Расчёт и проектирование станочного приспособления на деталь "корпус подшипника"

- коэффициенты трения между установочными элементами и деталью, =0,25 ([18]табл.98).

Определяем требуемую силу зажима W по формуле 4:

4.1 Расчёт основных параметров зажимного механизма

Основным параметром зажимного механизма является наружный диаметр резьбы, крутящий момент, который необходимо приложить к ручки и длина рукоятки.

Диаметр винта определяют из условия прочности винта на растяжение (9)

(9)

где S - площадь поперечного сечения стержня винта, которая определяется по внутреннему диаметру d_{1, ММ};

W - необходимая сила закрепления детали, W =12607,8Н;

[у] - допускаемое напряжение растяжения (или сжатия), МПа; для винтов, для стали 45 после улучшения [у] = 180 МПа (для статических условий работы). [31, ст. 71, таб. 18]

Из соотношения 5 получим значение внутреннего диаметра резьбы

(10)

Подставляем значения в формулу 6:

Принимаем стандартное значение диаметра винта, равное d₁ = 24 мм. округляя его в большую сторону.

Определяем момент М, который необходимо развить на гайке, для обеспечения заданной силы зажима W по формуле 11:

(11)

где dр - средний диаметр резьбы винта, для резьбы М24Ч3 dр=22,05мм;

б - угол подъёма резьбы, принимаем б = 2,5?,[31],

ц - угол трения в резьбе, принимаем ц=10?,[31]

Подставляем значения в формулу 11:

Затем выражаем длину рукоятки ? по заданной силе воздействия Q на рукоятку из формулы 12:

(12);

где Q - исходная сила прикладываемая к гаечному ключу 145…150Н, Q=150Н.

Отсюда длина рукоятки ключа равна:

Для того, чтобы обеспечить самоторможение, необходимо, чтобы соблюдалось условие - б<ц и шаг должен быть мелким, что увеличивает трение резьбы. При откреплении момент, развиваемый на рукоятке должен М?10 - 20% больше, т.к. необходимо преодолевать трение покоя.

Выбор типа зажимного механизма завысит в первую очередь от необходимой силы зажима и от количества деталей в партии (типа производства). В нашем случае количества деталей в партии N составляет 10000 шт. При таком объёме выпуска в качестве зажимного механизма применяют чаще всего силовые приводы (пневмо-, гидро- или пневмогидравлические). В качестве силового привода для данного приспособления целесообразно выбрать поршневой гидравлический привод (гидроцилиндр). Выбор именно гидравлического привода двухстороннего действия объясняется тем, что проектируемый механизм для обеспечения требуемо силы закрепления конструктивно получается довольно и к тому же обладает плавностью хода зажимного элемента, что не мало важно для точности базирования.

Расчет осевой силы Q_шт на штоке гидроцилиндра производится по формуле 13 [1]:

(13)

где D - диаметр поршня гидроцилиндра, см;

р - давление масла на поршень, кгс/см², принимаем р = .75 кгс/см²;

з - к.п.д. гидроцилиндра, з = 0,95.

Задаваясь давлением масла, определяем площадь поршня по равенству 14:

(14)

Разрешим равенство 10 относительно D и получим:

(15)

Найденный размер диаметра гидроцилиндра округляем по нормали и по принятому диаметру определяют действительную осевую силу на штоке. Принимаем диаметр гидроцилиндра D = 20 см.

Определяем действительную осевую силу на штоке (16):

(16)

Определяем основные параметры гидроцилиндра:

1. толщина стенок, см. (17):

(17)

где [у_р] - допустимое напряжение растяжение, для стали 45 [у_р] = 700 кгс/см²[31, ст. 71,т.18];

2. требуемая производительность насоса, л/мин.(18):

(18)

где Q - требуемое усилие на штоке гидроцилиндра, Q = 22927кгс.;

L - ход поршня гидроцилиндра, L = 2 см., (определяем по чертежу);

t - время рабочего хода поршня гидроцилиндра, t = 0,025 мин.;

р - давление масла, р =75 кгс/см²;

з - объёмный к.п.д., з= 0,95.

По рассчитанной производительность выбираем насос с производительностью V = 18 л/мин. марки Г12-22.

