Дипломная работа: 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-,CAM- та 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

1.1.1 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 [1].

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:

;

3,78۰1,3 4۰2;

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

Початковими даними для проектування є:

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

-  частота обертання шестерні, n₁=2880 об/хв;

-  передатне число u_1-2=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: s_{Нlim =} 670Мпа; s_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:

1.3.1 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 [2].

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 [2].

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

.

1.5.1 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 [12] 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.

1.6.1 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 радіально- упорні 7305.

Для валу 3 приймаємо підшипники роликові радіально- упорні 7309.

Для валу 3 приймаємо підшипники роликові радіально- упорні 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 43200 годин, то даний підшипник підходить для роботи на вихідному валу.

Змащувальний матеріал: масло індустріальне 40А [13] (розбризкуванням з ванни редуктора).

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 [4]. 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.

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 22۰10^-6м²/c згідно з [13] 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

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)

Тип виробництва – одиничний;

Передаванний критильний момент – 0,0722·10³ Н۰м;

Частота обертання вала n =576 об/хв;

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

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} ≥ ν + a_w (α₁۰Δt₁ – α₂۰Δt₂ )·2 sinα_w,

де ν – бічний зазор для розміщення шаруючи мастила;

a_w – міжосьова відстань швидкохідній ступені.

Δt₁, Δt₂ – різниця між робочою температурою матеріалу зубчатого колеса і корпусу і стандартною нормальною температурою відповідно (Δt₁= 60º-20º = 40ºС; Δt₂ = 30º - 20º = 10ºС);

α₁, α₂ – коефіцієнти теплового лінійного розширення матеріалу зубчатого колеса і корпусу відповідно ( α₁ = 12۰10^-6 мм / ºС;ν = 0,01 ; m_n = 0,01·3 = 0,030 мм = 30 мкм; α₂ = 10۰10^-6 мм/ºС);

α _w – кут профілю початкового профілю зуба (α _w = 20º );

J_{n min} ≥ 0,030 + 200 (12·10^─6۰40 −10∙10⁻⁶۰10)∙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.

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=2,07мм. 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 [15] 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.

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

Для розрахунку розмірів калібрів виберемо по [5] наступні дані:

–  зсув поля допуску калібру всередину поля допуску деталі Z (Z₁) і a (a₁);

–  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 [5] для IT7 і інтервалу розмірів 18…30 мм знаходимо дані для розрахунку калібрів Z = 0,003 мм; Y = 0,003 мм; (a= 0 мм; H = 0,004 мм. Формули для розрахунку розмірів калібрів по [5].

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 [5] для IT6 і інтервалу розмірів 18…30 мм знаходимо дані для розрахунку калібрів (a₁ = 0 мм; Z₁ = 0,003 мм; Y₁=0,003 мм; Н₁=0,004 мм; Н_р=0,0015 мм. Формули для розрахунку розмірів калібрів по [5].

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 = 25,03875 мм;

К–ПР_min = d_max – Z₁ – H_p / 2 = 25,041 – 0,003 – 0,0015 / 2 = 25,03725 мм.

Виконавчий розмір контркалібру К–ПР 25,03725_–0,0015. Граничні розміри контркалібру для контролю зносу:

К–І_max = d_max + Y₁ + H_p / 2 = 25,041 + 0,003 + 0,0015 / 2 = 25,04475 мм;

К–І _min = d_max + Y₁ – H_p / 2 = 25,041 + 0,003 – 0,0015 / 2 = 25,04325 мм.

Виконавчий розмір контркалібру К– ПР 25,03725_–0,0015. Граничні розміри непрохідного контркалібру:

К–НЕ_max = d_min + H_p / 2 = 25,028 + 0,0015 / 2 = 25,02875 мм;

К–НЕ _min = d_min – H_p / 2 = 25,028 – 0,0015 / 2 = 25,02725 мм.

Виконавчий розмір контркалібру К– НЕ 25,02725_–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 Ø71H7. 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.

