Розробка електронної моделі підготовки виробництва триступеневого конічно-циліндричного редуктора

МIНIСТЕРСТВО ОСВIТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНIЧНИЙ УНIВЕРСИТЕТ Німецький технічний факультет Кафедра «СПУіМ»

БАКАЛАВРСЬКА РОБОТА Тема роботи: Розробка електронної моделі підготовки виробництва триступеневого конічно-циліндричного редуктора

Виконавець Студент групи Князєв Я.І.

Керівник Горобець І.О.

Нормоконтроль Сулєйманов С.Л.

ДОНЕЦЬК 2009

РЕФЕРАТ

Бакалаврська робота: 102 сторінки, 22 таблиці, 25 рисунків, 18 джерел, 2 додатки .

Об'єкт дослідження — редуктор привода скребкового конвеєра .

Ціль роботи: підвищення ефективності конструкторсько-технологічної підготовки виробництва привода стружковбирального конвеєра.

Задачі:

Розрахунок елементів редуктора, розробка робочих і складальних креслень виробу і деталі;

Аналіз точності деталі та розробка креслення вимірювального пристрою;

Проектування технологічного процесу виготовлення деталі, розробка технологічної документації;

Динамічний аналіз МУВП, розробка імітаційної моделі та її аналіз засобами «Simulink» .

У бакалаврській роботі необхідно провести розрахунок вихідних даних для проектування привода, а також розрахунок елементів редуктора і проектування вузлів виробу з визначенням властивостей об'єкту.

При виконанні даної роботи необхідно розробити 3D — модель вузла та виробу. Також необхідно провести аналіз складальної одиниці, та розробити креслення вимірювального пристрою.

У даній бакалаврській роботі необхідно провести динамічний аналіз муфти МУВП, розробити імітаційну модель та виконати її аналіз засобами «Simulink» .

Розроблено: креслення приводу, складальне креслення редуктора в трьох проекціях і робочі креслення деталей.

ПРИВОД, РЕДУКТОР, СКЛАДАЛЬНА ОДИНИЦЯ, КРИШКА, ВАЛ, ШЕСТІРНЯ, КОЛЕСО ЗУБЧАСТЕ, ШПОНКА, ПІДШИПНИК, МУФТА, КАЛІБР, ДОПУСК, ВІДХИЛЕННЯ, ПОСАДКА, НАТЯГ, ЗАЗОР, ТЕХНІЧНІ ВИМОГИ, РОЗМІР, З'ЄДНАННЯ, ЗАГОТОВКА, СТАНОК, ЗУБЧАТЕ КОЛЕСО, ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ПРОЦЕС, КАРТИ НАЛАДОК, РЕЖИМИ РІЗАННЯ, ОСНАЩЕННЯ, ДЕТАЛЬ, ПРИПУСКИ, ЧАС ОБРОБКИ, СОБІВАРТІСТЬ, МОМЕНТ ІНЕРЦІЇ, КРУТИЛЬНІ КОЛИВАННЯ

ЗМІСТ

• ВСТУП
• 1. КОНСТРУКТОРСЬКА ПІДГОТОВКА ВИРОБНИЦТВА
• 1.1 Визначення вихідних даних до розрахунку редуктора
• 1.1.1 Вибір і перевірка електродвигуна
• 1.1.2 Розрахунок загального і поодиноких передатних відношень редуктора
• 1.1.3 Розрахунок частот обертання, потужностей і обертальних моментів на валах
• 1.1.4 Вибір розрахункового навантаження
• 1.2 Проектування конічної передачі
• 1.2.1 Вибір матеріалів для виготовлення колеса і шестерні
• 1.2.2 Приблизне визначення граничних та допустних напруг для матеріалів конічної передачі
• 1.2.3 Наближений проектувальний розрахунок головного і основних параметрів передач з умови забезпечення контактної міцності зубів
• 1.3 Розрахунок циліндричних передач
• 1.3.1 Наближений проектувальний розрахунок головного і основних параметрів передач з умови забезпечення контактної міцності зубів
• 1.3.2 Перевірочний розрахунок конічної зубчатої передачі
• 1.3.3 Перевірочний розрахунок циліндричних зубчатих передач
• 1.4 Конструювання зубчатих коліс
• 1.5 Проектування валів
• 1.5.1 Проектний розрахунок валу
• 1.5.2 Визначення навантажень, що діють на вал
• 1.5.3 Наближений розрахунок валу
• 1.6 Проектування вузлів підшипників кочення
• 1.6.1 Вибір підшипників кочення
• 1.6.2 Розрахунок підшипників кочення

1.7 Вибір і розрахунок муфт

• 1.8 Змазування передач
• 2. МЕТРОЛОГІЧНА ПІДГОТОВКА ВИРОБНИЦТВА
• 2.1 Технічний опис складальної одиниці
• 2.2 Початкові дані
• 2.3 Технічні вимоги до складальної одиниці
• 2.4 Розмірний аналіз складальної одиниці
• 2.5 Розрахунок розмірів калібрів для гладкого циліндричного з'єднання
• 3. ТЕХНОЛОГІЧНА ПІДГОТОВКА ВИРОБНИЦТВА
• 3.1 Анализ технологичности конструкции детали
• 3.2 Визначення типу виробництва
• 3.3 Вибір способу отримання заготівки
• 3.4 Вибір маршруту обробки деталі
• 3.5 Розрахунок припусків на обробку деталі
• 3.6 Вибір ріжучого інструменту
• 3.7 Вибір металорізальних верстат
• 3.8 Розрахунок режимів різання
• 3.9 Розробка управляючої програми
• 3.10 Аналіз розмірного ланцюга
• 3.11 Нормування технологічного процесу
• 3.12 Економічне зрівняння технологічного процесу
• 4. ІНЖЕНЕРНІЙ АНАЛІЗ ОБ'ЄКТУ ВИРОБНИЦТВА
• 4.1 Опис об'єкту моделювання
• 4.2 Розробка структурної схеми об'єкту
• 4.3 Обгрунтування допущень, прийнятих в системі
• 4.4 Розробка фізичної і математичної моделі об'єкту
• 4.5 Розробка схеми моделі в Simulink
• ВИСНОВКИ
• ПЕРЕЛІК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

