Модернизация наматывающего устройства агрегата продольной резки АПР-1500

Модернизация наматывающего устройства агрегата продольной резки АПР-1500

Введение

В последнее время в условиях рыночной экономики наиболее вероятен рост конкуренции между производителями металла, что будет стимулировать дальнейшее повышение качества металла при одновременном снижении его себестоимости. Для металлургических предприятий России, в том числе ОАО «Северсталь», заметно уступающим по техническому уровню ведущим мировым производителям стали, это означает необходимость скорейшей модернизации основных технологических процессов и систем, а также расширения сортамента металлопродукции и приведения его в соответствии с требованиями мирового рынка по качественным показателям. Также одним из направлений стабильной работы предприятия является выпуск нетрадиционного проката. К такому виду металлопроката можно отнести и электросварные прямошовные трубы.

В последние десятилетия трубы стали неотъемлемой частью современной техники. Их используют в строительстве магистральных трубопроводов, в машино- и приборостроении, а также жилищном строительстве.

Для производства стальных труб широкого сортамента используют способы, каждый из которых имеет преимущества и наиболее приемлемый по экономическим показателям диапазон размеров и качественных показателей. Применяя тот или иной способ производства, можно получать трубы с особо жесткими допусками на размеры из трудно деформируемых материалов с высокой производительностью и т.д. Причем в настоящее время технически невозможно получить все преимущества при одном способе производства.

Специфические требования, предъявляемые к трубам, являются существенными при выборе способа их производства. Однако каждый из способов можно экономично применять только для производства труб определенного сортамента. В настоящее время все трубопрокатные установки проектируются в основном для производства труб с узким диапазоном размеров. При этом всегда выполняются основные требования, предъявляемые к ним.

Доля сварных труб в мировом производстве составляет 60%. Сварные трубы по сравнению с бесшовными трубами имеют более широкий диапазон размеров. Их изготавливают диаметром от 3 до 2500 мм. Производство труб сваркой объясняется технико-экономическим преимуществом этого метода. Сварные трубы, за исключением газопроводных и нефтепроводных, с формовкой на прессах и вальцах, изготавливают на непрерывных агрегатах, работающих по «бесконечной» схеме формовки и сварки. Применение таких агрегатов обеспечивает, с одной стороны, низкую себестоимость сварных труб, позволяет легко совмещать в одной технологической линии, как изготовление самой трубы, так и ее редуцирование, профилировку, нанесение защитных покрытий и т.д. С другой стороны, сварные трубы представляют собой экономичный легкий профиль, материал которого обладает высокими механическими свойствами. Область применения сварных труб заметно расширилась с внедрениемв производство способа сварки ТВЧ углеродистых труб диаметром до 530 мм.

Данный способ сварки значительно повышает качество сварного шва, что позволяет использовать такие трубы в деталях и узлах ответственного назначения.

Широкому применению сварных труб способствует их более низкая стоимость 15...20 % в сравнении с бесшовными трубами, возможность организации в более короткие сроки их производства при меньших капитальных затратах, возможность получения экономии металла за счёт применения более тонкостенных и точных сварных труб.

Спрос не трубную продукцию остается достаточно стабильным как на внутреннем, так и на внешнем рынках сбыта. Этот фактор говорит о том, что дальнейшее развитие и совершенствование трубного производства имеет свои перспективы.

Развитие многих отраслей машиностроения требовало увеличения производства гнутых профилей в связи, с чем в 1972 году был построен и сдан в эксплуатацию цех гнутых профилей участок №1.

Цех предназначался для удовлетворения спроса в гнутых профилях проката различных отраслей машиностроения. Основными потребителями гнутых профилей являются сельхоз- и автомобилестроение, судостроение, электроаппаратная промышленность, строительство и другие отрасли.

В составе отделения №1 находятся следующее оборудование:

-        ПГА 2-8 x 100-600;

-        ПГА 1-4 x 50-300;

         ПГА 0,6-3 x 50-300;

         Агрегат перфорации полосы ПГА 1-4х50-500;

         Профилегибочная линия ПР-1000;

         Профилегибочная линия Н-79.

Трубоэлектросварочные агрегаты (далее по тексту ТЭСА):

-        ТЭСА «19-50»;

-        ТЭСА«50-76».

На сегодняшний день цехом освоено более 260 видов гнутых профилей, в том числе 90 из них трубы различного сортамента.

В 1994 году, там же, был принят в эксплуатацию трубный участок № 2.

Прокатный участок отделения №2 включает ниже перечисленные трубоэлектросварочные агрегаты:

-        ТЭСА «12-63»;

-        ТЭСА«25-60»;

         ТЭСА«10-38»;

         ТЭСА«10-25».

Для обеспечения трубных станов заготовкой в 1993 году был построен и пущен в эксплуатацию агрегат продольного роспуска АПР - 1500 (производство Италия), где в настоящее время освоено производство холоднокатаных полос для автозаводов и на экспорт. Данный агрегат предназначен для продольного роспуска рулонной заготовки шириной до 1500 мм на полосы заданной ширины.

Исходная заготовка для производства труб служит горячекатаная травлённая и холоднокатаная полосовая сталь в рулонах. Минимальная ширина полосы составляет 25 мм.

Наряду с вводом в эксплуатацию новых агрегатов, многие действующие могут быть реконструированы с учетом современных достижений науки и техники.

Руководством цеха были проведены предпроектные проработки по реконструкции оборудования всего цеха и в том числе по реконструкции трубоэлектросварочных агрегатов. В 1996 году была разработана и проведена реконструкция ТЭСА «19-50».

В 1998 году проведена реконструкция ТЭСА «50-76»,аналогичная реконструкция проведена на агрегате ТЭСА «25-60» в 2002 году и планируется в 2005 году на агрегате ТЭСА «10-38». Реконструкция заключается в изменении схем привода агрегатов (переход на карданный привод). Причинами реконструкции стали существенные недостатки в конструкции привода агрегатов, которые фактически не обеспечивали работу оборудования в соответствии с его техническими характеристиками, не обеспечивали достаточной надежности оборудования, существенно затрудняли проведение ремонтов оборудования, а также требовали капитальных ежегодных вложений.

1. Анализ конструкции агрегата, цель и задачи ВКР

Наматывающее устройство входит в состав агрегата продольной резки (АПР-1500) полосы шириной до 1500 мм.

Данный агрегат предназначен для продольного роспуска рулонной заготовки на полосы заданной ширины. Минимальная ширина полосы составляет 25 мм.

Наматывающее устройство установлено в конце технологической цепочки агрегата и является приемным устройством.

После порезки дисковыми ножами, полосы металла, проходя через прессователь, который создает натяжение смотки, наматываются на барабан приемного устройства.

После роспуска всего рулона, концы полос закрепляются электросваркой (или при помощи упаковочной ленты) и, посредством сталкивателя, который приводится в действие гидроцилиндром, весь пакет рулонной заготовки сдвигается на штырьевую колонку.

С колонки пакет штрипса снимается при помощи грузозахватного приспособления (скобы) краном и передается на склад или непосредственно в зону загрузки трубных агрегатов для дальнейших технологических операций.

В состав наматывающего устройства входят:

станина

привод, состоящий из двигателя постоянного тока, нестандартного планетарного редуктора

механизм снятия рулона

приемный барабан с гидроцилиндром разжима.

.1      Техническая характеристика базового варианта АПР-1500

Таблица 1.1-Техническая характеристика базового варианта АПР-1500

.2 Анализ работы привода наматывающего устройства

Недостатками привода, использующего нестандартный планетарный редуктор, являются:

1. Отсутствие контроля за работой редуктора, т.к. он находится в корпусе наматывающего устройства;

. Отсутствие резерва, т.к. своевременная поставка импортного оборудования затруднена, и очень высокая стоимость;

3.      Отсутствие ремонтной базы, где бы можно было изготовить запасные детали к редуктору.

.3 Цель и задачи модернизации АПР-1500

Наряду с вводом в эксплуатацию новых агрегатов, многие действующие могут быть реконструированы с учетом современных достижений науки и техники.

Руководством цеха были проведены предпроектные проработки по реконструкции оборудования всего цеха и в том числе по реконструкции трубоэлектросварочных агрегатов. В 1996 году была разработана и проведена реконструкция ТЭСА «19-50». Причинами реконструкции стали существенные недостатки в конструкции агрегатов, которые фактически не обеспечивали работу оборудования в соответствии с его техническими характеристиками, не обеспечивали достаточной надежности оборудования, существенно затрудняли проведение ремонтов оборудования, а также не соответствовали требованиям, предъявляемым современными рыночными условиями.

При проектировании привода исполнительной машины АПР-1500 (моталки) была поставлена задача рассчитать новый привод машины вместо нестандартного планетарного редуктора (производство Италия), с целью повышения эксплуатационных свойств машины с использованием стандартных отечественных, широко доступных узлов.

В процессе проектирования нового привода был затронут целый ряд задач. Помимо разработки механизма, способного выполнять разные функции в течение заданного срока службы, были учтены требования технологии, эксплуатации.

Для того, чтобы удовлетворить этим требованиям, были выполнены и представлены расчеты: кинематический, прочностной, силовой; из множества форм, которые можно придать детали, из множества материалов, обладающих разнообразными свойствами, были выбраны такие, которые позволяют наивыгоднейшим образом использовать эти свойства для повышения эффективности, надежности конструкции.

.4 Технологическое оборудование агрегата АПР-1500

Загрузочная тележка с подъемным столом предназначена для транспортировки рулона от приемного стеллажа к разматывателю и для надевания рулона на барабан разматывателя. Подъемный стол состоит из механизма передвижения тележки и механизма подъема стола.

Разматыватель предназначен для приема рулона с подъемного стола загрузочной тележки, разворота его в положение, удобное для задачи полосы в агрегат, удерживания вращающегося рулона во время работы агрегата и создания необходимого натяжения полосы. Разматыватель позволяет равномерно разматывать рулон и подавать его на участок резки с постоянной скоростью, синхронизировать роспуск рулона со скоростью вращения дисковых ножниц. Разматыватель обеспечивает стабильное вращение без отклонений по продольной и радиальной осям, а также необходимое натяжение полосы. Для обеспечения равномерного роспуска рулона разматыватель снабжен механизированным амортизационным устройством (кронштейн, несущий на конце прижимные ролики с гидравлическим приводом).

Рулон на барабане разматывателя фиксируется гидравлическим разжатием барабана внутри рулона. В момент разрыва упаковки первый виток удерживается прижимным роликом. С вращением барабана рулон начинает разматываться. Середина должна совпадать с осью агрегата, такая регулировка производится при помощи соответствующего цилиндра и гидроклапанов блокировки.

Барабан разматывателя приводится во вращение гидравлическим моторомDANFOSSOMV 400. Путем переключения электромотора гидроустановки

включается удвоенная скорость вращения барабана: изменение скорости повышает мощность насоса и соответственно скорость гидромотораразматывателя и мотора амортизационного устройства. Возможно также обратное вращение барабана разматывателя кнопками с пульта управления. Такое обратное вращение необходимо, когда по той или иной причине требуется приостановить обработку рулона, находящегося на линии. После обрезки, полосу можно смотать на разматыватель, включив обратное вращение разматывателя с пульта управления.

