Реферат: Методика конструирования узлов и деталей винтового подъемника Введение

Методика конструирования узлов и деталей винтового подъемника


Введение

Актуальность выбранной темы.

Важную роль на уроках труда, черчения и др. предметов, в школе играют наглядные средства обучения.

Они служат для более полного представления о предмете, способствуют развитию образного и пространственного мышления.

Виды наглядных средств обучения разнообразны. Здесь плакаты, диафильмы, сюда входят и тяжелые макеты из различных материалов, детали. Узлы, всевозможных механизмов.

Для того чтобы на занятиях учащимся была видна та или иная часть демонстрируемых узлов или деталей сельскохозяйственной машины, учителю приходится нередко поднимать их и поворачивать нужной стороной.

Вес таких деталей обычно значительный.

Учителю приходится нести двойную нагрузку: умственную, связанную с педагогической деятельностью; физическую, связанную с тяжелой работой, поднятием тяжестей.

Такая нагрузка на учителя может неблагоприятно повлиять на его на здоровье, тем более если педагог женщина. Используя для подъема и демонстрации различных подставок – не лучшее решение проблемы.

Считаю нужным отметить значимость наглядного представления изучаемых предметов.

Демонстрация является важным средством реализации принципа наглядности в обучении.

Представленный механизм поможет решению таких задач наглядных средств обучения как:

закрепление, обобщение и расширение знаний и умений, полученных учащимися на уроках труда;

включение учащихся на уроках труда;

расширение представлений об основах современного производства.

На занятиях в учебных мастерских демонстрация является не только средством наглядного обучения, но и источником знаний, объектом изучения школьниками.

Нельзя, например, изучить устройство тисков, двигателя, станка и многих других узлов и деталей, без рассмотрения самих объектов.

Демонстрации дают возможность и другим рецепторам участвовать в их восприятии.

Они способствуют созданию чувственной основы приобретаемых знаний, благодаря чему у учащихся формируется правильные представления об изучаемых объектах техники.

На занятиях в учебных мастерских используются различные виды демонстрации.

Как в школьном, так и в лабораторном оборудовании не используется подъемники и их аналогии.

Нет приспособлений и механизмов для подъема тяжелых деталей и в учебных мастерских.

Знакомясь с подъемными устройствами используемых в производстве и исследуя изобретения, следует отметить большие габариты подъемных устройств, трудность сборки и дороговизну.

Примером может послужить пневмогидроподъемники Г.И. Павлова.

Изобретение относится к грузоподъемным устройствам. На рисунке 1 изображен пневмогидроподъемник.

На опорной плите 1 смонтирован цилиндр 2. C цилиндром 2 соединены телескопические цилиндры 3 и 4. На цилиндре 4 имеется стопорное кольцо 5, а на обоих цилиндрах 3 и 4 имеются кольцевые выступы 6. Внутри цилиндра 4 расположен шток 7. На верхней части штока 7 установлена полная грузовая площадка 8, а в нижней части внутреннего штока 7 расположен перепускной дроссель 9.

Рисунок 1





Полости внутри штока 7 и грузовой площадкой 8 образуют единой объем, повышающий рабочий объем телескопических цилиндров 2-4 в выдвинутом положении и заполнены рабочей жидкостью.

В верхней части грузовой площадки расположен канал 11 для подачи сжатого воздуха.

Работа подъемника заключается в следующем. Сжатый воздух, поступающий из канала 11 в плоскость грузовой площадки 8, вытесняет жидкость 10 через отверстия дросселя 9 в полость цилиндра 2.

При этом цилиндры 3 и 4 и грузовая площадка 8 поднимается вверх. При опускании груза сжатый воздух стравливается в атмосферу, внутренний шток 7 опускается под действием груза, жидкость 10 из полости цилиндра 2 через отверстие дросселя 9 поступает в полость внутреннего штока 7 и грузовой площадки 8 и цилиндры 3 и 4 входят друг в друга. Стопорное кольцо 5 удерживает цилиндр 4 от провала, взаимодействуя с торцом цилиндра 3.

Скорость подъема и опускания груза регулируется изменением сечения отверстия дросселя 9.

Следующие грузоподъемное устройство изображено на рисунке 2.Устройство предназначено для подъема плоских деталей и может использоваться в различных отраслях промышленности.

Рисунок 2





Цель изобретения - повышение надежности фиксации поднимаемых деталей.

Механизм состоит винтового подъемника имеющего винт 1 с поршнем 2, привод 3 винта и гайку 4 с закрепленной на ней гильзой 5, в верхней части которой закреплена платформа 6 с расположенным на ней эластичным кольцом 7. На платформе расположена деталь 8.

Еще одно изобретение относится к подъемникам.

Рисунок 3





На рисунке 3 изображен подъемник с гидравлическим приводом. На рисунке 4 – поперечный разрез по узлу подвижного полипласта.

Подъемник имеет корпус, состоящий из нижней корытообразной части 1 и верхней части 2 такой же формы, скрепленных планками 3 на расстоянии, образующим между их краями паз 4.

Внутри полости установлен мультипликатор, состоящий из неподвижной 5 и подвижной 6 обоим полипласта, через которые пройдет канат 7, один конец которого закреплен, а второй огибает отклоняющий блок 8 и служит для крепления грузозахватывающего приспособления.