ВСТУП

Рівень розвитку машинобудування — один з найзначніших чинників технічного прогресу, оскільки корінні перетворення в будь-якій сфері виробництва можливі лише в результаті створення досконаліших машин і розробки принципово нових технологій. Розвиток і вдосконалення технології виробництва сьогодні тісно пов’язані з автоматизацією, створенням робототехнічних комплексів, широким використанням обчислювальної техніки, вживанням устаткування з числовим програмним управлінням. Функціонування цієї системи забезпечується за допомогою сучасних САПР, тісно пов’язаних одна з одною — взаємодія CAD-, CAMта CAE-систем.

В умовах сучасного виробництво виникає завдання понизити терміни і витрати на виготовлення продукції. Причому зниження тривалості і витрат виробництва повинне здійснюватися не лише на етапі виготовлення, але і значною мірою на етапі проектування і розробки технічної документації. Це можна здійснити з використанням сучасних САПР. У даній бакалаврській роботі підготовка технічної документації здійснювалася за допомогою пакетів програм компанії АСКОН — САПР «ВЕРТИКАЛЬ» і «КОМПАС 3d». Використання даного інструменту дозволяє сучасному інженерові скоротити етап підготовки виробництва у декілька разів.

Комп’ютерна технологія покликана не тільки автоматизувати традиційно існуючі технологічні ланки, а принципово змінити саму технологію проектування та виробництва продукції на основі настроюваних багатоваріантних систем прийняття технічних рішень. Тільки в цьому випадку можна очікувати скорочення строків створення виробів, зниження витрат на весь життєвий цикл виробу, покращення якості виробів.

При створенні високотехнологічних виробів, в основі організації комп’ютерної технології знаходиться створення повної електронної моделі виробу на основі створення тримірних електронних моделей, це відкриває ширші можливості для створення більш якісної продукції та в більш стислі строки. Основою цієї системи є електрона модель підготовки виробництва, яка включає до свого складу 3D-моделі виробу, збірних одиниць та окремих деталей, усі необхідні креслення з технічними вимогами, необхідний комплект технологічної документації, а також засоби метрологічного контролю.

Якість виготовляємої продукції істотно підвищується лише при використанні єдиного підходу проектування підготовки виробництва, а саме поєднання конструкторської і технологічної частин проектування. У сучасних умовах проектування даний підхід стає максимально здійсненним завдяки створенню та використанню CAD, CAM і CAE систем, що дозволяє повністю автоматизувати процес проектування, істотно підвищує продуктивність праці, а також знижує собівартість продукції.

1. КОНСТРУКТОРСЬКА ПІДГОТОВКА ВИРОБНИЦТВА

Вихідні дані для підготовки виробництва триступінчатого редуктора представимо у вигляді таблиці.

Таблиця 1.1. Вихідні дані для підготовки виробництва триступінчатого редуктора

Вибір розрахункового навантаження буде виконуватися за допомогою діаграми навантаження, представленій на рисунку 1.1.

Рисунок 1.1. Діаграма навантаження редуктора Рисунок 1.2. Схема привода

1.1 Визначення вихідних даних до розрахунку редуктора

1.1.1 Вибір і перевірка електродвигуна

Розраховуємо необхідні дані для вибору електродвигуна.

Потужність електродвигуна на виході:

(1.1)

Необхідна потужність електродвигуна:

(1.2)

де — коефіцієнт корисної дії привода.

(1.3)

де — к. к. д. муфти, ;

— к. к. д. ущільнення, ;

— к. к. д. пари підшипників, ;

— к. к. д. конічної передачі, ;

— к. к. д. циліндрової передачі.

Необхідна потужність електродвигуна:

.

Частота обертання вихідного валу:

(1.4)

Визначимо ділильний діаметр зірочки:

(1.5)

Частота обертання електродвигуна визначається по формулі:

(1.6)

де — передавальне відношення приводу; - частота обертання вихідного валу редуктора. Діапазон можливих передавальних чисел приводу:

Визначуваний діапазон можливих частот обертання двигуна:

Вибираємо електродвигун.

Таблиця 1.2. Вибір електродвигуна

Приймаємо асинхронний електродвигун серії 4А з короткозамкнутим ротором — 4A 100S2 У3 з кріпленням на лапках.

Схему електродвигуна покажемо на рисунку 1.3.

Рисунок 1.3. Електродвигун 4А160М4У3

Таблиця 1.3. Розміри електродвигуна 4А160М4У3

Перевіримо умову можливості запуску електродвигуна під навантаженням:

;

3,78?1,3 4?2;

4,914<8.

Умова виконується, тобто даний електродвигун можна використовувати з даним редуктором.

1.1.2 Розрахунок загального і поодиноких передатних відношень редуктора

Визначимо загальне передатне число редуктора:

(1.7)

Приймаємо

Передатне число редуктора:

1.1.3 Розрахунок частот обертання, потужностей і обертальних моментів на валах

Визначимо частоти обертання валів:

;

;

;

Визначимо потужність на валах редуктора:

;

;

;

.

