Проектирование ведущей шестерни коробки передач

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Проектирование детали

1.1 Назначение детали и технические требования к ней

коробка передач токарный операция

Данная деталь (Рис. 1.1) является ведущей шестерней третьей и четвертой передач в коробке передач трактора С-80, и предназначена для обеспечения передачи крутящего момента с первичного вала на вторичный посредством шлицев и зубчатого зацепления.

Рис. 1.1. Деталь

Наиболее ответственными поверхностями детали являются:

большой зубчатый венец (1) четвертой передачи;

малый зубчатый венец (2) третьей передачи;

шлицы (15);

Зубчатые венцы третьей и четвертой передач (2 и 1) выполняются по 8-му классу точности, так как предназначены для работы в коробке передач тракторного агрегата. Для облегчения переключения передач зубья со стороны входа в зацепление подвергаются закруглению (3 и 4).С противоположной стороны зубьев для снижения травматизма во время обработки детали и сборки узла снимаются фаски (5 и 6). С целью усиления наиболее нагруженной части зуба - ножки - закругление делается на глубину 13,5 мм и фаски снимаются на 15 мм. Для снижения вибрации во время работы коробки передач зубчатые венцы ограничиваются радиальным биением не более 0,05 мкм.

Шлицы (15) эксплуатируются в нормальном режиме работы. Для увеличения передаваемых нагрузок профиль шлицев выполнен эвольвентным. Центрирование по внутреннему диаметру, так как втулка имеет высокую твердость (вследствие ТО) и ее нельзя обработать чистовой протяжкой. Также причиной такого вида центрирования является подвижное соединения шестерни с первичным валом коробки передач. С целью увеличения срока службы шлицевого соединения и уменьшения износа по внутреннему центрирующему диаметру выполняется шероховатость Ra 1,25.

Проточка под вилку механизма переключения передач (12) имеет рабочие боковые поверхности. Через них передается усилие от вилки. Исходя из этого, боковые поверхности должны иметь высокую твердость и малую шероховатость (Ra 3,2) с целью повышения износостойкости.

Для изготовления данной детали предпочтительным материалом является легированная сталь 40ХН (с улучшением до 240..260 HB), где:

0,4% углерода;

1% хрома;

1% никеля.

При изготовлении зубчатого колеса из данной марки стали с последующей закалкой получаем твердую поверхность зубьев и вязкую сердцевину. Такое сочетание дает высокую контактную и изгибную прочность.

Заготовку детали можно получить следующими способами:

литьем;

обработкой давлением;

отрезкой от сортового материала.

Наиболее предпочтительным способом получения заготовки является обработка давлением - штамповка на горизонтально-ковочной машине. Данный способ позволяет получить плотную структуру материала, так как после штамповки остается наклеп (для снятия внутренних напряжений заготовку далее подвергают нормализации). Горизонтально-ковочная машина, в отличие от горячештамповочных прессов, позволяет получить сквозное отверстие.

При получении заготовки отливкой материал приобретает пористую структуру, что является нежелательным при изготовлении зубчатых колес.

Отрезка от сортового материала для получения заготовки является нерациональной с точки зрения экономии металла, так как в процессе механической обработки необходимо будет снимать большой, причем неравномерный, припуск, что также затруднит сам процесс обработки. Отверстие нужно будет сверлить и рассверливать перед протягиванием шлицев вместо однократной протяжки после штамповки.

Даная деталь изготавливается в условиях массового производства.

1.2 Отработка конструкции детали на технологичность

Даная деталь является нетехнологичной, так как нерационально использовано пространство для выхода рабочего инструмента в процессе долбления зубьев. В зазоре между зубчатыми венцами можно разместить проточку под вилку механизма переключения передач (Рис. 1.2).

Рис. 1.2. Модификация детали

Такая модификация позволяет:

уменьшить длину детали на14 мм (с 98 до 84);

упростить обработку торцевой поверхности большого зубчатого венца 8;

уменьшить массу детали;

упростить конфигурацию полостей штампа и уменьшить длину высаживаемого отверстия.

