125 60 20…300 5,1 2345Ч1265
16К20Т1
Тип верстата -токарний з ЧПК Найбільший діаметр оброблюваної заготовки - над станиною, мм - над суппортом, мм Діаметр прутка, що проходить крізь шпиндель, мм. Найбільша довжина обробки заготовки, мм Частота обертання шпинделя, хв Число швидкостей шпинделя Подача суппортів, мм/хв - поздовжнього - поперечного Найбільше переміщення суппорта, мм - поздовжне - поперечне Найбільший перетин різців, мм Потужність електродвигуна, кВт Габарити верстата, мм Маса, кг	500 215 53 900 10 - 2000 24 0,01…2,8 0,005…1,4 900 250 25Ч32 11 3700Ч1770Ч1700 3800
6Д91
Тип верстата - шпонково-фрезерний Ширина фрезеруємого пазу, мм Діаметр обробляємого валу, мм Найбільша довжина фрезеруємого пазу, мм Частота обертів шпинделя, хв Розмір робочої поверхні столу, мм Поперечна подача фрезерної головки при маятниковому циклі, мм/хід Потужність електродвигуна, кВт - головного приводу - приводу подач Габарити верстата	3…20 8…80 300 630;800;1000 200Ч800 0,1…1,8 2,2 0,8 1320Ч1380
5М310
Тип верстата - вертикально-зубофрезерний для циліндричних коліс Найбільший модуль по сталі, мм Найбільший розмір черв`ячної фрези, мм - діаметр - довжина Частота обертів шпинделя, хв Подача столу - вертикальна, мм/об - радіальна, мм/об - тангенціальна, мм/об Потужність електродвигуна приводу черв`ячної фрези, кВт Габарити верстата, мм	4 125 145 50…400 0,8…5 0,5…20 0,2…10 4 2220Ч1350
3М151
Тип верстата - круглошліфовальний Найбільший розмір обробляємої заготовки, мм - діаметр - довжина Найбільший розмір шліфувального круга, мм Частота обертів шпинделя шліфовальної бабки, хв Частота обертів шпинделя зоготовки, хв Найбільше поперечне переміщення шліфовальної бабки, мм Безперервна подача для врізного шліфування (безступінчасте регулювання), мм/хв Потужність електродвигуна, кВт Габарити верстата, мм	200 700 600Ч100Ч305 1590 50…500 185 0,1…4 10 4605Ч2450

В таблиці 2.4. наведений необхідний ріжучій інструмент, який використовують при обробці вала-шестерні.

Таблиця 2.4. Необхідний ріжучий інструмент.

Шифр операціі	Найменування операціі	Наменнування ріжучого Інструменту і ГОСТ	Час роботи на операції, То, хв.
005	Фрезерно-центрувальна.	Фреза торцева I-100 ГОСТ 9304-69 Свердла центрові (комбіновані) Ш6(2 шт.) ГОСТ 14952-69	0,23
010	Токарно-копіювальна.	Різець прохідний упорний прямий ГОСТ 18879-73	0,39
015	Токарно-копіювальна.	Різець прохідний упорний прямий ГОСТ 18879-73	1,61
020	Шпонково-фрезерувальна.	Фреза концева ГОСТ17025-71	0,53
025	Зубофрезерна.	Фреза черв'ячна ГОСТ9324-80	0,23
030	Шліфувальна.	Круг шліфувальний ГОСТ 2424-75	1,18

2.3 Вибір технологічних баз для встановлення заготовки при обробці

Від правильного вибору технологічних баз в значній мірі залежать: фактична точність виконання розмірів, які задані на кресленні; правильність взаємного положення поверхонь; ступінь складності та конструкція необхідних пристосувань, ріжучих та вимірювальних інструментів; продуктивність обробки.

В основу принципу базування заготовок покладено наступне:

1. При високих вимогах до точності обробки необхідно вибирати таку схему базування, яка забезпечить найменшу похибку встановлення заготовки.

2. Для підвищення точності деталей та зібраних вузлів необхідно застосовувати принцип суміщення (єдності) баз - суміщувати конструктивну, технологічну та вимірювальну бази.