На концах 9 неподвижной обоймы 5 и оси 10 подвижной обоймы 6 установлены силовые цилиндры 11, а между ними и подвижной обоймой 6 на оси 10 имеются ползуны 12, входящие в направляющий паз 4.

Для крепления самого подъемника в верхней части корпуса имеется ушки 12. при движении штоков 12 по пазу 4, и в свободной конец каната 7 огибая отклоняющий блок 8 и обоймы 5 и 6, втягивается поднимая груз.

Рисунок 4





Проектирование механизма привода

Схема привода.

Рисунок 1.1





1 – двигатель

2 – муфта

3 – конический редактор

4 – гайка

6 – стол

7 – муфта

Устройство и работа привода

Привод винтового подъемника для наглядных пособий состоит из двигателя 1, вал которого с помощью глухой втулочной муфты 2 соединен валом – шестирнёй конического редуктора 3. Вращение с вала электродвигателя посредством конической зубчатой передачи передается на винт и приводит его в движение.

Перемещаясь по винту, гайка поднимет трубчатый шток.

В последнем установлен вращающийся стержень, к которому приварен стол.

Обратное действие устройства осуществляется путем реверсивного переключения электродвигателя.

Подъемник монтируется в нише стола учителя, а на поверхности находится лишь подставка для демонстрируемых узлов и деталей.


^ Расчет винтового механизма

Определение допускаемых напряжений на сжатие материала винта.

Для винта принимаем Ст3. По учебнику Левятова Д.С. «Расчеты и конструирование деталей машин –М1985 – с249 – таблица П2».

Предел текучести sт » 240 МПа. Предел прочности sВ » 470 МПа.

Допускаемое напряжение на сжатие:

; (1.1)

где n1 – коэффициент, зависящий от точности производимого расчета

(n1=1);

n2 - коэффициент, зависящий от степени пластичности материала (n2=1,5);

n3 - коэффициент дополнительного запаса прочности (n3=1,5).



Определяем пониженное значение допускаемого напряжения на сжатие (для учета влияния скручивания).

[s/ст ] = 0,6[sст ] = 0,6×107 = 64МПа.

Определение наружного диаметра резьбы винта

Наружный диаметр резбы винта найдем из условия прочности на сжатие:

,

где Q – осевая нагрузка на винт (Q = G = 200 Н);

= 2,23 мм.

Принимаем винт с трапециидальной резьбой номинальным диаметром d = 12 и шагом р = 4 мм (ГОСТ 11738-84).

Определение внутреннего диаметра резьбы винта:

;

d1 = d - 2t = 12 - 2 × 1 = 10 мм.

Определение среднего диаметра резьбы:



Проверка условий самоторможения:

(2.4)



По условию самоторможения:

,

где 0,1 - коэффициент трения стального винта по бронзовой гайке.

Угол трения .

Самоторможение обеспечено, т. к.

<

Определение рабочей длины винта

Рекомендуемая высота подъема Lпод = (8 - 10)d, но по конструктивным соображениям принимаем Lпод = 450 мм.

Проверка винта на устойчивость (продольный изгиб).

Гибкость винта определяется по формуле:

, (2.5)

где S - коэффициент уменьшения основного напряжения;

m = 0,7 - коэффициент, учитывающий условия закрепления.



где i - радиус инерции.



j = 0,45[1;78].

Проверяем винт на устойчивость:

(2.6)

j[s/]cт = 0,45×64 = 28МПа;

2,54 МПа < 28МПа.

Устойчивость винта обеспечена.

Определение количества витков гайки из условия ее износостойкости.

Принимаем среднее удельное давление между витками стального винта и гайки : [g] = 10 МПа.

Из условия износостойкости гайки:



где z - количество витков.



Из конструктивных соображений принимаем количество витков z = 5.

Определение высоты гайки:

H = p×z = 4×5 = 20 мм;

H = Lпод + H = 425 мм.

Определение высоты заплечника гайки:

H = (0,3¸0,5)H = 0,5×20 = 10 мм.

Определение наружного посадочного диаметра гайки.

Из условия прочности и растяжения и для учета кручения принимаем:

Qрасч = 1,3×200 = 260 Н;

D = 1,13×,

где D - наружный посадочный диаметр гайки;

[s]р = 0,8[s]и = 0,8×50 = 40Мпа - допускаемые напряжения при растяжении.

D = 1,13×=15,2 мм.

Принимаем D = 16 мм.

Определяем диаметр буртика из условия прочности на смятие:

D1 = 1,13×,

где [D]см » 1,6[D]и = 1,6×50 = 80 МПа - допускаемое напряжение на смятие.

D1 = 1,13×= 17,07 мм.

Принимаем D1 = 18 мм.


Подбор электродвигателя

Определение крутящего момента на винте

Крутящий момент на винте Мкр определим по формуле, [2с.507];

; (3.1)

= 0,75 » 1кН×м.

Требуемая мощность на выходе

Требуемая мощность на выходе Рвых определяется по формуле [3; c.6):

Рвых = Твых×w3,

где Твых = Мкр;

w3 = - частота вращения.

w3 = = 1,69 с - 1.

Рвых ³1×1,69 = б1,69 кВт.