Визначимо кутові швидкості зубчатих коліс і шестерень по формулі:

; (1.8)

;

;

;

Обертальний момент визначимо по формулі:

; (1.9)

;

;

1.1.4 Вибір розрахункового навантаження

Визначаємо загальний час роботи редуктора приводу по формулі:

(1.10)

де — час роботи редуктора, =10 років; - число робочих днів в році, n_р.д=300; - число змін, =3; - тривалість зміни, =8; - коефіцієнт використання приводу, =0,6.

.

Визначимо число циклів навантаження на всіх ступенях редуктора:

(1.11)

де — число циклів вантаження на всіх ступенях редуктора.

;

;

;

.

Оскільки число навантажень на кожному ступені 1,2 3 і 4 валів перевищує значення, то розрахунок ведемо по першому ступеню діаграми.

Визначимо номінальний момент на валах:

; (1.12)

;

;

Результати розрахунку початкових даних представимо у вигляді таблиці.

Таблиця 1.4. Кінематичні і силові параметри редуктора

1.2 Проектування конічної передачі

Початковими даними для проектування є:

обертальний момент на валу колеса, Т₂=0,0722 кН· м;

частота обертання шестерні, n₁=2880 об/хв;

передатне число u₁₋₂=5.

1.2.1 Вибір матеріалів для виготовлення колеса і шестерні

Для нежорстких умов до габаритів передачі вибираємо [2]:

Термообробка: поліпшення;

Твердість поверхні зуба шестерні: HB360.380;

Твердість поверхні зуба колеса: HB300.340;

Матеріал зубів шестерні і колеса — сталь 45 [11];

Механічні властивості матеріалів: _{Нlim =} 670Мпа; _Flim = 590 Мпа.

1.2.2 Приблизне визначення граничних та допустних напруг для матеріалів конічної передачі

Допустна напруга при проектувальному розрахунку на витривалість зубів при вигині визначається по формулі:

(1.13)

де — гранична напруга зубів передач на витривалість.

;

.

Допустна напруга при проектувальному розрахунку на контактну витривалість визначається по формулі:

(1.14)

де — коефіцієнт запасу міцності для зубчатих коліс з однорідною структурою схильних до поліпшення.

;

.

1.2.3 Наближений проектувальний розрахунок головного і основних параметрів передач з умови забезпечення контактної міцності зубів

Діаметр зовнішнього ділильного кола колеса (на додатковому конусі)

(1.15)

де — коефіцієнт, що враховує знижену здатність навантаження конічних передач в порівнянні з циліндричними;

= 1,2+0,2u — для кривозубих коліс.

.

приймаємо рівним 1; - коефіцієнт ширини зубчатого вінця по зовнішній конусній відстані [2];

— коефіцієнт навантаження приймаємо рівним 1,3.

;

Визначення зовнішньої конусної відстані:

.

Вибираємо числа зубів шестерні .

Числа зубів колеса визначимо по формулі:

де — число зубів колеса;

— число зубів шестерні;

— передатне відношення передачі.

.

Визначимо основні розміри коліс передач:

Діаметр ділильного кола:

Шестерні:

.

Колеса:

.

Діаметр окружністі впадин:

Шестерні:

.

Колеса:

Фактичний середній модуль:

.

Діаметр кола виступів:

Шестерні:

.

Колеса:

.

Кути ділильних конусів:

Шестерні:

.

Колеса:

.

Міжосьова відстань:

.

Середня конусна відстань:

.

Ширина зубчатого вінця:

приймаємо .

.

Кут нахилу кругових зубів:

1.3 Розрахунок циліндричних передач

1.3.1 Наближений проектувальний розрахунок головного і основних параметрів передач з умови забезпечення контактної міцності зубів

Розрахунок передачі № 2 і № 3 представимо у вигляді таблиці.

Таблиця 1.5. Результати проектувального розрахунку головного і основних параметрів передач № 2 і № 3

.

1.3.2 Перевірочний розрахунок конічної зубчатої передачі

Призначимо ступінь точності виготовлення зубчатих передач залежно від окружної швидкості:

; (1.16)

.

Приймаємо середній «8» ступінь точності і «6» клас шорсткості.

Уточнення розрахункового навантаження.

Додаткові навантаження враховуються коефіцієнтом навантаження при розрахунку на втому вигину і - при розрахунку на контактну втому.

Перевірочний розрахунок фактичної згинальної напруги.

Перевірка міцності полягає у визначенні фактичної контактної і вигинистої напруги і в порівнянні їх з тими, що допускаються. Значення всіх коефіцієнтів.

Фактична напруга вигину в небезпечних перерізах підстави зубів шестерень визначає по формулі:

Фактична напруга вигину в небезпечному перерізу зуба колеса визначаєтья по формулі:

Величина окружного зусилля розраховується так:

Перевірочний розрахунок фактичної контактної напруги.

Фактичні контактні напруження на робочих поверхнях зубів визначають по формулі [2]:

(1.17)

де — коефіцієнт навантаження.

.

Визначення граничної допустної напруги матеріалу коліс.

Допустна напруга при перевірочному розрахунку на вигинисту витривалість визначає по формулі [2]:

(1.18)

де — коефіцієнт запасу міцності (при ХТО-загартування поліпшенням);

— коефіцієнт довговічності, що враховує зміну ;

— коефіцієнт, що враховує вплив шорсткості перехідної поверхні зубів ;

— коефіцієнт, що враховує чутливість матеріалу до концентрації напруги;

— коефіцієнт, що враховує розмір зубчатого колеса.

;

;

;

; (1.19)

.

Базове число циклів .

Оскільки, то .

Підставивши набутих значень у формулу отримаємо:

.

Допустна напруга при перевірочному розрахунку на контактну витривалість.

Допустна напруга при перевірочному розрахунку на контактну витривалість визначається по формулі [1.20] :

(1.20)

де — коефіцієнт довговічності, що враховує зміну.