В остальном деталь является технологичной. Зубчатые венцы имеют одинаковый модуль, что позволяет использовать один инструмент для зубодолбления.

2. Проектирование заготовки

2.1 Табличный метод назначения припусков

Назначение припусков табличным методом производилось по ГОСТ 7505 - 89 в следующей последовательности:

В соответствии со способом получения заготовки (на горизонтально-ковочной машине) выбираем класс точности по Таблице 19 - класс Т4.

В зависимости от массовой доли углерода в стали (Сталь 40ХН) выбираем ее группу - М2.

Степень сложности поковки определяется как соотношение объемов поковки и наименьшей геометрической фигуры, в которую ее можно вписать:

Определяем объем поковки:

Объем геометрической фигуры, в которую вписывается поковка:

Согласно величине полученного соотношения степень сложности поковки (устанавливается по Приложению 2) - С1. Она изготавливается в два перехода.

Конфигурация поверхности разъема штампа плоская. По Таблице 1 ей присваивается индекс П.

Расчетная масса поковки:

- коэффициент для определения ориентировочной массы поковки получаем из Таблицы 20 (Приложение 3) в зависимости от типа детали.

Исходный индекс заготовки определяется по Таблице 2 в зависимости от выше рассчитанных параметров. Он равен15.

Результаты вычисления размеров заготовки сведены в таблицу:

Таблица 2.1 - Величина припусков, допусков и размеры заготовки в мм

Условное обозначение размера	Размер детали	Припуск на сторону	Допуск на размер заготовки	Размер заготовки
		Основной	Дополнительный	Суммарный
			Смещение	Изогнутость
1	36	1,7	--	0,5	2,2
2	86	1,9	--	0,5	2,4
3*	122	--	--	--	--	--
4	161h11	2,7	--	0,5	3,2
5	68 h7	2,5	--	0,5	3,0
6	133h11	2,7	0,5	0,5	3,2

Примечание: * - размер для справок.

Расчет размеров заготовки:

1)36 + 2 • 2,2 = 40,4

2)86 + 2,4 - 2,2 = 86,2

3*) = 1) + 2) =

4)161 + 2 • 3,2 = 167,4

5)68 - 2 • 3,0 = 62

6)133 + 2• 3,2 = 139,4

Для рассматриваемой заготовки глубина полостей ручьев штампа находится в пределах от 40,4 мм до 94,2 мм. При этом радиусы закруглений наружных углов поковки составят 4…5 мм (выбираем по Таблице 7). Допуск радиусов закруглений (по Таблице 17) для класса точности Т4 составляет 1мм.

Радиусы скруглений внутренних углов принимаем 3…5 мм - аналогично наружным.

Штамповочные уклоны поковки выбираем по Таблице 18. Они составляют: для наружных поверхностей , ля внутренних повехностей

2.2 Расчетно-аналитический метод назначения припусков

Назначение припусков расчетно-аналитическим методом произведено для наиболее ответственной поверхности детали - шлицевого отверстия ; Ra 1,25.

Таблица 2.1 - Величины припусков на промежуточные и исходные размеры заготовки для обработки отверстия ; Ra 1,25

Технологический переход обработки поверхности	Точность размера (квалитет)	Допуск IT, мкм	Элементы припуска, мкм	Предельные величины припусков, мкм	Предельные размеры, мм	Примечания
			Rz	T
0. Заготовка	17	4600	200	300	2838 (1676)	22353 (4706)	63,324	66,324
1.Предварительное протягивание	12	300	40	50	2500 (1000)	22000 (4000)	67,324	67,624
2. Чистовое протягивание	9	74	10	10	290 (180)	2277 (554)	67,804	67,878
3. Черновое шлифование	8	46	8	10	220 (40)	280 (160)	67,918	67,964
4. Чистовое шлифование	7	30	5	5	218 (36)	256 (112)	68,000	68,046

Величины точности, допуска размера и элементов припуска взяты из справочных таблиц [2].

