Планетарний редуктор

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Машинобудування - одна з ведучих промисловостей народного господарства нашої країни. Вона виробляє машини, обладнання, апарати та прибори, а також продукцію оборонного значення.

Науково-технічний прогрес в машинобудуванні в значній мірі визначає розвиток та удосконалення всього народного господарства країни. Важливими умовами прискорення науково-технічного прогресу є ріст продуктивності праці, підвищення ефективності суспільного виробництва та покращення якості виробництва. машинобудування кінематичний сателіт

Удосконалення технологічних методів виготовлення машин має при цьому першостепенне значення. Якість машин, надійність, довголіття та економічність при експлуатації залежить не тільки від удосконалення їх конструкції, але й від технології виробництва. Застосування прогресивних високоефективних методів обробки забезпечує високу точність та якість поверхонь деталей машин, ефективне використання сучасних автоматичних та потокових ліній електричних обчислюваних машин та іншої нової техніки.

Важливою задачею машинобудування - є зміна структури виробництва з метою підвищення якості характеристик машин та обладнання. Особливе значення надається модернізації самого машинобудування, технічний рівень якого залежить від верстатобудування, приладобудування, електроніки.

В умовах швидкого росту машинобудування це дає реальну базу під технічне переозброєння виробничої бази країни у відповідності з сучасними вимогами.

1. Конструкторська частина

1.1 Кінематичний розрахунок приводу

Вихідними даними для розрахунку приводу є кутова швидкість обертання вихідного валу:

2= 40 рад/с;

та максимальна потужність на вихідному валові:

N2 = 10 кВт;

Кінематична схема, за якою будуть проводитись розрахунки, наведена на рисунку 1.1

Рисунок 1.1 Кінематична схема механізму

1.1.1 Вибір електродвигуна

По потужності на вихідному валу визначаємо розрахункову потужність електродвигуна за формулою:

(1.1)

де N - потужність на вихідному валові;

з - загальний коефіцієнт корисної дії двигуна, який дорівнює добутку окремих коефіцієнтів корисної дії, що входять до передачі, який розраховуються за формулою:

з= зл.п• зз.п.• з2п.2 (1.2)

де зл.п - коефіцієнт корисної дії ланцюгової передачі;

зз.п.- коефіцієнт корисної дії зубчатої передачі;

з2п - коефіцієнт корисної дії підшипників кочення.

Розрахуємо даний коефіцієнт, обравши дані з довідкової літератури [1]:

з= 0,95• 0,95.• 0,992= 0,89;

Знаходимо частоту обертання валу сателітного вузла за формулою:

(1.3)

де - кутова швидкість обертання вихідного валу.

Знаходимо частоту обертання швидкохідного валу за формулою:

(1.4)

де - частота обертання тихохідного валу;

- передаточне відношення редуктора.

Обираємо електродвигун 4А160S2У3 (ГОСТ 19523-81) [2], синхронна частота обертання якого 3000 хв-1, детальнішу характеристику наведено в таблиці 1.1

Таблиця 1.1 Характеристика електродвигуна

Потужність N, кВт	Частота обертання хв-1			КПД, %	Cos
15	3000	1,4	2,2	88,0	0,91

1.1.2 Визначення обертаючих моментів на валах і кінематичні розрахунки

Знайдемо передаточне відношення ланцюгової передачі за формулою:

(1.5)

де - частота обертів електродвигуна;

- частота обертання бистрохідного валу.

Знайдемо загальне передаточне відношення за формулою:

(1.6)

де - передаточне відношення ланцюгової передачі;

- передаточне відношення редуктора.

Визначимо кутову швидкість обертання швидкохідного валу за формулою:

(1.7)

де - частота обертання швидкохідного валу.

Визначимо кутову швидкість обертання валу електродвигуна за формулою:

(1.8)

де - частота обертання валу електродвигуна.

Визначаємо обертаючі моменти на валах.

На валу електродвигуна визначається за формулою:

(1.9)

де - потужність електродвигуна;

- кутова швидкість обертання валу електродвигуна.

На швидкохідному валу за формулою:

Т1=Тдв.• Uланц• зл.п. (1.10)

де Тдв. - крутний момент електродвигуна;

Uланц - передаточне відношення ланцюгової передачі;

зл.п - коефіцієнт корисної дії ланцюгової передачі.

Т1=95,5•1,75•0,95=158,8 Н•м

1.2 Розрахунок зубчастої передачі

1.2.1 Вибір матеріалу деталі

Спираючись на умови роботи механізму, обираємо матеріал для виготовлення сателіта сталь 40Х як найбільш поширену в будівництві редукторов. Вона призначається для виготовлення осей, валів, плунжерів, штоків, колінчастих і кулачкових валів, а також кілець, шпинделів, рейок, зубчастих вінців, зубчастих коліс, болтів, півосей, втулок та інших деталей підвищеної міцності. Хімічний склад сталі 40Х наведено в таблиці 1.2, а основні механічні властивості в таблиці 1.3[1].

Таблиця 1.2 - Хімічний склад сталі 40Х

Кремній (Si)	Мідь (Cu), не більше	Мар-ганець (Mn)	Нікель (Ni), не більше	Фосфор (P), не більше	Хром (Cr)	Сірка (S), не більше
0.17-0.37	0.30	0.50-0.80	0.30	0.035	0.80-1.10	0.035

Таблиця 1.3- Механічні властивості в залежності від перетину

Перетин, мм	0,2, МПа	B, МПа	5, %	, %	KCU, Дж/м2	HB
Гарт 840-860 °С, вода, масло. Відпуск 580-650 °С, вода, повітря.
301-500	345	590	14	38	49	174-217

Обираємо термообробку для колеса - поліпшення, а для шестерні гарт в ТВЧ, основні параметри термообробки наведено в таблиці 1.4[1].

