Ось машиностроение. Валы и оси общие сведения

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

На данном этапе развития рыночной экономики уделяется большое внимание технологии машиностроения.

Технология машиностроения - наука, систематизирующая совокупность приемов и способов обработки сырья, материалов, соответствующими орудиями производства с целью получения готовых продукций. Предметом изучения в машиностроении является изготовление изделий заданного качества с установленной программой выпуска при наименьших затратах материалов, минимальной себестоимости и высокой производительности труда.

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

В настоящее время в связи с высоким уровнем развития электроники машиностроении широко внедряются станки с ЧПУ. Применение такого оборудования позволяет сократить: слесарно-доводочные работы; предварительную разметку; сроки подготовки производства и т.д.

Учитывая все это я широко применяю станки с ЧПУ, а также в дипломном проекте рассматривается ряд задач необходимых для выполнения задания на дипломное проектирования.

К числу таких задач относятся:

Повышение технического уровня производства;

Механизация и автоматизация производства;

Разработка прогрессивного технологического процесса обработки детали «Ось»;

Разработка мероприятий по дальнейшему увеличению экономии основных средств, качества продукции и снижению себестоимости изготовления детали.

Правильное решение всех выше названных задач позволяют получить:

Рост производительности труда;

Высвобождения части рабочих;

Увеличение годового экономического эффекта;

Снижение срока окупаемости дополнительных затрат.

1 . Технологическая часть

1.1 Описание условий работы, служебное назначение детали, анализ технологичности детали и целесообразности перевода ее обработки на станки с ЧПУ

Деталь: «Ось» №В. 5750.0001

Она является составной часть механизма привода стабилизатора. На оси вращается качалка привода, поэтому на поверхности Ш40f7 наносится Хтв. 48-80, Ш24H9 отверстие под специальный крепежный болт В. 5750.0001. Для фиксации со специальным крепежным болтом выполнены пазы 20H11, а также 3 отверстия Ш1,5 выполнены для контровки (стопорения) 2.2 ОСТ 139502.77, шплинтом 2,5х 32.029 ГОСТ 397-79.

Технологичность конструкции детали оценивается качественными параметрами и количественными показателями.

Качественная оценка технологичности конструкции

1 Деталь «Ось» правильной геометрической формы и представляет собой тело вращения.

2 Материал детали (сталь 30ХГСА ГОСТ 4543-71) обладает хорошей обрабатываемостью механическим способом.

3 Возможность применения заготовки-штамповки, геометрическая форма и размеры которой обеспечивают небольшие припуски на механическую обработку.

4 Наличие унифицированных элементов детали подтверждает технологичность ее конструкции.

5 Конструкция детали обладает достаточной жесткостью, так как соблюдается условие

6 Конфигурация, точность и шероховатость поверхностей позволяют обрабатывать деталь на стандартном оборудовании нормальной точности и с помощью стандартного режущего инструмента.

Таблица 1.1 - Точность размеров и параметр шероховатости поверхностей детали

Размеры поверхностей	Квалитет точности	Параметр шероховатости	Количество конструкционных элементов	Количество унифицированных элементов

Количественная оценка технологичности конструкции

1 Коэффициент унификации:

где Qуэ - количество унифицированных элементов;

Qэ - количество конструкционных элементов.

2 Коэффициент точности поверхностей детали:

где Ti - соответственно квалитет точности обрабатываемых поверхностей;

Тср. - среднее значение этих параметров;

ni - число размеров или поверхностей для каждого квалитета

3 Коэффициент шероховатости поверхностей деталей:

где Rai - соответственно значения параметров шероховатости обрабатываемых поверхностей;

Raср. - среднее значение этих параметров;

ni - число размеров или поверхностей для каждого значения параметра шероховатости.

Вывод: из выше рассчитанных коэффициентов видно, что числовые значения почти всех показателей технологичности близки к 1, т.е. технологичность конструкции детали удовлетворяет требованиям, предъявленным к изделию. Деталь «Ось» целесообразно обрабатывать на станках с числовым программным управлением, так как деталь хорошо обрабатывается резанием и удобно базируется.

1.2 Химический состав и механические свойства материала детали

Деталь «Ось» изготовляется из стали 30ХГСА - конструкционная легированная сталь, выдерживающие значительные деформирующие нагрузки.

Из стали 30ХГСА рекомендуется изготовлять: валы, оси, зубчатые колеса, фланцы, корпуса обшивки, лопатки компрессорных машин, работающие при температуре до 2000С, рычаги, толкатели, ответственные сварные конструкции, работающие при знакопеременных нагрузках, крепежные детали, работающие при низких температурах.

Данные о химическом составе и механических свойствах материала размещаем в таблицы из соответствующих источников.

Таблица 1.2 - Химический состав стали

Таблица 1.3 - Механические свойства стали

	Сечение, мм

Технологические свойства

Свариваемость - ограничено свариваемая.

Способы сварки: РДС; АДС под флюсом и газовой защитой, АрДС, ЭШС.

Обрабатываемость резанием - в горячекатаном состоянии при НВ 207ч217 и в=710 МПа.

Флокеночувствительность - чувствительна.

Склонность к отпускной хрупкости - склонна.

1.3 Определение типа производства

В машиностроении различают следующие типы производства:

Единичное;

Серийное (мелкосерийное, среднесерийное, крупносерийное);

Массовое.

Каждый тип производства характеризуется коэффициентом закрепления операции Кз.о.

Коэффициент закрепления операций Кз.о. определяется по формуле:

где Qоп. - число различных операций, выполняемых на участке;

Pm - число рабочих мест (станков), на которых выполняются эти операции.

Согласно ГОСТ 3.1108-74 коэффициент закрепления операций принимают равным

Таблица №1.4 - Значение коэффициента закрепления операций

Из выше рассчитанного следует, что производство серийное, следует определить партию запуска деталей. Ориентировочно величину партии можно рассчитать по формуле:

где N - годовой объем выпуска, шт.;

Число рабочих дней в году (365-Твых. - Тпразд.), дн.;

Необходимый запас деталей на складе в днях, колеблется в пределах 3ч8 дней

· для единичного и мелкосерийного производства 3ч4 дней

· для среднесерийного производства 5ч6 дней

· для крупносерийного и массового производства 7ч8 дней

Серийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий изготовленных или ремонтируемых периодически повторяющимися партиями, и сравнительно большим объемам выпуска.

При серийном производстве широко используются универсальные станки, а также специализированные и частично специальные станки.

Оборудование располагается не только по групповому признаку, но и по потоку.

Технологическая оснастка универсальная, а также специальная и универсально-сборная, что позволяет снизить трудоемкость и себестоимость изготовления изделия.

Рабочие специализируются на выполнении только нескольких операций. Технологический процесс дифференцирован, т.е. расчленен на отдельные самостоятельные операции, переходы приемы, движения.

Себестоимость изделия - средняя.

1.4 Анализ заводского технологического процесса

Каждая деталь должна изготовляться с минимальными трудовыми и материальными затратами. Эти затраты можно сократить в значительной степени от правильного выбора варианта технологического процесса, его оснащения, механизации и автоматизации, применения оптимальных режимов обработки и правильной подготовки производства. На трудоёмкость изготовления детали оказывают особое влияние её конструкция и технические требования на изготовление.

В заводском технологическом процессе деталь «Ось» обрабатывается следующим образом:

005 Контрольная 065 Слесарная

010 Токарная 070 Разметочная

015 Токарная 075 Сверлильная

020 Токарная 080 Промывочная

025 Контрольная 085 Магнитная

030 Термическая 090 Контрольная

035 Пескоструйная 095 Покрытие

040 Токарная 100 Шлифовальная

045 Шлифовальная 105 Слесарная

050 Токарная 110 Промывочная

055 Разметочная 115 Магнитная

060 Фрезерная 120 Подготовительная

Как видно из выше перечисленных операций заводского технологического процесса, здесь используется большое количество контрольных, слесарных, разметочных операций и используются станки старых моделей универсальные с ручным управлением.

Считаю, что в своем варианте технологического процесса обработки детали «Ось» необходимо на некоторых операциях применить высокопроизводительные станки с ЧПУ, что позволит:

Повысить производительность труда;

Ликвидировать разметочные и слесарные операции;

Сократить время на переналадку оборудования, на установку заготовок за счет применения универсальных сборочных приспособлений;

Сократить число операций;

Сократить затраты времени и средств на транспортировку и контроль деталей;

Уменьшить брак;

Сократить потребность в рабочей силе;

Уменьшить число станков;

Применить многостаночное обслуживание;

Кроме того на горизонтально-фрезерных и вертикально-сверлильной операциях целесообразно применить специальные быстропереналадочные приспособления с пневмозажимом, обеспечивающие надежное закрепление и точное базирование детали в процессе обработки, а так же позволит:

Сократить время на переналадку оборудования;

Обеспечить фиксированное и надежное положение заготовки в приспособлении;

Освободит от предварительной разметки перед данной операцией

Применение специального высокопроизводительного режущего инструмента обеспечивает высокую точность и необходимую шероховатость обрабатываемых поверхностей.

