Анализ технических требований вала первой передачи коробки скоростей МТЗ-82

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Ключевая роль в машиностроении отводится материализации новейших достижений науки и техники. Темпы развития машиностроения - основа научно-технического прогресса во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства, а также поддержанием на должном уровне государства.

Технический прогресс в машиностроении характеризуется не только улучшением конструкции машин, но и непрерывным совершенствованием технологии их производства.

В настоящее время важно качественно, при минимальных затратах и в заданные сроки изготавливать машину, применяя современные высокопроизводительное оборудование, инструмент, технологическую оснастку, средства механизации производственных процессов

Исходя из этого, главной целью данного курсового проекта является усовершенствование технологического производства узла с целью повышения работоспособности и трудоемкости отраслей связанных с данным изделием.

Задачи курсового проекта заключаются в следующем: определение типа производства, анализ технических требований вала первой передачи коробки скоростей МТЗ-82, составление сборочной размерной цепи, размерный анализ первичного вала коробки скоростей МТЗ-82, расчет режимов резания и нормирование технологических операций.



1. Исходная информация для разработки курсового проекта

Исходными данными для проектирования технологического процесса механической обработки вал первой передачи коробки передач МТЗ-82 являются чертёж детали, чертёж сборочного узла, технологические процессы изготовления детали и сборки коробки передач, годовая программа выпуска деталей, N=20000 штук.

При разработке технологии изготовления первичного вала учитывались возможности заготовительного производства завода ОАО «МТЗ» и имеющееся технологическое оборудование.



2. Общее положение

2.1 Служебное назначение МТЗ-80 и МТЗ-82

Тракторы МТЗ-80 и МТЗ-82 выпускаются с 1974 года. Эти модели тракторов обладают высокими скоростными данными (до 35 км/ч) и оснащенные пневматической системой для торможения прицепов и светосигнальной аппаратурой, выполняют значительные по объему транспортные работы, успешно конкурируя, особенно в тяжелых дорожных условиях, с грузовыми автомобилями.

Тракторы МТЗ-80 и МТЗ-82 (рисунок 2.1), обладающие высокими скоростными данными (до 35 км/ч) и оснащенные пневматической системой для торможения прицепов и светосигнальной аппаратурой, выполняют значительные по объему транспортные работы, успешно конкурируя, особенно в тяжелых дорожных условиях, с грузовыми автомобилями. Приспособлены эти тракторы и для выполнения погрузочно-разгрузочных работ, дорожно-строительных и других специальных работ. Повышенные тягово-сцепные качества и проходимость трактора МТЗ-82, оборудованного приводом на передние и задние колеса, и полностью сохраняющего агротехнические показатели и агрегатируемость базовой модели, еще более расширяют универсальность его использования и увеличивают занятость в сельскохозяйственном производстве, так как позволяют применять его в трудных почвенных и погодных условиях на полевых и транспортных работах.

Тракторы МТЗ-80 и МТЗ-82 выполнены по обычной, так называемой классической схеме (с задними колесами большего размера, чем передние) и имеют полурамную конструкцию остова. На тракторы устанавливается дизельный двигатель Д-240 с запуском от электростартера или Д-240Л с запуском от карбюраторного пускового двигателя. Трансмиссия обеспечивает расширенный и рациональный ряд скоростей: 18 передач переднего хода и 4 заднего. Это дает возможность эффективно загрузить двигатель на различных видах работ.

Рисунок 2.1 - Трактор модели МТЗ-82

Благодаря применению прогрессивных решений в конструкции узлов и механизмов на тракторах МТЗ-80 и МТЗ-82 значительно снижена трудоемкость технических обслуживаний, сокращено число точек смазки, увеличено большинство межрегулировочных сроков [1].

Таблица 2.1 Технические характеристики тракторов МТЗ-80 и МТЗ-82

Показатели	Значения показателей
	МТЗ-80	МТЗ-82
Общие данные
Габаритные размеры, мм: Длина	3815	3930
Ширина	1970
Высота	2470
Конструктивная масса, кг	3160	3270
Двигатель
Тип	Дизель четырехтактный, водяного охлаждения
Модель	Д-240, Д-240Л
Мощность, кВт (л.с.)	59(80)
Частота вращения, об/мин	2200
Число цилиндров	4
Трансмиссия
Коробка передач	Механическая, с 9-ю передачами вперед и 2-мя назад, понижающим редуктором (передаточное число 1,36), удваивающим число передач
Сцепление	Фрикционное, однодисковое, сухое, постоянно замкнутое

Коробка передач трактора МТЗ 82 служит для смены передаточных чисел трансмиссии и получения различного диапазона скоростей и тяговых усилий. Помимо прочего, кпп обеспечивает привод на боковой и задний ВОМ, передний ведущий мост и ходоуменьшителя.

На трактор устанавливается механическая коробка передач, с девятью передачами для движения передним ходом и двумя задним. КПП оснащается понижающим редуктором, удваивающим общее число передач.

Коробка передач МТЗ-82 в зависимости от года выпуска и комплектации устанавливается трех видов: с подвижными шестернями, с шестернями постоянного зацепления (с переключением под нагрузкой), с шестернями постоянного зацепления (синхронизированная).

Рисунок 2.2 - Коробка передач МТЗ-82

1 - рычаг переключения передач; 2 - корпус; 3 - вал привода ВОМ; 4 - первичный вал; 5 - вторичный вал; 6 - промежуточный вал; 7 - ведомая шестерня первой ступени КПП; 8 - ведомая шестерня второй ступени КПП; 9 - ведущая шестерня главной ступени КПП; 10 - ведущая шестерня второй ступени КПП; 11 - ведущая шестерня первой ступени КПП; 12 - промежуточная шестерня; 13 и 14 - ведомые шестерни третьей и четвертой передач; 15 - ведомая шестерня пятой передачи и заднего хода; 16 - шестерня понижающего КПП;17 - ведущие шестерни четвертой и пятой передач; 18 - ведущая шестерня третьей передачи; 19 - крышка; 20 и 21- втулка; 22 - гайка; 23 - упорное кольцо; 24, 25, 26 и 27 - стаканы; 28 - шариковый фиксатор; 29 - кулиса; 30 -шаровая опора; 31 - чехол; 32 - ползун; 33 - пластинчатая пружина; 34 -вилка; 35, 36, 37, 38 и 39- шариковые подшипники; 40 - конические роликовые подшипники; 41 и 42 - регулировочные прокладки.

