Шлифование остат.

250

100

39

25

4636

350

100

60

45,95

45,35

45,126

45



Рисунок 3.2 - Схема полів припусків и допусків.

3.6 Розрахунок режимів різання

Для обробки даної деталі, а саме для токарно-гвинторізної чорнової операції, під час якої знімається основний припуск на обробку поверхонь, зробимо розрахунок режимів різання, згідно рекомендацій [10].

Для розрахунку швидкості різання при токарній обробці скористаємось емпіричною формулою:

(3.11)

де- загальний поправковий коефіцієнт, який враховує умови обробки. Згідно рекомендацій [10] приймаємо:

- коефіцієнт, який враховує властивості оброблюваного матеріалу;

- коефіцієнт, який враховує властивості інструментального матеріалу;

- коефіцієнт, який враховує стан поверхні;

При чорновому точінні приймаємо:

S=0,6мм/об - подовжня подача.

мм - глибина різання;

Т=60 мин - стійкість різця Т15К6;

Cv=340; y=0,45; m=0,2; x=0,15 - коефіцієнти та показники степеня в формулі для визначення швидкості різання при точінні [1, c.269; табл. 17]

м/мин

Частота обертання шпинделя визначається за формулою:

,(3.15)

та дорівнює:

Коректуючи отриману частоту обертання відповідно стандартній верстатній, розрахуємо режими обробки для всієї операції, користуючись рисунком 3.1, на якому зображена деталь із позиціями поверхонь. Результати розрахунку заносимо до таблиці 3.6.

3.7 Нормування технологічного процесу

Для нормування технологічного процесу обираємо операцію з найбільшою кількістю переходів - токарно-гвинторізну чистову операцію.

Основний час обробки визначаємо за формулою:

(3.16)

де l- довжина врізання інструменту при робочій подачі, мм;

l- довжина робочого ходу, мм;

l- довжина перебігу, мм;

і - кількість проходів інструменту;

S- хвилинна подача інструменту, мм/хв.

Тоді основний час операції дорівнює:

Таблиця 3.6 - Результати розрахунку режимів різання

Наіменування	Інструмент	Параметри різання	D, мм	L, мм	tр, мин
Операції	Переходи		t, мм	sоб, мм/об	v, м/ мин	n, об/мин	sмин, мм/мин
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Токарно-гвинторізна (чорнова) Установ А	Точити пов.9 начорно	Різець прохідний Т15К6	4	0,9	61,5	200	180	98	306	1,7
	Точити пов.7 Начорно (1-й прох.)	Різець прохідний Т15К6	3	0,9	57,8	200	180	92	297	1,65
	Точити пов.7 Начорно (2-й прох.)	Різець прохідний Т15К6	1,4	0,9	54,0	200	180	86	297	1,65
	Точити пов.6 начорно	Різець прохідний Т15К6	2,35	0,9	50,9	200	180	81,05	190	1,06
	Точити пов.4 начорно	Різець прохідний Т15К6	2,35	0,9	47,8	200	180	76	135	0,75
	Точити пов.3 начорно	Різець прохідний Т15К6	2,3	0,9	44,6	200	180	70,95	110	0,61
Токарно-гвинторізна (чорнова) Установ Б	Точити пов.15 начорно	Різець прохідний Т15К6	1,6	0,9	44,0	250	225	56	130	0,58
	Точить пов.13 начорно	Різець прохідний Т15К6	2,35	0,9	39,3	250	225	50	40	0,18

Формула для розрахунку допоміжного часу:

(3.17)

де Т- час на встановлення та зняття заготівки, хв,

Т- час, пов'язаний з переходом,

Т- час на вимірювання, хв.

Користуючись даними [11] знаходимо допоміжний час для токарно-гвинторізної операції:

Оперативний час дорівнює сумі основного та допоміжного часу:

(3.18)

тобто:

Формула для визначення підготовчо-заключного часу:

, (3.19)

де Т - час на налагодження верстата, інструмента, приладдя, хв;

Т - час на отримання інструменту до початку обробки та здавання після завершення, хв. Тоді:



Штучний час знаходимо за формулою:

, хв. (3.20)

де Т= 0,03 Т- час на обслуговування обладнання, хв;

Т=0.04 Т- час нормованого відпочинку, хв.

Отже штучний час дорівнює:

Штучно-калькуляційний час знаходимо за формулою:

(3.21)

де N - річна програма випуску, шт.

Тоді:

Отримані значення заносимо до маршрутної та операційної карти на обрану операцію, які наведені у додатках.

4. Автоматизація підготовки виробництва

Процес обробки даної деталі типу вал-вихідний за умов багатосерійного виробництва може бути реалізований за допомогою автоматичної лінії. Тож, враховуючи умови технологічного процесу неавтоматизованого виробництва, розробимо модель автоматичної лінії обробки даної вал-шестерні. Для розрахунку лінії візьмемо тільки ті операції, автоматизація яких буде доцільна, тобто які не відносяться до когорти обмежувальних та які можна максимально диференціювати та сконцентрувати. До таких операцій відносяться токарно-гвинторізна (далі просто "токарна"), фрезерно-центрувальна та вертикально-фрезерна. Згідно цих допущень та розрахованого у попередніх розділах машинного часу обробки даної деталі розробимо модель автоматичної лінії.