1.5 Технико-экономическая оценка выбора метода получения заготовки

Выбор метода получения заготовки является одним из важнейших факторов при проектировании и разработке технологического процесса.

Вид заготовки и метод в значительной степени определяется материалом детали, типом производства, а так же такими технологическими свойствами как конструктивная форма и габаритные размеры детали.

В современном производстве одним из основных направлений развития технологии механической обработки является использование чистовых заготовок с экономичными конструктивными формами, т.е. рекомендуется переложить большую часть процесса формообразования детали на заготовительную стадию и тем самым снизить затраты и расход материала при механической обработке.

В дипломной работе для детали «Ось» применяю метод получения заготовки горячую штамповку на кривошипных прессах.

При этом методе форма заготовки по своим размерам приближена к размерам детали и этим самым снижается расход материала и время на изготовление детали «Ось», а также уменьшается количество операций механической обработки и, следовательно, уменьшается себестоимость данной детали.

1.6 Выбор технологических баз

Базой называют поверхность, заменяющую совокупность поверхностей, ось, точку детали по отношению к которым ориентируются другие детали, обрабатываемые на данной операции.

Для повышения точности обработки детали необходимо соблюдать принцип совмещения (единства) баз, согласно которого при назначении технологических баз для точной обработки заготовки в качестве технологических баз следует применять поверхности, которые одновременно являются конструкторскими и измерительными базами детали.

А также принцип постоянства баз, который заключается в том, что при разработке технологического процесса необходимо стремиться к использованию одной и той же технологической базы, не допуская без необходимости смены технологических баз.

Стремление осуществить обработку по одной технологической базе объясняется тем, что всякая смена баз увеличивает погрешность взаимного расположения обрабатываемых поверхностей.

Проанализировав все выше названое, делаю вывод, что для обработки детали «Ось» за базовые поверхности необходимо принять:

Операция 010 Токарная ЧПУ

Установ А: 61,8

Установ Б: ? 40,3

: ?40,3

: ?40,3

Операция 025 Круглошлифовальная: отв. Ш24H9

1.7 Проектирование маршрутного технологического процесса детали: последовательность обработки; выбор оборудования; выбор станочных приспособлений; выбор режущих инструментов; выб ор вспомогательных инструментов

При разработке технологического процесса руководствуются следующими основными принципами:

В первую очередь обрабатываю те поверхности, которые являются в базовыми при дальнейшей обработке;

После этого обрабатывают поверхности с наибольшими припусками;

Поверхности, обработка которых обусловлена высокой точностью взаимного расположения поверхностей, необходимо обрабатывать с одного установа;

При обработке точных поверхностей следует стремиться к соблюдению двух основных припусков: совмещение (единства) баз и постоянства баз

Последовательность обработки

Операция 005 Заготовительная

Операция 010 Токарная ЧПУ

Установ А

Установить, закрепить заготовку

1 Точить торец «чисто»

2 Точить фаску 1х450

3 Точить Ш40,4 мм на l=63,5-0,2 мм, выдержав R1

4 Точить фаску 1х450

5 Зенковать фаску 1х450

Установ Б

Переустановить, закрепить заготовку

1 Точить торец «чисто» выдержав l=79,5-0,2 мм

2 Точить фаску 1х450

3 Точить Ш60 мм на проход

4 Зенкеровать Ш23,8 мм на проход

5 Зенковать фаску 2,5х450

6 Развернуть Ш24H9 (+0,052)

7 Контроль исполнителем

Операция 015 Горизонтально-фрезерная

Установ А

Установить, закрепить деталь

1 Фрезеровать паз B=20H11 (+0,13) на l=9,5 мм, выдержав R1

Установ Б

Переустановить, закрепить деталь

1 Фрезеровать паз B=20H11 (+0,13) на l=41 мм

2 Притупить острые кромки, припилить 2 фаски 0,5х450; 2 фаски 1х450

3 Контроль исполнителем

Операция 020 Вертикально-сверлильная

Установить, закрепить деталь

1 Сверлить 3 отв. Ш1,5 мм на проход, выдержав?1200, l=48 мм

2 Рассверлить 3 фаски 0,3х450

3 Контроль исполнителем

Операция 025 Термическая

1 Калить 35,5…40,5 HRC

Установить, закрепить деталь

1 Шлифовать Ш40f) на l=60 методом поперечной подачи

2 Контроль исполнителем

Операция 035 Контрольная

Выбор оборудования

При выборе оборудования учитываются следующие факторы:

Тип производства;

Вид заготовки;

Требования к точности обработки и шероховатости обрабатываемой поверхности;

Необходимая мощность;

Годовая программа.

На основании вышеизложенного выбираю технологическое оборудование.

Операция 010 Токарная с ЧПУ

Токарно-винторезный станок с ЧПУ 16К20Ф3

Станок предназначен для токарной обработки наружных и внутренних поверхностей деталей со ступенчатым и криволинейным профилем в осевом сечении при полуавтоматическом цикле, заданной программой на перфоленте.

Параметры	Числовые значения
Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки:
над станиной
над суппортом
Наибольший диаметр прутка, проходящего через отверстие шпинделя
Наибольшая длина обрабатываемой заготовки
Шаг нарезаемой резьбы:
Метрической
Число скоростей шпинделя
Наибольшее перемещение суппорта:
продольное
поперечное
Подача суппорта, мм/об (мм/мин):
продольная
поперечная
Число ступеней подач
Скорость быстрого перемещения суппорта, мм/мин:
продольного и поперечного
вертикального
Мощность электродвигателя главного привода, кВт
Габаритные размеры (без ЧПУ):
масса, кг

Операция 015 Горизонтально-фрезерная

Горизонтально-фрезерный широкоуниверсальный станок 6Р81Ш /10/

Станок предназначен для выполнения различных фрезерных работ, а так же сверлильных и несложных расточных работ в заготовках из чугуна, стали и цветных металлов. Станок может работать в полуавтоматическом и автоматическом режимах, что дает возможность многостаночного оборудования.

Технические характеристики станка

Параметры	Числовые значения
Размеры рабочей поверхности (ширина х длина), мм
Наибольшее перемещение стола; мм:
продольное
поперечное
вертикальное
Расстояние:
от оси оси горизонтального шпинделя до поверхности стола
от оси вертикального шпинделя до направляющих станины
от торца вертикального шпинделя до поверхности стола
Наибольшее перемещение гильзы вертикального шпинделя, мм
Угол поворота вертикальной фрезерной головки, в плоскости, параллельной:
продольному ходу стола
поперечному ходу стола:
от станины
к станине
Внутренний конус шпинделя по ГОСТ 15945-82:
горизонтального
вертикального
Число скоростей шпинделя:
горизонтального
вертикального
Частота вращения шпинделя, об/мин:
горизонтального
вертикального
Число рабочих подач стола
Подача стола, мм/мин:
продольная
поперечная
вертикальная
Скорость быстрого перемещения стола, мм/мин:
продольного
поперечного
вертикального
Габаритные размеры:
Масса (без выносного оборудования), кг

Операция 020 Вертикально-сверлильная

Вертикально-сверлильный станок 2Н125

Станок предназначен для сверления, рассверливания, зенкерования, развертывания отверстий, нарезания резьбы метчиком и подрезания торцов ножами.

Параметры	Числовые значения
Наибольший условный диаметр сверления, мм
Рабочая поверхность стола
Наибольшее расстояние от торца шпинделя до рабочей поверхности стола
Вылет шпинделя
Наибольшийход шпинделя
Наибольшее вертикальное перемещение:
сверлильной головки
Конус Морзе отверстия шпинделя
Число скоростей шпинделя
Частота вращения шпинделя, об/мин	45; 63; 90; 125; 180; 250; 355; 500; 710; 1000; 1400; 2000
Число подач шпинделя
Подача шпинделя, мм/об	0,1; 0,14; 0,2; 0,28; 0,4; 0,56; 0,8; 1,12; 1,6
Мощность электродвигателя привода главного движения, кВт
КПД станка
Габаритные размеры, мм:
масса, кг

Операция 030 Круглошлифовальная

Круглошлифовальный полуавтомат для врезного и продольного шлифования, повышенной точности 3М151

Станок предназначен для наружного шлифования цилиндрических и пологих конических поверхностей.

Параметры	Числовые значения
Наибольшие размеры устанавливаемой заготовки:
Наибольшая длина шлифования: наружного
Высота центров над столом
Наибольшее продольное перемещение стола
Угол поворота в о:
по часовой стрелке
против часовой стрелки
Скорость автоматического перемещения стола (бесступенчатое регулирование), м/мин
Частота вращения шпинделя заготовки с бесступенчатым регулированием, об/мин
Конус Морзе шпинделя передней бабки и пиноли задней бабки
Наибольшие размеры шлифовального круга:
наружный диаметр
Перемещение шлифовальной бабки:
наибольшее
на одно деление лимба
за один оборот толчковой рукоятки
Частота вращения шпинделя шлифовального круга, об/мин
при шлифовании наружном
Скорость врезной подачи шлифовальной бабки, мм/мин
Мощность электродвигателя привода главного движения, кВт
Габаритные размеры, мм:
масса, кг

Выбор станочных приспособлений

При разработке технологического процесса механической обработки детали необходимо правильно выбрать приспособление, которое должно способствовать повышению производительности труда, точности обработки, улучшению условий труда, ликвидации предварительной разметки детали и выверки ее при установке на станке.