Таблиця 1.4 - Термообробка сталі 40Х

Матеріал	Деталь	Вид термообробки	Твердість
			HBср серцевини	HBср поверхні
Сталь 40Х	колесо	поліпшення	269	285	950	700
	шестерня	поліпшення та гартування ТВЧ	300	438	850	550

1.2.2 Визначення допустимих контактних напружень і напружень згину

Визначаємо числа циклів зміни навантажень зубців шестерні та сателіта.

Кількість годин роботи на добу t=14 годин.

Кількість днів експлуатації на рік D=300 днів.

Експлуатація приводу р=5 років.

Визначимо число циклів змін навантаження зубців на шестерні за формулою:

N1=60•n1•LH (1.12)

де n1 - число обертів бистрохідного валу;

LH - довговічність зубчатої передачі, що знаходиться за формулою:

LH =t•D•p (1.13)

де t - кількість годин роботи на добу;

D - кількість днів експлуатації на рік;

p - експлуатація приводу.

LH =14•300•5= 21000 год

N1=60•1719•21000= 2165,94•106 циклів

Число циклів змін навантаження для колеса:

N2= 6038221000= 481,32•106 циклів

Розраховуємо базові числа циклів навантажень :

а)при розрахунку на контактну міцність:

для шестерні:

NH01=(HBср)3 (1.14)

NH01=(438) 3=84•106циклів;

для колеса:

NH02=(HBср)3 (1.15)

NH02=(285)3= 23•106циклів

б)при розрахунку на згин:

NF0=4•106циклів

Визначаємо допустимі контактні напруження для колеса:

(1.16)

де

- допустимий коефіцієнт безпечності;

- коефіцієнт довговічності колеса;

;

Коефіцієнт довговічності за контактними напруженнями для колеса:

KHL2= (1.17)

KHL2=

Так як значення , приймаємо KHL2=1.

Визначаємо допустимі контактні напруження для шестерні:

(1.18)

де н

- допустимий коефіцієнт безпечності;

- коефіцієнт довговічності шестерні;

;

Коефіцієнт довговічності за контактними напруженнями для шестерні:

KHL1= (1.19)

KHL1=

Так як значення , приймаємо KHL1=1.

Визначаємо допустимі напруження згину для шестерні:

(1.20)

де - запас міцності;

- границя згинної міцності для шестерні;

- коефіцієнт довговічності;

;

Коефіцієнт довговічності при розрахунку на згин для кожної з деталей розраховується за формулою:

KFL1,2= (1.21)

Знайдемо значення довговічності на згин для шестерні:

KFL1=

Так як значення , тому приймаємо KFL1=1.

Визначаємо допустимі контактні напруження для колеса:

(1.22)

де Yа - коефіцієнт, який враховує двостороннє прикладення навантаження;

Yа = 0,65 (для поліпшених сталей);

- границя згинної міцності для колеса:

KFL2=

Так як значення , тому приймаємо KFL2=1.

1.2.3 Розрахунок міжосьової відстані

Знаходимо попереднє значення міжосьової відстані:

; (1.23)

де К- коефіцієнт що залежить від твердості поверхні;

- крутний момент на швидкісному валу;

- передаточне відношення редуктора;

Спираючись на твердість поверхні зубів обираємо: К ;

;

Визначаємо окружну швидкість за формулою:

(1.24)

де - попереднє значення міжосьової відстані;

- передаточне відношення редуктора;

n1 - число обертів бистрохідного валу.

Степінь точності зубчатої передачі за табличними даними при дорівнює 8-й - передачі заниженої точності.

(1.25)

де - коефіцієнт ширини вінця колеса;

=0,4[1];

- передаточне відношення редуктора;

- крутний момент на швидкісному валу;

- допустимі контактні напруження;

nщ - кількість сателітів;

nщ = 3;

кW - коефіцієнт нерівномірності розподілення навантаження між сателітами;

кW=1,1[1];

Кн- коефіцієнт навантаження;

(1.26)

де - коефіцієнт, який враховує внутрішню динаміку вантаження;

- коефіцієнт, який враховує нерівномірність розподілу навантаження по довжині контактних ліній, і знаходиться за формулою;

; (1.27)

де - коефіцієнт, який враховує приробітку зубів, та залежить від окружної швидкості;

- коефіцієнт нерівномірності розподілу навантаження в початковий період роботи;

Для вибору значення коефіцієнта з табличних даних, потрібно визначити коефіцієнт за формулою:

(1.28)

де - коефіцієнт ширини зубчатого вінця колеса;

- передаточне відношення редуктора;

Тоді .

;

- коефіцієнт, що знаходиться за формулою:

; (1.29)

де - початкове значення коефіцієнта розподілу навантаження між зубами та визначається за формулою:

(1.30)

де - степінь точності;

Обираємо за табличних даних [1].

1.2.4 Розрахунок параметрів передачі

Підбираємо число зубів коліс.

Щоб не було підрізання ніжки зуба ведучої центральної шестерні, число її зубів повинно бути .Для твердості НВ приймаємо .

Підбір чисел зубів інших коліс приймають з умов співосності, сусідства та збірки.

Кількість зубів колеса з внутрішнім зубом:

(1.31)

де u - передаточне відношення редуктора;

z1 - кількість зубів центральної шестерні;

Кількість зубів сателіта:

(1.32)

де z1 - кількість зубів центральної шестерні;

z3 - кількість зубів на колесі з внутрішніми зубцями

Для знаходження кутів зачеплення передачі, визначаємо коефіцієнти В1,В2.