Коробка передач МТЗ-82 с подвижными шестернями имеет 18 передач вперед и четыре назад. Конструкция коробки позволяет устанавливать ходоуменьшитель для получения замедленных (технологических) скоростей.

В коробке передач МТЗ-82 размещены первичный 4, промежуточный 6, вторичный 5 валы.

Промежуточный вал трубчатый, внутри его проходит вал 3 привода ВОМ.

Механизм переключения передач КПП МТЗ-82 состоит из прямоугольных ползунов 32 с приваренными вилками 34, пластинчатых замков и шариковых фиксаторов 36. Рычаг 1 переключения передач установлен на крышке 2, снабжен кулисой 36 и чехлом 31, предупреждающим попадание пыли и грязи в рабочие полости [2].

2.2 Определение типа производства

Тип производства рассчитываем по источнику [3].

Тип производства по ГОСТ 3.1108-74 это комплексная характеристика технических организационных и экономических особенностей машиностроительного производства. Одной из основных характеристик типа производства является коэффициент закрепления операций - отношение числа всех технологических операций, подлежащих выполнению в течении месяца к числу рабочих мест и определяется он по следующей формуле

,

где У О- суммарное количество выполняемых операций;

У Р - общее число рабочих мест.

Величина такта выпуска определяется по формуле (2.2):

,

где Fд - действительный фонд времени работы основного технологического оборудования, час, Fд = 4060;

N - годовая программа выпуска деталей, шт, N = 20000;

По формуле 2.1: ц = 12,24 мин/шт.

Определим расчетное количество станков, необходимых для выполнения операций по формуле (2.3):

,

где Тшт - штучное время на данной операции, мин;

- нормативный коэффициент загрузки оборудования, принят 0,8.

Полученное расчетное значение количества станков округляем до ближайшего целого в большую сторону.

Значение фактического коэффициента загрузки оборудования определяем по формуле (2.4):

,

где Р - принятое число станков на данной операции, шт.;

mp - принятое количество станков.

Количество операций выполняемых на рабочем месте определяем по формуле (2.5):

,

где зз.н. - нормативный коэффициент загрузки оборудования;

зз.ф. - фактический коэффициент загрузки оборудования.

Определение расчетного количества станков:

,,

,,

,,

,,

,.



Определение фактического коэффициента загрузки оборудования:

,,,,

,,,,

,.

Определяем количество операций выполняемых на рабочем месте

,,,,,

,, ,,

Определяем суммы коэфициентов

УО=16+5+5,7+3,8+6,7+6,7+5,7+10+10+13=82,6

УP=2+1+1+1+2+1+2+3+3+2=18

Все вышеуказанные расчеты заносим в таблицу 2.1

Таблица 2.1 Расчёт коэффициента закрепления операций

Наименования операции	Тшт, мин.	mp	P	зэ.ф.	О	УО	УP
005 фрезерно-центровальная	1,071	0,11	2	0,05	16	82,6	20
010 Токарно-копировальная	1,548	0,16	2	0,16	5
015 Токарно-копировальная	1,405	0,14	2	0,14	5,7
020 Вертикально-сверлильная	2,053	0,21	2	0,21	3,8
025 Шлиценакатная	2,205	0,23	2	0,12	6,7
030 Вертикально-сверлильная	1,139	0,12	2	0,12	6,7
035 Шлиценакатная	2,660	0,27	2	0,14	5,7
065 Круглошлифовальная	2,475	0,25	2	0,08	10
070 Круглошлифовальная	2,475	0,25	2	0,08	10
075 Бесцентрово-шлифовальная	1,138	0,12	2	0,06	13

Определяем коэффициент закрепления операций

Получаем Кз.о.=4,13

Таким образом, при данном коэффициенте закрепления операций согласно ГОСТ 14.004-74, тип производства - крупносерийный.



3. Технологический процесс сборки изделия

Технологический процесс сборки заключается в последовательном соединении и фиксации всех деталей, составляющих ту или иную сборочную единицу в целях получения изделий, отвечающего установленным на него техническим требованиям. Кроме этого, в процессе сборки осуществляется контроль требуемой точности взаимного положения деталей.

Сборка - завершающая стадия производства изделия, характеризующаяся сложностью и разнообразием выполняемых операций, высокой трудоемкостью и стоимостью. Трудоемкость сборочных работ в разных отраслях машино- и приборостроения и в разных типах производств составляет 20...70 % общей трудоемкости изготовления изделия. В сборочных цехах преобладает ручной труд. В среднем механизировано около 25 % сборочных работ, а уровень автоматизации в настоящее время не превышает 10…15% сборочных работ.

3.1 Анализ соответствия технических требований и норм точности служебному назначению изделия

Анализ соответствия технических требований и норм точности служебному назначению изделия по источнику [4].

Исходными данными для установления технических требований и норм точности изделия могут являться требования к качеству продукции, которую должно производить изделие, производительности и долговечности изделия и многое другое. В конечном счете, соблюдение этих требований зависит от точности формы, размеров, относительного положения и движения исполнительных поверхностей изделия, т. е. от точности размерных и кинематических связей исполнительных поверхностей.

Проанализируем технические требования и нормы точности, предъявляемые редуктору расточной штанги на соответствие его служебному назначению.