3. время срабатывания гидроцилиндра, мин. (19):

(19);

4. диаметр штока гидроцилиндра, см., (20);

(20);

где - допустимое напряжение при растяжении, для стали 20х = 260 МПа, [31, ст. 71, таб. 18]

Принимаем = 40 мм

4.2 Проверочный расчёт на прочность и износоустойчивость особо нагруженных деталей

В конструкции проектируемого приспособления применён комбинированный механизм, с гидроприводом. В качестве усиливающего звена использован рычажный механизм. Для того, чтобы механизм не вышел из стоя в процессе работы необходимо рассчитать исполнительные размеры оси, на которой размещён рычаг и непосредственно сам рычаг. Ось для рычага рассчитывается на срез, т.к. ось имеет посадку без зазора и нагружена поперечной силой, действующей перпендикулярно оси равной силе зажима заготовки W =9708Н. Ось рычага изготавливается из стали 40Х, прошедшей закалку в масле (твёрдость 56 - 61 HRC). Рычаг работает на изгиб следовательно расчёт его необходимо производить на недопущение разрушения при изгибе. Рычаг изготавливается из стали 45, прошедшей закалку в воде и отпуск (твёрдость 38 - 48 HRC).

Определим размеры оси. Её диаметр можно определить из условия прочности. на срез, которое имеет следующий вид (21):

(21);

где - расчетное напряжение среза, МПа;

Q - поперечная (сдвигающая) сила, Н;

[] - допускаемое напряжение среза в соединениях, несущих осевую нагрузку;

d - диаметр штифта, мм.

Z - число плоскостей среза, z = 2 (определяется исходя из конструкции приспособления).

Поперечная сила определяется по зависимости 22:

(22)

где Р - общая нагрузка соединения, Р = 9708 Н;

Допустимое напряжение на срез для штифта, изготовленного из стали 40Х [] = 410 МПа.

Разрешив уравнение 17 относительно значения d и подставив выражение получим:

Принимаем ось диаметром 16мм. Длина оси устанавливается конструктивно и принимаем её равной L = 60мм.

Определим размеры рычага. При его расчёте следует обратить внимание на то, что на обои плечи рычага действуют разные силы и соответственно изгибающие моменты. И как следствие того необходимо производить расчёт диаметральных размеров для каждого плеча. Диаметры плеч можно определить из условия прочности. на изгиб, которое имеет следующий вид (23):

(23)

где М_и - изгибающий момент, кгс·см;

- допустимое напряжение на изгиб, кгс/см². Допустимое напряжение на изгиб для стали марки 45 = 220 МПа.

Определяем изгибающий момент М_и для каждого плеча по зависимостям 24 и 25;

для плеча с l₁ = 156мм, (24);

для плеча с l₂ = 35мм, (25);

где Q - усилие на штоке, Q = 2237,25 Н (здесь учитываем расчётную силу на штоке);

W - необходимая сила закрепления детали, W = 9708 Н;

Подставим полученные выражения в формулу 23 получим :

для плеча с l₁ = 156мм.

для плеча с l₂ = 35мм

Принимаем Диаметры плеч принимаем с запасом прочности равными d₁ и d₂ =14мм.

4.3 Описание конструкции и принципа работы приспособления

Приспособление предназначено для закрепления детали на станке при фрезеровании плоскости в размер . Приспособление устанавливается на столе вертикально-фрезерного станка 6Р13. Фрезерование осуществляется торцовой фрезой, оснащённой пластинами из твёрдого сплава ВК8, установленной в шпиндель станка. Фрезе сообщается главное движение, а движение подачи - заготовке.

Данное фрезерное приспособление относится к группе приспособлений для установки и закрепления заготовки, обрабатываемой на станке. Приспособление одноместного, однопозиционного исполнения. По степени универсальности - специальное, по уровню механизации - приспособление с механизированным (гидравлическим) приводом.

Фрезерное приспособление состоит из корпуса - базовой детали, на которой монтируются все остальные элементы приспособления. Корпус представляет собой монолитную плиту - основание, на котором установлена плита 1, которая по средством сварки приваривается к корпусу. Для придания плите 1 большей жесткости предусмотрены рёбра жёсткости в виде двух плит, которые по средством сварки привариваются к плите 1 и корпусу. На плите 1 также имеется 6 отверстий М8, предназначенных для крепления планки 3, которая является установочным элементом.