3. Доцільно дотримувати принцип сталості бази. При зміні баз в ході технологічного процесу точність обробки знижується через похибку взаємного розташування нових технологічних баз, і тих, що застосовувалися раніше.

Вихідними даними для визначення технологічних баз є:

- складальне креслення вузла або виробу;

- креслення деталі після конструкторського і технологічного контролю;

- умови виробництва: програма (обґєм) випуску, склад та стан технологічного обладнання, оснащеність пристосуваннями, ріжучим та вимірювальним інструментом, кваліфікація робочих.

В даному випадку деталь не піддається повній обробці, тому за технологічні бази для першої операції рекомендують приймати поверхні, які взагалі не обробляються. Це забезпечить найменший зсув оброблених поверхонь відносно необроблених. Надалі в процесі обробки будуть використовуватися допоміжні (штучні) бази, які були отримані на операції 005, а саме торцеві поверхні та гнізда центрових отворів.

2.4 Проектування заготовки

Всі заготовки, призначені для механічної обробки, виготовляються з припуском на розмір готової деталі (припуском на обробку).

Величини припусків і допуски на розміри заготовок залежать від ряду факторів, ступінь впливу яких є різним. До основних факторів відносять: матеріал, конфігурацію, розміри, вид і спосіб виготовлення заготовки, вимоги по відношенню до механічної обробки, шорсткості поверхні, а також точність розмірів деталі. При цьому необхідно щоб величина припуску була найменшою (так як великі припуски зменшують коефіцієнт використання матеріалу), але достатньою для досягнення заданої точності поверхонь деталі.

Для ступінчатих валів розрахунок ведуть по поверхні з найбільшим діаметром, а при рівних діаметрах - по поверхні до якої предґявляють найвищі вимоги по точності та якості поверхні.

Напуск на інших поверхнях, якщо це допускається глибиною різання, знімають при чорновій обробці за один робочий хід; більший напуск видаляють за два робочих хода: 60 - 70% за перший та 30 - 40% за другий. Подальшу обробку вала-шестерні ведуть відповідно розрахованим граничним розмірам.

2.4.1 Розрахунок припусків табличним методом

На основні поверхні деталі припуски та допуски приймаємо табличним методом по ГОСТ 7505-89 і результати заносимо до таблиці 2.5.

Для визначення припусків та допусків необхідно встановити слідуючі параметри: Клас точності: Т4(штамповка на ГКМ);

Група сталі: М2;

Ступінь складності: С1;

Вихідний індекс: 11;

Визначаємо припуски та допуски на необхідні поверхні вала-шестерні:

На розмір(2) Ш30s7 мм;

Припуск - 2Ч1,5мм;

Допуск -1,6мм;

На розмір(3;9) Ш45m6 мм;

Припуск - 2Ч1,8мм;

Допуск - 2,0мм;

На розмір(4;8)Ш56 мм;

Припуск - 2Ч1,6мм;

Допуск - 2,0 мм;

На розмір(5;7) 71мм;

Припуск - 1,6мм;

Допуск - 2,0 мм;

На розмір(6) 70,6h9мм;

Припуск - 2Ч1,6мм;

Допуск - 2,0мм;

На розмір(10;11) 233мм;

Припуск - 1,8мм;

Допуск - 2,5 мм;

Таблиця 2.5.- Припуски та допуски на обробляємі поверхні вала-шестерні по ГОСТ 7505-89.

Поверхня №	Розмір, мм	Припуск,мм	Допуск,мм
2	Ш30s7	2Ч1,5	1,6
3;9	Ш45m6	2Ч1,8	2,0
4; 8	Ш56(-0,19 )	2Ч1,6	2,0
5;7	71(-0,74)	1,6	2,0
6	Ш70,6h9(-0,074)	2Ч1,6	2,0
1; 10	233(-1,15)	1,8	2,5

Ескіз заготовки (штамповки на ГКМ) вала-шестерні рисунок 2.1.

2.5 Розрахунок режимів різання

Визначаємо режими різання табличним методом.