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∙φ_пр+ Д_φ)· с, (3.3)

де Д_пр – число передсвяткових днів в році;

φ_пр - тривалість зміни в передсвяткові дні;

Д_φ – 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 φ_пр =8 годин; тривалість зміни в передсвятковий день φ_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 [1] 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= ρ· V· K ,(3.6)

де ρ=7810 - густина метала, кг/м³;

К - коефіцієнт, що враховує відходи металу;

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

G₃=7810۰0,004۰1,1=34,4 кг.

Визначимо коефіцієнт використання металу по формулі:

,(3.7)

де Gg- маса 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

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 Ø71H7.

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 Ø71Н7

3.6 Вибір ріжучого інструменту

Видалення припуску із заготівки здійснюється за допомогою ріжучого інструменту. Згідно з [9] 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

3.8 Розрахунок режимів різання

Розрахуємо режими різання для розсвердлювання отвору Ø56.

Свердлення, зенкерування і розгортання є найбільш поширеними| технологічними способами обробки круглих отворів.

Свердлення (рис.3.3) - основний метод утворення отворів в металі оброблюваних заготовок.

Рисунок 3.3. Схема різання при свердленні і розсвердлюванні

При свердленні, як правило, використовуються стандартні свердла, що мають дві ріжучі кромки, розташовані діаметрально щодо один одного.

Просвердлені отвори найчастіше не мають абсолютно правильної циліндричної форми. Їх поперечні перерізи представляють форму овалу, а подовжні - невелику конусність.

Глибина різання.

При свердленні глибина різання приймається t=0,5D, а при розсвердлюванні, зенкеруванні або розгортанні t=0,5(D-d), де D-діаметр інструменту, мм; d - діаметр попереднього отвору, мм.

t=0,5(D-d)=0,5(56-40)=8 мм.

Подача.

Подачу призначаю керуючись додатком [5] S=0.8 мм/об.

Призначена подача має бути скоректована по паспорту вибраного верстата. При цьому необхідно витримати умову: S_ст <S, де S_ст - остаточно встановлене по паспорту значення подачі. S_cт=0,8 мм/об.

Швидкість різання.

Швидкість різання, м/хв, визначається:

, (3.14)

де D - діаметр свердла, зенкера або розгортки, мм;

Kv - загальний поправочний коефіцієнт.

Загальний поправочний коефіцієнт на швидкість різання, такий, що враховує фактичні умови різання визначається по формулі:

 (3.15)

де К_мv - коефіцієнт на оброблюваний матеріал; К_иv - коефіцієнт на інструментальний матеріал; К_lv - коефіцієнт, що враховує глибину свердлення; Коефіцієнт K_мv розраховується таким чином:

При обробці стали:

.

При обробці сірого чавуну:

.

При обробці ковкого чавуну:

.

Коефіцієнт, що враховує глибину отвору К_lv при свердленні приймається залежно від діаметру свердла.

.

Після визначення швидкості різання, розраховується частота обертання шпінделя верстата n_p:

(3.16)

де D - діаметр інструменту, мм.

.

Набутого значення n_p коректується по паспорту верстата і приймається найближчий менший ступінь n_cт=125 об/хв.

Обертальний момент, Нм і осьова сила, Н, розраховуються по наступних формулах:

 (3.17)

, (

де  и  - коефіцієнти, що враховують умови різання.

;

.

Потужність різання.

Ефективна потужність різання визначається по формулі:

 (3.19)

Потрібна потужність різання:

 (3.20)

Пристрій програмного управління 2Р22 призначений для передачі управляючої програми на виконавські органи токарного верстата. Він виконує наступні фунцкції|:

- введення УП з клавіатури пульта;

- її обробку і редагування безпосередньо на верстаті;

- складання УП за зразком при обробці першої деталі в ручному режимі;

- використання складних циклів багатопрохідної обробки;

- виведення УП на програмоноситель| та ін.

Керуючись [10] розробимо управляючу програму в системі 2Р22 для обробки зубчатого колеса на токарно-гвинторізному верстаті з ЧПК 16К30Ф3.