Операция 010 Токарная ЧПУ

Приспособление: патрон самоцентрирующийся трёхкулачковый

ГОСТ 2675-80 входит в комплектность станка; центр вращающийся

ГОСТ 2675-80.

Операция 015 Горизонтально-фрезерная

Приспособление: специальное наладочное приспособление для фрезерования детали со встроенным пневматическим цилиндром.

Операция 020 Вертикально-сверлильная

Приспособление: Головка делительная универсальная ГОСТ 8615-89;

жесткий цент ГОСТ 13214-79.

Операция 030 Круглошлифовальная

Приспособление: патрон поводковый для шлифовальных работ

ГОСТ 13334-67 Хомутик поводковый для шлифовальных работ

ГОСТ 16488-70

Выбор режущего инструмента

При выборе режущего инструмента необходимо стремиться принимать стандартный инструмент, но иногда целесообразно принимать специальный, комбинированный или фасонный инструмент, позволяющий совмещать обработку нескольких поверхностей.

Правильный выбор режущей части инструмента имеет так же большое значение для повышения производительности труда, повышения точности и качества обрабатываемой поверхности.

Операция 010 Токарная с ЧПУ

Установ А

Переход 01, 02, 03, 04 Проходной упорный резец с пластинками из твердого сплава Т15К6, 16х25 ГОСТ 18879-73 /7/

Установ Б

Переход 01, 02, 03 Проходной упорный отогнутый резец с твердосплавными пластинками Т15К6, 16х25 ГОСТ 18879-73

Техническая характеристика резца: Н=25 мм, В=16 мм, L=140 мм, n=7 мм, l=16 мм, r=1,0 мм.

Переход 04 Зенкер цельный Ш23,8 мм из быстрорежущей стали Р6М5 с коническим хвостовиком ГОСТ 12489-71

Техническая характеристика зенкера: D=23,8 мм, L=185 мм, l=86 мм.

Переход 05 Зенковка?450 из быстрорежущей стали Р6М5 с коническим хвостовиком ОСТ-2

Техническая характеристика зенковки: D=32 мм, L=145 мм, l=56 мм.

Переход 06 Развертка из быстрорежущей стали цельная Ш24H9 (+0,052) с коническим хвостовиком ГОСТ 1672-80

Техническая характеристика развертки: D=24 мм, L=225 мм, l=34 мм

Операция 015 Горизонтально-фрезерная

Переход 01 Дисковая трехсторонняя фреза Ш125 со вставными ножами, оснащенными твердым сплавом Т15К6, z=8 ГОСТ 5348-69

Техническая характеристика фрезы: D=100 мм, B=20 мм, d=32 мм, z=8 мм.

Переход 02 Надфиль плоский ГОСТ 1513-77

Техническая характеристика фрезы: L=130 мм.

Операция 020 Вертикально-сверлильная

Переход 01 Сверло спиральное?1,5 мм из быстрорежущей стали Р6М5 с цилиндрическим хвостовиком ГОСТ 10902-77

Техническая характеристика сверла: d=1,5 мм, L =63 мм, l=28 мм.

Переход 02 Сверло спиральное?6 мм из быстрорежущей стали Р6М5 с цилиндрическим хвостовиком ГОСТ 10902-77

Техническая характеристика сверла: d=6 мм, L =72 мм, l=34 мм

Операция 030 Круглошлифовальная

Переход 01 Шлифовальный круг 300х63х76 ПП 24А40НСМ25К8

ГОСТ 2424-83.

Техническая характеристика круга: D =300 мм, В =63 мм, d=76 мм.

1.7.5 Выбор вспомогательного инструмента

При выборе вспомогательных инструментов пользуются теми принципами, что и станочные приспособления.

На основании вышеописанного произвожу выбор вспомогательных инструментов.

На операции 010 Токарная ЧПУ:

Установ А

Переход 05 - применяю переходную втулку ГОСТ 13598-85

Установ Б

Переход 04, 05, 06 - применяю переходную втулку ГОСТ 13598-85.

1.8 Определение операционных припусков, допусков, межоперационных размеров и размеров заготовки (на две поверхности произвести расчет припусков аналитическим методом)

Выбор заготовки для дальнейшей механической обработки и установление величин рациональных припусков и допусков на обработку является одним из весьма важных этапов проектирования технологического процесса изготовления детали. От правильности выбора заготовки, т.е. установления ее форм, размеров, припусков на обработку, точности размеров и твердости материала в большей степени зависит характер и число операций или переходов, трудоемкость изготовления детали, величина расхода материала и инструмента и в итоге - стоимость изготовления детали.

Определение припусков аналитическим методом

Аналитический метод определения припусков базируется на анализе производственных погрешностей, возникающих при конкретных условиях обработки заготовки.

Для наружных или внутренних поверхностей тел вращения операционные припуски 2Zi min мкм определяются по формуле:

где - высота микронеровностей поверхности;

Глубина поверхностного дефектного слоя;

Суммарное значение пространственных геометрических отклонений;

Погрешность установки

Определяем промежуточные припуски и промежуточные размеры при обработке поверхности отверстия?24Н9 (+0,052).

Для наглядности и простоты определения промежуточных припусков и размеров составляем таблицу.

Таблица 1.5 - Расчеты припусков, допусков и промежуточных размеров на данную поверхность

Поверхность детали и маршрут ее обработки		Допуск на размер, мм	Элементы припуска,		Промежуточные припуски, мм
Заготовка-штамповка
Однократное растачивание
Нарезание резьбы

Проверка: Tdзаг - Tdд =

1400 - 62 = (3758+352) - (2488 + 284)

1338 мкм = 1338 мкм

Рис. 1.1 - Схема расположения полей припусков и допусков по обрабатываемой поверхности

Определяем промежуточные припуски и промежуточные размеры при обработке поверхности вала?40f7.

Для наглядности и простоты определения промежуточных припусков, допусков и размеров составляем таблицу /10/

Таблица 1.6 - Расчеты припусков, допусков и промежуточных размеров на данную поверхность

Вид заготовки и технологическая операция	Точность заготовки и обрабатываемой поверхности	Допуск на размер, мм	Элементы припуска, мкм	Промежуточные размеры заготовки, мм	Промежуточные припуски, мм
Заготовка-штамповка
Черновое точение
Чистовое точение
Термообработка шлифование

Проверка: Tdзаг - Tdд =

1400 - 25 = (2818+468+54) - (1668+257+40)

1375 мкм = 1375 мкм

Рис. 1.2 - Схема расположения полей припусков и допусков по обрабатываемой поверхности

Расчет припусков, допусков, межоперационных размеров табличным способом

На остальные поверхности заготовки припуски, допуски, межоперационные размеры считаю табличным способом, полученные данные свожу в таблицу

Таблица 1.7 - Расчет припусков, допусков и промежуточных размеров на остальные поверхности

Последовательность обработки	Квалитет точности	Шероховатость	Допуски мм	Величина припуска	Расчетный размер, мм	Предельный размер, мм	Предельный припуск, мм
Заготовка-штамповка Однократное получист точение l=79,5
Заготовка-штамповка Однократное получист точение?60

Таблица 1.8 - Межоперационные размеры поверхностей заготовки

1.9 Определение нормы расхода (вычислить коэффициент использования материала и коэффициент использования заготовки)

Для определения нормы расхода материала необходимо определить массу заготовки. Массу заготовки рассчитывают исходя из его объема и плотности материала. Необходимо стремиться к тому, чтобы форма и размеры заготовки были близки к форме и размерам готовой детали, что уменьшает трудоемкость механической обработки, сокращает расход материала, режущего инструмента, электроэнергии и т.д.

Массу заготовки рассчитывают по формуле:

где - плотность материала, гр./см3

Общий объем заготовки, см3.

Обычно сложную фигуру заготовки необходимо разбить на элементарные части правильной геометрической формы и определить объемы этих элементарных частей. Сумма элементарных объемов составит общий объем заготовки.

Объем цилиндрической трубы V, см3 рассчитываем по формуле:

где - наружный диаметр цилиндрической трубы, см

Внутренний диаметр цилиндрической трубы, см

h - высота цилиндрической трубы, см.

Правильный выбор способа получения заготовки характеризуется двумя коэффициентами:

Ким - коэффициент использования материала

Киз - коэффициент использования заготовки

где - масса детали, гр

где - масса потерь металла (угар, облой, на отрезку и т.д.)

Коэффициент использования материала колеблется в следующих пределах:

Для отливки 0,65 ч 0,75…0,8

Для штамповки 0,55ч 0,65…0,75

Для проката 0,3ч 0,5

Произведя расчеты коэффициента использования материала и коэффициента использования заготовки делаю вывод, что эти коэффициенты лежат в допустимых пределах, следовательно, выбранный метод получения заготовки правильный.