К КПП предъявляются следующие технические требования:

- подшипники заполнить на 60% , а уплотнения, шлицевые и зубчатые соединения смазать пресс-солидолом согласно ГОСТ 4366-76;

- толщина вводимых дополнительно прокладок должна быть равна замеренному осевому зазору в подшипниках;

- уровень масла в корпусе трансмиссии должен совпадать с нижней кромкой отверстия под контрольную пробку, расположенную на правой стенке коробки передач;

- боковой зазор конической пары должен быть не менее 0,34 мм и не более 0,58 мм. Регулировку бокового зазора производить прокладками промежуточного вала;

- после регулировки подшипников нужно проверить положение шестерен, оно определяется расстоянием 57 ± 0,15 мм от стенки коробки передач до наружного торца шестерни;

- величина крутящего момента на ключе при затяжке резьбовых соединений должна соответствовать:

номинальный диаметр резьбы, мм 12 16 20

класс точности 46 46 36

момент затяжки, Н*м 18-28 38-68 63-109;

- в коробку залить полужидкую смазку. Масло индустриальное И-40А или масло цилиндровое 24 по ГОСТ 380185-75,;

- плоскости разъема корпуса при сборке покрыть суриком свинцовым ГОСТ 19151-73;

- допускается заливать коробку маслом индустриальным И-40А ГОСТ 20799-75 с добавлением в масло 5% процентов присадки КП-2 ТУ38-1019-80.

Для проверки правильной сборки коробки скоростей необходимо провести испытание по ГОСТ 12.44220-82. при этом проверяется общая работоспособность трактора, нагрев подшипников и масла. Нагрев масла не должен превышать 20 °С сверх температуры окружающей среды, а по абсолютному значения - 50°С.

3.2 Выбор методов достижения требуемой точности изделия

Выбор методов достижения требуемой точности изделия выполняется по источнику [5,6,7].

Требуемая точность изделия в процессе его сборки достигается через технологические размерные цепи. Совпадение технологической размерной цепи с конструкторской возможно лишь при достижении точности ее замыкающего звена одним из методов взаимозаменяемости. Применение других методов, использование в процессе сборки различных приспособлений и контрольных устройств, точность которых сказывается на результатах сборки, приводят к возникновению в процессе сборки размерных связей, отличающихся от тех, что действуют в работающем изделии.

Рисунок 3.1 - Сборочная размерная цепь

Сборочная размерная цепь на рисунке 3.1 определяет точность расстояния между осями первичного вала и промежуточного вала. Метод решения данной размерной цепи будет являться - метод неполной взаимозаменяемости.

Метод неполной взаимозаменяемости - метод, при котором требуемая точность сборки достигается не у всех соединений при сопряжении деталей без их выбора, подбора или модификации размеров, а у заранее определенной их части, т. е. обусловленный процент (или доли процента) соединений не соответствует требованиям точности сборки и требует разборки и повторной сборки. Если дополнительные затраты на выполнение разборочно-сборочных работ меньше затрат на изготовление сопрягаемых деталей с более узкими допусками, обеспечивающими получение требуемой точности сборки у всех соединений, то метод неполной взаимозаменяемости целесообразен в этом данном конкретном случае.

Исходные данные для расчёта размерной цепи приведены в Таблице 3.1

Таблица 3.1 Исходные данные для расчёта сборной размерной цепи

Звено	Наименование	Вели-а	ESAi	EIAi	TAi	EcAi
А	Межосевое расстояние в передаче	145	+ 0,11	- 0,11	0,22	0,11
А1	Смещение и поворот оси вследствие радиального биения подшипника	0	0	0	-0,05	-0,025
А2	Смещение и поворот оси вследствие радиального биения подшипника	0	0	0	-0,058	-0,029
А3	Зазор в шлицевой паре	0	+ 0,03	- 0,053	0,083	0,0415
А5	Зазор в шлицевой паре	0	+ 0,03	- 0,041	0,071	0,0355
А6	Смещение и поворот оси вследствие радиального биения подшипника	0	0	0	-0,043	-0,0215

Расчёт размерной цепи производится в следующем порядке:



Тогда расстояние между осями отверстий в корпусе будет равно А4 = 145 ±0,18. Из этого следует, что допуск, установленный на замыкающий размер, может быть обеспечен в условиях данного производства. Размерный анализ представлен на листе 1 Приложения Г.

3.3 Анализ технологичности конструкции изделия

Анализ технологичности конструкции изделия выполняется по источникам [9].

Коробка передач соответствует ряду требований к технологичности:

а) масса и габаритные размеры КПП и его составных частей соответствуют возможностям завода-изготовителя по грузоподъёмности кранов, транспортным средствам, производственным площадям;

б) коробка скоростей выполнена с учётом возможности его размещения на сборочных площадях без заглублений пола для отдельных агрегатов и деталей, по рациональной схеме с минимальным числом входящих узлов и деталей (при полном обеспечении заданных функций);

в) компоновка КПП выполнена с учётом максимального сокращения цикла работ на общем монтаже (у изготовителя и заказчика);

г) каждая сборочная единица расчленена на рациональное число составных частей с учётом принципа агрегатирования;

д) компоновка сборочной единицы обеспечивает общую сборку без промежуточной разборки и повторных сборок составных частей;

е) компоновка сборочной единицы обеспечивает удобный доступ к местам сборки, регулировки, контроля;

ж) объём ручных работ на сборке, связанных с выверкой, пригонкой, присверловкой сведён к минимуму;

з) сборка КПП его составляющих выполняется без применения сложного технологического оснащения;

и) количество поверхностей соединений сопряжённых деталей минимально;

к) конструкции соединений составных частей не требуют дополнительной механической обработки при сборке;

л) выбор типа соединений исключает возможность повреждения деталей в процессе сборки и демонтажа;

Большинство узлов в конструкции коробки независимы друг от друга и, таким образом, представляет собой не только конструктивные, но и сборочные группы.

Таким образом, конструкция коробки передач достаточно технологична. Сборочные единицы и детали КПП взаимозаменяемы, что обеспечивает быструю сборку и замену быстроизнашивающихся частей. Это благоприятно сказывается на эксплуатации КПП.

3.4 Разработка схемы сборки

Разработка схемы сборки выполняется по источнику [8].

Схема сборки коробки передач, достаточно проста и её можно разделить на отдельные узлы и детали. Схема сборочного узла вала первой передачи входит в коробку передачи, представленную на листе 3 Приложения Г. графической части курсового проекта. Спецификация на сборочный узел приведена в Приложении В.

