Анализ кулака поворотного

1. Исходная информация для разработки курсового проекта

Базовая информация

сборочный чертеж кулака поворотного 452-2304007СБ;

спецификация;

чертеж цапфы 69-2304081;

годовой объем выпуска - 100000 шт.;

продолжительность выпуска по неизменным чертежам - 4 года.

Руководящая информация

- ГОСТ 3.1407-86 Требования к заполнению и оформлению технологических документов на технологические процессы и операции специализированные по методам сборки;

ГОСТ 2.105-79; ГОСТ 7.32-81. Правила оформления расчетно-пояснительной записки курсовой работы;

ГОСТ 3.1702-79. Правила записи операций и переходов обработки резанием;

ГОСТ 2.105-95. Общие требования к текстовым документам;

ГОСТ 25761-83. Виды обработки резанием. Термины и определения общих понятий;

ГОСТ 25762-83. Обработка резанием. Термины, определения общих понятий;

ГОСТ 25751-83. Инструменты режущие. Термины и определения общих понятий;

ГОСТ 21495-76. Базирование и базы в машиностроении. Термины и определения.

Справочная информация

Справочная информация, используемая в курсовом проекте, приведена в библиографическом списке.

2. Общие положения

2.1 Служебное назначение кулака поворотного

Кулак поворотный является базовым узлом автомобиля УАЗ. За счет кулака поворотного осуществляется поворот передних колес автомобиля.

2.2 Программа выпуска кулака поворотного

Определим годовой объем выпуска деталей кулака поворотного [4]

П=П_сб∙n,

где П_сб - годовой объём выпуска, П_сб = 100000 шт.;

n - количество деталей данного наименований, n = 1.

П=100000∙1=100000 шт.

Принимаем двухсменный режим работы при пятидневной 40 часовой рабочей недели.

Месячная программа

;

 шт.

Суточная программа

;

 шт.

Ориентировочно определяем тип производства. При месячном выпуске 8333 шт. и трудоемкости сборки изделия от 0,25 до 2,5 ч тип производства - массовый.

Такт выпуска

,

где Ф_д.о. - действительный годовой фонд времени работы оборудования при двух рабочих сменах, Ф_дл = 4015 ч [4];

a - коэффициент, учитывающий возможные потери в связи с выпуском объектов производства, не соответствующих техническим требованиям, a=0.05 [4].

 мин.

3. Технологический процесс сборки кулака поворотного

3.1 Анализ и разработка технических требований на кулак поворотный. Решение размерной цепи

Для нормальной эксплуатации кулака поворотного необходимо соблюсти следующие требования:

Техническое требование №1

Зазор между накладкой 35 и прокладкой 29 должен быть в пределах 0,02-0,1 мм.

Невыполнение данного требования приведет к биению тормозного диска. Рассчитаем размерную цепь А на техническое требование №1. Схема размерной цепи А представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема размерной цепи: А: А_∆ - зазор между накладкой 35 и прокладкой 29; А₁ - размер шкворня 28; А₂ - ширина шайбы 43; А₃ - размер опоры шаровой 1; А₄ - ширина шайбы 43; А₅ - размер шкворня 28; А₆ - ширина прокладки 29; А₇ - размер корпуса поворотного кулака 33; А₈ - ширина прокладки 29

Рассчитываем номинальные размеры всех составляющих звеньев

.

где _i - передаточное отношение;

А_i - звено цепи.

Исходя из поставленной задачи, устанавливаем номинальную величину А_D, величину допуска Т_АD и координату середины поля допуска ∆_0АD замыкающего звена.

Рассчитываются номинальные размеры всех составляющих звеньев

.

где _i - передаточное отношение;

А_i - звено цепи.

Рассчитываем среднюю величину допуска составляющего звена

Т_ср = Т_АΔ / (|ξ_i|·(m-1));

Т_ср = 0,08/(9-1)=0,01 мм.

Средний допуск соответствует 6 квалитету. Выбираем для расчета размерной цепи метод регулировки. Составляем табл. 1 в которую по ходу расчета размерной цепи А записываем все полученные данные.

Таблица 1. Расчет размерной цепи методом регулировки

В качестве компенсирующего звена выбираем звено А₈ - толщину прокладки 29.

