МIНIСТЕРСТВО ОСВIТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНIЧНИЙ УНIВЕРСИТЕТ
Німецький технічний факультет
Кафедра «СПУіМ»
БАКАЛАВРСЬКА РОБОТА
Тема роботи: Розробка електронної моделі підготовки виробництватриступеневогоконічно-циліндричного редуктора
Виконавець
Студент групи Князєв Я.І.
Керівник Горобець І.О.
Нормоконтроль
Сулєйманов С.Л.
ДОНЕЦЬК 2009
РЕФЕРАТ
Бакалаврськаробота: 102 сторінки, 22 таблиці,25 рисунків,18 джерел, 2 додатки .
Об’єктдослідження – редуктор привода скребкового конвеєра .
Цільроботи: підвищення ефективності конструкторсько–технологічної підготовкивиробництва привода стружковбирального конвеєра.
Задачі:
Розрахунокелементів редуктора, розробка робочих і складальних креслень виробу і деталі;
Аналізточності деталі та розробка креслення вимірювального пристрою;
Проектуваннятехнологічного процесу виготовлення деталі, розробка технологічноїдокументації;
Динамічнийаналіз МУВП, розробка імітаційної моделі та її аналіз засобами «Simulink».
Убакалаврській роботі необхідно провести розрахунок вихідних даних дляпроектування привода, а також розрахунок елементів редуктора і проектуваннявузлів виробу з визначенням властивостей об’єкту.
Привиконанні даної роботи необхідно розробити 3D – модель вузла та виробу. Такожнеобхідно провести аналіз складальної одиниці, та розробити кресленнявимірювального пристрою.
Уданій бакалаврській роботі необхідно провести динамічний аналіз муфти МУВП,розробити імітаційну модель та виконати її аналіз засобами «Simulink».
Розроблено:креслення приводу, складальне креслення редуктора в трьох проекціях і робочікреслення деталей.
ПРИВОД,РЕДУКТОР, СКЛАДАЛЬНА ОДИНИЦЯ, КРИШКА, ВАЛ, ШЕСТІРНЯ, КОЛЕСО ЗУБЧАСТЕ, ШПОНКА,ПІДШИПНИК, МУФТА, КАЛІБР, ДОПУСК, ВІДХИЛЕННЯ, ПОСАДКА, НАТЯГ, ЗАЗОР, ТЕХНІЧНІВИМОГИ, РОЗМІР, З'ЄДНАННЯ, ЗАГОТОВКА, СТАНОК, ЗУБЧАТЕ КОЛЕСО, ТЕХНОЛОГІЧНИЙПРОЦЕС, КАРТИ НАЛАДОК, РЕЖИМИ РІЗАННЯ, ОСНАЩЕННЯ, ДЕТАЛЬ, ПРИПУСКИ, ЧАС ОБРОБКИ,СОБІВАРТІСТЬ, МОМЕНТ ІНЕРЦІЇ, КРУТИЛЬНІ КОЛИВАННЯ
ЗМІСТ
ВСТУП
1. КОНСТРУКТОРСЬКАПІДГОТОВКА ВИРОБНИЦТВА
1.1 Визначення вихідних даних до розрахунку редуктора
1.1.1 Вибір іперевірка електродвигуна
1.1.2Розрахунок загального і поодиноких передатних відношень редуктора
1.1.3Розрахунок частот обертання, потужностей і обертальних моментів на валах
1.1.4 Вибіррозрахункового навантаження
1.2 Проектування конічної передачі
1.2.1 Вибірматеріалів для виготовлення колеса і шестерні
1.2.2 Приблизневизначення граничних та допустних напруг для матеріалів конічної передачі
1.2.3Наближений проектувальний розрахунок головного і основних параметрів передач зумови забезпечення контактної міцності зубів
1.3 Розрахунок циліндричних передач
1.3.1Наближений проектувальний розрахунок головного і основних параметрів передач зумови забезпечення контактної міцності зубів
1.3.2Перевірочний розрахунок конічної зубчатої передачі
1.3.3Перевірочний розрахунок циліндричних зубчатих передач
1.4 Конструювання зубчатих коліс
1.5 Проектування валів
1.5.1 Проектнийрозрахунок валу
1.5.2 Визначення навантажень, що діють на вал
1.5.3Наближений розрахунок валу
1.6 Проектування вузлів підшипників кочення
1.6.1 Вибірпідшипників кочення
1.6.2Розрахунок підшипників кочення
1.7 Вибір і розрахунок муфт
1.8 Змазування передач
2. МЕТРОЛОГІЧНА ПІДГОТОВКА ВИРОБНИЦТВА
2.1 Технічний опис складальної одиниці
2.2 Початкові дані
2.3 Технічні вимоги до складальної одиниці
2.4 Розмірний аналіз складальної одиниці
2.5 Розрахунок розмірів калібрів для гладкого циліндричногоз'єднання
3. ТЕХНОЛОГІЧНАПІДГОТОВКА ВИРОБНИЦТВА
3.1 Анализ технологичности конструкции детали
3.2 Визначення типу виробництва
3.3 Вибір способу отримання заготівки
3.4 Вибір маршруту обробки деталі
3.5 Розрахунок припусків на обробку деталі
3.6 Вибір ріжучого інструменту
3.7 Вибір металорізальних верстат
3.8 Розрахунок режимів різання
3.9 Розробка управляючої програми
3.10 Аналіз розмірного ланцюга
3.11 Нормування технологічного процесу
3.12 Економічне зрівняння технологічного процесу
4. ІНЖЕНЕРНІЙ АНАЛІЗОБ'ЄКТУ ВИРОБНИЦТВА
4.1 Опис об'єкту моделювання
4.2 Розробка структурної схеми об'єкту
4.3 Обгрунтування допущень, прийнятих в системі
4.4 Розробка фізичної і математичної моделі об'єкту
4.5 Розробка схеми моделі в Simulink
ВИСНОВКИ
ПЕРЕЛІК ВИКОРИСТАНИХДЖЕРЕЛ
/>ВСТУП
Рівень розвитку машинобудування – один з найзначніших чинниківтехнічного прогресу, оскільки корінні перетворення в будь-якій сферівиробництва можливі лише в результаті створення досконаліших машин і розробкипринципово нових технологій. Розвиток і вдосконалення технології виробництвасьогодні тісно пов'язані з автоматизацією, створенням робототехнічнихкомплексів, широким використанням обчислювальної техніки, вживаннямустаткування з числовим програмним управлінням. Функціонування цієї системи забезпечується задопомогою сучасних САПР, тісно пов’язаних одна з одною — взаємодія CAD-,CAM- таCAE-систем.
В умовах сучасного виробництво виникаєзавдання понизити терміни і витрати на виготовлення продукції. Причому зниженнятривалості і витрат виробництва повинне здійснюватися не лише на етапівиготовлення, але і значною мірою на етапі проектування і розробки технічноїдокументації. Це можна здійснити з використанням сучасних САПР. У данійбакалаврській роботі підготовка технічної документації здійснювалася задопомогою пакетів програм компанії АСКОН – САПР «ВЕРТИКАЛЬ» і «КОМПАС3d». Використання даного інструменту дозволяє сучасному інженеровіскоротити етап підготовки виробництва у декілька разів.
Комп’ютерна технологія покликана не тількиавтоматизувати традиційно існуючі технологічні ланки, а принципово змінити самутехнологію проектування та виробництва продукції на основі настроюванихбагатоваріантних систем прийняття технічних рішень. Тільки в цьому випадкуможна очікувати скорочення строків створення виробів, зниження витрат на весьжиттєвий цикл виробу, покращення якості виробів.
При створенні високотехнологічних виробів, воснові організації комп’ютерної технології знаходиться створення повноїелектронної моделі виробу на основі створення тримірних електронних моделей, цевідкриває ширші можливості для створення більш якісної продукції та в більшстислі строки. Основою цієї системи є електрона модель підготовки виробництва,яка включає до свого складу 3D-моделі виробу, збірних одиниць та окремих деталей,усі необхідні креслення з технічними вимогами, необхідний комплекттехнологічної документації, а також засоби метрологічного контролю.
Якість виготовляємої продукції істотнопідвищується лише при використанні єдиногопідходу проектування підготовки виробництва, а саме поєднання конструкторськоїі технологічної частин проектування. У сучасних умовах проектування данийпідхід стає максимально здійсненним завдяки створенню та використанню CAD, CAMі CAE систем, що дозволяє повністю автоматизувати процес проектування, істотнопідвищує продуктивність праці, а також знижує собівартість продукції.
/>1. КОНСТРУКТОРСЬКА ПІДГОТОВКАВИРОБНИЦТВА
Вихіднідані для підготовки виробництва триступінчатого редуктора представимо у виглядітаблиці.
Таблиця1.1. Вихідні дані для підготовки виробництва триступінчатого редуктораОкружна сила на виході, кН 5 Швидкість, м/с 0,63 Шаг зірочки, мм 160 Число зубців зірочки 8 Строк служби, рік 10 Добова тривалість роботи, зміна 3 Коефіцієнт використання привода за зміну 0,6 Тип виробництва одиничне
Вибіррозрахункового навантаження буде виконуватися за допомогою діаграми навантаження,представленій на рисунку 1.1.
/>
Рисунок1.1. Діаграма навантаження редуктора
/>
Рисунок1.2. Схема привода/>1.1 Визначеннявихідних даних до розрахунку редуктора/> 1.1.1 Вибір і перевірка електродвигуна
Розраховуємонеобхідні дані для вибору електродвигуна.
Потужністьелектродвигуна на виході:
/> (1.1)
/>
Необхіднапотужність електродвигуна:
/>, (1.2)
де /> – коефіцієнт корисної дії привода.
/> (1.3)
де /> – к. к. д. муфти, />;
/> – к. к. д. ущільнення, />;
/> – к. к. д. пари підшипників, />;
/> – к. к. д. конічної передачі, />;
/> – к. к. д. циліндрової передачі.
/>
Необхіднапотужність електродвигуна:
/>.
Частотаобертання вихідного валу:
/> (1.4)
/>
Визначимоділильний діаметр зірочки:
/> (1.5)
/>
Частотаобертання електродвигуна визначається по формулі:
/>, (1.6)
де /> – передавальне відношенняприводу; /> – частота обертання вихідного валу редуктора. Діапазон можливихпередавальних чисел приводу:
/>
/>
Визначуванийдіапазон можливих частот обертання двигуна:
/>
Вибираємоелектродвигун [1].
Таблиця1.2. Вибір електродвигунаТип двигуна Потужність, кВт Частота обертання, об/хв
Тпуск/Тном, Н۰м 4A 100S2 У3 4,0 2880 2,0 4A 100L4 У3 1430 2,0 4A 112MB6 У3 950 2,0 4A 132S8 У3 720 1,8
Приймаємоасинхронний електродвигун серії 4А з короткозамкнутим ротором – 4A 100S2 У3 зкріпленням на лапках.
Схемуелектродвигуна покажемо на рисунку 1.3.
/>
Рисунок1.3. Електродвигун 4А160М4У3
Таблиця1.3. Розміри електродвигуна 4А160М4У3Серія і типорозмір
Габаритні
розміри, мм
Установочні та приєднувальні
розміри, мм L H D
l1
l2
l3 d
d1 b h
h1 4A 100S2 У3 365 265 235 60 112 63 28 12 160 100 12
Перевіримоумову можливості запуску електродвигуна під навантаженням:
/>;
3,78۰1,3 4۰2;
4,914
Умовавиконується, тобто даний електродвигун можна використовувати з данимредуктором.1.1.2 Розрахунок загального і поодинокихпередатних відношень редуктора
Визначимозагальне передатне число редуктора:
/> (1.7)
/>
Приймаємо/>
Передатнечисло редуктора:
/>1.1.3 Розрахунок частот обертання,потужностей і обертальних моментів на валах
Визначимочастоти обертання валів:
/>;
/>;
/>;
/>
Визначимопотужність на валах редуктора:
/>;
/>;
/>;
/>.
Визначимокутові швидкості зубчатих коліс і шестерень по формулі:
/>; (1.8)
/>;
/>;
/>;
/>
Обертальниймомент визначимо по формулі:
/>; (1.9)
/>
/>;
/>;
/>1.1.4 Вибір розрахунковогонавантаження
Визначаємозагальний час роботи редуктора приводу по формулі:
/>, (1.10)
де /> – час роботи редуктора, /> =10 років; /> – число робочих днів в році, nр.д=300; /> – число змін, />=3; /> – тривалість зміни, /> =8; /> – коефіцієнт використання приводу, /> =0,6.
/>.
Визначимочисло циклів навантаження на всіх ступенях редуктора:
/>, (1.11)
де /> – число циклів вантаженняна всіх ступенях редуктора.
/>;
/>;
/>;
/>.
Оскількичисло навантажень на кожному ступені 1,2 3 і 4 валів перевищує значення, торозрахунок ведемо по першому ступеню діаграми.
Визначимономінальний момент на валах:
/>; (1.12)
/> />;
/>;/>
Результатирозрахунку початкових даних представимо у вигляді таблиці.
Таблиця1.4. Кінематичні і силові параметри редуктора№ вала n, об/хв w, 1/c P, кВт Т, кН۰м
Тн, кН۰м 1 2880 301,44 3,518 0,0117 0,0152 2 576 60,288 3,344 0,0555 0,0722 3 91,428 9,569 3,244 0,339 0,441 4 29,025 3,038 3,147 1,0359 1,347 />1.2 Проектуванняконічної передачі
Початковимиданими для проектування є:
- обертальний момент на валуколеса, Т2=0,0722 кН·м;
- частота обертання шестерні,n1=2880 об/хв;
- передатне число u1-2=5./>1.2.1 Вибірматеріалів для виготовлення колеса і шестерні
Длянежорстких умов до габаритів передачі вибираємо [2]:
Термообробка:поліпшення;
Твердістьповерхні зуба шестерні: HB360.380;
Твердістьповерхні зуба колеса: HB300.340;
Матеріалзубів шестерні і колеса – сталь 45 [11];
Механічні властивості матеріалів: sНlim = 670Мпа; sFlim = 590 Мпа.
1.2.2 Приблизне визначення граничних та допустних напруг для матеріалівконічної передачі
Допустна напруга при проектувальномурозрахунку на витривалість зубів при вигині визначається по формулі:
/>, (1.13)
де /> – гранична напруга зубівпередач на витривалість.
/>;
/>.
Допустнанапруга при проектувальному розрахунку на контактну витривалість визначаєтьсяпо формулі:
/>, (1.14)
де /> – коефіцієнт запасуміцності для зубчатих коліс з однорідною структурою схильних до поліпшення.
/>;
/>.
1.2.3 Наближений проектувальнийрозрахунок головного і основних параметрів передач з умови забезпеченняконтактної міцності зубів
Діаметрзовнішнього ділильного кола колеса (на додатковому конусі)
/>, (1.15)
де /> - коефіцієнт, що враховує знижену здатність навантаження конічнихпередач в порівнянні з циліндричними;
/>= 1,2+0,2u – для кривозубих коліс.
/>.
/> приймаємо рівним 1; /> — коефіцієнт ширини зубчатого вінця по зовнішній конусній відстані[2];
/> - коефіцієнт навантаженняприймаємо рівним 1,3.
/>;
Визначеннязовнішньої конусної відстані:
/>.
Вибираємочисла зубів шестерні .
Числазубів колеса визначимо по формулі:
/>,
де /> – число зубів колеса;
/> – число зубів шестерні;
/>– передатне відношення передачі.
/>.
Визначимоосновні розміри коліс передач:
Діаметрділильного кола:
Шестерні:
/>.
Колеса:
/>.
Діаметрокружністі впадин:
Шестерні:
/>.
Колеса:
/>
Фактичнийсередній модуль:
/>.
Діаметркола виступів:
Шестерні:
/>.
Колеса:
/>.
Кутиділильних конусів:
Шестерні:
/>.
Колеса:
/>.
Міжосьовавідстань:
/>.
Середняконусна відстань:
/>.
Шириназубчатого вінця:
/>,
приймаємо/> .
/>.
Кутнахилу кругових зубів:
/>1.3 Розрахунок циліндричних передач 1.3.1 Наближений проектувальний розрахунок головного іосновних параметрів передач з умови забезпечення контактної міцності зубів
Розрахунокпередачі №2 і №3 представимо у вигляді таблиці.
Таблиця1.5. Результати проектувального розрахунку головного і основних параметрівпередач №2 і №3 Передача №2 Передача №3 1 2 3 Розрахункова міжосьова відстань, мм 198,117 231,794 Закруглена міжосьова відстань, мм 200 250 Модуль, мм 3 5 Сумарне число зубців 131 100 Число зубів шестерні/колеса 18/113 24/76 Фактичне передатне число передачі 6,28 3,17 Погрішність отриманого передатного числа передачі, % 0,3 0,6 Фактичний кут нахилу зубів, град 10,73 - Діаметр ділильної окружності шестерні/колеса 54,96/345,04 120/380 Діаметр окружності впадин шестерні/колеса 47,46/337,53 107,5/367,5 Діаметр окружності виступів шестерні/колеса 60,96/351,03 130/390 Ширина зубчатого вінця шестерні/колеса 70/60 110/100
.1.3.2 Перевірочний розрахунокконічної зубчатої передачі
Призначимоступінь точності виготовлення зубчатих передач залежно від окружної швидкості:
/>; (1.16)
/>.
Приймаємосередній «8» ступінь точності і «6» клас шорсткості.
Уточнення розрахункового навантаження.
Додатковінавантаження враховуються коефіцієнтом навантаження при розрахунку на втомувигину і — при розрахунку на контактну втому.
/>
/>
Перевірочний розрахунок фактичної згинальної напруги.
Перевіркаміцності полягає у визначенні фактичної контактної і вигинистої напруги і впорівнянні їх з тими, що допускаються. Значення всіх коефіцієнтів [2].
Фактичнанапруга вигину в небезпечних перерізах підстави зубів шестерень визначає поформулі:
/>
/>
/>
/> />
Фактичнанапруга вигину в небезпечному перерізу зуба колеса визначаєтья по формулі:
/>
Величинаокружного зусилля розраховується так:
/>
Перевірочний розрахунок фактичної контактної напруги.
Фактичніконтактні напруження на робочих поверхнях зубів визначають по формулі [2]:
/>, (1.17)
де />– коефіцієнт навантаження.
/>.
Визначення граничної допустної напруги матеріалуколіс.
Допустнанапруга при перевірочному розрахунку на вигинисту витривалість визначає поформулі [2]:
/>, (1.18)
де /> – коефіцієнт запасуміцності (при ХТО–загартування поліпшенням);
/> – коефіцієнт довговічності, що враховує зміну ;
/> – коефіцієнт, що враховує вплив шорсткості перехідної поверхнізубів ;
/>– коефіцієнт, що враховує чутливість матеріалу до концентраціїнапруги;
/>– коефіцієнт, що враховує розмір зубчатого колеса.
/>;
/>;
/>;
/>; (1.19)
/>.
Базовечисло циклів />.
Оскільки/>, то />.
Підставившинабутих значень у формулу отримаємо:
/>.
Допустна напруга при перевірочному розрахунку на контактну витривалість.
Допустнанапруга при перевірочному розрахунку на контактну витривалість визначається поформулі [1.20] :
/>, (1.20)
де />– коефіцієнтдовговічності, що враховує зміну.
/>;
/>; (1.21)
/>.
Базовечисло циклів /> .
Оскільки/>, то />.
/>,
де />– коефіцієнт, що враховуєвплив початкової шорсткості;
/>– коефіцієнт, що враховує вплив окружної швидкості;
/>– коефіцієнт, що враховує розміри зубчатого колеса.
Підставившинабутих значень у формулу 1.20 отримаємо:
/>.
1.3.3 Перевірочний розрахунокциліндричних зубчатих передач
Результатиперевірочного розрахунку занесемо в таблицю 1.3.2
Таблиця1.6. Результати перевірочного розрахунку передач №2 і №3 Передача №2 Передача №3 Окружна швидкість, м/с 1,66 0,57 Ступінь складності 9 9 Окружне зусилля, Н 2627 7350 Фактична напруга вигину в небезпечних перетинах підстави зубі шестерні/колеса, Мпа 46,67/45,14 82,02/85 Фактична контактна напруга на робочих поверхнях зубів, Мпа 376 486 Допустна напруга шестерні на вигинисту витривалість/колеса, Мпа 362/349 345/334 Допустна напруга на контактну витривалість, Мпа 536 536
Зрозрахунків видно, що фактична напруга менше допустних.
/> ;
/> ;
/> ;
/> ;
/> ;
/> ./> 1.4 Конструювання зубчатих коліс
Конструктивнаформа коліс залежить від їх розмірів, матеріалу, а також від технологіїотримання заготівки і механічної обробки.
Спочаткурозрахуємо діаметри валів [2]:
/>; (1.22)
/>;
/>;
/>;
/>.
Заздалегідьобчислений діаметр валу округлятимемо до найближчого стандартного по [12]: /> (для з'єднання з валомелектродвигуна);/>; />; />.
Визначиморозміри конструктивних елементів дискових коліс [2].
Колесо 2(конічне):
/>
/>
/>
приймаємостандартне значення с=10 мм;
/>
приймаємостандартне значення />=210 мм;
S=1,18,25 = 9,08 мм,
приймаємостандартнe значення S=9 мм;
/>
приймаємостандартнe значення />
/>
приймаємо/>
/>
приймаємоcтандартнe значення />
/>
приймаємостандартнe значення />
/>
R=6мм .
/>
Рисунок1.4. Параметри конічного колеса
Колесо 4:
/>
/>
приймаємо/>
/>
/>,
приймаємо/>
/>
приймаємостандартне значення />
/>,
приймаємостандартне значення />;
/>;
/> R=6 мм.
/>
Рисунок1.5. Параметри циліндричного колеса
Колесо 6:
/>
/>
приймаємо/>
/>,
приймаємо/>
/>,
приймаємо/>
/>
приймаємостандартне значення />
/>,
приймаємостандартне значення />
/>
/>.1.5 Проектування валів 1.5.1 Проектний розрахунок валу
Цейрозрахунок виконується для попереднього визначення діаметру валу. Діаметррозрахункового перетину валу визначуваний по формулі 1.23:
/>, (1.23)
де /> – напруга кручення, щодопускається .
/>;/>;
/>;/>.
По[12] приймаємо: /> ( з урахуваннямз'єднання з електродвигуном); />;/> ; />.1.5.2 Визначення навантажень, що діютьна вал
Основниминавантаженнями, що діють на вал, є зусилля в зубчатих зачепленнях, а такожкрутильні моменти. Визначимо сили, що діють в передачах.
/>
Рисунок1.6. Схема приложения сил к промежуточному валу со стороны зубчатых передач
— окружна сила :
/>
/>;
— радіальнасила:
/>;
— осьовасила:
/>.
Знайдемореакції опор у вертикальній плоскості:
/>
/>
Знайдемореакції опор в горизонтальній плоскості:
/>
/>
Рисунок1.7. Розрахункова схема і епюри крутильних моментів
Сумарнімоменти:
/>
/>
Сумарніреакції:
/>1.5.3 Наближений розрахунок валу
Першийнебезпечний перетин прийнятий під шестернею, оскільки там концентратор напруги –паз шпони.
Другийнебезпечний перетин прийнятий на перепаді діаметрів між колесом і шестернею.
Третійнебезпечний перетин прийнятий під колесом, оскільки там концентратор напругипаз шпони. Згідно з [3]:
/>
/>
/>
Еквівалентнанапруга [3]:
/>
/>
/>
Напругидля матеріалу валу з сталі 40:
/>
Оскількиумови виконуються, то можна вважати, що міцність валу достатня.1.6 Проектування вузлів підшипниківкочення 1.6.1 Вибір підшипників кочення
Привиборі підшипників кочення виходять з конкретних умов експлуатації редуктора.
Длявалу 1 приймаємо підшипники роликові радіально-упорні 7305.
Для валу 2 приймаємопідшипники роликові радіально- упорні 7305.
Для валу 3 приймаємопідшипники роликові радіально- упорні 7309.
Для валу 3 приймаємопідшипники роликові радіально- упорні 7312.
Таблиця1.7. Характеристики підшипників
№
валу
Визнач.
Підшип.
/>
/>
/>
/> 1,2 7305 25 62 18,25 29,6 3 7309 45 100 27,25 76,1 4 7312 60 130 33,5 118
1.6.2Розрахунок підшипників кочення
Длявибраного підшипника кочення 7305 визначимо по каталогу величини динамічною С істатичній вантажопідйомності Со, а також користуючись ескізомвантаження опор валу визначимо довговічність підшипника
/>
Визначимоприведене навантаження на підшипник:
/>, (1.24)
де /> – радіальне навантаженняна підшипник;
/> – коефіцієнти приведення ;
/> – коефіцієнт кільця ;
/> – коефіцієнт безпеки ;
/> – температурний коефіцієнт .
/>
Рисунок1.5. Схема вантаження опор валу осьовими силами
/>
ОпораA:
/>
ОпораВ:
/>
Розраховуємодовговічність більш навантаженого підшипника:
/>
де /> – динамічне еквівалентненавантаження;
/> – частота обертання кільця;
/> – необхідна довговічність;
/> – величина, залежна від форми кривої втоми.
Оскількифактична довговічність підшипника перевищує раніше розраховане значення 43200годин, то даний підшипник підходить для роботи на вихідному валу.
Змащувальнийматеріал: масло індустріальне 40А [13] (розбризкуваннямз ванни редуктора).
1.7 Вибір і розрахунок муфт
Муфти є вузлами, що часто визначають надійністьі довговічність всієї машини. На вході редуктора використовуємо сполучну муфтупружню втулково – пальцеву, яка служить для з'єднання вхідного валу редуктора звалом електродвигуна [4]. Муфта типу МУВП.
/>
Рисунок1.6. Муфта пружна втулково-пальцева
Вибираємомуфту по розрахунковому моменту /> Нм,діаметрам кінців валів, які з'єднуються /> мм.
Матеріалмуфти: сталь 35 [11], пальців сталь 45 [11], втулки – спеціальна гума.
На рисунку1.6 зображена пружна втулково-пальцева муфта. Її розміри приведені в таблиці 1.8.
Таблиця1.8. Параметри муфти пружній втулково-пальцевій [14][T], Нм Параметр, мм Кількість пальців Маса, кг d D
D1 L l
d1
dn
lвт c
В1 125 28 120 84 89 42 50 14 15 5 42 4 4,13
Перевірочнийрозрахунок пальців на вигин:
/>, (1.25)
де /> - розрахунковий момент,Нмм;
/> - діаметр кільця розташування центрів пальців, мм;
/> - товщина втулки розпору, мм;
/> - довжина пружної втулки, мм;
/> - діаметр пальців, мм;
/> - кількість пальців;
/> - напруга, що допускається, при вигині пальців.
/>
/> Мпа – межа текучості матеріалу пальців;
/> Мпа.
/>Мпа.
Перевірочнийрозрахунок пальців на зминання:
/>
/> Мпа.
1.8 Змазування передач
Уданому редукторі проектується система картера мастила. У корпус редуктора маслозаливається так, щоб вінець другої передачі був залитий на 0.5b.
Прицьому максимальний об'єм масла, що заливається в редуктор
/> (1.26)
/>де B –внутрішня ширина редуктора; B = 270 мм;
L –внутрішня довжина редуктора; L =770 мм;
hmax– максимальна висота масла в корпусі; hmax =53мм.
/>
Мінімальнийоб'єм масла, що заливається в редуктор:
/> (1.27)
де hmin– мінімальна висота масла в корпусі;
hmin= 28.
/>.
Рекомендується,що на 1 кВт передаваній редуктором потужності повинне доводитися приблизно 0,5л масла.
/>літрів.
В'язкістьмасла визначають залежно від контактної напруги і окружної швидкості коліс.Окружна швидкість V=6,782, />м/с. Виходячи з цьогов'язкість масла приймаємо рівною 22۰10-6м2/c згідно з [13] вибираємоіндустріальне масло І-20А.
Змазуванняпідшипників проводиться в редукторі тим же маслом, яким змащуються і зубчатіпередачі. При мастилі картера коліс підшипники кочення змащуються бризкамимасла.
/>/>2.МЕТРОЛОГІЧНА ПІДГОТОВКА ВИРОБНИЦТВА/> />2.1 Технічнийопис складальної одиниці
Проміжнийвал поз. 1 складальної одиниці (рис.2.1) призначений для передачі моменту дотретього валу редуктора. Передача обертання здійснюється через циліндровукосозубу передачу вал — зубчате колесо (поз.2).
Шестерня(поз.3) виготовляється знімною.
Опоривалу — роликопідшипники радіально-упорні № 7305 0-го класу точності навантаженірадіальним і осьовим навантаженням.
Збіркавалу проводиться в наступній послідовності: на вал надягає конічне зубчатеколесо (поз.2), потім дистанційне кільце (поз.4), косозуба шестерня (поз.3),дистанційне кільце (поз.5). Після чого по черзі напресовуються підшипники (поз.6і 7). Після цього вал встановлюється в редуктор з регулюванням осьової гри задопомогою набору прокладок привертними кришками (поз.8 і 9).
/>
Рисунок2.1. Складальна одиниця (проміжний вал редуктора)
2.2 Початкові дані
Тип виробництва– одиничний;
Передаваннийкритильний момент – 0,0722·103 Н۰м;
Частотаобертання вала n =576 об/хв;
Параметришестерні: m n = 3 мм; z = 18; β = 10,730; d =54,96 мм; aw =200 мм. Навантаження, які діють на підшипникові опори: RA = 2446 Н; RB= 1173 Н.2.3 Технічні вимоги до складальної одиниці
Визначаємовеличину бічного зазору і призначаємо вид сполучення для шестерні (поз. 3). Дляцього розраховуємо мінімальний необхідний бічний зазор в зубчатому зачепленні [4]:
Jnmin ≥ ν + aw (α1۰Δt1 – α2۰Δt2 )·2sinαw,
де ν– бічний зазор для розміщення шаруючи мастила;
aw –міжосьова відстань швидкохідній ступені.
Δt1,Δt2 – різниця між робочою температурою матеріалу зубчатогоколеса і корпусу і стандартною нормальною температурою відповідно (Δt1=60º-20º = 40ºС; Δt2 = 30º — 20º = 10ºС);
α1,α2 – коефіцієнти теплового лінійного розширення матеріалузубчатого колеса і корпусу відповідно ( α1 = 12۰10-6 мм / ºС;ν = 0,01; mn= 0,01·3 = 0,030 мм = 30 мкм; α2 = 10۰10-6 мм/ºС);
α w– кут профілю початкового профілю зуба (α w = 20º );
Jnmin ≥ 0,030 + 200 (12·10─6۰40 −10∙10−6۰10)∙2 sin20˚ = 0,082 мм = 82 мкм.
Призначаємовид сполучення C, яке забезпечить мінімальний бічний зазор в зачепленні:
Jnmin = 115 мкм > 82 мкм.
Граничневідхилення міжосьової відстані:
fa =/>мм = />мкм.
Впроцесі експлуатації зубчата передача повинна працювати плавно, без шуму.
Длянормальної роботи вузла необхідно забезпечити осьову гру – осьове переміщенняпідшипника з одного крайнього положення в інше. Приймаю осьову гру рівної0,04.0,07 мм.
2.4 Розмірнийаналіз складальної одиниці
Розмірний аналіз складальної одиниці проводитимемо методомрегулювання, при якому наказана точність початкового (що замикає) розмірудосягається навмисною зміною (регулюванням) величини одного із заздалегідьвибраних составляючих розмірів, званого компенсатором. Для заданої складальноїодиниці (рис. 2.2) роль компенсуючих розмірів виконують прокладки.
/>
Рисунок 2.2. Складальний розмірний ланцюг
Для нормальної роботи роликових радіально-упорнихпідшипників між кришкою і торцем підшипника необхідно забезпечити зазор длякомпенсації теплового розширення валу. Величину зазору приймаю рівною А0= 0,04…0,07 мм. На рисунку 2.2 представлена розмірний ланцюг з ланкою А0.Ланки /> – збільшуючи, /> — уменшаючи.
Сумарозмірів ланок є компенсатором. Номінальні розміри ланок ланцюга, їххарактеристики, відхилення і допуски приведені в таблиці 2.1.
Таблиця 2.1. До розрахунку розмірного ланцюга методомрегулюванняЛанка Номіналь-ний розмір, мм Характер линки Верхнє відхилення ЕS, мкм Нижнє відхилення EI, мкм
Допуск
Т, мкм 1 2 3 4 5 6
А1 29 зменшуючє +52 52
А2 2 компенсатор розраховується
А3 308 збільшуючє — 130 130
А4 2 компенсатор розраховується
А5 29 зменшуючє +52 52
А6 18.25 зменшуючє — 200 200
А7 88.5 зменшуючє — 87 87
А8 40 зменшуючє — 62 62
А9 5 зменшуючє — 30 30
А10 70 зменшуючє — 74 74
А11 14 зменшуючє — 43 43
А12 18.25 зменшуючє — 200 200
А0 0.07 зменшуючє — 30 30
Визначуваний номінальний розмір компенсатора:
/>(2.1)
/>
Розподілимо номінальний розмір до: А2=2, А4=2,07мм.На виготовлення всіх розмірів (деталей) розмірного ланцюга призначаю допуски по9 квалітету. Визначаємо величини допусків на виготовлення всіх деталей іпроставимо граничні відхилення в тіло деталей, тобто по ходу обробкисполученних поверхонь. Ланки А6 і А8 є шириною кільця підшипника і допускноговідхилення, його по [15] рівні: es = 0 мм; ei = -0,2 мм = — 200 мкм.
Сума допусків складових ланок:
/>
Допуск замикаючої ланки: />
Граничні відхилення компенсатора:
/>
/> />;
/> />
/>;
/>.
Визначимовеличину компенсації :
/> (2.2)
/>
Перевіряюрозрахунок:
/>.
Розраховуюграничні розміри компенсатора:
/>
Приймаю />/> за постійніпрокладки.
Кількістьзмінних прокладок:
/>
Товщиназмінних прокладок:
/>
Черезвелику кількість отриманних прокладок, приймаємо стандартні прокладки 1прокладки 0,9 мм, і 1 прокладка 0,03 мм.
Такимчином, в комплект входять постійні прокладки товщиною 2,0 мм 1,3 мм, 0,9 мм і 1змінна прокладка товщиною 0,03 мм./>2.5 Розрахунокрозмірів калібрів для гладкого циліндричного з'єднання
У даній курсовійроботі необхідно розрахувати калібр-пробку і калібр-скобу для отвору /> і для валу />.
Для розрахунку розмірів калібрів виберемо по [5] наступнідані:
– зсув поля допуску калібру всередину поля допуску деталі Z (Z1)і a (a1);
– допустимий вихід розміру зношеного калібру за межу поля допускукалібра-пробки Y і калібра-скоби Y1;
– допуск на виготовлення калібра-пробки H і калібру скоби H1;
– допуск на виготовлення контркалібру для пробки Hp|.
Граничнірозміри для отвору />:
Dmax= D + ES =25 + 0,021 = 25,021 мм;
Dmin= D + EI =25 + 0 = 25 мм.
По[5] для IT7 і інтервалу розмірів 18…30 мм знаходимо дані для розрахункукалібрів Z = 0,003 мм; Y = 0,003 мм; (a= 0 мм; H = 0,004 мм. Формули для розрахунку розмірів калібрів по[5].
Граничнірозміри прохідного нового калібра-пробки:
ПРmax = Dmin+ Z + H / 2 = 25 + 0,003 +0,004 / 2 = 25,005 мм;
ПРmin = Dmin+ Z – H /2 = 25 + 0,003 – 0,004 / 2 = 25,001 мм.
Виконавчийрозмір калібра-пробки ПР 25,005–0,004.
Найменшийрозмір зношеного прохідного калібра-пробки:
ПРізн = Dmin– Y = 25 – 0,003 = 24,997мм.
Коликалібр ПР матиме цей розмір, його потрібно вилучити з експлуатації.
Граничнірозміри непрохідного нового калібра-пробки:
НЕmax = Dmax+ H / 2 = 25,021 + 0,004 / 2= 25,023 мм;
НЕmin = Dmax– H / 2 = 25,021 – 0,004 / 2= 25,019 мм.
Виконавчийрозмір калібра-пробки НЕ 25,023–0,004. Граничні розміри для валу /> :
dmax= d + es =25 + 0,041 = 25,041 мм;
dmin= d + ei =25 + 0,028 = 25,028 мм.
По[5] для IT6 і інтервалу розмірів 18…30 мм знаходимо дані для розрахунку калібрів(a1 = 0 мм; Z1 = 0,003 мм; Y1=0,003 мм; Н1=0,004мм; Нр=0,0015 мм. Формули для розрахунку розмірів калібрів по [5].
Граничнірозміри прохідного нового калібра-скоби:
ПРmax = dmax– Z1+ H1 / 2 = 25,041 – 0,003 + 0,004 / 2 = 25,040 мм;
ПРmin = dmax– Z1 – H1/ 2 = 25,041 – 0,003 – 0,004 / 2 = 25,036 мм.
Виконавчийрозмір калібра-скоби ПР 25,036+0,004.
Найбільшийрозмір зношеного прохідного калібра-скоби:
ПРізн = dmax+ Y1= 25,041 + 0,003 = 25,044 мм.
Коликалібр ПР матиме цей розмір, його потрібно вилучити з експлуатації. Граничнірозміри непрохідного нового калібра-скоби:
НЕmax = dmin+ H1 / 2 = 25,028+ 0,004 / 2 = 25,030 мм;
НЕmin = dmin– H1 / 2 = 25,028– 0,004 / 2 = 25,026 мм.
Виконавчийрозмір калібра-скобы НЕ 25,026+0,004. Граничні розміри прохідногоконтркалібру:
К–ПРmax = dmax– Z1 + Hp/ 2 = 25,041 – 0,003 + 0,0015 / 2 = 25,03875 мм;
К–ПРmin = dmax– Z1 – Hp/ 2 = 25,041 – 0,003 – 0,0015 / 2 = 25,03725 мм.
Виконавчийрозмір контркалібру К–ПР 25,03725–0,0015. Граничні розміри контркалібру дляконтролю зносу:
К–Іmax = dmax+ Y1+ Hp / 2 = 25,041 + 0,003 + 0,0015/ 2 = 25,04475 мм;
К–Іmin = dmax+ Y1 – Hp / 2 = 25,041 + 0,003 – 0,0015 / 2 = 25,04325 мм.
Виконавчийрозмір контркалібру К–ПР 25,03725–0,0015. Граничні розміринепрохідного контркалібру:
К–НЕmax = dmin+ Hp/ 2 = 25,028 + 0,0015 / 2 = 25,02875 мм;
К–НЕmin = dmin– Hp / 2 = 25,028 – 0,0015 / 2 = 25,02725 мм.
Виконавчийрозмір контркалібру К–НЕ 25,02725–0,0015.
Таблиця2.2. Розрахунок розмірів калібрівНайменування калібру Граничні розміри, мм Виконавчий розмір, мм найбільший найменший зношений Пробка ПР 25,005 25,001 24,997
25,005–0,004 НЕ 25,023 25,019 —
25,023–0,004 Скоба ПР 25,040 25,036 50,044
25,036+0,004 НЕ 25,030 25,026 —
25,026+0,004 Контркалібр К–ПР 25,03875 25,03725 —
25,03725–0,0015 К–НЕ 25,02875 25,02725 —
25,02725–0,0015 К–И 25,04475 25,04325 —
25,04325–0,0015
Побудуємо схеми полів допусків на виготовлення калібра-пробки (рис.2.3) і калібра-скоби (рис. 2.4)
/>
Рисунок 2.3. Схема полів допусків на виготовлення калібра-пробки
/>
Рисунок 2.4. Схема полів допусків на виготовлення калібра-скоби
3. ТЕХНОЛОГІЧНА ПІДГОТОВКА ВИРОБНИЦТВА 3.1 Аналіз технологічності конструкції деталі
Досліджуванадеталь — циліндрове прямозубе зубчате колесо. Матеріалом деталі є конструкційнавуглецева сталь 45 ГОСТ 1050-88. Дана сталь застосовна для вал-шестерен,колінчастих і розподільних валів, шестерень, шпінделів, бандажів, циліндрів,кулачків і інших нормалізованих, покращуваних і таких, що піддаютьсяповерхневій термообробці деталей, від яких вимагається підвищена міцність.Хімічний склад стали, механічні, фізичні і технологічні властивості приведенітаблицях нижче.
Таблиця3.1. Хімічний склад сталі 45 C,% Si,% Mn,% Ni,% S,% P,% Cr,% Cu,% As,% 0.42 — 0.5 0.17 — 0.37 0.5 — 0.8 до 0.25 до 0.04 до 0.035 до 0.25 до 0.25 до 0.08
Припроектуванні деталі витримані всі вимоги стандартів по ГОСТ 2.403-75.
Необхіднатвердість (300…340 НВ) досягається поліпшенням.
Присерійному виробництві доцільніше застосовувати штампування в прикладнихштампах, що дозволяє конфігурація деталі.
Якконструкторська і технологічна бази при обробці зубів колеса прийнятациліндрова поверхня; як вимірна – вісь колеса. Це є нетехнологічним, оскількипорушується принцип єдності баз.
Привиготовленні деталі використовується в основному стандартне технологічнеоснащення.
Накресленні деталі є всі види, перетини і розрізи необхідні для того, щобпредставити конструкцію деталі.
Замінитидеталь збірним вузлом або армованою конструкцією представляється недоцільним.
Всіповерхні деталі доступні для обробки і вимірювань. Можливе використаннявисокопродуктивного устаткування і стандартного технологічного оснащення.
Умовидля урізування і виходу ріжучого інструменту забезпечені конструкцією деталі.Всі отвори деталі є крізними.
Нетехнологічнихелементів конструкція деталі не має, а також не виникає труднощів при витримцізаданих допусків на розміри і необхідної шорсткості. Величина радіального биттяне повинна перевищувати 0,05мм|. Приймаютьсядопуски на торцеве биття 0,06мм|. Допусккруглої і циліндричності центрального отвору складає 0,01мм|. При витримці цих вимог технологічних труднощівне виникає.
Нацентральному отворі колеса передбачені західні фаски, які полегшують йогомонтаж при виготовленні і збірку при застосуванні.
Найбільшточною поверхнею деталі є поверхня Ø71H7. Забезпечення цієї точностівимагає обробки абразивним інструментом. Точність отвору відповідає точностізубчатого вінця. Дана поверхня є базою, що робить деталь технологічною.
Вцілому деталь є технологічною.3.2 Визначення типу виробництва
/>Розрахуємо тактвипуску по відомих залежностях:
/>, (3.1)
де /> — річний дійсний фонд часу роботи устаткування;
/> - коефіцієнт, що враховуєвтрати по організаційних причинах, />=0,75; /> - програма випуску деталейза рік, /> = 150 шт.
Fg=Fn (1-P/100),(3.2)
де Fn– номінальний річний фонд часу;
Р – величина простоївустаткування по організаційно-технічних причинах. Приймаємо Р=10% .
Fn=(Дпр∙φпр+ Дφ)·с, (3.3)
де Дпр– число передсвяткових днів в році;
φпр — тривалість зміни в передсвяткові дні;
Дφ – числоповних робочих днів в році;
Дпр –тривалість зміни в робочі дні;
с — кількістьробочих змін.
Прип’ятиденному робочому тижні (тривалістю 40 годин) загальна кількість робочихднів в 2009 році складає:
Np=366-114=252,(3.4)
114- кількість неробочих і святкових днів.
Тоді,враховуючи число робочих змін с =2; тривалість зміни φпр =8годин; тривалість зміни в передсвятковий день φпр=7 годин;кількість передсвяткових днів Дпр=6; кількість повних робочихднів Д=246, отримаємо:
Fn=(7·6+ 246·8 )·2 = 4020 год.;
Fg=4020 (1-0,1)= 3618 год.;
/> сер/шт.
Визначимокоефіцієнт серійності по формулі:
Kl=/>, (3.5)
де /> - середня величина штучного часу на механічну обробку.
Kl=/>
Тоді, типвиробництва – середньо серійний. 3.3 Вибірспособу отримання заготівки
Методотримання заготівки деталі, його доцільність і економічна ефективністьвизначається такими чинниками, як форма деталі, її матеріал, габаритні розміридеталі, річна програма випуску деталі. Виходячи з конструкції деталі, типувиробництва, заготівка може бути отримана одним з методів: литвом, куванням абоштампуванням.
Оскількиматеріал заготівки – сталь 45 не є придатною для литва, то метод отриманнязаготівки з литва неприйнятний.
Слідзазначити що сталь 45 добре деформується. Тому виходячи з величини річноїпрограми випуску деталей, особливості конструкції деталі одним з методівотримання заготівки вибираємо штампування в підкладних штампах. Штампування наГКМ неприйнятне оскільки при даному способі виготовлення виникає необхідністьпокупки дорогого устаткування.
Обчислиморозрахункову масу поковки:
/>кг,
де МД– маса деталі;
kp– коефіцієнт для орієнтовної розрахункової маси поковки.
Виходячиз конфігурацій заготівки визначуваний:
— Група стали – М1;
— Клас точності – Т4.
Длявизначення ступеня складності поковки розрахуємо відношення маси поковки домаси простої геометричної фігури, в яку можна вписати деталь:
/>;
/>.
Згіднографіку [1] отримуємо ИИ=13.
Напідставі початкового індексу визначаємо допуски і припуски і складаємо таблицю.
Таблиця3.2. Вибір припусків і допусків на оброблювані розміриРозміри деталі, мм Допуск, мм Припуск, мм Розмір заготовки, мм Ø 390 h11
+6
-6 16∙2 Ø 422 Ø 340 H14
+5
-5 21∙2 Ø 298 Ø 120 h14
+3
-3 11∙2 Ø 142 Ø 71 H7
+2
-2 9∙2 Ø 53 100 h12
+2
-2 9 109 105 h11
+3
-3 10 115 18 h14
+2
-2 6 12
Визначимомасу заготівки по залежності:
G3=ρ· V· K ,(3.6)
де ρ=7810- густина метала, кг/м3;
К — коефіцієнт, що враховує відходи металу;
V3-об'єм заготівки, який дорівнює сумі об'ємів заготівки.
G3=7810۰0,004۰1,1=34,4кг.
Визначимокоефіцієнт використання металу по формулі:
/>,(3.7)
деGg- маса деталі.
/>
Технічнівимоги на заготівку: Штампувальні радіуси 4 мм, штампувальні ухили длязовнішніх поверхонь 7˚, для внутрішніх поверхонь 10˚, допустимавеличина зсуву частин штампів 1,4 мм, допустима величина залишкового облоя 1,6мм.
/>
Рисунок3.1 – Ескіз заготівки поковки колеса3.4 Вибірмаршруту обробки деталі
Враховуючиточність і якість поверхонь деталі розробимо маршрут їх обробки.
Таблиця3.3. Маршрутна карта обробки зубчатого колеса№ поверхні Конструктів-ний розмір елементарної поверхні Якість поверхневого шару Технологічні переходи Досягаємий рівень якості Квалітет
Шорсткість Rа, мкм Квалітет
Шорсткість Rа, мкм 1,2 105h11 11 3,2 Чистове точіння 11 3,2 Чорнове точіння 12 6,3 3 Æ71Н7 7 1,6 Чистове шліфування 7 1,6 Чорнове шліфування 8 3.2 Чистове точіння 10 6,3 Чорнове точіння 12 12,5 4 20Js9 9 3,2 Протягування 9 3,2 5 390h11 11 3,5 Чорнове точіння 12 6,3 Чистове точіння 11 3,2 6 Æ56H14 12 6,3 Розсвердлю-вання ё 14 12,5 Розсвердлю-вання Свердління 12 6,3 7,8 100h12 12 6,3 Чорнове точіння 12 6,3 9 100 9 3,2 Однократне фрезерування 9 3,2
Використовуючирезультати розробки МОН, приведемо перелік операцій технологічного процесу в їхтехнологічній послідовності. Представимо його виді таблиці.
Таблиця3.4. Операційна карта обробки зубчатого колеса№ Опе-рації Технологічна операція Елементарна поверхня 015 Токарно- гвинторізна
Точити поверхні 1,2,3 за програмою
Точити поверхні 3,4,5 за програмою
Точити поверхню 5 за програмою
Розточити крізний отвір 6 за програмою
Розточити крізний отвір 6 за програмою
Точить фаски 7,8,9 за програмою 020 Токарно-револьверна
Підрізати торець Æ390h11/Æ340Н14
Підрізати торець Æ120h14/Æ71Н7 начорно
Підрізати торець Æ120h14/Æ71Н7 начисто
Точить поверхню Æ120h14
Точить поверхню Æ390h11 начорно.
Точить поверхню Æ390h11 начисто.
Розточити поверхню Æ340Н14
Точити поверхню 18h14
Точити фаски 3х45°, 3,5х45°. 025 Радіально- свердлильна
Свердлити 6 отворів Æ20 H14
Розсвердлити 6 отворів Æ40 H14
Розсвердлити 6 отворів Æ56 H14 030
Горізонтально-
протяжна Протягнути плішковий паз B=20Js9 035 Зубофрезерна Фрезерувати 76 зубьев 040 Внутрішліфувальна
Шліфувати поверхню Æ71Н7 начорно.
Шліфувати поверхню Æ71Н7 начисто. 3.5 Розрахунок припусків на обробку деталі
Припуск– шар матеріалу, який віддаляється з поверхні заготівки в цілях досягнення заданихвластивостей оброблюваної поверхні деталі.
Проміжні допущення мають дуже важливе значенняв процесі розробки технологічних операцій механічної обробки деталей. Правильнепризначення допущень на обробку заготівки забезпечує економію матеріальних ітрудових ресурсів, якість продукції, яка випускається, знижує собівартістьвиробів.
Визначення елементів припуску і заповненнярозрахункової таблиці для діаметрального розміру O71Н7.
Етапи обробки поверхні:
1. Отримання заготівки куваннямв підкладних штампах;
2. Чорнове розточування H12;
3. Чистове розточування H10;
4. Чорнове шліфування H8;
5. Чистове шліфування H7.
Таблиця 3.5. Величини нерівностей для різнихвидів обробки
/> h, мкм Заготовка
/>=1250 - Чорнове розточування 125 120 Чистове розточування 40 40 Чорнове шліфування 15 15
Длязаготівки сумарна похибка визначається по формулі:
/>, (3.8)
де /> - похибка жолоблення; /> — похибка зсуву штампів.
Згідно[1]: /> мкм; />мкм.
/> мкм.
Дляподальших переходів сумарна похибка визначається по формулі:
/>, (3.9)
де /> — коефіцієнт уточнення.
Длячорнового точіння: />;
Длячистового точіння: />;
Длячорнового шліфування: />;
Длячистового шліфування: />
/> мкм;
/>
/>;
/>мкм.
Погрішністьустановки розраховується по формулі:
/>, (3.10)
де /> - погрішність базування;
/> — погрішність закріплення.
Приустановці в трикулачковому самоцентрующому патроні />
Величинуприпуску для всіх переходів розраховуємо по формулі:
/>; (3.11)
/>
/>;
/>;
/>;
/>.
Дані розрахунків заносимо в таблицю.
Таблиця3.6. Результати розрахунку припусківЭтап Квалітет Елементи припуску, мкм Допуск, мм Операційний розмiр, мм
Розмір припуску
мм
Rz h
∆E E Розра-хунковий Округл max min Заг-ка - 1250 1868 4,0 71 71 - - Чор.роз. H12 125 120 113 100 0,30 70,874 70,87 10,54 5,5 Чист.роз H10 40 40 11 100 0,12 70,61 70,6 1,21 0,81 Чор.Шл. H8 15 15 1 10 0,046 69,52 69,5 0,31 0,15 Чис.Шл. H7 - - - 10 0,030 59,28 62 0,156 0,084
Операцiйнiрозмiри визначаються таким чином:
/>
/>мм;
/>мм;
/>мм;
/>мм.
Розміриприпуска розраховуються по наступних формулах:
/>; (3.12)
/>; (3.13)
/> мм;
/> мм;
/> мм;
/> мм;
/> мм;
/> мм;
/> мм;
/> мм.
Побудуємосхему розташування допусків і припусків для розмір внутрішнього отвору Ø71H7.
Дляостанніх поверхонь заготівки результати розрахунків заносимо в таблицю 3.5.3.
Таблиця3.7. Результаті визначення операційних розмірів
Поверхня
деталі
Технологічні переходи
по обробці поверхні
Допуск
Т, мкм
Мінімальний
припуск|2Zmin, мм
Номінальний операційний
розмір, мм розрахунк. округлений Ø 390 h11 Чорнове точіння 570 23,43 390 390 Чистове точіння 360 2,07 392,57 392,5 100 h12 Чорнове точіння 350 7 100 100 105 h11 Чорнове точіння 350 5,6 106.45 106.41 Чистове точіння 220 1,15 105 105 18 h14 Чорнове точіння 430 4 18 18 340 H14 Чорнове точіння 1400 37 340 340 120 h14 Чорнове точіння 870 19 120 120
/>
Рисунок3.2. Схема розташування припусків і допусків для діаметрального розміру Ø71Н7 3.6 Вибір ріжучого інструменту
Видаленняприпуску із заготівки здійснюється за допомогою ріжучого інструменту. Згідно з[9] виберемо ріжучій інструмент. Результаті вибору ріжучого інструментупредставлені в таблиці 3.6.1.
Таблиця 3.8.Результати вибору ріжучого інструментуНайменування Ріжучий інструмент Вимірювальний інструмент Операції Перехід
Токарно-гвинторізна
з ЧПК Установ А Точіння поверхні 14, 11, 7 за програмою Різець контурний T5K10 2103-0714 ГОСТ 20872-80 Штангенциркуль ШЦЦ-II-125-0,01 ГОСТ 166-89, шаблон спеціальний Точіння поверхні 1,10,14 за програмою Різець контурний T5K10 2103-0714 ГОСТ 20872-80, Різець контурний T15K6 2103-0714 ГОСТ 20872-80, Штангенциркуль ШЦЦ-II-125-0,01 ГОСТ 166-89, шаблон спеціальний Розточ. отв.3 за програмою Різець розточ. 2140-0007 Т5К10 ГОСТ 2140-0027, Різець розточ. 2140-0007 Т15К6 ГОСТ 2140-0027 Штангенциркуль ШЦЦ-II-125-0,01 ГОСТ 166-89, шаблон спеціальний Токарно-револьверна Установ А Підрізка торця 1 Різець підріз.2112-0005 T5K10 ГОСТ 18880-73 Штангенциркуль ШЦЦ-II-125-0,01 ГОСТ 166-89
Підрізка торця 2
(начорно) Різець підріз.2112-0005 T5K10 ГОСТ 18880-73 Штангенциркуль ШЦЦ- II-125-0,01 ГОСТ 166-89
Підрізка торця 3
(начисто) Різець підріз.2112-0005 T15K6 ГОСТ 18880-73 Штангенциркуль ШЦЦ- II-125-0,01 ГОСТ 166-89 Точіння поверхні. 4 Різець прох.2103-0023 T5K10 ГОСТ 18879-73 Штангенциркуль ШЦЦ- II-125-0,01 ГОСТ 166-89
Точіння поверхні. 5
(начорно) Різець прох.01392 T5K10 ГОСТ 25395-82 Штангенциркуль ШЦЦ-III-400-0,01 ГОСТ 166-89
Точіння поверхні 6
(начисто) Різець прох.01392 T15K6 ГОСТ 25395-82 Штангенциркуль ШЦЦ-III-400-0,01 ГОСТ 166-89 Точіння поверхні 7 Різець прох.2103-0023 T5K10 ГОСТ 18879-73 Штангенциркуль ШЦЦ- II-125-0,01 ГОСТ 166-89 Точіння поверхні 8 Різець спеціальний Штангенциркуль ШЦЦ- II-125-0,01 ГОСТ 166-89 Точіння фасок 3,5х45˚,3х45 Різець фасоч.2136-0710 ГОСТ 18875-73 Шаблон спеціальний Установ А Свердління 6 отворів Спіральне свердло Ø20, 2301-3032 Р6М5 ГОСТ 10903-77 Штангенциркуль ШЦК-II-125-0,1 ГО Радіально — свердлильна Установ А Розсвердлювання 6 отворів Спіральне свердло Ø56, 2301-0174 Р6М5 ГОСТ 10903-77 Штангенциркуль ШЦК-II-125-0,1 ГО Горизонт. — протяжна Установ А Протягуван-ня плішкового гара Протяжка 2405-1131 ГОСТ 18217-80 Спеціальний Зубофрезерна Установ А Фрезерувати 76 зубів Фреза 2510-4324 Р6М5 ГОСТ 9324-80 Зубомір зсуву-2350-АВ Ту2-034-231-88; крокомір кроку зачеплення М1ГОСТ 3883-81; нормалемір М01-ав ГОСТ 7760-81) Внутришліф. Установ А Шліфув. отв.3 (начорно) Круг 2720 – 0024 ГОСТ 16167 — 90 Калибр – пробка 8133-0291 ГОСТ16780-71 Шліфув. отв.3 (начисто) Круг 2720 – 0024 ГОСТ 16167 — 90 Калибр – пробка 8133-0291 ГОСТ16780-71 3.7 Вибір металорізальних верстат
Враховуючикількість деталей в партії, тип виробництва і матеріал заготівки, для обробкизовнішніх циліндрових поверхонь можна використовувати верстати токарної групи.
Вибираємотокарно-револьверний верстат 1Г340. Токарно-револьверний верстат 1Г340 згоризонтальною віссю повороту револьверної головки призначено для високопродуктивноїобробки в патроні сталевих виробів. Ріжучий інструмент з твердих сплавів,необхідний для обробки виробу, закріплюється у восьми позиціях револьверноїголовки і в одній позиції поворотної різцевої головки поперечного супорта.
Дляобробки отворів застосовуються верстати свердлильної групи. Вибираєморадіально-свердлильний верстат 257 призначений для свердління в суцільномуматеріалі, розсвердлювання, зенкерування, розгортання.
Длявиконання зубофрезерної операції вибираю зубофрезерний верстат моделі 53А50.
Дляобробки паза шпони вибираю верстат 7Б57.
Длядосягнення необхідної точності отвору 3 застосовуємо внутрішліфувальний верстатмоделі 3К228В|.
Результативибору металообробних верстатів представлені в таблиці 3.7.1.
Таблиця 3.9.Результати вибору металорізальних верстат№ п/п Модель і призначення Технічна характеристика 1. Токарно – гвинторізний 16К30Ф3 Макс. діаметр оброблюваної заготовки, мм: над станиною 630 над супортом 320 Макс. довжина оброблюваної заготовки 320 мм. Довжина розточування при обробці в патроні 100 мм. Частота обертання шпинделя 6,3-1250 об/хв. Число частот обертання шпинделя, об/хв 24 Число частот обертання шпинделя, перемикаємих за програмою, об/хв 12 Межі робочих подач супорта, мм/хв: поздовжніх 1-1200 поперечних 1-600 Прискорені подачі супорта, мм/хв: поздовжні 4800 поперечні 2400 Кількість інструментів до 8 Габарити станка, мм 4360х2200х1600 Маса без виносного устаткування, кг 6300 Маса з виносним устаткуванням, кг 7400 2. Горизонтально – протяжний 7Б57 Габаритна довжина, мм 9400 Габаритна ширина, мм 2500 Габаритна висота, мм 1910 Потужність, кВт 37 Діаметр отвору в планшайбі, мм 200 Швидкість робочого ходу протяжки, м/мін 1,0 – 6,15 Швидкість зворотного ходу протяжки, що рекомендується, м/хв 20 – 25 Номінал тягової сили, кН 400 Найбільша довжина ходу санчат, мм 2000 Довжина робочої поверхні опорної плити, мм 560 Ширина робочої поверхні опорної плити, мм 560 Діаметр отвору в опорній плиті під планшайбу, мм 250 Маса верстата, кг 13500 3 Радіально-свердлильний 257 Межі вильоту осі шпінделя від колони, мм 500-2000 Найбільший діаметр отвору, мм 75 Межі відстані від торця шпінделя до плити, мм 600-1750 Найбільше осьове переміщення шпинделя 450 Число скоростей обертання шпінделя 22 Потужність, кВт 7 Межа чисел оборотів шпінделя за хвилину 11,2-1400 4 Токарно – револьверний станок 1Г340 Найбільший діаметр оброблюваної заготівки в патроні, мм Над станиною 400 Над поперечним супортом 200 Число позицій револьверної головки 16 Діаметр отвору револьверної головки для закріплення інструменту, мм 14 отверстий диаметром 30 5 Внутрішліфувальний 3К228В Найбільший діаметр, мм: встановлюваної заготівки 560 встановлюваної заготівки в кожусі 400 Найбільша довжина, мм: встановлюваної заготівки 200 при найбільшому діаметрі отвору шліфування 200 Діаметр шліфованих отворів, мм 50...200 Найбільший хід столу, мм 630 Найбільше налагоджувальне поперечне переміщення, мм: шліфувальної бабці: вперед (від робочого) 60 назад (на робочого) 10 бабці заготівки: вперед (від робочого) 200 назад (на робочого) 50 Найбільший кут повороту бабці заготівки, град 30 Найбільший діаметр і висота шліфувального круга, мм 180 х 63 Швидкість руху столу, м/хв: при правці шліфувального круга 0,1...2 при шліфуванні 1...7 при швидкому подовжньому підведенні і відведенні 10 Частота обертання шпінделя, об/хв: внутришліфувального 75 100 150 200 бабки заготовки 1,66...10 Торцешіифовального пристосування 66,66 Потужність електродвигуна приводу шліфувального круга, кВт 5,5 Маса (з приставним устаткуванням), кг 6900 Найбільший діаметр, мм: встановлюваної заготівки 560 встановлюваної заготівки в кожусі 400 Найбільша довжина, мм: встановлюваної заготівки 200 6. Зубофрезерний станок 53А50 при найбільшому діаметрі отвору шліфування 200 Діаметр шліфованих отворів, мм 50...200 Найбільший діаметр нарізуваних коліс, мм 500 Найбільший модуль зубів нарізуваних коліс, мм 8 Найбільший кут нахилу зубів нарізуваних коліс, град. ±60 Найбільший вертикальний хід фрези, мм 360 Найбільший діаметр фрези, встановленої в супорті, мм 180 Осьове переміщення фрези, мм 200 Частота обертання шпінделя фрези, об/хв 40-405
Подача, мм/об.:
вертикальна
радіальна
осьова
0,75-7,5
0,2-2,25
0,13-2,6 Потужність головного електродвигуна, кВт 10 Маса, т 9,7 3.8 Розрахунок режимів різання
Розрахуєморежими різання для розсвердлювання отвору Ø56.
Свердлення, зенкерування ірозгортання є найбільш поширеними|технологічними способами обробки круглих отворів.
Свердлення (рис.3.3) — основний метод утворення отворів в металі оброблюваних заготовок.
/>
Рисунок 3.3. Схема різання при свердленні і розсвердлюванні
При свердленні, як правило,використовуються стандартні свердла, що мають дві ріжучі кромки, розташованідіаметрально щодо один одного.
Просвердлені отворинайчастіше не мають абсолютно правильної циліндричної форми. Їх поперечніперерізи представляють форму овалу, а подовжні — невелику конусність.
Глибина різання.
При свердленні глибинарізання приймається t=0,5D, а при розсвердлюванні, зенкеруванні або розгортанніt=0,5(D-d), де D-діаметр інструменту, мм; d — діаметр попереднього отвору, мм.
t=0,5(D-d)=0,5(56-40)=8 мм.
Подача.
Подачу призначаю керуючисьдодатком [5] S=0.8 мм/об.
Призначена подача має бути скоректована по паспорту вибраноговерстата. При цьому необхідно витримати умову: Sст
Швидкість різання.
Швидкість різання, м/хв, визначається:
/>, (3.14)
де D — діаметр свердла, зенкера або розгортки, мм;
Kv — загальний поправочний коефіцієнт.
Загальний поправочнийкоефіцієнт на швидкість різання, такий, що враховує фактичні умови різання визначаєтьсяпо формулі:
/> (3.15)
де Кмv — коефіцієнтна оброблюваний матеріал; Киv — коефіцієнт на інструментальнийматеріал; Кlv — коефіцієнт, що враховує глибину свердлення; КоефіцієнтKмv розраховується таким чином:
При обробці стали:
/>.
При обробці сірого чавуну:
/>.
При обробці ковкого чавуну:
/>.
Коефіцієнт, що враховуєглибину отвору Кlv при свердленні приймається залежно від діаметрусвердла.
/>.
Після визначення швидкостірізання, розраховується частота обертання шпінделя верстата np:
/>(3.16)
де D — діаметр інструменту, мм.
/>.
Набутого значення npкоректується по паспорту верстата і приймається найближчий менший ступінь ncт=125об/хв.
Обертальний момент, Нм іосьова сила, Н, розраховуються по наступних формулах:
/> (3.17)
/>, (/>
де /> и /> - коефіцієнти, що враховують умови різання.
/>;
/>.
Потужність різання.
Ефективна потужність різання визначається по формулі:
/> (3.19)
/>
Потрібна потужність різання:
/> (3.20)
/>
3.9 Розробка управляючої програми
Пристрійпрограмного управління 2Р22 призначений для передачі управляючої програми навиконавські органи токарного верстата. Він виконує наступні фунцкції|:
— введенняУП з клавіатури пульта;
— їїобробку і редагування безпосередньо на верстаті;
— складанняУП за зразком при обробці першої деталі в ручному режимі;
— використанняскладних циклів багатопрохідної обробки;
— виведенняУП на програмоноситель| та ін.
Керуючись[10] розробимо управляючу програму в системі 2Р22 для обробки зубчатого колесана токарно-гвинторізному верстаті з ЧПК 16К30Ф3.
Таблиця3.10. Управляюча програма для обробки зубчатого колеса на токарно-гвинторізномуверстаті з ЧПК 16К30Ф3
Обрабка торця 1
N001 S2 250 F0.5 T1*
N002 X423 Z-2.5 E*
N003 X296*
Обрабка торця 2 (черновая)
N004 S2 350*
N005 X147 Z1 E*
N006 Х51*
Обрабка торця 2 (чистовая)
N007 X-500 Z150 E*
N008 S2 315 F0.8 T2*
N009 X147 Z0 E*
N010 X51*
Точіння фасок
N011 X-500 Z150 E*
N012 S2 350 F0.5 T3*
N013 X338 Z-5.5 E*
N014 X340 C3*
N015 X122 Z-5.5 E*
N016 X120 C-3*
Розточування отвору (чорнове)
N017 X-500 Z150 E*
N018 S2 500 F0.3 T4*
N019 X78 Z1 E *
N020 Z0*
N021 L09 A1 P4*
N022 X71 C-3.5*
N023 Z-115 M17*
Розточування отвору (чистове)
N024 X-500 Z150 E*
N025 S2 1000 F0.1 T5*
N026 X71 Z1 E*
N027 L10 B23*
N028 M02*
3.10 Аналіз розмірного ланцюга
Розмірнимланцюгом називається послідовний ряд взаємозв'язаних лінійних розмірів,створюючих замкнутий контур і що безпосередньо беруть участь в рішенніпоставленої задачі. Кожен розмірний ланцюг містить початкову і складових ланок.Під розмірним технологічним ланцюгом розуміють розмірні ланцюги, ланки яких єопераційними розмірами і припусками.
Замикаючимрозміром в розмірному ланцюзі називається розмір, який в деталі виходитьостаннім в процесі її обробки.
Зсхеми розмірного ланцюга можна визначити рівняння замикаючої ланки.
/> (3.21)
де /> — сума збільшуючихскладових ланок ланцюга;
/> — сума зменшуючихскладових ланок ланцюга.
Зв'язокміж допусками складових розмірів і замикаючих визначається правиломпідсумовування допусків Тi :
/>(3.22)
Проведеморозмірний аналіз для устанавлюваючого розміру при свердленні отвору. Замикаючоюланкою буде розмір А1, для нього складемо розмірну схему.
/>
Рисунок3.4. Розмірна схема свердлення отвору
Конструкторськийрозмір А1 – замикаючий розмір.
А1=18-0,4;
А2=43,5-0,15;
А3=105-0,22;
А0=43,5.
Визначемо/> и /> склавширівняння:
/>
ДопускТ на розмір A0буде дорівнювати:
/>
Отриманийрозмір />3.11 Нормування технологічногопроцесу
Длянормування технологічного процесу вибираю операцію з найбільшою кількістюпереходів – токарно-револьверну операцію .
Основнийчас обробки визначаємо по формулі [4]:
/> (3.23)
де /> - довжина урізуванняінструменту на робочій подачі;
/> -довжина робочого ходу;
/> - довжина перебігання;
/> - число проходів інструменту;
/> — хвилинна подача інструменту.
Формуладля розрахунку допоміжного часу:
/> (3.24)
де /> - час на установку ізняття заготівки;
/> -час, пов'язане з переходом;
/> -час на вимірювання.
Оперативнийчас знаходимо як суму основного і допоміжного :
/>. (3.25)
Формуладля визначення підготовчо-завершального часу:
/>, (3.26)
де /> - час на наладку верстата,інструменту, пристосувань;
/> - час на отримання інструменту до початку обробки і здачу післязакінчення.
Штучнийчас знаходимо по формулі:
/> (3.27)
де /> = 0,03 /> - час на обслуговування верстата; Т =0.04 /> — час нормованоговідпочинку. Штучно-калькуляційний час знаходимо по формулі:
/>, (3.28)
де N– розмір партії. Використовуючи формули (9.1) -(9.6), для визначення Т/>, Т/>, Т/>, Т/>, Т/>знаходимо Т/> длякожної операції.
/>/> 3.12 Економічне зрівняннятехнологічного процесу
Вибір найкращого варіанту технологічного процесу зівсіх можливих може бути здійснений різними способами. Якщо зі всіх можливихваріантів є такий, на впровадження якого потрібний найменші капітальнівкладення і який забезпечує найнижчу собівартість одиниці продукції, цейваріант є якнайкращим. Проте на практиці частіше варіанти з великими питомимикапітальними вкладеннями забезпечують при впровадженні меншу собівартістьодиниці продукції. У цих випадках технологічний варіант визначається задопомогою нормативного коефіцієнта ефективності або приведених витрат.
При визначенні раціональності заміни варіантутехніки, що діє, технології, способу організації виробництва новим розраховуютькоефіцієнт порівняльної ефективності [8].
/> (3.29)
Тут С – собівартість продукції, а К –капітальні вкладення, /> – нормативнийкоефіцієнт ефективності, /> = 0,15.
Порівняємо такі варіанти технологічного процесу(операція 020):
1. Обробка деталі на токарно-револьверномуверстаті.
2. Обробка деталі на верстаті з ЧПК.
Собівартість продукції визначається шляхомскладання всіх витрат, а саме:
/>, (3.30)
де /> -вартість основних і допоміжних матеріалів, для обох видів обробки величина /> однакова і постійна;
/> – витрати, пов'язані із заробітною платою основногоробочого;
/> – витрати, пов'язані із заробітною платою допоміжногоробочого (наладчик) з урахуванням всіх видів доплат і нарахувань;
Ао – амортизаційні відрахування відвартості устаткування;
Ат.о – амортизаційні відрахування відвартості технологічного оснащення на одну деталь;
Ро – витрати, пов'язані з ремонтом і обслуговуваннямустаткування;
И –витрати, пов'язані з інструментом;
Ло – витрати на технологічну електроенергію;
Пл – витрати, пов'язані з амортизацією виробничих площ;
Ппр – витрати на ремонт і обслуговування управляючих пристроїві програм.
Витрати, пов'язані із заробітною платою основнихробочих визначаються по формулі:
/> (3.31)
де /> –норматив годинної заробітної плати верстатника ;
/> – коефіцієнт верстатного обслуговування.
При обробці на універсальному устаткуванні:
/>=12,5 грн. /год. – для верстатника 3-го розряду;
/>=1, оскільки багатоверстатне обслуговування неприпустимопри даному виробництві.
На підставі цього отримуємо:
— заробітна плата основного робочого длятокарно-револьверної операції для серійного типу виробництва:
/> грн.
— заробітна плата основного робочого длятокарно-револьверної з ЧПК для середньосерійного типу виробництва (привикористанні оператора 3-го розряду />= 8,4грн/год і />=0,7):
/> грн.
Витрати, пов'язані із заробітною платою допоміжнихробочих визначаються по формулі:
/>, (3.32)
де /> –норматив заробітної плати наладчика; m –число змін роботи верстата; /> – число верстатів, що обслуговуються наладчиком за зміну: />=6; /> – дійсний річний фонд часу роботи верстата.
/> грн.
Витрати, пов'язані з амортизаційними відрахуваннямина устаткування:
/>, (3.33)
де Ф – вартість устаткування;
/> – норма амортизаційних відрахувань.
/> грн;
/>грн.
Витрати, пов'язані з амортизаційними відрахуваннямина технологічне оснащення:
/> (3.34)
де /> –вартість технологічного оснащення;
/> – річна програма випуску виробів.
/>грн;
/>грн.
Витрати, пов'язані з ремонтом і обслуговуваннямустаткування
/>, (3.35)
де Нм, Не – нормативи річних витратна ремонт електричної і механічної частин устаткування;
Км., Ке– коефіцієнти складності ремонту електричної і механічної частин устаткування;
/> – коефіцієнт запасу точності устаткування (/> =1).
/> грн;
/> грн.
Витрати, пов'язані з інструментом:
/>, (3.36)
де /> –вартість інструменту;
/>– термін служби інструменту.
/> грн;
/> грн.
Витрати на технологічну електроенергію:
/>,
де Nэ – потужність електродвигуна;
/> – тариф електроенергії.
/>грн;
/>грн.
Витрати, пов'язані з амортизацією виробничих площ:
/>, (3.37)
де /> – річнівитрати;
/>– площа в плані;
/>– коефіцієнт враховує площу системи управління.
/>грн;
/>грн.
Розрахунок економічної частини ведемо методомповної собівартості з урахуванням капітальних вкладень. Згідно цьому, повнасобівартість по витратах на одну деталь:
/>грн;
/>грн.
У капітальні вкладення включаються витрати навиробниче устаткування, інструменти і пристосування.
/>грн; (3.38)
де /> -коефіцієнт, що враховує додаткові витрати на установку устаткування;
Ц – ціна устаткування.
/>грн;
/>грн.
Коефіцієнт порівняльної ефективності:
/>
Застосуванняобробки на верстаті з ЧПК є більш вигідно.
/>4. ІНЖЕНЕРНІЙ АНАЛІЗ ОБ'ЄКТУ ВИРОБНИЦТВА/> 4.1 Опис об'єкту моделювання
Об'єктомдослідження є пружна втулково-пальцева муфта МУВП, розташована на вхідному валуредуктора, вживана для з'єднання вхідного валу редуктора і ротораелектродвигуна. Муфта, яка представлена на рисунку 4.1 розглядатиметься всистемі робочий орган (зірочка) – редуктор – МУВП – двигун.
/>
Рисунок 4.1.Муфта пружна втулково-пальцева
Пружнавтулково-пальцева муфта має всі властивості, які необхідні при роботі навеликих швидкостях обертання (n=2880 об/хв):
— здатність пом'якшувати поштовхи і удари. Кінетична енергія удару при цьомучастково поглинається і переходить в тепло, частково акумулюється пружнимиелементами, перетворюючись на потенційну енергію деформації;
— пружні муфтиможуть служити засобом захисту від резонансних крутильних коливань, щовиникають в механізмі унаслідок нерівномірності обертання;
— пружні муфтидопускають порівняно великі зсуви осей валів, що сполучаються. При цьому,завдяки деформації пружного елементу, вали і опори навантажуються порівняномалими силами і моментами.
МУВП маютьнаступні характеристики, які враховуватимуться при динамічному аналізі:
— жорсткість (або зворотна величина — податливість), що є залежністю відносногокута повороту напівмуфти від величини обертального моменту Мкр; Жорсткістьмуфти визначається як похідна від обертального моменту по куту закручування і євеличиною змінною, залежною від />.
/>
Обертальний момент у свою чергу пропорційний куту закручування />.
/>
Рисунок 4.2. Залежність обертального моменту від кута закручування
— демпфування,тобто здатність необоротно поглинати механічну енергію;
— енергоємність,що є роботою пружної деформації муфти при дії деякого обертального моменту.Енергоємність є порівняльною характеристикою муфт і не може бути використанапри динамічному аналізі./>4.2 Розробка структурної схеми об'єкту
Досліджувана муфта при роботі редуктора навантажена обертальниммоментом, який при включенні, виключенні двигуна, а також залежно відособливостей роботи редуктора змінюється в часі. В результаті в ній виникаютькрутильні коливання, що обумовлюють динамічні навантаження, зменшеннядовговічності редуктора, а в деяких випадках і втрату стійкості динамічноїсистеми. З метою дослідження забезпечення оптимальних динамічних характеристикприводу необхідне дослідження його елементів, зокрема муфт, зубчатих зачеплень,приводного електродвигуна.
Структурна схемадля дослідження пружної муфти, складатиметься з виконавчого органу (зірочки) 1,вихідного валу 2, зубчатого циліндричного прямозубого колеса 3, проміжного валу5 з прямозубої циліндричної шестерні 4 і косозубого циліндричного колеса 6,валу 8 з шестернею 7 і конічним колесом з круговим зубом 9, конічної шестерні10, вихідного валу редуктора 11, МУВП 12 і двигуна 13.
/>
Рисунок 4.3.Початкова структурна схема досліджуваного об'єкту
Для зручногоматематичного опису даної структурної схеми приведемо її до двохмасової,представивши перераховані елементи як розподілені (вали) і зосереджені (зубчатіколеса, зірочка, двигун) маси зі своїми моментами інерції.
Початкові дані,необхідні для приведення системи до двохмасової приведемо в таблиці 4.1. длязручності подальшого дослідження.
Таблиця 4.1.Початкові дані для приведення системи до двохмасової№ Елементу Довжина (ширина), мм Діаметр, мм 1 20 420 2 63/90/80/5/115/35 56/60/71/80/71/60 3 100 390 4 110 130 5 30/80/5/122/25 45/50/60/50/45 6 60 351,03 7 70 60,96 8 30/75/40/80/20 25/28/30/35/25 9 30 255,98 10 30 49,9 11 55/40/94 25/28/25
Визначаємомоменти інерції всіх елементів приводу, що обертаються. Момент інерції роторадвигуна підрахуємо по наступній залежності:
/>
де /> –маховий момент двигуна по [17]. /> =0,237кг·м2.
/>
Момент інерціїдеталі, що є суцільним тілом обертання, визначається по залежності:
/>
де — щільністьматеріалу деталі;
/> -діаметр деталі;
/> –довжина деталі
Вали є розподіленимимасами. При довжині валу до 300 мм до моментів інерції зосереджених мас, щознаходяться на нім, приєднують третину моменту інерції валу. При довжині деталібільше 300 мм до моментів інерції зосереджених мас приєднують шосту частинумоменту інерції валу.
Момент інерціїступінчастого валу визначається по формулі:
/>
Обчислимо моментінерції зубчатого колеса 3:
/>
Моменти інерціїостанніх елементів приведемо в таблиці 4.2.
Таблиця 4.2.Моменти інерції елементів, що становлять№ Элементу
Момент інерції, кг·м2 1 0,485 2 0,00566 3 1,771 4 0,024 5 0,00119 6 0,697 7 0,00074 8 0,000165 9 0,0986 10 0,000142 11 0,0000634 12 0,00769 13 0,014
Далі приведемосистему до двохмасової. Приведемо моменти інерції валів до зосереджених мас(колесам, зірочці). Кожну напівмуфту представимо у вигляді зосереджених мас змоментами />
/>
Результатиданого приведення приведені на рисунку 4.4.
/>
Рисунок 4.4.Перший етап приведення моментів інерції
Приведенімоменти інерції розрахуємо по наступних формулах:
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Моменти інерціїмас(зубчатого зачеплення), що обертаються, приведемо в одну масу по наступнійзалежності:
/>
де /> -передатне відношення передач від валу 1 до валу з номером k.
/> />
/> />
/>
Приведену схемупредставимо на рисунку 4.5.
/>
Рисунок 4.5.Другий етап приведення моментів інерції
Приведенімоменти інерції розрахуємо по наступних формулах:
/>
/>
/>
Підсумовуючиотримані моменти інерції, отримаємо приведену схему, таку, що складається здвох мас.
/>
Рисунок 4.5.Остаточна схема приведених моментів інерції
/>
/>0,00385=183,382/>
/>
/>4.3 Обгрунтування допущень,прийнятих в системі
Для забезпеченняможливості дослідження динамічних характеристик моделі і для спрощення процесускладання диференціальних рівнянь, що описують модель, приймемо деякі допущенняу властивостях досліджуваного об'єкту.
Всі ланки єабсолютно твердими тілами. Зуби не згинаються при контакті, зубчаті колеса недеформуються. Допущення прийняте щоб уникнути появи нелінійного елементу вмоделі оскільки метал, що деформується, змінюється згідно із законом Гука.Дослідження моделі з даним допущенням не приведе з істотної погрішностірезультатів (оскільки деформації металу дуже малі в порівнянні з коливаннями,що виникають в досліджуваному об'єкті), а тільки спростить складанняматематичної моделі системи.
Кінематичні парине мають зазорів між елементами. Зазори між зубами в зубчатому зачепленні, щовпливають на динаміку приводу, виникають при першому включенні двигуна. Приподальшій роботі зуби щільно прилягають один до одного. Приймемо допущення, щодосліджуваний двигун вже знаходився в роботі, а перше його включеннявідбувалося на безпечних режимах.
Механічнахарактеристика двигуна при постійній його роботі (на сталому режимі) єконстантою, тобто момент, що крутить, на роторі двигуна МД=const.Крива моменту при включенні двигуна представлена на рисунку 4.6.
/>
Рисунок 4.6.Обертальний момент двигуна у момент його включення/>4.4 Розробка фізичної і математичної моделі об'єкту
Фізична модельприводу конвеєра, представлена на рисунку 4.6. складатиметься з двох мас,сполучених пружиною з жорстокістю С і демпфером з демпфуючою здатністю h. Зправого боку на систему діятиме рушійний момент (момент електродвигуна) МД,з лівого боку діє момент сил опору Мс.
/>
Рисунок 4.7.Фізична модель об'єкту
Для дослідженнядинамічних характеристик МУВП (зміни крутильних коливань) необхідно описатисистему за допомогою системи диференціальних рівнянь. Початковими даними дляскладання системи диференціальних рівнянь служитимуть: моменти інерції />,демпфуюча здатність муфти h, момент ротора двигуна МД, момент силопору Мс.
Демпфуючаздатність МУВП h розраховується по наступний формулі:
/>
де /> –обертальний момент, що передається муфтою /> =12,2Н•м ;
n – частотаобертання муфти, n=2880 об/хв.
/>
Диференціальнірівняння складаються на основі узагальненої координати, кута закручування валів/>.Різниця між кутом закручування валу двигуна /> ікутом закручування вхідного валу редуктора />2буде кутом закручування муфти. Рівняння матимуть наступний вигляд:
/>4.5 Розробка схеми моделі вSimulink
Для розробкидосліджуваної моделі за допомогою середовища Matlab необхідно дану системурівнянь перетворення Лапласа:
/>.
Для цьогонеобхідно підрахувати матриці A,B,C,D. Для розрахунку матриць введемо наступнізаміни:
/>
/>
/>
/>
Звідси похіднівід x будуть рівні:
/>
/>
/>
/>
Знаходимоматриці A,B,C,D і підставляємо в рівняння Лапласа. Матриця D матиме два рядкиоскільки система має два виходи (кут закручування валу двигуна /> ікут закручування вхідного валу редуктора />)і один стовпець — вхід (момент, що діє на систему).
/>
/>
Маючи матриціможна реалізувати модель системи в середовищі Matlab.
Подамо на вхідсистеми для иммитации включення двигуна момент, наростаючий по параболі.Початковими даними будуть:
I1=0,0179;
I2=183,382;
q= 75 />;
r=0,008;
Md=12.2 – момент двигуна на сталому режимі
Графік вхідногосигналу (моменту) матиме наступний вигляд:
/>
Рисунок 4.8.Графік вхідного сигналу
З графіка видно,що момент ротора двигуна виходить на сталій режим за секунд .
Модель Simulinkбуде мати такий вигляд:
/>
Рисунок 4.9.Модель системи при плавному включенні двигуна
Використовуючиблок Scope проаналізуємо отриманий результат:
/>
Рисунок 4.10.Коливання кута закручування муфти у момент включення двигуна при q= 75/>.
З графіка видно,що при плавному застосуванні на систему моменту від ротора двигуна при q=75/> муфтаобернеться на 13,68 градуси (0,16рад.) що неприйнятно дляприводу конвеєра. Коливальний процес триватиме 15 секунд.Міняючижорсткість муфти можна добитися кращі показники системи:Прижорсткості q= 130 /> коливальнийпроцес буде мати наступний вигляд:
/>
Рисунок 4.11.Коливання кута закручування муфти у момент включення двигуна при q= 130 />
При данійжорсткості муфта обернеться на 5 градусів (0,093 радий.). Коливальний процестриватиме 12 секунд.
Оптимальніпараметри муфти отримаємо при q=270 /> . При даній жорсткості муфта обернеться на2,57 градусів (0,047 радий.). Коливальний процес триватиме 10 секунд.Представимо результат на рисунку 4.12.
/>
Рисунок 4.11.Коливання кута закручування муфти у момент включення двигуна при q= 270 />
Такі жрезультати отримаємо використовуючи М-file в Matlab. Представимо програму зMatlab.
I1=/>; I2=183,382;q= 270; r=0.008;
Md=12.2; Ms=11.7;
G=[I1 0;0 I2];
R=[r -r;-r r];
T=[q -q;-q q];
M=[Md;-Ms];
a=[zeros(2,2) eye(2,2);-inv(G)*T -inv(G)*R]; b=[0;0;inv(G)*M];
c=eye(4,4); d=zeros(4,1);
x0=[0;0;0;0]; t=0:0.1:30; u=ones(1,length(t)-exp(-t/0.1));S=ss(a,b,c,d);
[y,t,x]=lsim(S,u,t,x0);
figure; plot(t,x(:,1)-t,x(:,2)),grid;
Урезультаті отримаємо оптимальну жорсткість муфти, знайдену эксперементальнымшляхом засобами ,Matlab рівну 270 />.
ВИСНОВКИ
Результатомбакалаврської роботи було досягнення поставленої задачі, а саме покращенняефективності констукторсько-технологічної підготовки. Була розробленаелектронна модель підготовки виробництва триступеневого конічно-циліндричногоредуктора з усіма необхідними розрахунками конструктивних елементів (вали,колеса), а також вибором стандартних (підшипники, муфти) елементів. На основінаведених проектувальних та перевірних розрахунків була створена 3D-модельредуктора.
Для подальшоїрозробки був обраний вхідний вал. Для контролю точності поверхні вала /> підшестерню спроектовано калібр-скобу, а для контролю отвору /> буласпроектована калібр-пробка.
Наступним етапомбула технологія обробки деталі за умов серендньосерійного виробництва. Дляданого зубчатого колеса проведено аналіз технологічності. Визначено економічнийметод отримання заготівки (штампування в підкладних штампах). На основі цьогоспроектована заготівка. Далі був розроблений, згідно з кресленням деталі,маршрут обробки деталі та призначені припуски на механічну обробку. Згідно зобраним маршрутом обробки, обране металообробне обладнання та технологічнеоснащення – приладдя, вимірювальний та різальний інструмент. Розраховані режимирізання для свердління отвору Ø56 та пронормована операція, яка міститьнайбільшу кількість переходів – токарно-револьверна. Проведена розробкауправляючої програмі для токарно-револьверної операції в системі 2Р22. Такожбув проведен порівняльний економічний аналіз обробки деталі натокарно-револьверному верстаті з обробкою на верстаті з ЧПК. На основі усіхотриманих та обраних показників розроблений комплект технологічноїдокументації, складений із маршрутних та операційних карт, а також картескізів. Також розроблені креслення карт налагодження на 3 операції токарно-револьверну,зубофрезерну, радіально-свердлильну.
Для визначеннядинамічних процесів в вхідній муфті проведено її динамічний аналіз. Урезультаті було встановлено, що на коливання, виникаючи в муфті під час роботиредуктора суттєво впливає величина жорсткості муфти, яка була визначенаекспериментально за допомогою Matlab.Оптимальним значенням жорсткості має бути 270 />.
ПЕРЕЛІКВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Методические указания по курсовомупроектированию деталей машин. Раздел 1. Краткая инструкция, расчет исходныхданных (для студентов всех специальностей)/ Сост.: В.С. Исадченко, В.П. Онищенко, О.К. Помазан. – Донецк: ДПИ,1981. – 51 с.
2. Методические указания ксамостоятельной работе над курсовым проектом по деталям машин. Раздел 2. Этапы «Эскизныйпроект» и «Технический проект». Проектирование зубчатых ичервячных передач (для студентов технических специальностей)/ Сост.: В.С.Горелик, В.С. Исадченко, В.И. Проскурин, П.М. Матеко, А.Л. Симонов, В.П.Алиферов. – Донецк: ДПИ, 1992. – 84 с.
3. Методические указания покурсовому проектированию деталей машин. Раздел 3. Расчет и конструированиевалов (для студентов всех специальностей)/ Сост.: П.М. Матеко, А.Л. Симонов,В.Ф. Ващенко. – Донецк: ДПИ, 1981. – 48 с.
4. Методические указания по курсовомупроектированию деталей машин. Конструирование муфт и корпусов (для студентовмеханических специальностей) / Сост.: В.С. Исадченко, П.М. Матеко, В.С.Горелик. – Донецк: ДПИ, 1987. – 43 с.
5. Методические указания покурсовому проектированию деталей машин. Конструирование муфт и корпусов (длястудентов механических специальностей) / Сост.: В.С. Исадченко, П.М. Матеко,В.С. Горелик. – Донецк: ДПИ, 1987. – 43 с.
6. Допуски и посадки:Справочник в 2-х ч. Ч. 1/ Под ред. В.Д. Мягкова. — 5-е изд., перераб. и доп. —Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1979. — 544 с.
7. Курсовое проектирование потехнологии машиностроения: [Учеб. пособие для машиностроительных спец. вузов].Горбацевич А. Ф., Шкред В. А… – 4-е изд., перераб. и доп. – Мн.: Выш. школа,1983. – 256 с.
8. Справочник технолога-машиностроителя в 2-хтомах. Том 2/ Под ред. Косиловой А.Г., Мещерякова Р.К. — 4-е изд., перераб. Идоп., 1986 – 656 с.
9. Справочник технолога «Обработка металловрезанием». Под ред. Панова А.А.1986 р.
10. Методические указания к лабораторным работам подисциплине «Станки с ЧПК и программирование станков с ЧПК». (для студенитоввсех специальностей 7.090203)/ Сост.: Л.П.Калафатова, И.В. Киселева,А.В. Байков. – Донецк: ДПИ, 1998. – 47 с.
11. ГОСТ 1050-88. Сталь качественная ивысококачественная.
12. ГОСТ 6639-69. Номинальные линейные размеры.
13. ГОСТ 21150-80. Смазка ЛИТОЛ-24. Техническиеусловия.
14. ГОСТ 21424-93. Муфты упругиевтулочно-пальцевые. Параметры и размеры.
15. ГОСТ 520-89. Подшипники качения. Общиетеххнические условия
16. ГОСТ 2.403-75. Единая система конструкторскойдокументации. Правила выполнения чертежей цилиндрических зубчатых колес.
17. Курсовое проектирования «Конструирование ирасчет металлорежущих станков и станочных комплексов». Кочергин А.И., 1991р.
18.«Математичнемодледювання процесів та систем механіки», Струтинський В.Б., 2001 р.