Пространственные отклонения с и погрешность установки е равны нулю, так как обработка отверстия ведется протягиванием, базирование происходит по отверстию и торцу (упирается в сферическую шайбу) и не устраняется его пространственное отклонение. Заготовка в этом случае автоматически центрируется по протяжке, а минимально допустимая величина припуска является суммой величин шероховатости и поврежденного слоя, полученных на предыдущем технологическом переходе:



Рис. 2.1. Схема расположения припусков на промежуточные и исходные размеры заготовки для обработки отверстия

Исходя из расположения полей допусков и припусков на схеме производим расчет предельных размеров и максимальных величин припуска для обрабатываемого отверстия.

Предельные размеры для чернового шлифования:

Предельные размеры для чистового протягивания:

Предельные размеры для чернового протягивания:

Предельные размеры заготовки:

Максимально возможная величина припуска при обработке протягиванием и шлифованием (в этом случае наблюдаются малые деформации технологической системы) является разностью между максимальным диаметром отверстия, полученном на данном технологическом переходе и минимальным диаметром отверстия, полученном на предыдущем тех. переходе:

Максимальная и минимальная величина припуска, снимаемая в процессе механической обработки отверстия:

Табличная величина припуска:

Практически всегда табличная величина припуска превышает рассчитанную аналитическим методом, так как она дается с запасом, чтобы её гарантировано хватало на механическую обработку.

3. Разработка технологического процесса механической обработки детали

Перед разработкой технологического процесса обработки детали определим, в какой обработке нуждаются ее различные поверхности (Рис.3.1.):

Только предварительная обработка: 7, 8, 11, 16; фаски: 6, 5, 13, 14; скругления 3, 4

Предварительная и чистовая: 1, 2, 12

Предварительная и чистовая и отделочная: 15

Поверхности 9 и 10 получены при штамповке на горизонтально-ковочной машине и не нуждаются в обработке.

Рис. 3.1. Нумерация поверхностей детали

Перечень технологических операций

00. Заготовительная. Штамповка на горизонтально-ковочной машине.

05. Термическая. Нормализация HB=240…260.

10. Протяжная. Протягивается отверстие гладкой протяжкой и протягиваются шлицы комбинированной протяжкой.

15. Слесарная. Притупить острые кромки.

20. Токарная. Производится на восьмишпиндельном полуавтомате.

Установ А (закрепление на цанговой оправке, базирование по внутренней поверхности шлицев и торцу 8):

Предварительное точение торцов большего и малого венца - поверхности (двумя подрезными резцами, поперечный суппорт).

Предварительное точение периферии большого и малого венца - поверхности 1 и 2 соответственно (проходной резец, поперечный суппорт) + снятие фаски 13 по шлицам (поперечный суппорт, закрепление в державке).

Установ Б (закрепление на цанговой оправке, базирование по внутренней поверхности шлицев и торцу 7):

Чистовое точение периферии малого венца - поверхность 2 (проходной резец, поперечный суппорт)

Чистовое точение периферии большого венца - поверхность 1 (проходной резец, поперечный суппорт) + снятие фаски 14 по шлицам (поперечный суппорт, закрепление в державке).

Чистовое точение канавки под вилку - поверхность 12 + снятие фаски 6 и 5 по зубчатым венцам (комбинированый прорезной резец, поперечный суппорт).

25. Зубодолбежная. Долбление зубьев большого венца 17 производится на зубодолбежном станке долбяком.

30. Зубодолбежная. Долбление зубьев малого венца 16 производится на зубодолбежном станке долбяком.

35. Фрезерная. Закругление зубьев большого венца 4 производится на зубозакругляющем станке пальцевой фрезой.

40. Фрезерная. Закругление зубьев малого венца 3 производится на зубозакругляющем станке пальцевой фрезой.