;

; (1.21)

.

Базове число циклів .

Оскільки, то .

де — коефіцієнт, що враховує вплив початкової шорсткості;

— коефіцієнт, що враховує вплив окружної швидкості;

— коефіцієнт, що враховує розміри зубчатого колеса.

Підставивши набутих значень у формулу 1.20 отримаємо:

.

1.3.3 Перевірочний розрахунок циліндричних зубчатих передач

Результати перевірочного розрахунку занесемо в таблицю 1.3.2

Таблиця 1.6. Результати перевірочного розрахунку передач № 2 і № 3

З розрахунків видно, що фактична напруга менше допустних.

< ;

< ;

< ;

< ;

< ;

< .

1.4 Конструювання зубчатих коліс

Конструктивна форма коліс залежить від їх розмірів, матеріалу, а також від технології отримання заготівки і механічної обробки.

Спочатку розрахуємо діаметри валів [2]:

; (1.22)

;

;

;

.

Заздалегідь обчислений діаметр валу округлятимемо до найближчого стандартного по [12]: (для з'єднання з валом електродвигуна);;; .

Визначимо розміри конструктивних елементів дискових коліс.

Колесо 2(конічне):

приймаємо стандартне значення с=10 мм;

приймаємо стандартне значення =210 мм;

S=1,1 8,25 = 9,08 мм, приймаємо стандартнe значення S=9 мм;

приймаємо стандартнe значення

приймаємо

приймаємо cтандартнe значення

приймаємо стандартнe значення

R=6 мм .

Рисунок 1.4. Параметри конічного колеса

Колесо 4:

приймаємо

приймаємо

приймаємо стандартне значення

приймаємо стандартне значення ;

;

R=6 мм.

Рисунок 1.5. Параметри циліндричного колеса

Колесо 6:

приймаємо

приймаємо

приймаємо

приймаємо стандартне значення

приймаємо стандартне значення

.

1.5 Проектування валів

1.5.1 Проектний розрахунок валу

Цей розрахунок виконується для попереднього визначення діаметру валу. Діаметр розрахункового перетину валу визначуваний по формулі 1.23:

(1.23)

де — напруга кручення, що допускається .

;;

;.

По приймаємо: (з урахуванням з'єднання з електродвигуном);;; .

1.5.2 Визначення навантажень, що діють на вал

Основними навантаженнями, що діють на вал, є зусилля в зубчатих зачепленнях, а також крутильні моменти. Визначимо сили, що діють в передачах.

Рисунок 1.6. Схема приложения сил к промежуточному валу со стороны зубчатых передач

— окружна сила :

;

— радіальна сила:

;

— осьова сила:

.

Знайдемо реакції опор у вертикальній плоскості:

Знайдемо реакції опор в горизонтальній плоскості:

Рисунок 1.7. Розрахункова схема і епюри крутильних моментів Сумарні моменти:

Сумарні реакції:

1.5.3 Наближений розрахунок валу

Перший небезпечний перетин прийнятий під шестернею, оскільки там концентратор напруги — паз шпони.

Другий небезпечний перетин прийнятий на перепаді діаметрів між колесом і шестернею.

Третій небезпечний перетин прийнятий під колесом, оскільки там концентратор напруги паз шпони. Згідно з [3]:

Еквівалентна напруга [3]:

<

Напруги для матеріалу валу з сталі 40:

Оскільки умови виконуються, то можна вважати, що міцність валу достатня.

1.6 Проектування вузлів підшипників кочення

1.6.1 Вибір підшипників кочення

При виборі підшипників кочення виходять з конкретних умов експлуатації редуктора.

Для валу 1 приймаємо підшипники роликові радіально-упорні 7305.

Для валу 2 приймаємо підшипники роликові радіальноупорні 7305.

Для валу 3 приймаємо підшипники роликові радіальноупорні 7309.

Для валу 3 приймаємо підшипники роликові радіальноупорні 7312.

Таблиця 1.7. Характеристики підшипників

1.6.2 Розрахунок підшипників кочення

Для вибраного підшипника кочення 7305 визначимо по каталогу величини динамічною С і статичній вантажопідйомності С_о, а також користуючись ескізом вантаження опор валу визначимо довговічність підшипника Визначимо приведене навантаження на підшипник:

(1.24)

де — радіальне навантаження на підшипник;

— коефіцієнти приведення ;

— коефіцієнт кільця ;

— коефіцієнт безпеки ;

— температурний коефіцієнт .

Рисунок 1.5. Схема вантаження опор валу осьовими силами

Опора A:

Опора В:

Розраховуємо довговічність більш навантаженого підшипника:

де — динамічне еквівалентне навантаження;

— частота обертання кільця;

— необхідна довговічність;

— величина, залежна від форми кривої втоми.

Оскільки фактична довговічність підшипника перевищує раніше розраховане значення 43 200 годин, то даний підшипник підходить для роботи на вихідному валу.

Змащувальний матеріал: масло індустріальне 40А (розбризкуванням з ванни редуктора).

1.7 Вибір і розрахунок муфт

Муфти є вузлами, що часто визначають надійність і довговічність всієї машини. На вході редуктора використовуємо сполучну муфту пружню втулково — пальцеву, яка служить для з'єднання вхідного валу редуктора з валом електродвигуна. Муфта типу МУВП.

Рисунок 1.6. Муфта пружна втулково-пальцева Вибираємо муфту по розрахунковому моменту Нм, діаметрам кінців валів, які з'єднуються мм.

Матеріал муфти: сталь 35 [11], пальців сталь 45 [11], втулки — спеціальна гума.

На рисунку 1.6 зображена пружна втулково-пальцева муфта. Її розміри приведені в таблиці 1.8.