« Вал первой передачи» в собранном виде представлен на рисунке 3.1



Рисунок 3.1- Вал первой передачи в сборе

В сборочный чертеж на «Вал первой передачи» 4 по наружной цилиндрической поверхности устанавливаются ведущие шестерни IV и V передачи 17, ведущая шестерня III передачи 18, затем устанавливается ведомая шестерня первой ступени редуктора 7 вместе с запрессованными в нее шариковыми подшипниками 37 и 38. После чего, вал устанавливается в корпус. После установки в корпус, так же на вал устанавливается по наружной цилиндрической поверхности подшипник 36, который запрессовываются в стакан 27 и уплотняется регулировочными прокладками. После чего крепиться шестерня 16 на шлицах «Вала». После этого через верхнее отверстие коробки специальный паз шестерни 17 устанавливается вилка 33, идущая от ползуна 32, который фиксируется с помощью шарикового фиксатора и приводится в движение при взаимодействии с рычагом 1.



4. Технологический процесс сборки изделия

4.1 Служебное назначение и конструктивные особенности детали

Деталь «Вал первой передачи» № 50-1701382 используется в механизме коробки передач трактора «Беларусь» модели МТЗ 82Л.

Деталь имеет ступенчатую форму. В детали имеются центровочные отверстия, которые являются технологическими базами. При эксплуатации не используются. Поверхность 40 имеет высокую точность, т.к. на эту поверхность устанавливаются подшипники. В конструкции вала с правого торца имеется резьбовое отверстие М12 необходимое для установки детали при закалки. В конструкции также предусмотрены канавки, которые предназначены для выхода инструмента. На середине вала имеются шлицы. Наружная поверхность шлицев тоже имеет высокую точность. Шлицы работают на смятие и на удар, т.е. воспринимают высокие контактные нагрузки, поэтому шлицы детали подвергатся поверхностной закалке (поверхностная закалка производится после всех предварительных механических обработок, термообработка приводит к тому, что поверхность зубьев становится тверже, т.е. уменьшается выкрашивание материала, износ, а сердцевина остается вязкой, что имеет большое значение в отношении короблений, возможных при нагревании и охлаждении детали, а также для восприятия контактных нагрузок).

Деталь «Вал первой передачи» изготавливается из стали 45 ГОСТ 1050-88. Эта сталь хорошо поддаётся обработке резанием. Эти стали в нормализованном состоянии имеют более высокую прочность при более низкой пластичности. Стали в отожженном состоянии хорошо обрабатываются резанием. Прокаливаемость невелика. Назначение: вала первой передачи, коленчатые и распределительные валы, шестерни, шпиндели, бандажи, цилиндры, кулачки и другие нормализованные, улучшаемые и подвергаемые поверхностной термообработке детали, от которых требуется повышенная прочность.

Последовательность термической обработки при изготовлении вала первой передачи из стали 45 следующая:

1) нормализация в электропечи СН 3 до НВ 220-240;

2) цементация в контролируемой атмосфере при температуре I = 920 - 950 °С в течении 9-10 часов на глубину ? = 0,9 - 1,4 мм, затем охлаждение с печью;

3) закалка ТВЧ при температуре 1; = 920 - 960 °С выдерживается 1 час 30 минут, затем охлаждается в масле;

В результате этого твердость обрабатываемой поверхности НRСэ 57...63 Перед началом обработки заготовки целесообразно подвергнуть изотермическому отжигу. Заготовки в этом случае имеют перлитно-ферритную структуру и твердость НВ 170...200.

Химический состав и основные механические свойства данного вида стали приведены в таблицах 4.1 и 4.2 соответственно.

Таблица 4.1 Химический состав стали 45 (ГОСТ 1050-88)

С,%	Mn,%	Si,%	Cr,%	Ni,%	P,%	S,%
					не более
0,405-0,48	0,50-0,80	0,17-0,37	0,30	0,30	0,045	0,045

Таблица 4.2 Механические свойства стали 45 (ГОСТ 1050-88)

02, МПа	в, МПА	5, %	, %	KCU, Дж/см2	HB не более	Состояние поставки
340	580	19	45	60	230	Прокат. Закалка 820, масло. Отпуск 500, вода

4.2 Анализ технологичности конструкции детали

Анализ технологичности конструкции детали выполняется по источнику [10].

Технологические конструкции, предъявляемые к деталям и узлам машин, подвергающихся механической обработке, должны способствовать снижению трудоемкости обработки, а также повышению точности, стабильности геометрических размеров и получению высокого качества обрабатываемых поверхностей.

Качественная оценка технологичности конструкции вала первой передачи

Вал первой передачи изготовлен из стали 45 ГОСТ 1050-88. Данный материал отличается высокой твердостью в сочетании с пластичностью. Для повышения твердости и достижения низких значений шероховатости применяется закалка на глубину 0,8…1,3 мм. При этом твердость в поверхностном слое повышается до 64 HRC.

Все цилиндрические поверхности обрабатываются проходными резцами. Диаметральные размеры шеек вала убывают к правому торцу. Форма и размеры канавок соответствуют достаточной ширине для выхода резцов. При обработке цилиндрических поверхностей совмещены конструкторские и технологические базы, что значительно повышает точность обрабатываемых поверхностей относительно базовых. Жесткость вала достаточна для получения требуемого квалитета точности. С точки зрения механической обработки процессы нарезания зубьев и шлицев нетехнологичны, т.к. производятся малопроизводительными методами.

Способ получения заготовки - прокат - это не вызывает значительных затруднений при получении заготовки. Форма заготовки максимально приближена к форме детали. Параметр шероховатости заготовки Ra 80 мкм. Нетехнологичными является нежесткая конструкция вала.

В целом деталь достаточно технологична, допускает применение высокопроизводительных методов обработки.

Деталь имеет ступенчатую форму. В детали имеются центровочные отверстия, которые являются технологическими базами. При эксплуатации не используются. На валу имеются две шейки диаметром - 40 мм, которые имеют высокую точность Ra 1,25, т.к. на эти поверхности устанавливаются подшипники. В конструкции вала с правого торца имеется резьбовое отверстие М12 необходимое для установки детали при закалки. В конструкции также предусмотрены канавки, которые предназначены для выхода инструмента, данные канавки не имеют тезнологической ценности поэтому их шероховатость колеблется в пределах Ra 20-40. На средней ступени вала имеются шлицы 50x2,75х16f7. Наружная поверхность шлицев тоже имеет высокую точность (в пределах Ra 1,25-2,5), так как обрабатываются на специальных станках. Шлицы работают на смятие и на удар, т.е. воспринимают высокие контактные нагрузки, поэтому шлицы детали подвергатся поверхностной закалке (поверхностная закалка производится после всех предварительных механических обработок, термообработка приводит к тому, что поверхность зубьев становится тверже, т.е. Деталь «Вал первой передачи» изготавливается из стали 45 ГОСТ 1050-88. Эта сталь хорошо поддаётся обработке резанием.