(1.33)

де x1 - коефіцієнт зміщення шестерні;

x1 = 0,618;

x21 - коефіцієнт зміщення сателіта;

x21=0,965;

(1.34)

де x22 - коефіцієнт зміщення сателіта;

x22 = 0,807

x3 - коефіцієнт зміщення колеса з внутрішнім зубом;

x3 =2,038

З монограми [1] знаходимо кути зачеплення.

Кут зовнішнього зачеплення:

Кут внутрішнього зачеплення:

Перевіряємо передачу на співвісність:

(1.35)

де z1 - кількість зубів центральної шестерні;

z2 - кількість зубів сателіта;

z3 - кількість зубів колеса;

б1, б2 - кути зачеплення.

48,3 = 48,3

Умова виконується.

Умова збірки:

(1.36)

де z1 - кількість зубів центральної шестерні;

nщ - кількість сателітів;

г - ціле число.

Умова виконується.

(1.37)

де z3 - кількість зубів колеса з внутрішнім зубом;

nщ - кількість сателітів;

г - ціле число.

Умова виконується.

Знаходимо модуль зачеплення.

(1.38)

де ащ - міжцентрова відстань;

z1 - кількість зубів центральної шестерні;

z2 - кількість зубів сателіта.

мм

Приймаємо m = 5 мм.

Уточнюємо міжосьову відстань:

(1.39)

де z1 - кількість зубів центральної шестерні;

z2 - кількість зубів сателіта;

m - модуль зачеплення.

=140 мм

Отже остаточно приймаємо aщ=140 мм

Розраховуємо ширину коліс та шестерні та приймаємо найближчі стандартні значення по ГОСТ 6636-69.

Ширина колеса с внутрішнім зубом:

(1.40)

де шba - коефіцієнт ширини вінця колеса;

aщ - міжосьова відстань;

Ширина вінця сателіта:

(1.41)

де b3 - ширина вінця з внутрішнім зубом.

Приймаємо b2 = 60 мм

Ширина вінця центральної шестерні:

(1.42)

де b2 - ширина вінця сателіта.

Приймаємо b1 = 67 мм

Розраховуємо ділильні діаметри.

Ділильний діаметр шестерні:

(1.43)

де z1 - кількість зубів центральної шестерні;

m - модуль зачеплення.

Ділильний діаметр сателіта:

(1.44)

де aщ - міжосьова відстань;

d1 - ділильний діаметр шестерні.

Ділильний діаметр колеса з внутрішнім зачепленням:

(1.45)

де aщ - міжосьова відстань;

d2 - ділильний діаметр сателіта.

Визначаємо діаметри виступів та западин сателіта.

Діаметр виступів сателіта:

(1.46)

де d2 - ділильний діаметр сателіта;

m - модуль зачеплення;

Діаметр западин сателіта:

(1.47)

де d2 - ділильний діаметр сателіта;

m - модуль зачеплення;

x21 - коефіцієнт зміщення сателіта.

Розраховуємо сили зачеплення.

Для шестерні окружна сила буде дорівнювати:

(1.48)

де Т1 - крутний момент на швидкісному валу;

d1 - ділильний діаметр шестерні.

Радіальна сила на шестерні:

(1.49)

де Ft1 - окружна сила на шестерні;

б1 - кут зачеплення між шестернею та сателітом.

Для сателіта окружна сила дорівнює:

(1.49)

де Т2 - крутний момент на тихохідному валу;

d2 - ділильний діаметр сателіта.

Радіальна сила на сателіті:

(1.50)

де Ft2 - окружна сила на сателіті;

б1 - кут зачеплення між шестернею та сателітом.

1.2.5 Перевірка зубів коліс по напруженням згину та контактним напруженням

Розрахункове значення контактного напруження:

(1.51)

де zу = 9600МПа;

Кн - коефіцієнт навантаження;

Т1 - крутний момент на швидкісному валу;

u - передаточне відношення;

b2 - ширина вінця сателіта;

ащ - міжцентрова відстань.

Умова виконується.

Перевіряємо зубці по напруженням згину.

Розрахункове напруження згину на зубцях сателіта:

(1.52)

де Ft2 - окружна сила сателіта;

b2 - ширина вінця сателіта;

m - модуль зачеплення;

YFS2 - коефіцієнт, який враховує форму зуба і концентрацію напружень;

YFS2=3,4 [1];

Yв - коефіцієнт,який враховує кут нахилу зуба;

Yв=1;

Yе - коефіцієнт, який враховує перекриття зубів;

Yе =1;

KF - коефіцієнт навантаження при розрахунку напруження згину;

(1.53)

де KFV - коефіцієнт, який враховує внутрішню динаміку навантаження;

KFV = 1,48;

KFб - коефіцієнт, який враховує похибку виготовлення шестерні та колеса на розподіл навантаження між зубцями;

(1.54)

де - початкове значення коефіцієнта розподілу навантаження між зубами.

KFв - коефіцієнт, який враховує нерівномірність розподілення напруження зубців по ширині зубчастого вінця;

(1.55)

де - коефіцієнт нерівномірності розподілу навантаження в початковий період роботи;

Змн.

158 МПа 299 МПа

Умова виконується.

1.3 Розрахунок параметрів деталі

1.3.1 Ескізна компоновка вузла сателіта

Метою ескізної компоновки вала є визначення відстані між опорами та серединою сателіта для подальшого розрахунку на кручення та згин.

Приймаємо відстань між сателітом та опорою x = 15 мм, довжину опори 20 мм

Отже орієнтовно довжина вала між опорами буде дорівнювати:

(1.56)

де х - відстань між сателітом та опорою;

b2 - ширина вінця сателіта;

В - довжина опори.