Таблиця 1.8. Параметри муфти пружній втулково-пальцевій [14]

Перевірочний розрахунок пальців на вигин:

(1.25)

де — розрахунковий момент, Нмм;

— діаметр кільця розташування центрів пальців, мм;

— товщина втулки розпору, мм;

— довжина пружної втулки, мм;

— діаметр пальців, мм;

— кількість пальців;

— напруга, що допускається, при вигині пальців.

Мпа — межа текучості матеріалу пальців;

Мпа.

Мпа.

Перевірочний розрахунок пальців на зминання:

Мпа.

1.8 Змазування передач

У даному редукторі проектується система картера мастила. У корпус редуктора масло заливається так, щоб вінець другої передачі був залитий на 0.5b.

При цьому максимальний об'єм масла, що заливається в редуктор

(1.26)

де B — внутрішня ширина редуктора; B = 270 мм;

L — внутрішня довжина редуктора; L =770 мм;

h_max — максимальна висота масла в корпусі; h_max =53мм.

Мінімальний об'єм масла, що заливається в редуктор:

(1.27)

де h_min — мінімальна висота масла в корпусі;

h_min = 28.

.

Рекомендується, що на 1 кВт передаваній редуктором потужності повинне доводитися приблизно 0,5 л масла.

літрів.

В’язкість масла визначають залежно від контактної напруги і окружної швидкості коліс. Окружна швидкість V=6,782, м/с. Виходячи з цього в’язкість масла приймаємо рівною 22?10^-6м²/c згідно з вибираємо індустріальне масло І-20А.

Змазування підшипників проводиться в редукторі тим же маслом, яким змащуються і зубчаті передачі. При мастилі картера коліс підшипники кочення змащуються бризками масла.

2. МЕТРОЛОГІЧНА ПІДГОТОВКА ВИРОБНИЦТВА

2.1 Технічний опис складальної одиниці

Проміжний вал поз. 1 складальної одиниці (рис. 2.1) призначений для передачі моменту до третього валу редуктора. Передача обертання здійснюється через циліндрову косозубу передачу вал — зубчате колесо (поз.2).

Шестерня (поз.3) виготовляється знімною.

Опори валу — роликопідшипники радіально-упорні № 7305 0-го класу точності навантажені радіальним і осьовим навантаженням.

Збірка валу проводиться в наступній послідовності: на вал надягає конічне зубчате колесо (поз.2), потім дистанційне кільце (поз.4), косозуба шестерня (поз.3), дистанційне кільце (поз.5). Після чого по черзі напресовуються підшипники (поз.6 і 7). Після цього вал встановлюється в редуктор з регулюванням осьової гри за допомогою набору прокладок привертними кришками (поз.8 і 9).

Рисунок 2.1. Складальна одиниця (проміжний вал редуктора)

2.2 Початкові дані

Тип виробництва — одиничний;

Передаванний критильний момент — 0,0722· 10³ Н? м;

Частота обертання вала n =576 об/хв;

Параметри шестерні: m _n = 3 мм; z = 18; в = 10,73⁰; d =54,96 мм; a _w = 200 мм. Навантаження, які діють на підшипникові опори: R_A = 2446 Н; R_B = 1173 Н.

2.3 Технічні вимоги до складальної одиниці

Визначаємо величину бічного зазору і призначаємо вид сполучення для шестерні (поз. 3). Для цього розраховуємо мінімальний необхідний бічний зазор в зубчатому зачепленні [4]:

J_n min? н + a_w (б₁?Дt₁ — б₂?Дt₂)· 2 sinб_w,

де н — бічний зазор для розміщення шаруючи мастила;

a_w — міжосьова відстань швидкохідній ступені.

Дt₁, Дt₂ — різниця між робочою температурою матеріалу зубчатого колеса і корпусу і стандартною нормальною температурою відповідно (Дt₁= 60є-20є = 40єС; Дt₂ = 30є - 20є = 10єС);

б₁, б₂ — коефіцієнти теплового лінійного розширення матеріалу зубчатого колеса і корпусу відповідно (б₁ = 12?10^-6 мм / єС;н = 0,01 ; m_n = 0,01· 3 = 0,030 мм = 30 мкм; б₂ = 10?10^-6 мм/єС);

б _w — кут профілю початкового профілю зуба (б _w = 20є);

J_n min? 0,030 + 200 (12· 10^-6?40 ?10•10^?6?10)•2 sin20? = 0,082 мм = 82 мкм.

Призначаємо вид сполучення C, яке забезпечить мінімальний бічний зазор в зачепленні:

J_n min = 115 мкм > 82 мкм.

Граничне відхилення міжосьової відстані:

f_a = мм = мкм.

В процесі експлуатації зубчата передача повинна працювати плавно, без шуму.

Для нормальної роботи вузла необхідно забезпечити осьову гру — осьове переміщення підшипника з одного крайнього положення в інше. Приймаю осьову гру рівної 0,04.0,07 мм.

2.4 Розмірний аналіз складальної одиниці

Розмірний аналіз складальної одиниці проводитимемо методом регулювання, при якому наказана точність початкового (що замикає) розміру досягається навмисною зміною (регулюванням) величини одного із заздалегідь вибраних составляючих розмірів, званого компенсатором. Для заданої складальної одиниці (рис. 2.2) роль компенсуючих розмірів виконують прокладки.

Рисунок 2.2. Складальний розмірний ланцюг

Для нормальної роботи роликових радіально-упорних підшипників між кришкою і торцем підшипника необхідно забезпечити зазор для компенсації теплового розширення валу. Величину зазору приймаю рівною А₀ = 0,04…0,07 мм. На рисунку 2.2 представлена розмірний ланцюг з ланкою А₀. Ланки  — збільшуючи, — уменшаючи.