Тянущие ролики производят подачу переднего конца полосы от барабана разматывателя сначала к гильотинным ножницам для поперечного реза, а затем в валы дисковых ножниц, после чего полоса поступает на продольную резку, производимую дисковыми ножницами.

Ножницы гильотинные гидравлические предназначены для обрезания переднего и заднего концов полосы и вырезки дефектов полос, а также для отбора карт металла. Движение верхнего суппорта вверх (на рез) осуществляется при помощи гидроцилиндра. Включение реза гильотинными ножницами производится с ПУ.

Дисковые ножницы предназначены для обрезки боковых кромок и роспуска полосы на ленты заданной ширины. Наиболее важный участок линии, где производится продольная резка полосы на ленты.

Некачественная шлифовка режущих дисковых ножей способствует образованию заусенцев на ленте, а также снижает производительность линии.

Валы дисковых ножниц приводятся в движение силовым приводом. Через верхний вал осуществляется привод механизма установки инструмента и регулировка зазора и пересечения ножей. Вал управляется поворотом маховика-регулятора, установленного на корпусе силового блока. Для установки дисковых ножей на вал дисковых ножниц левую опору отводят, ослабляя стопорный винт и вращая маховик. Сборку дисковых ножей производят на валах дисковых ножниц.

Петлевое устройство с качающимися столами предназначено для свободного образования петли перед натяжным устройством, которое выравнивает натяжение полос перед моталкой.

При продольной резке рулона ленты получаются неодинаковой длины. Чем тоньше полоса, тем больше разница по длине полученных из нее лент.

Петлевое устройство состоит из двух откидных столов, открывающихся в яму размером 5,5x1,9x4,0 м. Столы служат опорой для лент при протягивании их до моталки при задаче рулона. При вхождении лент в натяжное устройство и зажиме их в зеве моталки надобность в столах отпадает, и они опускаются в яму.

Следует отметить, что повышение натяжения не всегда способствует правильной намотке лент (учитывая конусность намотки ввиду наличия заусенцев). В любом случае возрастает нагрузка на моталку и на передаточный механизм, что требует большого расхода электроэнергии.

Наматывающее устройство предназначена для сматывания полос с натяжением в плотные рулоны бунты. Моталка работает синхронно в рабочем режиме с дисковыми ножницами. Линейная скорость наматывания, которая возрастает с увеличением диаметра наматываемого рулона, поддерживается практически постоянной на заданном уровне благодаря системе электронного контроля и синхронизации скоростей дисковых ножниц и барабана моталки.

Перед сборкой дисковых ножниц производить тщательную очистку ножей, втулок, колец как при насадке на валы, так и при установке на стеллажи. Следует предохранять их от ударов и повреждений.

.5 Требования к исходной заготовке

Заготовкой для агрегата резки АПР-1500 служат травленые горячекатаные и холоднокатаные полосы в рулонах, поставляемые из ПХЛ. Металл из ПХЛ должен поставляться аттестованным с паспортом качества и товарно-транспортной накладной. Поперечные швы в рулонах не допускаются.

Характеристика заготовки:

-толщина полосы, мм 0,9-2,25

-максимальная ширина полосы, мм 1250

·    максимальный наружный диаметр, мм 1400

·   максимальный внутренний диаметр, мм 600

·   максимальная масса рулона, т 13,5

Марки стали.

а) Прокат из углеродистой стали обыкновенного качества с химическим составом по ГОСТ 380-94.

б) Прокат из углеродистой качественной конструкционной стали с химическимсоставомпоГОСТ1050-88.

в) Прокат тонколистовой из углеродистой стали качественной и обыкновенного качества общего назначения по ГОСТ 16523-97.

д) Допускаются другие марки стали по согласованию с потребителем.

1.6 Требования к готовой продукции

Резаная лента холоднокатаная и горячекатаная травленая для трубных станов должна соответствовать требованиям НД, заказов, спецификаций к контракту, а также требованиям СТП 105-ПР-60-2000:

Предельные отклонения:

а) отклонения по толщине должны соответствовать требованиям ГОСТ 19903-74 - для горячекатаного проката, ГОСТ 19904-90 - для холоднокатаного проката

б) Предельные отклонения по ширине не должны превышать - 0; + 0,5 мм.

в) Серповидность полосы не должна превышать 5мм на 3 метра.

г) Величина заусенцев на кромках ленты не должна превышать 5% от номинальной толщины.

д) Сколы на кромках ленты не допускаются.

Характеристика готовой продукции

-Максимальный наружный диаметр рулона, мм1300

·   внутренний диаметр, мм600

·   минимальная ширина ленты, мм35

·   максимальная масса рулона, т10

1.7 Ведение технологического процесса

Рулонную заготовку подают на АПР, после ее провески электромостовыми кранами согласно полученных заданий ПРО цеха поплавочно, при этом разрыва плавок не допускается.

При установке рулонной заготовки на АПР, резчик холодного металла головного участка АПР обязан произвести контроль ширины заготовки. Перед заправкой переднего конца рулона для продольной резки необходимо:

·   включить гидронасосы АПР;

·   проверить в холостом режиме работу механизмов загрузочной тележки, разматывателя, гильотинных ножниц, дисковых ножей, петлевого стола, моталки.

Рулоны подавать электромостовым краном Q=32/5 т на загрузочный стеллаж. Подъемный стол загрузочной тележки подвести под рулон, поднять его и переместить рулон к разматывателю.

Рулон одеть на разматыватель, отцентровать по оси барабана, сегменты барабана разжать. Опустить прижимные ролики амортизационного устройства. С помощью ручных ножниц по металлу разрезать упаковочную ленту и убрать ее в короб.

Подъемный стол тележки опустить и возвратить ее в исходное положение. Выдвинуть стол отгибателя до соприкосновения с рулоном.

Вращением барабана полосу задать в тянущие ролики и подвести к гильотинным ножницам. Дефектные участки, передний конец полосы обрезать гильотинными ножницами и вручную сбросить в короб для обрези.

Запрещается в гильотинных ножницах рубить посторонние металлические предметы и производить вырезку образцов проб.

Перед задачей полосы в дисковые ножницы, резчику холодного металла, произвести настройку радиоизотопного толщиномера, для обеспечения требуемой точности измерений при помощи рабочих мер толщины.

Контроль техпроцесса:

а) Пробы отбирать от начала первого рулона передпорезкой,согласно

СТП 14-105-СМК-7.6-07-2002. Толщину проб определять листовым микрометром, после чего пробу поместить в измерительное устройство толщиномера.

б) Сравнить показатели микрометра и толщиномера при необходимости произвести корректировку толщиномера.

в) Допуски на толщину устанавливать в соответствии с требованиями НД и заказов.

г) Рентгеновский толщиномер настраивать при изменении толщины металла.

На направляющем столе полосу отцентровать вертикальными роликами центрирующего устройства и при помощи разматывателя заправить ее в дисковые ножницы.

При заправке полосы в дисковые ножницы столы петлевого устройства должны быть зафиксированы в горизонтальном положении.

Обрезную кромку заправить на шпиндель кромкомоталки вручную при остановленном агрегате. Следить, чтобы шпиндель кромкомоталки был не перегружен. Диаметр бунта из обрезных кромок должен быть не более 750 мм(визуально).

На заправочной скорости, полосы задать через столы петлевого устройства, делительные ролики и прессователь к барабану моталки. Заправку полос в моталку производить вручную при разобранной цепи управления ключ-биркой. При этом должно быть открыто защитное ограждение, с блокировкой моталки, и включен запрет на рабочую скорость агрегата. После того, как полосы будут заправлены в зев барабана моталки, отпустить разделительный прижимной ролик, собрать цепь управления ключ-биркой, закрыть защитное ограждение и выключить запрет на рабочую скорость агрегата. На барабан моталки намотать 2-3 витка. Все операции по направлению полос осуществлять только специальным крючком длиной не менее 1,5 м.

Агрегат работает в следующих скоростных режимах:

-заправочная скорость, м/мин3

-рабочая скорость, м/мин100-150

Устранение неравномерного провисания лент

а) При порезке первого рулона из партии определиться с величиной провисания различных лент.

б) При порезке рулонов с провисанием лент после заправки их в зев моталки установить при необходимости картонные прокладки, под полосы, имеющие наибольшее провисание при остановленном агрегате.

в) Устанавливать картонные прокладки при порезке полосы на рабочей скорости запрещается.

Перевести агрегат резки с ручного режима в автоматический, путем переключения переключателя на главном пульте управления.

При достижении хвостовой части рулона снизить скорость до заправочной и остановить агрегат. В толчковом режиме работы агрегата, путем вращения моталки, выбрать петлю из петлевой ямы, поднять столы петлевой ямы, опустить делительный ролик гребенки моталки и домотать концы лент до разделительного ролика перед прессователем на расстояние 300-1000 мм (визуально), ручными стационарными ножницами устранить неравномерность длины полос. Путем вращения моталки смотать концы лент до рулона.

Подвести поворотную колонку к моталке, совместить ось штыря поворотной колонки с осью моталки. Произвести вручную упаковку каждого бунта по окружности. Поднять делительный ролик гребенки. Сжать сегменты барабана, передвинуть рулон на колонку с помощью сталкивателя. Затем барабан моталки возвратить в исходное положение для заправки следующих полос. Поворотную колонку развернуть для маркировки и упаковки бунтов. Бунты, порезанные в комбинации разделять по размерам упаковочной лентой, через внутренний диаметр.

Разгрузку готовых рулонов с поворотной колонки производить электромостовым краном.

Отбраковка заднего конца рулона

а) Отбракованный задний конец рулона снять с разматывателя. Для этого необходимо агрегат остановить, гильотинными ножницами обрезать полосу, годный металл смотать на моталку и упаковать.

б) Загрузочную тележку подвести под разматыватель и поднять. Смотать бракованный участок на разматыватель при этом, чтобы свободный конец полосы был внизу рулона и выступал за подъемный стол загрузочной тележки на 200-300 мм. Остановить агрегат, разобрать электросхему согласно ИОТ 73-02.19-02. Резчику встать за разматыватель и упаковочной лентой упаковать задний конец рулона. На ПУ собрать электросхему.

Перед заправкой следующего рулона установить сталкиватель в исходное положение, поднять столы петлевого устройства, поднять проводку в верхнее положение, развести центрирующие ролики.

После намотки бунта из обрезных кромок на шпиндель кромкомоталки, остановить агрегат, разобрать схему, обрезать ручными ножницами кромки бунта с пульта управления вывести шпиндель из бунта и бунт скатить на специальную площадку.

Бунт с площадки на стропе (тросе) с помощью электромостового крана транспортировать в яму для обрези.

2. Конструкторская часть

.1 Модернизация наматывающего устройства

Общие сведения об агрегате АПР - 1500. Агрегат предназначен для продольного роспуска полосы шириной до 1500мм на полосы заданной ширины.