Ескізна компоновка вузла сателіта наведена на рисунку 1.

Рисунок 1.1 - Ескізна компоновка вузла сателіта

1.3.2 Проектний розрахунок валу вузла сателіта

Метою проектного розрахунку вала є розрахунок на спільну дію згину та кручення. Вихідні дані для цього розрахунку - сили зубчастого зачеплення, які було розраховано в п.1.2.4.

Складаємо розрахункову схему вала, в якій він у вигляді балки на двох опорах, та проставляємо зусилля, які навантажують балку, їх величини, напрямки та плечі.

Розрахункову схему розглядаємо у двох площинах: вертикальній та горизонтальній.

Визначаємо реакції опор у вертикальній площині:

(1.57)

(1.58)

Визначаємо реакції опор у горизонтальній площині:

(1.59)

(1.60)

Розраховуємо момент згину у вертикальній площині:

(1.61)

де l - відстань між опорою та серединою вінця сателіта.

Розраховуємо момент згину у горизонтальній площині та будуємо його епюру:

(1.62)

де l - відстань між опорою та серединою вінця сателіта.

Визначаємо сумарний момент згину:

(1.63)

Епюри моментів наведено в рисунку 1.2

Рисунок 1.2 - Епюри моментів на валу

По моменту згину визначаємо діаметр вала в небезпечному перетині:

(1.65)

де М - момент згину;

[уF] = 50 МПа.

Приймаємо d=45 мм

1.4 Конструювання деталі, яка проектується

Назначаємо параметри сателіта, для визначення яких потрібно знати параметри підшипника, на який сателіт буде насаджуватись.

Для зменшення концентрації навантаження требо, щоб сателіти само встановлювалися по нерухомому центральному колесу. Для цього обираємо радіальні сферичні шарикопідшипники. За довідковими даними приймаємо шарикопідшипник радіальний двохрядний сферичний 1309. Діаметр посадки на вал d = 45мм; зовнішній діаметр D = 100мм; ширина В = 25мм

Отже внутрішній діаметр сателіта dс = 100мм

На торцях зубчатого вінця виконують фаски:

(1.66)

де m - модуль зачеплення.

Приймаємо f = 2,5х450 мм

Острі кромки на торцях маточини також притупляють фасками. Приймаємо f = 2х450 мм [1].

Назначаємо граничні відхилення розмірів та допуски розташування поверхонь для деталі - сателіт.

Найбільш точна поверхня - отвір під підшипник діаметром 100 мм. Назначаємо допуск на цей розмір за 6-им квалітетом - 100G6. Допуск на розміри довжини вінця та діаметру виступів зубів приймаємоЗмн.

за 11-им квалітетом - 60h11 та 172,5h11. Усі інші розміри не вимагають високої точності, тому приймаємо: невказані граничні відхили валів - h14, отворів- Н14 (ГОСТ 25670-83)[1].

Саму кращу шорсткість має отвір під підшипник та робочі поверхні зубців. Приймаємо шорсткість цих поверхонь Ra2,5. Шорсткість торців сателіта - Ra3,2. На інші поверхні назначаємо Rz6,3.

Допуск на перпендикулярність торців приймаємо 30 мкм в залежності від класу точності та величини розмірів [1].

Допуск циліндричності поверхні під посадку назначаємо, щоб зменшити концентрацію контактних напружень.

(1.67)

де t - допуск розміру поверхні.

2. Технологічна частина

2.1 Вибір методу виготовлення заготовки

Розрізняють основні види заготовок зубчастих коліс при різних конструкціях і серійності випуску: заготівка з прокату; поковка, виконана вільним куванням на кувальному молоті; штампована заготівка в підкладних штампах, отримана на пресах; штампована заготівка в закріплених штампах, отримана на пресах і горизонтально-кувальних машинах.

Форма заготовок, отриманих вільним куванням на молотах, не відповідає формі готової деталі, але структура металу завдяки куванню покращується в порівнянні із структурою металу заготовки, відрізаною пилою від прутка.

Штампування заготовок в підкладних штампах виробляється на кувальних молотах, а також на фрикційних і гідравлічних пресах або на механічних кувальних пресах в дрібносерійному виробництві при температурі 950... 1100 °С. Заготовку деформують з торця.

Штампування заготовок в закріплених штампах на штампувальних молотах і кувальних пресах здійснюється як у відкритих, так і в закритих штампах у багатосерійному і масовому виробництві.

Штампування на механічних кувальних пресах має велику перевагу перед штампуванням на молотах, оскільки виходить точна штампована заготовка, припуски в якої менше на 30 %, ніж в заготовки, отриманої на молоті; і по конфігурації заготовка після кування преса ближче до готової деталі. Продуктивність штампування на пресах вища, ніж на молотах в 1,5-- 2 рази, робота відбувається без ударів; на пресах можна штампувати і прошивати отвори.

Прокат дозволяє з найменшими питомими затратами виробляти вироби, які або повністю відповідають передбаченому конструктором повздовжньому перетину деталі, або максимально наближається до нього.

З урахуванням проведеного вище аналізу різних типів заготовок для плоского зубчатого колеса, форми деталі, її маси та типу виробництва найраціональнішими методами отримання заготовки є штампування на ГКМ або з круглого прокату.

Для вибору більш економічного способу отримання заготовки потрібно провести порівняльний розрахунок декількох варіантів.

Розглянемо заготовку - поковку.