45. Фрезерная. Снятие фасок с зубьев по боковой поверхности.

50. Моечная.

55. Контроль.

60. Термическая. Объемная закалка до 48…54HRC.

65. Очистная. Пескоструйная обработка.

70. Шлифовальная. Шлифование шлицев по внутренней поверхности 15 на внутришлифовальном станке.

75. Зубообкатная. Обкатывание зубьев большого венца производится на зубообкатном станке.

80. Зубообкатная. Обкатывание зубьев малого венца производится на зубообкатном станке.

85. Моечная.

90. Контроль.

4. Выбор режимов резания

Исходные данные:

Заготовка изготовлена штамповкой на горизонтально-ковочной машине.

Габаритные размеры заготовки: максимальный диаметр 216,4 +2,7 мм, максимальная длина 88,6 + 3,9 мм.

Материал заготовки - Сталь 40ХН, улучшение НВ 240..260, предел прочности .

Обрабатываемая поверхность , длина

Технологический переход - предварительное точение

Припуск:

Назначение режимов резания

С целью упрощения расчета ориентируемся на размеры детали, а не заготовки. Припуск на обе поверхности одинаковый.

Глубина резания:

мм

Выбор подачи.

Расчет режимов резания ведется исходя из максимально возможной глубины резания. Одновременно ведется обработка двумя резцами.

Подача на оборот: мм/об

мм/об

Считаем, что система достаточно жесткая. При требуемой шероховатости и радиусе при вершине резца , предварительно принимаем величину подачи: мм/об.

Обработка ведется твердосплавным инструментом со скоростью ~ 50..80 м/мин.

Стойкость инструмента.

, где:

- стойкость в минутах машинной работы станка;

- коэффициент времени резания.

л, где:

- длина резания,

- длина рабочего хода.

, где:

y - подвод, врезание и перебег инструмента,

- дополнительная длина хода.

, где:

- длина подвода [4, c.300],

- длина врезания при ,

- длина перебега.

При можно принимать [4, с.26].

При числе инструментов в наладке принимаем .

Скорость резания.

Скорость резания определяется по следующей формуле:

, где:

м/мин - табличная величина скорости резания [4, с.30];

- коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала [4, с.32];

- коэффициент, зависящий от стойкости и марки твердого сплава;

- коэффициент, зависящий от вида обработки.

м/мин

Расчетная частота вращения шпинделя:

Согласуем расчетную скорость резания с возможностями станка. Выбираем токарный многошпиндельный вертикальный полуавтомат 1К282, технические характеристики которого приведены в таблице.

Таблица 4.1 - Технические характеристики станка 1К282

Диаметр обработки, мм	250
Рабочий ход суппорта, мм	350
Горизонтальный ход суппорта последовательного действия и универсального влево, мм	50
То же, вправо, мм	100
Количество шпинделей	8
Количество суппортов	7
Число скоростей шпинделя: низкий ряд высокий ряд	28 25
Частота вращения шпинделя, об/мин: низкий ряд высокий ряд	66…386 207…980
Количество подач: мелких крупных	38 38
Вертикальные и горизонтальные подачи суппортов, мм/об: мелких крупных	0,041…1,302 0,109…3,431
Продолжение Таблицы 4.1
Скорость, м/мин: быстрого подвода суппорта быстрого отвода суппорта	3 8
Мощность электродвигателя, кВт	20…55

Ряд мелких подач станка разбит на 38 фиксированных подач по геометрической прогрессии с коэффициентом:



В ряду мелких подач присутствует подача мм/об, совпадающая с расчетной.

Низкий ряд частот вращений шпинделя разбит на 28 скоростей по геометрической прогрессии с коэффициентом:

В низком ряду частот вращения шпинделя присутствует частота об/мин, наиболее близкая к расчетной в сторону понижения.

Минутная подача:

Реальная скорость резания:

Определение сил резания, момента резания и мощности станка.