Агрегат представляет собой технологическую линию. Листовая сталь в виде рулона устанавливается краном на разматывающее устройство (разматыватель). Толчковыми движениями (кратковременным включением - выключением двигателя), рулон разматывается. Прижимные ролики фиксируют свободный конец рулона, не давая ему разворачиваться, обеспечивая его продвижение вперед и направляя в тянущие ролики. Гидравлические ножницы обрезают передний и задний концы полос, а также осуществляют вырезку дефектов. Обжимные ролики выравнивают полосу в ходе ее движения и дисковые ножницы производят резку полосы на штрипс (полосу заданной ширины). Устройство очистки зачищает нарезанные полосы от заусениц и т.п. Натяжное устройство обеспечивает качество намотки полос, которая осуществляется намоточным устройством (моталкой). Поворотная опора обеспечивает опору для барабана моталки.

После роспуска всего рулона, концы полос закрепляются электросваркой или при помощи упаковочной ленты и, посредством сталкивателя, который приводится в действие гидроцилиндром, весь пакет («подъем») сдвигается на тележку, и тележка перемещается в зону работы крана, передающего полосы в зону загрузки агрегатов или на склад.

Ц 2- 500 - 8-12 и цилиндрической передачи; механизма снятия рулона; приемного барабана с гидроцилиндром разжима.

Наматывающие устройства являются весьма ответственными машинами агрегата. От их работы зависит успешная эксплуатация всего агрегата и качество готовой полосы. Конструкция наматывающего устройства должна обеспечивать следующие технологические и эксплуатационные требования:

- Рулон должен быть плотным, без телескопичности витков, для чего сматывание необходимо производить при натяжении полосы и при правильном ее направлении специальными устройствами;

При захвате полосы моталкой и сматывание ее в рулон не должны образовываться петли и складки полосы на рольганге перед тянущими роликами;

Моталка должна иметь жесткую конструкцию.

Основным узлом моталки является барабан, которому задается вращательное движение от привода через промежуточный вал. Траверса, опирающаяся на станину, обеспечивает жесткость конструкции, и на ней закреплены прижимные ролики, находящиеся над барабаном. Конец барабана опирается на откидную опору, которая опирается на траверсу. Откидная опора служит как дополнительная опора, позволяющая исключить консольность барабана.

Для снятия рулона с барабана моталки применяются тележки - съемники. При заполнении барабана откидная опора поворачивается, и съемник рулонов автоматически перемещается вдоль барабана и вилкой сдвигает полосы с барабана. Все узлы агрегата, в том числе и моталка, работают синхронно, в автоматическом режиме. Основной деталью моталок является барабан (рисунок 2.1а).

Зажим переднего конца полосы губками 1 и 2 и разжатие сегментов 6 и 4 осуществляется одним пружинно-гидравлическим устройством, воздействующим на шток 7 и ползунок 10, последний перемещает верхний клин 3 и зажимает полосу губками; в то же время происходит раздвижение сегментов 4 и 6 клином 5 при обратном ходе штока с ползуном, зажим полосы освобождается и сегменты сближаются (перед съемом рулона с барабана моталки).

Козырек 9 предназначен для облегчения ввода переднего конца полосы в губки и закрытия щели при наматывании полосы на барабан.

При наматывании рулона массой 15-25т с натяжением полосы 100-150 барабан 8 моталки испытывает большие напряжения, поэтому он должен быть прочным и жестким.

С этой целью при конструировании необходимо стремиться увеличивать внутреннее сечение тела барабана и по возможности уменьшить сечение сегментов (не снижая их жесткости) при заданном наружном диаметре барабана. Для получения качественной полосы сматывание ее в рулон должно быть устойчивым, то есть натяжение полосы Т и скорость ее должны быть при этом постоянными. Отсюда следует, что мощность на барабане моталки при сматывании полосы в рулон с натяжением будет так же постоянна:

, кВт, (2.1)

Так как в процессе наматывания полосы при радиус рулона увеличивается, то очевидно, момент на барабане будет переменным:

, Нхм,(2.2)

где R и ω - текущие (переменные) значения радиуса рулона и угловой скорости барабана моталки.

Таким образом, электрическая схема автоматизации процесса смотки полосы в рулон должна обеспечивать непрерывное уменьшение угловой скорости барабана моталки по мере увеличения радиуса рулона.

При сматывании в рулон прямолинейная полоса изгибается по радиусу, равному радиусу рулона и при этом все ее поперечные сечения испытывают упруго - пластический изгиб. Момент упруго-пластического изгиба равен:

, Нхм,(2.3)

где W_z - момент сопротивления половины упругой зоны, имеющей высоту z от нейтральной линии сечения полосы.

Момент изгиба полосы действует в той же плоскости, что и момент натяжения полосы, поэтому по правилам механики можно считать, что он приложен к валу барабана моталки.

Для совершения работы изгиба полосы от барабана моталки (т.е. от электродвигателя ее привода), потребуется затрата дополнительной мощности.

Ввиду того, что точно определить значения z и W_z не представляется возможным, при определении дополнительной мощности двигателя моталки примем, что при сматывании в рулон полоса испытывает пластический изгиб по всему сечению, т.е.W_z = 0. Тогда:

, Нхм,(2.4)

,кВт,(2.5)

где R - минимальное значение радиуса рулона, равное радиусу барабана моталки.

Мощность электродвигателя привода моталки можно определить по формуле:

, кВт,(2.6)

Где η -КПД привода.

При определении N_нат следует учитывать наибольшее натяжение.

, Н,(2.7)

Где σ_н - удельное натяжение полосы, МПа;

b и h - ширина и толщина полосы, мм.

Для получения устойчивого процесса наматывания полосы на барабан моталки на практике стремятся работать с большими удельными натяжениями, но не более (0,5 - 0,8)σ_т, где σ_т - предел текучести материала полосы.

Исходные данные для расчета:

Минимальная толщина полосы h=0,9мм,

Максимальная ширина полосы в=1500мм,

Скорость сматывания полосы в рулон υ=0,9м/с,

Предел текучести материала полосы σ_т =440МПа,

Радиус барабана моталки R =375мм.

Определяем мощность на барабане моталки для сматывания полосы в рулон при натяжении полосы Т

,

Определяеммощность на барабане моталки, требуемая для пластического изгиба полосы.

Таким образом, при сматывании в рулон полосы дополнительная мощность на пластический изгиб ее вокруг барабана моталки незначителен и составляет около 0,2% от мощности натяжения.

Определяем потребную мощность электродвигателя при

Для привода моталки установлен двигатель постоянного тока мощностью 125кВт, и частотой вращения n=2000об/мин.

Исходные данные:

Вес рулона - 180кН

Вес барабана моталки - 120кН

Натяжение полосы Т=137,8кН, направлено горизонтально

Результирующая нагрузка, действующая на барабан моталки

(2.8)

Считаем, что поворотная опора плотно прилегает к концу консольного вала барабана моталки и воспринимает опорную реакцию; тогда расчетная схема может быть представлена в виде трехопорной балки с распределенной нагрузкой:

,(2.9)

Применяя уравнение трех моментов, получим:

, (2.10)

Где ;

;

,(2.11)

,(2.12)

Момент изгиба в любом сечении х

, Нхм,(2.13)

Для нахождения максимума приравниваем производную к 0.

;;

Момент сопротивления сечения вала барабана в пролете

Результирующее напряжение

Вал изготовлен из кованой стали марки 35ХНВ, для которой ;

запас прочности, что в пределах нормы.

.2 Расчеты проектирования привода

Выполнить проект привода приемного устройства агрегата продольной резки.

Исходные данные:

а) Тянущее окружное усилие, P,кН25

б) Скорость перемещения полосы, V, м/сек1,67-3,7

в) Диаметр барабана D, мм600

Наматывающее устройство (моталка) установлено в конце технологической цепочки агрегата продольной резки, предназначенного для продольного роспуска рулонной заготовки на полосы заданной ширины, и является приемным устройством. После резки дисковыми ножницами, полосы металла, проходя через прессователь, который создает натяжение смотки, наматывается на барабан приемного устройства.

После роспуска всего рулона, концы полос закрепляются электросваркой или при помощи упаковочной ленты и, сталкивателем, который приводится в действие гидроцилиндром, весь пакет рулонной заготовки сдвигается на штырьевую колонку. С колонки пакет штрипса снимается при помощи грузозахватного приспособления (скобы) краном и передается на склад или непосредственно в зону загрузки трубных агрегатов. В состав наматывающего устройства входят: станина; привод, состоящий из двигателя постоянного тока, двухступенчатого редуктора и цилиндрической передачи; механизм снятия рулона; приемный барабан с гидроцилиндром разжима.

Разработка привода преследует цель заменить существующий привод, в котором используется нестандартный планетарный редуктор производства Италия, с целью повышения надежности, эксплуатационных свойств машины, использование стандартных отечественных комплектующих.

Двигатель является одним из основных элементов машинного агрегата. От типа двигателя, его мощности и частоты вращения зависят конструктивные и эксплуатационные характеристики рабочей машины и её привода.

Мощность двигателя зависит от требуемой мощности рабочей машины, а его частота вращения - от частоты вращения приводного вала рабочей машины.

Определяем мощность на рабочем валу машины

,кВт (2.14)

Определяем общий КПД привода, который равен произведению частных КПД источников потери мощности.

В данном приводе это две зубчатые муфты, редуктор, три пары подшипниковых опор качения и цилиндрическая зубчатая передача.

Задаемся значениями частных КПД [1. стр. 122]:

КПД зубчатых муфт

КПД пары подшипников качения

КПД зубчатой передачи с цилиндрическими колесами  (принимаем для редуктора с 7^ой степенью точности; для проектируемой зубчатой цилиндрической передачи 8 степень точности и )

КПД двухступенчатого редуктора

Общий КПД привода

Определяем требуемую мощность электродвигателя

, кВт,(2.15)

,

По найденному значению мощности выбираем электродвигатель соблюдая условие

,кВт,

По справочным данным подбираем электродвигатель импортного производства типа MGL 200 постоянного тока со следующими техническими характеристиками:

N_дв=125 кВт, n_дв=2200 мин^-1, масса 725кг.

Таблица 2.1-Габаритные и установочные размеры двигателя

Угловая скорость барабана

,(2.16)

Частота вращения барабана

,(2.17)

Частота вращения вала двигателяn_дв=2200 мин^-1

Угловая скорость вала двигателя

,(2.18)

Общее передаточное отношение привода

(2.19)

Определяем передаточное число ступеней привода из соображений: обеспечить компактность каждой ступени передачи и соразмерность ее элементов:

а) Редуктор двухступенчатый цилиндрический

б) Передаточное отношение проектируемой цилиндрической передачи

Учитывая, что проводится реконструкция, оставляем передаточное число цилиндрической передачи, чтобы снизить погрешность расчетов.

Расчет частоты вращения, угловых скоростей валов, мощности на валах  и моментов передаваемых по валам  представлен в таблице 2.2.