В процессе работы в узле деталь “ Вал первой передачи'' испытывают следующие виды нагрузок: знакопеременный крутящий момент, ударная нагрузка (при изменении направления вращения), температурная нагрузка, воздействие абразива и, при неправильной эксплуатации, возможны большие осевые нагрузки. В соответствии с этим, основными причинами выхода из строя рассматриваемых деталей будут износ боковых поверхностей шлицов, возможность появления трещин в местах, где детали имеют малую толщину. Таким образом, следует обеспечить высокую твёрдость и износостойкость поверхностей, шлицев и ступицы под манжетное уплотнение. Этого можно достичь путём применения термообработки: закалки на глубину h=1,2-1,5 мм при твёрдости наружной поверхности 50…55 HRCэ, сердцевины 30…35 HRCэ и низкого отпуска. Следовательно, материал детали должен не только хорошо обрабатываться резанием, но и подвергаться термообработке. Всем выше перечисленным требованиям отвечает сталь 45 ГОСТ 1050-88, которую применяем для изготовления деталей. Из этой стали, изготавливают фланцы, валы, втулки, муфты, и другие детали, к которым предъявляют требования высокой прочности, пластичности и вязкости сердцевины и высокой поверхностной твёрдости, работающие под действием ударных нагрузок и при отрицательных температурах.

Количественная оценка технологичности конструкции вала первой передачи

Ведем анализ по качественным и количественным показателям оценки технологичности в соответствии с ГОСТ 1402-83. Перед началом анализа необходимо составить таблицу характеристика поверхностей обрабатываемой детали для наглядного примера оценки технологичности конструкции нашей детали.

Характеристика поверхностей обрабатываемой детали представлена в таблице 4.3.

Таблица 4.3 Характеристика поверхностей детали «Вал первой передачи»

Название поверхности	Количество поверхностей	Кол-во униф-ых пов-ей	Кв-тет точ-ти	Пар-ры ше-сти Ra
Торец 1	1	-	12	3,2
Торец 2	1	-	10	1,6
Отверстие 3	1	2	10	1,6
Отверстие 4	1	2	14	3,2
Конус 5	1	1	12	3,2
Резьба 6	1	-	7	1,6
Поверхность 8	1	-	12	2,5
Канавка 9	1	1	14	20
Канавка 10	1	1	14	20
Поверхность 11	1	-	12	2,5
Канавка 12	1	1	14	20
Канавка 13	1	1	14	20
Поверхность 14	1	-	12	2,5
Поверхность 15	1	-	10	1,25
Поверхность 16	1	1	12	2,5
Шлицы 17	1	2	7	1,25
Шлицы 18	1	2	7	1,25
Поверхность 19	1	-	10	1,25
Поверхность 20	1	-	12	2,5
Фаска 21	4	4	12	3,2

Для определения степени технологичности определяем следующие показатели:

1) Коэффициент использования материала

где - 4,05 кг - масса заготовки

- 3.3 кг - масса детали

- деталь технологична

2) Коэффициент унификации конструктивных элементов:

где Nу - число унифицированных элементов;

N0 - общее количество обрабатываемых поверхностей.

- деталь технологична.

3) Коэффициент точности:

где Аср- средний квалитет точности

где ni - количество поверхностей одного и тогоже квалитета;

N0 - общее количество поверхностей.

= 0,9 > 0,8 - деталь технологична.

4) Коэффициент шероховатости:

где Бср- среднее арифметическое значение шероховатости обрабатываемых поверхностей по параметру Ra

где ni - количество поверхностей одного и того же квалитета;

N0 - общее количество поверхностей.



< 0,32 - деталь технологична

Таким образом, проанализировав все имеющиеся коэффициенты, можно говорить, что деталь «Вал первой передачи» является технологичной по всем рассчитанным коэффициентам.

4.3 Анализ существующего технологического процесса изготовления детали

Станки, используемые на всех операциях, по габаритным размерам обрабатываемой заготовки достигаемой точности и шероховатости поверхностей соответствует требуемым условиям обработки заданной детали. Все станки являются относительно недорогими. Физическое состояние станков находящихся на участке - удовлетворительное.

Коэффициент загрузки применяемых для обработки данной детали станков средний nз.ср.=0.51. Поэтому станки должны быть догружены обработкой других деталей (типовых) до среднего коэффициента загрузки nз.ср.=0.6...0.77. Это может быть достигнуто при соответствующем подборе обрабатываемых деталей благодаря достаточно широким технологическим возможностям данного оборудования.

В рассматриваемом технологическом процессе применена стандартная и специализированная оснастка. Время, необходимое на смену одного режущего инструмента во вспомогательном, сравнительно не велико. Затраты времени на смену (правку) инструмента можно снизить, если применить более стойкие твердосплавные инструменты с износостойкими покрытиями, а также алмазное и скоростное шлифование. Крепление инструментов, их установка и смена не сложны. Таким образом, вспомогательная оснастка соответствует данному типу производства.

Установочно-зажимные приспособления необходимые для изготовления данной детали являются унифицированными. Применение специальных приспособлений целесообразней по сравнению со стандартными не смотря на большие затраты.

В технологическом процессе применены удобные измерительные инструменты (универсальные и специальные). Применяется специальный мерительный инструмент, что соответствует данному типу производства (крупносерийное), точность измерений позволяет обеспечивать надлежащее качество выпускаемой продукции. Точность измерения достаточно высокая (погрешность измерения не превышает 30% допуска на размер). Оснащенность измерительными средствами операций обработки хорошая. Но применение универсальных измерительных инструментов увеличивает время измерения, поэтому их следует заменить по возможности контрольным инструментом.