Розраховуємо режими різання для операції 010 токарно-копіювальна, яка проводиться на токарно-копіювальному богаторізцовому напівавтоматі верстат 1Н713. Визначаємо довжину робочого ходу супорта за формулою:

, (2.9)

де L_різ. - довжина різання;

у - підвід, врізання та перебіг інструменту;

L_доп. - додаткова довжина ходу, яка обумовлюється в деяких випадках особливостями наладки і конфігурацією деталей;

Вибираємо данні з маршруту обробки та табличних даних [6]:

L_різ. = 65мм; у = 8мм; L_доп =0;

мм.

Глибина різання t = 1мм.

Призначаємо величину подачі супорта на оберт шпінделя [6]:

Уточнюємо величину подачі по паспорту верстата [5]:

Визначаємо стійкість інструменту по нормативам [6]:

Розраховуємо швидкість різання за формулою:

. (2.10)

де V_таб. - табличне значення швидкості;

К₁ - коефіцієнт, який залежить від матеріалу, що оброблюється;

К₂ - коефіцієнт, який залежить від стійкості та марки матеріалу ріжучою частини;

К₃ - коефіцієнт, який залежить від виду обробки;

V_таб. =125 м/хв; К₁ =0,9; К₂ =1,55; К₃ =1 [6].

м/хв.

Розраховуємо рекомендоване число обертів шпинделя станка за формулою:

, (2.11)

де V - розрахункова швидкість різання;

d - діаметр обробляємої поверхні.

хв^-1.

Обераємо найближче значення числа обертів верстату [5]:

n = 1700 хв^-1;

Уточнюємо швидкість різання по прийнятому значенню числа обертів шпинделя, за формулою:

, (2.12)

де n -прийняте число обертів верстата;

d - діаметр обробляємої поверхні.

м/хв.

Розраховуємо основний машиний час за формулою:

, (2.13)

де L_р.х. - довжина робочого ходу супорту;

S_о - подача супорту на оберт шпинделя;

n - число обертів верстата.

хв.

Для визначення потужності різання необхідно розрахувати силу різання Рz:

, (2.14)

де К₁ - коефіцієнт, який залежить від матеріалу, що оброблюється;

К₂ - коефіцієнт, який залежить від швидкості різання та переднього кута в плані при точінні сталі твердосплавним інструментом.

Pz_табл. =135 кГ; К₁ = 0,8; К₂ = 1 [5].

кГ.

Отже потужність різання буде дорівнювати :

(2.15)

Порівнюємо потужність різання з потужністю верстата:

(2.16)

Умова виконується.

Аналогічним методом розраховуємо режими різання на інші операції, визначені дані записуємо до таблиці 2.6.

Таблиця 2.6. - Зведена таблиця режимів різання

Найменування і зміст операції	Глибина різання t, мм	Подача S, мм/об	Швидкість різання V, м/хв	Частота обертання шпинделя n,	Основний машинний час , хв
1	2	3	4	5	6
005 Фрезерно-центрувальна 1. Фрезерування торцевих поверхонь 2. Свердлування центрових отворів	1,7 1	1,0 0,1	182,1 17,6	580 1125	0,21 0,02
010Токарна зЧПК Встанов А 1. Точити поверхні Ш 33h11 Ш 50h11 Ш 60h11 Встанов Б 2. Точити поверхні Ш 50h11 Ш 60h11 Ш73,2h11	1 2 1,5 2 1,5 1	0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6	176 176 179 176 179 172,3	1700 1120 950 1120 950 750	0,07 0,05 0,02 0,05 0,02 0,18
015Токарна зЧПК Встанов А 1. Точити поверхні Ш 31h9 Ш 46h9 Ш 57h9 Встанов Б 2. Точити поверхні Ш 46h9 Ш 71,2h9 Ш57 h9	0,5 0,5 0,5 0,5 0,3 0,5	0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2	175,2 180,5 179 180,5 178,8 180,5	1800 1250 1000 1250 800 1000	0,57 0,23 0,09 0,14 0,49 0,09
020 Шпонково-фрезерувальна 1.Фрезерувати шпонковий паз	4	0,2	22,6	800	0,53
025 Зубофрезерна 1.Нарізати зуби.		1,4	50,8	180	0,23
030 Круглошліфувальна 1.Шліфувати поверхні Ш30 s7 Ш45 m6	0,100	0,85	Vk =10м/с Vз = 282,6	nк = 1590 nз = 300	1,18

2.6 Розрахунок технічних норм часу

Технічні норми часу в умовах серійного виробництва встановлюються розрахунково-аналітичним методом.