Сума розмірів ланок є компенсатором. Номінальні розміри ланок ланцюга, їх характеристики, відхилення і допуски приведені в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1. До розрахунку розмірного ланцюга методом регулювання

Визначуваний номінальний розмір компенсатора:

(2.1)

Розподілимо номінальний розмір до: А₂=2, А₄=2,07 мм. На виготовлення всіх розмірів (деталей) розмірного ланцюга призначаю допуски по 9 квалітету. Визначаємо величини допусків на виготовлення всіх деталей і проставимо граничні відхилення в тіло деталей, тобто по ходу обробки сполученних поверхонь. Ланки А6 і А8 є шириною кільця підшипника і допускного відхилення, його по рівні: es = 0 мм; ei = -0,2 мм = - 200 мкм.

Сума допусків складових ланок:

Допуск замикаючої ланки:

Граничні відхилення компенсатора:

;

;

.

Визначимо величину компенсації :

(2.2)

Перевіряю розрахунок:

.

Розраховую граничні розміри компенсатора:

Приймаю за постійні прокладки.

Кількість змінних прокладок:

Товщина змінних прокладок:

Через велику кількість отриманних прокладок, приймаємо стандартні прокладки 1 прокладки 0,9 мм, і 1 прокладка 0,03 мм.

Таким чином, в комплект входять постійні прокладки товщиною 2,0 мм 1,3 мм, 0,9 мм і 1 змінна прокладка товщиною 0,03 мм.

2.5 Розрахунок розмірів калібрів для гладкого циліндричного з'єднання

У даній курсовій роботі необхідно розрахувати калібр-пробку і калібр-скобу для отвору і для валу .

Для розрахунку розмірів калібрів виберемо по наступні дані:

зсув поля допуску калібру всередину поля допуску деталі Z (Z₁) і (₁);

допустимий вихід розміру зношеного калібру за межу поля допуску калібра-пробки Y і калібра-скоби Y₁;

допуск на виготовлення калібра-пробки H і калібру скоби H₁;

допуск на виготовлення контркалібру для пробки H_p|.

Граничні розміри для отвору :

D_max = D + ES = 25 + 0,021 = 25,021 мм;

D_min = D + EI = 25 + 0 = 25 мм.

По для IT7 і інтервалу розмірів 18…30 мм знаходимо дані для розрахунку калібрів Z = 0,003 мм; Y = 0,003 мм; (= 0 мм; H = 0,004 мм. Формули для розрахунку розмірів калібрів по.

Граничні розміри прохідного нового калібра-пробки:

ПР_max = D_min + Z + H / 2 = 25 + 0,003 + 0,004 / 2 = 25,005 мм;

ПР_min = D_min + Z — H / 2 = 25 + 0,003 — 0,004 / 2 = 25,001 мм.

Виконавчий розмір калібра-пробки ПР 25,005-_0,004.

Найменший розмір зношеного прохідного калібра-пробки:

ПР_ізн = D_min — Y = 25 — 0,003 = 24,997 мм.

Коли калібр ПР матиме цей розмір, його потрібно вилучити з експлуатації.

Граничні розміри непрохідного нового калібра-пробки:

НЕ_max = D_max + H / 2 = 25,021 + 0,004 / 2 = 25,023 мм;

НЕ_min = D_max — H / 2 = 25,021 — 0,004 / 2 = 25,019 мм.

Виконавчий розмір калібра-пробки НЕ 25,023-_0,004. Граничні розміри для валу :

d_max = d + es = 25 + 0,041 = 25,041 мм;

d_min = d + ei = 25 + 0,028 = 25,028 мм.

По для IT6 і інтервалу розмірів 18…30 мм знаходимо дані для розрахунку калібрів (₁ = 0 мм; Z₁ = 0,003 мм; Y₁=0,003 мм; Н₁=0,004 мм; Н_р=0,0015 мм. Формули для розрахунку розмірів калібрів по.

Граничні розміри прохідного нового калібра-скоби:

ПР_max = d_max — Z₁ + H₁ / 2 = 25,041 — 0,003 + 0,004 / 2 = 25,040 мм;

ПР_min = d_max — Z₁ — H₁ / 2 = 25,041 — 0,003 — 0,004 / 2 = 25,036 мм.

Виконавчий розмір калібра-скоби ПР 25,036^+0,004.

Найбільший розмір зношеного прохідного калібра-скоби:

ПР_ізн = d_max + Y₁ = 25,041 + 0,003 = 25,044 мм.

Коли калібр ПР матиме цей розмір, його потрібно вилучити з експлуатації. Граничні розміри непрохідного нового калібра-скоби:

НЕ_max = d_min + H₁ / 2 = 25,028 + 0,004 / 2 = 25,030 мм;

НЕ_min = d_min — H₁ / 2 = 25,028 — 0,004 / 2 = 25,026 мм.

Виконавчий розмір калібра-скобы НЕ 25,026^+0,004. Граничні розміри прохідного контркалібру:

К-ПР_max = d_max — Z₁ + H_p / 2 = 25,041 — 0,003 + 0,0015 / 2 = 25,3 875 мм;

К-ПР_min = d_max — Z₁ — H_p / 2 = 25,041 — 0,003 — 0,0015 / 2 = 25,3 725 мм.

Виконавчий розмір контркалібру К-ПР 25,3 725-_0,0015. Граничні розміри контркалібру для контролю зносу:

К-І_max = d_max + Y₁ + H_p / 2 = 25,041 + 0,003 + 0,0015 / 2 = 25,4 475 мм;

К-І _min = d_max + Y₁ - H_p / 2 = 25,041 + 0,003 — 0,0015 / 2 = 25,4 325 мм.

