Конструкторско-технологический анализ вала

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Конструкторско-технологический анализ вала

Данная деталь относится к классу валов. Все поверхности детали имеют доступ для обработки, имеется возможность многорезцовой производительной обработки на автоматах и полуавтоматах. Заданная точность поверхностей детали соответствует экономической точности оборудования. При термической обработке такой стали можно получить необходимую структуру и твёрдость. Вал имеет небольшое количество ступеней с незначительным перепадом их диаметров, поэтому данная деталь изготавливается из паковок. Поверхности вала, имеющие разные параметры шероховатости и обработанные по разной степени точности, разделены канавками. Деталь имеет возрастающие диаметры ступеней.

Выбор габаритных размеров, конфигурации, параметров точности изготовления отдельных поверхностей детали и материала детали диктуется габаритами изделия, в которое входит изготовляемая деталь, условиями работы детали в узле и её функциональным назначением.

Деталь - вал ведущий ступенчатый, состоит из 12-ти ступеней.

Объектом данной работы является «вал с фланцем». Вал с фланцем относится к деталям типа - вал. Подобного рода детали находят широкое применение в машиностроении. Деталь служит для передачи крутящего момента.

На вал действуют осевые нагрузки, валы испытывают деформации изгиба и кручения. Одним словом, вал испытывает знакопеременные нагрузки.

Объектом анализа является ступенчатый вал с фланцем. Вал предназначен для передачи крутящих моментов с рабочего колеса ТВД на вал вентилятора. Вал состоит из 12 ступеней, включающих в себя, гребешки, шлицы, канавку и фланец с шестью отверстиями.

Данная сталь достаточно хорошо обрабатывается лезвийными и абразивными инструментами.

Рассмотрим подробнее, справа располагается фланец вала длиной 5 мм и диаметром 94 мм, выполненный по 11 квалитету. Фланец имеет 6 отверстий диаметром 8 мм и расположенных под 60 градусов друг к другу. Третья ступень имеет длину в 57 мм и имеет 13 гребешков. На пятой ступени располагаются шлицы имеющие радиус 40. Восьмая ступень имеет диаметр 37,9 мм и длину 20 мм, выполненная по 5 квалитету и имеющая шероховатость Ra 0,4. На этой ступени имеются два соосных отверстия диаметром 8мм, выполненные по 7 квалитету и имеющих шероховатость внутренней поверхности Ra 0,8. В дальнейшем, эти отверстия запрессовываются двумя полыми крышками с внутренним диаметром 3,1 мм на длину 5 мм. Двенадцатая ступень имеет канавку с радиусами 0,6 мм и шириной в 1мм.

Внутренняя поверхность вала имеет 8 ступеней. Первая ступень имеет максимальный диаметр 55 мм и длину 10 мм . Ступень 8 имеет длину 110 мм, а диаметр 25 мм и выполнена по 11 квалитету.

Вал выполнен из сплава 13Х11Н2В2МФ-Ш по ГОСТ 5949-75.

Рисунок 1 - Вал

1.1 Анализ эксплуатационных показателей вала

Данный вал входит в состав газотурбинного двигателя и предназначен для передачи крутящего момента с рабочего колеса ТВД на вал вентилятора.

Кроме передачи крутящего момента по внутренней полости вала передается топливо к элементам камеры сгорания.

Максимальная частота вращения вала может достигать 12000 об/мин.

Перепад рабочих температур составляет 180С.

Величина крутящего момента в крайних режимах 600 Нм

Мощность на валу 1100 кВт.

1.2 Анализ существующего или типового технологического процесса изготовления вала

Для более наглядного представления технологического маршрута обработки данного вала, мной была составлена таблица, включающая в себя номера операции, их наименование и технологическое оборудование с оснасткой.

Таблица 1 - Технологический маршрут

1.3 Постановка цели и задач

Основной целью и задачей данной работы является модернизация слесарно-сборочной операции изготовления вала, подразумевающей предотвращение нарушения герметичности посадки заглушек.