В серійному виробництві визначається норма штучно-калькуляційного часу:

, (2.17)

де - норма штучного часу,

. (2.18)

- підготовчо-заключний час, хв;

- кількість деталей в передавальній партії, шт;

- основний (машинний) час, хв;

- допоміжний час, який складається з витрат часу на окремі прийоми:

, (2.19)

де - час на встановлення та знімання деталі, хв;

- час на закріплення і відкріплення деталі, хв;

- час на прийоми управління, хв;

- час на вимірювання деталі, хв;

- загальний час на обслуговування робочого місця і відпочинок, який розраховується:

, (2.20)

де - витрати часу на обслуговування і відпочинок у відсотковому відношенні до оперативного часу.

. (2.21)

Розраховуємо норми штучно-калькуляційного часу на токарну операцію 010, яка виконується на токарному верстаті з ЧПК 16К20Т1.

Маса деталі 3,6 кг, виробництво - серійне, річна програма випуску N=5000 шт. Основний (машинний) час =0,39 хв.

=8 хв.[5]

Визначимо допоміжний час, який складається з витрат часу на окремі прийоми.

Час на встановлення та знімання деталі:

=0,18 хв.

Час на закріплення і відкріплення деталі:

=0,024 хв.

Час на прийоми управління верстатом:

=0,075хв.

Час на вимірювання деталі:

=0,16 хв.

Поправочний коефіцієнт на допоміжний час при серійному виробництві: к =1,85.

Допоміжний час складає:

=(0,18+0,024+0,075+0,16)1,85=0,81хв.

Тоді час, який витрачається на операцію буде дорівнювати:

=0,39+0,81=1,2хв.

Визначимо загальний час на обслуговування робочого місця і відпочинок:

=8%;

хв.

Норма штучного часу дорівнює:

= 0,39+0,81+0,096=0,906хв.

Кількість деталей в партії визначаємо за формулою:

, (2.22)

де - річна програма випуску деталей, шт;

Fд- дійсний річний фонд часу роботи 1 верстата за зміну;

t - кількість днів, на які необхідно мати запас деталей на складі;

Отже, кількість деталей в партії:

.

Тоді:

хв.

На всі інші операції норми часу визначаються аналогічно. Результати зводимо в таблицю 2.7.

Таблиця 2.7 - Зведена таблиця технічних норм часу у хвилинах

3. РОЗРАХУНОК ПРИСТОСУВАННЯ

3.1 Розрахунок верстатного пристосування

Пристосування спроектовано для фрезерування шпоночного паза шириною 8h8 і довжиною 45 мм (креслення деталі) вал-шестерні на вертикально-фрезерному верстаті з ЧПК моделі 6Д91. При обробці деталь встановлюється в пристосування циліндричними поверхнями Ш 45h8 на призми 12 (подвійна спрямовуюча база позбавляє заготовку 4 ступенів свободи) та підтискається планкою 1. Упор вал-шестерні в напрямку осі здійснюється за допомогою упорів для регулювання (упорна база позбавляє заготовку одного ступеня свободи). Додатковий упор - шпоночна фреза (1 ступінь свободи). Таким чином, пристосування забезпечує неповне базування деталі (5 ступенів свободи). Окільки положення шпоночного паза нефіксоване то така схема базування допустима.

Затиск деталі відбувається за допомогою пневмокамери подвійної дії. Для цього стиснене повітря подається в штокову порожнину, мембрана з прикріпленою до неї опорноюшайбою та штоком прогинається до низу й через тягу, з'єднану зі штоком різьбою затискає деталь планкою. Деталь оброблюється. Для розкріплення деталі стиснене повітря подається в безштокову порожнину, мембрана прогинається догори, піднімається шток разом з планкою.

Спроектоване пристосування являється багатомісцевим переналагоджувальним, що відповідає умовам серійного виробництва.