Сила резания определяется по следующей формуле:

, где:

- определяется по таблице [4, с.35] в зависимости от подачи и глубины резания ;

- коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала;

- коэффициент, зависящий от скорости резания и переднего угла при точении сталей твердосплавным инструментом.

При выборе коэффициента принимаем передний угол , так как в результате смещения будет появляться ступенька и возникнут большие динамические нагрузки.

При и выбираем

Суммарная сила резания:

Мощность, необходимая для резания:

Мощность двигателя станка:

Принимая во внимание тот факт, что обработка ведется одновременно на шести позициях станка, считаем, что на каждой позиции затрачивается в среднем 7,7 кВт и меньше (так как на трех позициях ведется чистовая обработка, а на ней снимается 30% припуска, против 70% - на черновой). Тогда необходимая мощность двигателя станка:

Используем восьмишпиндельный вертикальный токарный полуавтомат 1К282 с двигателем 55 кВт.

5. Нормирование технологических операций

Нормирование технологических операций рассмотрено на примере токарной операции, выполняемой на восьмишпиндельном полуавтомате последовательного действия 1К282. Принимаем позицию 7 - предварительное точение периферии большого и малого венца (поверхности 1и 2) - за лимитирующую по основному времени и стойкости инструмента. Расчет ведется согласно методике, предложенной в литературе [1, с.101].

В крупно серийном производстве определяется норма штучного времени:

,

где:

- основное время, мин;

- вспомагательное время, мин;

- время обслуживания рабочего места, мин;

- время перерывов на отдых и личные надобности, мин.

Основное время вычисляется на основании принятых режимов резания по следующей формуле:

- умножаем на 6 так как обработка на станке ведется последовательно на шести позициях.

Для определения прочих нормативов времени используем Приложение 5 [1, с. 197].

Вспомагательное время состоит из затрат времени на отдельные приемы:

, где:

- время на установку, закрепление, открепление и снятие детали - на гладкой оправке с креплением гайкой и быстросьемной шайбой, умножаем на 2 так как при обработке на станке деталь один раз переустанавливается, мин;

- время на приемы управления, мин;

0,01 мин - включить станок кнопкой;

0,08 мин - быстрый подвод, быстрый отвод суппорта;

- время измерения детали, мин.

Перемещение детали по позициям не учитываем.

Оперативное время:

Обслуживание рабочего места в массовом производстве:

, где:

- время на техническое обслуживание, мин;

- время на организационное обслуживание.

, где:

- время на смену режущего инструмента, умножаем на 6 так как смена инструмента будет производится на шести позициях;

- стойкость режущего инструмента.

, где:

- затраты на время на организационное обслуживания в процентном отношении к оперативному.

Время перерывов на отдых и личные надобности :

, где:

- затраты времени на отдых в процентном отношении к оперативному.

Рекомендуемый размер партии за смену:

, где:

- длительность рабочей смены.

Список использованных источников

1. Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения, 4-е изд., перераб. и доп. - Мн.: Выш. Школа, 1983. - 256 с., ил.

2. Ходоревский М.Г. Технология автотракторостроения. Курсовое проектирование: [Учеб. Пособие для вузов]. - Х.: Изд. «Основа», 1992. - 120с.

3. ГОСТ 7505 - 89

4. Режимы резания металлов. Справочник. Изд. 3-е, переработанное и дополненное. М.: Машиностроение, 1972.

5. Горошкин А.К. Приспособления для металлорежущих станков. Справочник. Изд. 6-е. М.: Машиностроение, 1971.

6. Шатин В.П. и Шатин Ю.В. Справочник конструктора-инструментальщика. М,:Машиностроение, 1975.

7. Технология конструкционных материалов: Учебник для машиностроительных специалностей вузов/ А.М. Дальский, И.А. Арутбнова, Т.М. Барсукова и др.; Под общ. Ред. А.М. Дальского. - 2-е изд., перераб. И доп. - М.: Машиностроение, 1985. - 448 с., ил.

Размещено на Allbest.ru