Автоматизация технологических процессов осуществляется с целью повышения производительности труда и сокращения числа рабочих, снижения себестоимости и повышения качества изделий. Анализ автоматизации включает качественную и количественную оценку ее состояния. Качественная оценка производится по видам, ступеням и критериям. В технологическом процессе применены быстродействующее измерительные стандартные инструменты. Точность измерения достаточно высокая. Годовые затраты на измерительный инструмент не большие. Оснащенность измерительными средствами недостаточная. Требуются дополнительные мероприятия по совершенствованию оснащения операций измерительными средствами.



4.4 Выбор заготовки. Предварительная технико-экономическая оценка выбора заготовки по минимуму приведенных затрат

Выбор заготовки и предварительная технико-экономическая оценка выбора заготовки по минимуму приведенных затрат выполняется по источнику [11]. трактор сборка изделие деталь

Правильный выбор исходной заготовки непосредственно влияет на построение технологического процесса изготовления детали, способствует снижению материалоёмкости, затрат на изготовление, а следовательно, снижение себестоимости изготовления детали.

Сравним два варианта технологического процесса изготовления заготовки - штамповку и поперечно-клиновый прокат. Оба рассматриваемых вида могут быть применены в крупносерийном производстве, поэтому необходимо выбрать наиболее рациональный вид заготовки методом технико-экономического сравнения. Для этого нужно определить размеры и массу указанных выше заготовок.

Расчет метода получения заготовки штамповкой

Форма заготовки: цилиндр

Стоимость заготовок, получаемых из штамповки

Sзаг = М + Со.з.

где М - затраты на материал заготовки;

Со.з -технологическая себестоимость операций правки, калибровки, резки.

Технологическая себестоимость находится по следующей формуле:

Со.з = Сп.з * Тшт/(60 * 100).

где Сп.з - приведённые затраты на рабочем месте: Сп.з. = 48100 тг./ч;

Тшт - штучное время выполнения заготовительных операций.

Со.з = 48100 * 2/60 = 1603 тг.

Стоимость одной заготовки находится по следующей формуле:

M = Q * S/N - (Q - q)*Soтx/1000 ; ).

где: S-базовая стоимость одной тонны заготовок: S = 26000000 тг;

N - годовая программа выпуска: N=20000 шт.

Q - масса заготовки: Q = 4,7 кг;

q - масса детали: q = 3,3 кг;

Sотх - стоимость одной тонны отходов: Sотх = 450000 тг.

М = 4,7 * 26000000/20000 - (4,7 - 3,3) * 450000 /1000 = 5470 тг.

Sзаг1 = 5470+ 1570 = 7140 тг.

Коэффициент использования металла определяем по формуле:.

.

Расчет метода получения заготовки поперечно-клиновым прокатом

Стоимость заготовок, получаемых из поперечно-клинового проката:

Sзаг = М + ?Со.з.

где М - затраты на материал заготовки;

?Со.з -технологическая себестоимость операций правки, калибровки, резки.

Технологическая себестоимость находится по следующей формуле:

Со.з = Сп.з * Тшт/(60 * 100).

где Сп.з - приведённые затраты на рабочем месте, тг/ч: Сп.з. = 47100 тг./ч;

Тшт - штучное время выполнения заготовительных операций.

Со.з = 47100 * 2/60 = 1570 тг;

Стоимость одной заготовки находится по следующей формуле:

M = Q * S/N - (Q - q)*Soтx/1000 ; ).

где S-базовая стоимость одной тонны заготовок: S = 29000000 тг;

Q - масса заготовки: Q = 4,05 кг;

q - масса детали: q = 3,3 кг;

Sотх - стоимость одной тонны отходов: Sотх = 450000 тг.

М = 4,05 * 29000000/20000 - (4,05 - 3,3) * 450000 /1000 = 5535 тг.

Sзаг2 = 5535+ 1570 = 7105 тг.

Коэффициент использования металла определяем по формуле:.

.



Вывод: себестоимость получения заготовки штамповки на немного больше чем из поперечно-клинового проката. Так как коэфициент использования материала у поперечно-клинового проката выше нежели у штамповки, следовательно, как окончательный метод производства заготовки выбираем - поперечно-клиновый прокат, что значительно уменьшит расход материала и время на механическую обработку, так как с помощью этого метода размеры и формы заготовки более приближены к размерам детали. Чертеж заготовки представлен на листе 4 Приложения Г.

4.5 Выбор методов обработки отдельных поверхностей вала первой передачи

Выбор методов обработки поверхностей заготовки производится на основе наиболее рационального процесса обработки, обеспечивающего требуемую точность и качество поверхности детали. Общий план обработки поверхностей заготовки может быть принят по таблицам средней экономической точности по источнику [12]. Общий план обработки поверхностей вала первой передачи представлен в таблице 4.4.

Таблица 4.4 Выбор методов обработки поверхностей заготовки

Наименование поверхности	Маршрут обработки	Квали-тет точности	Шер-ость
1	2	3	4
1 Цилиндрическая поверхность Ш	1Обтачивание предварительное	IТ12	Rz 400
	2 Обтачивание чистовое	ІТ9	Rz 20
	3Шлифование предварительное	ІТ8	Ra 3,2
	4 Шлифование окончательное	ІТ6	Ra 2,5
2 Цилиндрическая поверхность Ш	1Обтачивание предварительное	IТ12	Rz 400
	2 Обтачивание чистовое	ІТ9	Rz 20
	3Шлифование предварительное	ІТ8	Ra 3,2
	4 Шлифование окончательное	ІТ6	Ra 2,5
3 Цилиндрическая поверхность Ш	1Обтачивание предварительное	IТ 12	Rz 40
	2 Обтачивание чистовое	ІТ9	Rz 20
	3 Шлиценакатование	ІТ8	Ra 3,2
	3 Шлиценакатование	ІТ6	Ra 1,6
	5 Шлифование чистовое	ІТ6	Ra 0,8
4 Цилиндрическая поверхность Ш	1 Шлиценакатование	ІТ6	Ra 1,6
	2 Шлифование черновое	ІТ8	Ra 1,6
	3Шлифование чистовое	ІТ6	Ra 0,8
5 Цилиндрическая поверхность М16-Н6	1 Сверление	IТ 6	Rа 12,5
	2 Зенкерование черновое	ІТ 12	Rа 12,5
	3 Зенкерование чистовое	ІТ 10	Rа 3,2
	3 Нарезание резбы	ІТ 8	RaЗ,2

4.6 Выбор технологических баз. Предварительная разработка маршрутных технологических процессов изготовления детали. Предварительный выбор оборудования

Выбор технологических баз производится исходя из соответствующих операций, проводимых над деталью и в соответствии с приспособлением находящемся на обрабатывающем оборудовании по источнику [9].