Розрахуємо ціну заготовки за формулою:

(2.1)

де - ціна сталі 40Х за 1 тонну;

Q - маса заготовки;

q - масса деталі;

- ціна стружки;

- коефіцієнт, що залежить від точності штампування;

- коефіцієнт, що залежить від групи складності заготовки;

- коефіцієнт, що залежить від маси заготовки;

- коефіцієнт, що залежить від марки матеріалу;

- коефіцієнт, що залежить від об'єму виробництва;

Розрахуємо масу заготовки:

(2.2)

де D - зовнішній діаметр заготовки;

d - внутрішні діаметр заготовки;

h - ширина заготовки;

с - щільність матеріалу.

Вибравши коефіцієнти з таблиць [5], розраховуємо ціну поковки:

Розрахуємо коефіцієнт використання матеріалу:

(2.2)

Розглянемо заготовку, вироблену з круглого прокату.

Розрахуємо ціну заготовки за формулою:

(2.3)

де - ціна сталі 40Х за 1 тонну;

Q - маса заготовки;

q - масса деталі;

- ціна стружки.

Розрахуємо масу заготовки, за допомогою об'єму та щільності матеріалу:

(2.4)

де D - діаметр заготовки;

h - ширина заготовки;

с - щільність матеріалу.

Розрахуємо коефіцієнт використання матеріалу:

Аналізуючи данні, приходимо до висновку, що ціна заготовки з круглого прокату дорожче, ніж поковки. Також коефіцієнт використання матеріалу при поковці більше, ніж при прокаті на 28

.

Найбільш раціональним і економічно вигідним буде використання заготовки поковки.

2.2 Розробка маршруту виготовлення деталі. Вибір устаткування, пристосування та ріжучого інструменту

Маршрут виготовлення деталі сателіт складає 7 операцій. Операції йдуть в такій послідовності: токарна, протяжна, зубофрезерна, термообробка, прошивна, зубошевінгувальна та шліфувальна. Детальніше маршрут обробки наведено в таблиці 2.1 та в додатку А.

Таблиця 2.1 - Маршрут обробки деталі сателіт

Номер, найменування та зміст операцій	Ескіз обробки, базування	Обладнання, пристрої та інструмент
005 Токарна поз.1завантажувальна; поз.3 точити торець, витримуючи розмір 1; поз.5 точити отвір та фаску, витримуючи розміри 1,2;		Токарний багато-шпіндельний напівавтомат 1К282
поз.7 точити торець начисто, канавки та отвір, витримуючи розміри 1,2,3,4,5; поз.2завантажувальна; поз.4 точити поверхню та торець, витримуючи розміри 1,2; поз.6 точити торець начисто та фаску, витримуючи розміри 1,2; поз8. точити поверхню начисто та фаску, витримуючи розміри 1,2.
010 Протяжна протягувати начисто отвір, витримуючи розмір 1		Горизонтально-протяжний верстат 7Б57
015 Зубофрезерна нарізати зуби, витримуючи розміри 1,2 та технічні вимоги		Вертикальний зубофрезерний верстат 5А312
020 Термообробка
025 Прошивна калібрувати отвір		Горизон-тально-протяжний верстат 7Б57
030 Зубо-шевінгувальна шевінгувати зуби, витримуючи технічні вимоги		Зубошевінгу-вальний верстат 5702
035 Шліфувальна шліфувати попередньо та остаточно отвір, витримуючи розмір 1		Внутри-шліфуваль-ний верстат 3А227

Вибір металорізальних верстатів залежить від типу виробництва, методу обробки поверхні або декількох поверхонь, точності та шорсткості поверхонь, припуску на обробку, розробленого технологічного процесу та економічних витрат, які пов'язані з обробкою конкретної заготовки на вибраному верстаті. Технологічний процес механічної обробки розробляється з орієнтацією на звичайні верстати - верстати без програмного управління.

Щоб перевірити правильність вибраного устаткування наведемо коротку характеристику верстатів, використаних при обробці заданої деталі. Дані відносно потужностей двигунів знадобляться надалі для розрахунку режимів різання[5].

Токарний багатошпиндельний вертикальний напівавтомат 1К282

Найбільший діаметр оброблюваної заготовки - 250 мм;

Число шпінделей - 8;

Число швидкостей шпинделя - 50;

при нормальному виконанні - 42-628 хв-1;

при швидкохідному виконанні - 66-980 хв-1;

Число супортів - 7;

Найбільше переміщення супортів (вертикальне й горизонтальне) - 350мм;

Подача - 0,041-4,053 мм/об;

Потужність головного привода - 22кВт

Горизонтально-протяжний верстат 7Б55У

Номінальне тягове зусилля - 10т;

Довжина робочого ходу повзуна - 100..1250мм;

Швидкість робочого ходу повзуна - 1,5..11,5 м/хв;

Швидкість зворотнього ходу - 25м/хв;

Потужність електродвигуна - 17кВт

Вертикально-зубофрезерний верстат 5А312 для циліндричних коліс

Діаметр колеса, яке оброблюється, з прямим зубом - 320 мм;

Найбільший модуль по сталі - 6 мм;

Ширина колеса, яке оброблюється - 160 мм;

Найбільший діаметр шнекової фрези - 160 мм;

Кількість швидкостей шпинделя фрези - 12;

Числа обертів шпинделя фрези - 94-415 хв-1;

Подача стола - 2,5-100 м/хв;

Потужність електродвигуна приводу шнекової фрези - 7,5 кВт

Найбільший діаметр оброблюваної деталі: 320 мм;

Найбільший модуль: 6 мм;

Частота обертання шпинделя шевера, хв-1: 50;63;80;100;125;160;200;250;315;400;

Ширина зубчатого вінця: 10…100 мм;

Найбільший діаметр фрез: 200 мм;

Діаметр шевера: 300мм;

Найбільша ширина шевера 40 мм;

Потужність електродвигуна головного руху: 3 кВт

Внутришліфувальний верстат з горизонтальним шпинделем 3А227

Найбільший діаметр оброблюваної деталі: 200 мм;

Діаметр шліфувального отвору: 20…100 мм;

Найбільша довжина шліфувального отвору: 125мм;

Найбільші розміри шліфувального кола:

діаметр : 100мм;

висота: 50 мм;

Найбільше переміщення стола: 450 мм;

Частота обертання шліфувального кола 4500; 6000;9000;12000 хв-1;

Частота обертання деталі 100…600 хв-1;

Загальна потужність електродвигунів: 12 кВт

Основуючись на вже розробленому маршруті обробки зубчастого колеса, обрані інструменти та пристрої записуємо до таблиці 2.2.