Таблица 2.2 -Силовые параметры проектируемого привода

Редуктор относится к стандартным изделиям, параметры которого регламентированы ТУ. Каждый тип редуктора имеет условное обозначение (марку и основные параметры), которые приводятся в специальных справочниках. Тип редуктора и схема сборки определяется передаточным отношением редуктора и особенностями привода (взаимным расположением входных концов).

Марку редуктора подбираем с учетом условия:,

Передаточное отношение редуктора равно 8, соответственно при передаточных числах от 8 до 25 выбираем двухступенчатый редуктор.

Момент на тихоходном валу равен _, согласно этого значения, с учетом вышеназванного условия, подбираем по справочным материалам [6] редуктормарки HDP (цилиндрический двухступенчатый с передаточное число редуктора - ), имеющий следующую модификацию:HDP 70 2 8.0 LPLRVP 200 В3

Выбор материала зубчатых колес

Сталь - основной материал для изготовления зубчатых колес. В условиях индивидуального и мелкосерийного производства в средненагруженных передачах применяют зубчатые колеса с твердостью материала НВ≤350.

Для равномерного изнашивания зубьев и лучшей их прирабатываемости твердость шестерни НВ₁ для прямозубых колес назначается больше твердости колеса НВ_2. (НВ_1ср- НВ_2ср=20…50).

Материал и его характеристики выбираются для зубчатой пары колес по [3. табл. 2.1 стр.52], полученные данные сводим в таблицу 2.4.

Таблица 2.3- Механические характеристики материалов зубчатой передачи

Средняя твердость зубьев шестерни

,МПа,

Средняя твердость зубьев колеса

,МПа,

Для расчета на контактную и изгибную выносливость определяем по [3. табл. 2.1 стр.52] допускаемые напряжения при числе циклов перемены напряжений

Напряжения определяют раздельно для шестерни и колеса

Для шестерни:

(2.20)

(2.21)

Допускаемые контактные напряжения при расчетах на прочность определяем отдельно для зубьев шестерни и колеса в следующем порядке: 1. Определяется коэффициент долговечности для зубьев шестерни К_HL1 и колеса К_{HL 2}:

;(2.22)

где N_HO - число циклов перемены напряжений, соответствующее пределу выносливости.

N_{HO 1} = N_{HO 2} =10 млн. циклов[4, стр.55, табл. 3.3.]

N - число циклов перемены напряжений за весь срок службы

N = , млн. циклов(2.23)

где ω - угловая скорость соответствующего вала, 1/с;

L_h- срок службы привода (ресурс), ч.

(2.24)

где L_r - принятый срок службы привода, летL_r =5 лет;

К_r-коэффициент годового использования,;

t_c- продолжительность смены, чt_c=8 ч;

L_с - число смен,L_с =4;

К_с- коэффициент сменного использованияК_с=0,9;

число рабочих дней году принимаем по фактическому времени работы, с учетом вынужденных простоев и времени на проведение технического обслуживания, текущего и капитального ремонта за год.

,(2.25)

N ₂ = 573· ω₂· L_h=573·12,34·357 405=2527 146422

Если N>N_HO, что получилось в данном расчете, то принимается коэффициент долговечности К_HL=1

. Определяем допускаемые контактные напряжения для зубьев шестерни и колеса:

За расчетное значение принимаем меньшее допускаемое контактное напряжение на прочность [σ]_Н=409Н/мм² - рассчитываем по менее прочным зубьям.

Допускаемое напряжение изгиба

Проверочный расчет зубчатых передач на изгиб выполняется отдельно для зубьев шестерни и колеса по допускаемым напряжениям изгиба [σ]_F1и[σ]_F2, которые определяются в порядке, аналогичном предыдущему расчету: определяется коэффициент долговечности для зубьев шестерни и колеса, который так же выбирается из условия:еслиN>N_FO=4*10⁶, то принимают К_FL=1

Допускаемые напряжения изгиба для зубьев шестерни [σ]_F1и колеса [σ]_F2

[σ]_F1 = К_FL1·[σ]_FО1 =1,0·256=256 Н/мм²(2.26)

[σ]_F2 = К_FL2·[σ]_FО2 =1,0·196=196 Н/мм²(2.27)

Дальнейший расчет выполняем по меньшему значению [σ]_F=196 Н/мм², т.е. по менее прочным зубьям.

а) Определяем значение межосевого расстояния

Из условия контактной выносливости активных поверхностей зубьев[5. стр. 186]

,мм,(2.28)

Т₅ - вращающий момент на тихоходном валу, Нм;

расчетное значение допускаемого контактного напряжения, [σ]_Н=409Н/мм².

передаточное число проектируемой передачи;

=1,0- коэффициент неравномерности нагрузки;

-коэффициент ширины венца по межосевому расстоянию

Тогда

415,4,мм,

Принимаем значение межосевого расстояния:

α_w=400 мм (из стандартного ряда [4 табл. 13.15]).

б) Определяем нормальный модуль зацепления:

,мм,(2.29)

где  - вспомогательный коэффициент для прямозубых передач;

делительный диаметр колеса, мм;

ширина венца колеса, мм.

,(2.30)

,(2.31)

принимаем

тогда,мм,

принимаем: [4. стр. 62]

в) Определяем суммарное число зубьев шестерни и колеса

(2.32)

г) Определяем число зубьев шестерни:

(2.33)

, принимаем 30

д) Определяем число зубьев колеса:

(2.34)

е) Определяем фактическое значение передаточного числа:

;(2.35)

,

ж) Проверяем межосевое расстояние:0

,(2.36)

з) Определяем основные геометрические параметры передачи:

Диаметр делительных окружностей:

(2.37)

,

Диаметр вершин зубьев:

(2.38)

,

,

Диаметр впадин зубьев:

(2.39)

,

,

Определяем ширину шестерни:

,мм,(2.40)

Окончательную ширину шестерни определим при компоновке передачи.

и) Производим проверку контактных напряжений:

(2.41)

Определяем окружную силу, действующую в зацеплении:

,кН,(2.42)

,

Определяем окружную скорость колес и степень точности передачи:

,м/с,(2.43)

,

при такой скорости принимаем 8 степень точности [4. табл. 4.2. стр.64]

Определяем коэффициент нагрузки:

(2.44)

, [4 стр. 61] для приработавшихся зубьев;

- для прямозубых колес (4 стр. 64);

методом интерполировании в зависимости от скорости:, [4 табл. 2.3.]

,

(условие выполнено)

к) Производим проверку напряжений изгиба зубьев шестерни и колеса:

Определяем коэффициент нагрузки:

(2.45)

значения [4 стр. 66] для приработавшихся зубьев; коэффициент динамической нагрузки [4 табл. 4.3]тогда:

Коэффициент распределения нагрузки по зубьям: для прямозубых[4. стр. 66].

Коэффициент учитывающий наклон зубьев

Коэффициент формы зуба шестерни и колеса,методом интерполировании в зависимости от числа зубьев по (4 табл. 4.4.),

Проверяем зубья на выносливость по напряжениям изгиба:

(2.46)

(2.47)

,

,

Полученные данные сводим в таблицу 2.4

Таблица 2.4-Параметры зубчатой цилиндрической передачи

Определяем нагрузки на приводном валу: Валы редуктора испытывают два вида деформации - изгиб и кручение. Деформация изгиба валоввызывается силами в зубчатом зацеплении закрытой передачи и консольными силами со стороны открытой передачи и муфты. Определяем силы в зацеплении проектируемой зубчатой передачи:

а) Определяем окружную силу действующую в зацеплении:

,кН,(2.48)

,

б) Определяем радиальную силу, действующую в зацеплении:

,кН,(2.49)

,

в) Определяем консольную силу со стороны муфты на быстроходном валу:

,кН,(2.50)

,

(Сила перпендикулярна оси вала и направлена в сторону противоположную силе  - худший случай нагружения).

г) Строим силовую схему нагружения валов редуктора:

; ;

Расчет проводим на кручение, по пониженным допускаемым напряжениям с целью компенсирования влияния изгиба. Значение крутящего момента берется по результатам энергокинематического расчета.

а) Первая ступень вала - быстроходный вал

Определяем диаметр шейки вала, воспринимающей крутящий момент от редуктора (через муфту).

,(2.51)

где  -допускаемое напряжение при кручении, для стальных валов, 15....25МПа.

Выходной вал редуктора и приводной вал открытой цилиндрической передачи соединяются посредством муфты, поэтому предварительный диаметр приводного вала согласуем с посадочным диаметром муфты.

Минимальный диаметр вала получаемd₁=90мм.

Длина первой ступени валапод полумуфту

 (2.52)

Принимаем d₁=90мм,l₁=135мм.

б) Вторая ступень вала - промежуточная

Высота буртика для опоры полумуфты 5мм принимаем d₂ = 100 мм,

l₂=167ммназначаем конструктивно, исходя из размеров в корпусе.

в) Третья ступень вала

Рассчитана под вспомогательную опору (подшипник качения), поэтому диаметр вала на этом участке согласуем с диаметром внутреннего кольца подшипника.

d₃ = d₂ + 2t,(2.53)

где t - высота буртика, определяется по справочным таблицам в зависимости от диаметра ступени.

d₃= 100 + 2·5=110мм.

Длина третьей ступениl₃ min=T

где Т - ширина подшипника. Полная длина третьей ступени назначается с учетом ширины подшипника, толщины крышки и стенки корпуса. Принимаем l₃=113,5мм.

г) Четвертая ступень вала - вспомогательная

Служит для обеспечения конструктивных особенностей реконструкции привода. Диаметр вала принимаем по внутреннему диаметру подшипника качения с занижением на 1 мм для обеспечения свободной насадки при монтаже.

d₄=d_подш -1 = 119,мм.

Длина ступени выбирается конструктивно, принимаем d₄ =119мм, l₄=574мм.

д) Пятая ступень вала

Длина пятой ступени L_{5 min}= Т=35 мм

где Т - ширина подшипника. Принимаем: d₅ = 120мм, l₅ = 38 мм.

е) Шестая ступень вала - упорный буртик.

Диаметр выбираем, ориентируясь на подшипник и исходя из конструктивных особенностей конструкции.

Принимаем:d₆ = 165 мм, l₆ = 17 мм.

ж) Седьмая ступень вала - посадочное место шестерни. Принимаем: d₇= 145 мм, l₇ = 370 мм.

з) Восьмая ступень вала - под подшипник качения.

Диаметр сечения этого участка и длина определены исходя из конструктивных особенностей и предполагаемого подшипника. Принимаем: d₈ = 130 мм, l₈ = 68 мм.

и) Фаски по ступеням вала принимаем в зависимости от диаметра вала:

ф90 - 2,5мм; ф100-130 - 4мм.

Валы монтируются на опорах, которые определяют положение вала, обеспечивают вращение, воспринимают нагрузки и передают их. Основной частью опоры являются подшипники, которые по принципу работы различают на подшипники скольжения и подшипники качения, которые имеют наибольшее применение. Их достоинствами являются: малые потери на трение и незначительный нагрев, малый расход смазки, небольшие габариты в осевом направлении, невысокая стоимость (массовое производство), высокая степень взаимозаменяемости. Эти подшипники могут воспринимать радиальные, радиально-упорные и комбинированные нагрузки.