Таблиця 3.10. Управляюча програма для обробки зубчатого колеса на токарно-гвинторізному верстаті з ЧПК 16К30Ф3

Розмірним ланцюгом називається послідовний ряд взаємозв'язаних лінійних розмірів, створюючих замкнутий контур і що безпосередньо беруть участь в рішенні поставленої задачі. Кожен розмірний ланцюг містить початкову і складових ланок. Під розмірним технологічним ланцюгом розуміють розмірні ланцюги, ланки яких є операційними розмірами і припусками.

Замикаючим розміром в розмірному ланцюзі називається розмір, який в деталі виходить останнім в процесі її обробки.

З схеми розмірного ланцюга можна визначити рівняння замикаючої ланки.

 (3.21)

де - сума збільшуючих складових ланок ланцюга;

- сума зменшуючих складових ланок ланцюга.

Зв'язок між допусками складових розмірів і замикаючих визначається правилом підсумовування допусків Тi :

(3.22)

Проведемо розмірний аналіз для устанавлюваючого розміру при свердленні отвору. Замикаючою ланкою буде розмір А1, для нього складемо розмірну схему.

Рисунок 3.4. Розмірна схема свердлення отвору

Конструкторський розмір А1 – замикаючий розмір.

А1=18_-0,4;

А2=43,5_-0,15;

А3=105_-0,22;

А0=43,5.

Визначемо  и  склавши рівняння:

Допуск Т на розмір A₀ буде дорівнювати:

Отриманий розмір

Для нормування технологічного процесу вибираю операцію з найбільшою кількістю переходів – токарно-револьверну операцію .

Основний час обробки визначаємо по формулі [4]:

 (3.23)

де  - довжина урізування інструменту на робочій подачі;

 -довжина робочого ходу;

 - довжина перебігання;

 - число проходів інструменту;

- хвилинна подача інструменту.

Формула для розрахунку допоміжного часу:

 (3.24)

де  - час на установку і зняття заготівки;

 -час, пов'язане з переходом;

 -час на вимірювання.

Оперативний час знаходимо як суму основного і допоміжного :

. (3.25)

Формула для визначення підготовчо-завершального часу:

, (3.26)

де  - час на наладку верстата, інструменту, пристосувань;

 - час на отримання інструменту до початку обробки і здачу після закінчення.

Штучний час знаходимо по формулі:

 (3.27)

де  = 0,03  - час на обслуговування верстата; Т =0.04 - час нормованого відпочинку. Штучно-калькуляційний час знаходимо по формулі:

, (3.28)

де N – розмір партії. Використовуючи формули (9.1) -(9.6), для визначення Т, Т, Т, Т, Тзнаходимо Т для кожної операції.

3.12 Економічне зрівняння технологічного процесу

Вибір найкращого варіанту технологічного процесу зі всіх можливих може бути здійснений різними способами. Якщо зі всіх можливих варіантів є такий, на впровадження якого потрібний найменші капітальні вкладення і який забезпечує найнижчу собівартість одиниці продукції, цей варіант є якнайкращим. Проте на практиці частіше варіанти з великими питомими капітальними вкладеннями забезпечують при впровадженні меншу собівартість одиниці продукції. У цих випадках технологічний варіант визначається за допомогою нормативного коефіцієнта ефективності або приведених витрат.

При визначенні раціональності заміни варіанту техніки, що діє, технології, способу організації виробництва новим розраховують коефіцієнт порівняльної ефективності [8].

 (3.29)

Тут С – собівартість продукції, а К – капітальні вкладення,  – нормативний коефіцієнт ефективності,  = 0,15.

Порівняємо такі варіанти технологічного процесу (операція 020):

1. Обробка деталі на токарно-револьверному верстаті.

2. Обробка деталі на верстаті з ЧПК.