Устанавливаем экономичные в данных производственных условиях (массовое производство) допуски на размеры всех составляющих звеньев. Т¢_А1=0,05 мм (9 квалитет); Т¢_А2=0,01 мм (8 квалитет); Т¢_А3=0,16 мм (10 квалитет); Т¢_А4=0,01 мм (8 квалитет); Т¢_А5=0,05 мм (9 квалитет); Т¢_А6=0,01 мм (8 квалитет); Т¢_А7=0,19 мм (10 квалитет); Т¢_А8=0,01 мм (8 квалитет).

Рассчитаем наибольшую возможную компенсацию

В размерной цепи А компенсации подлежат звенья А₁, А₂, А₃, А₄, А₅, А₆, А₇.

Определяем количество ступеней компенсатора

Рассчитываем величину ступени С наборе компенсаторов

С целью упрощения расчета размеров компенсаторов координаты середин полей допусков составляющих звеньев назначаем так, чтобы совместить одну из границ расширенного поля допуска замыкающего звена с соответствующей границей его допуска. В связи с этим при совмещении нижних границ полей допусков замыкающего звена необходимо соблюдать условие:

;

;;

Назначаем координаты середин полей допусков на размеры звеньев А₁, А₂, А₃, А₄, А₅, А₆, А_7.

∆_0А1=-0,025 мм; ∆_0А2=-0,005 мм; ∆_0А3=-0,08 мм; ∆_0А4=-0,005 мм;

∆_0А5=-0,025 мм; ∆_0А6=-0,005 мм; ∆_0А7=0,095 мм.

Определяем размеры компенсаторов.

ступень: А_8к-0,01 или 2_-0,01;

ступень: (А_8к+С)_-0,01=(2+0,06)_-0,01 или 2,06_-0,01;

ступень: (А_8к+2С)_-0,01=(2+2·0,06)_-0,01 или 2,12_-0,01;

ступень: (А_8к+3С)_-0,02=(2+3·0,06)_-0,01 или 2,18_-0,01;

ступень: (A_8к+4С)_-0,02=(2+4·0,06)_-0,01 или 2,24_-0,01;

ступень: (A_8к+5С)_-0,02=(2+5·0,06)_-0,01 или 2,3_-0,01;

ступень: (A_8к+6С)_-0,02=(2+6·0,06)_-0,01 или 2,36_-0,01;

ступень: (A_8к+7С)_-0,02=(2+7·0,06)_-0,01 или 2,42_-0,01.

Разницу в номиналах переносим на координаты середин полей допусков (с целью сохранения единой величины номинала у компенсаторов всех ступеней).

Рассчитываем предельные отклонения размеров компенсаторов

; .

1 ступень

ступень

ступень

ступень

ступень

ступень

ступень

ступень

Устанавливаем предельные размеры компенсаторов

Техническое требование №2

Отклонение от перпендикулярности оси кулака шарнира 46 относительно торца цапфы 5 должно быть не более 0,12 мм.

Невыполнение данного требования приведет к биению муфты, а это недопустимо.

Обеспечить данное требование можно, если решить соответствующую размерную цепь, обеспечить полученные допуски, во время механической обработки деталей.

Техническое требование №3

При сборке кулака поворотного детали должна быть чистыми, без коррозии, заусенцы, царапины, трещины, вмятины, деформации и другие механические повреждения на поверхностях деталей не допускаются.

Осмотр осуществляется сборщиком визуально.

Техническое требование №4

Гайку 42 затянуть с моментом 16…25 Н·м.

При затяжке гайки с большим моментом возможен срыв резьбы, с меньшим - самораскручивание гайки.

Для контроля выполнения требования необходимо использовать динамометрический ключ Torkofic 4549-03 (М_кр=2-30 Н·м).

3.2 Схема сборки кулака поворотного

кулак поворотный деталь технологический

Закончив изучение и анализ технических требований на кулак поворотный, мысленно расчленяем его на сборочные единицы 1-го, 2-го порядка и отдельные детали.

Схема сборки кулака поворотного представлена на первом листе графической части курсового проекта.

3.3 Маршрутный технологический процесс сборки кулака поворотного

Нормирование сборки кулака поворотного осуществлено мною по нормативам [2]. Его результаты приведены в табл. 2.

Таблица 2. Результаты нормирования сборки кулака поворотного

Штучное время определяем по формуле

где А_обс - время на обслуживание рабочего места в процентах от оперативного времени (Т_о+Т_в) [4];

А_отд - время на отдых и личные надобности места в процентах от оперативного времени [4].