Для выполнения данной операции я предлагаю изготовить приспособление для запрессовки заглушек. В связи с тем, что вал требуется изготовить герметичным, мной предлагается запрессовывать заглушки с пайкой. Для этой цели в конструкцию заглушек необходимо ввести канавки для припоя.

2. Разработка технологического процесса изготовления вала

В базовом техпроцессе следует изменить операцию № 320, на которой производится запрессовка заглушек. Измененная часть техпроцесса приведена в таблице 2.

Таблица 2 - Предлагаемый технологический маршрут изготовления вала

2.1 Разработка технологической оснастки для реализации технологического процесса изготовления вала

Расчет силы запрессовки

При запрессовке сборочных, элементов технологические усилия создают ударом с помощью молотков либо давлением, получаемым прессами, в результате чего детали надвигают друг на друга. Сила запрессовки при этом растет от нуля до некоторого максимального значения, когда сопрягаемые поверхности полностью надвинуты друг на друга. Вследствие натяга на поверхности контакта возникает удельное давление , от величины которого зависит характер деформации поверхностей (упругий, упругопластический). Способ получения усилия зависит от его величины. Лучше производить запрессовку давлением, так как ударом можно повредить детали из-за срезания неровностей и создаваемые при этом усилия небольшие. Прессовать необходимо, вначале медленно- с соблюдением всех мер предосторожности против перекоса, а затем закончить резким нажимом. Для приложения усилия по оси деталей применяют направляющие приспособления (оправки, выколотки и др.).

Максимальное усилие запрессовки Pзап определяют по формуле

Fзап=DLѓPуд,

где D и L - соответственно диаметр и длина сопряжения; ѓ - коэффициент трения, зависящий от материала деталей, шероховатости сопрягаемых поверхностей, удельного давления, наличия и характера смазки; Pуд - удельное давление на контактируемых поверхностях, зависящее от величины создаваемого натяга.

При данном методе сборки происходит сминание неровностей контактных поверхностей (бугорков) и заполнение ими впадин, в результате чего изменяются их первоначальные диаметры до размеров Dсм и dсм - Отсюда возникает уменьшение величины iд по сравнению с iр, а также удельного давления, вызывающего ослабление посадки. Действительный (эффективный) натяг iд всегда меньше расчетного (измеренного) iр. Методом запрессовки нельзя производить сборку деталей, имеющих различную твердость в связи с тем, что срезается слой материала с менее твердой сопрягаемой поверхности и происходит уменьшение действительного натяга до нуля. Нанесение на контактные поверхности деталей дисульфидомолибденовой или другой смазки в виде тонкого слоя (3 ... 5 мкм), практически не изменяет натяг, но облегчает сборку и разборку соединения, предохраняя при этом поверхности от задиров. В нашем случае запрессовка будет осуществляться с пайкой для обеспечения герметичности. Так как запрессовка осуществляется с нагревом, то смазочным материалом будет являться жидкий припой ПОС-61. Расчеты силы запрессовки будем вести для сухого натяга, как крайний случай. Наличие жидкого припоя лишь уменьшит необходимую силу запрессовки.

При тепловой сборке соединений в результате приложения градиента температур к сопрягаемым деталям временно образуется зазор между контактируемыми поверхностями из-за изменения геометрических размеров поверхностей, позволяющий производить свободное введение сборочных элементов в их взаимное рабочее, положение. Последующее изменение температуры деталей приводит к уменьшению ее градиента до нуля и образованию натяга в сопряжении, который близок к расчетному. Данным методом можно получить в несколько раз большие натяг и прочность соединения при уменьшении времени на сборку пары по сравнению с запрессовкой деталей. Увеличение прочности тепловых посадок по сравнению с прессовыми объясняется тем, что микронеровности при сборке не сглаживаются, а сцепляются друг с другом с небольшой их деформацией, что также несколько уменьшает iд.