Собівартість продукції визначається шляхом складання всіх витрат, а саме:

, (3.30)

де  - вартість основних і допоміжних матеріалів, для обох видів обробки величина  однакова і постійна;

 – витрати, пов'язані із заробітною платою основного робочого;

 – витрати, пов'язані із заробітною платою допоміжного робочого (наладчик) з урахуванням всіх видів доплат і нарахувань;

А_о – амортизаційні відрахування від вартості устаткування;

А_т.о – амортизаційні відрахування від вартості технологічного оснащення на одну деталь;

Р_о – витрати, пов'язані з ремонтом і обслуговуванням устаткування;

И – витрати, пов'язані з інструментом;

Л_о – витрати на технологічну електроенергію;

П_л – витрати, пов'язані з амортизацією виробничих площ;

П_пр – витрати на ремонт і обслуговування управляючих пристроїв і програм.

Витрати, пов'язані із заробітною платою основних робочих визначаються по формулі:

 (3.31)

де  – норматив годинної заробітної плати верстатника ;

 – коефіцієнт верстатного обслуговування.

При обробці на універсальному устаткуванні:

=12,5 грн. /год. – для верстатника 3-го розряду;

=1, оскільки багатоверстатне обслуговування неприпустимо при даному виробництві.

На підставі цього отримуємо:

- заробітна плата основного робочого для токарно-револьверної операції для серійного типу виробництва:

 грн.

- заробітна плата основного робочого для токарно-револьверної з ЧПК для середньосерійного типу виробництва (при використанні оператора 3-го розряду = 8,4 грн/год і =0,7):

 грн.

Витрати, пов'язані із заробітною платою допоміжних робочих визначаються по формулі:

, (3.32)

де  – норматив заробітної плати наладчика ; m – число змін роботи верстата;  – число верстатів, що обслуговуються наладчиком за зміну: =6;  – дійсний річний фонд часу роботи верстата.

 грн.

Витрати, пов'язані з амортизаційними відрахуваннями на устаткування:

, (3.33)

де Ф – вартість устаткування;

 – норма амортизаційних відрахувань.

 грн;

грн.

Витрати, пов'язані з амортизаційними відрахуваннями на технологічне оснащення:

 (3.34)

де  – вартість технологічного оснащення;

 – річна програма випуску виробів.

грн;

грн.

Витрати, пов'язані з ремонтом і обслуговуванням устаткування

, (3.35)

де Нм, Не – нормативи річних витрат на ремонт електричної і механічної частин устаткування;

Км., Ке – коефіцієнти складності ремонту електричної і механічної частин устаткування;

 – коефіцієнт запасу точності устаткування ( =1).

 грн;

 грн.

Витрати, пов'язані з інструментом:

, (3.36)

де  – вартість інструменту;

– термін служби інструменту.

 грн;

 грн.

Витрати на технологічну електроенергію:

,

де Nэ – потужність електродвигуна;

 – тариф електроенергії.

грн;

грн.

Витрати, пов'язані з амортизацією виробничих площ:

, (3.37)

де  – річні витрати;

– площа в плані;

– коефіцієнт враховує площу системи управління.

грн;

грн.

Розрахунок економічної частини ведемо методом повної собівартості з урахуванням капітальних вкладень. Згідно цьому, повна собівартість по витратах на одну деталь:

грн;

грн.

У капітальні вкладення включаються витрати на виробниче устаткування, інструменти і пристосування.

грн; (3.38)

де  - коефіцієнт, що враховує додаткові витрати на установку устаткування;

Ц – ціна устаткування.

грн;

грн.

Коефіцієнт порівняльної ефективності:

Застосування обробки на верстаті з ЧПК є більш вигідно.

4. ІНЖЕНЕРНІЙ АНАЛІЗ ОБ'ЄКТУ ВИРОБНИЦТВА

4.1 Опис об'єкту моделювання

Об'єктом дослідження є пружна втулково-пальцева муфта МУВП, розташована на вхідному валу редуктора, вживана для з'єднання вхідного валу редуктора і ротора електродвигуна. Муфта, яка представлена на рисунку 4.1 розглядатиметься в системі робочий орган (зірочка) – редуктор – МУВП – двигун.