1.10 Определение режимов резания, мощности для двух

Определение режимов резания и мощности можно производить двумя методами:

Аналитическим (по эмпирическим формулам);

Табличным

Расчет режимов резания для двух разнохарактерных операций или переходов по эмпирическим формулам

Производим расчет режимов резания и мощности для разнохарактерных операций и переходов по эмпирическим формулам

Операция 010 Токарная ЧПУ

Установ Б

Переход 01 Точить торец «чисто» выдержав l=79,5-0,2 мм

Глубина резания: t=1,0 мм

Подача: S=0,5 мм/об /10/

Скорость резания V, м/мин:

где Cv = 350; x=0,15; y=0,35; m=0,2 /7/

T - стойкость резца, мин (Т=60 мин)

Kv = Kmv Knv Kuv KTv KTc Kц Kr

где Kф - коэффициент, характеризующий группу стали по обрабатываемости

Кnv - коэффициент, учитывающий влияние состояния поверхности заготовки на скорость резания (Кnv=0,8) /9/

Кuv - коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала на скорость резания (Кuv=1,15) /9/

КTv - коэффициент, учитывающий стойкость инструмента в зависимости от количества одновременно работающих инструментов (КTv=1,0)/9/

КTс - коэффициент, учитывающий стойкость инструмента в зависимости от количества одновременно обслуживающих станков (КTс=1,0)

Кц - коэффициент, учитывающий влияние главного угла в плане ц (Кц=0,7)

Кr - коэффициент, учитывающий влияние радиуса r при вершине резца (Кr=0,94) /9/

Kv = 0,56 0,8 1,15 1,0 1,0 0,7 0,94 ? 0,34

Частота вращения заготовки, n об/мин:

где V - скорость резания, м/мин

D - диаметр обрабатываемой поверхности, мм

Согласно условия обработки принимаем:

nпр= 359 об/мин

Сила резания, PZ Н:

PZ = 10·Cp·tx ·Sy·Vn·Kp

где Cp = 300; х=1,0; y=0,75; n= -0,15 /7/

Кр - коэффициент, влияющий на силу резания

Кр = Kmp·Kцp·Kp·Kp·Krp

где n - показатель степени (n=0,75) /9/

Кцр - коэффициент, учитывающий влияние главного угла в плане

на силу резания (Кцр=0,89) /9/

Кр - коэффициент, учитывающий влияние переднего угла на силу резания (Кр=1,0) /9/ Кр - коэффициент, учитывающий влияние угла наклона главного лезвия на силу резания (Кр =1,0). Кrp - коэффициент, учитывающий влияние радиуса при вершине на силу резания (Кrp=0,87).

Кр = 1,31 0,89 1,0 1,0 0,87 ? 1,01

Отсюда сила резания PZ Н:

PZ = 10 300 1,01,0 0,50,75 70-0,15 1,01 ? 947 Н

Минутная подача Sm, мм/мин

где So - подача на оборот заготовки, мм/об;

nпр - принятая частота вращения заготовки об/мин

Sm = 0,5 359 ? 180 мм/мин

Эффективная мощность резания Ne, кВт:

где - сила резания, Н

Скорость резания, м/мин

Эффективная мощность рассчитана правильно, если выполняется условие: 1,08 кВт 10 0,75

1,08 кВт 7,5 кВт

Операция 015 Горизонтально-фрезерная

Переход 01 Фрезеровать разы в размер 20H

Глубина резания: 9 мм

Ширина фрезерования B = 20 мм

Подача: Sz. =0,06 мм/зуб /10/

Скорость резания V, м/мин:

где Cv = 690; m = 0,35; x = 0,3; y = 0,4; u = 0,1; p = 0 /5/

T - стойкость фрезы, мин (Т=120 мин); /7/

B - ширина фрезерования, мм. B = 20 мм

Kv - коэффициент, влияющий на скорость резания

Kv = Kmv Kuv Klv

где Кmv - коэффициент, учитывающий влияние физико-механических свойств обрабатываемого материала на скорость резания

где Kф - коэффициент, характеризующий группу стали по обрабатываемости (Kф=0,8)

nv - показатель степени (nv=1,0)

Кuv - коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала на скорость резания (Кuv=1,0)

Kv = 0,54 0,8 1,0 ? 0,5

Отсюда скорость резания V, м/мин:

Частота вращения шпинделя, n об/мин:

где обозначения прежние

nд=500 об/мин

Действительная скорость резания Vд, м/мин:

где обозначения прежние

Минутная подача Sm, мм/мин:

где обозначения прежние

Sm =0,06·8·500=240 мм/мин

Согласно условия обработки и паспортных данных станка принимаю:

Sm = Sv =200 мм/мин, тогда действительная подача на зуб фрезы:

Сила резания, Pz Н:

где Cp = 261; x = 0,9; y=0,8; u = 1,1; = 1,1; w = 0,1 /7/

где Kp - коэффициент, влияющий на силу резания

где Kmp - коэффициент, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала на силу резания

где n - показатель степени (n=0,3) /9/

Kmp = ? 1,12 Отсюда сила резания, Pz Н:

Мощность на резание Nрез, кВт:

где обозначения прежние

Проверяем достаточно ли мощность привода станка

Мощность на шпинделе станка N_(шп,)

где обозначения прежние

Эффективная мощность резания рассчитана правильно, если выполняется условие:

3,56 кВт 6 Следовательно, обработка возможна.

Расчет режимов резания и мощности для остальных операций и переходов по действующим нормативам Для удобства дальнейшего использования рассчитанных режимов резания составляем таблицу

Таблица 1.9 - Расчет режимов резания по операциям технологического процесса

Глубина резанияt, мм	Подача S мм/об SZ мм/зуб	Скорость резания V, мм/мин	Частота вращения n, об/мин	Фактическая скорость резания Vф м/мин	Минутная подача Sm мм/мин	Мощность на резание Nр, кВт
Операция 010 Токарная ЧПУ Переход 01 Точить торец «чисто»
Переход 02 Точить фаску 1х450
Переход 03 Точить Ш40,4 мм на l=63,5-0,2 мм, выдержав R1
Переход 04 Точить фаску 1х45о
Переход 05 Зенкеровать фаску 1х45о
Установ Б Переход 02 Точить фаску 1х45о
Переход 03 Точить Ш60 мм на проход
Переход 04 Зенкеровать Ш23,8 мм на проход
Переход 05 Зенковать фаску 2,5х450
Переход 06 Развернуть Ш24H9 (+0,052)
Операция 020 Вертикально-сверлильная Переход 01 Сверлить 3 отв. Ш1,5 мм на проход, выдержав?1200, l=48 мм
Переход 02 Рассверлить 3 фаски 0,3х450
Операция 030 Круглошлифовальная Переход 01 Шлифовать Ш40f) на l=60 мм методом поперечной подачи

1.11 Определение норм времени по операциям

Техническая норма времени на обработку заготовки является основным параметром для расчета стоимости изготовляемой детали, числа производственного оборудования, заработной платы и планирования производства. Техническую норму времени определяют на основе технических возможностей технологической оснастки, режущего инструмента, станочного оборудования и правильной организации рабочего места.

Определение норм времени для операции, выполняемой на станке с ЧПУ

Операция 010 Токарная ЧПУ

1 Время автоматической работы станка Та, мин:

Та = Тоа + Тва

где Тоа - основное время автоматической работы станка, мин;

Тва - вспомогательное время работы станка по программе, мин.

где l - длина обрабатываемой поверхности в направлении подачи, мм;

l1 - величина врезания, мм;

l2 - величина перебега, мм;

S - подача на оборот детали, мм/об;

i - число проходов.

Тоа =0,06+0,03+0,25+0,03+0,02+0,03+0,12+0,41+0,71+0,03 = 1,69 мин

Тва = Твха + Тост

где Твха - время выполнения автоматических вспомогательных ходов (подвод детали или инструмента от исходных точек в зоны обработки и отвод, установка инструмента на размер), мин;

где dxx - длина холостого хода, мм;

Sxx - скорость холостого хода, м/мин;

Число технологических участков.

Тост - время технологических пауз (остановок, подачи вращения шпинделя для проверки размеров, осмотра или смены инструмента), мин

где а - количество остановок

2 Время вспомогательной ручной работы Тв, мин:

где а=0,0760; х = 0,170; у = 0,15

Вспомогательное время, связанное с выполнением операции, мин

где а=0,36; b= 0,00125; c=0,04; d=0,022; =0

Xо Yо Zо - нулевые координаты;

k - число корректоров в наладке;

lпл - длина перфоленты, м (lпл=0,5 м)

Вспомогательное время, перекрываемое на контрольные измерения детали, мин

где k = 0,0187; z = 0,21; u = 0,330 /11/

D - измеряемый диаметр, мм

L - измеряемая длина, мм

Тв = 0,25 + 0,58 + 0,16 = 0,99 мин

3 Подготовительно-заключительное время Тпз, мин:

Тпз = а + в nu + c Pp + d Pnn

где а =11,3; в = 0,8; c = 0,5; d = 0,4

nu - число режущих инструментов;

Рр - число установленных исходных режимов работы станка (Рр=2);

Рnn - число размеров, набираемых переключателями на пульте управления (Рnn = 2 ч 3)

Т nз = 11,3 + 0,8 4 + 0,5 2 + 0,4 3 = 16,7 мин

После определения Тв производят его корректировку в зависимости от серийности производства.