Виконавчий розмір контркалібру К- ПР 25,3 725-_0,0015. Граничні розміри непрохідного контркалібру:

К-НЕ_max = d_min + H_p / 2 = 25,028 + 0,0015 / 2 = 25,2 875 мм;

К-НЕ _min = d_min - H_p / 2 = 25,028 — 0,0015 / 2 = 25,2 725 мм.

Виконавчий розмір контркалібру К- НЕ 25,2 725-_0,0015.

Таблиця 2.2. Розрахунок розмірів калібрів

Побудуємо схеми полів допусків на виготовлення калібра-пробки (рис. 2.3) і калібра-скоби (рис. 2.4)

Рисунок 2.3. Схема полів допусків на виготовлення калібра-пробки Рисунок 2.4. Схема полів допусків на виготовлення калібра-скоби

3. ТЕХНОЛОГІЧНА ПІДГОТОВКА ВИРОБНИЦТВА

3.1 Аналіз технологічності конструкції деталі

Досліджувана деталь — циліндрове прямозубе зубчате колесо. Матеріалом деталі є конструкційна вуглецева сталь 45 ГОСТ 1050–88. Дана сталь застосовна для вал-шестерен, колінчастих і розподільних валів, шестерень, шпінделів, бандажів, циліндрів, кулачків і інших нормалізованих, покращуваних і таких, що піддаються поверхневій термообробці деталей, від яких вимагається підвищена міцність. Хімічний склад стали, механічні, фізичні і технологічні властивості приведені таблицях нижче.

Таблиця 3.1. Хімічний склад сталі 45

При проектуванні деталі витримані всі вимоги стандартів по ГОСТ 2.403−75.

Необхідна твердість (300…340 НВ) досягається поліпшенням.

При серійному виробництві доцільніше застосовувати штампування в прикладних штампах, що дозволяє конфігурація деталі.

Як конструкторська і технологічна бази при обробці зубів колеса прийнята циліндрова поверхня; як вимірна — вісь колеса. Це є нетехнологічним, оскільки порушується принцип єдності баз.

При виготовленні деталі використовується в основному стандартне технологічне оснащення.

На кресленні деталі є всі види, перетини і розрізи необхідні для того, щоб представити конструкцію деталі.

Замінити деталь збірним вузлом або армованою конструкцією представляється недоцільним.

Всі поверхні деталі доступні для обробки і вимірювань. Можливе використання високопродуктивного устаткування і стандартного технологічного оснащення.

Умови для урізування і виходу ріжучого інструменту забезпечені конструкцією деталі. Всі отвори деталі є крізними.

Нетехнологічних елементів конструкція деталі не має, а також не виникає труднощів при витримці заданих допусків на розміри і необхідної шорсткості. Величина радіального биття не повинна перевищувати 0,05мм|. Приймаються допуски на торцеве биття 0,06мм|. Допуск круглої і циліндричності центрального отвору складає 0,01мм|. При витримці цих вимог технологічних труднощів не виникає.

На центральному отворі колеса передбачені західні фаски, які полегшують його монтаж при виготовленні і збірку при застосуванні.

Найбільш точною поверхнею деталі є поверхня Ш71H7. Забезпечення цієї точності вимагає обробки абразивним інструментом. Точність отвору відповідає точності зубчатого вінця. Дана поверхня є базою, що робить деталь технологічною.

В цілому деталь є технологічною.

3.2 Визначення типу виробництва

Розрахуємо такт випуску по відомих залежностях:

(3.1)

де — річний дійсний фонд часу роботи устаткування;

— коефіцієнт, що враховує втрати по організаційних причинах, =0,75; - програма випуску деталей за рік, = 150 шт.

Fg=Fn (1-P/100),(3.2)

де Fn — номінальний річний фонд часу;

Р — величина простоїв устаткування по організаційно-технічних причинах. Приймаємо Р=10% .

Fn=(Д_пр•ц_пр+ Д_ц)? с, (3.3)

де Д_пр — число передсвяткових днів в році;

ц_пр — тривалість зміни в передсвяткові дні;

Д_ц — число повних робочих днів в році;

Д_пр — тривалість зміни в робочі дні;

с — кількість робочих змін.

При п’ятиденному робочому тижні (тривалістю 40 годин) загальна кількість робочих днів в 2009 році складає:

Np=366−114=252, (3.4)

114 — кількість неробочих і святкових днів.

Тоді, враховуючи число робочих змін с =2; тривалість зміни ц_пр =8 годин; тривалість зміни в передсвятковий день ц_пр=7 годин; кількість передсвяткових днів Д_пр=6; кількість повних робочих днів Д=246, отримаємо:

Fn=(7?6 + 246?8)?2 = 4020 год.;

Fg= 4020 (1−0,1)= 3618 год.;

сер/шт.

Визначимо коефіцієнт серійності по формулі:

K_l=, (3.5)

де — середня величина штучного часу на механічну обробку.

K_l=

Тоді, тип виробництва — середньо серійний.

3.3 Вибір способу отримання заготівки

Метод отримання заготівки деталі, його доцільність і економічна ефективність визначається такими чинниками, як форма деталі, її матеріал, габаритні розміри деталі, річна програма випуску деталі. Виходячи з конструкції деталі, типу виробництва, заготівка може бути отримана одним з методів: литвом, куванням або штампуванням.

Оскільки матеріал заготівки — сталь 45 не є придатною для литва, то метод отримання заготівки з литва неприйнятний.

Слід зазначити що сталь 45 добре деформується. Тому виходячи з величини річної програми випуску деталей, особливості конструкції деталі одним з методів отримання заготівки вибираємо штампування в підкладних штампах. Штампування на ГКМ неприйнятне оскільки при даному способі виготовлення виникає необхідність покупки дорогого устаткування.