Рисунок 4.1. Муфта пружна втулково-пальцева

Пружна втулково-пальцева муфта має всі властивості, які необхідні при роботі на великих швидкостях обертання (n=2880 об/хв):

- здатність пом'якшувати поштовхи і удари. Кінетична енергія удару при цьому частково поглинається і переходить в тепло, частково акумулюється пружними елементами, перетворюючись на потенційну енергію деформації;

- пружні муфти можуть служити засобом захисту від резонансних крутильних коливань, що виникають в механізмі унаслідок нерівномірності обертання;

- пружні муфти допускають порівняно великі зсуви осей валів, що сполучаються. При цьому, завдяки деформації пружного елементу, вали і опори навантажуються порівняно малими силами і моментами.

МУВП мають наступні характеристики, які враховуватимуться при динамічному аналізі:

- жорсткість (або зворотна величина - податливість), що є залежністю відносного кута повороту напівмуфти від величини обертального моменту М_кр; Жорсткість муфти визначається як похідна від обертального моменту по куту закручування і є величиною змінною, залежною від .

Обертальний момент у свою чергу пропорційний куту закручування .

Рисунок 4.2. Залежність обертального моменту від кута закручування

- демпфування, тобто здатність необоротно поглинати механічну енергію;

- енергоємність, що є роботою пружної деформації муфти при дії деякого обертального моменту. Енергоємність є порівняльною характеристикою муфт і не може бути використана при динамічному аналізі.

Досліджувана муфта при роботі редуктора навантажена обертальним моментом, який при включенні, виключенні двигуна, а також залежно від особливостей роботи редуктора змінюється в часі. В результаті в ній виникають крутильні коливання, що обумовлюють динамічні навантаження, зменшення довговічності редуктора, а в деяких випадках і втрату стійкості динамічної системи. З метою дослідження забезпечення оптимальних динамічних характеристик приводу необхідне дослідження його елементів, зокрема муфт, зубчатих зачеплень, приводного електродвигуна.

Структурна схема для дослідження пружної муфти, складатиметься з виконавчого органу (зірочки) 1, вихідного валу 2, зубчатого циліндричного прямозубого колеса 3, проміжного валу 5 з прямозубої циліндричної шестерні 4 і косозубого циліндричного колеса 6, валу 8 з шестернею 7 і конічним колесом з круговим зубом 9, конічної шестерні 10, вихідного вал редуктора 11, МУВП 12 і двигуна 13.

Рисунок 4.3. Початкова структурна схема досліджуваного об'єкту

Для зручного математичного опису даної структурної схеми приведемо її до двохмасової, представивши перераховані елементи як розподілені (вали) і зосереджені (зубчаті колеса, зірочка, двигун) маси зі своїми моментами інерції.

Початкові дані, необхідні для приведення системи до двохмасової приведемо в таблиці 4.1. для зручності подальшого дослідження.

Таблиця 4.1. Початкові дані для приведення системи до двохмасової

Визначаємо моменти інерції всіх елементів приводу, що обертаються. Момент інерції ротора двигуна підрахуємо по наступній залежності:

де  – маховий момент двигуна по [17] .  =0,237 кг·м2.

Момент інерції деталі, що є суцільним тілом обертання, визначається по залежності:

де — щільність матеріалу деталі;

 - діаметр деталі;

 – довжина деталі

Вали є розподіленими масами. При довжині валу до 300 мм до моментів інерції зосереджених мас, що знаходяться на нім, приєднують третину моменту інерції валу. При довжині деталі більше 300 мм до моментів інерції зосереджених мас приєднують шосту частину моменту інерції валу.

Момент інерції ступінчастого валу визначається по формулі:

Обчислимо момент інерції зубчатого колеса 3:

Моменти інерції останніх елементів приведемо в таблиці 4.2.

Таблиця 4.2. Моменти інерції елементів, що становлять

Далі приведемо систему до двохмасової. Приведемо моменти інерції валів до зосереджених мас (колесам, зірочці). Кожну напівмуфту представимо у вигляді зосереджених мас з моментами

Результати даного приведення приведені на рисунку 4.4.