4.1 Розрахунок технологічної продуктивності технологічного процесу

Найпростіший варіант побудови технологічного процесу неавтоматизованого виробництва при обраних методах, технологічному маршруті та режимах обробки є повна обробка деталі в одній позиції при послідовному виконанні усіх складових операцій. Критерієм оцінки технологічного процесу є технологічна продуктивність , яка визначається за формулою:

(4.1)

де - машинний час виконання складової операції.

Для нашого варіанту технологічного процесу технологічна продуктивність дорівнює:

Визначення неробочих операцій, які необхідні для реалізації робочих операцій технологічного процесу.

Неробочі операції містять дії, які пов'язані з орієнтацією заготівки в просторі, подачу заготівки до робочої зони, закріплення її на робочій позиції, фіксацію приладу або супутника на робочій позиції.

Перелік неробочих операцій наведений у таблиці 4.1.

Таблиця 4.1 - Перелік неробочих операцій

Найменування робочої операції	Найменування неробочої операції
010 Фрезерно-центрувальна	1.1 Орієнтувати деталь
	1.2 Подати деталь в робочу зону
	1.3 Закріпити деталь
	1.4 Підвести фрези на швидкому ході
	1.5 Відвести фрези на швидкому ході
	1.6 Підвести центрові свердла на швидкому ході
	1.7 Відвести центрові свердла на швидкому ході
	1.8 Розкріпити деталь
	1.9 Вилучити деталь із робочої зони
015 (020) Токарно-гвинторізна	2.1 Орієнтувати деталь
	2.2 Подати деталь в робочу зону
	2.3 Закріпити деталь
	2.4 Підвести різець на швидкому ході
	2.5 Відвести різець на швидкому ході
	2.6 Розкріпити деталь
	2.7 Закріпити деталь
	2.8 Підвести різець на швидкому ході
	2.9 Відвести різець на швидкому ході
	2.10 Розкріпити деталь
	2.11 Вилучити деталь із робочої зони
025 Вертикально-фрезерна	3.1 Орієнтувати деталь
	3.2 Подати деталь в робочу зону
	3.3 Закріпити деталь
	3.4 Підвести інструмент на швидкому ході
	3.5 Відвести інструмент на швидкому ході
	3.6 Розкріпити деталь
	3.7 Вилучити деталь із робочої зони

4.2 Аналіз базового операційного процесу за крітерієм забезпечення заданої змінної продуктивності

Визначимо очікувану продуктивність системи технологічного обладнання за зміну для неавтоматизованого виробництва за формулою:

,шт/зм,(4.2)

де - машинний час виконуваних операцій,

- час виконання неробочих операцій, приймаємо .

Для розраховуваної лінії сумарний машинний час дорівнює:

Потрібна серійна продуктивність складає:

шт/зм.

Розглянемо два варіанта компоновок автоматичних ліній. При розробці варіантів автоматичних ліній скористаємось принципами концентрації та диференціації операцій.

Для першого варіанту використовуємо фрезерно-центрувальний напівавтомат, токарні багаторізцові та копіровальні напівавтомати, а також вертикально-фрезерні напівавтомати з інструментальним магазином, використовуючи компоновку з верстатами-дублерами.

При складанні такої лінії з верстатів, розташованих за ходом технологічного процесу отримуємо лінію наступного вигляду (рис.4.1):

Рисунок 4.1 - Компоновка АЛ з верстатами-дублерами.

Для цієї лінії обмежувальним є час хв. Тоді продуктивність такої ліниї складає:

Дана кількість виробів забезпечує потрібну продуктивність.

Для порівняння у другому варіанті диференціюємо вертикально-фрезерну операцію, а замість дублерів обираємо многопозиційний вертикально-фрезерний верстат. Тоді лінія буде мати вигляд (рис. 4.2):

Рисунок 4.2 - Компоновка АЛ з многопозиційним верстатом

Для цього варіанту лінії обмежувальним є час мин. Тоді продуктивність такої лінії складе:

Цей варіант також забезпечує необхідну продуктивність, використовуючи при цьому на один верстат менше, ніж попередній варіант. Проведемо точніший аналіз двох останніх варіантів АЛ і визначимо, який з них є економічніше доцільним.

4.3 Уточнений розрахунок продуктивності автоматичної лінії

Уточнений розрахунок повної продуктивності автоматичної лінії з жорсткими міжагрегатними зв'язками проводиться згідно [12] за формулою:

(4.3)

де - коефіцієнт загрузки лінії, який характеризує умови експлуатації (приймається в межах 0,85-0,90);

- час не сполучених холостих ходів (в умовах диференціаціації технологічного процесу, приймається );

- час сумарних позациклових втрат, який визначається за формулою:

, (4.4)

де - очікувані позациклові втрати по інструменту;

- очікувані позациклові втрати по обладнанню.