4 Поправочный коэффициент серийности:

где а=4,17; х =0,216;

где nпр - производительная партия деталей, шт. (раздел 1.4)

5 Штучное время Тшт, мин:

где (аорг + аотл) - процент времени на организационное и техническое обслуживание рабочего места и отдыха (аорг + аотл) = 10% /2/

Время обработки партии деталей:

где обозначения прежние

Т = 3,44 280 + 16,7 = 980 мин

Определение норм времени для операций, выполняемых на универсальных станках

Операция 015 Горизонтально-фрезерная

Установ А

Переход 01

где L - путь, пройденный инструментом, мм:

где l - длина обрабатываемой поверхности, мм;

l1 - величина врезания инструмента, мм;

l2 - величина перебега инструмента, мм;

n - частота вращения детали, об/мин;

i - число проходов.

где - вспомогательное время на установку и снятие детали, мин

Вспомогательное время, связаное с переходом, мин

Вспомогательное время, связаное с контрольными измерениями, мин

Установ Б

Переход 01

1 Основное время работы станка То, мин:

Вспомогательное время Тв, мин:

где обозначения прежние

Топер = 0,48 + 1,0 = 1,48 мин

Тобс =3,5% от Топер

Тотл = 4% от Топер

где К - суммарный процент времени на обслуживание рабочего места и времени на отдых и личные надобности

где - подготовительно-заключительное время на наладку станка, инструмента и приспособлений, мин

Подготовительно-заключительное время на дополнительные приёмы, мин

Подготовительно-заключительное время на получение инструмента и приспособлений до начала и сдачу их после окончания обработки, мин

Операция 020 Вертикально-сверлильная

Переход 01

1 Основное время работы станка То, мин:

2 Вспомогательное время Тв, мин:

Переход 02

1 Основное время работы станка То, мин:

2 Вспомогательное время Тв, мин:

3 Оперативное время Топер, мин:

Топер = 0,93 + 0,79= 1,72 мин

4 Время на обслуживание рабочего места Тобс, мин:

Тобс =4% от Топер

5 Время на отдых и личные надобности Тотл, мин:

Тотл = 4% от Топер

6 Норма штучного времени Тшт, мин:

7 Подготовительно-заключительное время Тпз, мин:

8 Штучно-калькуляционное время Тшк, мин:

Операция 030 Круглошлифовальная

Переход 01

1 Основное время работы станка То, мин:

где - длина хода стола, мм/дв. ход

Припуск на обработку на сторону, мм

Минутная продольная подача, мм/мин

Поперечная подача, мм/об

2 Вспомогательное время Тв, мин:

3 Оперативное время Топер, мин:

Топер = 0,3+ 0,81= 1,11 мин

4 Время на обслуживание рабочего места Тобс, мин:

Тобс =9% от Топер

5 Время на отдых и личные надобности Тотл, мин:

Тотл = 4% от Топер

6 Штучное времени Тшт, мин:

7 Подготовительно - заключительное время Тпз, мин:

8 Штучно-калькуляционное время Тшк, мин:

Для удобства дальнейших расчетов все полученные данные свожу в таблицу

Таблица 1.10 - Нормы времени по всем операциям технологического процесса

Расчет и кодирование программ на заданные операции

Основываясь на все выше произведенные расчеты, произвожу расчет и кодирование управляющей программы для операции 010Токарная с ЧПУ.

Таблица 1.11 - Траектория движения инструмента

По составленным табличным данным произвожу кодирование программы:

Установ А

Установ Б

Контроль программы

При подготовке программы, как правило, возникают ошибки, которые исправляются в процессе отладки и внедрения программы.

Ошибки возникают при задании исходных данных в процессе расчета и записи УП на программоноситель. Соответственно различают ошибки геометрические, технологические и ошибки перфорации или записи на магнитную ленту.

Геометрические ошибки появляются при неправильном задании размеров детали, заготовки и т.д. Для выявления геометрических ошибок применяются различного типа графические устройства, например, координатные и графические дисплеи. Технологические ошибки связаны с непрерывным выбором режущего инструмента, режимов резания, последовательности обработки детали на станке. Ошибки записи программы на программоноситель появляются вследствии неправильных действий технологов при набивке информации или в результате сбоев в работе устройства подготовки данных. Эти ошибки появляются в процессе контроля управляющей программы координатографе или на станках с ЧПУ.

2 . Конструкторская часть

2.1 Описание конструкции и расчет станочного приспособления

Назначение устройства и принцип работы проектируемого приспособления

Делительная головка с цанговым зажимом предназначена для обработки пазов на фрезерной операции деталей типа «Ось».

Принцип действия приспособления заключается в следующем: Сжатый воздух из сети через штуцер(19) подается в пневмоцилиндр(20), образованный в корпусе приспособления и действует на поршень(22). Развиваемая в результате этого сила передается через упорный шарикоподшипник(37) на три штыря(25), которые поднимают стакан(4), помещенный в направляющей стальной гильзе(7).

Поднимаясь, стакан конусным отверстием сжимает конус цанги(5). Обрабатываемая деталь при этом закрепляется.

При отключении подачи воздуха пальцы(9) под действием пружины (8) возвращают стакан в исходное положение.

Для перехода на следующую позицию цангу вместе с обрабатываемой деталью поворачивают рукояткой(29). Для движения по часовой стрелке эксцентриковый диск(27) выталкивает фиксатор(14) из паза делительного диска(28), а собачка(30) под действием пружины(31) попадает в очередной его паз.

При обратном движении рукоятки(29) собачка(30) поворачивает делительный диск(28) с диском(3) и укрепленной на нем цангой(5) с обрабатываемой деталью до тех пор, пока фиксатор(14) не попадет в следующий паз делительного диска и тем самым не зафиксирует поворот детали на 900.

Колпачок(6) предохраняет прорези цанги от попадания стружки при фрезеровании.

Расчет и точность

Погрешностью базирования называется отклонение фактически достигнутого положения, определяется как предельное поля рассеивания расстояние между технологической и измерительной базами в направлении выдерживаемого размера.

Суммарная погрешность при выполнении любой операции механической обработки состоит из:

1 погрешность установки заготовки;

2 погрешность настройки станка

3 погрешность обработки, возникающей в процессе изготовления детали. Значение погрешности базирования определяют следующими расчетами:

где - погрешность установки заготовки;

Погрешность настройки станка;

Погрешность обработки, возникающей в процессе изготовления детали;

д - допуск на размер.

Погрешностью установки - одна из составляющих суммарной погрешности выполняемого размера детали. Она возникает при установке обрабатываемой заготовки в приспособлении и складывается из погрешности базирования, погрешности закрепления и погрешности положения заготовки, зависящий от точности приспособления и определяемой ошибками изготовления и сборки его установленных элементов и их износа при работе.

Погрешностью настройки станка возникает при установке режущего инструмента на размер, а также вследствие неточности копиров и упоров для автоматического получения размера на детали.

Погрешность обработки, возникающая в процессе изготовления детали на станке объясняется:

1 Геометрической неточностью станка;

2 Деформацией технологической системы под действием сил резания;

3 Неточность изготовления и износа режущего инструмента и приспособления.

4 Температурными деформациями технологической системы.

Еу = 0,02+0+0,03=0,05 мм

0,05+0,03+0,03 ? 0,13 мм

0,11 мм? 0,13 мм

Определение усилия зажима

Для определения усилия зажима необходимо рассчитать силу резания на операцию, для которой спроектировано приспособление.

Сила резания на данную операцию рассчитана в пункте 1.10, то все данные для расчета беру оттуда.

Для обеспечения надежности зажима заготовки необходимо определить коэффициент запаса по формуле:

где - гарантированный коэффициент запаса

Коэффициент, учитывающий увеличение сил резания из-за случайных неровностей на обрабатываемых поверхностях

Коэффициент, характеризующий увеличение сил резания, в следствии затупления режущего инструмента

Коэффициент, учитывающий увеличение сил резания при прерывистом резании

Коэффициент, характеризующий сил закрепления в зажимном механизме

Коэффициент, характеризующий экономику ручных зажимных механизмов

Коэффициент, учитывающий наличие моментов, стремящихся провернуть заготовку, установленную плоской поверхностью

Так как то принимаем

Необходимая сила зажима определяется по формуле:

Площадь поршня пневмоцилиндра определяется по формуле:

где - давление в сети =0,38МПа

Диаметр пневмоцилиндра определяется по формуле:

Принимаю стандартный диаметр пневмоцилиндра

Определяю действительную силу зажима цилиндра

Определяю время срабатывания цилиндра

где - ход штока

Скорость хода штока, м/с

Расчет экономической целесообразности приспособления

Расчет экономической целесообразности применения проектируемого приспособления основывается на сопоставлении затрат и экономической целесообразности.

где - годовая экономия без учета годовых затрат на приспособление, руб.