Рисунок 4.4. Перший етап приведення моментів інерції

Приведені моменти інерції розрахуємо по наступних формулах:

Моменти інерції мас(зубчатого зачеплення), що обертаються, приведемо в одну масу по наступній залежності:

де  - передатне відношення передач від валу 1 до валу з номером k.

Приведену схему представимо на рисунку 4.5.

Рисунок 4.5. Другий етап приведення моментів інерції

Приведені моменти інерції розрахуємо по наступних формулах:

Підсумовуючи отримані моменти інерції, отримаємо приведену схему, таку, що складається з двох мас.

Рисунок 4.5. Остаточна схема приведених моментів інерції

0,00385=183,382

Для забезпечення можливості дослідження динамічних характеристик моделі і для спрощення процесу складання диференціальних рівнянь, що описують модель, приймемо деякі допущення у властивостях досліджуваного об'єкту.

Всі ланки є абсолютно твердими тілами. Зуби не згинаються при контакті, зубчаті колеса не деформуються. Допущення прийняте щоб уникнути появи нелінійного елементу в моделі оскільки метал, що деформується, змінюється згідно із законом Гука. Дослідження моделі з даним допущенням не приведе з істотної погрішності результатів (оскільки деформації металу дуже малі в порівнянні з коливаннями, що виникають в досліджуваному об'єкті), а тільки спростить складання математичної моделі системи.

Кінематичні пари не мають зазорів між елементами. Зазори між зубами в зубчатому зачепленні, що впливають на динаміку приводу, виникають при першому включенні двигуна. При подальшій роботі зуби щільно прилягають один до одного. Приймемо допущення, що досліджуваний двигун вже знаходився в роботі, а перше його включення відбувалося на безпечних режимах.

Механічна характеристика двигуна при постійній його роботі (на сталому режимі) є константою, тобто момент, що крутить, на роторі двигуна М_Д=const. Крива моменту при включенні двигуна представлена на рисунку 4.6.

Рисунок 4.6. Обертальний момент двигуна у момент його включення

Фізична модель приводу конвеєра, представлена на рисунку 4.6. складатиметься з двох мас, сполучених пружиною з жорстокістю С і демпфером з демпфуючою здатністю h. З правого боку на систему діятиме рушійний момент (момент електродвигуна) М_Д, з лівого боку діє момент сил опору Мс.

Рисунок 4.7. Фізична модель об'єкту

Для дослідження динамічних характеристик МУВП (зміни крутильних коливань) необхідно описати систему за допомогою системи диференціальних рівнянь. Початковими даними для складання системи диференціальних рівнянь служитимуть: моменти інерції , демпфуюча здатність муфти h, момент ротора двигуна М_Д, момент сил опору Мс.

Демпфуюча здатність МУВП h розраховується по наступний формулі:

де  – обертальний момент, що передається муфтою  =12,2 Н•м ;

n – частота обертання муфти, n=2880 об/хв.

Диференціальні рівняння складаються на основі узагальненої координати, кута закручування валів . Різниця між кутом закручування валу двигуна  і кутом закручування вхідного валу редуктора 2 буде кутом закручування муфти. Рівняння матимуть наступний вигляд:

Для розробки досліджуваної моделі за допомогою середовища Matlab необхідно дану систему рівнянь перетворення Лапласа:

.

Для цього необхідно підрахувати матриці A,B,C,D. Для розрахунку матриць введемо наступні заміни:

Звідси похідні від x будуть рівні:

Знаходимо матриці A,B,C,D і підставляємо в рівняння Лапласа. Матриця D матиме два рядки оскільки система має два виходи (кут закручування валу двигуна  і кут закручування вхідного валу редуктора ) і один стовпець - вхід (момент, що діє на систему).

Маючи матриці можна реалізувати модель системи в середовищі Matlab.