Главной базирующей поверхностью обрабатываемая деталь устанавливается на опору 4. Для установки данной опоры в корпусе предусмотрено 3 отверстия для крепления винтами 4. Для установки направляющих 10 и 11, по которым передвигается прижим 5, в корпусе приспособления предусмотрено 6 отверстий М10. Для базирования и центрирования направляющих предусмотрено 4 штифта 19 Ш12Н7. Прижим 5 перемещается по направляющим по средством рычага 6, который устанавливается на ось 7. В свою очередь рычага 6 приводится в движение штоком гидроцилиндра 12, встроенного в основание корпуса.

На основании корпуса, являющейся конструкторской базой приспособления , предусмотрены две шпонки 9. Они входят в Т - образные пазы стола станка и предназначены для установки приспособления на столе станка без выверки и обеспечивают параллельность оси приспособления направлению подачи стола.

Для фиксации приспособления на столе фрезерного станка в приспособлении предусмотрены пазы в которые вставляется болт 15 и по средством гайки 17 осуществляется прижим.

Принцип работы приспособления: при повороте рукоятки распределительного крана в положение зажима масло под давлением поступает в бесштоковую полость гидроцилиндра 12, в результате чего поршень со штоком опускается вниз, поворачивая по часовой стрелке рычаг 6, который перемещает по направляющим 10 и 11 прижим 5 влево. в результате чего происходит прижим заготовки к неподвижному упору 3 с силой 12,6кН. Разжим обработанной детали осуществляется при повороте рукоятки распределительного крана в положение разжима, в результате чего масло высасывается из бесштоковой полости гидроцилиндра.

4.4 Технико-экономическое обоснование выбора данного типа привода

Экономический эффект от применения станочного приспособления определяется путем сопоставления годовых затрат и годовой экономии для сравниваемых вариантов изготовления деталей. Годовые затраты состоят из амортизационных отчислений и расходов на содержание и эксплуатацию приспособления. Годовая экономия получается за счет снижения трудоемкости изготовления деталей, т.е. за счет сохранения затрат на заработную плату рабочих станочников и уменьшения цеховых накладных расходов.[1]

В базовом варианте на 010 вертикально-фрезерной операции осуществляется фрезерование торцовой поверхности детали в размер в приспособлении в котором деталь зажимается винтовым механизмом. В новом варианте приспособление оснащено гидроприводом, что в итоге позволит сократить штучное время на обработку одной детали и как следствие этого некоторый экономический эффект.

Считая, что расход на режущий инструмент, амортизацию станка и электроэнергию для этих вариантов одинаковы, определяют и сравнивают лишь те элементы себестоимости операции, которые зависят от конструкции приспособления. Следовательно, элементы себестоимости обработки, зависящие не только от конструкции приспособления, для сравнительных вариантов «а» и «б» при использовании нового (модернизированного) (себестоимость С_а) и старого (себестоимость С_б) приспособлений определяют по формулам:

; (26)

, (27)

где S_а, S_б - затраты на изготовление приспособления соответствен по варианту «а» и «б» руб.;

З_а, З_а - штучная заработная плата станочника при использовании для обработки деталей приспособления соответствен по варианту «а» и «б», руб.;

Н - цеховые накладные расходы в процентах к заработной плате рабочих, Н = 400%;

П - годовая программа выпуска деталей, П=4000 шт.;

А - срок амортизации приспособления, годы. Срок «А» амортизации приспособления, в течение которого его используют для выпуска заданных деталей, для базового варианта равен А=1, а для нового - А=2,5;

q - расходы, связанные с эксплуатацией приспособлений (ремонт, содержание, регулирование), в процентах от их стоимости; q =20% -от стоимости приспособления [1].

Значения затрат на изготовление приспособлений S_а и S_б. определения по формуле:

S = CN, (28)

где S - затраты на изготовление приспособлений, руб.;

N - количество деталей в приспособлении, шт.;

С - постоянная, зависящая от сложности приспособления и его габаритных размеров.[1]

Для базового и модернизированного приспособлений берёт С_б = 15, т.к. данное приспособление относится к ряду простых приспособлений.

Годовые расходы q, связанные с эксплуатацией приспособления, берут равным 20% от затрат S на его изготовление.

В нашем случае берем С_б = 15•100 = 1500 для базового приспособления и С_а = 15•100 = 1500 для модернизированного приспособления.

Количество деталей в приспособлении N_а = 64 шт., N_б = 54 шт.

Тогда затрат на изготовление приспособлений по базовому варианту составят S_б = 1500•54 = 81000 руб., а по модернизированному - и S_а = 1500•64 = 96000 руб.