2.3 Вибір технологічних баз

Технологічна баз використовується для визначення положення заготовки або деталі в процесі виготовлення чи ремонту. В процесі обробки на верстатах необхідно визначити поверхні, лінії або точки відносно яких будуть орієнтовані інші поверхні заготовки, які обробляються на даному установі.

При механічній обробці необхідно дотримуватися принципу постійності баз, тобто, прагнути до використання однієї і тієї ж технологічної бази, не допускаючи без необхідності зміни технологічної бази. Прагнення виконати обробку на одній технологічній базі обґрунтовується тим, що зміна технологічної бази підвищує похибку взаємного розміщення поверхонь, оброблених відносно різних технологічних баз, вносячи додаткову похибку взаємного розміщення самих технологічних баз, від яких проводилась обробка поверхонь.

Використовуючи всі вище описані рекомендації, за чорнову базу приймаємо торцеву поверхню, а також зовнішню поверхню найбільшого діаметра. Використовуємо чорнову базу для підготовки чистової бази. За чистову базу приймаємо центральний циліндричний отвір деталі, який використовуємо на протязі практично всієї послідуючої обробки, таким чином притримуючись принципу єдності баз. На останній операції - шліфування центрального отвору - за базу приймаємо робочі поверхні зубців.

2.4 Проектування заготовки

Як вже було зазначено в п.1.2, обраний метод отримання заготовки - штампування на горизонтально-кувальній машині, яка являє собою горизонтальні кривошипні гарячештамповані преси зусиллям 6,3..125 МН. Типовим процесом є багатострумова висадка у відкритих штампах.

Поверхня рознімання штампу знаходиться у площині найбільшого габаритного розміру поковки. Таким чином порожнини штампів отримують неглибокими, облегшується їх заповнення.

По ГОСТ 7505-89 головними ознаками класифікації штампованих поковок є: точність виготовлення; група сталі; конфігурація поверхні роз'єму штампу; ступінь складності.

По точності виготовлення поковки можуть бути п'яти класів, які встановлюються в залежності від виду обладнання (технологічного процесу) по ГОСТ 7505-89.Клас точності даної заготовки - Т4.

Група сталі поковок визначається по вмісту вуглецю та легуючих елементів. Для сталі 40Х - М2 [3].

По конфігурації поверхні роз'єму штампа - з плоскою симетрично зігнутою поверхнею роз'єма [3].

Для визначення ступеню складності поковки розраховуємо допоміжний коефіцієнт:

(2.5)

де Gп - об'єм поковки;

Gф - об'єм простої фігури.

Отже ступінь складності поковки - С1[3]. Поковка виготовляється за 2 переходи.

По отриманим вище даним про заготовку, визначаємо вихідний індекс - 10 [3], який потрібен для подальшого визначення припусків та допусків поковки.

Назначаємо припуски на механічну обробку та допуски заготовки табличним методом. Результати заносимо до таблиці 2.3.

Таблиця 2.3 - Припуски на механічну обробку та допуски розмірів заготовки

Розмір	Припуск	Допуск
100	1,6
172,5	21,8
60	21,6

Назначаємо штампувальні уклони, які залежать від форми та розмірів порожнини штампу в плані, її глибини, матеріалу поковки, метода штамповки і т.д. За довідковими даними[3] приймаємо: внутрішні уклони - 20; зовнішні - 10.

Для зменшення концентрації напружень в кутах струмів штампу, покращення заповнення порожнини штампу та зменшення зносу гострих кутів та кромок штампів назначаємо радіуси заокруглення 3 мм [3].

Ескіз заготовки наведено на рисунку 2.1

Рисунок 2.1 - Ескіз заготовки

2.5 Розрахунок режимів різання

Визначаємо режими різання табличним методом.

Розрахуємо режими різання для операції 005 позиції 5, яка проводиться на багатошпіндельному напівавтоматі 1К282. Визначаємо довжину робочого ходу супорту за формулою:

(2.6)

де - довжина різання;

- підвід, врізання та перебіг інструменту;

- додаткова довжина ходу, яка обумовлюється в деяких випадках особливостями наладки і конфігурацією деталей;

Вибираємо данні з маршруту обробки та табличних даних [6]:

Глибина різання t = 1мм.

Призначаємо величину подачі супорта на оборот шпинделя [6]:

Уточнюємо величину подачі по паспорту верстата [5]:

Визначаємо стійкість інструменту по нормативам [6]:

Розрахуємо швидкість різання за формулою:

(2.7)

де - табличне значення швидкості;

- коефіцієнт, який залежить від матеріалу, що оброблюється;

- коефіцієнт, який залежить від стійкості та марки матеріалу ріжучою частини;

- коефіцієнт, який залежить від виду обробки;

[6].

Розрахуємо рекомендоване число обертів шпинделя станка за формулою:

(2.8)

де V - розрахункова швидкість різання;

d - діаметр обробки.

Обираємо найближче значення числа обертів верстату [5]:

Уточнюємо швидкість різання по прийнятому значенню числа обертів шпинделя, за формулою:

(2.9)

де d - діаметр обробки;

n - прийняте число обертів верстата.