В таблице 4.5 представлены операции и базировка детали с выбором соответствующих моделей станков.

Таблица 4.5 Технологические базы с выбором соответствующих моделей станков и видов обработки

Содержание операций	Эскиз обработки, базирование	Обозначение
1	2	3
005 Фрезерно центровальная 1) фрезеровать торец, выдерживая размер 1 2) центровать торцы, выдерживая размер 2-4		Фрезерно центровальный станок модели 2Г942
010 Токарно-копировальная 1) точить поверхность по копиру, выдерживая размер 1-5 2) точить канавки, выдерживая размеры 6-10		Токарно-копировальный станок модели 1Н713
015 Токарно-копировальная 1) точить канавки, выдерживая размеры 6-10 2) точить канавки, выдерживая размеры 2,7-12		Токарно-копировальный станок модели 1Н713

4.7 Размерный анализ технологического процесса изготовления вала первой передачи. Расчет припусков

Размерный анализ технологического процесса изготовления вала первой передачи и расчет припусков выполняется по источникам [3,5,6,7].

При анализе выявляют связи размерных параметров на различных операциях, затем путем решения размерных цепей устанавливают значение фактических припусков, удаляемых на операциях, и определяют возможные пути совершенствования процесса.

Размерный анализ выполняют после того, как разработан маршрутный технологический процесс обработки заготовки и детали, определены технологические установочные и настроечные базы, для каждой поверхности установлено число и последовательность переходов.

Расчет припусков и межоперационных размеров основного размера 2Б =

Расчет производится по размерной цепи Б, начиная от последней операции (окончательное шлифование), поднимаясь вверх до заготовки.

Рассмотрим первую размерную технологическую цепь, представленную на рисунке 4.1

Рисунок 4.1 - Размерная технологическая цепь на операции 075 (бесцентро-шлифование)

Известно:

2Б075 - выполняемый размер на данной операции 2Б075=Ш мм;

ESБ075 - верхнее предельное отклонение выполняемого размера на данной операции: ESБ075=-0,05 мм;

EIБ075 - нижнее предельное отклонение выполняемого размера на данной операции : EIБ075=-0,085 мм;

ЕсБ075 - координата середины допуска выполняемого размера данной операции: ЕсБ075=-0,0675 мм;

ТБ075 - допуск выполняемого размера данной операции: ТБ075= -0,135 мм;

ТБ035 - допуск предшествующего размера: ТБ035=0,25 мм;

ЕсБ035 - координата середины допуска предшествующего размера: ЕсБ035=0,125 мм.

Необходимо найти:

[z3]075 - припуск, снимаемый на данной операции.

Расчет данной размерной технологической цепи осуществляется в следующем порядке:

- Определяем минимальное значение припуска на этой операции по формуле (4.15):

;

где, - высота неровностей профиля на предшествующем переходе,

=0,05 мм;

- глубина дефектной поверхности слоя на предшествующем переходе = 0,06

мм.

- Определяем координату середины поля допуска замыкающего звена (припуска) по формуле:

;

мм.

- Определяем поле рассеивания (допуск) замыкающего звена (припуска) по формуле:

;

мм.

- Определяем номинальное значение замыкающего звена (припуска) по формуле:

;

мм.

- Определяем верхнее и нижнее отклонение замыкающего звена (припуска), а также его наибольшее значение по формулам (4.19, 4.20, 4.21) соответственно:

;

мм;

;

мм.

Получаем полное значение замыкающего звена (припуска)

мм.

Тогда наибольший размер определяется следующим образом:

;

мм.

- Определим номинальный размер предшествующего размера 2Б035 по формуле (4.22):

;

мм.

Принимаем 2Б035= Ш 50,4 ±0,125 мм



Рассмотрим следующую размерную технологическую цепь, представленную на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 - Размерная технологическая цепь на операции 035 (шлиценакатная)

Известно:

2Б035 - выполняемый размер на данной операции 2Б035= Ш 50,4 ±0,125 мм;

ESБ035 - верхнее предельное отклонение выполняемого размера на данной операции: ESБ035=+0,125 мм;

EIБ035 - нижнее предельное отклонение выполняемого размера на данной операции : EIБ035=-0,125 мм;

ЕсБ035 - координата середины допуска выполняемого размера данной операции: ЕсБ035=0 мм;

ТБ035 - допуск выполняемого размера данной операции: ТБ035=0,25 мм;

ТБ025 - допуск предшествующего размера: ТБ025=-0,30 мм;

ЕсБ025 - координата середины допуска предшествующего размера: ЕсБ035=0 мм.

Необходимо найти:

[z3]035 - припуск, снимаемый на данной операции.

Расчет данной размерной технологической цепи осуществляется в следующем порядке:

- Определяем минимальное значение припуска на этой операции по формуле (4.23):

;

где, - высота неровностей профиля на предшествующем переходе,

=0,1 мм;

- глубина дефектной поверхности слоя на предшествующем переходе = 0,08

мм.

- Определяем координату середины поля допуска замыкающего звена (припуска) по формуле (4.24):

;

мм.

- Определяем поле рассеивания (допуск) замыкающего звена (припуска) по формуле (4.25):

;

мм.

- Определяем номинальное значение замыкающего звена (припуска) по формуле (4.26):



;

мм.

- Определяем верхнее и нижнее отклонение замыкающего звена (припуска), а также его наибольшее значение по формулам (4.27, 4.28, 4.29) соответственно:

;

мм;

;

мм.

Получаем полное значение замыкающего звена (припуска)

.

Тогда наибольший размер определяется следующим образом:

;

мм.

- Определим номинальный размер предшествующего размера 2Б025 по формуле (4.30):



;

мм.