Р - годовые затраты на приспособления

Годовая экономия определяется по формуле

де- штучное время при обработке детали без приспособления =1,52 мин

Штучное время на операцию после внедрения приспособления

Часовая ставка по эксплуатации рабочего места для типа производства

25 руб./час

N - годовая программа выпуска

Годовые затраты определяются по формуле:

где - стоимость приспособления

А - коэффициент амортизации

В-коэффициент, учитывающий ремонт и хранение приспособлений

Р = 4500 (0,56+0,11)=3015 руб.

Согласно производственным расчетам и условию целесообразности, в моем случае это условие выполняется.

Из этого делаю вывод, что применение спроектированного приспособления экономически целесообразно.

2.2 Описание конструкции и расчет специального режущего инструмента

При конструировании режущего инструмента необходимо выполнить некоторые условия:

Найти наивыгоднеишие углы заточек;

Определить силы, действующие на режущие части;

Подобрать наиболее подходящий материал для режущей части и соединительной части инструмента;

Установить допустимые отклонения на размеры рабочей и соединительной частей инструмента в зависимости от условий работы и требуемой точности и качества обрабатываемой поверхности;

Произвести необходимые расчеты элементов режущего инструмента и при необходимости произвести расчеты на прочность и жесткость;

Разработать рабочий чертеж инструмента с необходимыми техническими требованиями на эксплуатацию и его изготовление;

Произвести расчет экономических расходов инструментальных материалов.

На основании выше изложенных условий произвожу расчет дисковой трехсторонней фрезы для фрезерования пазов в размер 20h11 на операции 015 Фрезерная

Исходные данные для расчета:

Материал заготовки 30ХГСА;

Припуск на обработку t=9 мм

Подобные документы

Технологический процесс изготовления детали "Крышка подшипника". Технология механической обработки. Служебное назначение и технологическая характеристика детали. Определение типа производства. Анализ рабочего чертежа детали, технологический маршрут.

курсовая работа , добавлен 10.11.2010


Особенности и преимущества станков с программным управлением. Служебное назначение, анализ материала и технологичности конструкции изготавливаемой детали. Проектный вариант технологического процесса механической обработки детали, наладка станка.

курсовая работа , добавлен 19.06.2017


Служебное назначение и конструкция детали "Рычаг правый", анализ технологичности конструкции. Выбор метода получения исходной заготовки. Технологический процесс механической обработки детали. Выбор оборудования; станочное приспособление, режим резания.

курсовая работа , добавлен 09.04.2016


Служебное назначение и техническая характеристика шестерни. Анализ технологичности конструкции детали. Разработка технологического процесса обработки детали. Расчет припусков и точности обработки. Проектирование оснастки для изготовления шпоночных пазов.

курсовая работа , добавлен 16.11.2014


Служебное назначение и технические требования детали. Технологический контроль чертежа и анализ технологичности конструкции. Выбор способа получения заготовки. Проектирование маршрутной технологии обработки детали. Расчет режимов резания и норм времени.

курсовая работа , добавлен 06.12.2010


Расчет объема выпуска и определение типа производства. Общая характеристика детали: служебное назначение, тип, технологичность, метрологическая экспертиза. Разработка маршрутного технологического процесса изготовления детали. Эскизы обработки, установки.

курсовая работа , добавлен 13.02.2014


Проектирование маршрутного технологического процесса механической обработки детали. Анализ технологичности конструкции детали. Выбор метода получения заготовки. Описание конструкции и принципа работы приспособления. Расчет параметров силового привода.

курсовая работа , добавлен 23.07.2013


Расчёт объёма выпуска и размера партии деталей. Служебное назначение детали "вал". Анализ соответствия технических условий и норм точности назначению детали. Анализ технологичности конструкции детали. Технологический маршрут изготовления детали.

курсовая работа , добавлен 10.03.2011


Описание и характеристика изготавливаемой детали. Анализ технологичности конструкции детали. Проектирование технологического процесса механической обработки. Разработка управляющей программы. Техническое нормирование операций технологического процесса.

курсовая работа , добавлен 22.11.2009


Служебное назначение детали. Обоснование метода получения заготовки. Разработка технологического процесса изготовления детали. Обоснование выбора технологических баз. Проектирование режущего инструмента. Техническое нормирование станочных операций.

19.11.2015

Валы и оси используются в машиностроении для фиксации различных тел вращения (это могут быть шестерни, шкивы, роторы и другие элементы, устанавливаемые в механизмах).

Есть принципиальное отличие валов от осей: первые осуществляют передачу момента силы, создаваемого вращением деталей, а вторые испытывают напряжение изгиба под действием внешних сил. При этом валы всегда являются крутящимся элементом механизма, а оси могут быть как крутящимися, так и неподвижными.

С точки зрения металлообработки валы и оси – это металлические детали, чаще всего имеющие круглое поперечное сечение.

Виды валов

Валы различаются между собой по конструкции оси. Выделяют следующие виды валов:

• прямые. Конструктивно не отличаются от осей. В свою очередь, различают гладкие, ступенчатые и фасонные прямые валы и оси. Наиболее часто в машиностроении используются ступенчатые валы, которые отличает простота установки на механизмы
• коленчатые, состоящие из нескольких колен и коренных шеек, которые опираются на подшипники. Составляют элемент кривошипно-шатунного механизма. Принцип действия заключается в преобразовании возвратно-поступательного движения во вращательное, либо наоборот.
• гибкие (эксцентриковые). Применяются для передачи момента вращения между валами со смещенными осями вращения.

Производство валов и осей – одно из наиболее динамичных направлений в металлургической промышленности. На основе этих элементов получают следующие изделия:

1. элементы передачи вращательного момента (детали шпоночного соединения, шлицы, соединений с натягом и т.д.);
2. опорные подшипники (качения или скольжения);
3. уплотнения концов валов;
4. элементы, регулирующие узлы передачи и опоры;
5. элементы осевой фиксации лопаток роторов;
6. галтели перехода между элементами разного диаметра в конструкции.

Выходные концы валов имеют форму цилиндра или конуса, соединяемыми при помощи муфт, шкивов, звездочек.

Валы и оси также могут быть полыми и сплошными. Внутри полых валов могут быть вмонтированы другие детали, кроме того, они могут применяться для облегчения общего веса конструкции.

Функцию осевых фиксаторов, устанавливаемых на вал деталей, выполняют ступени (бурты), распорные втулки со съемной осью, кольца, пружинные упорные кольца подшипников.

Предприятие "Электромаш" осуществляет изготовление данной продукции на производственной площадке, оснащенной самым современным оборудованием. У нас вы можете купить валы и оси любого типа под заказ . Рейтинг: 3.02

Вращающиеся детали машин устанавливают на валах или осях, обеспечивающих постоянное положение оси вращения этих деталей.

Валы - детали, предназначенные для передачи крутящего момента вдоль своей оси и для поддержания вращающихся деталей машин.

Валы по назначению можно разделить на валы передач , несущие детали передач – зубчатые колеса, шкивы, звездочки, муфты (рис. ,а и б), и на коренные валы машин и другие специальные валы, несущие кроме деталей передач рабочие органы машин двигателей или орудий – колеса или диски турбин, кривошипы, зажимные патроны и т. д. (рис. ,в и д )

По форме геометрической оси валы разделяют на прямые и коленчатые.

Оси – детали, предназначенные для поддержания вращающихся деталей и не передающие полезного крутящего момента.

Рис. 12.1 Основные типы валов и осей:

а – гладкий трансмиссионный вал; б – ступенчатый вал;

в – шпиндель станка; г - вал паровой турбины; д – коленчатый вал;

е – ось вращающегося вагонная; ж – ось невращающаяся вагонетки.

Опорные части валов и осей называют цапфами . Промежуточные цапфы называют шейками , концевые – шипами .

Прямые валы по форме разделяют на валы постоянного диаметра (валы трансмиссионные и судовые многопролетные, рис. ,а, а также валы, передающие только крутящий момент); валы ступенчатые (большинство валов, рис. б-г ); валы с фланцами для соединения по длине, а также валы с нарезанными шестернями или червяками. По форме сечения валы разделяются на гладкие, шлицевые, имеющие на некоторой длине профиль зубчатого (шлицевого) соединения, и профильные.

Форма вала по длине определяется распределением нагрузок по длине.

Эпюры моментов по длине валов, как правило, существенно неравномерны. Крутящий момент обычно передается не на всей длине вала. Эпюры изгибающих моментов обычно сходят к нулю к концевым опорам или к концам валов. Поэтому по условию прочности допустимо и целесообразно конструировать валы переменного сечения приближающимися к телам равного сопротивления. Практически валы выполняю ступенчатыми. Эта форма удобна в изготовлении и сборке; уступы валов могут воспринимать большие осевые силы.

Перепад диаметров ступеней определяется: стандартными диаметрами посадочных поверхностей под ступицы и подшипники, достаточной опорной поверхностью для восприятия осевых сил при заданных радиусах закругления кромок и размерах фасок и, наконец, условиями сборок.