Выбор типа и размеров подшипников качения определяется характером нагрузки, ее величиной и направлением; диаметром цапф вала и частотой его вращения; долговечностью подшипника; нагрузочной способностью.

Основными требованиями к опорам приводного вала являются: высокая грузоподъемность, жесткость, способность передавать достаточно большие мощности, незначительная окружная скорость, способность воспринимать преимущественно радиальные нагрузки (т.е. нагрузку, действующую перпендикулярно оси вращения подшипника).

Особенностью данного проекта является использование существующих посадочных мест. Исходя из перечисленных требований, наиболее подходящим являются подшипники шариковые двухрядные сферические ГОСТ 5720-75. Размеры подшипников выбираем по размерам цапф вала. Эти подшипники устанавливаются в корпусе привода. В дополнительную (центральную) опору устанавливаем роликовый радиальный подшипник ГОСТ 8328-75. Техническая характеристика подшипников приведена в таблице 5.

Таблица 2.5 -Техническая характеристика используемых подшипников

Работоспособность подшипников качения в значительной степени зависит от рациональности конструкции подшипникового узла, качества его монтажа и регулировки.

Для относительно длинных валов, каковым является рассматриваемый приводной вал (его длина 1474,5 мм), левая опора закреплена в корпусе.

Подшипник фиксируется жестко, т.е. это фиксирующая опора. Внутреннюю обойму зажимаем торцевой шайбой, наружную крышкой, которая крепится к корпусу болтами. Центральный роликовый подшипник фиксируется по внутренней обойме буртиком, а по наружнойв упор с противоположной стороны крышкой.

Правая опора является поддерживающей и играет второстепенную роль. Поэтому фиксируется только верхняя обойма подшипника, т.е. опора является плавающей. Благодаря ейподшипник имеет возможности осевого перемещения в корпусе (для компенсации температурных удлинений и укорочении вала).

На основе эскизной компоновки составляем расчетную схему вала, при этом производится схематизация конструкции опор, действующих нагрузок. Подшипники, воспринимающие только радиальные нагрузки, представляем как шарнирно-подвижные опоры.

.2.14 Определение реакций в опорах подшипниковых узлов

Исходные данные для расчета

; ;

Определяем опорные реакции в точках А, В и D, для этого используем правило крутящих моментов, вращая поочередно все силы в той или иной плоскости вокруг точек сечений, в результате чего получаем значения неизвестных реакцийR_A, R_B иR_D.

а) Горизонтальная плоскость:

Для решения поставленной задачи из трех неизвестных воспользуемся способом разделения балки на две простейшие. Сечение произведем по точке С (координата ), заменив ее опорой, имеющей реакцию R_С.

Правая отсеченная часть:

,отсюда выражаем

;

,отсюдавыражаем

,

Делаем проверку,ОY:

(расчет верен)

Левая отсеченная часть:

, отсюда выражаем

Делаем проверку,ОY:

(расчет верен)

б) Вертикальная плоскость:

Для решения поставленной задачи из трех неизвестных воспользуемся способом разделения балки на две простейшие. Сечение произведем по точке S (координата ) заменив ее опорой, имеющей реакцию.

Левая отсеченная часть:

Определяем реакции опор

, отсюда

,

, отсюда

,

 (расчет верен)

Правая отсеченная часть:

,отсюда

Делаем проверку,ОX:

 (расчет верен)

Делаем общую проверку по балке:

ОX:(расчет верен)

Определяем суммарные радиальные реакции в опорах:

5,863 кН

42,983 кН

31,204 кН

а) Горизонтальная плоскость:

Справа -налево

=

=

б) Вертикальная плоскость:

На шестерне:

г) Определяем суммарные изгибающие моменты в опасных сечениях:

Момент на шестерне:

1,348 кН*м

4,915 кН*м

Опора D:

д) Определяем крутящий момент:

По полученным данным строим эпюры изгибающих и крутящих моментов.

Уточненный расчет выполняется как проверочный, с целью определения коэффициента запаса усталостной прочности в опасных сечениях вала.

Расчет выполняется в паре с ориентировочным. Цель расчета - определить коэффициенты прочности в опасном сечении вала и сравнить их с допустимым.

Признаком опасных сечений является:

·        пиковое значение нагрузок - моментов;

·        наличие источников концентраций напряжений (канавок, шпоночных пазов, посадок с натягом).

Исходные данные:

конструкция и размеры вала (с эскизной компоновки);

материал вала - сталь 40Х;

величина крутящего момента (из энерго-кинематического расчета);

величина и направление сил, действующих на вал (из расчетной схемы вала).

Расчет вала на выносливость и заключение о работоспособности вала.

Самый большой изгибающий момент в сечении вала4.915кН*м - подшипниковая опора В.

а) Определяем нормальное напряжение в опасном сечении:

(2.54)

где осевой момент сопротивления сечения вала, мм³.

(2.55)

, тогда

(2.56)

где полярный момент сопротивления сечения вала, мм³.

(2.57)

, тогда

в) Определяем коэффициенты концентрации нормальных и касательных напряжений для расчетного сечения вала:

(2.58)

(2.59)

где: эффективные коэффициенты концентрации напряжений, принимаем по [4. табл. 11.2] ;

 коэффициент влияния абсолютного размера поперечного сечения, принимаем по [4. табл. 11.3]

 коэффициент влияния шероховатости, принимаем по [4. табл. 11.4]

 коэффициент влияния поверхностного упрочнения по [4. табл. 11.4]

г) Определяем пределы выносливости в опасном сечении вала, Н/мм²:

(2.60)

(2.61)

где:  - пределы выносливости гладких образцов при симметричном цикле изгиба и кручения, принимаем по [4. табл. 2.1], тогда

д) Определяем коэффициенты запаса прочности нормальным и касательным напряжениям:

(2.62)

(2.63)

е) Определяем общий коэффициенты запаса прочностив опасном сечении:

(2.64)

где:

8,5

8,5> 1,5, следовательно, проверочный расчет вала на выносливость в опасном сечении вала в отношении прочности прошел.

Муфтами называются устройства для соединения валов между собой и для передачи вращающего момента. Муфты подбирают в зависимости от расчетного крутящего момента , при определении которого необходимо учитывать вид двигателя, величину масс, деталей, соединенных с муфтой и степень неравномерности их вращения.

Для данных условий эксплуатации принимаем зубчатые муфты, которые подбираем из условий величины расчетного момента и диаметров валов, которые они соединяют.

Величина расчетного момента:

,Нхм(2.65)

где Т - действующий крутящий момент, передаваемый муфтой.

 =1,0коэффициент, зависящий от типа двигателя

 =1,2степень равномерности вращения вала

;

.

Имеем диаметр проектируемого вала 90мм, диаметр выходного вала стандартного редуктора 80мм, диаметр входного вала стандартного редуктора 38мм, диаметр вала двигателя 60мм.

Принимаем по [7] муфты зубчатые типа МЗ 3ГОСТ 5006-83 со стороны двигателя и МЗ 5 со стороны проектируемого привода, состоящие из двух втулок и обойм.

Установку муфт на валах производим при помощи шпонок, посадка Н7/к6.

Для соединения вала с деталями, передающими вращение, применяют шпонки. Наиболее часто практикуется выбор призматических шпонок из стали 45, Ст 6. Размеры шпонок стандартизированы и выбираются по ГОСТу в зависимости от диаметра вала - d.

На приводном валу при помощи шпонки фиксируется и передает вращающий момент от шестерни на колесо; диаметр участка вала d=145мм. Размеры шпонки: ширина шпонки b=(0,25…0,30)d, тогда для d=145, b=36.25…43.5мм.

Принимаем по ГОСТ 8788-68 шпонку 40×22, длину шпонки назначают из стандартного ряда так, чтобы она была несколько меньше длины ступицы. Принимаем l=330мм.

Напряжение смятия узких граней не должно превышать допускаемого, тоесть должно соблюдаться условие:

или(2.66)

Соединения проверяем на смятие:

Допускаемое напряжение

Условие прочности на смятие выполняется.

Шпонку проверяем на срез:

(2.67)

Допускаемое напряжение на срез:

Условие прочности на срез выполняется.

Применяем призматическую шпонку 40×22×330ГОСТ 8788-68.

Аналогично выбираем и рассчитываем шпонку для установки зубчатой муфты.

При d=90 мм по ГОСТ 8788-68 сечение шпонки b×h=25×14

(2.68)

Условие прочности на смятие выполняется.

Проверяем шпонку на срез

Условие прочности выполняется.

Применяем шпонку 25×14×110 ГОСТ 8788-68

.3 Проектирование гидравлического привода прижимных роликов наматывающего устройства

Исходные данные

1.      Вид механизма - наматывающее устройство агрегата продольной резки рулонов АПР-1500. Прижимные ролики.

2.      Тип оборудования - механическое оборудование, снабженное гидроприводом.

.        Тип гидродвигателя- поступательного движения.

.        Максимальное осевое усилие гидроцилиндра-R_max=8000кГс=78431 Н.

.        Максимальная скорость на выходном звене гидроцилиндра-V_max=0,1м/с.

.        Ход поршня - 125мм.

.        Способ монтажа аппаратуры - стыковой

Тип гидродвигателя исполнительного механизма поступательного движения, то есть гидроцилиндр (ГЦ).

Гидроцилиндр - цилиндр в котором рабочие камеры образованы рабочими поверхностями корпуса и поршня со штоком. Цилиндр имеет две полости: поршневую А - часть рабочей камеры, ограниченную рабочими поверхностями корпуса и поршня и штоковую Б - часть рабочей камеры, ограниченную рабочими поверхностями корпуса, поршня и штока. В нашем случае цилиндр двухстороннего действия с односторонним подвижным штоком.

Рабочим двигателем Р задаемся, руководствуясь техническими характеристиками приводов, стандартных гидроцилиндров и насосов и рядом максимальных давлений, регламентируемых ГОСТ 6540 - 68.

В нашем случае номинальное давление  МПа.

Из условия, что , находим рабочее давление:

,(2.69)

,

а) Диаметр поршня (D) гидроцилиндра определяем по формуле (5.2.)

, мм,(2.70)

где  и - давление соответственно в напорной «А» и сливной «Б» полостяхгидроцилиндра  = 8,3 МПа; = 0,3 МПа;

 и  - значенияотношения диаметра штока к диаметру поршня

соответствующих полостей цилиндра принимается с учетом выбранной конструкции ГЦ, так как гидроцилиндр с односторонним штоком, то =0;  (принимаем ).

б) Диаметр штока (d) поршня определяем по формуле (2.71.)

(2.71)

По полученному значению диаметра поршня из справочника [2, стр.52, табл. 3.5] выбираем стандартный гидроцилиндр двухстороннего действия с односторонним штоком, у которого . по ОСТ2 Г29-1-77 (ТУ2-053-1652-83), выбранные значения диаметров поршня и штока следующие:  и .

Уточняем значение .

Выбранный гидроцилиндр проверяем по условию обеспечения максимального осевого усилия при рабочем ходе, то есть. , где  и  - эффективные рабочие площади поршней левой полости «А» соответственно стандартного и расчетного гидроцилиндра.