Ввиду маленькой требуемой мощности, подбор двигателя осуществляется по передаточному числу [3;c.11].

Определение передаточного числа

Цепочка передачи мощности:

ДВ Þ Мф Þ IIВ(ППН) Þ КЗП Þ IIIв(ППК) Þ РО

Рекомендуемое передаточное число для конических зубчатых передач:

u = 1…4[3;c9] таблица 1.1.

u = (3.2)

В соответствии с единым рядом передаточных чисел принимаем для конической передачи u = 4 , смотрим [3;c.13].

nдв = u×n = 4×16 = 64 об/мин.

Принимаем в качестве двигателя двухщеточный двухполюсный электродвигатель постоянного тока МЭ – 241.


^ Проектирование конической зубчатой передачи

Выбор материала зубчатых колес и режима термической обработки

Выбираем для колеса и шестерни марку стали 40Х [3; c.25].

Термообработка - улучшение до твердости:

для колеса НВ235…262;

для шестерни НВ269…302.

Расчет допустимых напряжений для материала шестерни и колеса

Мощность на ведущем валу Р1 определяется по формуле:

Р1 = Рдв ×hмф × hппк; (4.1)

Р1 = 0,25 × 0,98 × 0,99 = 0,024 кВт.

Мощность на ведомом валу Р2 определяется по формуле:

Р2 = Р1 ×hкзп (4.2)

Р2 = 0,024 × 0,96 = 0,023 кВт.

Угловая скорость ведомого вала w2 определяется по формуле:

w2 = = = 1,67 с - 1.

Крутящий момент на ведущем валу определяется по формуле:

T1 = ; (4.3)

T1 = = 8 Нм.

Крутящий момент на ведомом валу определяется по формуле:

T2 = ; (4.4)

T2 = = 29,92 Нм.

Режим работы - передача реверсивная, нагрузка постоянная. Продолжительность включения - 8 часов 300 дней в году (эти данные принимаем самостоятельно).

Расчет допускаемых напряжений

Расчет допускаемых контактных напряжений

Для шестерни :

[s]Н1 = [s]НО1 × КHL1 (4.5)

Для колеса:

[s]Н2 = [s]НО2 × КHL2 (4.6)

Т.к.. материал для шестерни и колеса одинаковый (сталь 40Н), то предельные значения допускаемых контактных напряжений одинаковы.

[s]НО1, [s]НО2 (по таблице 2.2 [3;c.31] составляют [s]НО = 1,8 НВ + 67. В качестве НВ принимаем НВср для шестерни (из диапазона 269-302) НВср=285,5 МПа.

[s]НО1 = 1,8×258,5 + 67 = 581 МПа.

Для колеса (из диапазона 235 - 262)НВср = 248,5 МПа.

[s]НО2 = 1,8×258,5 + 67 = 581 МПа.

Коэффициенты долговечности по контактным напряжениям для шестерни и колеса соответственно:

КHL1 = ; (4.7)

КHL2 = ; (4.8).

Базовое число циклов перемены напряжений рисунок 2.3 в [3;c.32]:

для шестерни NHO1 = 16×106 циклов;

для колеса NHO2 = 12,5×106 циклов.

Число циклов нагружения контактными нагрузками:

- для шестерни NH1 = Lh×h1×60Kрев;

для колеса NH2 = Lh×h2×60Kрев.

Моторесурс для шестерни и колеса:

Lh = Lгод × 365 × Кгод × 24 × Ксут × ПВ,

где Lгод = 5 - количество лет работы привода;

Кгод= (количество рабочих дней - коэффициент годового использования)/365;

Кгод = = 0,822.

Ксут= (число работыв сутки - коэффициент суточного использования)/24;

Ксут = = 0,667.

ПВ= (Число минут работы в час- коэффициент продолжительности в течении часа)/60;

ПВ = = 0,833.

Lh = 5×365×0,822×24×0,677×0,833× = 2004 час.

Для реверсивного режима работы (стол должен иметь возможность как подъема, так и опускания) Крев = 0,5 - коэффициент реверсивности [3;c.33].

NH1 = 2004×64×60×1,5 = 23,44×106 циклов;

NH2 = 2004×16×60×1,5 = 9,6×106 циклов;

КHL1 = = 1;

КHL2 = = 1,045.

Тогда до пускаемые контактные напряжения для материала шестерни и колеса соответственно:

[s]Н1 = 581×1 = 581 МПа;

[s]Н2 = 514×1,04 = 537 МПа.

Расчет допускаемых напряжений изгиба

Предельные значения допускаемых напряжений на изгиб найдем по формулам:

- для шестерни:

[s]F1 = [s]НО1 × КFL1× КFC;

- для колеса:

[s]F2 = [s]НО2 × КFL2× КFC ,

где КFL1, КFL2 - коэффициенты долговечности по изгибным напряжениям.

[s]F01 = 1,03×НВср = 1,03×285,5 = 294 МПа;

[s]F02 = 1,03×НВср = 1,03×248,5 = 256 МПа.

Коэффициент долговечности определим по формуле:

КFL1 = , (4.6)

где NF0 = 4×106 циклов - базовое число циклов при достаточно - изгибном загружении.