Подамо на вхід системи для иммитации включення двигуна момент, наростаючий по параболі. Початковими даними будуть:

I1=0,0179;

I2=183,382;

q= 75 ;

r=0,008;

Md=12.2 – момент двигуна на сталому режимі

Графік вхідного сигналу (моменту) матиме наступний вигляд:

Рисунок 4.8. Графік вхідного сигналу

З графіка видно, що момент ротора двигуна виходить на сталій режим за секунд .

Модель Simulink буде мати такий вигляд:

Рисунок 4.9. Модель системи при плавному включенні двигуна

Використовуючи блок Scope проаналізуємо отриманий результат:

Рисунок 4.10. Коливання кута закручування муфти у момент включення двигуна при q= 75 .

З графіка видно, що при плавному застосуванні на систему моменту від ротора двигуна при q=75 муфта обернеться на 13,68 градуси (0,16 рад.) що неприйнятно для приводу конвеєра. Коливальний процес триватиме 15 секунд. Міняючи жорсткість муфти можна добитися кращі показники системи: При жорсткості q= 130  коливальний процес буде мати наступний вигляд:

Рисунок 4.11. Коливання кута закручування муфти у момент включення двигуна при q= 130

При даній жорсткості муфта обернеться на 5 градусів (0,093 радий.). Коливальний процес триватиме 12 секунд.

Оптимальні параметри муфти отримаємо при q=270  . При даній жорсткості муфта обернеться на 2,57 градусів (0,047 радий.). Коливальний процес триватиме 10 секунд. Представимо результат на рисунку 4.12.

Рисунок 4.11. Коливання кута закручування муфти у момент включення двигуна при q= 270

Такі ж результати отримаємо використовуючи М-file в Matlab. Представимо програму з Matlab.

I1=; I2=183,382; q= 270 ; r=0.008;

Md=12.2; Ms=11.7;

G=[I1 0;0 I2];

R=[r -r;-r r];

T=[q -q;-q q];

M=[Md;-Ms];

a=[zeros(2,2) eye(2,2);-inv(G)*T -inv(G)*R]; b=[0;0;inv(G)*M];

c=eye(4,4); d=zeros(4,1);

x0=[0;0;0;0]; t=0:0.1:30; u=ones(1,length(t)-exp(-t/0.1)); S=ss(a,b,c,d);

[y,t,x]=lsim(S,u,t,x0);

figure; plot(t,x(:,1)-t,x(:,2)),grid;

У результаті отримаємо оптимальну жорсткість муфти, знайдену эксперементальным шляхом засобами ,Matlab рівну 270 .

ВИСНОВКИ

Результатом бакалаврської роботи було досягнення поставленої задачі, а саме покращення ефективності констукторсько-технологічної підготовки. Була розроблена електронна модель підготовки виробництва триступеневого конічно-циліндричного редуктора з усіма необхідними розрахунками конструктивних елементів (вали, колеса), а також вибором стандартних (підшипники, муфти) елементів. На основі наведених проектувальних та перевірних розрахунків була створена 3D-модель редуктора.

Для подальшої розробки був обраний вхідний вал. Для контролю точності поверхні вала  під шестерню спроектовано калібр-скобу, а для контролю отвору  була спроектована калібр-пробка.

Наступним етапом була технологія обробки деталі за умов серендньосерійного виробництва. Для даного зубчатого колеса проведено аналіз технологічності. Визначено економічний метод отримання заготівки (штампування в підкладних штампах). На основі цього спроектована заготівка. Далі був розроблений, згідно з кресленням деталі, маршрут обробки деталі та призначені припуски на механічну обробку. Згідно з обраним маршрутом обробки, обране металообробне обладнання та технологічне оснащення – приладдя, вимірювальний та різальний інструмент. Розраховані режими різання для свердління отвору Ø56 та пронормована операція, яка містить найбільшу кількість переходів – токарно-револьверна. Проведена розробка управляючої програмі для токарно-револьверної операції в системі 2Р22. Також був проведен порівняльний економічний аналіз обробки деталі на токарно-револьверному верстаті з обробкою на верстаті з ЧПК. На основі усіх отриманих та обраних показників розроблений комплект технологічної документації, складений із маршрутних та операційних карт, а також карт ескізів. Також розроблені креслення карт налагодження на 3 операції токарно-револьверну, зубофрезерну, радіально-свердлильну.