Обчислимо розрахункову масу поковки:

кг, де М_Д — маса деталі;

k_p — коефіцієнт для орієнтовної розрахункової маси поковки.

Виходячи з конфігурацій заготівки визначуваний:

— Група стали — М1;

— Клас точності - Т4.

Для визначення ступеня складності поковки розрахуємо відношення маси поковки до маси простої геометричної фігури, в яку можна вписати деталь:

;

.

Згідно графіку отримуємо ИИ=13.

На підставі початкового індексу визначаємо допуски і припуски і складаємо таблицю.

Таблиця 3.2. Вибір припусків і допусків на оброблювані розміри

Визначимо масу заготівки по залежності:

G3= с? V? K ,(3.6)

де с=7810 — густина метала, кг/м³;

К — коефіцієнт, що враховує відходи металу;

V₃— об'єм заготівки, який дорівнює сумі об'ємів заготівки.

G₃=7810?0,004?1,1=34,4 кг.

Визначимо коефіцієнт використання металу по формулі:

,(3.7)

де Ggмаса деталі.

Технічні вимоги на заготівку: Штампувальні радіуси 4 мм, штампувальні ухили для зовнішніх поверхонь 7?, для внутрішніх поверхонь 10?, допустима величина зсуву частин штампів 1,4 мм, допустима величина залишкового облоя 1,6 мм.

Рисунок 3.1 - Ескіз заготівки поковки колеса

3.4 Вибір маршруту обробки деталі

Враховуючи точність і якість поверхонь деталі розробимо маршрут їх обробки.

Таблиця 3.3. Маршрутна карта обробки зубчатого колеса

Використовуючи результати розробки МОН, приведемо перелік операцій технологічного процесу в їх технологічній послідовності. Представимо його виді таблиці.

Таблиця 3.4. Операційна карта обробки зубчатого колеса

3.5 Розрахунок припусків на обробку деталі

Припуск — шар матеріалу, який віддаляється з поверхні заготівки в цілях досягнення заданих властивостей оброблюваної поверхні деталі.

Проміжні допущення мають дуже важливе значення в процесі розробки технологічних операцій механічної обробки деталей. Правильне призначення допущень на обробку заготівки забезпечує економію матеріальних і трудових ресурсів, якість продукції, яка випускається, знижує собівартість виробів.

Визначення елементів припуску і заповнення розрахункової таблиці для діаметрального розміру O71Н7.

Етапи обробки поверхні:

1. Отримання заготівки куванням в підкладних штампах;

2. Чорнове розточування H12;

3. Чистове розточування H10;

4. Чорнове шліфування H8;

5. Чистове шліфування H7.

Таблиця 3.5. Величини нерівностей для різних видів обробки

Для заготівки сумарна похибка визначається по формулі:

, (3.8)

де — похибка жолоблення; - похибка зсуву штампів.

Згідно [1]: мкм; мкм.

мкм.

Для подальших переходів сумарна похибка визначається по формулі:

, (3.9)

де — коефіцієнт уточнення.

Для чорнового точіння: ;

Для чистового точіння: ;

Для чорнового шліфування: ;

Для чистового шліфування:

мкм;

;

мкм.

Погрішність установки розраховується по формулі:

(3.10)

де — погрішність базування;

— погрішність закріплення.

При установці в трикулачковому самоцентрующому патроні

Величину припуску для всіх переходів розраховуємо по формулі:

; (3.11)

;

;

;

.

Дані розрахунків заносимо в таблицю.

Таблиця 3.6. Результати розрахунку припусків

Операцiйнi розмiри визначаються таким чином:

мм;

мм;

мм;

мм.

Розміри припуска розраховуються по наступних формулах:

; (3.12)

; (3.13)

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм.

Побудуємо схему розташування допусків і припусків для розмір внутрішнього отвору Ш71H7.

Для останніх поверхонь заготівки результати розрахунків заносимо в таблицю 3.5.3.

Таблиця 3.7. Результаті визначення операційних розмірів

Рисунок 3.2. Схема розташування припусків і допусків для діаметрального розміру Ш71Н7

3.6 Вибір ріжучого інструменту

Видалення припуску із заготівки здійснюється за допомогою ріжучого інструменту. Згідно з виберемо ріжучій інструмент. Результаті вибору ріжучого інструменту представлені в таблиці 3.6.1.

Таблиця 3.8. Результати вибору ріжучого інструменту

3.7 Вибір металорізальних верстат

Враховуючи кількість деталей в партії, тип виробництва і матеріал заготівки, для обробки зовнішніх циліндрових поверхонь можна використовувати верстати токарної групи.

Вибираємо токарно-револьверний верстат 1Г340. Токарно-револьверний верстат 1Г340 з горизонтальною віссю повороту револьверної головки призначено для високопродуктивної обробки в патроні сталевих виробів. Ріжучий інструмент з твердих сплавів, необхідний для обробки виробу, закріплюється у восьми позиціях револьверної головки і в одній позиції поворотної різцевої головки поперечного супорта.

Для обробки отворів застосовуються верстати свердлильної групи. Вибираємо радіально-свердлильний верстат 257 призначений для свердління в суцільному матеріалі, розсвердлювання, зенкерування, розгортання.

Для виконання зубофрезерної операції вибираю зубофрезерний верстат моделі 53А50.

Для обробки паза шпони вибираю верстат 7Б57.

Для досягнення необхідної точності отвору 3 застосовуємо внутрішліфувальний верстат моделі 3К228В|.

Результати вибору металообробних верстатів представлені в таблиці 3.7.1.

Таблиця 3.9. Результати вибору металорізальних верстат