Расчет зубчатого колеса

 

Введение  

1.Перспективы развития машиностроения.

Машиностроение - важнейшая отрасль  тяжелой промышленности, производящее орудия труда, предметы личного потребления, а так же продукцию оборонного значения. Машиностроению принадлежит ведущая роль в ускорении научно-технического процесса в народном хозяйстве, в ускорении роста производительности труда, в повышении эффективности общественного производства, в повышении  материального, культурного уровня жизни народа. Главным направлением научно-технического прогресса в машиностроении является повышение технического уровня и качества машиностроительной продукции, выпуск машин и оборудования для исключения ручного монотонного тяжелого ручного труда. Улучшение качества металлообрабатывающего оборудования, в том числе и станков с ЧПУ, автоматических манипуляторов с ЧПУ, технической оснастки, средств автоматизации и др. Высшей целью экономической стратегии остается неуклонный подъем материального и культурного уровня жизни народа. Реализация этой цели требует ускорения социально-экономического развития, повышения эффективности производства на базе научно-технического прогресса.

 В настоящее время существенно  возросли и усложнились технико-экономические  связи предприятий, неизмеримо  повысилась роль научной организации труда, планирования и управления в ускорении социально-экономического развития, повышения эффективности производства и качества продукции.

Основные задачи экономического и социального развития обязывают поднять на качественно новую ступень производственные силы и производственные отношения, кардинально ускорить научно-технический прогресс, обеспечить быстрое передвижение вперед на стратегических направлениях развития экономики, создать производственный потенциал, равный по своему масштабу мировым эталонам машиностроения.

 

 

2.Задачи, поставленные перед  учащимися.

Эффективность производства, его технический прогресс, качество выпускаемой продукции во многом зависят от опережающего развития производства нового оборудования, машин, станков и аппаратов, от всемерного внедрения методов технико-экономического анализа, обеспечивающего решение технических вопросов и экономическую эффективность технологических и конструкторских разработок.

Значение постановки всех этих вопросов при подготовке квалифицированных         кадров специалистов производства, полностью овладевших инженерными методами проектирования производственных процессов, очевидно. В связи с этим в учебном процессе значительное место отводится самостоятельным работам, выполняемым студентами старших курсов, таким, как курсовое проектирование по технологии машиностроения.

Курсовое проектирование закрепляет, углубляет и обобщает знания, полученные студентами во время лекционных и практических занятий по «Технологии машиностроения». В процессе дипломного проектирования студент выполняет комплексную задачу по курсу «Технология машиностроения», подготавливаясь к выполнению более сложной задачи — дипломному проектированию. Наряду с этим курсовое проектирование должно научить студента пользоваться справочной литературой, ГОСТами, таблицами, номограммами, нормами и расценками, умело, сочетая справочные данные с теоретическими знаниями, полученными в процессе изучения курса, формировать и закреплять теоретические знания студентов, приобретается опыт самостоятельного решения практических и профессиональных задач. Для выполнения поставленной задачи необходимо изучить прогрессивные направления развития технологических методов и средств и на основании анализа и сопоставления качественных и количественных показателей дать свои предложения.

При курсовом значительное внимание уделяется экономическому обоснованию методов получения заготовок, выбору вариантов технологических процессов и т. п., с тем, чтобы, в конечном счете, в проекте был предложен оптимальный вариант  технологического процесса изготовления зубчатого колеса.

 

 

                 1.  Назначение и конструкция детали

Зубчатое колесо представляет собой диск с прямозубой шестерней с корригированным эвольвентным зубом. Профиль шлицев прямобочный с фланком. Предназначение зубчатого колеса – передача крутящего момента другому валу, при заданном передаточном отношении частоты вращения. Основные механизмы, в которых применяются валы подобной конструкции: коробки передач автомобилей, редукторы, коробки подач.

В конструкции зубчатого колеса имеется отверстие, используемое как технологическая база для изготовления детали.