Втрати по інструменту визначаються за формулою:

, (4.5)

де t_зі - час на заточування і-го інструмента,

t_зі - час на зміну і-го інструмента.

Дані для розрахунку втрат по інструменту обираємо згідно рекомендацій [12]. Результати розрахунку для першого варіанту автоматичної лінії заносимо до таблиці 4.2, а для другого варіанту лінії - до таблиці 4.3.

Таблиця 4.2 Втрати по інструменту 1-го варианту АЛ

№ п\п	Найменування інструмента	, хв	, хв	, хв	, хв	, хв
1	2	3	4	5	6	7
1	Фреза торцева Т15К6	1,09	100	7	0,12	0,078*2
2	Свердло центрове Р18	0,13	45	1	0,12	0,0032*2
3	Різец Т15К6 (установ А, чорнова обробка)	1,48	60	1,5	0,2	0,042
4	Різец Т15К6 (установ А, чорнова обробка)	1,46	60	1,5	0,2	0,041
5	Різец Т15К6 (установ А, чорнова обробка)	0,77	60	1,5	0,2	0,022
6	Різец Т15К6 (установ А, чорнова обробка)	0,51	60	1,5	0,2	0,014
7	Різец Т15К6 (установ А, чорнова обробка)	0,38	60	1,5	0,2	0,011
8	Різец Т15К6 (установ Б, чорнова обробка)	0,43	60	1,5	0,2	0,012
9	Різец Т15К6 (установ Б, чорнова обробка)	0,097	60	1,5	0,2	0,0027
10	Різец Т15К6 (установ А, чистова обробока)	0,57	60	3,0	0,18	0,03
11	Різец Т15К6 (установ А, чистова обробока)	0,28	60	3,0	0,18	0,015
12	Різец Т15К6 (установ А, чистова обробока)	0,12	60	3,0	0,18	0,064
13	Різец Т15К6 (установ А, чистова обробока)	0,48	60	3,0	0,18	0,025
14	Різец Т15К6 (установ Б, чистова обробока)	0,3	60	3,0	0,18	0,016
15	Різец Т15К6 (установ Б, чистова обробока)	0,12	60	3,0	0,18	0,0064
16	Різец канавочний Р6М5 (установ А)	0,01	60	3,0	0,18	0,00053
17	Різец канавочний Р6М5 (установ А)	0,01	60	3,0	0,18	0,00053
18	Різец канавочний Р6М5 (установ А)	0,012	60	3,0	0,18	0,00064
19	Різец канавочний Р6М5 (установ А)	0,015	60	3,0	0,18	0,0008
20	Різец канавочний Р6М5 (установ Б)	0,007	60	3,0	0,18	0,00037
21	Різец канавочний Р6М5 (установ Б)	0,0078	60	3,0	0,18	0,00041
22	Різец фасочний Р6М5 (установ А)	0,05	60	3,0	0,18	0,0027
23	Різец фасочний Р6М5 (установ А)	0,058	60	3,0	0,18	0,0031
24	Різец фасочний Р6М5 (установ А)	0,076	60	3,0	0,18	0,004
25	Різец фасочний Р6М5 (установ Б)	0,035	60	3,0	0,18	0,0019
26	Різец фасочний Р6М5 (установ Б)	0,039	60	3,0	0,18	0,0021
27	Різец фасочний Р6М5 (установ Б)	0,086	60	3,0	0,18	0,0046
28	Фреза шпонкова Т15К6 (Ш22х85)	3,93	80	5,0	0,12	0,251
29	Фреза шпонкова Т15К6 (Ш20х85)	3,93	80	5,0	0,12	0,251

Для варіанту АЛ з багатопозиційним верстатом на шпоночко-фрезерній операції приведемо тільки відмінності за часом в 28 і 29 номері таблиці 4.3.

Таблиця 4.3 - Втрати по інструменту 2-го варіанту АЛ

№ п\п	Найменування інструмента	, хв	, хв	, хв	, хв	,хв
-	-	-	-	-	-	-
28	Фреза шпонкова Т15К6 (Ш22х85)	4,15	80	5,0	0,12	0,266
29	Фреза шпонкова Т15К6 (Ш20х85)	3,7	80	5,0	0,12	0,237

Розрахунок позациклових втрат по обладнанню проводиться за формулою:

, (4.6)

де - середній час простоювання i-го нормалізованого вузла.

Дані по втратам по обладнанню для обраних варіантів компоновок автоматичної лінії розраховуємо за формулою (4.6), а результати заносимо до таблиці 4.4 для 1-го варіанту АЛ та до таблиці 4.5 для 2-го варіанту відповідно.