Принимаем 2Б025= Ш 50,6 ±0,0775 мм

Рассмотрим следующую размерную цепь на токарной чистовой операции 010, представленную на рисунке 4.3

Рисунок 4.3 - Размерная технологическая цепь на операции 015 (точение чистовое)

Известно:

2Б025 - выполняемый размер на данной операции 2Б025= Ш 50,6 ±0,275 мм;

ESБ025 - верхнее предельное отклонение выполняемого размера на данной операции: ESБ025=+0,0775 мм;

EIБ025 - нижнее предельное отклонение выполняемого размера на данной операции : EIБ025=-0,0775 мм;

ЕсБ025 - координата середины допуска выполняемого размера данной операции: ЕсБ025=0 мм;

ТБ025 - допуск выполняемого размера данной операции: ТБ025=-0,30мм;

ТБ015 - допуск предшествующего размера: ТБ015=0,8 мм;

ЕсБ015 - координата середины допуска предшествующего размера: ЕсБ015=0 мм.

Необходимо найти:

[z3]025 - припуск, снимаемый на данной операции.

Расчет данной размерной технологической цепи осуществляется в следующем порядке:

- Определяем минимальное значение припуска на этой операции по формуле (4.31):

;

где, - высота неровностей профиля на предшествующем переходе,

=0,12мм;

- глубина дефектной поверхности слоя на предшествующем переходе = 0,09

мм.

- Определяем координату середины поля допуска замыкающего звена (припуска) по формуле (4.32):

;

мм.

- Определяем поле рассеивания (допуск) замыкающего звена (припуска) по формуле (4.33):

;

мм.



- Определяем номинальное значение замыкающего звена (припуска) по формуле (4.34):

;

мм.

- Определяем верхнее и нижнее отклонение замыкающего звена (припуска), а также его наибольшее значение по формулам (4.35, 4.36, 4.37) соответственно:

;

мм;

;

мм.

Получаем полное значение замыкающего звена (припуска)

.

Тогда наибольший размер определяется следующим образом:

;

мм.



- Определим номинальный размер предшествующего размера 2Б015 по формуле (4.38):

;

мм.

Принимаем 2Б015= Ш 51,1 ±0,25 мм

Рассмотрим следующую размерную цепь на токарной черновой операции 010, представленную на рисунке 4.4

Рисунок 4.8 - Размерная технологическая цепь на операции 010

Известно:

2Б015 - выполняемый размер на данной операции 2Б015= Ш 51,1 ±0,25 мм;

ESБ015 - верхнее предельное отклонение выполняемого размера на данной операции: ESБ015=+0,25 мм;

EIБ015 - нижнее предельное отклонение выполняемого размера на данной операции : EIБ015=-0,25 мм;

ЕсБ015 - координата середины допуска выполняемого размера данной операции: ЕсБ015=0 мм;

ТБ015 - допуск выполняемого размера данной операции: ТБ015=0,8 мм;

ТБ010 - допуск предшествующего размера: ТБ015=0,5 мм;

ЕсБ010 - координата середины допуска предшествующего размера: ЕсБ015=0 мм.

Необходимо найти:

[z3]015 - припуск, снимаемый на данной операции.

Расчет данной размерной технологической цепи осуществляется в следующем порядке:

- Определяем минимальное значение припуска на этой операции по формуле (4.39):

;

где, - высота неровностей профиля на предшествующем переходе,

=0,15мм;

- глубина дефектной поверхности слоя на предшествующем переходе = 0,1

мм.

- Определяем координату середины поля допуска замыкающего звена (припуска) по формуле.

;

мм.

- Определяем поле рассеивания (допуск) замыкающего звена (припуска) по формуле:

;



мм.

- Определяем номинальное значение замыкающего звена (припуска) по формуле:

;

мм.

- Определяем верхнее и нижнее отклонение замыкающего звена (припуска), а также его наибольшее значение по формулам (4.43, 4.44, 4.45) соответственно:

;

мм;

;

мм.

Получаем полное значение замыкающего звена (припуска)

.

Тогда наибольший размер определяется следующим образом:



;

мм.

- Определим номинальный размер предшествующего размера 2Б015 по формуле (4.46):

;

мм.

Принимаем 2Б015= Ш 52 ±0,65 мм

Из результатов расчёта припусков видно, что ранее принятый размер диаметральной поверхности заготовки Б (одной из наиболее точных) равный Ш53 мм удовлетворяет размеру той же поверхности полученному расчётным путём равному 52 мм. Поэтому можно сделать вывод, что все принятые диаметральные размеры заготовки удовлетворяют расчётным. Размерный анализ представлен на листе 5 Приложения Г.

4.8 Разработка технологических операций и операционной технологии. Выбор оборудования.

В данном курсовом проекте подробный операционный технологический процесс разрабатывается для технологической операции 020 - сверлильная. Операционный процесс представлен в Приложении Б.

4.9 Расчет режимов резания

Расчет режимов резания производится по источникам [12,13].

Расчет режимов резания для операцию 020 - сверлильная

Глубина резания, мм t=10,16/2 = 5,08 мм;

Подача, мм/об S=0,25 мм/об;

Принимаем S=0,2 мм/об;

1) Скорость резания рассчитываем по эмпирической формуле:

,

где Т - стойкость инструмента, мин; Т=50мин;

Cv, q, y , m - Коэффициент и показатели степени;

Cv=7.0; q=0.4; y=0.70; m=0.20;

Kv - коэффициент, учитывающий материал заготовки:

Kv=Kmv Kиv Кlv,

где Kmv - коэффициент на обрабатываемый материал; Kmv=0,8

Киv - коэффициент, учитывающий материал инструмента; Киv=0,35;

Кlv - коэффициент, учитывающий глубину сверления; Кlv=0,7;

Kv=0,8?0,35?0,6=0,168

м/мин.

2) Определяем частоту вращения шпинделя;

= 1000/;

= 100012,99/10.16 = 406 мин-1;

Принимаем n=315 мин-1

3)Уточнение скорости резания по принятым оборотам

м/мин.

4) Крутящий момент и осевая сила:

Мкр=10?См?Dq?Sys?Кр,

Ро=10?Сp?Dq...