3.2 Розрахунок потрібної сили затиску

При обробці на заготовку діє сила різання P_z = 330 Н (технологічна частина дипломного проекту).

Максимальний крутний момент, який прагне повернути заготовку, визначається за формулою:

(3.1)

де D_фр =8 мм - діаметр фрези;

Нм.

Визначаємо необхідне зусилля затиску деталі в пристосуванні за формулою:

(3.2)

де k_z - коефіцієнт запасу сил закріплення;

f₁=0,16 - коефіцієнт контакту з заготовкою;

f₂=0,16 - коефіцієнт тертя контакту з затиском;

D_д - діаметр встановлювальної поверхні;

б = 90⁰ - кут призм;

k_z = k₀ ^. k₁ ^. k₂ ^. k₃ ^. k₄ ^. k₅ ^. k₆ , (3.3)

де k₀ = 1,5 - гарантований коефіцієнт запасу;

k₁ = 1,1 - коефіцієнт, що залежить від стану базових поверхонь;

k₂ = 1,45 - коефіцієнт, що враховує затуплення інструментів;

k₃ = 1,1 - коефіцієнт, що враховує ударне наватаження на інструмент;

k₄ = 1,25 - коефіцієнт, що характеризує стабільність сил привода;

k₅ = 1,1 - коефіцієнт, що враховує зручність керування механізмами;

k₆ = 1,25 - коефіцієнт, що враховує визначеність розташування опорних точок.

k_z = 1,5 ^. 1,1 ^. 1,45 ^. 1,1 ^. 1,25 ^. 1,1 ^. 1,25 = 4,52.

Таким чином, отримуємо

Н.

При одночасній обробці двох деталей сумарна затискувальна сила буде складати:

(3.4)

3.3 Розрахунок затискального механізму

В спроектованому пристосуванні затиск деталі здійснюється пневмокамерою, головним параметром якої є її діаметр. Зусилля на штоці при подачі стисненого повітря в штокову порожнину визначається за формулою:

Q = 0,75 ^. р / 16 ^. [ (D + d)² - d₁ ] ^. с (3.5)

де D - діаметр діафрагми всередині пневмокамери, мм;

d = 110 мм - діаметр опорного диска пневмокамери;

d₁ = 50 мм - діаметр штока;

с = 0,4 Мпа - тиск стисненого повітря.

Порівнюючи зусилля на штоці та потрібне зусилля затиску W=Q, знаходимо діаметр пневмокамери

м. (3.6)

З урахуванням номенклатури оброблюваних деталей, в яких діаметр закріплюваних поверхонь більше ніж у заданої деталі, приймаємо діаметр пневмокамери D=240 мм.

Фактичне зусилля затиску дорівнює:

Н.

Фактичне зусилля затиску повинне бути більше ніж потрібне:

W_ф > W

7056 > 1491,6.

Таким чином, спроектоване пристосування забезпечує надійний затиск оброблюваної деталі.

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1. Конструирование узлов и деталей машин: Учеб. пособие для техн.спец. вузов/ П.Ф. Дунаев и О.П. Леликов - 5е изд., переаб. и доп. - М., Высш. шк. 1998, 447с.: ил.

2. Расчет и проектирование деталей машин : Учеб. пособие для техн.спец. вузов/Н.Ф. Киркач и Баласанян Р.А. - 3е изд.,перераб. и доп -Х., Основа, 1991, 276с.: схем.

3. Руденко П.А, Харламов Ю.А., Плескач В.М. Проектирование и производство заготовок в машиностроении: Учебн. Пособие.- К.: Выща школа, 1991.- 247с, ил.

4. Косилова А.Г. Справочник технолога-машиностроителя, т.1. - М.: Машиностроение, 1985. -652 с, ил.

5. Косилова А.Г. Справочник технолога-машиностроителя, т.2. - М.: Машиностроение, 1985. - 496 с, ил.

6. Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. и др. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. - Минск: Высшая школа, 1983. - 255 с.

7. Барановский Ю.В. Режимы резания металлов. - М.: Машиностроение, 1972. - 467 с.

8. Приспособления для металлорежущихстанков : Справочник/ А.К.Горошкин. - 7е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1979, 301 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru