Модернизация станка Nagel

1. СОВРЕМЕННОЕСОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
 
1.1 Анализ исходныхданных
 
1.1.1 Проблемыдолговечности коленчатого вала
Одной из основныхдеталей, определяющих надежную работу двигателя в целом, является коленчатыйвал, служебное назначение которого – преобразование возвратно-поступательногодвижения шатунно-поршневой группы во вращательное движение маховика. Условияработы коленвала являются сложными и включают в себя знакопеременные нагрузки,износ в условиях граничного трения скольжения. Виды разрушений, возникающих вданных условиях, таковы:
1. усталостноевыкрашивание, возникающее из-за переменных контактных напряжений, которыеприводят к появлению микротрещин, расклиниваемых в свою очередь смазкой;
2. абразивный износ.Объясняется тем, что в антифрикционный слой работающего вкладыша, несмотря наприменяемые уплотнения и фильтры, вкрапливается много твердых частиц (продуктовизноса деталей, абразивных частиц, засасываемых в цилиндры с воздухом, и др.),вызывающих износ рабочих поверхностей;
3. при работе двигателя счастотой вращения коленчатого вала, меньшей заданной по режиму, возможны задирыи заклинивания из-за недостаточной подачи масла к трущимся поверхностямвследствие малой производительности масляного насоса и отсутствии масляноготумана в картерах;
4. при работе с частотойвращения коленчатого вала, превышающей заданную по режиму, задиры и заеданиятакже возможны вследствие большой работы трения и значительного нагреватрущихся деталей.
Практически основныедефекты коленчатого вала, выявляемые в процессе эксплуатации до капитальногоремонта, следующие:
— изгиб;
— износ коренных ишатунных шеек;
— износ боковойповерхности шпоночных пазов;
— износ шеек под переднийи задний сальники и под смазочный подшипник;
— срыв и износ резьбы подхраповик, маховик-вентилятор и соединительную муфту;
— износ отверстий вофланце коленчатого вала под установочные штифты или под болты креплениямаховика.
Ремонт коленчатого валадвигателя начинают в случае увеличения диаметрального зазора в подшипнике,выкрашивания или появления задиров на поверхности вкладыша и шеек [3]. Внешнимпризнаком указанных дефектов являются стуки в двигателе и резкое снижение маслав системе смазки. Вкладыши коренных и шатунных подшипников, кроме того,периодически заменяют и независимо от степени их износа в целях повышениядолговечности работы коленвала без перешлифовки. Необходимость принудительнойзамены вкладышей объясняется тем, что в антифрикционный слой работающеговкладыша вкрапливается много твердых частиц (продуктов износа деталей,абразивных частиц, засасываемых в цилиндры с воздухом, и др.), вызывающих износповерхностей шеек коленчатого вала [7].
Видно, что качество иточность исполнительных поверхностей коленвала должны быть на высоком уровне. Техническиетребования, предъявляемые к шатунным и коренным шейкам, таковы:
— точность исполнения – 6квалитет с допуском на диаметральный размер = 20 мкм и отклонением отцилиндричности = 5 мкм;
— качество поверхности –шероховатость = 0,32 мкм;
— твердость поверхности =50 HRCэ на глубину 2…3 мм.

1.1.2 Анализнедостатков существующего техпроцесса
В качестве заготовкииспользуется отливка из чугуна ВЧ-75-03. Использование чугуна в качествеконструкционного материала для столь ответственной детали объясняется егоотличными литейными свойствами, что позволяет изготавливать отливки 1 классаточности с наименьшими припусками под обработку. Например, суммарный припускдля обработки шеек, включающий фрезерование, предварительное и окончательноешлифование с закалкой ТВЧ, составляет 2,6 мм.
Высокопрочный чугунпредставляет собой чугун с шаровидным графитом. Химический состав имеханические свойства чугуна ВЧ-75-03 представлены в таблице 1. Структураметаллической основы чугунов с шаровидным графитом такая же, как и в обычномсером чугуне, т.е. зависит от химического состава чугуна, скорости охлаждения,толщины стенки отливки и т.д. Первое число в маркировке показывает пределпрочности при растяжении, второе – относительное удлинение. Так, чугун ВЧ-75-03характеризуется пределом прочности 750 МПА (75 кгс/мм²) и относительнымудлинением 3%.
Таблица 1 — Химическийсостав и механические свойства чугуна ВЧ-75-03C,% Si,% Mn,% Ti,% Cr,% Ni,% Mo,% Mg,%
σв, МПа
σт, МПа σ,% HB 3,4 3,45 0,72 0,05 0,11 1,2 0,42 0,05 750 50 3 50-300
Чугуны, модифицированныемагнием, имеют более высокие механические свойства, чем обычный серый чугун, иприближаются по свойствам к стали. Чугуны с шаровидным графитом применяют длясамых ответственных деталей, например для коленчатых валов, кулачковых валикови др. Замена стальных деталей литыми из высокопрочного чугуна являетсяэкономически выгодной. Например, при подсчете экономической эффективностизамены стального коленчатого вала дизеля чугунным оказалось, что заготовкалитого коленчатого вала из высокопрочного чугуна в три раза легче заготовки излегированной стали. Общие затраты на изготовление чугунного коленчатого вала в3,5 раза меньше, чем на изготовление стального [10].
Вместе с тем возникаетсерьезная проблема обеспечения их прочности и надежности в эксплуатации.Трудность состоит в том, что пределы выносливости чугуна почти в 2 раза ниже,чем у легированных сталей, обычно используемых для изготовления коленчатыхвалов, а также чугун обладает весьма малой пластичностью и высокой хрупкостью.
В этих условияхприменение коленчатых валов из чугуна может быть осуществлено только прииспользовании, с одной стороны, преимуществ литья для получения рациональныхформ колен и понижения общей неравномерности рабочих напряжений, а с другойстороны, направленного повышения сопротивления разрушению в зонах концентрациинапряжений путем эффективного поверхностного упрочения.
В качестве средстваупрочения валов первоначально использовали азотирование, которое одновременнослужило для повышения износостойкости шеек. Однако опыт эксплуатации двигателейпоказал, что хрупкий азотированный слой обладает низким сопротивлением разовымперегрузкам. Такие перегрузки оказались присущими и вызвали заметное числоразрушений, связанных с образованием хрупких трещин в азотированном слое.Причинами таких перегрузок явились в основном гидроудары припусках вследствиенакопления воды в цилиндрах из системы охлаждения [7].
Механические и физическиесвойства коленвала, необходимые для его эффективной эксплуатации, достигаются восновном на финишных операциях. Твердость поверхностного слоя = 50 HRCэ обеспечивается закалкой ТВЧ,точность размеров по 6-му квалитету достигается на шлифовальных станках, акачество поверхности формируется при полировке. Однако, рассмотренные вышенедостатки, в том числе низкая износостойкость коренных и шатунных шеек,являются следствием неоптимального микрорельефа поверхностного слоя образуемогов результате того самого полирования, представляющего собой операцию резанияабразивным материалом.
К основным особенностям инедостаткам способов чистовой обработки резанием относятся [24]:
1. заостренная формавыступов и впадин образующихся микронеровностей; в этом отношении наиболеенеблагоприятный микрорельеф образуется при шлифовании;
2. относительно низкаянесущая способность, обусловленная заостренной формой микронеровностей исоответственно малой опорной поверхностью при начальных сближениях в процессеприработки;
3. прямая зависимостьмежду шагом и высотой микронеровностей и, как следствие, малая маслоемкостьвысокочистых поверхностей;
4. невозможностьрегулирования формы микронеровностей при одной и той же их высоте;
5. незначительные пределывозможного изменения формы и расположения микронеровностей во всем интервалеобеспечиваемой ими шероховатости поверхности;
6. высокая степеньнеоднородности (нерегулярность) микрорельефа.
Перечисленныеорганические недостатки подавляющего большинства способов чистовой обработкирезанием затрудняют решение следующих важных задач [25]:
1. сохранение целостностиволокон металла, способствующее повышению всех его эксплуатационныххарактеристик;
2. сочетание малых повысоте шероховатостей с упрочнением поверхностного слоя, обеспечивающее высокиеэксплуатационные свойства деталей, особенно при циклических нагрузках;
3. незначительный нагрев,исключающий образование таких дефектов, как отпуск поверхностных слоевтермически обработанных деталей, прижоги и т.п.;
4. отсутствиешаржирования в поверхность инородных частиц (имеющего место при всех видахабразивной чистовой обработки), позволяющее сохранить чистой поверхность дажетаких мягких пластичных металлов, как медь и алюминий, что в ряде случаевявляется обязательным условием;
5. создание поверхностейс большой опорной плоскостью не только повышающее их износостойкость, ноускоряющее прирабатываемость и улучшающее условия труда на трение;
6. возможность улучшенияшероховатости поверхности на 3-5 классов за один проход, делающая чистовуюобработку во многих случаях значительно более производительной, чем резцовую и,особенно, чем абразивную обработку.
Важность и актуальностьэтих задач определяют необходимость выполнения широкого круга работ посовершенствованию применяемых способов отделочной обработки и применению новыхпроцессов, свободных от перечисленных выше недостатков.
1.1.3 Анализнедостатков существующего оборудования для финишной обработки
Специальный автомат дляполирования шеек коленвала NAGELпредставляет собой агрегат, состоящий из станины, шпиндельной бабки, заднейбабки, полировальных рычагов, гидравлического бака вместе с электромагнитамигидрораспределителей, системы смазки и охлаждения. Отдельно от станка выполненсиловой электрошкаф вместе с пультом управления. Загрузку деталей на станоквыполняет портальный робот – манипулятор с электроприводом.
Автомат предназначен длявстраивания в автоматические линии и обработки коленчатых валов в условияхмассового производства. Применяемый на операции инструмент – абразивная лентамарки 15А М40П С2 К на бумажной основе. Станок довольно удачно скомпонован,имеет хорошо обозримую зону обработки, которая располагается с лицевой стороны.К сожалению, зона является совершенно открытой, не предусмотрено никаких экрановили защитных щитов, что является недостатком с точки зрения техникибезопасности – вся СОЖ, которая имеется на полировальных рычагах,разбрызгивается вокруг станка при их энергичном сжатии на шейках вала. Системаохлаждения обеспечивает подачу СОЖ ко всем полируемым шейкам и работает отавтономного электронасоса. В результате полировки заготовок образуетсямельчайшая стружка в виде пыли, которая забивает трубоотводы для стока СОЖ. Дляее очистки в данном случае используется магнитный сепаратор и продувка каналовдля подачи СОЖ сжатым воздухом перед каждым циклом обработки, что являетсядовольно эффективным способом удаления стружки из системы охлаждения.
Привод главного движениясостоит из шпинделя, вращение которому сообщает электродвигатель через цепнуюпередачу с передаточным числом і=1,33. Двигатель является асинхронным, мощностьN=5,25 кВт, частота вращения n=174 об/мин. Частота вращенияшпинделя n=130 об/мин. Интерес представляетмеханизм осцилляции, расположенный в шпиндельной бабке, предназначенный длясообщения валу продольного возвратно-поступательного движения. Его приводсостоит из гидроцилиндра, сообщающего движение шпинделю через эксцентрик.Шпиндель является двухопорным, причем в качестве передней и задней опорприменены роликовые подшипники, позволяющие ему смещаться в продольномнаправлении во время обработки. При остановке шпиндель фиксируется специальныммеханизмом фиксации. Полировальные рычаги представляют собой клещи с небольшимусилием зажима, неподвижно закрепленные для коренных шеек и расположенные наопорах для шатунных шеек. Во время обработки рычаги с полировальной лентой обхватываютшейки вала, опоры отводятся, и шатунные рычаги остаются висеть лишь на шейках,поддерживаемые от падения с обратной стороны пружинами. В конце цикла шпиндельставиться в определенное – исходное положение, опоры вновь подводятся кполировальным рычагам, и они освобождают шейки вала от зажима.
Загрузчик представляетсобой робот-манипулятор с электроприводом, имеющий одну руку, держащую двавала, переворачиваемых в вертикальной плоскости.
Станок имеет ряднедостатков, связанных, как с несовершенством технологии, так и сконструктивными недоработками отдельных узлов. Основные из них следующие:
— малаяпроизводительность процесса (61 деталь в час по сравнению с предыдущейоперацией правки радиального биения – 71 шт/час), в связи с чем перед операциейпостоянно возникают скопления валов, которые периодически разгружают, полируяих на дополнительном станке. Дополнительный станок не включен в состав поточнойлинии, т.е. не снабжен автоматизированной загрузкой, и перенос коленваловосуществляется вручную. Ухудшаются, таким образом, и условия труда;
— разброс размеров всехшеек, выходящих иногда за пределы допуска. Проблема возникает из-за того, чтодля полировки шеек применяют разную ленту (из разных упаковок, от разныхпроизводителей), имеющих, хотя и одну маркировку, но, вероятно, несколькоразные свойства, разное качество и т.п. Обработка всего вала осуществляетсясразу, на одной позиции, припуск составляет 5 мкм, допуск на размер – 20 мкм,вал содержит 9 шеек и поэтому занижение диаметра на шейках, имеющих критическиеразмеры, вполне вероятно;
— охлаждающие средства,применяемые на операции (керосин, РЖ-9) опасны для здоровья и ухудшают условиятруда, причем станок снабжен не защитным экраном, а лишь сетчатым ограждением;
— частый останов станкаиз-за поломок портального манипулятора, где из строя выходит редуктор (изломвала, зубьев передач), схват (потеря усилия зажима, достаточного для надежногоудержания заготовки), теряется точность позиционирования из-за ненадежногозакрепления концевых выключателей;
— частый выход из строяполировальных рычагов – незначительное смещение их положения на опорах приводитк ненадежному зажиму шеек и выбиванию рычагов из рабочей зоны во времяобработки.
Таким образом, практикаэксплуатации показывает существенные недостатки в работе станка, связанные какс конструктивными недоработками, так и с особенностями метода обработки, темсамым вызывая необходимость его модернизации.
1.2 Современные методыповышения долговечности деталей
Методы упрочненияметаллов можно условно разделить на шесть основных классов (табл. 2) [15].Методами одного класса осуществляются процессы различных типов. Внешние условияпротекания процессов неодинаковы: в газовой среде; в жидкости; в пасте; безиспользования или с использованием теплоты при нормальном, повышенном иливысоком давлении; в низком, среднем или высоком вакууме; в атмосфере водяного,водогазового или ионного пара; в контролируемых атмосферах экзогаза илиэндогаза; в электропроводящей или диэлектрической среде; в среде с поверхностно-активнымиили абразивными свойствами; в магнитном, электрическом, гравитационном илитермическом поле. Выбор сочетаний внешних условий и характеризует специфическиеособенности технологических процессов.
Таблица 2 — Современныеметоды упрочнения металловКласс методов упрочнения Метод Типы процессов 1 2 3 Упрочнение изменением шероховатости поверхности
Электрохимическое полирование
Обработка резанием
Пластическое деформирование
Окунание в ванну (в струе электролита)
Суперфиниширование
Хонингование
Накатка
Раскатка Упрочнение созданием пленки на поверхности изделия
Осаждение химической реакции
Электролитическое осаждение
Осаждение твердых осадков из паров
Напыление износостойких соединений
Химическое оксидирование, никелирование, кадмирование, фосфатирование, нанесение упрочняющего смазочного материала, осаждение из газовой фазы
Электролитическое хромирование, никелирование, никельфосфатирование, борирование, борохромирование, хромофосфатирование
Электроискровое легирование, катодноионная бомбардировка, прямое электроннолучевое испарение, реактивное электроннолучевое испарение, электрохимическое испарение, термическое испарение тугоплавких соединений
Плазменное напыление порошковых материалов, детонационное напыление, лазерное напыление Упрочнение изменением химического состава поверхностного слоя металла Диффузионное насыщение Химико-термическое нитрооксидирование, нитроцемментация, цементация, карбонитрация, карбохромирование, аэротирование, хромоазотирование, борирование, хромосилицирование, цианирование, хромоалитирование, борохромирование, сульфоцианирование, диффузионное никелирование, бороцаркование, циркосилицирование, легирование маломощными пучками ионов Упрочнение изменением структуры поверхностного слоя
Физикотермическая обработка
Электрофизическая обработка
Механическая обработка
Наплавка легированного металла
Лазерная закалка, плазменная закалка
Электроимпульсная обработка, электро-контактная обработка, электроэрозионная обработка, ультразвуковая обработка
Упрочнение вибрацией, фрикционно-упрочняющая обработка, дробеструйная обработка, обработка взрывом, термо-механическая обработка, прокатывание, волочение, редуцирование, термопластическая обработка
Наплавка газовым пламенем, электрической дугой, плазмой, лазерным лучом, пучком ионов Упрочнение изменением энергетического запаса поверхностного слоя Обработка в магнитном поле Электроферромагнитная обработка, обработка в импульсном магнитном поле

В качестве средстваупрочнения валов первоначально использовали азотирование [17], которое служилометодом повышения износостойкости шеек. Однако опыт эксплуатации двигателейпоказал, что хрупкий азотированный слой обладает низким сопротивлением разовымперегрузкам. Такие перегрузки оказались присущими и вызвали заметное числоразрушений, связанных с образованием хрупких трещин в азотированном слое.Причинами таких перегрузок явились, в основном, гидроудары при пускахвследствие накопления воды в цилиндрах из системы охлаждения.
 
1.3 Методы ППД
Область эффективногоприменения холодной бесштамповой обработки давлением весьма широка, выявляютсявсе новые возможности этой технологии. Считавшиеся до некоторого временипредельными значения временного сопротивления 150-170 кг/мм2 итвердости 38-40 HRC, свыше которыхобработка металлов давлением в холодном состоянии не рекомендовалась, оказалисьзаниженными [24]. Исследования [25] показали возможность значительногоупрочнения и улучшения шероховатости поверхности сталей, закаленных дотвердости выше 55 единиц HRCэ.
Разнообразно применениеметодов холодной бесштамповой обработки:
— для формообразования –придания заготовке требуемой формы и размеров;
— для калибрования –повышения точности формы и размеров;
— для отделки –достижения требуемой шероховатости поверхности;
— для упрочнения –улучшения физико-механических свойств.
В таблице 3 приведенаклассификация методов бесштамповой обработки давлением, ориентировочноопределяющая возможности и область рентабельного применения каждого из них,принципиальную схему и основные качественные характеристики.
В соответствии с ГОСТ18296-72 методы ПДД подразделяются на статические и ударные. При статическихметодах обработки инструмент, рабочие тела или среда воздействуют наобрабатываемую поверхность с определенной постоянной силой Р. Происходитплавное перемещение очагов (очага) воздействия, которые последовательнопроходят всю поверхность, подлежащую обработке.
Инструментами при ППДмогут быть ролик, шар с принудительной осью вращения или без нее, гладилка,дорн с не режущими кольцами, боек-чекан и т.д. В качестве рабочих тел при ППДмогут быть использованы дробь, шарики из стали, стекла, пластмассы и др.Рабочей средой при ППД могут быть жидкость, газ и их суспензии с частицамиабразива.
Статические методы ППД,как правило, обеспечивают меньшую шероховатость поверхности с благоприятнойформой микронеровностей. С помощью ударных методов можно достичь большойстепени упрочнения, которая характеризуется степенью повышения микротвердости,значениями сжимающих остаточных напряжений и толщиной упрочненного слоя.
Таблица 3 — Классификацияметодов ППДМетод Сущность метода, обрабатываемые поверхности, оборудование, характер производства 1 2 Упрочняющее обкатывание Качение инструмента (ролик, шар) по обрабатываемой поверхности, для плоских и выпуклых поверхностей – обкатывание, для внутренних поверхностей – раскатывание. Поверхности тел вращения типа втулок, валов и плоские поверхности, HRCэ 45-55. Универсальное и специальное оборудование. Серийное и массовое производство. Выглаживание Скольжение инструмента по локально контактирующей с ним поверхности. Поверхности тел вращения, HRCэВибрационное накатывание
Вибрационное выглаживание Накатывание или выглаживание при вибрации инструмента (шар, выглаживающий наконечник) по касательной к поверхности деформируемого металла. Поверхности тел вращения и плоские поверхности. Универсальное оборудование. Единичное и серийное производство.
Дробеструйная обработка
Дробеметная обработка
Гидродробеструйная обработка Удары дроби по деформируемому металлу. Дробь – круглые тела из различных материалов. В зависимости от источника кинематической энергии (струя газа, жидкость, газ с жидкостью, вращение ротора (дробемета)) обработка называется гидродробеструйной, гидропневмодробеструйной, дробеметной и т.д. Поверхности различной конфигурации, HRCэ1.4 Сущность холоднойпластической деформации металлов
Обработка металловдавлением в холодном состоянии основана на использовании их пластическихсвойств, т.е. способности в определенных условиях иметь под влиянием внешнихсил, действующих статически или динамически, остаточные деформации безнарушения целостности. Заготовке придаются требуемые форма, размер ишероховатость поверхности за счет перераспределения ее элементарных объемов.При этом исходный объем заготовки остается постоянным. Одновременно спластической деформацией металла здесь имеет место и упругая деформация.
Механизм упругой ипластической деформации объясняется современной теорией следующим образом. Взависимости от величины прилагаемого усилия происходит лишь временное изменениемежатомных расстояний в объемной кристаллической решетке обрабатываемогометалла или внутрикристаллические и межкристаллические сдвиги. Если деформацияносит временный характер и при удалении действующей нагрузки полностью исчезает,то тело принимает исходную форму. Когда прилагаемые силы достигаютопределенного значения, помимо упругой деформации появляется пластическая(остаточная) деформация, сохраняющаяся после удаления усилия, и телоприобретает новую форму.
Пластическая деформация,внешним проявлением которой является необратимое изменение формы и размеровметаллического тела без нарушения его сплошности, заключается в принудительномнеобратимом перемещении отдельных атомов или группы их, представляет собойсложнейший процесс, изучение и управление которым осложняется многимифакторами.
Все без исключениятехнические металлы являются сплавами, содержащими в тех или иных количествахрастворимые или нерастворимые примеси и характеризующимися неоднородностьюструктуры. Поэтому некоторые исследователи [25] отрицают возможностьустановления количественных закономерностей между напряжениями и деформациями вреальном неоднородном металле. В связи с этим в математической и прикладнойтеории пластичности отвлекаются от реального строения физически и химическинеоднородного металла с изменяющимися в процессе деформации свойствами ирассматривают его как однородное тело. В результате ограничиваются лишькачественным изучением процессов, протекающих при деформации металлов, ачисленные зависимости получают в прикладной теории пластичности.
Сложность изученияпроцессов пластического деформирования металла обусловлена также тем, что приданных исходных механических свойствах величина сопротивления металлапластическому деформированию непрерывно изменяется одновременно с изменениеммеханических свойств; изменения эти по своему характеру неоднородны. Поэтомупри расчетах параметров режима обработки металлов давлением необходимопредварительно экспериментально устанавливать характерную для данного металлафункциональную зависимость, связывающую его сопротивляемость пластическомудеформированию с величиной деформации.
Механизм пластическойдеформации и процессы, протекающие при пластическом деформировании реальноготехнического металла, зависят не только от строения и свойств металла, но такжеот температуры и скорости деформации. От этих же факторов зависят результатыобработки пластическим деформированием и, в частности, свойствадеформированного металла.
В теории обработкиметаллов давлением под горячей деформацией понимают деформацию, производимуюпри температуре, превышающей температуру рекристаллизации. Деформацию,осуществляемую при температуре более низкой, чем температура рекристаллизации,называют холодной деформацией.
Поскольку температурарекристаллизации подавляющего большинства технических металлов значительно вышетемпературы окружающей среды, холодная деформация в производственных условияхпочти во всех случаях осуществляется при температурах значительно более низких,чем температура рекристаллизации, разупрочнение металла не происходит,структура металла четко отражает все изменения, происходящие в ней в процесседеформации, а пространственная решетка получает искажения, которые приводят кросту внутренней потенциальной энергии. Для холодной деформации характерныследующие основные явления: сдвиговая деформация, изгибание пространственнойрешетки, двойникование, блокообразование и поворот блоков.
Сдвиговая деформация [25]. Многочисленныеэкспериментальные исследования и теориттические расчеты свидетельствуют оналичии при деформации металла линий скольжения, характеризующих сдвиги однихчастей монокристалла или кристаллитов относительно других. В поликристаллесдвиговая деформация начинается сначала в кристаллитах, плоскости скольжениякоторых расположены под углом 45˚ к линии действия наибольшего главногонапряжения. Но вследствие отклонений в строении реальной кристаллическойрешетки от идеальной возникает несоответствие. При идеальном строениикристаллов развитие пластической деформации можно представить каксоскальзывание параллельных плоскостей одновременно по всей поверхности сдвига.Однако экспериментальные исследования показывают, что такое представлениенеточно. На самом деле [24] пластическая деформация зарождается в небольшихобъемах, и в ней одновременно участвует незначительное число атомовкристаллической решетки.
Двойникование [25]. Помимо скольжения внутрикристаллов при пластическом деформировании наблюдается одновременно скольжение– перемещение по системе атомных плоскостей на расстояние, не кратноемежатомному, и поворот деформированной части кристалла в зеркальное положениепо отношению к исходному – недеформированному. Такое явление называютдвойникованием. Оно, как правило, наблюдается при динамических ударных воздействиях,сопровождается резким снижением скалывающих напряжений и во многих случаяхсвидетельствует о близком разрушении металла. Двойникование может сопутствоватьскольжению.
Изгибаниепространственной атомной решетки. Многими исследованиями [4], [14], [15], [23] установленотакже, что в процессе пластической деформации среди зерен с ярко выраженнойсдвиговой деформацией наблюдаются участки (полосы) с иным направлением, чемнаправление сдвига. Это изменение направления сдвига есть результат изгибакристаллографических плоскостей сдвига. При пластическом деформировании зоныизгибания пространственной решетки возникают раньше, чем происходит перемещениепо границам зерен.
Блокообразование иповорот блоков [24].При малых скоростях пластическая деформация в начальной стадии можетпроисходить за счет блокообразования, т.е. дробления зерен на отдельные блокибез нарушения сплошности металла и пространственной решетки внутри каждогоотдельного блока. Одновременно с образованием блоков происходит их смещение –поворот. Возрастание пластической деформации в конечном счете приводит кдроблению кристаллита и распадения его на новые зерна. Причиной образованияблоков является сложное смещение, изгиб плоскостей сдвига и превращение их вповерхности. Такая локализация деформации облегчает общую деформацию металла[24].
Таким образом, можноговорить об определенной последовательности явлений, протекающих в металле помере возрастания пластической деформации: блокообразование и поворот блоков,сдвиг и изгиб пространственной решетки.
Из всех современныхтеорий, объясняющих природу пластической деформации и упрочнения металлов,общепризнанной и наиболее достоверной в настоящее время является дислокационнаятеория [23]. В современных дислокационных теориях рассматривается кристалл,который в исходном состоянии содержит большое число дислокаций, расположенных ввиде пространственной сетки. Пластическая деформация представляется как процессобразования новых дислокаций и их движения по кристаллу. Условия работыисточника дислокаций уточнены – существует минимальное напряжение, нижекоторого источник не действует. Предел текучести металла определяетсянапряжениями, необходимыми как для действия источников, так и для преодолениядвижущейся дислокацией других препятствий, существующих в реальнойкристаллической решетке (границы зерен и блоков, наличие примесей,взаимодействие между дислокациями), Дислокации от источников распространяютсяпо кристаллу и выходят на поверхность или образуют группы заторможенныхдислокаций. Скопление дислокаций увеличивает поле внутреннмх напряжений ивстречные напряжения на источниках, противодействующие движению дислокаций и,тем самым, вызывающие упрочнение кристалла. Следовательно, для продолженияпластической деформации необходимо непрерывное повышение внешних напряжений.
Упрочнение происходит врезультате упругого взаимодействия дислокаций. Наиболее сильное упрочнениеимеет место при сравнительно небольших степенях деформации (20-30%). Твердостьпри этом возрастает приблизительно в два раза. Дальнейшая деформациясопровождается упрочнением, но со значительно меньшей интенсивностью.
1.5 Явления,происходящие в поверхностном слое при обработке ППД
 
Основные параметры ППДследующие: упругая и пластическая деформации в очаге деформирования; площадьконтакта инструмента с обрабатываемой поверхностью; сила, действующая наинструмент; напряжения, возникающие под действием этой силы, икратковременность приложения силы.
Как при статическом, таки при ударном воздействии на обрабатываемой поверхности в первоначальный моментобразуется отпечаток от инструмента, который затем превращается в примыкающиедруг к другу следы или в серию отпечатков. При нагружении твердого шарастатической или ударной силой Р (рис. 1, а) он вдавливается в обрабатываемыйматериал, по мере увеличения силы Р вначале происходит упругая деформацияповерхности, а затем пластическая (линия ОАВ, рис. 1, б). Вследствие возникшихпластических деформаций обратный процесс идет по линии ВС. Остаточнаяпластическая деформация выражается в размере отпечатка, соответствующего ОС.Пластическое деформирование под отпечатком распространяется равномерно и как быкопирует с некоторым искажением поверхность шара.
При обработке ППД врезультате деформирования поверхностного слоя металла и работы трения образуетсятеплота, которая нагревает обрабатываемую заготовку, инструмент и рабочие тела,а также окружающую среду. Теплота деформирования генерируется в очагедеформирования, теплота трения – непосредственно на поверхности контакта.Источник теплоты – местный, характеризуемый эффективной тепловой мощностью,т.е. количеством теплоты, образующимся в единицу времени, и распределениемтеплоты по объему. Теплота образуется, в основном, вследствие пластическогодеформирования, поэтому источник теплоты соответствует форме очагадеформирования, а сам процесс характеризуется мгновенным локальным нагревом ибыстрым отводом теплоты внутрь заготовки. Время контактирования поверхностизаготовки с источником теплоты зависит от скорости перемещения источника и егоразмеров в направлении перемещения.
/>
а)                                                               б)
Рис. 1 — Схема процессадеформирования материалов
Удельный объемструктурных составляющих следующий (в порядке уменьшения): тетрагональныймартенсит, мартенсит с кубической решеткой, перлит (сорбит, троостит),аустенит. Если при работе происходят структурные превращения, сопровождаемыеувеличением удельного объема (например, переход аустенита в мартенсит), тообразуются остаточные сжимающие напряжения, при обратном процессе –растягивающие напряжения.
Суммарное максимальноеувеличение удельного объема для сталей достигает 1,1% [25]. Это обусловливаетобразование в наклепанной зоне остаточных напряжений сжатия, которые достигают1200-1500 МПа; глубина залегания напряжений обычно на 10-50% превышает глубинуслоя с повышенной твердостью. При завышенных силовых параметрах обработки можетпроисходить перенаклеп, в результате которого в поверхностном слое появляютсяопасные микротрещины, намечается образование частичек отслаивающегося металла,поверхностные зерна сплющиваются так, что становятся почти неразличимыми. Резкоувеличивается шероховатость поверхности. Наклеп металла можно частично илиполностью снять путем отжига. Перенаклеп – необратимый процесс, при которомнагрев не восстанавливает исходную структуру металла и его механическиесвойства.
1.6 Эксплуатационныесвойства поверхностей, обработанных методом ППД
 
1.6.1 Коррозионнаястойкость
При чистовой обработкеметаллов давлением два конкурирующих фактора воздействуют на сопротивлениеповерхности коррозии. С одной стороны, сглаживание неровностей исходнойповерхности приводит к заполнению впадин микрорельефа, устранению такихдефектов, как риски, царапины, микротрещины, где концентрируются и откуда начинаютразрушающее действие вещества, вызывающие коррозию; в результате коррозионнаястойкость повышается. С другой стороны, неоднородный характер пластическойдеформации приводит к возникновению разности потенциалов между неодинаководеформированными кристаллами, т.е. к образованию множества гальванических пар,являющихся причиной коррозии; и коррозионная стойкость снижается. В то жевремя, как показали исследования [14], при правильном ведении процессаобработки давлением и, в частности, обкатывания, можно добиться высокойкоррозионной стойкости поверхностей. Коррозионная стойкость повышается сувеличением давления обкатывания лишь до определенного значения (точка А, рис.2). Эта оптимальная величина давления соответствует моменту заполнения впадинмикрорельефа исходной поверхности, кода исходные неровности примерно до Rа = 0,25 мкм, дефекты (риски, микротрещины, царапины) “закрыты”,а наклеп относительно мал. Положительное влияние сглаживания поверхностисильнее, чем отрицательное влияние наклепа.
Дальнейшее повышениедавления, даже в том случае, если чистота поверхности несколько улучшится,приводит к резкому увеличению степени наклепа и снижению коррозионнойстойкости. Теперь уже наклеп является решающим фактором, определяющимкоррозионную стойкость. Так как требования к чистоте коленчатого вала непревышают Rа = 0,25, то проводить обкатку можно не опасаясьснижения коррозионной стойкости [8], [14], [17], [25].
/>
А
Степень наклепа
Рис. 2 — Зависимостькоррозионной стойкости от степени наклепа
1.6.2 Шероховатостьповерхности
При обработке давлениеми, в первую очередь, при чистовой обработке необходимо учитывать особенностиобразующейся шероховатости. Специфичны форма, расположение и степеньоднородности образующихся неровностей. Пластическая деформация приводит ксглаживанию – выравниванию в той или иной мере неравномерных по форме, размерами расположению неровностей исходной поверхности, а влияние вибраций, могущихвозникнуть в процессе обработки, несравнимо слабее, что обусловлено самимхарактером обработки, основанной на пластической деформации. Именно этимобъясняется возможность достижения обработкой давлением высокочистыхповерхностей [14] на маложестких изношенных станках.
Особенностьюшероховатости поверхностей, обработанных давлением, является необычная посравнению с образующимися при резании форма микронеровностей, характеризующаясяуглом наклона образующих выступов и радиусом округления вершины. Относительномалые углы и большие значения радиуса определяют пологую “обтекаемую” формунеровностей.
Этими особенностямишероховатости поверхностей, которые создаются при обработке давлением, нельзяпренебрегать, так как они в значительной мере определяют важнейшиеэксплуатационные свойства деталей машин и приборов, в частности, ихсопротивление износу, схватыванию, работу на трение, способность удержаниясмазки, толщину смазочной пленки, отражение электромагнитных и ультразвуковыхколебаний и т.п.
 
1.6.3 Волнистость
Как при формообразовании,так и при чистовой обработке процесс пластического деформирования протекаетболее равномерно и плавно, чем при резании металла, что способствуетобразованию менее волнистой поверхности. Отсутствие таких явлений, какпрактически непрерывно изменяющийся микрорельеф рабочих поверхностейметаллических и абразивных режущих инструментов, появление и исчезновениенароста на передней поверхности резцов, адгезия металлов заготовки иинструмента, прерывистость контакта между режущими элементами инструмента иобрабатываемой поверхностью, способствует уменьшению вибраций в системестанок-деталь-инструмент и более равномерному непрерывному контактудеформирующих элементов с обрабатываемой поверхностью.
1.6.4 Структуры
В результате холоднойпластической деформации хорошо прокованный отожженный металл, имевшийбеспорядочно ориентированную равноосную структуру и свойства, примерноодинаковые в различных направлениях, получает ориентированную структуру.
При этом чем выше степеньдеформации, тем заметнее волокнистая структура. Происходит вытягивание иповорот зерен; межкристаллическое вещество также вытягивается в направлениитечения металла, и холоднодеформированный металл получает ориентированнуюмакро- и микроструктуру. Такой характер структуры и отсутствие перерезанияволокон способствуют повышению практически всех прочностных характеристикметалла.
В отличие от холоднойобработки давлением, осуществляемой с целью формообразования, при чистовойобработки давлением происходит пластическая деформация лишь поверхностных слоевметалла. Механизм же пластической деформации как при формообразовании, так ипри отделке, калибровании и упрочнении одинаков. Отдельные кристаллыдеформируются за счет сдвигов, происходящим поп плоскостям скольжения. Взаимныесмещения отдельных слоев (пачек скольжения) приводят к значительным изменениямформы кристалла. Кристаллы теряют глобоидную форму, сплющиваются, укорачиваютсяв одном направлении и вытягиваются в другом, совпадающим с главным направлениемдеформации.

1.6.5 Микротвердость
Холодная пластическаядеформация металла приводит у его упрочнению, возникающему в результатенеоднородности деформации, искажения кристаллической решетки, переориентировкикристаллических зерен, изменения плоскости скольжения. Это приводит к повышениютвердости. Одновременно повышаются пределы текучести и прочности и снижаются показателипластичности: относительное удлинение, ударная вязкость, относительное сужение.Эти изменения весьма существенны. Так, даже при режимах, характерных длячистовой обработки давлением, не ставящей целью упрочнение и отличающейсяотносительно малыми значениями усилий, прилагаемых к деформирующим элементам,и, соответственно, невысокой степенью деформации, микротвердость можетувеличиваться по сравнению с исходной на 30-40% [25]. Даже при сравнительномалой глубине распространения наклепа, что характерно для чистовой обработкидавлением, его влияние на такие эксплуатационные свойства металла, какизносостойкость, сопротивление схватыванию и пластическому деформированию,весьма существенно [4], [17].
При калибрующей,формообразующей и, особенно, упрочняющей обработке зона распространения наклепаможет быть значительно расширена. Достаточно сказать, что обкатыванием роликамив настоящее время достигается распространение наклепа на глубину свыше 20 мм [25],что в ряде случаев позволяет отказаться от поверхностной закалки при обработке,например, валов, штоков, плунжеров большого диаметра и значительной длины.
Упрочнение металла весьмаустойчиво во времени. Исследования [24] показали, что наклеп металла иостаточные напряжения, созданные при обкатывании роликами шеек железнодорожныхосей, а также соответствующее повышение усталостной прочности в пределах 500млн. циклов после испытания практически не изменяется. Такая длительностьиспытания соответствует 1 650 000 км пробега или 25 годам работы вагона.

1.6.6 Напряжения
Неоднородная пластическаядеформация при всех видах обработки металлов давлением приводит не только купрочнению, но и к образованию в поверхностном слое металла значительных повеличине остаточных сжимающих напряжений. На основании результатовмногочисленных исследований [4], [17], [23], [25] роль упрочнения и остаточныхсжимающих напряжений в повышении сопротивляемости усталости может быть признанаравноценной.
Эффект повышенияусталостной прочности особо значителен при упрочняющей обработке давлением.Предел выносливости для обточенного образца составляет 22,8 кГ/мм, а дляобкатанного – 30,2 кГ/мм [24]. Даже при чистовой обработке давлением,осуществляемой с относительно малыми усилиями обкатывания, в поверхностном слоеметалла, распространяющемся на глубину 0,02-0,03 мм, возникают значительные повеличине сжимающие усилия.
В зависимости от условийобработки давлением влияние качества поверхности, особенно физическиххарактеристик (степени и глубины наклепа, напряжений), на эксплуатационные свойстваметаллов может быть весьма существенным или, наоборот, мало ощутимым. Так, приформообразовании, калибровании, упрочнении, когда степень деформацииопределяется соответственно необходимостью придания заготовке определеннойформы и размеров, требуемой точности размеров, степени упрочнения и достигаетбольших значений, изменения структуры и физико-механических свойствповерхностного слоя металла по сравнению с исходными может существенно повлиятьна его эксплуатационные свойства. При отделочной же чистовой обработкедавлением, осуществляемой с минимальными усилиями, обеспечивающими достижениетребуемой степени шероховатости, изменение качества поверхности по сравнению сисходным бывает незначительным.

1.6.7Прирабатываемость и износостойкость
Основные выводы,характеризующие влияние предварительного упрочнения (наклепа) на износ, могутбыть приведены к следующему.
Повышение твердостиповерхностных слоев должно:
а) уменьшить износ примеханическом и молекулярном взаимодействии трущихся поверхностей ввидуповышения их жесткости и уменьшения взаимного внедрения;
б) способствоватьдиффузии кислорода воздуха в металл поверхностного слоя и образованию в немтвердых химических соединений;
в) уменьшить износ засчет смятия и истирания в результате повышения устойчивости против разрушенияповерхностей при наличии непосредственного их контакта.
Все указанное относится ктрущимся поверхностям, предварительно обработанным давлением. Однако, в данномслучае влияние на приработку и износ наклепа, возникающего при пластическойдеформации, сочетается с влиянием особых по форму шероховатостей, остающихся наповерхности после обкатывания роликами. Такие шероховатости образуютмикрорельеф, отличающийся (при одинаковой высоте неровностей) от микрорельефаповерхностей, обработанных резанием, о чем уже говорилось ранее.
Основные отличия состоятв том, что при полном сглаживании исходных неровностей (или частичном, когда наповерхности остаются лишь отдельные следы наиболее глубоких впадин), вновьобразующиеся в результате обкатывания неровности не имеют заостренных вершин,характерных для неровностей, возникающих при обработке резанием, и опорнаяплоскость получается значительно большой. Создаются лучшие условия дляобразования между трущимися поверхностями сплошной масляной пленки. Это неможет не сказаться на повышении сопротивления таких поверхностей изнашиванию [9],[14] и оказывает особенно большое влияние на протекание процесса приработкитрущихся поверхностей.
Обычно ускоренныйначальный износ объясняется повышенной деформацией и истиранием неровностейтрущейся поверхности в связи с малой величиной фактической поверхностисоприкосновения в начальный период работы пары трения. Пластическое смятиевершин неровностей продолжается до тех пор, пока увеличивающаяся поверхность фактическогоконтакта не станет достаточно большой для несения внешней нагрузки.
Однако, как показалиисследования [14], характер и величина начального износа определяются не тольковысотой исходных неровностей, но, в значительной мере, зависят от степени предварительногонаклепа металла поверхностного слоя и его упрочнения в процессе износа.
Таким образом,поверхности, обработанные давлением, для которых характерно не толькоотсутствие заостренных шероховатостей, уменьшающих фактическую площадьконтакта, на и большая опорная плоскость, а также наклеп, создаваемый, вчастности, при обкатывании роликами, будут вести себя в период начальногоизноса и прирабатываться иначе, чем поверхности, обработанные резанием [8],[9], [15].
Известно [24], что приоптимальной для данных условий трения шероховатости трущейся поверхности высотаисходных неровностей в процессе износа не изменяется (или уменьшаетсянезначительно), а длительность приработки и износ оказываются наименьшими.Поэтому длительность приработки является надежным критерием качества подготовкиповерхностей, работающих на износ [24].
Опыты выявили также, чтона износостойкость поверхностей, обработанных давлением, существенное влияниеоказывают возникающие остаточные напряжения и наклеп. Наиболее благоприятными вэтом отношении являются сжимающие окружные остаточные напряжения, достигающие вповерхностных слоях значительных величин.

1.7 Цель и задачидипломного проекта
Обработка, основанная напластическом деформировании тонкого поверхностного слоя, имеет по сравнению собработкой точением, шлифованием, полированием, доводкой ряд преимуществ, в томчисле:
— сохраняется целостьволокон металла и образуется мелкозернистая структура-текстура в поверхностномслое;
— отсутствуетшаржирование обрабатываемой поверхности частичками шлифовальных кругов,полировочных паст;
— отсутствуют термическиедефекты;
— стабильны процессыобработки, обеспечивающие стабильное качество поверхности, можно достигатьминимального параметра шероховатости поверхности (Rа=0,1 … 0,05 мкм и менее) как на термически необработанныхсталях, цветных сплавах, так и на высокопрочных материалах, сохраняя исходнуюформу заготовок;
— можно уменьшитьшероховатость поверхности в несколько раз за один рабочий ход;
— создается благоприятнаяформа микронеровностей с большей долей опорной площади;
— можно образовыватьрегулярные микрорельефы с заданной площадью углублений для задержаниясмазочного материала;
— создаются благоприятныесжимающие остаточные напряжения в поверхностном слое;
— плавно и стабильноповышается микротвердость поверхности;
— подавляющее большинствометодов не повышает геометрической точности поверхности, обычно сохраняетсяточность, достигнутая на предшествующей операции.
Указанные и другиепреимущества методов ППД обеспечивают повышение износостойкости, сопротивленияусталости, контактной выносливости и других эксплуатационных свойствобрабатываемых деталей на 20-50%.
Таким образом, полагаемцелью дипломного проекта повышение износостойкости шеек коленчатого вала путемзамены метода полирования на обработку поверхностным пластическимдеформированием (обкатывание цилиндрическими роликами по авт. св. № 1717648).Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи,позволяющие реализовать метод ППД на полировальном станке:
— рассчитать режимынакатывания применительно к высокопрочному чугуну, учитывая сложности,связанные с его малой пластичностью;
— модернизироватьсуществующий специальный станок для полирования в станок для обкатывания, в томчисле:
— модернизировать полировальныерычаги для увеличения силы зажима;
— изменить приводвращения для обеспечения бесцентровой обработки;
— модернизироватьустройство подъема заготовки, учитывая новые конструктивные особенности станка;
— модернизироватьпортальный манипулятор для повышения его надежности;
— спроектироватьроликовые накатные головки.
Решению поставленныхзадач и посвящен настоящий дипломный проект.

2. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
 
2.1 Оптимальнаяшероховатость трущихся поверхностей
Наличие оптимальнойшероховатости достаточно широко исследовано и подтверждено практикой. Потерминологии авторов [9], [14], [24] под равновесной шероховатостью понимаетсявоспроизводимая в стационарных условиях шероховатость, которой соответствуетнаименьшая интенсивность изнашивания, или шероховатость, устанавливающаяся нафрикционном контакте при неизменном режиме трения только после завершенияпроцесса приработки.
Равновеснаяшероховатость, устанавливающаяся на трущихся телах, зависит от ряда факторов:механических свойств поверхностей, смазки, условий работы, конфигурациисопряженных поверхностей и т.д. В литературе имеется различное мнениеисследователей по установлению равновесной шероховатости поверхностей. Поданным авторов [9], [14], [15], [17], [24] в процессе приработкиустанавливается вполне определенная шероховатость. Имеются также утверждения[9] о том, что высокая начальная гладкость поверхности является наилучшей вотношении длительности и качества процесса приработки.
Существует мнение [9],что для каждого конкретного сопряжения имеется своя наиболее рациональнаяшероховатость. Если такую шероховатость сообщить поверхности в процессемеханической обработки, то величина износа и длительность приработки трущихсяповерхностей будут минимальными. Однако вопрос об оптимальной шероховатоститеоретически не был решен, и для различных условий работы ее устанавливалиэкспериментально.
В то же время испытания,проведенные на американских автомобильных заводах “Бьюик” и др. [9] показывают,что наименьший износ сопряженной пары шейка вала — подшипник получается не принаиболее гладкой поверхности шейки (как это, казалось бы, должно быть), а приповерхности, имеющей квадратическое отклонение профиля 1-2 мкм. Причину такогостранного, на первый взгляд, явления главный инженер фирмы “Бьюик” Ч.А. Чейн (Ch.A. Chayne) видит втом, что канавки или микроскопические углубления между рисками на поверхностишейки служат микроканалами, по которым распределяется смазка, а также в том,что в случае разрыва масляной пленки ее целостность при наличии местныхмасляных карманов, образуемых микроуглублениями поверхности, восстанавливаетсясравнительно быстро. С гладкой же поверхности масло лучше выдавливается, ицелостность пленки восстановить труднее. Завод “Бьюик” пошел даже на увеличениешероховатости цилиндра в скользящей сопряженной паре цилиндр-поршень до Rа=0,3-0,5 мкм [9].
В работе [9] приведенырезультаты исследования деталей кривошипно-шатунного механизма двигателей.Параметр установившейся шероховатости на приработанных поверхностях коренных ишатунных шеек коленчатого вала после длительной эксплуатации составляет Rа=0,25 мкм. Очевидно, что наиболее целесообразнымявляется такой вид технологической отделочной обработки, при котором параметрышероховатости наиболее близко соответствуют параметрам приработанныхповерхностей.
2.2 Режимы обкатывания
В качестве исходныхданных при отделочной обработке задается лишь шероховатость поверхности детали,а требуется определить режим обработки давлением. Как выяснилось выше,оптимальная шероховатость шеек коленчатого вала составляет Rа=0,25 мкм.
2.2.1 Усилиеобкатывания
Усилие обкатывания,определяемое величиной давления на деформирующие элементы, влияет нашероховатость образующейся при обкатывании поверхности, степень и глубинунаклепа, величину напряжений, возникающих в поверхностном слое металла, и нафизико-механические свойства металла. Во всех случаях давление должно бытьминимальной величиной, при которой достигаются требуемые шероховатостьповерхности и степень упрочнения [24]. Сложность определения величины усилияобкатывания обусловлена тем, что зависимость между этой величиной и основнымикачественными показателями – шероховатостью и степенью упрочнения – не линейна.Качественно эти зависимости таковы: усилие обкатывания должно быть тем выше,чем менее пластичен обрабатываемый материал, чем выше шероховатость иволнистость исходной поверхности, чем больше ее опорная плоскость, чем вышетребования к шероховатости детали, чем больше радиус сферы и ширинацилиндрического пояска, чем больше подача и скорость при обкатывании и чемменьше число проходов.
Именно из-за трудностейрасчета и относительно низкой его точности в подавляющем большинстве случаеввеличина давления на деформирующие элементы обкатников как в производственных,так и в лабораторных условиях устанавливается опытным путем. Лишь в последнеевремя на основании экспериментальных и теоретических исследований предложеныразличные методики [4], [14], [15], [24] расчета рабочего усилия при чистовойобработке давлением.
Таким образом, усилиеобкатывания может быть определено:
а) опытным путем –методом пробных проходов. Метод осуществим в лабораторных и цеховых условиях,когда используется имеющийся инструмент или когда инструмент специальнопроектируется и необходимо проверить полученную расчетом величину давленияобкатывания. Этот метод является пока наиболее простым и надежным;
б) по формулам,построенным на основании экспериментальных данных и теоретических расчетов.
В результатеэкспериментальных исследований [24] были получены приближенные формулы дляопределения усилий:
при обкатывании роликом сцилиндрическим пояском:
/>, (1)
где q – максимальное значение давленияобкатывания данного материала, МПа;
σm – предел текучести чугуна ВЧ-75-03,МПа;
σm = 500 МПа.
/>, (2)
где Р – усилиеобкатывания, Н;
D – диаметр обрабатываемой детали(шатунной, коренной шеек и сальника), мм,
Dш=47,84 мм, Dк=50,8 мм, Dс=70 мм;
b1 – ширина обрабатываемой поверхности, мм,
b1ш=21,8 мм, b1к=23 мм, b1с=20 мм;
d – диаметр накатного ролика, мм,
d=10 мм;
Е – модуль упругости,МПа,
Е=200000 МПа.
Для коренных шеек:
/> (Н).
Для шатунных шеек:

/>(Н).
Для сальника:
/> (Н).
Для определения удельногодавления на обрабатываемую поверхность необходимо найти площадь отпечатка,получаемого при вдавливании цилиндрического ролика в поверхность детали. Дляопределения площади пятна контакта нужно знать длину и ширину получаемогоотпечатка. Так как ролик является цилиндрическим, длина отпечатка равна длинеобрабатываемой поверхности, т.е. равна b1. Ширина пятна определяется по формуле [4]:
/>, (3)
где Р – усилие,прилагаемое к ролику, кГ;
HB – твердость детали по Бринеллю, HB=500;
Dр- диаметр ролика, мм, Dр=10 мм;
Dд – диаметр детали, мм.
Для коренных шеек: b1=23 мм, Dд=50,8 мм, P=725 кГ,
/> (мм).
Для шатунных шеек: b1=21,8 мм, Dд=47,84 мм, P=680 кГ,

/> (мм).
Для сальника: b1=20 мм, Dд=70 мм, P=660 кГ,
/> (мм).
/>, (4)
где Руд –удельное давление, Н/мм2.
Для коренных шеек:
/> (Н/мм2).
Для шатунных шеек:
/> (Н/мм2).
Для сальника:
/> (Н/мм2).
 
2.2.2 Подача
Ввиду определенныхтехнологических и конструктивных трудностей принимается способ накатывания безпродольной подачи, лишь с радиальным давлением на ролик. Длина ролика в этомслучае соответствует длине обрабатываемой поверхности. Для обкатывания в такихслучаях применяют стержневые цилиндрические ролики [14].

2.2.3 Число проходов
Число проходовувеличивает кратность приложения давления. Однако, существенное влияние нашероховатость поверхности, как показывают исследования [8], [23] и опытпромышленного применения обкатывания, оказывает лишь второй проход. Второйпроход неизбежен при малой жесткости заготовки, ограничивающей возможностьприложения усилий, необходимых для сглаживания исходных неровностей за одинпроход. Третий и последующие проходы дают малоощутимый эффект улучшенияшероховатости.
При упрочняющемобкатывании увеличение числа проходов приводит к повышению характеристикупрочнения. Однако, интенсификация упрочнения за счет увеличения числа проходовтакже ограничена. С увеличением числа проходов выше допустимого глубина наклепапродолжает расти, хотя и медленнее, а поверхностная твердость вследствиеразрушения тонкого поверхностного слоя снижается, причем глубинаперенаклепанного слоя значительно меньше общей глубины наклепа. На основаниирезультатов исследования [14] глубина наклепа практически не изменяется приобработке с числом проходов более 15.
Учитывая рекомендации и всоответствии с авт.св. № 1717648 принимается обработка с числом проходов i=10.
2.2.4 Скоростьобкатывания
Как показывают результатыисследований [24] и промышленный опыт применения обкатывания с целью какчистовой обработки, так и упрочнения, скорость обкатывания – фактор режима,наименее заметно сказывающийся на всех показателях процесса.
Скорость обкатыванияобычно не превышает 100 м/мин.
Однако необходимоучитывать, что при работе даже в этом диапазоне скоростей, а тем более соскоростями, превышающими 150 м/мин (такие скорости осуществимы при обкатыванииинструментами инерционного действия, а также инструментами с гидропластовымиопорами), с увеличением скорости при прочих равных условиях деформирующеедействие уменьшается, что объясняется инерцией распространения пластическойдеформации. Так, при обкатывании стальных образцов (сталь 45) шаром диаметром10 мм с подачей 0,06 мм/об, с увеличением скорости обкатывания с 4 до 200 м/миностаточная деформация (уменьшение диаметра образца) уменьшилась на 22% [24].Работа с максимальными скоростями также ограничивается в связи со снижениемточности формы и стабильности шероховатости вследствие неизбежного сувеличением скорости дисбаланса вращающегося инструмента и заготовки.
Принимается, такимобразом, скорость обкатывания V=20м/мин.
/>, (5)
где n – частота вращения шпинделя, об/мин.
/> (об/мин).
Основное время:
/> (6)
/> (мин) ≈5 сек.
2.2.5 Глубина наклепа
Глубина наклепаопределяется по следующей формуле [4]:
/>, (7)

где t – глубина наклепа, мм.
На коренных шейках:
/> (мм).
На шатунных шейках:
/> (мм).
На сальнике:
/> (мм).
Даже при режимах,характерных для чистовой обработки давлением, не ставящей целью упрочнение, иотличающейся относительно малыми значениями усилий, прилагаемых к деформирующимэлементам, и, соответственно, невысокой степенью деформации, микротвердостьможет увеличиваться по сравнению с исходной на 30-40%. Даже при сравнительномалой глубине распространения наклепа, что характерно для чистовой обработкидавлением, его влияние на такие эксплуатационные свойства металла, какизносостойкость, сопротивление схватыванию и пластическому деформированию,весьма существенно.
2.2.6 Расчеттрудоемкости операции
Оперативное времявычисляется по формуле:
Топ=То+Твсп.неп,(8)
где Топ –оперативное время, мин;
То – основноевремя, мин, То=0,08 мин;
Твсп.неп –вспомогательное время, мин, Твсп.неп=0,76 мин.
Топ=0,08+0,76=0,84(мин).
Время на техническоеобслуживание рабочего места:

/>, (9)
где tсм – время на смену режущегоинструмента, tсм=10%.
/> (мин).
Время организационногообслуживания рабочего места:
/>, (10)
где Норг – нормативна организационное обслуживание, Норг=5%.
/> (мин).
Время на отдых:
/>, (11)
где Нотд –норматив времени на отдых, Нотд=7%.
/> (мин).
Штучное время:
Тшт=То+Твсп.неп+Ттех+Торг+Тотд(12)
Тшт=0,08+0,76+0,008+0,013+0,05=0,91(мин).

3. ОБОСНОВАНИЕТЕХНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАНКА
 
3.1 Обоснованиебесцентровой обработки
Обработка коленчатоговала на станке NAGEL проводится вцентрах, вал вращается с помощью поводкового патрона. Зажимные рычаги имеютвозможность перемещаться в радиальном направлении и, по сути, свободно висят наобрабатываемой детали, нагружая ее своим весом. В связи с тем, чтополировальные рычаги имеют малую силу зажима, их габариты малы и масса одногорычага составляет 15 кг. Однако, в модернизированном станке будет примененасила зажима Р=725 кГ, и габариты спроектированных рычагов значительноотличаются от предыдущих. Масса одного рычага составляет 40 кг, всего рычагов –10 шт. Учитывая, что вал, длина которого составляет 500 мм, изготовлен изчугуна, допустимое напряжение растяжения которого меньше допустимого напряженияна сжатие в 4 раза и меньше предела прочности в 5 раз [5] и составляет 140 МПа,вероятно появление недопустимых деформаций в процессе обработки. Поэтомунеобходимо рассчитать обрабатываемый вал на прочность. Вал, жестко зажатый вцентрах, представляет собой двухопорную балку со статическим нагружением вместах расположения рычагов. Для упрощения расчетов допустим, что десятьсосредоточенных сил Р=400 Н на длине 500 мм представляют собой равномернораспределенную нагрузку q:
/>, (13)
где n – количество сосредоточенных сил, n=10 сил.
/> (Н/мм).

Также для упрощениярасчета допустим, что вал представляет собой балку равномерного сечения. Расчетбудет проводиться для растянутой зоны деформированного вала в опасном сечении,которым считается галтель.
Условие прочности длярастянутой зоны:
/>, (14)
где Ми –изгибающий момент в опасном сечении, Н∙мм;
Jx – осевой момент инерции опасногосечения, мм;
y – величина растянутой зоны балки,т.е. ее диаметра, мм, y=23мм;
[σ] – допустимое напряжение растяжение чугуна, [σ]=140МПа.
Максимальное значениеизгибающего момента:
/>, (15)
где L – длина опасного сечения, мм.
/> (Н∙мм).
Осевой момент инерции:
/>, (16)
где d – диаметр балки, мм, d=46 мм.
/> (мм).
Используя формулу (14),имеем:
/> (МПа).

Так как 261 МПа > 140МПа, т.е. σ > [σ], то деталь при рассмотренном условии являетсянепрочной.
В связи с этим необходимопредусмотреть такой способ зажима, чтобы вал не испытывал изгибающих нагрузокили испытывал, но в меньшей мере. Таким способом является схема бесцентровойобработки, при которой вал зажимается в неподвижно закрепленных рычагахобкатывания коренных шеек, а рычаги, зажимающие шатунные шейки, выполняютодновременно циклическое вращение, получая его от эталонных коленвалов,приводимых, в свою очередь, во вращение шпинделем станка и обеспечиваяобработку. Такая схема широко применяется в машиностроении и реализована сразными конструктивными особенностями в станках 4481, Б-016, Б-033, Б-039 [12].
3.2 Расчет приводавращения
 
3.2.1 Кинематическийрасчет
Уравнение кинематическогобаланса:
/>, (17)
где nэд — частота вращения электродвигателя,об/мин, nэд=1500 об/ мин;
iр.п – передаточное отношение ременнойпередачи;
iз.п – передаточное отношение зубчатойпередачи, принимается iз.п=1/4.
Из уравнения (17) находимiр.п:
/>, (18)
/>.

3.2.2 Расчеттехнических характеристик
Тяговый момент наприводном валу
Для вращения шпинделянеобходимо преодолеть момент трения, возникающий в зоне обработки и приложенныйк обрабатываемой детали:
/>, (19)
где n – число точек приложения силынормального давления;
r – радиус обрабатываемой шейки вместе приложения силы, м;
Ni – сила нормального давления, Н;
fk – коэффициент трения качения, fk=0,02.
/> (Н∙м)
Тяговый момент:
Мт ≥ Мтр.(20)
Принимается Мт=81Н∙м.
Крутящий момент на валу№1
/>/>, (21)
где /> - кпд зубчатойпередачи, />=0,98.
/> (Н/м).
Крутящий момент на валуэлектродвигателя
/>, (22)

где ηр.п– кпд ременной передачи, ηр.п=0,8.
/> (Н/м).
Мощность на валуэлектродвигателя
/>, (23)
/> (кВт).
Выбираем асинхронныйэлектродвигатель 2А100L4У3,мощность N=2 кВт, n=1500 об/мин.

4. РАСЧЕТ И ОПИСАНИЕОСНОВНЫХ УЗЛОВ СТАНКА
 
4.1 Расчет приводавращения
4.1.1 Выбороптимального расположения опор
Анализируя конструкциюстанков-аналогов 4481, Б-016, Б-033, Б-039 [12], можно прийти к выводу, что увсех них отношение вылета переднего конца шпинделя к величине пролета междупередней и задней опорами (параметр k [16]) одинаково и составляет k=2,5. Значение k=2,5является минимальным рекомендуемым [16] для обеспечения требуемой жесткостишпинделя металлообрабатывающих станков. Поэтому принимается k=2,5. Конструктивно, учитываявеличину полумуфты, расположенной на шпинделе, назначается вылет переднегоконца шпинделя а=130 мм. Расстояние между опорами в таком случае:
/>, (24)
/> (мм).
4.1.2 Расчет зубчатойпередачи
Проектный расчетпроизводится с целью ориентировочного определения модуля. В качестве исходныхпринимаются следующие данные:
М – крутящий момент навалу ведущего зубчатого колеса, М=20,7 Н∙м;
z1 – число зубьев ведущего зубчатого колеса, z1=25;
z2 – число зубьев ведомого зубчатого колеса, z2=100;
ψ – коэффициентширины зуба, принимается ψ=15;
σ – угол наклоназубьев, принимается σ=15.
Ориентировочно, величинамодуля определяется по формуле:
/>. (25)

/> (мм).
Принимается ближайшеестандартное значение m=2мм.
4.1.3 Расчетэталон-вала
Эталон-вал представляетсобой коленчатый вал, аналогичный обрабатываемой детали. Предназначенэталон-вал для передачи вращения со шпинделя на зажимные рычаги шатунных шеек.Для обеспечения малого прогиба вал является трехопорным, т.е. статическинеопределим. Статическая нагрузка на вал представляет собой сосредоточенныемассы рычагов, приложенные в центре каждой шатунной шейки. Дисбалансвращающихся деталей создает в опорах дополнительные радиальные нагрузки. Этисилы вращаются вместе с валами, создавая в опорах периодически изменяющуюсянагрузку, вызывая колебания. Известно также, что вращение сосредоточенной массыm вокруг оси [6] сопровождаетсяпоявлением динамической нагрузки. Она стремится разорвать шатунную шейку,увеличивая ее эксцентриситет, поэтому в опасном сечении (соединение коренной ишатунной шеек) возникает продольная динамическая сила:
/>, (26)
где m – масса рычага, кг, m=40 кг;
w – частота вращения эталон-вала, 1/с,w=13,2 1/с;
r – эксцентриситет, мм, r=40 мм.
/> (Н).

Статическая нагрузка:
/>, (27)
где g – ускорение свободного падения, м/с,g=9,8 м/с.
/> (Н).
Уравнение моментовотносительно точки А:
/>, (28)
/>.
Далее влияниединамических нагрузок в уравнении моментов не учитывается в связи с тем, чтоони взаимно уравновешиваются, т.к.:
(14+16+18+110)=(11+13+111+113)=752(мм),
т.е. уравнение моментоввыглядит так:
/>, (29)
где RA, RB, RC – реакции в опорах А, В, С.
Сумма сил, действующих всистеме:
/>, (30)
/>.
Число неизвестных в двухполученных уравнениях (моментов и сил) превышает число независимых уравненийравновесия, т.е. балка действительно является статически неопределимой. Длярешения статически неопределимой системы необходимо составить уравненияперемещений, основанные на отдельном рассмотрении деформаций двух независимыхсистем – L1 и L2:
/> (31)
/>,
где /> — прогиб опоры В поддействием неизвестной нагрузки RВ, не учитывая опору С и нагрузкивторой половины эталон-вала (L2), мм;
/> - прогиб опоры В под действиемнагрузок Q1 и Q2, мм;
/> - прогиб опоры В под действиемнагрузок />,мм;
/> - прогиб опоры В под действиемнеизвестной нагрузки RВ, не учитывая опору А и нагрузкипервой половины эталон-вала (L1), мм;
/> — прогиб опоры В под действиемнагрузок Q3 и Q4, мм;
/> — прогиб опоры В под действиемнагрузок />,мм.
/>, (32)
/>. (33)
Общая формула дляопределения прогибов балки под действием сил Q и N:
/>, (34)
где J – осевой момент инерции сечения, мм.
Используя формулы (31),(32), (33), имеем:

/> (мм);
/> (мм);
/> (мм);
/> (мм);
/> (мм);
/> (мм).
Для второй половиныэталон-вала:
/> (мм);
/> (мм);
/> (мм);
/> (мм);
/> (мм);
/> (мм).
Таким образом, получаем:
/> (мм);
/> (мм);
/> (мм);
/> (мм).

Сложив имеющиесяуравнения (31) и выразив нагрузку RВ, получим:
/>, (35)
/> (Н).
Используя уравнение (29),имеем:
/>, (36)
/> (Н).
Используя уравнение (30),получаем:
/>, (37)
/> (Н).
Изгибающий момент вопасном сечении:
/>, (38)
/> (Н∙мм).
Осевой моментсопротивления сечения вычисляем по формуле:
/>, (39)

/> (мм3).
Площадь сечения равна:
/>, (40)
/> (мм2).
Суммарное напряжение вопасном сечении складывается из изгибающего напряжения и динамическогонапряжения:
/>, (41)
/> (МПа).
Условие прочности:
/> (42)
Так как условие прочности140 МПа > 79,6 МПа выполнено, делаем вывод – эталон-вал является прочным.
4.1.4 Расчеткритической частоты вращения эталон-вала
При вращении вала сдиском, центр тяжести которого смещен на величину эксцентриситета, прогиб валарастет с увеличением угловой скорости, которая достигает критического значенияпри равенстве с собственной круговой частотой колебаний при изгибе [22].Критическая частота вращения не зависит от эксцентриситета и не может бытьизменена даже самой тщательной балансировкой.
Для расчета критическойчастоты вращения эталон-вала представим его, как и ранее, состоящим из двухнезависимых частей (L1 и L2), являющихся двухопорными.
Для двухопорного вала с k массами mминимальная критическая скорость определяется по формуле Релея [22]:
/>, (43)
где y – статический прогиб каждой массы,мм.
Статический прогиб двухопорноговала для данного вида нагружения:
/>, (44)
где a, b – координаты приложения нагрузки, мм.
/> (мм),
/> (мм).
Используя формулу (43),имеем:
/>=45 (1/с).
Таким образом, можемрассчитать критическую частоту вращения:
/>, (45)

/> (об/мин).
Рабочую частоту вращениянеобходимо выбирать в пределах:
0,3nкр
127 об/мин 430 об/мин или 127об/мин
nр=127 об/мин.
Рабочая частота вращенияэталон-вала меньше критической, резонанса его угловой скорости с собственнойкруговой частотой колебания при изгибе не происходит.
4.1.5 Выбор муфты,соединяющей тяговый вал с эталон-валом
Неуравновешенностьвращающегося эталон-вала (дисбаланс рычагов шатунных шеек относительно общейоси вращения) создает в связанных с ним деталях дополнительные радиальныенагрузки. Эти силы вращаются вместе с эталон-валом, т.е. изменяют свое направление,создавая в опорах периодически изменяющуюся нагрузку, вызывая колебания [22].Таким образом, появляется необходимость применения муфты, гасящей динамическиенагрузки, передающиеся эталон-валом. Такой является муфта с резиновыми упругимиэлементами. Муфты упругие втулочно-пальцевые получили широкое распространениеблагодаря относительной простоте конструкции и удобству замены упругихэлементов. Однако они имеют небольшую компенсирующую способность и присоединении несоосных валов оказывают достаточно большое силовое воздействие навалы и опоры, при этом резиновые втулки быстро выходят из строя [27].
Другим типом упругоймуфты, гасящей колебания, является муфта с торообразной оболочкой. Она обладаетбольшой крутильной, радиальной и угловой податливостью [27]. В качествеупругого элемента применяется резиновая оболочка. Муфта упругая с торообразнойоболочкой применяется для соединения соосных валов с целью передачи крутящегомомента, уменьшения динамических нагрузок и компенсации смещения валов.Допустимое осевое смещение составляет не более 2,5 мм, радиальное – не более 2мм, угловое – не более 1 мм [1]. При предельно допустимых для муфты смещенияхрадиальная сила и изгибающий момент, возникающие из-за несоосности валов,невелики [27], поэтому при расчете валов этими нагрузками можно пренебречь.
Принимаем в качествесредства соединения тягового вала и эталон-вала муфту упругую с торообразнойоболочкой 200-40-1.1 ГОСТ 20884.82.
Для уменьшения потерьмощности на трение и снижение интенсивности износа трущихся поверхностей, атакже для предохранения их от заедания, задиров, коррозии лучшего отводатеплоты трущихся поверхностей детали должны иметь надежную смазку. В настоящеевремя для смазки широко применяют пластические смазочные материалы ЦИАТИМ-201 иЛИТОЛ-24, которые допускают температуру нагрева до 130˚. Поэтому вкачестве смазочного материала принимаем пластическую смазку ЛКС-2 ТУ38.4.01.71-80. Для подачи смазочного материала применяем пресс-масленку, маслочерез которую подают под давлением специальным шприцем.
В качествеуплотнительного устройства, применяемого для предохранения от вытеканиясмазочного материала из подшипниковых узлов, а также для защиты их от попаданиявлаги и пыли применяем манжеты резиновые армированные по ГОСТ 8752-79. Манжетасостоит из корпуса, изготовленного из бензомаслостойкой резины, каркаса ибраслетной пружины. Каркас придает манжете стойкость, а браслетная пружинастягивает уплотняющую часть, образуя рабочую кромку, плотно охватывающуюповерхность вала, вследствие чего она(поверхность вала) должна иметь малую(точнее – оптимальную для данного случая) шероховатость Rа=0,2 мкм [27], причем оптимальный профильмикронеровностей имеет решающее значение.
Если при контакте сошлифовальной поверхностью резина “цепляет” за острые выступы и при самойвысокой эластичности не может “затечь” в узкие, близко расположенные друг отдруга впадины, то в случае контакта с обкатанной поверхностью она затекает вовпадины и обтекает пологие выступы, отличающиеся большим радиусом и большимрасстоянием друг от друга. Цепляющее, режущее действие микровыступовповерхности в таком случае минимально. Такой характер контактированияопределяет уменьшение сил трения, снижение износа и потребляемой мощности.Поэтому в качестве способов обработки поверхностей под манжетные уплотнениярекомендуются методы ППД. Один из них – обкатывание является целью настоящегодипломного проекта.
4.1.6 Расчет ременнойпередачи
Исходные данные:
i – передаточное отношение, i=1/2,85;
n – частота вращения приводного шкива,n=1450 об/мин;
d1 – расчетный диаметр приводного шкива, принимается d1=90 мм.
Расчетный диаметрведомого шкива:
/>, (47)
/> (мм).
Окружная скорость ремня:/>
/>, (48)
/> (м/с).
Межосевое расстояние,предварительно а=1500 мм.
Угол обхвата ремнемприводного шкива:

/>, (49)
/>˚.
Расчетная длина ремня:
/>, (50)
/> (мм).
По ГОСТ 1284.1-80принимается длина ремня Lр=3750 мм, тогда действительноемежосевое расстояние получается:
/>, (51)
/> (мм).
Мощность передачи:
/>, (52)
где N0– номинальная мощность передачи с одним ремнем, кВт, N0=1,21 кВт;
С1 –коэффициент угла обхвата, С1=0,98;
С2 –коэффициент, учитывающий длину ремня, С2=1,16;
С3 –коэффициент режима работы, С3=1,1.

/> кВт.
Число ремней:
/>, (53)
где С4 –коэффициент, учитывающий число ремней, С4=0,95.
/> (шт).
Сечение ремнейпринимается типа А. Общие размеры и размеры канавок шкивов берутся всоответствии с ГОСТ 20895-75
 
4.2. Расчет зажимныхрычагов
 
4.2.1 Рычаг зажимакоренных шеек
Расчет силовых параметров.
В качестве исходныхданных принимается усилие обкатывания коренных шеек Р3=7250 Н.
Расчетная зависимостьрычажного механизма [5]:
/>, (54)
где Q – сила на приводе, Н;
η – КПД рычажногомеханизма, η=0,9 [5];
l1, l2 – плечи рычага, мм; конструктивнопринимается l1=405 мм, l2=550 мм.
Используя формулу (54),имеем:

/>,
/> (Н).
Реакция в опоре В:
/>, (55)
/> (Н).
Диаметр опоры из расчетана смятие [5]:
/>, (56)
/>, /> мм.
Принимается, изсоображений унификаций, d=30мм.
Ширина рычагаконструктивно принимается b=15мм. В связи с тем, что сечение рычага представляет собой тонкий прямоугольник,по сути пластину, вытянутую в сторону направления нагрузки, требуется расчет наустойчивость.
Расчет на устойчивостьрычага коренных шеек.
Расчет на устойчивостьпроведем в форме определения коэффициента запаса устойчивости [6]:
/>, (57)
где [n] – допустимый запас устойчивости, [n]=3.
Коэффициент запасаустойчивости определяют по формуле [6]:

/>, (58)
где Fкр – критическая разрушающая нагрузка,Н;
F – действующая нагрузка, F=7250 Н.
Критическую нагрузкуопределяют по формуле Эйлера [6]:
/>, (59)
где Jmin – минимальное значение осевогомомента для данного сечения, мм4;
μ – коэффициент виданагружения, μ=0,5;
l – высота рычага, мм; l=175 мм.
Минимальное значениеосевого момента инерции:
/>, (60)
/> (мм4).
Площадь сечения:
/>, (61)
где h – длина рычага, мм; конструктивно h=600 мм.
/> (мм2).
Необходимо определитьпределы применимости формулы Эйлера. Формула Эйлера применима лишь тогда, когдарасчетная гибкость пластины больше предельной гибкости материала [6]. Дляконструктивного материала Ст.3 предельная гибкость λпр=100.
Условие применимостиформулы Эйлера:
λ≥[λ]пр.(62)
Расчетная гибкостьпластины:
/>, (63)
/>.
Условие применимостиформулы Эйлера выглядит так:
20,2
Т.о. формулу Эйлера вданном случае применять нельзя. Если формула Эйлера не применима, расчет ведутпо эмпирической формуле Ясинсого, определяя критическое напряжение, возникающеев поперечном сечении сжатой пластины [6]:
/>, (64)
где а – эмпирическийкоэффициент, для Ст.3 а=258 МПа;
b – эмпирический коэффициент, для Ст.3b=0,68 МПа.
/> (МПа).
Критическая нагрузка:
/>, (65)

/> (кН).
Используя формулу (58),имеем:
/>.
Условие устойчивости:28,9>3. Т.о. условие устойчивости выполнено. Рычаг коренных шеек являетсяустойчивым. В качестве конструктивного материала принимается Ст.3.
Перемещение силовогопривода:
/>, (66)
где Sq и Sp – перемещения в точках приложениясил Q и P соответственно, мм; конструктивно принимается перемещениерычага в зоне зажима Sp=62 мм.
/> (мм).
Расчет силовогогидроцилиндра
Исходные данные:
конструкция –двухсторонний, не симметричный;
рабочая сила – F=8860 Н;
скорость прямого хода – V=1 м/мин = 0,016 м/с;
длина хода – 46 мм.
Выбор рабочей жидкостидля гидросистемы.
В качестве рабочейжидкости для гидропривода в металлорежущих станках выбирается обычноверетенное, турбинные или индустриальные масла в зависимости от рабочихдавлений и температуры. В соответствии с рекомендациями [27] выбираем маслоИГП-18, кинематическая вязкость ν=18,5 сСт.
Выбор рабочего давления внапорной полости гидроцилиндра.
Выбор рабочего давления внапорной полости гидроцилиндра производится в зависимости от наибольшегополезного усилия, развиваемого гидроцилиндром:
/>, (67)
где D – диаметр поршня цилиндра, мм;конструктивно по ГОСТ 6540-68 принимается стандартный D=40 мм;
η – КПДгидроцилиндра, η=0,9.
/> (МПа).
Диаметр штока:
/>, (68)
где /> - коэффициент диаметраштока, />=0,6.
/> (мм).
По ряду стандартныхразмеров принимаем d=22 мм, ГОСТ6540-68.
Усилие, развиваемоегидроцилиндром при обратном ходе:
/>, (69)
/> (кН).
Расход масла определяетсяпо формуле:
/>, (70)

/> (л/с) = 1,2 л/мин.
Скорость штока при обратномходе:
/>, (71)
/> (м/с) = 1,36 м/мин.
Выбор конструкции и типауплотнений поршня и штока гидроцилиндра.
В качествеуплотнительного устройства принимается кольцо резиновое уплотнительное круглогосечения. Основные размеры колец по ГОСТ 6969-54:
— уплотнения поршня D=40 мм, d=36 мм;
— уплотнения штока D=26 мм, d=22 мм, Н=3 мм.
Расчет корпусагидроцилиндра.
Внутренний диаметррасточки корпуса соответствует диаметру поршня и принимается dк=40 мм. Минимально допустимая толщина стенки δ(мм) трубопровода зависит от рабочего давления p (МПа) и рассчитывается по формуле:
/>, (72)
где σ – допустимоенапряжение на разрыв для материала трубопровода, МПа; для стали 20 σ=140МПа.
/> (мм).

Для обеспечения жесткостигидроцилиндра принимаем толщину стенки δ=4 мм.
Расчет потерь втрубопроводе.
Различают два режиматечения жидкости – ламинарный (частицы жидкости движутся параллельно стенкамтрубопровода) и турбулентный (частицы движутся беспорядочно).
Определение режиматечения жидкости по безразмерному числу Рейнольда:
/>, (73)
где d – внутренний диаметр трубопровода, d=4,6 мм.
/>.
Поток считаетсяламинарным для гладких круглых труб, если Rе
Поскольку Rе меньше критической величины, поток масла втрубопроводе ламинарный, поэтому потери давления определяем по формуле:
/>, (74)
где d – внутренний диаметр трубопровода, d=4,6 мм;
L – длина трубопровода, мм; L=2 м.
/> (МПа).
Наружный диаметр корпуса,как правило, выбирается конструктивно с учетом возможности расположения в егостенках проточек под уплотнения в соединении с крышкой и т.п.
Получаем, что наружныйдиаметр корпуса равен:

D=d+2δ, (75)
где d – внутренний диаметр корпуса, d=40 мм;
δ – толщина стенкигидроцилиндра, δ=4 мм.
D=40+2×4=48 (мм).
Принимаем D=48 мм.
Корпус гидроцилиндраизготавливается обычно из стальных труб бесшовных горячекатаных по ГОСТ8734-75.
Выбор фильтра.
При соблюдениинеобходимых требований к чистоте гидросистемы удается повысить надежностьгидроприводов и уменьшить эксплуатационные расходы. Повышение тонкостифильтрации рабочей жидкости в гидросистеме увеличивает ресурс насосов.Фильтрация обеспечивает наибольший эффект лишь при комплексном соблюдениитребований по типам применяемых масел, правилам их хранения итранспортирования, качеству очистки и герметизации гидросистем, регламентам ихэксплуатации. Фильтры обеспечивают в процессе эксплуатации гидроприводанеобходимую чистоту масла, работая в режимах полнопоточной или пропорциональнойфильтрации во всасывающей, напорной или сливной линиях гидросистемы.
Приемные фильтры,работающие, как правило, в режиме полнопоточной фильтрации, предотвращаютпопадание в насос крупных частиц, в остальные элементы гидросистемы – болеемелких частиц, являющихся продуктами разрушения частиц в насосе или другихузлах гидропривода. По рекомендациям [18] выбираем фильтр приемный (сетчатый)по ОСТ 2С41-2-80, монтирующийся на нижнем конце всасывающей трубы насоса. Фильтрыустанавливаем на всасывающей и сливной магистрали.

4.2.2 Рычаг зажимашатунных шеек
Расчет силовых параметров(рис. 3).
В качестве исходныхданных принимаем усилие обкатывания шатунной шейки Р3=6800 Н.
/>
Рис. 3 — Расчетная схема
Используя формулу (54),имеем:
/>,
где l1 и l2 – плечи рычага, мм; принимаем l1=235 мм и l2=205 мм.
/> (Н).
Реакция в опоре В:
/>, (76)
/> (кН).
Диаметр опоры из расчетана смятие [5]:

/>, (77)
/>, /> мм.
Принимается, изсоображений унификаций, d=30мм.
Перемещение силовогопривода по формуле (66):
/>,
где Sp – перемещение в точках приложениясилы P, мм; конструктивно принимаетсяперемещение рычага в зоне зажима Sp=74 мм.
/> (мм).
Расчет на изгиб рычагашатунных шеек
Ширина рычагаконструктивно принимается b=15мм. В связи с тем, что рычаг в сечении силового привода представляет собойпрямоугольник малой площади, требуется расчет на поперечный изгиб. Дляупрощения расчетов представим выступающую часть рычага длиной 70 мм в видеконсольной балки, испытывающей основную нагрузку. Опасным сечением тогдаявляется жесткая заделка, что не противоречит реальной схеме нагружения, гдеопасным сечением является галтель – плавный переход выступающей части косновному телу рычага.
Изгибающий момент вопасном сечении рассчитывается по формуле (38):
/>,
/> (Н∙мм).
Осевой моментсопротивления сечения вычисляем по формуле:

/>, (78)
где b – ширина сечения, мм; b=15 мм;
h – высота сечения, мм; конструктивнопринимается h=60 мм.
/> (мм3).
Расчетное напряжение,возникающее в сечении балки (рис. 4):
/>, (79)
/> (МПа).
/>
Рис. 4 — Расчетная схема
Условие прочности:
/>, (80)
где [σ] – допустимое напряжение на изгиб,МПа; для Ст.3 [σ]=110 МПа.
Так как условие прочности110 МПа > 51,2 МПа выполнено, рычаг в расчетном сечении является прочным. Вкачестве конструктивного материала принимаем Ст.3 ГОСТ 380-50.
Расчет силовогогидроцилиндра
Исходные данные:
конструкция –двухсторонний, не симметричный;
рабочая сила – F=6590 Н;
скорость прямого хода – V=1 м/мин = 0,016 м/с;
длина хода – 85 мм.
В качестве рабочейжидкости для гидропривода всей системы выбрано масло ИГП-18, кинематическаявязкость ν=18,5 сСт.
Рабочее давление внапорной полости гидроцилиндра рассчитаем по формуле (67):
/>,
где D – диаметр поршня цилиндра, мм;конструктивно по ГОСТ 6540-68 принимается стандартный D=40 мм.
/> (МПа).
Диаметр штока по формуле(68):
/>,
/> (мм).
По ряду стандартныхразмеров принимаем d=22 мм ГОСТ6540-68.
Усилие, развиваемоегидроцилиндром при обратном ходе по формуле (69):

/>,
/> (кН).
Расход масла определяетсяпо формуле (70):
/>,
/> (л/с) = 1,2 л/мин.
Используя формулу (71),определяем скорость штока при обратном ходе:
/>,
/> (м/с) = 1,36 м/мин.
Выбор конструкции и типауплотнений поршня и штока гидроцилиндра.
Конструкция и типуплотнений поршня и штока гидроцилиндра принимается аналогично гидроцилиндру врычаге коренных шеек — кольцо резиновое уплотнительное круглого сечения.Основные размеры колец по ГОСТ 6969-54:
— уплотнения поршня D=40 мм, d=36 мм;
— уплотнения штока D=26 мм, d=22 мм, Н=3 мм.
Расчет корпусагидроцилиндра.
Внутренний диаметррасточки корпуса соответствует диаметру поршня и принимается dк=40 мм.
Используя формулу (72),имеем:

/>,
/> (мм).
Для обеспечения жесткостигидроцилиндра принимаем толщину стенки δ=4 мм.
Расчет потерь давления втрубопроводе.
Безразмерное числоРейнольда по формуле (73):
/>,
где d – внутренний диаметр трубопровода, d=4,6 мм.
/>.
Поскольку Rе меньше критической величины [Rе]=2100, поток масла в трубопроводе ламинарный, поэтому потеридавления определяем по формуле (74):
/>,
где d – внутренний диаметр трубопровода, d=4,6 мм;
L – длина трубопровода, мм; L=2 м.
/> (МПа).
Так как потери слишкоммалы, далее их можно не учитывать.
Наружный диаметр корпусасчитаем по формуле (75):

D=d+2δ,
где d – внутренний диаметр корпуса, d=40 мм;
δ – толщина стенкигидроцилиндра, δ=4 мм.
D=40+2×4=48 (мм).
Принимаем D=48 мм.
Корпус гидроцилиндраизготавливается из стальных труб бесшовных горячекатаных по ГОСТ 8734-75.
Для креплениягидроцилиндра из расчета на смятие определяем диаметр проушины:
/>, (81)
где [δ] – допускаемое напряжение для опорыскольжения, [δ]≈20 МПа.
/> (мм).
Принимаем диаметрпроушины D=15 мм.
4.2.3 Обоснованиесамоустановки накатных роликовых головок
При примененииобкатывающих роликов с прямолинейной образующей необходима их тщательнаяустановка и трудоемкая выверка на параллельность образующих заготовки и ролика.Неточная установка или нарушение ее в процессе работы под нагрузкой врезультате деформации в системе станок – приспособление – инструмент — детальприводят к образованию недоброкачественной поверхности. С целью устранениянеобходимости тщательной выверки предлагается применить схему с самоустановкойролика, автоматически устраняющей перекосы [26]. Под действием момента,возникающего при перекосах, ролик, имеющий свободу поворота вокруг оси,перпендикулярной к линии контакта его с заготовкой, поворачивается довосстановления равномерного контакта по всей длине образующей. Свободныйповорот реализуется с помощью упорного подшипника, который необходиморассчитать на статическую грузоподъемность.
Эквивалентная статическаянагрузка на подшипник [1]:
Рэ = Fr, (82)
где Fr – радиальная нагрузка на подшипник,равная усилию обкатывания, Fr=7250 Н.
Требуемая статическаягрузоподъемность:
С = f × Рэ, (83)
где f – коэффициент надежности, f = 2.
С = 2×7250 (Н).
Принимаем дляэксплуатации шариковый упорный одинарный подшипник 8104, статическаягрузоподъемность которого С = 21600 н.
Действительнаядолговечность подшипника рассчитаем по формуле:
/>, (84)
/> (млн.об).
Долговечность подшипникав часах по формуле:
/>, (85)

/> (тыс.ч).
4.2.4 Выбор устройств,обеспечивающих регулирование давления
Для изменения усилиязажима обрабатываемой детали предлагается применить схемудифференциально-дроссельного регулирования [11]. Такая схема характеризуетсяпостоянным подводом расхода масла и в этом случае применяется параллельныймонтаж дросселя и гидроцилиндра. Дроссель для малых скоростей перемещения (до 1м/мин) монтируют на выходе гидроцилиндра, в таком случае обеспечивается болееравномерное изменение регулируемых параметров. Давление в цилиндре изменяетсясоответственно профилю проходного отверстия дросселя, при этом от нуля домаксимума изменяется и мощность гидроцилиндра. Особенностьдифференциально-дроссельного регулирования в том, что используют золотник сдвумя сопротивлениями или два дросселя. Это необходимо для реверсированиягидроцилиндра сопротивлением дросселя. При наибольшем сопротивлении дросселяпоршень будет перемещаться с наибольшей скоростью (быстрый отвод), при среднемположении поршень находится в равновесном состоянии, при минимальномсопротивлении будет достигаться максимальное давление. Такая схема широкораспространена в агрегатных, копировальных станках, имеющих системыавтоматического регулирования, а также в гидроустройствах, где требуетсяпериодическое изменение подводимого давления к гидроприводу – зажимные устройства,фрикционные муфты [11].
Достоинства применяемойсхемы – малое влияние объемных потерь: поскольку обе полости поршня находятсяпод давлением, нет надобности в реверсирующем механизме, исключено образованиевакуума.

4.2.5 Расчет опорнойроликовой головки
В качестве опорныхроликов в опорной роликовой головке принимаем игольчатые подшипники,вращающиеся с частотой вращения обрабатываемой детали. Их необходимо рассчитатьна динамическую грузоподъемность (рис. 5).
Исходные данные:
— необходимо подобратьрадиальный игольчатый роликоподшипник с номинальной долговечностью Lh = 15000 ч;
— усилие обкатывания Робк= 7250 Н;
— характер нагрузки на подшипник– толчки и вибрация;
— частота вращения n = 127 об/мин.
/>
Рис. 5 — Расчетная схема
Эквивалентная нагрузка наподшипник:
/>,
где n – число подшипников в роликовойголовке, n = 2 шт.

/> (Н).
Требуемая динамическаягрузоподъемность по формуле:
С = Кс ×Рд, (86)
где Кс –коэффициент грузоподъемности, Кс = 2,2.
С = 2,2 × 5130 =11286 (Н).
Принимаем подшипниксверхлегкой серии 4 074 904 ГОСТ 4657-71, динамическаягрузоподъемность которого С = 12000 Н.
Действительнаядолговечность подшипника по формуле (84):
/>,
/> (млн.об).
Долговечность подшипникав часах по формуле (85):
/>,
/> (тыс.ч).
4.2.6 Расчет накатнойроликовой головки
В качестве опорныхроликов в головке накатной аналогично головке опорной используются игольчатыеподшипники, вращающиеся с частотой вращения обрабатываемой детали. Необходимосоставить расчетную схему и показать зависимость между действующими силами,после чего проверить подшипники на динамическую грузоподъемность (рис. 6).
/>
Рис. 6 — Расчетная схема
Уравнения действующих силтаковы:
/>, (87)
где Рз –усилие, с которым рычаг действует на накатную головку, Н;
Рд – усилие, скоторым опорный ролик действует на накатной ролик, Н.
/>, (88)
где Робк –усилие, с которым накатной ролик действует на заготовку (усилие обкатывания),Н.
Подставив уравнение (87)в уравнение (88), имеем:
/>

Таким образом, получаем,что накатной ролик действует на деталь с тем же усилием, что и рычаг нанакатную головку. Головка роликовая накатная конструктивно подобна головкеопорной, поэтому в качестве подшипников принимаем игольчатые роликоподшипники4 074 904 ГОСТ 4657-71.
Эквивалентная нагрузка наподшипник по формуле (87):
/>,
/> (Н).
Требуемая динамическаягрузоподъемность по формуле (86):
С = Кс ×Рд,
где Кс –коэффициент грузоподъемности, Кс = 1,7.
С = 1,7 × 6320 =10744 (Н).
Принимаем дляэксплуатации подшипник сверхлегкой серии 4 074 904 ГОСТ 4657-71,динамическая грузоподъемность которого С = 12000 Н.
Действительнаядолговечность подшипника по формуле (84):
/>,
/> (млн.об).
Долговечность подшипника вчасах по формуле (85):

/>,
/> (тыс.ч).
4.3. Расчет устройстваподъема заготовки
 
4.3.1 Силовой расчет
Уравнение моментовотносительно т. О для положения 1:
/>
G×R×cos45°+Mтр1-Fт1×96=0, (89)
где G – вес перемещаемых частей устройстваподъема, приблизительно G=500Н;
Мтр1 – моменттрения, возникающий в опорах скольжения, Н∙м;
R – конструктивный размер устройстваподъема, R=172 мм;
Fт1 – тяговое усилие, Н.
Уравнение моментовотносительно т.О для положения 2:
/>
G×R×cos65°+Mтр2-Fт2×63=0 (90)
Момент трения в опорахскольжения:
/>, (91)
где n – число точек приложения силынормального давления, n=2точки;
r – радиус опоры в месте приложениясилы, принимается r=30×10-3м;
N – сила нормального давления, вхудшем случае N=G=500 Н;
fк – коэффициент трения скольжения, fк=0,02.
Решая уравнения (89) и(90) относительно Fт и сравнив результат, определимминимально необходимое тяговое усилие на штоке гидроцилиндра.
Используя уравнение (89),имеем:
/> (Н)
Используя уравнение (90),имеем:
/> (Н)
Т.о. принимается за минимальнонеобходимое тяговое усилие Fт=700 Н.
4.3.2 Погрешностьпозиционирования
Допустимая погрешностьустановки заготовки:
/>, (92)
где B – ширина шейки коленчатого вала, B=28,6 мм;
b – ширина роликовой головки, b=26,5 мм;
k – коэффициент запаса, k=1,2.
/> (мм).
Точность позиционированияустройства подъема зависит от технических характеристик применяемого датчикаположения, в том числе от его разрешающей способности. За последнее времяразработано несколько новых типов потенциометрических датчиков, обладающихследующими достоинствами:
— отсутствиемступенчатого выходного напряжения;
— большим сроком службы инадежностью в работе (т.к. отсутствует скользящий токосъемный контакт);
— большой точностью;
— возможностьюэксплуатации при больших температурах.
Принцип действияфотоэлектрического потенциометра основан на поверхностном эффектефотоэлектрической проводимости. Предназначен датчик для регистрациимеханического перемещения и преобразования его в электрический сигнал.Разрешающая способность потенциометрических бесконтактных датчиков составляет ∆=0,1мм, что вполне удовлетворяет рассчитанной погрешности установки.
Т.о. принимаем в качестведатчика положения бесконтактный потенциометрический выключатель ВКБП 05 ТУ37.459.088-86.
4.3.3 Кинематическийрасчет
Допустимая скоростьперемещения [28]:
/>, (93)
где Vдоп – скорость перемещения устройства вточке Б (ось заготовки), м/с;
S – линейный ход устройства,конструктивно принимается S=0,4м;
∆ — погрешностьпозиционирования, ∆=0,1 мм;
m – масса перемещаемых частей, m=50 кг.
/> (м/с).
Принимаем скоростьдвижения заготовки Vз=0,03 м/с.
Угловая скоростьустройства подъема:

/>, (94)
/> (с-1)
Скорость устройства в т.А(движущая скорость на штоке гидроцилиндра):
Vд1=Vд2=w×r, (95)
Vд1=Vд2=0,174×0,115=0,02 (м/с).
4.3.4 Расчет силовогогидроцилиндра
Исходные данные длярасчета:
конструкция –двухсторонний, не симметричный;
тяговое усилие F=700 Н;
скорость прямого хода – V=1,8 м/мин = 0,03 м/с;
длина хода – 400 мм.
В качестве рабочейжидкости для гидропривода всей системы выбрано масло ИГП-18, кинематическаявязкость ν=18,5 сСт.
Выбор рабочего давления вштоковой полости гидроцилиндра.
Используя формулу (67),имеем:
/>,
где D – диаметр поршня цилиндра, мм;конструктивно по ГОСТ 6540-68 принимается стандартный D=40 мм;
d – диаметр штока, по ряду стандартныхразмеров принимаем d=20 мм.
/> (МПа).
Усилие, развиваемоегидроцилиндром при обратном ходе по формуле (69):

/>,
/> (Н).
Расход масла определяетсяпо формуле (70):
/>,
/> (м3/с) = 2,3 л/мин.
Используя формулу (71),определяем скорость штока при обратном ходе:
/>,
/> (м/с) = 2,5 м/мин.
Выбор конструкции и типауплотнений поршня и штока гидроцилиндра.
Конструкция и типуплотнений поршня и штока гидроцилиндра принимается аналогично гидроцилиндру врычаге коренных шеек — кольцо резиновое уплотнительное круглого сечения.Основные размеры колец по ГОСТ 6969-54:
— уплотнения поршня D=40 мм, d=36 мм;
— уплотнения штока D=26 мм, d=22 мм.
Расчет корпусагидроцилиндра.
Внутренний диаметррасточки корпуса соответствует диаметру поршня и принимается dк=40 мм.
Используя формулу (72),имеем:

/>,
/> (мм).
Для обеспечения жесткостигидроцилиндра принимаем толщину стенки δ=4 мм.
Расчет потерь давления втрубопроводе.
Безразмерное числоРейнольда по формуле (73):
/>,
где d – внутренний диаметр трубопровода, d=4,6 мм.
/>.
Поскольку Rе меньше критической величины [Rе]=2100, поток масла в трубопроводе ламинарный, поэтому потеридавления определяем по формуле (74):
/>,
где d – внутренний диаметр трубопровода, d=4,6 мм;
L – длина трубопровода, мм; L=2 м.
/> (МПа).
Так как потери слишкоммалы, далее их можно не учитывать.
Наружный диаметр корпусасчитаем по формуле (75):

D=d+2δ,
где d – внутренний диаметр корпуса, d=40 мм;
δ – толщина стенкигидроцилиндра, δ=4 мм.
D=40+2×4=48 (мм).
Принимаем D=48 мм.
Корпус гидроцилиндраизготавливается из стальных труб бесшовных горячекатаных по ГОСТ 8734-75.
Для креплениягидроцилиндра из расчета на смятие определяем диаметр проушины по формуле (81):
/>,
где [δ] – допускаемое напряжение для опорыскольжения, [δ]≈20 МПа.
/> (мм).
Принимаем диаметрпроушины D=15 мм.
Т.к. ход поршня S>8D, требуется расчет гидроцилиндра на устойчивость.
Осевой момент инерцииштока рассчитывается по формуле:
/>, (96)
где d – диаметр штока, d=22 мм.
/> (мм4).
Критическая сила дляпотери штоком устойчивости:

/>, (97)
где Е – модуль Юнга I рода, Е=200000 МПа;
lш – длина штока, lш=400 мм
/> (кН).
Условие устойчивости: Ркр≥F
Т.к. 46000 Н > 700 Н,условие устойчивости выполнено, значит шток устойчив.
4.3.5 Синхронизациядвижений параллельно работающих гидроцилиндров
Для подъема заготовки доуровня, необходимого для зажима ее в центрах, применяется устройство, включающеев себя опорную плиту, приводимую в движение двумя гидроцилиндрами. Ходгидроцилиндров конструктивно принимается равным 50 мм. Он необходим дляопускания опорной плиты, несущей призмы, что, в свою очередь, нужно длябеспрепятственного поворота устройства подъема в рабочее положение, т.е. встанок, и обратно. Для нормальной работы подъемных гидроцилиндров необходимообеспечить их синхронное перемещение, иначе в процессе работы вероятно ихзаклинивание. Практика показывает [11], что в момент трогания с местасинхронность гидродвигателей нарушается вследствие различия сил трения покоя вразличных частях этих двигателей, причем во время движения двух гидроцилиндровпредлагается применить схему с дроссельным делителем потока. Схема являетсяизвестной, широко распространена и приведена на рис. 7 [11].
Необходимое условие болееили менее точной синхронизации – одинаковые характеристики гидродвигателей,т.е. равные диаметры поршней. Поэтому в качестве силовых гидроцилиндровприменяем стандартные гидроцилиндры 7021-0225 по ГОСТ 19900-74.
Расход Qн насоса под постоянным давлением р подается в полостьа и далее по двум параллельным трассам через сопротивления 11 R1 и 12 R2 расходы Q1 и Q2 проходят в полости F1 и F2. Через дросселирующие отверстия 6 и7 масло поступает к отверстиям трасс 3 и 4, соединяющимися с двумягидродвигателями.
Если нагрузка нагидродвигатели одинакова, то давления в трассах 3 и 4 равны, и плунжер П(делитель) находится в среднем (нейтральном) положении, поровну разделяя расходнасоса между двумя гидродвигателями.
Если в трассе 4вследствие увеличения нагрузки давление возрастает, то оно увеличится и вполости е. В результате этого делитель расхода П переместится влево.
Проходное отверстиедроссельной щели 7 увеличится, а отверстие дроссельной щели 6, наоборот,уменьшится. Давления в полостях будут изменяться до тех пор, пока неуравновесятся перепады давлений, а, следовательно, станут равны расходы втрассах 3-1 и 4-2.
Когда давление в трассе3-1 уравновесится с давлением в трассе 4-2, гидродвигатель 2 остановится,делитель П, сместившись вправо, несколько перекроет входное отверстие дросселя,и гидродвигатель 1 также остановится. Ошибка синхронности в этом случаегарантируется не выше 4% [11].

/>
Рис. 7 — Схемасинхронизации скоростей двух гидродвигателей, где 1, 2 – гидроцилиндры; 3, 4 –трубопровод; 5 – дроссель связи; 6, 7, 8 – дроссельные кромки дросселя; 9, 10 –обратные клапаны; 11, 12 – диафрагмы; 13 – трехпозиционный распределитель; 14 –предохранительный клапан; 15 – насос; П – плунжер (делитель расхода),выравнивающий давление р1 и р2; F1 и F2 – рабочие площади делителя расхода.
 
4.3.6 Управлениециклом
Для управленияавтоматическим циклом работы гидрофицированных механизмов применяют схемудистанционного управления по пути, когда каждая последующая команда подаетсягидродвигателю только после окончания предыдущей технологической операции.Распределители в схемах командоаппаратов применяют с электромагнитным управлениемсо временем переключения t=0,05секунд [11]. При управлении по пути командоаппараты работают вимпульсно-шаговом режиме. Электромагнитами золотников управляют конечныевыключатели. В качестве конечных выключателей (датчиков положения) принимаетсявыключатель ВКБП 05 ТУ 37.459.088-86, работа которого подробно описана в пункте4.3.2.

4.4 Описание и принципработы основных узлов станка.
4.4.1 Станина
Станина представляет изсебя массивный литой цоколь, на который опираются различные органы станка.Верхняя часть снабжена бортом и служит как ванна для собирания охлаждающейжидкости, в последствии направляемой в систему очистки (фильтрации),расположенной сбоку станка.
4.4.2 Привод вращения
Привод вращения находитсяв левой части станка и состоит из главного двигателя, который сообщаетвращательное движение через ременную передачу приводу вращения и, в первуюочередь, приводному валу, далее через косозубую зубчатую передачу на дваконструктивно подобных тяговых вала. Тяговые валы через упругие муфты с торообразнойоболочкой передают вращение на эталон-валы, подобных не только между собой, нои обрабатываемой детали. Эталон-валы образуют циклическое вращение шатунныхшеек вокруг коренных и передают вращение рычагам шатунных шеек, жесткосвязанных с обрабатываемой деталью.
4.4.3 Рычаги зажимашеек
В зависимости отобрабатываемой части коленчатого вала рычаги различаются на:
— рычаги зажимные,неподвижные, предназначенные для обработки коренных шеек;
— рычаги зажимные,подвижные, предназначенные для обработки шатунных шеек.
Неподвижный зажимныйрычаг, который не колеблется во время вращения коленчатого вала (для коренныхшеек), состоит из двух зажимов, несущих роликовые головки – опорную и накатную.Рычаг управляется с задней стороны гидравлическим цилиндром. Корпус рычагаопирается на два кронштейна. Имеется возможность регулировать положение рычагав радиальном и осевом направлении для точного ориентирования оси обрабатываемойшейки относительно осей других обрабатываемых шеек.
Подвижные зажимные рычагиконструктивно подобны неподвижным, но должны следовать за перемещением шатунныхшеек во время вращения коленчатого вала. Следовательно, они совершаютколебательное движение, подобное движению шатуна двигателя внутреннегосгорания. Для этого они расположены на двух валах-эталонах, конструктивноподобных обрабатываемой детали. При вращении валов-эталонов рычаги шатунныхшеек увлекают за собой шатунные шейки обрабатываемой детали, вращая такимобразом всю деталь и совершая, собственно, главное движение обкатывания.
Конструкция рычаговпозволяет разгрузить остальные узлы станка от усилия обкатывания, направляя егона обрабатываемую деталь с двух противоположных сторон, уравновешивая их такимобразом друг относительно друга.
4.4.4 Роликовыеголовки
Накатная роликовая головкасостоит из двух полукорпусов, соединенных винтами и представляющих в собранномвиде единый корпус, несущий опорные ролики, выполненных в виде игольчатыхроликоподшипников, и накатной ролик. Накатной головке посредством зажимногорычага сообщают постепенно увеличивающееся усилие обкатывания, различное взависимости от шейки (коренная или шатунная). Накатной ролик воздействует наобрабатываемую поверхность, сминая на ней микровыступы и сглаживая, тем самым,микронеровности. Длительность обработки составляет 10 проходов, после чеговращение детали останавливается и усилие с роликовой головки снимается.
Опорная роликовая головкаконструктивно схожа с накатной, содержит в себе два опорных ролика,представляющих роликоподшипники, подобных имеющимся в накатной головке ивыполняющих роль люнета, а также две установочные опоры, принимающихобрабатываемую деталь от устройства подъема заготовки.
 
4.4.5 Устройствоподъема заготовки
Устройство подъемазаготовки состоит из двух упорных центров, приводимых в движениегидроцилиндрами, причем первоначально в движение приходит левый (передний)центр, положение которого контролируется бесконтактным конечным выключателем,определяя таким образом осевое положение коленчатого вала. Правый (задний)центр действует во вторую очередь и поджимает обрабатываемую деталь.
Два гидравлическихцилиндра, действуя синхронно в вертикальном направлении, благодаря дроссельномуделителю потока, выводят группу установки, включающую опорную плиту, несущую V-образные призмы, из поля действия группыповорота, которая после обработки вновь возвращается в рабочую позицию. Группаустановки тогда движется вверх, давая возможность разжать из центров коленчатыйвал, выгрузить его на призмы и захватить рукой портального манипулятора.
4.4.6 Электрооборудование
Состоит из щиткаприборов, микро-выключателей и кнопочного пульта, вмещающего все органыуправления и сигнализации. Последовательность различных операций и различныепредохранительные средства гарантированы микро-выключателями, расположенными вразличных точках машины и приводимые в действие органами, находящимися вдвижении.
4.4.7 Средства смазкии охлаждения зоны обработки
Состоит из ванны длясобирания, вмещающей фильтр и магнитный сепаратор для очистки жидкости,поступающей от машины. Центробежный насос подает необходимый поток масла,распределяемый к обрабатываемым шейкам ориентируемыми жиклерами, ввинченными вобщую трубку, смонтированную перед зажимными рычагами.
 
4.4.8 Работа станка
Допустим, что станокнаходится в исходном положении, которым будем считать позицию, при которойзаготовка коленчатого вала находится в призмах устройства подъема, разжата, акаретка портального манипулятора расположена над станком с поднятыми руками,причем схват детали зажат, т.е. в нем предположительно находится обработаннаядеталь. Здесь и далее под заготовкой будем понимать коленчатый вал, поступившийс предыдущей операции, а под деталью – обработанный на станке коленчатый вал.
При пуске станок начинаетсвой рабочий цикл:
— передний центр движетсявправо и ориентирует заготовку в осевом направлении;
— задний центр движетсявправо и ориентирует заготовку в осевом направлении;
— подъемный столустройства подъема движется вниз;
— устройство подъемаповорачивает зажатую заготовку и кладет ее на опорные роликовые головкизажимных рычагов;
— передний и задний центрразжимают заготовку;
— зажимные рычагизажимают заготовку с минимальным усилием обкатывания;
— привод вращенияначинает вращаться;
— усилие обкатывания,прикладываемое рычагами к заготовке, постепенно развивается до максимума;бесконтактный выключатель, расположенный на тяговом валу, совершает отсчетколичества оборотов и, при достижении заданного числа (рекомендуется 10оборотов), выключает вращение;
— привод вращенияостанавливается;
— привод вращения ориентируетсяв определенное угловое положение, регистрируемое бесконтактным выключателем;
— усилие обкатывания сдетали снимается, деталь разжимается;
— передний и задний центрзажимают деталь;
— устройство подъемаповорачивает деталь в исходное положение;
— подъемный стол движетсявверх;
— передний и задний центрразжимают заготовку.
Далее станок формируетразрешающий сигнал на продолжение цикла портальным манипулятором и ожидаетприбытия каретки.
Каретка, изначальнонаходясь вместе со станком в исходном положении, в момент пуска начинаетдвигаться и совершает следующие движения:
— каретка движется вправои достигает поста разгрузки детали;
— рука захвата деталидвижется вниз;
— схват разжимается иосвобождает деталь;
— рука захвата деталидвижется вверх;
— рука захвата заготовкиожидает сигнал о поступлении заготовки на пост загрузки. В это время на шаговомтранспортере происходит передача детали на последующую операцию, подача иориентирование заготовки. По окончании действия шагового транспортера кареткеманипулятора поступает разрешающий сигнал на продолжение цикла.
— рука захвата заготовкидвижется вниз;
— схват зажимаетзаготовку;
— рука захвата заготовкидвижется вверх;
— каретка движется кстанку;
При отсутствииразрешающего сигнала от станка на продолжение цикла каретка находится в режимеожидания, при наличии сигнала каретка продолжает совершать дальнейшие движения.
— рука захвата деталидвижется вниз;
— схват зажимает деталь;
— рука захвата деталидвижется вверх;
— рука захвата заготовкидвижется вниз;
— схват разжимается иосвобождает заготовку;
— рука захвата заготовкидвижется вверх.
С этого момента станокнаходится в исходном положении, цикл автоматически повторяется.
Циклограммапоследовательности временных процессов изображена на отдельном листе формата А2под номером 09.07.ТМ.413.09.Ц.

5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЕКТА
В разделе ведется расчеттехнико-экономических показателей проектируемого варианта, производится ихсравнительный анализ с базовыми показателями, определяется экономический эффектот предложенных в проекте технических решений.
Объектом экономическогоанализа является себестоимость изготовления детали по базовому и проектномувариантам. При этом в многооперационных технологических процессах достаточнопровести экономическое обоснование технического совершенствования толькоизменяющихся по вариантам технологических операций.
Основными исходнымиданными для экономического анализа вариантов технологических операций являютсяданные, полученные в технической части проекта, а именно: годовой объемпроизводства деталей; трудоемкость операции (штучное время) по базовому ипроектируемому вариантам; вид, тип, марка оборудования, его габариты, мощность,цена; вид оснастки, инструмента и их ориентировочная стоимость.
Таблица 4 — Краткая характеристикасравниваемых вариантовБазовый вариант Проектируемый вариант
На суперфинишном станке производится полирование шеек коленчатого вала лентой.
Тип производства – массовый.
Условия труда – нормальные.
Форма оплаты труда – повременно-премиальная.
На специальном накатном станке производится обкатывание шеек коленчатого вала.
Тип производства – массовый.
Условия труда – нормальные.
Форма оплаты труда – повременно-премиальная.
5.1 Расчет стоимостимодернизируемого оборудования
Проектом предусмотренамодернизация действующего оборудования, поэтому составляется ведомость вновьвводимых и аннулируемых деталей и узлов (таблица 5), а затем определяетсястоимость модернизируемого оборудования.
Таблица 5 — Ведомостьвновь вводимых и аннулируемых деталей и узловПеречень узлов и деталей Цена, руб Кол-во Общая ст-мость, руб 1 2 3 4 1.Вновь вводимые детали и узлы: Шпиндельная бабка 60000 1 60000 Рычаг зажима коренных шеек 10000 5 50000 Рычаг зажима шатунных шеек 10000 5 50000 Вал-эталон 2000 2 4000 Упругая муфта с торообразной оболочкой 1000 2 2000 Корпус 50000 1 50000 Ременная передача 4000 1 4000 Электродвигатель 20000 1 20000 Устройство подъема заготовки 20000 1 20000 Каретка портального манипулятора 80000 1 80000 Накатная роликовая головка 5000 10 50000 Опорная роликовая головка 5000 10 50000 Всего: 440000 2.Аннулируемые детали и узлы: Шпиндельная бабка 15000 1 15000 1 2 3 4 Задняя бабка 12000 1 12000 Рычаг зажима коренных шеек 6000 5 30000 Рычаг зажима шатунных шеек 6000 4 24000 Корпус 6000 1 6000 Цепная передача 5000 1 5000 Электродвигатель 12000 1 12000 Устройство подъема заготовки 8000 1 8000 Каретка портального манипулятора 50000 1 50000 Полировальная головка 1000 20 20000 Устройство подачи полировальной ленты 4000 1 4000 Поводковый патрон 2000 1 2000 Всего: 188000

Расходы на демонтажненужных узлов и деталей:
/>,
где Тдем–затраты рабочего времени на демонтаж узлов и деталей, Тдем=8 ч;
Счас – средняячасовая тарифная ставка рабочих, занятых демонтажем, Счас=24,48 р/ч;
Кдоп –коэффициент, учитывающий доплаты до часового, дневного и месячного фондазаработной платы, Кдоп=2,04;
Кс –коэффициент, учитывающий отчисления на социальные нужды, Кс=1,39.
/> (р).
Расходы на сборку имонтаж вновь устанавливаемых узлов и деталей:
/>,
где Тсб –трудоемкость сборки и монтажа, Тсб=24 ч.
/> (р).
Затраты на модернизациюоборудования:
Змод=Свв-Санул+Рдем+Рсб,
где Свв –стоимость покупки вновь вводимых узлов и деталей, Свв=440000 р;
Санул –стоимость аннулируемых узлов и деталей, Санул=188000 р.
Змод=440000-188000+555+1670=254225(р).
Стоимостьмодернизированного станка:

Цмод=Цбаз+Змод,
где Цбаз –первоначальная стоимость модернизируемого оборудования (берется по даннымпредприятия), Цбаз=500000 р.
Цмод=500000+254225=754225(р).
Годовая программа запускаколенчатого вала:
/>,
где Пг –годовая программа выпуска коленвалов, Пг=200000 шт;
з – процент запасныхчастей, з=15%;
б – процент потерь на брак,б=2%.
/> (шт).
5.2 Расчетнеобходимого количества оборудования
 
Таблица 6 — Расчетнеобходимого количества оборудования Формулы Значение показателей Показатели для расчета
Базовый
вариант
Проектный
вариант Расчетное количество основного технологического оборудования по изменяющимся операциям технологического процесса обработки детали.
/>
/>
/> 0,95 0,87 Принятое количество оборудования
Расчетное округляется до ближайшего целого:
 /> 1 1 Коэффициент загрузки оборудования
/>
/> 0,95 0,87
5.3 Исходные данныедля экономического обоснования сравниваемых вариантов
Таблица 7 — ИсходныеданныеПоказатели
Услов. обозн.,
един.
измер. Значение показателей Источник информации
Базовый
вариант
Проект.
вариант 1 2 3 4 5 Годовая программа запуска
Нз, шт 234600 234600  Расчет Норма штучного времени, в т.ч. машинное время
Тшт
Тмаш,
мин.
0,97
0,6
0,91
0,08 Расчет
Часовая тарифная ставка:
-рабочего оператора
-наладчика
/>
19,9
29,56
19,9
29,56 Данные кафедры «ЭО и УП» Коэффициент доплат до часового, дневного и месячного фондов
/> 1,08 1,08  - // - Коэффициент доплат за проф. мастерство
/> 1,12 1,12 — // - Коэффициент выполнения норм
/> 1 1 — // - Коэффициент доплат за условия труда
/> 1,12 1,12 — // - Коэффициент доплат за вечерние и ночные часы
/> 1,2 1,2 — // - Коэффициент премирования
/> 1,2 1,2 — // - 1 2 3 4 5 Коэффициент отчислений на социальные нужды
/> 0,356 0,356 — // -
Годовой эффективный фонд времени работы:
— оборудования
— рабочих
/>
4015
1731
4015
1731 — // - Цена единицы оборудования
/> 500000 754225 Данные производства Коэффициент расходов на доставку и монтаж оборудования
Кмонт 0,2 0,2 Данные кафедры «ЭО и УП» Выручка от реализации изношенного оборудования
 Вр, % от цены - 5 — // - Годовая норма амортизационных отчислений
На,
% 5 5 — // - Коэффициент затрат на текущий ремонт оборудования
Кр 0,3 0,3 — // - Установленная мощность электродвигателя станка
Му,
кВт 5,25 2 Паспорт станка Коэффициент загрузки электродвигателей по мощности
Кмощ 0,7 0,7 — // - Коэффициент одновременности работы электродвигателей
Код 1 1 Данные кафедры «ЭО и УП» Коэффициент загрузки электродвигателей по врем.
Кв 0,85 0,85 — // - 1 2 3 4 5 Коэффициент потерь электроэнергии в сети завода
Кп 1,05 1,05 — // - Тариф оплаты за электроэнергию
/>,
руб/кВт 1,48 1,48 — // - Коэффициент полезного действия КПД 0,95 0,95 Паспорт станка Цена (себестоимость изготовления) единицы инструмента в год
Ци,
руб 18000 600 Данные производства Коэффициент транспортно-заготовительных расходов на доставку инструмента
Ктр 1,02 1,02 Данные кафедры «ЭО и УП» Выручка от реализации изношенного инструмента по цене металлолома
Ври,
руб - 120 — // - Количество переточек инструмен. до полного износа
Нпер 10 Данные производства Стоимость одной переточки
Спер, руб 50 — // - Коэффициент случайной убыли инструмента
Куб 1,2 1,2 — // - Стойкость инструмента между переточками
Ти,
час - 16 — // - Цена (себестоимость изготовления) единицы приспособления
Цп,
руб 20000 20000 — // - Коэффициент, учитывающий затраты на ремонт приспособления
/> 1,5 1,5 — // - 1 2 3 4 5 Выручка от реализации изношенного приспособления
Вр, пр,
руб 4000 4000 — // - Количество приспособлений, необходимое для производства годовой программы деталей
Нпр,
шт 10 10 — // - Физический срок службы приспособления
/> 5 5 — // - Коэффициент загрузки приспособления выполнением данной операции
Кз=Кз.ст 0,96 0,9 — // - Расход на СОЖ (1000…1200 руб на 1 станок в год)
Цсм 1200 1200 — // - Удельный расход воды для охлаждения на один час работы станка
Ув,
м3/час 0,6 0,6 Данные кафедры «ЭО и УП»
Тариф платы за 1 м3 воды
Цв, руб 1,2 1,2 — // - Удельный расход сжатого воздуха за 1 час работы установки, приспособления
Усж,
м3/час 0,1 0,1 — // -
Тариф платы за 1 м3 сжатого воздуха
Цсж, руб 0,12 0,12 — // - Площадь, занимаемая одним станком
Руд,
м2 16 16 — // - Коэффициент, учитывающий дополнительную площадь
/> 2 2 — // -
Стоимость эксплуатации 1/>площади зданий в год
/> 2000 2000 — // - Норма обслуживания станков одним наладчиком
/> 10 10 — // - Специализация оборудования  Спец.  Спец. — // - Коэффициент транспортно-заготовительных расходов
Кт.з 6,5 6,5 — // - Физический срок службы детали (долговечность), если он повышается
Тд,
лет Т 1,2Т Расчет Материал детали (заготовка) ВЧ70-03 ВЧ70-03 Данные производства Масса детали
/> 17 17 — // - Стоимость 1 кг материала
Цм, руб 30 30 — // - Вес отходов (стружки)
Мотх, кг 2,8 2,8 — // - Цена 1 кг отходов
Цотх, руб 0,85 0,85 — // - Трудоемкость проектирования техники, технологии
Тпр,
чел-час 800 800 — // - Часовая заработная плата конструктора, технолога
Зчас,
руб/час 35 35 — // - Численность рабочих Р, чел 2 2 — // -
5.4 Расчет капитальныхвложений
Таблица 8 — Расчеткапитальных вложений (инвестиций)Показатели, ед.изм. Расчетные формулы и расчет Значение показателей Проект. вариант 1 2 3 Прямые капитальные вложения в основное технологическое оборудование, руб
/>
/> 656180 Затраты на проектирование, руб
/>
/> 28000 Затраты на доставку и монтаж оборудования, руб
/> 131240 Затраты на транспортные средства, руб
/> 32800 Итого: сопутствующие капитальные вложения, руб
/>=28000+131240+32800=
=192000 192000 Общие капитальные вложения, руб
/>
Кобщ=656180+192000=848180 848180

5.5 Расчеттехнологической себестоимости операции
Таблица 9 — Расчеттехнологической себестоимости сравниваемых вариантовПоказатели Расчетные формулы и расчет Значение показателей Базовый Проект. 1 2 3 4  Расходы на материалы, руб
 /> 3315 3315  Основная заработная плата рабочих – операторов, руб
/>
/>/> 0,705 0,645 Основная заработная плата наладчика, руб
/>/>/> 0,040 0,037 ИТОГО: основная заработная плата, руб
/>
/>
/> 0,745 0,682 Отчисления на социальное страхование, руб
/>
/>
/> 0,265 0,243 Затраты на текущий ремонт оборудования, руб
/> 
/>/> 0,7 0,9 Расходы на технологическую энергию, руб
/>
/>/> 0,051 0,003 Расходы на инструмент, руб
/>/>
/>
/> 0,092 0,067 Расходы на содержание и эксплуатацию приспособлений, руб
/>
/>
/> 0,213 0,2 Расходы на смазочные, обтирочные материалы и СОЖ, руб
/>
/>
/> 0,0049 0,0046 Расходы на воду технологическую, руб
/>
/>
/> 0,0118 0,0111 Расходы на сжатый воздух, руб
/>
/>
/> 0,00019 0,00018 Расходы на содержание и эксплуатацию производственной площади, руб
/>
/>
/> 0,259 0,237 ИТОГО: расходы на содержание и эксплуатацию оборудования
/>
/>/> 1,33189 1,42288
5.6 Калькуляциясебестоимости обработки детали на операции
Таблица 10 — Калькуляциясебестоимости обработки по вариантам технологического процессаСтатьи затрат Затраты, руб. Изменения базов. проект. +,- Материал за вычетом отходов 3315 3315 Основная заработная плата операторов и наладчиков 0,745 0,682 +0,063 Начисление на зарплату 0,265 0,243 +0,022 Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования 1,33189 1,42288 -0,091 Итого технологическая себестоимость 3317,342 3317,348 -0,006
Общецеховые накладные расходы
/> 1,6 1,47 +0,13
Итого цеховая себестоимость
/> 3318,942 3318,818 +0,124
Заводские накладные расходы
/> 1,118 1,023 +0,095
Итого заводская себестоимость
/> 3320,06 3319,841 +0,219
Внепроизводственные расходы
/> 166,003 165,992 +0,011
Всего полная себестоимость
/> 3486,063 3485,833 +0,23
5.7 Расчет показателейэкономической эффективности проектируемого варианта
 
При проектировании новойтехники или новых технологических процессов, повышающих долговечность деталей,ожидаемая прибыль определяется по формуле:
/>,
где /> — отношение сроковслужбы детали, соответственно, по проектируемому и базовому вариантам;
Сбаз –себестоимость в базовом варианте без учета затрат на материалы, Сбаз=171,063;
Спр –себестоимость в проектируемом варианте без учета затрат на материалы, Спр=170,833.
/> (руб).
Налог на прибыль:
/>,
Кнал –коэффициент налогообложения прибыли, принимается Кнал=0,24
/> (руб).
Чистая ожидаемая прибыль:

/>,
/> (руб).
Определяем срококупаемости капитальных вложений, необходимых для осуществления проектноговарианта:
/>,
/> ≈1/6 (года).
Вывод: в результатевнедрения модернизированного станка в действующее производство и капитальныевложения в размере 848180 руб., предприятие получит прибыль от снижениясебестоимости и, главным образом, от увеличения долговечности коленчатого валав размере 5235275 руб, причем затраты окупятся через два месяца.