Число основных рабочих определяем по формуле

R_сб = (Т_сб ∙ П)/(60∙Ф_д.р. ∙ К_вн),

где Ф_д.р - действительный годовой фонд времени рабочих, Ф_д.р = 4015 ч [4]; П - годовой объем выпуска, П=100000 шт.;

R_сб = (14,3∙100000)/(60∙4015∙1,05) =5,6.

Принимаем одну операцию сборки кулака поворотного и шесть сборщиков.

Так как форма организации сборки поточная и число сборщиков - 6 человек, то планировка участка сборки может выглядеть следующим образом (рис. 2).

Рис. 2. Планировка участка сборки: 1 - стеллажи; 2,3 - верстаки; 4 - стенды для узловой сборки; 5 - ленточный конвейер

3.4 Разработка технологических эскизов сборки кулака поворотного

Технологические эскизы сборки кулака поворотного приведены на 1 листе в графической части курсового проекта.

3.5 Текстовые технологические документы

После разработки технологического процесса сборки заполняем технологические документы, в частности маршрутную карту слесарно-сборочных работ.

4. Технологический процесс изготовления цапфы

4.1 Служебное назначение цапфы

Цапфа является базовой деталью, на которой монтируются другие сборочные единицы и обеспечивает точность соединения и взаимного расположения, которые должны сохраняться как в статике, так и в процессе работы. За счет цапфы поворотного кулака осуществляется поворот передних колес.

4.2 Анализ и разработка технических требований на цапфу

Техническое требование №1

Размер шейки цапфы поворотного кулака под подшипник должен быть в пределах Æ мм.

Невыполнение данного требования приведет к нарушению посадки между подшипником и цапфой поворотного кулака. Если будет сильный натяг, произойдет заклинивание подшипника и его разрушение. Если будет большой зазор, существенно возрастет радиальное биение подшипника, в результате чего подшипник разрушится.

Контроль данного требования выполняют с помощью калибр-скоб (ПР и НЕ). При контроле размера калибр-скоба ПР должен обхватить наружную цилиндрическую поверхность цапфы под действием собственной силы тяжести (рис. 3, а), а калибр-скоба НЕ не должен обхватить (рис. 3, б).

Техническое требование №2

Диаметр отверстия цапфы под втулку должно быть Æ мм.

Рис. 3. Схема контроля наружного диаметра цапфы: 1 - цапфа; 2 - калибр-скоба

Невыполнения данного требования приведет к нарушению посадки сопряжения между втулкой и цапфой, невозможно будет осуществить сборку втулки и цапфы.

Контроль данного требования выполняют с помощью калибр-пробок (ПР и НЕ). При контроле размера калибр ПР должен входить в отверстие под действием собственной силы тяжести, а калибр НЕ не должен входить в отверстие. Если калибр ПР не входит в отверстие, то это брак, но исправимый (требуется дополнительная обработка отверстия). Если калибр НЕ вошел в отверстие, то это означает брак окончательный.

Техническое требование №3

Радиальное биение поверхности А относительно базового отверстия Б не должно превышать 0,03 мм.

Невыполнения данного требования приведет к повышенному радиальному биению подшипника, что приведет к его разрушению Контроль радиального биения осуществляется по схеме представленной на рис. 4.

Рис. 4. Схема контроля радиального биения: 1 - индикатор часового типа ИЧ05 ГОСТ 577-79 (цена деления 0,01 мм); 2 - оправка; 3 - центр ГОСТ 8742-79; 4 - цапфа поворотного кулака; 5 - стол; 6 - стойка

Оправку 2 устанавливают в отверстие Б до упора в торец цапфы поворотного кулака 4, затем оправку 2 поджимают центрами 3. Настраивают индикатор на нулевую отметку, а затем поворачивают цапфу на 360°, регистрируя наибольшее и наименьшее показания индикатора. Разность этих показаний - значение радиального биения.

4.3 Выбор метода получения заготовки цапфы

На основании чертежа цапфы, результатов анализа его служебного назначения, технических требований, программы выпуска и типа производства определяем способ получения заготовки. Для этого при помощи пакета «SAPR» был проведен сравнительный анализ наиболее приемлемых способов получения заготовки.

Определяем приведенные затраты на получение заготовки с учетом черновой обработки по четырем наиболее приемлемым вариантам получения заготовки.

С= С_з + С_м.о. - С_о,

где С_з - себестоимость получения заготовки;

С_м.о - стоимость механической обработки;

С_о - стоимость отходов.