Таблиця 4.4 - Уточнені втрати по обладнанню 1-го варіанту АЛ

Операція	Найменування механізму	Час простоювання за 100 хв. , хв	Час роботи j-ого нормалізованого вузла , хв	Простоювання конкретних механізмів, хв
Фрезерно-центрувальна х2	Вузол подачі та зажиму	0,55	1,21	0,0067
	Фрезерна бабка	0,04	1,09	0,0004
	Свердлильна бабка	0,03	0,12	0,00004
	Гідравлічне обладнання	0,2	1,21	0,00242
	Електрообладнання	0,5	1,21	0,00605
	Система охолодження	0,08	1,21	0,00097
	Транспортер стружки	0,24	1,21	0,0029
Токарна чорнова Установ А	Вузол подачі та закріплення заготівки	0,55	1,48	0,00814
	Шпиндельний блок з механізмом фіксації та приводом обертання	0,18	1,48	0,002664
	Вузол повздовжніх супортів	0,06	1,48	0,000888
	Гідравлічне обладнання	0,2	1,48	0,00296
	Електрообладнання	1,43	1,48	0,021164
	Система охолодження	0,08	1,48	0,001184
	Транспортер стружки	0,24	1,48	0,003552
Токарна чорнова Установ Б	Вузол подачі та закріплення заготівки	0,55	0,43	0,002365
	Шпиндельний блок із механізмом фіксації та приводом обертання	0,18	0,43	0,000774
	Вузол повздовжніх супортів	0,06	0,43	0,000258
	Гідравлічне обладнання	0,2	0,43	0,00086
	Електрообладнання	1,43	0,43	0,006149
	Система охолодження	0,08	0,43	0,000344
	Транспортер стружки	0,24	0,43	0,001032
Токарна чистова Установ А	Вузол подачі та закріплення заготівки	0,55	0,646	0,003553
	Шпиндельний блок з механізмом фіксації та приводом обертання	0,18	0,646	0,0011628
	Вузол поперечних супортів	0,07	0,076	0,0000532
	Вузол повздовжніх супортів	0,06	0,57	0,000342
	Гідравлічне обладнання	0,20	0,646	0,001292
	Електрообладнання	1,43	0,646	0,0092378
	Система охолодження	0,08	0,646	0,0005168
	Транспортер стружки	0,24	0,646	0,0015504
Токарна чистова Установ Б	Вузол подачі та закріплення заготівки	0,55	0,386	0,002123
	Шпиндельний блок з механізмом фіксації та приводом обертання	0,18	0,386	0,0006948
	Вузол поперечних супортів	0,07	0,086	0,0000602
	Вузол повздовжніх супортів	0,06	0,3	0,00018
	Гідравлічне обладнання	0,2	0,386	0,000772
	Електрообладнання	1,43	0,386	0,0055198
	Система охолодження	0,08	0,386	0,0003088
	Транспортер стружки	0,24	0,386	0,0009264
Вертикально-фрезерна	Вузол подачі та зажиму	0,55	3,93	0,0216
	Фрезерна бабка	0,06	3,93	0,0024
	Силовий стіл з гідроприводом	0,23	3,93	0,009
	Електрообладнання	1,43	3,93	0,056
	Система охолодження	0,08	3,93	0,0031
	Транспортер стружки	0,24	3,93	0,0094
Вертикально-фрезерна	Вузол подачі та зажиму	0,55	3,93	0,0216
	Фрезерна бабка	0,06	3,93	0,0024
	Силовий стіл з гідроприводом	0,23	3,93	0,009
	Електрообладнання	1,43	3,93	0,056
	Система охолодження	0,08	3,93	0,0031
	Транспортер стружки	0,24	3,93	0,0094
		0,507

Тоді продуктивність 1-го варіанту автоматичної лінії с урахуванням втрат по інструменту та обладнанню визначаємо за формулою (4.3):

шт./смену.

Таблиця 4.5 - Уточнені втрати по обладнанню 2-го варіанту АЛ

Операція	Найменування механізму	Час простоювання за 100 хв. , хв	Час роботи j-ого нормалізованого вузла , хв	Простоювання конкретних механізмів , хв
Вертикально-фрезерна	Вузол подачі та зажиму	0,55	4,15	0,0228
	Фрезерна бабка х2	0,06	4,15	0,0025
	Силовий стіл з гідроприводом	0,23	4,15	0,01
	Електрообладнання х2	1,43	4,15	0,059
	Система охолодження х2	0,08	4,15	0,0033
	Транспортер стружки х2	0,24	4,15	0,01
Вертикально-фрезерна	Вузол подачі та зажиму	0,55	3,7	0,020
	Фрезерна бабка х2	0,06	3,7	0,0022
	Силовий стіл з гідроприводом	0,23	3,7	0,0085
	Електрообладнання х2	1,43	3,7	0,0529
	Система охолодження х2	0,08	3,7	0,003
	Транспортер стружки х2	0,24	3,7	0,0089
		0,668

Тоді продуктивність 2-го варіанту автоматичної лінії с урахуванням втрат по інструменту та обладнанню визначаємо за формулою (4.3):

шт./смену.