Срок амортизации приспособления А = 1 - для базового приспособления и А = 2,5 - для модернизированного приспособления.

Годовые расходы: q_a = 19200 руб., и q_б = 16200 руб.

Для определения заработной платы З рабочего станочника необходимо знать штучное время t_шт обработки на данной операции и минутную ставку З_мин рабочего-станочника по действующей тарифной сетке:

З = t_штЗ_мин.(29)

Штучное время на вертикально - фрезерной операции составляет соответственно для нового и базового вариантов:

t_шт.а = 3,17 мин. или 0,053 н/ч; t_шт.б = 5,00 мин. или 0,083н/ч мин.

Стоимость 1 нормочаса =3020 руб.

Основная зарплата рабочего-станочника в базовом варианте составит:

(30)

Основная зарплата рабочего-станочника в новом варианте составит:

(31)

Начисления на зарплату составляют 40,1% (35%-соц.страх, 4%-единый, 1,1%-обязательное страхование).

Зарплата рабочего-станочника с начислениями в базовом варианте составит:

(32)

Зарплата рабочего-станочника с начислениями в новом варианте составит:

(33)

Тогда

Эффективность от применения нового приспособления сводится к сопоставлению затрат на его изготовление и экономии от использования в производстве.

Годовую экономическую эффективность от применения приспособления определяем по формуле:

Э_г = (С_б - С_а)•П = (3076,3-2968,5)•10000 = 1078000 руб. (4)

Применение нового приспособления экономически выгодно.

Заключение

В ходе работы над курсовым проектом мы освоили принципы и получили навыки исследования, проектирования и расчёта механизмов станочных приспособлений, навыки расчёта силовых механизмов и принцип их выбора. В ходе работы было изучено достаточно научной литературы, применены теоретические знания непосредственно в теоретической части проекта, что позволило более грамотно и достоверно подойти к выполнению основной (расчётной) части работы.

Литература

1. Андреев Т.Н., Новиков В.Ю., Схиртладзе АЛ. Проектирование технологической оснастки машиностроительного производства. - М.: Высш. Школа., 1999 41 5с.

2. Ансёров М.А. Приспособления для металлорежущих станков. -Л.: Машиностроение, 1975.

3. Антонюк В.Е., Королев В.А., Башеев С.М. Справочник конструктора по расчету и проектированию станочных приспособлений. Мн.: Беларусь, 1969.

4. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя, т. 1. М.: Машиностроение, 1980. -- 729 с.

5. Белоусов А.П. Проектирование станочных приспособлений. М.: Машиностроение, 1974. - 263 с.

6. Болотин Х.Д., Костромин Ф.П. Станочные приспособления. М.: Машиностроение, 1973.

7. Гузенков П.Г. Детали машин. - М.: Высш. Школа, 1982. - 351 с.

8. Коваленко А.В., Подшивалов Р.М. Станочные приспособления. М.: Машиностроение, 1986. - 152 с.

9. Корсаков В.С. Основы конструирования приспособлений в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1971.

10. Кузнецов Ю.И., Маслов А.Р.. Бойцов А.Н. Оснастка для станков с ЧПУ. -М.: Машиностроение, 1990.- 512 с.

11. Обработка металлов резанием/Под ред. А.А.Панова. --М.: Машиностроение, 1988. - 736 с.

12. Пашкевич М.Ф., Мрочек Ж.А. и др. Технологическая оснастка. Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2002, -- 320с.

13. Режимы резания металлов. Справочник / Под ред. К).В. Барановского. -- М.: Машипосч роение, 1972. -- 407 с.

14. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Под ред. А.Г.Косиловой, Р.К. Мещерякова. - М.: Машиностроение, 1985. 496 с.

15. Станочные приспособления / Под. ред. Б.П.Вардашкина, В.В.Данилевского. - М.: Машиностроение, Т1, 1984. - 592 с.

16. Станочные приспособления / Под. ред. Б.Н.Вардашкина, В.В.Данилевского. - М.: Машиностроение, Т2, 1984. 656 с.

17. Филиппов Г.В. Режущий инструмент. М.: Машиностроение, 1981.-- 392с.

18. Черпаков Б.И. Технологическая оснастка. - 2-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2005. -288с.

19. Горохов В.А. Проектирование и расчёт приспособлений. . М.: Выш. школа, 1986.-- 239с.

Размещено на Allbest.ru

...