Зубчата поверхность с корригированным эвольвентным зубом с числом зубьев Z=30 и модулем m=6мм. Ширина зубчатого колеса составляет 52мм. Диаметр окружности вершин зубьев d_a=102мм. С обеих сторон зубчатого колеса имеются фаски 1,5´15^о.

К детали предъявляются  высокие и жесткие требования по шероховатости некоторых поверхностей и техническим требованиям. Радиальное биение поверхностей не более 0,025мм относительно оси зубчатого колеса .

2. Технологичность конструкции детали:

Технологичность – это  достижение не только эксплуатационных требований, но и наиболее рационального  и экономического изготовления деталей. Сюда входит снижение трудоемкости и  металлоемкости, возможность обработки детали наиболее производительным методом. Высокая технологичность конструкции детали позволяет снизить себестоимость её изготовления.

Проведем анализ технологичности.

Конструкция вала допускает  обработку некоторых поверхностей на проход. Конструктивные особенности детали не препятствуют свободному доступу режущего инструмента к обрабатываемым поверхностям. Для повышения жесткости вала переходы от ступени к ступени должны последовательно увеличиваться в диаметре, что соблюдается при обработке с двух установов. Сначала необходимо обработать деталь с одной стороны, затем перевернуть для обработки с другой стороны. Жёсткость детали позволяет не ограничивать назначаемые режимы резания и обеспечивает получение высокой точности обработки.

Вывод: по всем показателям конструкция детали технологична

    Технические условия на материал детали

Анализ марки стали

Конструкционная, качественная углеродистая сталь 45 ГОСТ 1050-88

     Поковки и штамповки: ГОСТ 1133-90

Заменитель: 30ХГТ, 18ХГТ

Назначение–детали с тонкими сечениями упрочняемых элементов зубчатого колеса среднего модуля. После поверхностного упрочнения с нагревом ТВЧ – детали, к которым предъявляются требования высокой износостойкости при вязкой сердцевине, работающие при больших скоростях и средних удельных давлениях.

Химический состав, % (ГОСТ 1050-88)   Таблица№2.1

С	Si	Mn	Cr	S	P	Cu	Ni	As
		Не более
0,42-0,5	0,1-0,3	0,2	0,15	0,04	0,035	0,25	0,25	0,08

 

Механические свойства       Таблица№2.2

Состояние поставки, режимы термообработки	Сечение	s0,2	sв	d5	y	KCU Дж/см2	HRCэ
		МПа		%
		Не менее
Сталь горячекатаная, кованая после нормализация.	25	315	600	12	28	-	-
Нормализация 850оС	130	300	600	10	25	35	22
Закалка 850оС, на воду.	6	1900	2100	3	25	20	58
Отпуск 180оС, выдержка 1,5 ч.	6	2100	2300	5	30	40	69

s_0,2–предел текучести условный

s_в–предел прочности при растяжении

d₅–относительное удлинение после разрыва

y-относительное сужение

KCU–ударная вязкость

HRC_э–твердость по Роквеллу, шкала С

Технологические свойства

Температура ковки, ^оС: начала 1265, конца 1080

Свариваемость – не применяется  для сварных конструкций

Флакеночувствительность – не чувствительна

Склонность к отпускной  хрупкости – не склонна  [Л.1, стр.78]

Технические условия  на материал

При индукционной закалке  главными факторами, повышающими конструктивную прочность и служебные свойства деталей являются: большое измельчение (в 10-100 раз) зерна аустенита по сравнению с величиной зерна после печной термообработки, создание благоприятной эпюры остаточных напряжений в поверхностных слоях (напряжение сжатия до 500-700 МПа). Закалка индукционным нагревом обеспечивает более высокую прочность, и поэтому его применяют для закалки тяжелонагруженных деталей, подвергаемых высоким изгибающим, крутящим и контактным нагрузкам. Такие требования достигаются применением сталей типа ПП, модифицированных алюминием и титаном, затормаживающим рост зерна. Использование сталей типа ПП позволяет экономить металл благодаря повышению долговечности и надежности деталей машин и их несущей способности, экономить легирующие элементы, снизить стоимость термообработки.