Розрахуємо основний машиний час обробки за формулою:

(2.10)

де - довжина робочого ходу супорту;

- подача супорту на оборот шпинделя;

- число обертів верстату.

Для визначення потужності різання необхідно розрахувати силу різання Рz.

(2.11)

де К1 - коефіцієнт, який залежить від оброблюваного матеріалу;

К2 - коефіцієнт, який залежить від швидкості різання та переднього кута в плані при точінні сталі твердосплавним інструментом.

Рzтабл =30 кГ; К1 = 0,85; К2 = 1[6] .

Отже потужність різання буде дорівнювати:

(2.12)

Порівнюємо потужність різання з потужністю верстата:

(2.13)

16,50,63

Умова виконується.

Аналогічним методом розраховуємо режими різання на інші операції, визначені дані записуємо до таблиці 2.4

Таблиця 2.4 - Дані режимів різання, розрахованих табличним методом

Найменування операції	Швидкість різання V,м/хв	Подача S,мм/об	Глибина різання t,мм	Кількість проходів і,шт.	Частота обертання n, 1/хв	Машиний час То, хв.	Стійкість інструмента Т,хв
1	2	3	4	5	6	7	8
005Токарна поз.3	157	0,6	1,2	1	500	0,14	60
поз.5	157	0,6	1	1	500	0,22	60
поз.7	125,6	0,2	0,4	1	400	1,1	60
поз.4 повздовж. поперечн.	157 135,4	0,6 0,6	1,2 1,3	1 1	500 250	0,14 0,45	60 60
поз.6	125,6	0,2	0,4	1	400	1,1	60
поз.8	135,4	0,2	0,5	1	250	1,34	60
010 Протяжна	5	-	0,5	1	-	0,096	45
015 Зубофрезерна	39,25	2,6	-	2	125	8,95	160
025 Прошивна	5	-	-	1	-	0,096	45
030 Зубо-шевінгувальна	178	0,37	-	1	315	22,2	120
035 Шліфувальна чорн. чист.		25 25	0,07 0,03	1 1		0,94 0,85	- -

2.6 Розрахунок технічних норм часу

Технічні норми часу в умовах серійного виробництва встановлюються розрахунково-аналітичним методом.

Розраховуємо норми штучно-калькуляційного часу на протяжну операцію 010, яка виконується на горизонтально-протяжному верстаті .

(2.14)

(2.15)

де - підготовчо-заключний час, хв;

- основний час, хв;

n - кількість деталей в налагоджувальній партії, шт;

- час на встановлення та зняття деталі, хв;

- час на закріплення та відкріплення деталі, хв;

- час приймання керування, хв;

- час на вимірювання деталі, хв;

- час на обслуговування робочого місця та відпочинок, хв;

к - поправочний коефіцієнт.

[5]

Час на вмикання або вимикання верстата кнопкою - 0,01хв; увімкнути робочий хід -0,01 хв. [5]Тоді:

[5]

Поправочний коефіцієнт на допоміжний час при серійному виробництві:

[5]

Допоміжний час:

(2.16)

Оперативний час:

(2.17)

Час на відпочинок та обслуговування робочого місця складає 6% від оперативного часу:

[5]

[5]

Кількість деталей в партії [5]:

(2.18)

де N - програма випуску деталей,шт;

a - періодичність запуску в днях (a=12).

Штучно-калькуляційний час:

Результати визначення часу на інші операції розраховуємо аналогічним чином. Всі дані заносимо до таблиці 2.5.

Таблиця 2.5 - Таблиця норм часу по операціям, хв.

Номер та найме-нування операції	То	Тв	Топ	Тоб.ст	Тшт	Тп-з	n	Тш-к
		Тус, Тзо	Туп	Тиз
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 21 ТМд. РБ09. 17. 02. ПЗ. 005Токар-на	4,49	0,47	0,515	0,44	7,12	0,43	7,55	30	236	7,67
015 Зубо-фрезерна	8,95	0,32	0,1	0,17	10,04	0,6	10,64	21	236	10,73
025 Про-шивна	0,096	0,063	0,03	0,15	0,9	0,054	0,954	11	236	1,1
030 Зубо-шевінгу-вальна	22,2	0,32	0,1	0,2	23,35	1,4	24,75	21	236	24,84
035 Шліфу-вальна	1,79	0,15	0,06	0,15	2,46	0,15	2,6	16	236	2,68

3. Проектування верстатного пристрою

В ході обробки деталі сателіт, пристосуванням, яке застосовується найбільш усього є трикулачковий самоцентрувальний патрон.

Трикулачковий самоцентрувальний патрон дає змогу центрувати та закріплювати циліндричні заготовки різних розмірів у межах габаритів патрона та робочих переміщень його рухомих елементів. Циліндричну заготовку встановлюють між рифленими поверхнями трьох кулачків, розміщених у радіальному напрямку під кутом 1200 один до одного. Кулачки можна переставляти , повертаючи їх на 1800, або змінювати іншими під час налагодження верстата. Це дає змогу значно розширити асортимент встановлюваних заготовок.

Згідно з чинним стандартом такі патрони мають найбільші габарити 80..630 мм, силу затискання заготовок 12000..75000 Н, точність центрування 0,15 мм. Цю точність можна значно підвищити шляхом додаткового оброблення поверхонь кулачків після їх встановлення та закріплення на оброблюваному верстаті.

Розрахуємо силу закріплення на патроні на операцію 005 токарна.