Нагрев либо охлаждение деталей производят после полной подготовки их к сборке. В процессе сборки происходит быстрая теплопередача от более нагретой к менее нагретой детали и отсюда быстрое изменение диаметральных размеров деталей. В связи с этим необходимо производить взаимную установку деталей с максимальной скоростью. Температура нагрева (охлаждения) деталей зависит от их размеров и свойств материала и величины создаваемого натяга. Она не должна превышать предельного значения, при котором происходит изменение свойств материала. Температуру нагрева Тн охватывающей детали определяют по формуле

вал пресс оснастка запрессовка

Тн = (tc + 273) +

где t - диаметральный натяг; ?R - зазор в момент сборки; б -- коэффициент линейного расширения; D - диаметр сопрягаемого отверстия; tc - температура окружающей среды в Cє (начальная температура детали).

Охватывающую деталь перед сборкой нагревают до расчетной температуры в воздушной либо жилкой среде. В воздушной среде нагрев осуществляют на оборудовании, имеющем электрический, газовый или паровой подогрев. При сборке чаще применяют электрическое нагревательное оборудование: электрошкафы, электропечи, термостаты, а для местного нагрева - установки с использованием токов высокой частоты (ТВЧ).

Если Тн должна быть выдержана в узком диапазоне, нагревают детали в жидкой среде. В качестве жидкой среды используют нагретое минеральное масло, однако при данном способе нагрев детали ограничен, пленка масла между контактными поверхностями изменяет величину расчетного натяга, ухудшает теплопередачу, масло загрязняет рабочее место. Чтобы передать узел на дальнейшую сборку, необходимо охладить его естественным либо искусственным путем.

Пример определения силы запрессовки.

Разрабатывается операция сборки неподвижного соединения двух стальных деталей под прессом (рис. 7). Данные: dн.с = 100 H7/r6; d1 = 50 мм; d2 = 250 мм; l - 80 мм; шероховатость поверхности вала, отверстия ,

Отверстия - .

Требуется определить силу запрессовки

Решение:

Максимальный натяг в соединении Nmax= 0,05 мм.

Удельное давление на контактных поверхностях находим по формуле, в которой поправка, учитывающая снятие шероховатостей равна

гш = 5(2Ч5+1,25) = 0,01875 мм.

Коэффициенты Ляме равны

1002 +502

2502 +1002

+ 0,3 = 1,68

-0,3 = 1,37: С, =

1002 -502 ' ' ' 2 2502 -10откуда

(0,073-0,019)-2-101

Ртах -

= 35,4 * 10 Па = 35А МПа

100-(1,37+ 1,68)

Для нахождения силы запрессовки применяем формулу:

Fn = 1,2* 0,095- 35,4-10бл"-100-10 3 -80-10 3 =101426 Н = 101,5 кН

Входные фаски на деталях, собираемых под прессом, равны:

у вала а = 1 мм, у отверстия Л = 1,6 мм; угол уклона фасок равен

Проектирование пресса

Для реализации технологического процесса изготовления вала было разработано приспособление для запрессовки втулок в нагретый вал. Приспособление изображено на рис 4. Оно состоит из сваренных между собой двух поперечных (1) и двух продольных труб (2), к которым приваривается плита (3), для создания остова приспособления. На плиту устанавливаются вертикально две стойки (4), подкладка (10), и призмы (11, 12). Между стойками (4), при помощи оси (8) и кольца (13), крепится рычаг (5) с ручкой (18). К рычагу (5) при помощи оси (9) и кольца (13) крепится толкатель (6) с пятой (7).

Перед работой на приспособлении необходимо нагреть вал до температуры 200С. Заглушки перед запрессовкой лудят. После этих подготовительных операций вал необходимо уложить на призмы (11, 12) с упором по торцу фланца.

Одно из радиальных отверстий должно располагаться под толкателем (6) приспособления. Между пятой (7) толкателя (6) и отверстием вала устанавливается заглушка.

Рисунок 2 - Пресс ручной для запрессовки заглушек

Благодаря нажатию на ручку(18) рычага (5), толкатель (6), с силой опускает вниз пяту (7), которая запрессовывает заглушку в отверстие. Затем, вал необходимо провернуть на 180є. Установить вторую заглушку между пятой (7) толкателя (6) и отверстием вала, повторно нажать на ручку (18) рычага (5).

Рисунок 3 - Схема запрессовки

Размещено на Allbest.ru