З отриманих значень продуктивності можна зробити висновок, що обидва варіанта задовольняють заданій продуктивності. Орієнтовна собівартість обох варіантів приблизно однакова, тому зупиняємо свій вибір на більш економному 2-му варіанті.

Таблиця 4.6 - Структура техпроцесу в автоматизованому виробництві при поєднанні операцій

№ поз.	Найменування операцій	Інструментальні переходи на даній операції	Інструмент	Час операції, мин.
1	Фрезерно-центрувальна	Фрезерувати торці 1, 11 Свердлити центрові отвори	Фреза торцева Свердла центрові комбіновані	1,22
2	Токарна чорнова	Точити поверхні 3, 4, 6, 7	Баготорізцева наладка	1,48
3	Токарна чорнова	Точити поверхні 13, 15	Баготорізцева наладка	0,43
4	Токарна чистова	Точити поверхні 3, 4, 6, 7 Точити фаски 2, 5, 17 и канавки 3, 4, 6, 7	Баготорізцева наладка	0,646
5	Токарна чистова	Точить поверхности 13, 15 Точить фаски 12, 14, 10 и канавки 13, 15	Баготорізцева наладка	0,3865
6	Вертикально-фрезерна	Фрезерувати шпонкові пази	Фреза шпонкова	4,15

4.4 Опис роботи спроектованої автоматичної лінії

До складу автоматичної лінії послідовного агрегатування обраного варіанту компоновки входить наступне обладнання:

· Фрезерно-центрувальний напівавтомат мод. МР73М (поз. 1) - 1шт.

· Токарний багаторізцевий напівавтомат мод. 1Н713 (поз. 2) - 4 шт.

· Вертикально-фрезерний багатопозиціонний верстат (поз. 3) - 3 шт.

· Промисловий робот MP25 (поз. 4) - 6шт.

· Конвеєр пластинчастий мод. БВК - 80 (поз. 6) - 1шт.

· Центральний командоапарат (поз. 7)

На першому фрезерно-центровальному верстаті виконується фрезерування торців деталі та свердління центрових отворів за допомогою фрезерної та свердлильної бабок. Заготівка встановлюється на верстаті за допомогою верстатних призм. На другому та третьому (за порядком розташування в лінії) токарному багаторізцевому напівавтоматі виконується чорнове точіння циліндричних поверхонь за допомогою повздовжньоного та поперечного супортів та багаторізцевих налагоджень з однієї сторони деталі. На четвертому, п'ятому та шостому токарних багаторізцевих напівавтоматах виконується чистове точіння циліндричних поверхонь, а також чистове точіння циліндричних поверхонь, фасок та канавок за допомогою повздовжнього та поперечного супортів та багаторізцевих налагоджень з іншої сторони деталі. На всіх токарних верстатах заготівка встановлюється в передньому зубчатому центрі і підтискається задньою бабцею зі встановленим в ній центром, що обертається. На багатопозиційному фрезерному для шпони верстаті проводиться фрезерування паза шпони фрезою шпони, встановленою у фрезерній насадці, заготівка, встановлена на поворотному столі. Самодіючі фрезерні головки на цьому верстаті здійснюють рух урізування і подовжній рух, а також головний рух різання. Однорукі промислові роботи використовуються як завантажувальні пристрої. Транспортуючим пристроєм в даній АЛ є пластинчастий конвеєр зі встановленими на нім призмами для орієнтування заготівки. Робота елементів АЛ відбувається таким чином (див. циклограму роботи АЛ): цикл починається з підведення руки маніпулятора до конвеєра, далі відбувається затиск заготівки кистю і відведення маніпулятора, його поворот до верстата, і підведення руки. При попаданні орієнтованої заготівки в затискне пристосування відбувається затиск її на верстаті після чого маніпулятор розтискала кисть і відводить руку від верстата, одночасно з відведенням руки включається швидке підведення заготівки разом із столом або відповідних супортів в робочу зону далі включається робочий хід потім швидке відведення. Одночасно з швидким відведенням включається підведення відведеної руки маніпулятора до верстата, затиск заготівки маніпулятором і розтиск затискного пристосування. Оброблена заготівка відводиться разом з рукою маніпулятора від верстата, маніпулятор повертається до конвеєра, підводить руку і встановлює деталь в призмах на конвеєрі, розтискав кисть і відводить руку від нього. На цьому цикл роботи АЛ закінчується.

Ескіз спроектованої автоматичної лінії зображений на кресленні РБ 08.0428.31.100СБ, а специфікація до неї у додатку В.