Количество циклов нагружения изгибными нагрузками шестерни и колеса соответственно:

NF1 = NH1 =13,44×106 циклов;

NF2 = NH2 =3,6×106 циклов.

КFL1 = = 0,886;

КFL2 = = 0,915.

С учетом коэффициента реверсивности КFC = 0,8;

[s]F1 = 294×1×0,8 = 235 МПа;

[s]F2 = 256×1,01×0,8 = 207 МПа.

При НВ<350 (улучшение) принимаем КFL1 = 1 (по условию 1£ КFL£2,08 [3;c.34]).

Проектирование конической зубчатой передачи

Проектировочный расчет конической зубчатой передачи начинают с определения внешнего делительного диаметра колеса:

dе2 ³ 1,65×104× ;

где u = 1,4 - передаточное число;

КHb- коэффициент концентрации нагрузки по контактным напряжениям (таблица п4.1)[3;c.45].

При значении коэффициента ширины зубчатого венца по делительному диаметру yd = 0,166== 0,285 и консольном расположении шестерни относительно опор (опоры - роликоподшибники, НВ<350):

КHb = = 1,12;

VH - коэффициент нагрузочной способности конической передачи по контактным напряжениям (прямозубая передача).

d е2³ 1,65×104× = 135 мм.

Углы делительных конусов:

для колеса d2 = arctg u = arctg 4 = 7;

для шестерни d1 = 90 - d2 = 83о.

Конусное расстояние определим по формуле:

Rе = 74 мм.

b =0,285×Rc = 30 мм - ширина колес.

Внешний торцевой модуль определим из соотношения:

,

где vF -коэффициент нагрузочной способности,

КFb - коэффициент неравномерности изгибных напряжений по длине зуба, принимаем по таблице 4.6 [3;c.53].

При консольном расположении шестерни (опоры - роликоподшипники НВ<350);

ja = 0612 КFb = ;

vF = 0,85 - для прямозубой передачи.

.

Расчет числа зубьев:

-для колеса z2 = = = 86,7 = 87;

- для шестерни z1 = = = 22.

Фактическое передаточное число определим по формуле:

uф = 3,95 (4.9)

Отклонение от заданного u:

% = 125%.

Отклонение от заданного не должно превышать 4%; 1,25<4%.

Окончательные делительные диаметры колес:

dе1 = me z1 = 1,5× 22 = 35;

dе2 = me z2 = 1,5 × 87 = 130.

dm1 = ; Внешние диаметры колес ;

daе2= dе2 +2(1+ Xе2) me cosδ2 ;

daе1 = dе1+2(1+Xе1) me cosδ1 ,

где Xе1 - коэффициент смещения инструмента при нарезании конической шестерни, таблица 5.2 [3;c.62].

Xе1 = 0,41; Xе2 = -Xе1 = - 0,41;

daе1= 35 +2(1+ 0,41)×1,5×cos15,480 =38 мм;

daе2= dе2 +2(1+ Xе2) me cosδ2 =135 мм.

Силы в зацеплении

Средние делительные диаметры определим по формулам:

dm1 = 0,875de1 = 0,857·35 = 30 мм;

dm2 = 0,875de2 = 0,857·130 = 112 мм.

Тангенциальные силы на шестерне найдем по формуле:

Ft1 = Н;

Ft1 = Ft2 = 533 Н.

Осевая сила на шестерне находится по формуле:

Fа1 = Ft1 · tgα · sinδ1 = 53 Н, Fа1 = Fr2 = 53 Н.

Радиальная сила на шестерне и осевая на колесе определим по формуле:

Fr1 = Fа1 · tgα · cosδ1 = 186 Н.

Степень точности определим через окружную скорость:

V = 0,5ω2 dm2 = 0,57×1,66·0,146 = 0,12 м/с.

По таблице 4.4 назначаем 9ю степень точности [3;c.50].

Проверка зубьев по напряжениям изгиба

Расчетное напряжение изгиба в зубьях колеса находится по формуле:

sF2 = £ [s]F2,

где =1,39 [3;c.54];

- коэффициент динамичности по изгибным напряжениям (при 9й степени точности, НВ<350 и окружной скорости 0,12 м/с =1,13 таблица 4.7 [3;c.54]);

= 3,67 – коэффициент формы зуба колеса, таблица 4.8 [3;c.54]).

При эквивалентном числе зубьев:

ZV2 = ; Xe2 = -0,41.

sF2 = = 57×106 Па = 57МПа £ [s]F2 = 207 МПа.

Расчетное изгибное напряжение в зубьях шестерни найдем по формуле:

sF1 = £ [s]F1;

При ZV1 = ; Xe1 = 0,41 по таблице 4.8 принимаем = 3,49;

sF1 = = 80МПа £ [s]F1.

Проверка зубьев колеса по контактным напряжениям

Расчетное контактное напряжение в зубьях колеса:

;

где =1,195 [3;c.55];

- коэффициент динамичности нагрузки по контактным напряжениям (при 9й степени точности, НВ<350 и окружной скорости 0,12 м/с =1,05 таблица 4.9 [3;c.55]);

VH = 0,85; T2 = 30 Нм; de2 = 0,135;



= = 0,7 – удовлетворяет условию для нормальной работы передачи. Точность по контактным напряжениям обеспечена.