Для визначення динамічних процесів в вхідній муфті проведено її динамічний аналіз. У результаті було встановлено, що на коливання, виникаючи в муфті під час роботи редуктора суттєво впливає величина жорсткості муфти, яка була визначена експериментально за допомогою Matlab. Оптимальним значенням жорсткості має бути 270 .

ПЕРЕЛІК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1.  Методические указания по курсовому проектированию деталей машин. Раздел 1. Краткая инструкция, расчет исходных данных (для студентов всех специальностей)/ Сост.: В.С. Исадченко, В.П. Онищенко, О.К. Помазан. – Донецк: ДПИ, 1981. – 51 с.

2.  Методические указания к самостоятельной работе над курсовым проектом по деталям машин. Раздел 2. Этапы "Эскизный проект" и "Технический проект". Проектирование зубчатых и червячных передач (для студентов технических специальностей)/ Сост.: В.С. Горелик, В.С. Исадченко, В.И. Проскурин, П.М. Матеко, А.Л. Симонов, В.П. Алиферов. – Донецк: ДПИ, 1992. – 84 с.

3.  Методические указания по курсовому проектированию деталей машин. Раздел 3. Расчет и конструирование валов (для студентов всех специальностей)/ Сост.: П.М. Матеко, А.Л. Симонов, В.Ф. Ващенко. – Донецк: ДПИ, 1981. – 48 с.

4.  Методические указания по курсовому проектированию деталей машин. Конструирование муфт и корпусов (для студентов механических специальностей) / Сост.: В.С. Исадченко, П.М. Матеко, В.С. Горелик. – Донецк: ДПИ, 1987. – 43 с.

5.  Методические указания по курсовому проектированию деталей машин. Конструирование муфт и корпусов (для студентов механических специальностей) / Сост.: В.С. Исадченко, П.М. Матеко, В.С. Горелик. – Донецк: ДПИ, 1987. – 43 с.

6.  Допуски и посадки: Справочник в 2-х ч. Ч. 1/ Под ред. В.Д. Мягкова. — 5-е изд., перераб. и доп. — Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1979. — 544 с.

7.  Курсовое проектирование по технологии машиностроения: [Учеб. пособие для машиностроительных спец. вузов]. Горбацевич А. Ф., Шкред В. А.. – 4-е изд., перераб. и доп. – Мн.: Выш. школа, 1983. – 256 с.

8.  Справочник технолога-машиностроителя в 2-х томах. Том 2/ Под ред. Косиловой А.Г., Мещерякова Р.К. - 4-е изд., перераб. И доп., 1986 – 656 с.

9.  Справочник технолога "Обработка металлов резанием". Под ред. Панова А.А.1986 р.

10.  Методические указания к лабораторным работам по дисциплине "Станки с ЧПК и программирование станков с ЧПК". (для студенитов всех специальностей 7.090203)/ Сост.: Л.П. Калафатова, И.В. Киселева, А.В. Байков. – Донецк: ДПИ, 1998. – 47 с.

11.  ГОСТ 1050-88. Сталь качественная и высококачественная.

12.  ГОСТ 6639-69. Номинальные линейные размеры.

13.  ГОСТ 21150-80. Смазка ЛИТОЛ-24. Технические условия.

14.  ГОСТ 21424-93. Муфты упругие втулочно-пальцевые. Параметры и размеры.

15.  ГОСТ 520-89. Подшипники качения. Общие теххнические условия

16.  ГОСТ 2.403-75. Единая система конструкторской документации. Правила выполнения чертежей цилиндрических зубчатых колес.

17.  Курсовое проектирования "Конструирование и расчет металлорежущих станков и станочных комплексов". Кочергин А.И., 1991 р.

18."Математичне модледювання процесів та систем механіки", Струтинський В.Б., 2001 р.