5. Динамічний аналіз об'єкту виробництва

5.1 Загальні положення про динаміку зубчастої передачі

Як досліджувану модель візьмемо зубчасту передачу, між колесом на вихідному валу і шестернею на вхідному. Зубчасті передачі є одним з найбільш поширених видів механічних передач у всіх областях промисловості, і їх техніко-економічні показники значно вищі, ніж при інших способах трансформацій і передачі потужності.

Проте вони мають принципові недоліки, що обмежують сферу їх застосування або що значно ускладнюють їх експлуатацію, а також обмежують рівень передаючих навантажень. Це, перш за все, відноситься до динамічних процесів.

Динамічна взаємодія профілів в зубчастих колесах породжує додаткові навантаження на робочі профілі, вібрації самих тіл зубчастих коліс, що обертаються, корпусів і фундаменту редуктора або машини і, нарешті, шум.

Зубчаста передача володіє тією характерною особливістю, що і при постійному зовнішньому навантаженні на зуби діють змінні зусилля. Через певні проміжки часу навантаження з одного зуба передається на іншій, тому і у тому випадку, коли зачеплення виконане ідеально точно, при перерозподілі навантаження з'являються додаткові динамічні зусилля, виявити які можна, враховуючи пружні властивості елементів передачі.

Унаслідок неминучих помилок при виготовленні і монтажі зубчастих коліс динамічні навантаження можуть бути значними в порівнянні із статичними зусиллями і облік їх при проектуванні зубчастої передачі обов'язковий.

Динамічні зусилля можна визначити лише після того, як з деякою мірою точності знайдений дійсний рух коліс передачі, для чого потрібно враховувати як пружні властивості елементів передачі -- зубів, валів, опор, так і помилки, допущені при виготовленні коліс.

У будь-якому механізмі -- системі з однією мірою свободи -- визначеність співвідношень між кінематичними параметрами (наприклад, між кутовими швидкостями ланок) порушується унаслідок деформації елементів механізму. Проте в більшості випадків ці порушення незначні і їх можна не брати до уваги. Зубчаста ж передача, оскільки ступінь перекриття більше одиниці, є механізмом з однією або декількома пасивними зв'язками. Рух такої системи можливий лише за наявності певних геометричних співвідношенні (наприклад, відстані між сусідніми зубами, тобто кроки мають бути однакові). Якщо порушені ці співвідношення, пасивні зв'язки стають активними і система не рухатиметься.

В разі незначних порушень рух можливий за рахунок виникаючої деформації елементів передачі. Тому навіть невеликі погрішності у виготовленні зубчастих коліс приводять до появи значних зусиль в передачі, що виникають при її русі, тобто динамічних навантажень.

Із-за складності модельованих явищ всі моделі, в тій чи іншій мірі, містять обмеження, що є наслідком компромісу між максимально можливим точним віддзеркаленням фізичних процесів і можливостями їх чисельної вистави, що накладає свій відбиток на постановку завдань і методи їх вирішення при дослідженні зубчастої передачі.

Найчастіше вирішення поставлених завдань зводиться до опису руху системи твердих тіл з геометричними зв'язками і силами опору, лінійно залежними від швидкості. Використовуючи спільне рівняння, складаються рівняння Лагранжа другого роду, на основі яких рівняння руху записуються у вигляді диференціальних рівнянь другого ладу, число яких визначається числом мір свободи прийнятої динамічної моделі.

Складання динамічної моделі призначене для дослідження характеру перехідних процесів зубчастого зачеплення. Маючи на увазі, що пружні властивості системи при певних параметрах можуть приводити до мікроскопічних коливань, які з одного боку викликають раніше втому металу і його руйнування, з іншого боку, при дії на частоті власних коливаннях можуть вести до руйнування зубчастих коліс.

При розробці динамічних моделей приймається цілий ряд спрощень:

- зубчасті колеса представляються у вигляді зосереджених мас;

- передавальне число зубчастих передач вважається постійним;

- в'язкий опір вважається лінійно залежним від швидкості [13].

- колеса вважаються абсолютно точними і не мають погрішностей ексцентриситету отвору, эвольвентного профілю, кроку.

5.2 Вихідні дані зубчастої передачі

Для складання динамічної моделі зубчастої передачі (рис. 5.1), приймемо:

- матеріал - сталь 45 [3, c.11];

- ступінь точності - 9 В [3, c.22, табл.3.1];

- потужність на 1-му валу: N₁=11,4 кВт;

- потужність на 2-му валу: N₂=9,32 кВт;

- момент опору на шестерні:

- момент опору на колесі:

- кутова швидкість обертання 1-го колесу:

- кутова швидкість обертання 2-го колесу:

- передатне відношення u_1,2=3,55;

Як вже вище сказано, передавальне число зубчастої передачі вважаємо постійним, хоча, в процесі експлуатації передачі профілі зубів спотворюються, внаслідок чого передавальне число стає змінним в процесі зачеплення зубів [12].