350>350>350>
^ Проектирование редуктора

Ориентировочный расчет ведомого вала

Диаметр вала определим по формуле:

,

где Т2 = 30 Нм.

1,5·10-2 = 15 мм.

dБП ³ dп + 3,2r = 22 мм,

где r – радиус гантели.

Предварительный расчет тихоходных валов

Бурт под колесо – 23 мм;

Шейка под зубчатое колесо – 18 мм;

Выходной конец вала – 10 мм.

Определение размеров зубчатых колес.

dСТ ³ 1,6dв = 54 мм.

Толщина обода: δа = (3…4,0)min = 5 мм.

Толщина диска: С = (0,1…0,17)Re = 7 мм.

Внутренний диаметр обода: D0 » doe – 2b = 110 мм.

Диаметр центровой окружности: Dотв = 0,5(D0 + dст) = 80 мм.

Толщина стенки корпуса » 6мм.

^ Расчет валов на прочность

Расчет винта на совместное действие изгиба и кручения

Вращающий момент на быстроходном валу редуктора Т1 = 103 Нм.

Ft1 = Ft2 = 533 Н; Fа1 = Fr2 = 53 Н; Fr1 = Fа2 = 186 Н.

Допускаемое напряжение изгиба при систематическом цикле напряжений определяется по формуле:

[sи]-1 = {s-1/([h]×Ks)}Kри,

где s-1 – предел выносливости;

Ks = 1,2 - эффективный коэффициент запаса прочности для опасного сечения;

Kри = 1 – коэффициент ретиманагрузки при расчете на изгиб.

s-1 = 0,35 · sв + 70 [5;c.9];

t-1 = 0,25 × sв;

s-1 = 0,35 · 850 + 70 = 367;

t-1 = 0,25 × 550 = 212;

[sи]-1 = {367/3·2}1 = 100 МПа.

Быстроходный вал

Составляем расчетную схему вала. Строим эпюры изгибающих моментов в вертикальной плоскости xoy.

Ft1 = 533 Н; Fа1 = 53 Н; Fr1 = 186 Н;

SM(В) = - RCX × 0,02 - Ft1 × 0,015 = 0;

RCX = - 399 Н (меняем знак);

МизгХ(С) = RCX·0 = 0;

МизХ(В) = RCX·0,022 = 8,78 Нм;

RВX = 896Н.

Проверяем: RВX - - RCX = 0.

Рассмотрим zoy:

SM(C) = - RBz × 0,022 – Fr × 0,037 + Fa – 0,02 = 0;

RВz = 363Н;

SM(B) = - RCz × 0,022 – Fr × 0,015 + Fa × 0,022 = 0;

RCz = 80 Н.

Миз(C) = 0; Миз(В) = RCz·0,022 = 24 Нм;

Миз(А) = RА·0,021- RВz·0,015+ RСz·0,037 =

= 53·0,021- 363·0,015 + 80·0,037 = -1,5нм;

Проверяем: Fr - RВz - RCz = 0; Т1 = 8 Нм.

Построим эпюры крутящих и изгибающих моментов (рисунок6.1).

Вычислим наибольшее напряжение изгиба и кручения для опасного сечения:

Для шестерни

Рисунок 6.1





Для тихоходного вала

Рисунок 6.2





Суммарный изгибающий момент:

Миз = = = 9,2 НМ;

;

.

Определим эквивалентные напряжения по энергетической теории прочности:

sэкв = ;

sэкв = = 37,5 МПа < 100МПа.

Прочность в сечении обеспечена.

Тихоходный вал

Ft2 = 533 Н; Fа2 = 186 Н; Fr1 = 53 Н;

Raz = Rcz – Fr = 0;

M(А) = - Fr × 0,047 – Fa × 0,04 + Rcz × 0,07 = 0;

RCz = 142 Н;

M(С) = Fr × 0,022 – Fa × 0,04 - RАz × 0,07 = 0;

RАz = 71,4 Н;

Миз(А) = Миз(С) = 0;

Миз(С) = - RАz·0,047= - 71,4·0,047 = -3,384 Нм.

В плоскости zox:

МX(С) = RАX·0,07 + Ft2 ·0,02 = 0;

RАX = 1674 Н;

M(B) = Ra X× 0,047 = 167 × 0,048 = 8 Нм;

M(А) = - Ft× 0,047 = RC X× 0,07 = 0;

RCX = 357 Н.

Встроим опору крутящих моментов Т2 =30 Нм от середины ступицы зубчатого колеса.

Вычислим наибольшее напряжение изгиба и кручения для опасных сечений. Сечение В ослаблено шпоночным пазом.

Определим геометрические характеристики сечения:

- осевой момент сопротивления Wи = 0,1d3 - = 2×10-6 м3;

- полярный момент сопротивления Wк = 0,2d3 - = 4,3×10-6 м3;

МизS = = 12,8 Нм;

;

sэкв = = 14 МПа < 100МПа = [s]-1.

Уточненный расчет валов на усталостную прочность

Определим запас усталостной прочности ведомого вала в сечении В. В этом сечении имеет место концентрация напряжений.

Момент в сечении В:

Миз = = 12,8 Нм;

По таблице 2 [4;c.20]:

Wи = 2×10-6 м3;

Wи = 4,3×10-6 м3.