(2.72)

, выбор сделан правильно.

Определяем эффективную рабочую площадь со стороны штоковой полости «Б» соответственно

(2.73)

Определяем теоретическое усилие на штоке без учета сил трения и инерции:

(2.74)

где  - перепад давления в рабочих полостях;

 - рабочая площадь поршня, м².

Определяем фактическое усилие на штоке:

(2.75)

где - теоретическое усилие на штоке;

 - механический КПД.

Выбираем по [8. стр. 98 табл. 3,34] типоразмеры уплотнений для гидроцилиндра при  и

для уплотнения поршня применяем манжеты 125х105 ГОСТ 14896-74 - 1шт.,

для уплотнения штока применяем манжеты М63х71 ГОСТ 22704-77 в кол. 4шт.,

для неподвижного уплотнения гильзы применяем кольца 120-125-30 ГОСТ 9883-73 в кол. 1шт.,

для неподвижного уплотнения соединения гильзы с трубопроводами применяем - кольца 040-045-30 ГОСТ 9833-73 в кол. 2шт.,

грязесъемник 3-63 по ГОСТ38-551-74 в кол. 1шт.

Составление принципиальной схемы привода начинаем от гидроцилиндра.

В составлении схемы используем стандартный гидроцилиндр, выбирая его по справочнику. Принципиальная схема изображена на рисунке 2.11.

На схеме рис. 3.2 следующие обозначены:

ГЦ - гидроцилиндр, 1-125-125 ОСТ2 Г29-1-77 (2, стр.51, табл. 3.4);

ДР1; ДР2 - дроссель с обратным клапаном КВМК25G11 (2, стр.158);

Г31; Г32 - односторонний гидрозамок М-4КУ20/320 (2, стр.111);

РР - распределитель с электроуправлением

ВЕХ16.34.41.6.А.В.220-50 (2, стр.88);

Н - насос БГ12-24М (2, стр.19);

Ф - фильтр напорный 2ФГМ32-25К (2, стр.307);

КП - гидроклапан давления Г54-34М (2, стр.120);

ЭМ1; ЭМ2 - электромагниты золотника;

ГБ - гидробак.

Описание работы привода по циклам

. В исходном положении гидрораспределителя «0»

электромагниты ЭМ1 и ЭМ2 выключены. Потоки жидкости распределяются следующим образом:

Н - Ф - КП - ГБ.

. Быстрый подвод (БП): Включается ЭМ1.

Гидрораспределитель включается в позицию «а».

. Стоп. Выключен ЭМ1: Гидрораспределитель включится в позицию «0». Потоки жидкости распределяются следующим образом: Н - Ф - КП - ГБ.

. Быстрый отвод (БО). Включается ЭМ2.

Гидрораспределитель включается в позицию «в».

. Стоп. Выключен ЭМ2.

Гидрораспределитель включится в позицию «0».

Потоки жидкости распределятся следующим образом: Н - Ф - КП - ГБ.

.3.5 Расчет и выбор насосной установки

Выбор насосной установки осуществляется исходя из требуемых расхода жидкости и давления в гидроприводе. Определим максимальный расход жидкости, необходимый для питания гидродвигателя.

Для цилиндра с односторонним штоком:

; (2.76)

;(2.77)

где , - максимальные расходы жидкости соответственно при быстром подводе и быстром отводе;

 - максимальная скорость гидроцилиндра при рабочем ходе.

Номинальная подача насоса  должна превышать наибольший из этих расходов, т.е.

; .

Определяем давление на выходе из насоса по формуле:

; (2.78)

где - суммарные потери давления в линии, соединяющей насос с гидродвигателем при рабочем ходе.

На основании полученных значений  и  из справочника [2. стр.18 табл. 2.1.] выбираем насос типа пластинчатый нерегулируемый, тип БГ12-24М.

Основные параметры насоса БГ12-24М:

Рабочий объем, см³ - 56;

Номинальная подача, л/мин - 73,9;

Давление на выходе из насоса, МПа:

номинальное - 12,5.

предельное - 14,0.

Частота вращения, об/мин:

номинальная - 1500.

максимальная - 1500.

минимальная - 1500.

Номинальная мощность, кВт:- 19,6.

КПД при номинальном режиме работы, не менее

объемный- 0,88;

полный - 0,77.

Ресурс при номинальном режиме работы, час., не менее - 1500;

Предельное значение уровня звука при номинальном режиме работы, дБА -81.

Масса, кг, не более - 22.

По выбранному насосу выбираем насосную установку.

Насосная установка - это совокупность насосного агрегата и гидробака, конструктивно оформленных в одно целое. Как правило, насосная установка комплектуется гидроаппаратурой, манометрами и кондиционерами рабочей среды (фильтрами, маслоохладителями).

Насосная установка типа С-250 [2, стр.397].

Шифр обозначения установки С-250, основное исполнение; без отсека для смазки;

-С250-ВВ-12-73,9-22-2-2-4-Э-УХЛ4. ТУ-053-1843-87Е.

- исполнение по высоте (2210 мм.) - основное исполнение;

С - тип насосной установки;

- вместимость бака, л. (250);

В - с воздушным маслоохладителем;

В - тип насосного агрегата;

- шифр номинального давления насоса (12,5 МПа);

,9 - номинальная подача насоса (л/мин);

- номинальная мощность электродвигателя (кВт);

- тип первого гидроаппарата предохранительного блока (ПГ52-2);

- условный проход первого гидроаппарата предохранительного блока (20 мм.);

- номинальное давление настройки первого гидроаппарата (20 МПа);

Э - наличие разгрузки по электрическому сигналу (разгрузка есть);

УХЛ4 - климатическое исполнение и категория размещения.

Выбираем гидроаппаратуру из справочника [2] по величине расхода и рабочего давления в той линии, где установлен аппарат.

Гидроклапан давления:

Г54-34М по ТУ2-053-1628-83Е.

Диаметр условного прохода, Д_у=20 мм;

Давление на входе (МПа), номинальное - 20;

Расход масла, л/мин: ; .

Номинальный переход давлений, МПа - 0,6.

Фильтр напорный 2ФГМ32-25К по ТУ2-053-1778-86Е

Номинальный расход 80л/мин, при номинальной тонкости фильтрации, мкм - 25;

Номинальное давление, МПа - 32;

Номинальный переход давлений, МПа - 0,1.

Гидрораспределитель с электроуправлением В.ЕХ.16.34.41.6.А.В220-50

ГОСТ 24679-81

В - гидрораспределитель золотниковый;

ЕХ - вид управления - электрогидравлическое;

- диаметр условного прохода (мм.);

- исполнение по гидросхеме;

- номер конструкции;

- диаметр условного прохода пилота (мм.);

А - тип магнита - маслонаполненный;

В220-50 - вид тока - переменный;

Диаметр условного прохода, Д_у=16 мм.;

Номинальное давление - 32 МПа;

Расход масла, л/мин - 100;

Потери давления, МПа - 0,8.

Гидрозамок односторонний типа КУ

М-4КУ20/32,0 по ТУ2-053-1615-82Е

М - исполнение по присоединению -стыковое;

- конструктивное исполнение;

КУ - гидрозамок односторонний;

- диаметр условного прохода, мм.;

,0 - номинальное давление, МПа.

Расход масла номинальный, л/мин - 100;

Номинальный перепад давлений, МПа - 0,45.

Дроссель с обратным клапаном.

КВМК25G1.1 по ТУ2-053-1753-85Е

Диаметр условного прохода, Д_у=25 мм;

Расход масла, л/мин: номинальный - 160;

Рабочее давление, МПа: номинальный - 32;

Потери давления при полностью открытом дросселе, МПа - 0,2;

Потери давления в обратном клапане, МПа - 0,15;

Масса, кг - 3,2.

Внутренний диаметр трубопровода определяется по формуле:

; (2.79)

Где Q - максимальный расход жидкости в трубопроводе.

При выборе значения  (рекомендуемая скорость течения жидкости в трубопроводе) необходимо руководствоваться рекомендациями СЭВ РС 3644-72 (2, стр. 447).

Для напорных линий = 4 м/с;

Для напорно-сливных = 2 м/с;

Для сливных линий = 2 м/с.

Максимально допустимая толщина стенки  трубопровода:

; (2.80)

где  Р - максимальное давление жидкости в трубопроводе (12,5 МПа);

 - предел прочности на растяжение материала трубопровода, для стали

=340 МПа;

 - коэффициент безопасности; =2÷8, принимаем =4.

Трубопроводы разбиваем на участки и производим расчет для каждого участка.

Напорная линия - участки (0-5; 20-21)

Рассчитываем на = 73,9 л/мин = 0,00123 м³/с; = 4 м/с.

,

,

Наружный диаметр трубы:

,

Для данного участка выбираем трубы стальные бесшовные холоднодеформированные по ГОСТ 8734-75 -34×1,6 ГОСТ 8734-75

Материал труб и технические требования к ним по ГОСТ 8733-87

Напорно-сливные линии

а) участки (8-9; 10-11)

Рассчитываем на ; =2 м/с

,

,

Наружный диаметр трубы:

,

Для данного участка выбираем трубы стальные бесшовные холоднодеформированные по ГОСТ 8734-75 -32-×2,0 ГОСТ 8734-75

Материал труб и технические требования к ним по ГОСТ 8733-87

б) участки (12-13; 14-15)

Рассчитываем на ;.

,

,

Наружный диаметр трубы:

,

Для данного участка выбираем трубы стальные бесшовные холоднодеформированные по ГОСТ 8734-75

Труба 34×1,6 ГОСТ 8734-75

Материал труб и технические требования к ним по ГОСТ 8733-87

Сливная линия: участки (18-19; 22-23)

а) участок 18-19

Рассчитываем на

; Р=0,9 МПа.

,

,

Наружный диаметр трубы:

,

Для данного участка выбираем трубы стальные бесшовные холоднодеформированные по ГОСТ 8734-75

Труба 42×1,6 ГОСТ 8734-75.

б) участок 22-23

Рассчитываем на = 73,9 л/мин = 0,00123 м³/с; ; Р=0,9 МПа.

,

,

,

Для данного участка выбираем трубы стальные бесшовные холоднодеформированные по ГОСТ 8734-75

Труба 34×1,6 ГОСТ 8734-75.

Материал труб и технические требования к ним по ГОСТ 8733-87.

Блок управления состоит из электрогидравлического распределителя типа ВЕХ 16.34 и двух односторонних гидрозамков типа КУ марки М-КУ20/320. Гидрораспределитель ВЕХ16.34 управляются с помощью пилота с электрическим управлением марки ВЕ6.

От насоса жидкость поступает к отверстию «Р» в корпусе гидроблока. Затем через отверстие «Р» гидрораспределителя ВЕХ 16.34 в зависимости от положения золотника, жидкость подается к отверстию «А» или «Б».