. Горячая объемная штамповка на молотах и прессах

С₁= 0,95+0,68-0,007=1,623 руб.

. Штамповка на горизонтально-ковочных машинах

С₂= 0,9+0,65-0,005=1,545 руб.

. Ковка

С₃= 1,1+0,84-0,033=1,907 руб.

. Прокат

С₄= 0,99+1,34-0,05=2,28 руб.

Сравнивая различные методы получения заготовок, принимаем для производства штамповку на горизонтально-ковочных машинах, так как у этого метода более низкие приведенные затраты по сравнению с другими методами и больший коэффициент использования металла.

4.4 Разработка маршрутного технологического процесса изготовления цапфы

На основании технических требований, предъявляемых на цапфу, составим два варианта маршрута технологического процесса изготовления цапфы, которые будут отличаться друг от друга базированием детали на операциях и применяемыми станками. Порядковые номера обрабатываемых поверхностей представлены на рис. 5. Анализ точности механической обработки приведен на 2 листе графической части курсового проекта. В табл. 3 записаны два варианта маршрутного технологического процесса обработки заготовки цапфы.

Рис. 5. Эскиз цапфы

Как показал анализ точности:

. Оба варианта ТП обеспечивают заданную точность по всем анализируемым размерам.

. Во втором варианте ТП по размерам Б, В, Г, Д, Е, К, Л, β, φ меньше суммарная погрешность, чем в первом варианте ТП.

. На основании п.п. 1, 2 выбираем для реализации второй вариант ТП.

Проведенный анализ точности изготовления цапфы выполнен в учебных целях.

4.5 Расчёт припусков

Используя чертеж детали - цапфы и его маршрутно-технологический процесс механической обработки, выполним расчёт припусков.

Выполним расчет припусков на механическую обработку для поверхности 6 (см. рис. 6). Расчет будем проводить на основе методики изложенной в справочнике [3]. Расчет ведем путем последовательного заполнения табл. 4. по указанным ниже формулам.

На основании рабочего чертежа, анализа точности механической обработки и маршрутно-технологического процесса, запишем последовательность переходов в карту, начиная с заготовки.

Расчёт припусков осуществляем на размер Æ мм.

Заполняем графу таблицы «Элементы припуска» исходя из метода обработки. Для этого находим составляющие элементы минимального припуска припусков

,

где R_zi-1 - высота микронеровностей на предшествующем переходе; h_i-1 - глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующем переходе;

∆_∑i-1 - суммарное отклонение расположения поверхности;

ε_yi - погрешность установки заготовки при выполняемом переходе.

Суммарное отклонение расположения поверхностей        

Рис. 6. Схема обработки заготовки цапфы поворотного кулака

Определяем коробление заготовки

∆_кор = ΔК∙L,

где ΔК - кривизна заготовки, ΔК = 1 мкм/мм [3];

L - длина заготовки, L=126 мм.

Δ_см - отклонение смещения, Δ_см=0,8 мм [3].

∆_кор =1·126=126 мкм;

где ε_б - погрешность базирования, ε_б=0 мм;

ε_з - погрешность закрепления, ε_з =0 мм.

Суммарное отклонение расположения поверхностей при предварительном точении

∆_1∑=∆_∑×К_у,

где К_у - коэффициент уточнения, К_у=0,25.

∆_1∑=810·0,25=202 мкм.

Суммарное отклонение расположения поверхностей при окончательном точении

∆_2∑=∆_1∑×К_у,

где К_у - коэффициент уточнения, К_у=0,2.

∆_2∑=202·0,2=40 мкм.

Суммарное отклонение расположения поверхностей при шлифовании        

∆_3∑=∆_2∑×К_у,

где К_у - коэффициент уточнения, К_у=0,2.

∆_2∑=40·0,2=8 мкм.

Определяем величину минимального расчетного припуска

;

;

;

.

Определяем предельные размеры

D_i-1min = D_imin + 2z_imin;

D_{min точ. оконч.} = 44,965+0,16=45,125 мм;

D_{min точ. предв.} = 45,125+0,56=45,685 мм;_{min заг} = 45,685+2,42=48,105 мм;

D_maxi = D_mini + T_i;

D_{max шлиф.} = 44,965+0,02=44,985 мм;_{max точ. оконч.} = 45,125+0,06=45,185 мм;_{max точ. предв.} = 45,685+0,15=45,835 мм;_{max заг} = 48,105+0,8=48,905 мм.