Определим нормальные напряжения:

sи = sа = Mиз / Wи = 6,13 МПа.

Напряжение кручения:

tк = Т2 / Wк = 7,5 МПа.

При отнулевом цикле амплитуда изменения касательных напряжений:

tа = tm = tк/2 = 4 МПа.

sВ = 700 МПа.

Кs/Еs = 2,8.

Для касательных напряжений :

ys = 0,2; yt = 0,1 (таблица 3 {4;c.21]).

Коэффициент запаса прочности найдем по формулам:

ns = s-1/(Ks · sa / Es + ys×sm);

nt = t-1/(Kt · ta / Et + yt×tm);


sm = = = 0,71 МПа.

ns = = 21,2;

nt = = 9,37.

Коэффициент запаса прочности определим по формуле:

n = = = 8,5

8,5 > 2, следовательно усталостная прочность вала в сечении В обеспечена.


^ Подбор подшипников

Проверяем пригодность роликоподшипников конических однорядных по ГОСТ 333-79, условное обозначение – 7202.

Проверим пригодность подшипника по [8;c.103]:

Fa = 186 Н; КБ = 1,3; КТ = 1.

RCХ = 142 Н; RCy = 357 Н;

RХА = 72 Н; RYA = 167 Н.

Rrc = = 384 Н;

RrА = = 182 Н;

Rr1 = 384 Н;

Rr2 = 182 Н;

RS1 = 0,83·0,45×384 = 143 Н;

RS2 = 0,83·0,45×182 = 68 Н;

Rа1 = RS1; Rа2 = Rа1 + Fa = 143 + 186 = 329 Н;

= = 0,37 < ;

= = 2,1 < ; x = 0,4; y = 1,6;

Re1 = V·x×3·Rr1×Кб·Кт = 1×1×384×1,3×1 = 500 Н;

Re2 = (V·x×3·Rr1 + y· Rа2)Кб·Кт = (1×0,4 ×182 + 1,6×329) ×1,3 = 778 Н.

Расчетная долговечность опоры:

Lioah = Q23 = 5400 часов.

Подшипники пригодны для заданного режима работы.

Смазка подшипников, винта и др. трущихся поверхностей осуществляется пластичным смазочным материалом типа солидол жировой, с помощью пресс – масленки.


^ Технологический процесс изготовления

Маршрутная технология

Часть производственного процесса, непосредственно связанная с постепенным превращением заготовок в готовое изделие, технологический процесс, включает в себя все виды обработки механическую и сборку.

Технологический процесс разделяется по степени унификации; единичный, групповой, по детализации описания; с маршрутными, маршрутно-операционным описанием.

Единичный технологический процесс - изготовление или ремонт единичных изделий независимо от типа производства.

Типовой - процесс изготовления группы изделий с общими технологическими признаками.

Групповой - процесс изготовления группы изделий с различными коструктивными, по общим технологическим признакам.

Маршрутно-оперативное описание - сокращенное описание технологических операций в маршрутной карте, в последовательности их выполнения, с последовательным описанием отдельных операций в других технологических документациях.

Маршрутное описание - сокращенное описание всех технологических операций, в маршрутной карте в последовательности их выполнения без указаний переходов.

Операционное описание - последовательное описание всех технологических операций в порядке их выполнения с указанием переходов и технологических режимов.

Разрабатывая технологический процесс обработки детали необходимо выполнить следующие условия;

- наметить базовые поверхности, которые должны быть обработаны в самом начале процесса;

- выполнить операции черновой обработки при которых снимают небольшие слои металла, что позволяет сразу выявить дефекты заготовки и освободиться от внутренних напряжений вызывающих деформацию;

- первым следует обрабатывать те поверхности, которые требуют высокой точности качества;

- при выборе технологических баз следует стремиться к соблюдению основных принципов базирования - совмещение и постоянство баз;

- необходимо учитывать на каких стадиях технологического процесса целесообразно производить механическую обработку в зависимости от требований чертежа;

- отдельные операции следует выполнить к концу технологического процесса обработки, за исключением тех случаев, когда поверхности служат базой для последующих операций.

При разработке технологической операции необходимо особое внимание уделять выбору баз для обеспечения точности обработки деталей и выполнение технических требований чертежа.

При выборе баз необходимо принимать поверхности, не подлежащие обработке, а если деталь имеет несколько таких поверхностей, то за базу надо принимать ту из них, которая должна иметь наименьшее смещение относительно своей оси, или быть с наименьшим припуском на обработку.

При выборе баз необходимо принимать поверхности, от которых дан размер на чертеже, определяющих положение обрабатываемой поверхности. Базы должны обеспечить отсутствие не допускаемых деформаций детали, так же простоту конструкции станочного приспособления с удобством установки, креплением и снятием обрабатываемой детали.

В маршрутной технологии в процессе обработке предусматривают контроль с целью обеспечения заданных параметров качества обработанной детали.