Цапфы (шейки) валов, работающие в подшипниках скольжения, выполняют: а) цилиндрическими; б) коническими; в) сферическими (рис.). Основное применение имеют цилиндрические цапфы. Концевые цапфы для облегчения сборки и фиксации вала в осевом направлении обычно делают несколько меньшего диаметра, чем соседний участок вала (рис.).

Цапфы валов для подшипников качения (рис.) характеризуются меньшей длиной, чем цапфы для подшипников скольжения.

Цапфы для подшипников качения нередко выполняют с резьбой или другими средствами для закрепления колец.

Посадочные поверхности под ступицы деталей, насаживаемых на вал, выполняют цилиндрическими или коническими. Основное применение имеют цилиндрические поверхности как более простые в изготовлении.

Рис. 12.4 Конструктивные средства повышения выносливости

валов в местах посадок: а – утолщение подступичной чвсти вала;

б – закругление кромок ступицы; в – утонение ступицы; г – разгрузочные

канавки; д – втулки или заливки в ступице из материала с низким модулем

упругости.

Выносливость валов определяется относительно малыми объемами металла в зонах значительной концентрации напряжений. Поэтому особо эффективны специальные конструкторские и технологические мероприятия по повышению выносливости валов.

Конструктивные средства повышения выносливости валов в местах посадок путем уменьшения кромочных давлений показаны на рис. .

Упрочнением подступичных частей поверхностным наклепом (обкаткой роликами или шариками) можно повысить предел выносливости валов на 80 – 100%, причем этот эффект распростра- няется на валы диаметром до 500 – 600 мм.

Прочность валов в местах шпоночных, зубчатых (шлицевых) и других разъемных соединений со ступицей может быть повышена: применением эвольвентных шлицевых соединений; шлицевых соединений с внутренним диаметром, равным диаметру вала на соседних участках, или с плавным выходом шлицев на поверхность, обеспечивающим минимум концентрации напряжений; шпоночных канавок, изготовляемых дисковой фрезой и имеющих плавный выход на поверхность; бесшпоночных соединений.

Осевые нагрузки и на валы от насаженных на них деталей передаются следующими способами. (рис.)

1) тяжелые нагрузки – упором деталей в уступы на валу, посадкой деталей или установочных колец с натягом (рис. ,а и б)

2) средние нагрузки – гайками, штифтами непосредственно или через установочные кольца, клеммовыми соединениями (рис. ,в – д);

3) легкие нагрузки и предохранение от перемещений случайными силами – стопорными винтами непосредственно или через установочные кольца, клеммовыми соединениями, пружинными кольцами (рис. ,д – ж).

Валы и оси

План 1. Назначение. 2. Классификация. 3. Конструктивные элементы валов и осей. 4. Материалы и термообработка. 5. Расчеты валов и осей.

Назначение

Валы - детали, предназначенные для передачи крутящего момента вдоль своей оси и для поддержания вращающихся деталей машин. Вал воспринимает силы, действующие на детали, и передает их на опоры. При работе вал испытывает изгиб и кручение.

Оси предназначены для поддержания вращающихся деталей, полезного крутящего момента не передают. Оси не испытывают кручения. Оси могут быть неподвижные и вращающиеся.

Классификация валов

По назначению:

а) валы передач, несущие детали передач - муфты, зубчатые колеса, шкивы, звездочки;

б) коренные валы машин;

в) другие специальные валы, несущие рабочие органы машин или орудий - колеса или диски турбин, кривошипы, инструменты и т.д.

По конструкции и форме:

а) прямые;

б) коленчатые;

в) гибкие.

Прямые валы делятся на:

а) гладкие цилиндрические;

б) ступенчатые;

в) валы – шестерни, валы – червяки;

г) фланцевые;

д) карданные.

По форме поперечного сечения:

а) гладкие сплошного сечения;

б) пустотелые (для размещения соосного вала, деталей управления, подачи масла, охлаждения);

в) шлицевые.

Оси разделяют на вращающиеся, обеспечивающие лучшую работу подшипников, и неподвижные, требующие встройки подшипников во вращающиеся детали,

Конструктивные элементы валов и осей

Опорная часть вала или оси называется цапфой . Концевая цапфа называется шипом , а промежуточная – шейкой .

Кольцевое утолщение вала, составляющее с ним одно целое, называется буртиком . Переходная поверхность от одного сечения к другому, служащая для упора насаживаемых на вал деталей, называется заплечиком.

Для уменьшения концентрации и повышения прочности, переходы в местах изменения диаметра вала или оси делают плавными. Криволинейную поверхность плавного перехода от меньшего сечения к большему называют галтелью. Галтели бывают постоянной и переменной кривизны. Переменность радиуса кривизны галтели повышает несущую способность вала на 10%. Галтели с подвнутрением увеличивают длину базирования ступиц.

Повышение прочности валов в переходных сечениях достигается также удалением малонапряженного материала: выполнением разгрузочных канавок и высверливанием отверстий в ступенях большого диаметра. Эти мероприятия обеспечивают более равномерное распределение напряжений и снижают концентрацию напряжений

Форма вала по длине определяется распределением нагрузок, т.е. эпюрами изгибающих и крутящих моментов, условиями сборки и технологией изготовления. Переходные участки валов между ступенями разных диаметров нередко выполняют с полукруглой канавкой для выхода шлифовального круга.

Посадочные концы валов, предназначенные для установки деталей, передающих вращающий момент в машинах, механизмах приборах стандартизованы. ГОСТ устанавливает номинальные размеры цилиндрических валов двух исполнений (длинные и короткие) диаметров от 0,8 до 630 мм, а также рекомендуемые размеры концов валов с резьбой. ГОСТ устанавливает основные размеры конических концов валов с конусностью 1:10 также двух исполнений (длинные и короткие) и двух типов (с наружной и внутренней резьбой) диаметров от 3 до 630 мм.

"Горцы валов для облегчения насадки деталей, во избежание обмятий и повреждения рук рабочих выполняют с фасками.

Материалы и термообработка

Выбор материала и термической обработки валов и осей определяется критериями их работоспособности.

Основными материалами для валов и осей служат углеродистые и легированные стали благодаря высоким механическим характеристикам, способности к упрочнению и легкости получения цилиндрических заготовок прокаткой.

Для большинства валов применяют среднеуглеродистые и легированные стали 45, 40Х. Для высоконапряженных валов ответственных машин применяют, легированные стали 40ХН, 40ХНГМА, 30ХГТ, 30ХГСА и др. Валы из этих сталей обычно подвергают улучшению, закалке с высоким отпуском или поверхностной закалке с нагревом ТВЧ и низким отпуском.

Для изготовления фасонных валов - коленчатых, с большими фланцами и отверстиями - и тяжелых валов наряду со сталью применяют высокопрочные чугуны (с шаровидным графитом) и модифицированные чугуны.

Расчет валов и осей

Валы испытывают действие напряжений изгиба и кручения, оси - только изгиба.

В процессе работы валы испытывают значительные нагрузки, поэтому для определения оптимальных геометрических размеров необходимо выполнить комплекс расчетов, включающий в себя определение:

Статической прочности;

Усталостной прочности;

Жесткости при изгибе и кручении.

При высоких скоростях вращения необходимо определять частоты собственных колебаний вала для того, чтобы предотвратить попадание в резонансные зоны. Длинные валы проверяют на устойчивость.

Расчет валов производится в несколько этапов.

Для выполнения расчета вала необходимо знать его конструкцию (места приложения нагрузки, расположение опор и т.п.) В то же время разработка конструкции вала невозможна без хотя бы приближенной оценки его диаметра. На практике обычно используют следующий порядок расчета вала:

1. Предварительно оценивают средний диаметр из расчета только на кручение при пониженных допускаемых напряжениях (изгибающий момент пока не известен, т.к. неизвестны расположение опор и места приложения нагрузок).

Напряжение кручения

Где Wp- момент сопротивления сечения, мм.

Предварительно оценить диаметр вала можно также ориентируясь на диаметр того вала, с которым он соединяется,(валы передают одинаковый момент Т). Например, если вал соединяется с валом электродвигателя (или другой машины) то диаметр его входного конца можно принять равным или близким к диаметру выходного конца вала электродвигателя.

2.Основной расчет вала.

После оценки диаметра вала разрабатывают его конструкцию. Длину участков вала, а, следовательно, плечо приложения силы возьмем из компоновки. Предположим, что нам нужно рассчитать диаметр вала, на котором сидит косозубая шестерня. Вычертим схему нагружений вала. Для этого вала, учитывая наклон зубьев шестерни и направление момента Т, левую опору заменяем шарнирно-неподвижной, а правую - шарнирно-под-вижной. Расчетные нагрузки рассматривают обычно как сосредоточенные, хотя действительные нагрузки не являются сосредоточенными, они распределены по длине ступицы, ширине подшипника. В нашем примере вал нагружен силами Ft, Fa. Fr, действующими в полюсе зацепления и крутящим моментом Т. Осевая сила Fa дает в вертикальной плоскости момент

Основной расчет валов и осей заключается в построении эпюр изгибающих моментов в горизонтальной и вертикальной плоскостях, построении эпюры результирующих моментов, эпюры крутящих моментов, эпюры эквивалентных моментов, определении опасных сечений.