Определяем предельные размеры припусков

2z_imax = D_i-1max - D_imax;

2z_{imax шлиф.} = 45,185-44,985=0,2 мм;

2z_{imax точ. оконч} = 45,835-45,185=0,65 мм;

2z_{imax точ. предв.} = 48,905-45,835=3,07 мм.

Правильность проведенных расчетов проверяем по формуле

∑2_Zmax-∑2_Zmin=T_Dз - T_Dд;

,92-3,14=0,8-0,02;

,78=0,78.

Следовательно, расчеты выполнены верно.

Таблица 4. Карта расчёта припусков на поверхность 6

4.6 Расчет режимов резания

Режимы резания для окончательного точения пов. 6 (15 операция, 3 переход), для сверления отв. 10 (30 операция, 2 переход) рассчитаем с помощью ПЭВМ.

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта проведен анализ конструкции и служебного назначения кулака поворотного. Определен тип производства и форма его организации.

Разработана общая последовательность сборки кулака поворотного, освоена методика нормирования операций сборки, разработаны технические требования на кулак поворотный.

На первом листе графической части курсового проекта представлена схема сборки кулака поворотного, технологические эскизы сборки и схема размерной цепи. На втором листе графической части курсового проекта представлен анализ точности технологического процесса изготовления цапфы. На третьем листе графической части курсового проекта приведены технологические эскизы обработки заготовки цапфы. Выполнены расчеты припусков и режимов резания с помощью ЭВМ. Составлены маршрутные карты сборки кулака поворотного и изготовления цапфы. Таким образом, задачи, поставленные в данном курсовом проекте, выполнены.

Библиографический список

1.       Дехтеринский, Л.В. Ремонт автомобилей: учебник для ВУЗов / Л.В. Дехтеринский, К.Х. Акмаев, В.П. Алисин / - М.: Транспорт, 1992. - 295 с.

2.       Общемашиностроительные нормативы времени на слесарную обработку деталей и слесарно-сборочные работы по сборке машин. Крупносерийное и массовое производство. М.: Машиностроение, 1974. - 220 с.

3.       Справочник технолога машиностроителя: в 2-х т. / под ред. А.М. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова. - М.: Машиностроение, 2001. - 912 с.

4.       Унянин, А.Н. Курсовое проектирование по технологии производства и ремонта автомобилей: учебное пособие / А.Н. Унянин. Ульяновск, 2004. - 72 с.

.        Худобин, Л.В. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: учебное пособие для машиностроительных специальностей вузов / Л.В. Худобин, В.Ф. Гурьянихин, В.Р. Берзин - М.: Машиностроение, 1989. - 288 с.

.        Худобин, Л.В. Разработка технологических процессов изготовления деталей в курсовых и дипломных проектах: учебное пособие / Л.В. Худобин, В.Ф. Гурьянихин, В.Р. Берзин. Ульяновск: УлГТУ, 1996. - 148 с.

.        Худобин, Л.В. Разработка технологических процессов сборки в курсовых и дипломных проектах: учебное пособие / Л.В. Худобин, В.Ф. Гурьянихин, М.А Белов. Ульяновск: УлГТУ, 2007. - 130 с.

.        Худобин, Л.В. Расчет размерных цепей с применением ЭВМ / Л.В. Худобин, В.Ф. Жданов. Ульяновск: УлГТУ, 1992. - 44 с.

.        Руководство по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту автомобилей УАЗ-31512, УАЗ-3741 и их модификаций. - Москва:, Астрель-АСТ», 2004.

.        Руководство по ремонту, эксплуатации и техническому обслуживанию автомобилей УАЗ 31512, УАЗ-3514, УАЗ-3153, УАЗ-3741, УАЗ-3962, УАЗ-2206, УАЗ-3303, УАЗ-3909, УАЗ-33036, УАЗ-39094, УАЗ-39095. Иллюстрированное издание. - Москва: «Третий Рим», 1999.

.        Орлов, Э.М. Автомобили УАЗ. Техническое обслуживание, ремонт / Э.М, Орлов, Е.Р. Варченко / - Издательство «Транспорт». - Москва, 2002.

.        Справочник технолога авторемонтного производства / под ред. А.М. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова. - М.: Машиностроение, 2001.

.        Обработка металлов резанием / Г.А. Монахова. - М.:Машиностроение, 1974.

.        Технология машиностроения / А.А. Гусев, Е.Р. Ковальчук, И.М. Колесов. - М.: Машиностроение, 1986. - 480 с.