Рисунок 8.1





Таблица 8.1 Требования к поверхностям детали


Данные о поверхности

Механическая обработка

Наименование формы пов-ти

Основные размеры

Поле допуска, Мкм

Шероховатость поверхности

Цилиндрическая наружная

Æ10

ℓ=10

13

Ra = 0,8

Многократное точение шлифование

Внешняя наружная

Æ12

ℓ=500

18

Ra = 12,5

Точение многократное шлифование

Цилиндрическая наружная

Æ10

ℓ=15

13

Ra = 0,8

Многократное точение шлифование

Шпоночный паз

ℓ=15

52

Ra = 3,2

Фрезерование


Винт имеет 3 вида поверхности. Две из них работают в паре С подшипниками скольжения. Несоосность поверхности 5мкм, шероховатость 0,8 мкм, допуск мм. Поэтому назначаем многократное точение и шлифование. Резьба с высокими требованиями к точности изготовления, поэтому она многократно обрабатывается точением и шлифованием.

Технолог устанавливает объект контроля и его место, обращая внимание на операции, при которых точность обеспечивается наиболее трудно.

Отразим необходимые операции по изготовлению винта в маршрутной технологии обработки.

Операция 010 .Заготовительная .

Данная операция предназначена для отрезки заготовки от цельного прутка проката. Отмеряем длину с помощью линейки с точностью до 1мм , на ножовочном станке.

Операция 020. Токарная .

Операция предназначена для обработки торцов и центрирования.

Выполнение операции на токарном станке 16к20. Центрируем деталь сверлом по ГОСТ 401-77.

Операция 030. Токарная.

Предназначена для обработки наружной поверхности детали . выполняется на токарно-винторезном станке 16к20.

Операция 040. Токарная.

Предназначена для нарезания резьбы с учетом заданных размеров. применяем для нарезания трапециидальной резьбы.

Операция 050. Фрезерование

Предназначена для выполнения шпоночного паза. Выполняется операция на фрезерном станке 6р12.

Операция 060. Термообработка

В муфельной печи проводим термообработку, предназначающуюся для улучшения свойств материала.

Операцию 070 Шлифование.

Данная операция предназначена для шлифования посадочных мест под подшипники. Осуществляется на шлифовальном станке 3М150, обеспечиваем при шлифовании точность не ниже 6-7 квалитетов и шероховатость поверхности не более Rz=6,3 Мкм.

Операция 080. Промывочная

Осуществляется с целью удаления абразивных частиц, стружки, пыли с поверхности детали.

Операция 090. Технический контроль.

Выбор заготовки

При изготовлении валов, винтов и осей исходные данные получают путем пластического деформирования, сюда входят; литье, штамповка, ковка и т.д.ибо путем резки проката. В нашем случае мы имеем дело с индивидуальным единичным производством, винт имеет несколько перепадов диаметрального размера, поэтому используем горячий прокат который, разрезается на штучные

ГОСТ 2590-71

Принимаем пруток круглый толщиной 14 мм (исходя из конструктивных особенностей) длинной 475.

Марки стали; Ст 3

.

Расчет межоперационных припусков

Слой материала, удаляемый с поверхности заготовки в целях достижения заданных свойств обрабатываемой поверхности детали называются припуском.

Для выбора минимальных размеров заготовки необходимо рассчитывать величину припуска на первую и последующую операции. Минимальный припуск рассчитываем по формуле:[9; с 175]:

2Zi min = 2[(Rz+h)i-1+Dåi-1+åi], (8.1)

где Rzi-1-высота неровностей профиля на предшествующем периоде hi-1-глубина дефективного слоя на предшествующем переходе.

Dåi-1 - сумарное отклонение расположения поверхности

åi - погрешность установки заготовки на выполняемом переходе.

Сумарное отклонение расположение отклонение расположение Då расчитываем по формуле [9;с 177].

Då=DK×, (8.2)

где DK - отклонение оси детали от прямолинейности (кривизны) Мкм/мм;

-длина детали, мм величины параметров Rz , h

Då, DK приведины в таблице 1,4 [9,ст180]

Då= 2х70 =140

2 Zi min= 2(125+150+140)=830Мкм

Таким образом ,минимальный припуск для чернового точения составил 2Zi min= 830 Мкм.

Чистое обтачивание:

2 Zi min= 2[(Rzi min+hi min)+Då;]

где åi =Ky×Dåi-1 (Ky =0,06 [7,c190]);

Dåi =0,06×140 =9,8Мкм

Rz i и hi - приведены в таблице 5[9;с18].

Черновое шлифование:

Rzi и hi - приведены в таблице 5[9;с181].

2Zi min = 2(Rz+h)

2Zi min = 2(30+30) =120Мкм

Шлифование чистовое:

Rzi и hi -приведены в таблице 5[9с 181].

2Zi min = 2(10+20)=60Мкм

Шлифование тонкое:

Rzi и hi - приведены в таблице 5[9;181].

2Zi min = 2(6,3+12)=36,6Мкм

Расчетный наименьший размер для каждого перехода определяем с наименьшего предельного размера по чертежу путем прибавления к чертежу этому размеру расчетного припуска.

Наименьший предельный размер винта:

10-0,05=9,985 мм.

Шлифование черновое:

9,985+0,060=10,045мм.

Чистовое точение:

10,045+0,120=10,165мм.

Черновое точение:

10,165+0,282=10,447мм.