При рабочем ходе жидкость из отверстия «А» гидрораспределителя подходит к отверстию «А» плиты гидроблока и попадает в гидрозамок отверстие «А₃». Из «А₃» гидрозамка жидкость поступает в отверстие «Б₃» и отверстие «Б₁» плиты гидроблока, затем по трубопроводу к дросселю КВМК25G1.1, встроенному в трубопровод. Масло проходит через обратный клапан и попадает в левую полость цилиндра. Из правой полости цилиндра жидкость поступает к дросселю. Обратный клапан запирается, весь поток жидкости идет через дроссель, попадает в плиту гидроблока отверстие «А₁». Для того, чтобы открыть гидрозамок, жидкость подается в отверстие «Ру» плиты, затем в отверстие «Ру» гидрозамка. Далее жидкость попадает в отверстие «Б₂» гидрозамка, в отверстие «Б» плиты гидроблока, в отверстие «Б» гидрораспределителя, в отверстие «Т» гидрораспределителя. Затем жидкость попадает в отверстие «Т» плиты гидроблока и сливается в бак. При быстром отводе жидкости аналогичным способом из отверстия «Б» гидрораспределителя, плиты гидроблока, гидрозамка, дросселя с обратным клапаном поступает в правую полость гидроцилиндра жидкость идет на слив.

Потери давления  в гидроаппаратах определяется по формуле (2.81):

,МПа, (2.81)

где  - давление открывания или настройки аппарата (для распределителей, фильтров и дросселей );

А и В - коэффициенты аппроксимации экспериментальной зависимости потерь давления в аппарате от расхода жидкости через него;

Q - расход жидкости через аппарат.

Коэффициенты А и В определяются по формулам (2.82) и (2.83):

(2.82)

(2.83)

где  - номинальныйрасход жидкости через аппарат;

 - потери давления в аппарате при номинальном расходе.

Напорная линия

Фильтр напорный 2ФГМ32-25КТУ2-053-1778-86Е.

,

,

,

,МПа,

,

,

Гидрораспределитель ВЕХ 16.34ГОСТ 24679-81

,

,

,

,

,

,

,

Гидрозамок М-4КУ20/320ТУ2-053-1615-82Е

,

,

,

,

,

,

,

Дроссель с обратным клапаном КВМК25G1.1ТУ2-053-1753-85Е.

,

,

;,

,

,

,

Сливная линия

Дроссель с обратным клапаном КВМК25G1.1ТУ2-0-53-1753-85Е.

,

,

,

;

,

,

,

Гидрозамок М-4КУ20/320ТУ2-0-53-1615-82Е:

,

,

,

,

,

,

Гидрораспределитель ВЕХ 16.34ГОСТ 24679-81:

,

,

; ,

,

,

,

Сумма потерь давления аппаратов напорной линии:

,

Сумма потерь давления аппаратов сливной линии:

,

За рабочую жидкость принимаем индустриальные И-20А (ГОСТ 20799-75)

; ;;.

Определяем число Рейнольдса (Re)по формуле (2.84):

, (2.84)

где  - фактическая скорость течения жидкости в трубопроводе;

υ - кинематический коэффициент вязкости жидкости.

Скорость течения жидкости определяем по формуле (2.85):

, л/мин,(2.85)

где - площадь внутреннего сечения трубы на данном участке;

 - расход жидкости на данном участке.

Для гладких круглых труб, а также для отверстий в корпусе гидроблока управления

Если , то режим течения жидкости турбулентный,

если  - режим ламинарный.

При работе потерь давления трубопроводы разбиваем на участки, имеющие одинаковый внутренний диаметр.

Потери давления  на вязкое трение определяем по формуле:

,Мпа, (2.86)

где

 - плотность рабочей жидкости;

 - расход жидкости в линии;

 - коэффициент гидравлического трения на i-том участке;

; ;  - соответственно длина, внутренний диаметр и площадь внутреннего сечения на i-том участке;

n_e - число участков.

Для гладких цилиндрических трубопроводов коэффициент  определяется по формулам: при ламинарном течении (2.87):

, (2.87)

Расчет потерь давления при рабочем ходе на участках:

а) Находим  - площадь внутреннего сечения трубы на данном участке:

,

,

,

,

,

Находим  - фактическую скорость течения жидкости на данном участке:

,

,

,

,

,

Находим число Рейнольдса на данном участке трубопровода:

,

,

,

,

Находим  - коэффициент гидравлического трения на данных участках

,

,

,

,

Находим потери давления  на вязкое трение на данном участке:

,

,

,

,

,

Местные потери () складывается из потерь в различных местных сопротивлениях () и определяются по формуле (2.88):

, Мпа,(2.88)

где- коэффициент i-того местного сопротивления, который определяется по справочнику [2. стр. 448];

 - площадь внутреннего сечения трубопровода перед i-тыми сопротивлениями.

 - расход жидкости, м³/с;

 - плотность рабочей жидкости, кг/м³.

Определяем местные потери для участка (0-1):

,

Заключительным этапом является расчет суммарных потерь давления в напорной и сливной линиях.

,(2.89)

, (2.90)

где , - потери давления в гидроаппаратах на сливной и напорной линиях, МПа;

,  - местные потери давления в напорной и сливной линиях, МПа.

Результаты расчета сводим в таблицу 2.9.

,

,

По результатам расчетов уточняем расчет и выбор гидронасоса по давлению.

,

.

Давление выбранного насоса БГ 12-24М составляет , что больше , следовательно насос подходит для работы данного гидропривода.

3. Технологическая часть

.1 Разработка технологического процесса детали шестерня

Шестерня является меньшим зубчатым колесом зубчатой передачи (пары). Зубчатые передачи являются наиболее распространенными типами механических передач и находят широкое применение во всех отраслях машиностроения, в частности: в металлорежущих станках, автомобилях и т.д.; в приборостроении и часовой промышленности и др. Их достоинствами являются: компактность, высокий КПД, постоянство передаточного числа; они создают относительно небольшие нагрузки на опоры валов, долговечны, надежны.

Недостатки: сложность изготовления точных передач; возможность шума и вибрации при недостаточной точности изготовления и сборки; невозможность бесступенчатого регулирования частоты вращения.

Данная шестерня служит для передачи вращательного момента от приводного вала через зубчатое колесо на вал барабана агрегата продольной резки, для чего шестерня насажена на вал (отверстие диаметром 145Н7 по оси шестерни).

Для обеспечения передачи вращательного момента, в отверстии шестерни имеется шпоночный паз под шпонку, которая служит для фиксации шестерни на валу и обеспечивает передачу вращения.

Деталь относится к классу «зубчатая втулка», представляет собой цилиндр Ø 256мм, отверстием Ø 145Н7 и длиной 370мм, на поверхности которого нарезан зуб. Передача прямозубая. Отверстие Ø 145Н7 не имеет усложняющих элементов.

Заменители стали 40Х - стали 45Х, 40ХФ, 40ХР.Особенность стали - трудносвариваемость; назначение - валы, оси, ответственные детали машин.

Рабочий чертеж (см. ниже) обрабатываемой детали содержит все необходимые сведения, дающие полное представление о детали, то есть все проекции, разрезы, совершенно четко и однозначно объясняющие её конфигурацию, и возможные способы получения заготовки. На чертеже указаны все размеры с необходимыми отклонениями, требуемая шероховатость обрабатываемых поверхностей, что для данной детали достаточно. Чертеж содержит все необходимые сведения о материале детали. Рабочий чертеж соответствует действующим на сегодняшний день стандартам.

Определим в соответствии с заданной шероховатостью поверхности квалитеты и допуска на все поверхности:

а) Наружная поверхность - предварительно обрабатывается под нарезание зубашероховатость поверхности по ГОСТ 2789-73 - Rz40

Обозначение шероховатости поверхности по ГОСТ 2789-59 -v4

Ø256(_-81)h9, получение данного параметра требует предварительного и чистового точения;

б) Поверхность вращения - обрабатывается до шероховатости поверхности по ГОСТ 2789-73 - Ra2,5.

Обозначение шероховатости поверхности по ГОСТ 2789-59 - v6

Ø145(⁺⁴⁰) H7, получение данного параметра требует чистового растачивания;

в) Торцевая поверхность - торцевое точение в размер l = 370; соответствует классу чистоты v6, получение данного параметра требует чистового точения

г) Протягивание шпоночного паза - шероховатость поверхности Rz20

д) Зубонарезание производим за 3 прохода - 2 черновых и 1 чистовой.

Материал шестерни рекомендован для данного вида деталей, не содержит дефицитных и дорогостоящих добавок, поэтому считается недорогим. Отличается механическими и технологическими свойствами, удовлетворяющими требования к механическим свойствам детали, и, благодаря простой форме изделия, его жесткости, позволяет вести обработку с использованием оптимальных режимов резания, использовать стандартные инструменты и приспособления, для закрепления на станке.

Сталь 40Х подвергается термической обработке, что позволяет получить детали с заданными механическими свойствами.

Деталь характеризуется простой конфигурацией наружного контура зубчатого колеса, так как наиболее технологичными являются зубчатые колеса плоской формы без выступающих ступиц. Это позволит исключить искажения формы при ТО.

Учитывая размеры шестерни, в качестве способа получения зубьев, рационально использовать нарезание методом обкатки (огибания) червячной фрезой. Форма шестерни позволит достаточно производительно провести зубообработку.

При изготовлении зубчатых колес особое внимание уделяется точности обработки базовых поверхностей, определяющих положение заготовки при зубонарезании, а, следовательно, и точность зубчатого колеса. Положение заготовки будет определяться цилиндрическим отверстием Ø145H7, чем и объясняется назначение 7 квалитета точности на обработку, что может быть достигнуто шлифованием.

Положительным следует считать наличие в отверстии двух фасок, что облегчит протягивание шпоночного паза. Нетехнологичные элементы конструкции: большая длина зубчатого венца; большая длина шпоночного паза. Из-за большой длины детали, а значит и сквозного отверстия в ней, увеличенный расход металла и повышенная трудоемкость.

Геометрическая погрешность применяемых станков обеспечит указанные на чертеже допускаемые отклонения размеров, шероховатости, взаимного расположения поверхностей. Размеры, заданные на чертеже, контролируются непосредственным измерением. Технологические измерительные базы совместимы, что обеспечит изготовление с заданной точностью.

Для изготовления заготовки будем рассматривать следующие способы:

свободная ковка. Метод выполнения заготовки определяется назначением и конструкцией заданной детали, материалом, техническим требованиями, а также, что немаловажно, экономичностью изготовления. Составим два варианта технологического процесса изготовления шестерни по технологической себестоимости и выявим наиболее приемлемый вариант.

Общие исходные данные:

Материал детали: сталь 40Х ГОСТ 4543-71

Масса детали m = 100,4кг

Годовая программа N = 500 штук.

Стоимость заготовки по первому варианту - прокат

а) Определяем объем заготовки:

принимаем припуски на обработку:

по диаметру с=7+2,5=9,5мм,

по длинеb=1.4·2=2,8мм.

,(3.1)

б) Определяем массу заготовки:

, (3.2)

гдеV₁ - объем заготовки, см³;

ρ- удельный вес стали, (ρ = 7,85 г/см³) m₃ - 7,85· 20,63·10³ = 161,94·10³г =162кг.