Однією з важливих якісних характеристик зачеплення є коефіцієнт перекриття. Він характеризує безперервність і плавність зачеплення коліс. Ці якості передачі забезпечуються перекриттям за часом в роботі двох пар зубів: кожна подальша пара зубів повинна увійти до зачеплення до того, як попередня пара вийде з нього. Для прямозубої зубчастої передачі

Рисунок 5.1 - Фізичне відображення динамічної моделі

5.3 Динамічна модель зубчастої передачі з двома ступенями свободи

Модель з числом ступенів свободи s=2 була утворена шляхом синтезу жорсткої моделі Генкин М.Д. [12], і Абрамов Б.М. [14].

Тут враховані наступні фактори [12]:

- пружна деформація зубців;

- сила непружнього опору, лінійно залежна від швидкості;

- нормальній бічний зазор у зачепленні j_n (рис. 5.1);

- постійне передатне число;

- сила тертя між зубцями.

Рисунок 5.2 - Нормальній бічний зазор у зачепленні j_n

Схема пружної моделі с двома ступенями свободи зображена на рисунку 5.3:

Рисунок 5.3 - Пружна динамічна модель зубчастої передачі

Кут повороту зубчастого колеса в абсолютному русі (в системі координат XO₁Y) можна представити як суму двох кутів - кута повороту цього колеса разом з поворотною системою при умові недеформовані зубців и відносного кута повороту колеса в поворотній системі, обумовленим деформацією зубців під навантаженням:

(5.1)

У спільному випадку абсолютний рух зубчастих коліс досліджуваної передачі можна описати наступною системою диференціальних рівнянь:

(5.2)

де і - моменти інерції повідного і веденого коліс;

і - зовнішні моменти, прикладені до коліс;

- нормальна сила пружності між зубцями;

- сила тертя;

- плече сили , діючої на повідну ланку моделі;

- плече сили , діючої на ведену ланку моделі;

- плече сили тертя, діючої на повідну ланку моделі;

- плече сили тертя, діючої на ведену ланку моделі.

Нормальна сила пружності між зубцями з урахуванням в'язкого опору и сили тертя визначають за наступними формулами:

(5.3)

де - коефіцієнт, що враховує вплив нормального бічного зазору;

- відносне переміщення зубів у напрямі нормалі до профілів в точці контакту в результаті пружної деформації;

- жорсткість зубчастого зачеплення;

- коефіцієнт непружного опору;

- коефіцієнт тертя між зубами;

- швидкість ковзання.

Введення у формулу сили тертя відношення враховується зміна направлення сили тертя після проходження полюса зачеплення.

Коефіцієнт тертя для умов важко навантаженого контакту [14] .

Коефіцієнт непружнього опору визначається по формулі:

(5.4)

де - приведені до основних кіл маси коліс;

- приведена маса провідної ланки;

- приведена маса веденої ланки;

- безрозмірний коефіцієнт демпфування, зазвичай ;

Коефіцієнт , що враховує вплив нормального бічного зазору, обчислюється залежно від значення пружної деформації зубів за наступними умовами [12]. Надалі вважатимемо, що величини зовнішніх моментів, прикладених до коліс М1 і М2 залишаються в процесі зіткнення постійними, рівними їх статичним значенням. Залежно від значень з, враховуватимемо вплив сили інерції, що виникає при цьому, на кут повороту. Цю залежність можна виразити рівняннями:

(5.5)

де и :

(5.6)

де и - жорсткість зубчастого зачеплення при однопарном і двухпарном зачепленні;

a - постійна величина [13, стр. 104].

Після підстановки виразів (5.5-5.6) в систему (5.2), диференціальні рівняння відносного руху зубів (тобто їх коливального руху) наберуть вигляду:

На підставі даних рівнянь складемо динамічну модель зубчастого зачеплення, що враховує вплив сил інерції, що виникають при зіткненні і пружній деформації зубів.

5.4 Реалізація динамічної моделі в SIMULINK

Вихідні дані для M-file:

Для спрощення приймаємо .



Рисунок 5.4 - Схема, що описує поведінку динамічної моделі

У дослідженні даної моделі визначимо залежність коливань різниці кутових швидкостей першого і другого коліс від значень жорсткості зубчастого зачеплення. Для цього, протягом 50 секунд досліджуватимемо нашу модель з моменту входження в контакт першої пари зубів. Спершу визначимо різницю кутових швидкостей без врахування сил інерції:



Рисунок 5.5 - Поведінка динамічної моделі без врахування сил інерції

Тепер отримуватимемо поведінку динамічної моделі на зміну жорсткості зубчастого зачеплення.