 

3.Определение типа производства

Годовой объем выпуска  деталей по заданию составляет 100000 штук. Исходя из объема партии и массы детали, равной 1,6, используя таблицу 3.1 [Лит8Стр.24], определяем, что тип производства – массовый.

Массовое производство характеризуется изготовлением изделий, выпускающиеся постоянно, с определенным тактом выпуска. Технологический процесс разбит на отдельные самостоятельные операции, выполняемые на различных станках. Широко применяются специальные и специализированные станки, а в некоторых случаях и универсальные станки, настроенные на определенные операции. Кроме того, используются агрегатные станки из стандартных узлов с силовыми головками для обеспечения быстрого монтажа станочного агрегата по определенным операциям. Используются станки с числовым программным управлением; одновременная многолезвийная обработка деталей на универсальных станках путем применения резцовых державок на токарных станках, составных фрез на фрезерных, многосверлильных головок на сверлильных станках. Станки оснащаются специальными приспособлениями, гидрокопировальными суппортами, поворотными столами, пневматическими и гидравлическими зажимными приспособлениями, специальные режущие инструменты, что значительно сокращающими вспомогательное время.

 

4.Выбор метода получения заготовки

Выбрать заготовку означает определить рациональный метод её получения, наметить припуски на механическую обработку каждой из обрабатываемых поверхностей, указать размеры заготовки и установить допуски на неточность их изготовления.

В машиностроении основными  видами заготовок для деталей  являются отливки, поковки и различные  профили проката. В настоящее  время возможно большее сокращение обработки металлов резанием, что достигается путем изготовления заготовок, приближающихся по форме, размерам и качеству поверхности к готовым деталям. Такие заготовки обеспечивают повышение технико-экономической эффективности:

Уменьшается расход металла  вследствие уменьшения припусков, снижается трудоемкость механической обработки и потребность в металлорежущем инструменте и станках, уменьшается себестоимость изготовления.

При рассмотрении двух способов получения заготовок, ориентировочно определяем целесообразность выбора заготовки путем их сравнения по коэффициенту использования материала.

Для выбора оптимального метода получения заготовки рассмотрим два предпочтительных варианта, учитывая серийное производство – прокат и поковка.

1 Вариант–отливка По точности и шероховатости поверхностей обрабатываемой детали определяем промежуточные припуски по таблицам. За основу расчета промежуточных припусков принимаем наружный диаметр детали Æ102 мм. Припуски на подрезание торцовых поверхностей определяем по таблице 3.12 [Л.2], а припуски на обработку наружных поверхностей (черновое и чистовое точение)–по таблице 3.13 [Л.2]

При черновом точении  припуск на обработку составляет 4,5мм, а при чистовом–2мм на диаметр.

Расчетный размер заготовки  по диаметру:

D_{р. з}=D_д+П=102+(4,5+2)=108,5мм

По расчетным данным заготовки выбираем необходимый диаметр отливки обычной точности по ГОСТ 2590-71

Принимаем D_пр=5мм

Допуск на диаметр равен  мм

Припуск на подрезку торцовой поверхности равен 1,2мм

Общая длина заготовки: L_з.=L_д+2П_подр=52+2´1,2=55,2мм

Исходя из предельных отклонений, общую длину заготовки  округляю до целого числа, принимаю–55мм

Объем заготовки:

V_з=p´R²´L_з=3,14´3,75²´32,1=1417,42см³

Масса заготовки:

m_з=g´V_з=7,85´1417,42=2666666гр»2,7кг

Эскиз

g-плотность материала, гр/см³

Определим коэффициент использования материала:

К_{и. м}=mд/mз=1,6/2,7=0,6-(60%)

2 Вариант- штамповка

Заготовка изготавливается  методом горячей объемной штамповки

на горизонтально-ковочной машине в закрытых штампах.

Припуск на диаметр до 102мм равен 2,0мм.

Припуск на торец-1,0мм.