3 этап расчета - проверочный расчет заключается в определении коэффициента запаса прочности в опасных сечениях

- коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям

пределы выносливости материалов.

- эффективные коэффициенты концентрации напряжений.

- масштабный фактор (зависит от диаметра вала).

- коэффициент упрочнения. - коэффициенты чувствительности материала, зависят от механических характеристик.

- переменные составляющие напряжений.

- постоянные составляющие напряжений.

Расчет на жесткость

Прогиб осей и валов отрицательно влияет на работу подшипников и зацепления зуб- чатых передач. Жесткость характеризуется максимальным углом поворота оси или вала

и прогибом Необходимая жесткость обеспечивается, если действительные значения и не превышают допустимых . При больших углах поворота в подшипниках скольжения защемляется вал (особенно при большой длине подшипника и цапфы), а у подшипников качения может разрушиться сепаратор. Большие прогибы ухудшают условия работы зубчатых передач (особенно при несимметричном расположении шестерни).

Допустимые значения углов поворота под шестерней [

Оси служат для поддержания вращающихся вместе с ними или на них различных деталей машин и механизмов. Вращение оси вместе с установленными на ней деталями осуществляется относительно ее опор, называемых подшипниками. Примером невращающейся оси может служить ось блока грузоподъемной машины (рис. 1, а), а вращающейся оси - вагонная ось (рис. 1, б). Оси воспринимают нагрузку от расположенных на них деталей и работают на изгиб.

Рис. 1

Конструкции осей и валов.

Валы в отличие от осей предназначены для передачи крутящих моментов и в большинстве случаев для поддержания вращающихся вместе с ними относительно подшипников различных деталей машин. Валы, несущие на себе детали, через которые передается крутящий момент, воспринимают от этих деталей нагрузки и, следовательно, работают одновременно на изгиб и кручение. При действии на установленные на валах детали (конические зубчатые колеса, червячные колеса и т. д.) осевых нагрузок.валы дополнительно работают на растяжение или сжатие. Некоторые валы не поддерживают вращающиеся детали (карданные валы автомобилей, соединительные валки прокатных станов и т. п.), поэтому эти валы работают только на кручение. По назначению различают валы передач, на которых устанавливают зубчатые колеса, звездочки, муфты и прочие детали передач, и коренные валы, на которых устанавливают не только детали передач, но и другие детали, например маховики, кривошипы и т. д.

Оси представляют собой прямые стержни (рис 1, а, б), а валы различают прямые (рис. 1, в, г), коленчатые (рис. 1, д) и гибкие (рис. 1, е). Широко распространены прямые валы. Коленчатые валы в кривошипно-шатунных передачах служат для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное или наоборот и применяются в поршневых машинах (двигатели, насосы). Гибкие валы, представляющие собой многозаходные витые из проволок пружины кручения, применяют для передачи момента между узлами машин, меняющими свое относительное положение в работе (механизированный инструмент, приборы дистанционного управления и контроля, зубоврачебные бормашины и т. п.). Коленчатые и гибкие валы относятся к специальным деталям, их изучают в соответствующих специальных курсах. Оси и валы в большинстве случаев бывают круглого сплошного, а иногда кольцевого поперечного сечения. Отдельные участки валов имеют круглое сплошное или кольцевое сечение со шпоночной канавкой (рис. 1, в, г) или со шлицами, а иногда профильное сечение. Стоимость осей и валов кольцевого сечения обычно больше, чем сплошного сечения; их применяют в случаях, когда требуется уменьшить массу конструкции, например в самолетах (см. также оси сателлитов планетарного редуктора на рис. 4), или разместить внутри другую деталь. Полые сварные оси и валы, изготовляемые из ленты, расположенной по винтовой линии, позволяют снижать массу до 60%.

Оси небольшой длины изготовляют одинакового диаметра по всей длине (рис. 1, а), а длинные и сильно нагруженные – фасонными (рис. 1, б). Прямые валы в зависимости от назначения делают либо постоянного диаметра по всей длине (трансмиссионные валы, рис. 1, в), либо ступенчатыми (рис. 1, г), т.е. различного диаметра на отдельных участках. Наиболее распространены ступенчатые валы, так как их форма удобна для установки на них деталей, каждая из которых должна к своему месту проходить свободно (валы редукторов см. в статье "Зубчатые редукторы" рис. 2; 3; и "Червячная передача" рис. 2; 3). Иногда валы изготовляют заодно с шестернями (см. рис. 2) или червяками (см. рис. 2; 3).

Рис. 2

Участки осей и валов, которыми они опираются на подшипники , называют при восприятии радиальных нагрузок цапфами, при восприятии осевых нагрузок - пятами. Концевые цапфы, работающие в подшипниках скольжения , называют шипами (рис. 2, а), а цапфы, расположенные на некотором расстоянии от концов осей и валов, - шейками (рис. 2, б). Цапфы осей и валов, работающие в подшипниках скольжения, бывают цилиндрическими (рис. 2, а), коническими (рис. 2, в) и сферическими (рис. 2, г). Самые распространенные - цилиндрические щшфы, так как они наиболее просты, удобны и дешевы в изготовлении, установке и работе. Конические и сферические цапфы применяют сравнительно редко, например для регулирования зазора в подшипниках точных машин путем перемещения вала или вкладыша подшипника, а иногда для осевого фиксирования оси или вала. Сферические цапфы применяют тогда, когда вал помимо вращательного движения должен совершать угловое перемещение в осевой плоскости. Цилиндрические цапфы, работающие в подшипниках скольжения, обычно делают несколько меньшего диаметра по сравнению с соседним участком оси или вала, чтобы благодаря заплечикам и буртикам (рис. 2, б) оси и валы можно было фиксировать от осевых смещений. Цапфы осей и валов для подшипников качения почти всегда выполняют цилиндрическими (рис. 3, а, б). Сравнительно редко применяют конические цапфы с небольшим углом конусности для регулирования зазоров в подшипниках качения упругим деформированием колец. На некоторых осях и валах для фиксирования подшипников качения рядом с цапфами предусматривают резьбу для гаек (рис. 3, б;) или кольцевые выточки для фиксирующих пружинных колец.

Рис. 3

Пяты, работающие в подшипниках скольжения, называемых подпятниками, делают обычно кольцевыми (рис. 4, а), а в некоторых случаях - гребенчатыми (рис. 4, б). Гребенчатые пяты применяют при действии на валы больших осевых нагрузок; в современном машиностроении они встречаются редко.

Рис. 4

Посадочные поверхности осей и валов, на которых устанавливают вращающиеся детали машин и механизмов, выполняют цилиндрическими и гораздо реже коническими. Последние применяют, например, для облегчения постановки на вал и снятия с него тяжелых деталей при повышенной точности центрирования деталей.

Поверхность плавного перехода от одной ступени оси или вала к другой называется галтелью (см. рис. 2, а, б). Переход от ступеней меньшего диаметра к ступени большего диаметра выполняют со скругленной канавкой для выхода шлифовального круга (см. рис 3). Для снижения концентрации напряжений радиусы закруглений галтелей и канавок принимают возможно большими, а глубину канавок - меньшей (ГОСТ 10948-64 и 8820-69).

Разность между диаметрами соседних ступеней осей и валов для снижения концентрации напряжений должна быть минимальной. Торцы осей и валов для облегчения установки на них вращающихся деталей машин и предубеждения травмирования рук делают с фасками, т. е. слегка обтачивают на конус (см. рис. 1...3). Радиусы закруглений галтелей и размеры фасок нормализованы ГОСТ 10948-64.

Длина осей обычно не превышает 2...3 м, валы могут быть длиннее. По условиям изготовления, транспортировки и монтажа длина цельных валов не должна превышать 6...7 м. Более длинные валы делают составными и отдельные части их соединяют муфтами или с помощью фланцев. Диаметры посадочных участков осей и валов, на которых устанавливаются вращающиеся детали машин и механизмов, должны быть согласованы с ГОСТ 6636-69 (СТ СЭВ 514-77).

Материалы осей и валов.

Оси и валы изготовляют из углеродистых и легированных конструкционных сталей, так как они обладают высокой прочностью, способностью к поверхностному и объемному упрочнению, легкостью получения прокаткой цилиндрических заготовок и хорошей обрабатываемостью на станках. Для осей и валов без термообработки используют углеродистые стали Ст3, Ст4, Ст5, 25, 30, 35, 40 и 45. Оси и валы, к которым предъявляют повышенные требования к несущей способности и долговечности шлицев и цапф, выполняют из среднеуглеродистых или легированных сталей с улучшением 35, 40, 40Х, 40НХ и др. Для повышения износостойкости цапф валов, вращающихся в подшипниках скольжения, валы делают из сталей 20, 20Х, 12ХНЗА и других с последующей цементацией и закалкой цапф. Ответственные тяжелонагруженные валы изготовляют из легированных сталей 40ХН, 40ХНМА, 30ХГТ и др. Тяжелонагруженные валы сложной формы, например, коленчатые валы двигателей, делают также из модифицированного или высокопрочного чугуна.