Рисунок 5.6 - Поведінка динамічної моделі з врахуванням сил інерції при



Рисунок 5.7 - Поведінка динамічної моделі з врахуванням сил інерції при

Рисунок 5.8 - Поведінка динамічної моделі з врахуванням сил інерції при



Рисунок 5.9 - Поведінка динамічної моделі з врахуванням сил інерції при

5.5 Аналіз отриманих результатів

Проаналізувавши отримані дані приходимо до висновку, що найбільш маленька амплітуда коливань різниці кутових швидкостей спостерігатиметься при порівняно маленьких значеннях жорсткості , а також малі значення частоти коливань. При збільшенні жорсткості зачеплення збільшується амплітуда і частота коливань, що негативно позначається на постійності передавального відношення. Проте сильне зниження жорсткості приводить до швидкого зношування зубів, руйнування евольвентного профілю, спотворення основного кроку. Тому оптимальним значенням жорсткості має бути .

Висновки

Для досягнення мети даної бакалаврської роботи, а саме покращення ефективності констукторсько-технологічної підготовки, розроблена електронна модель підготовки виробництва триступеневого співвісного редуктора з усіма необхідними розрахунками конструктивних елементів (вали, колеса), а також вибором стандартних (підшипники, муфти) елементів. На основі наведених проектувальних та перевіркових розрахунків була створена 3D-модель редуктора.

Для подальшої розробки був обраний вал-вихідний. Для контролю точності поверхні вала ш70k7 під зубчасте колесо спроектовано калібр-скобу.

Наступним етапом була технологія обробки деталі за умов серіного виробництва. Для даного валу-вихідного проведено аналіз технологічності. Визначено економічний метод отримання заготівки. Економія коштів при обраному методу - штампуванні на ГКМ - у порівнянні з заготовкою з прокату складає 1926 гривень. На основі цього спроектована заготівка. Далі був розроблений, згідно з кресленням деталі, маршрут обробки деталі та призначені припуски на механічну обробку. Згідно з обраним маршрутом обробки, обране металообробне обладнання та технологічне оснащення - приладдя, вимірювальний та різальний інструмент. Розраховані режими різання та пронормована операція, яка містить найбільшу кількість переходів. На основі усіх отриманих та обраних показників розроблений комплект технологічної документації, складений із маршрутних та операційних карт, а також карт ескізів. Також розроблені креслення карт налагодження на 3 операції. Для більш продуктивної обробки деталі за умов великосерійного виробництва спроектована автоматична лінія для частини машруту обробки деталі.

Для визначення динамічних процесів в зубчастому зачепленні проведено динамічний аналіз однієї з передач редуктора. У результаті було встановлено, що на значення постійності передатного відношення суттєво впливає величина жорсткості зачеплення, і при розрахунку передач необхідно її враховувати. Оптимальним значенням жорсткості має бути .

Перелік використаних джерел

1. Методичні вказівки до виконання курсового проекту з деталей машин. Розділ 1. "Вибір електродвигуна та визначення вихідних даних для розрахунку приводу", 2005 - 35 с.

2. Методичні вказівки до виконання курсового проекту з деталей машин. Розділ 2, №1170. "Проектуваня зубчастих і черв'ячних передач", 2005 - 48 с.

3. Методичні вказівки до виконання курсового проекту з деталей машин. Розділ 3. "Проектування валів та їх опор на підшипниках кочення" (для студентів напрямку „Інженерна механіка")/ Автори: О.В. Деркач, О.В. Лукічов, В.Б. Недосекін, Проскуряков С.В - Донецьк: ДонНТУ, 2005. 106 с.

4. Методичні вказівки до виконання курсового проекту з деталей машин. Розділ 4. "Конструювання муфт і корпусів", 2005 - 40 с.

5. Проектирование и производство заготовок в машиностроении: Учеб. пособие/П.А. Руденко, Ю.А. Харламов, В.М. Плескач. - К.: Высшая школа, 1991. - 247с.

6. Расчет припусков и межпереходных размеров в машиностроении: Учеб. пособие/Я.М. Радкевич, В.А. Тимирязев, А.Г. Схиртладзе, М.С. Островский -М.: Высшая школа, 2004. - 272с.:ил.

7. Справочник технолога машиностроителя. В 2-х т. Т2/ Под. ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. 4-е изд. М.: Машиностроение, 1985.- 496с.

8. Нормирование ТП. Справочник.

9. Методические указания по выполнению курсовых работ по дисциплине "Теория проектирования автоматизированных станочных комплексов" №774.Сост.:Л.П. Калафатова, А. Д. Молчанов Донецк ДонНТУ 2003. 47с.

10. Промышленные роботы. Справочник. Козырев Ю.Г.-М.: Машиностроение, 1988. -392с.

11. Ковейеры. Справочник. Р.Л. Зенков, А.Н.Гнутов. Под. ред. Пертена. - Л.: Машиностроение, 1984. - 366с.

12. Колебания прямозубых зубчатых колес, Б.М. Абрамов, издательство Харьковского университета Харьков 1968 - 176с.

13. Динамические процессы в механизмах с зубчатыми передачами, Генкин М.Д. , "Наука" 1976 - 200с.

14. Динамические нагрузки в зубчатых передачах с прямозубными колесами, под Ред. Абрамов Б.М., Машиностроение 1956 - 145с.