Прокат:

10,447+1,150=11,597мм/

Допуск Т на каждой операции определяем начиная с допуска на наименьший предельный размер детали. В соответствии с данными таблицы 5[9,с181] и таблицы 32 [9,с192] находящим допуск Т.

Допуск на прокат по таблице 62 [9;c.169] Т = 800 Мкм.

Величины допусков приведены в таблице 8.2.

Затем определяем предельные размеры. Наименьший размер по переходам получаем, округляем расчетные размеры, с каким дан допуск на размер для каждого перехода.

Наибольший размер получаем путем прибавления допуска к наибольшему размеру. Принятые размеры приведены в таблице 8.2. Затем определяем предельные значения припусков Zmax и Zmin, как разницу предельных размеров предшествующего и выполняемого переходов.

Например минимальный припуск для:

- чернового точения:

2Zmin = 11,597 – 10,447 = 1150 Мкм;

- чистового точения:

2Zmin = 10,447 – 10,165 = 182 Мкм;

- чернового шлифования:

2Zmin = 10,165 – 10,045 = 120 Мкм;

- чистового шлифования:

2Zmin = 10,4045 – 9,85 = 60 Мкм.

Максимальный припуск для:

- чернового точения:

2Zmax = 12,79 – 10,59 = 2200 Мкм;

- чистового точения:

2Zmax = 10,59 – 10,23 = 360 Мкм;

- чернового шлифования:

2Zmax = 10,23 – 10,07 = 160 Мкм;

- чистового шлифования:

2Zmax = 10,07 – 10,00 = 70 Мкм.

Величины предельных припусков заносим в таблицу 8.2.

Достоверность расчетов определяем по формуле [7;c.193].

Td3 – Tdд = 2Z0max – 2Z0min, (8.3)

где Td3 - допуск на изготовление заготовки, Мкм;

Tdд - допуск на изготовление детали Мкм;

2Z0max – сумма максимальных припусков по переходам Мкм.

Tdз – Tdд = 800 – 15 = 785Мкм;

2Z0max – 2Z0min = 2720 – 1935 = 785 Мкм.

Проверочный расчет показал, что расчеты проведены правильно.

Таблица 8.2 Карта расчета припусков на обработку и предельных

размеров по межтехнологическим переходам


Элементарная пов-ть детали и технологический маршрут обработки

Элементы припуска

Расчетный припуск 2Zmin, мкм

Расчетный максимальный размер,мм

Допуск на изготовление Td, мкм

Принятые размеры по переходам, мм

Полученные предельные припуски, мкм

Rz

h

D

e

dmax

dmin

2Zmax

2Zmin

Прокат

125

150

300

-

-

11,597

800

12,43

11,62

-

-

Точение черновое

63

60

18

-

1150

10,447

150

10,59

10,45

2200

1150

Точение чистовое

30

30

-

-

282

10,165

58

10,23

10,16

360

282

Шлифование черновое

10

20

-

-

120

10,045

22

10,02

10,05

160

120

Шлифование чистовое

6,3

12

-

-

60

9,985

15

10

9,985

70

60


Расчеты режимов резания

Режимы резания находятся в зависимости от типа и конструкции инструмента, по геометрии режущей части, качества заточки правильности установки и закрепления инструмента на станке, от типа оборудования на станках, системы СПИД.

При окончательном назначении режимов резания учитывают материал и состояние заготовки.

Изготавливаем винт на 1Е61. применяемый станок позволяет выполнять все токарные операции (см. маршрутную технологию). Мощность двигателя

Nдв = 10 кВт.

Коэффициент полезного действия h = 0,75.

При черновом точении по корке при относительно равномерном сечении среза рекомендуется использовать для режущей части резца сплав пластинки (твердый) Т15К6.

Тип резца – прямой проходной упорный с углом в плане j = 900 по ГОСТ 18879-73.

Сечение держовки HxBxL = 25х16х40 мм, = 15, R = 1 мм.

Форма передней поверхности - радиусная с фаской. Передней угол g = 150, задний угол a = 120, R = 4 мм, В = 2 мм, S = - 50, j = 900, f = 0,3 мм, gи = -50.

Рисунок 8.2





Рисунок 8.3





Глубина резания

При точении глубину резания определяют по формуле:

t = (8.4)

где D – диаметр заготовки;

d – диаметр детали.

t = = 0,25 мм.

Подачу при черновом точении выбираем в зависимости от требуемых параметров шероховатости обрабатываемой поверхности и радиуса при вершине резца. Согласно данным таблицы 2 [9; c.418] принимаем:

S = 1,3 мм/об.

Скорость резания, допускаемую режущими свойствами инструмента, при наружном точении рассчитывают по формуле:

V = (8.5)

где Т – стойкость инструмента;

t – глубина резания, мм;

S – подача мм/об;

m, x, y – показатели степени;

Cv, Kv – коэффициенты учитывающие условия работы.

Так как обрабатываемая сталь с пределом прочности sВ = 400 МПа при наружном точении проходным резцом и материал режущей части Т15КВ принимаем:

x = 0,15 y = 0,35 m = 0,2 Cv = 350 (таблица 8 [9;c.422]).

Коэффициент Кv определяется по формуле:

Кv = Кm· Кn· Кu· Кj · Кr,

где Кm, Кu – коэффициенты учитывающие физико – механические сво