Визначаємо коефіцієнт запасу для самоцентрувального трьох-кулачкового патрону з пневматичним приводом затиску:

(3.1)

де Ко - постійний коефіцієнт запасу;

К0 = 1,5[8]

К1 - коефіцієнт, який враховує стан поверхні заготовки;

К1 = 1[8]

К2 - коефіцієнт, який враховує збільшення сили різання при зношуванні унструменту;

К2 = 1,2[8]

К3 - коефіцієнт, який враховує збільшення сили різання при обробці преривних поверхонь заготовки;

К3 = 1,2[8]

К4 - коефіцієнт, який враховує постійність сили затиску приводу;

К4 = 1[8]

К5 - коефіціент, який враховує розташування рукоятки затискного пристрою;

К5 = 1[8]

Визначаємо силу затиску одним кулачком патрона:

(3.2)

де Pz - сила різання, Н;

Dо.п. - діаметр поверхні, яка обробляється, мм;

nк - число кулачків в патроні;

fт.п. - коефіцієнт тертя на робочих поверхнях кулачків;

fт.п. = 0,8[8]

Dn.k. - діаметр поверхні, яка затискається, мм;

Кзап - коефіцієнт запасу.

Визначаємо силу на штоці:

(3.3)

де Wк - сила затиску одним кулачком патрона, Н;

nк - кількість кулачків;

Kтр - коефіцієнт, який враховує додаткові сили тертя в патроні;

Kтр = 1,05[8]

ак - виліт кулачка від середини його опори в пазу патрона до центру прикладення сили затиску на одному кулачку, мм;

ак = 40мм

hк - довжина напрямної частини кулачка мм;

hк = 65мм

fк - коефіцієнт тертя кулачка;

fк = 0,1.

Визначаємо діаметр поршня циліндра:

(3.4)

де Qшт - сила на штоці, Н;

р - тиск стиснутого повітря, мН/м;

р = 0,39мН/м.

Приймаємо найближче стандартне значення діаметру циліндра:

Dц = 200мм

Отже дійсна сила затиску деталі:

(3.5)

де Dц - діаметр циліндра, мм;

р - тиск стиснутого повітря, мН/м;

? - коефіцієнт корисної дії;

? = 0,85.

Таблиця 2.2- Обране обладнання та інструмент

Номер операцій та найменування операції	Модель верстата	Інструмент	Пристрій	Контрольний пристрій
		Назва інструменту	ГОСТ	Матеріал ріжучої частини	Кількість
1	2	3	4	5	6	7	8
005 Токарна позиція 3	1К282	Різець прохідний 2100-0551	18869-73	Т15К6	1	Патрон самоцентрувальний 7100-0007 ГОСТ 2675-80	Штангенциркуль ШЦ-III-125-0,05 ГОСТ 166-89
Позиція 5		Різець розточний 2145-0022	18062-73	Т5К10	1		Калібр-пробка 8141-0021 ГОСТ 14826-69
		Різець прохідний 2100-0551	18869-73	Т15К6	1		-
Позиція 7		Різець прохідний 2100-0551	18869-73	Т5К10	2		Штангенциркуль ШЦ-III-125-0,05 ГОСТ 166-89
1	2	3	4	5	6	7	8
		Різець прорізний 2120-0501	18874-83	Т5К10	2		Нутромір 3-6 ГОСТ 9244-75
Позиція 4		Різець прохідний 2100-0551	18869-73	Т15К6	1	Оправка циліндрична розтискна 0515 ГОСТ 16212-70	Штангенциркуль ШЦ-III-125-0,05 ГОСТ 166-89
		Різець прохідний 2101-0501	18868-73	Т15К6	1
Позиція 6		Різець прохідний 2100-0551	18869-73	Т5К10	2
Позиція 8		Різець прохідний 2100-0551	18869-73	Т15К6	1
		Різець прохідний 2101-0501	18868-73	Т5К10	1
1	2	3	4	5	6	7	8
010 Протяжна	7Б57	Протяжка спеціальна	-	-	1	Призми	Калібр-пробка 8141-0021 ГОСТ 14826-69
015 Зубофрезерна	5А312	Фреза черв'ячна цільна 100, тип 2, m=5	9324-80	Р6М5	1	Оправка 7112-1519 ГОСТ 31.1066.02-85	-
025 Прошивна	7Б57	Прошивка спеціальна	-	-	1	-	Калібр-пробка 8141-0021 ГОСТ 14826-69
030 Зубо-шевінгувальна	5702	Шевер дисковий 180, тип 2, m=5	8570-80	Р6М5	1	Оправка 7112-1519 ГОСТ 31.1066.02-85	-
035 Шліфувальна	3А227	Коло ПП, 40х40х16 СТ К 35м/с А 1кл.	2424-83	2А	1	Патрон самоцентрувальний 7100-0007 ГОСТ 2675-80	Калібр-пробка 8141-0021 ГОСТ 14826-69

Висновки

У даній роботі розглянуто планетарний редуктор, який приводиться в дію ланцюговим приводом.

У першій частині відносно крутного моменту на тихохідному валу та передаточного числа редуктора було визначено потужність та обрано відповідний електродвигун. Розраховано параметри зубчастої передачі, які включають вибір матеріалу, визначення міжосьової відстані та основних розмірів коліс та шестерні. Перевірено усі необхідні умови. Спроектовано деталь - сателіт.

У другій частині обрано метод отримання заготовки, розроблено маршрут виготовлення деталі, розраховано режими різання та нормування технологічного процесу. Дана деталь є типовою,тому обирання обладнання не є важким та дорогим. Норми часу показують , що майже всі операції не займають багато часу, окрім операцій, пов'язаних з обробкою зубів.

У третій частині розраховано силу закріплення трьохкулачкового патрону що самоцентрується.

Размещено на Allbest.ru

...