в) Определяем стоимость заготовки:

,(3.3)

Где С₁- Стоимость 1тонны заготовок, принятых за базу, руб.;

Q - масса заготовки, кг;

q - масса готовой детали, кг;

S_отх. - цена 1 т отходов, руб.

Стоимость кованых заготовок (полученных на молотах, прессах, горизонтально-ковочных машинах и электровысадкой) определяется следующим образом. За базу принимается стоимость 1 т штамповок С₄=373 руб. (штамповки из конструкционной углеродистой стали массой 2,5...4 кг, нормальной точности по ГОСТ 7505-74, 3-й группы (степени) сложности, 2-й группы серийности. (Прейскурант № 25-01, 1981 г.). Поправочные коэффициенты выбираются по следующим данным:

а) в зависимости от точности штамповок по ГОСТ 7505-74 значения коэффициента к_т принимаются: повышенная точность- 1,05; нормальная - 1;

б) в зависимости от марки материала штамповки значения коэффициента к_мсоставляют: для углеродистой стали 08-85 - 1; стали 15Х-50Х - 1,13; стали 18ХГТ-1,15; ЗОХГТ - 1,21; стали ШХ15 - 1,77; стали 12ХНЗА-ЗОХНЗА - 1,79.

в) значения коэффициентов к_с и к_в приводятся в табл. 2.12. Коэффициент к_п определяется из условия: если объем производства заготовок(годовая программа) больше значений, указанных в табл. 2.13., принимают к_п=0,8, в остальных случаях - к_п=1,0.

Принимаем: к_с=0,77; к_в=0,7; к_п=1,0; к_т=1; к_м=1,13.

а) Определяем объем заготовки, с учетом, что она имеет отверстие Ø132мм:

V₃ = (V₁ - V₂), см³;

б) Определяем массу заготовки:

где: V₃ - объем заготовки, см³;

р - удельный вес стали, (ρ = 7,85 г/см³).

в) Определяем стоимость заготовки:

,(3.4)

где:C₁ -базовая стоимость 1 т заготовок, руб.;

к_т, к_с, к_в, к_м, к_п-коэффициенты, зависящие от класса точности, группы сложности, массы, марки материала и объема производства заготовок.

Q - масса заготовки, кг; q -масса готовой детали, кг;

S_отх - цена 1тонны отходов, руб.

Экономический эффект для сопоставления способов получения заготовок, при которых технологический процесс механической обработки не меняется, может быть рассчитан по формуле:

,

где- стоимость сопоставляемых заготовок, руб.

В результате технико-экономических расчетов, путем сопоставления вариантов себестоимости готовой детали из двух видов заготовок, пришли к выводу, что для получения данной детали выгоднее использовать заготовку из проката.

Припуск на обработку поверхности детали может быть назначен по справочным таблицам, ГОСТам, или на основе расчетно-аналитического метода определения припусков (по методу доктора технических наук, профессора В.М.Кована).

По методу проф. Кована В.М., величина промежуточного припуска должна быть точной, чтобы при удалении этого припуска устранялись погрешности обработки и дефекты поверхностного слоя, полученные на предшествующих операциях, а также, погрешности установки обрабатываемой детали, возникающие на выполняемой операции.

Величину минимального промежуточного припуска составляет следующие факторы:

R_ZA -высота неровностей, полученная на предшествующей операции; зависит от способа обработки, режима резания и условий выполнения предшествующей операции.

Т_A - состояние и глубина поверхностного слоя предшествующей операции; подлежит полному или частичному удалению в ходе выполняемой операции.

Q_A - пространственное отклонение относительно базовых поверхностей заготовки (кривизна осей, коробление, отклонение от целостности и т.п.).

ε_в - погрешность установки.

Поскольку Q_{A и}ε_в представляют собой векторы, их суммарное значение определяется сложением по правилу квадратного корня:

Симметричный припуск на диаметр наружных и внутренних поверхностей тел вращения составляет:

,

Рассчитываем припуски на обработки и промежуточные предельные размеры на поверхность Ø 256h9 шестерни.

Наостальные обрабатываемые поверхности назначим припуски и допуски по таблицам ГОСТ 7505 - 74.

Технологический маршрут обработки поверхности Ø256h9 состоит из обтачивания предварительного получистового и окончательного. Обтачивание производятся в трех кулачковом патроне.

Если базирование при обработке наружной поверхности осуществляется по наружному диаметру и торцу с установкой в трех кулачковом самоцентрирующемся патроне, то есть идет совмещение установочной и измерительной баз, то погрешность базирования равна нулю [1. табл. 127 стр.443]. Погрешность закрепления[1. табл. 128 стр.447]:

Суммарное значение пространственных отклонений для различных видов заготовок и механической обработки: стержневые детали (валы ступенчатые, рычаги и др.) с базированием по крайней ступени (поверхности) - консольно:

,шт,

ρ = 370 - заготовки

ρ = 200 - после чернового точения [1. табл. 151 стр.461]

ρ=20 - после получистового точения [1. табл. 151 стр.461]

Определяем припуски на обработку:

Под черновое обтачивание:

определяем максимальный припуск на размер:

Под окончательное обтачивание:

определяем максимальный припуск на размер:

Диаметр заготовки вычисляется, начиная с конечного (чертежного) размера путем последовательного прибавления расчетного минимального припуска каждого технологического перехода в мм:

После чистового точения:

d_mjn=256+2,30=258,30 мм;

d_max=256+4,05=260,05 мм;

После чернового точения:

d_mjn=258,30 +3,29=261,59 мм;

d_max=260,05 + 7,74=267,79 мм;

В соответствии с полученными данными принимаем для производства шестерни Прокат диаметром 270мм.

Записав в соответствующей графе расчетной таблицы 3.6. значения допусков на каждый технологический переход и заготовку, в графе «Наименьший предельный размер» определим их значения для каждого технологического перехода, округляя расчетные размеры увеличением их значений. Наибольшие предельные размеры вычисляем прибавлением допуска к округленному наименьшему предельному размеру.

Принадлежность зубчатого колеса к деталям класса «втулка зубчатая» с учетом его конструкции позволяет выбрать следующую схему технологического процесса его изготовления. При выборе схемы обработки руководствовались следующими соображениями: за первоначальную базу обработки выбираем необработанную поверхность, которая должна быть концентрична обрабатываемым поверхностям, а необработанные торцевые плоскости должны быть параллельны обрабатываемым торцевым поверхностям.

Обработку начинаем с подрезки торца, для создания базы для последующих операций, и обработки наружной цилиндрической поверхности. Это позволит сверлить отверстия, используя обработанную установочную базу. Базой для дальнейшей обработки будут посадочная поверхность отверстия и торец. Чистовая токарная обработка выполняется с установкой на оправке, что и позволит обеспечить концентричности наружной поверхности шестерни - посадочной поверхности отверстия - перпендикулярность обработанных торцевых поверхностей относительно оси отверстия. Предварительное чистовое нарезание зубьев выполняется на зубофрезерном станке. Базой является отверстие и торец.

Установить заготовку в трехкулачковом патроне.

. Подрезать торец Ø270мм начисто

. Проточить Ø 258,5 на l=200мм

Установить заготовку в трехкулачковом патроне.

. Подрезать торец Ø270мм начисто

. Проточить Ø 258,5 на длину l=200мм

. Сверлить Ø50 l=370

. Сверлить Ø80 l=370

. Расточить с Ø80 до Ø144,8на длину l=370мм

Горизонтально - протяжная

Установить заготовку

. Протянуть шпоночный паз b36 j_s9 наl=370мм

Токарная

Установить заготовку на оправке

. Точить Ø 256h9 начисто

. Снять 2 фаски 6х45°

Внутришлифовальная предварительная

Шлифовать Ø144,4 на l=370

Зубофрезерная

Установить заготовку на столе станка

. Фрезеровать зуб начерно

. Фрезеровать зуб начисто

Слесарная

1. Острые кромки притупить фасками.

040 Термическая обработка

Закалка + ТВЧ

Внутришлифовальная

Шлифовать Ø 144,4 наl=370ммначисто

Контрольная

. Контролировать размеры согласно техническим требованиям чертежа.

Обкатка

. Проверить площадь контакта зубьев шестерни и колеса по масляному пятну в сборке.

Технологический план обработки заготовки представлен в приложении.

Операция 1 - Токарная:

1. Подрезать торец поверхности Ø270 (заготовка из проката) (начерно), t=2мм.

. Подрезать торец поверхности Ø270 (начисто), t=1,4мм.

. Проточить Ø270 до Ø264,25 на l= 200мм (начерно), t=2,875мм.

. Проточить до Ø258,5 на l = 200мм (начерно), t=2,875мм.

. Проточить до Ø256h9 на l =200мм (начисто); t=1,25мм.

Переустановить заготовку:

6.Подрезать торец поверхности Ø270 (начерно), t=2мм.

.Подрезать торец поверхности Ø270 (начисто), t=1,4мм,

.Проточить Ø270 до Ø264,25 на l= 170мм (начерно), t=2,875мм.

.Проточить до Ø258,5 на l = 170мм (начерно), t=2,875мм.

.Сверлить Ø50 насквозь l= 370мм (начерно), t=25мм.

.Сверлить Ø80 насквозь l= 370мм (начерно), t=15мм.

.Расточить до Ø143 на l= 370мм (начерно), 5 проходов по t=6,5мм.13. Расточить до Ø144,8 на l=370мм (предварительно), t=1мм.

14. Расточить канавку Ø150 l=290мм

15.Снять фаску 2,5x45° (начисто), t=L=2,5 мм. Переустановить

16. Снять фаску 2,5x45° (начисто), t=L=2,5мм.

Операция протяжная:

1.Протянуть шпоночный паз b 36 j_s9 на l= 370мм (начисто).

Операция внутришлифовальная (предварительная):

1.      Шлифовать внутреннюю поверхность Ø145Н7 на l= 370мм.

Операция зубофрезерная:

Фрезеровать зуб начерно.

Фрезеровать зуб начисто.

Операция внутришлифовальная (чистовая)

1. Шлифовать внутреннюю поверхность Ø145Н7 на l= 370мм.

Предварительное нормирование времени на операции.

Производим примерный расчет времени на токарную операцию по каждому переходу согласно маршруту обработки с применением коэффициентов. Приближенные формулы берем по приложению [12].

Определяем основное технологическое время Т₀·10 ^-3 мин.

-        Черновая подрезка торца Ø270 R_a6,3;

,037(D²-d²) = 0,037(270 ²)10^-3= 0,27мин.

-        Чистовая подрезка торца R_a1,6

,052(D²-d²) = 0,052(270 ²)10^-3 = 0,38мин.

-        Черновая обточка за один проход до Ø263 на l=200мм.

,17dl = 0,17·263·200·10^-3 = 8,94мин.

-        ЧерноваяобточказаодинпроходдоØ258,5наl=200мм.

,17dl = 0,17·258,5·200·10^-3 = 8,79мин.

Переустановить заготовку:

         ЧерноваяподрезкаторцаØ270R_a6,3

,037(D²-d²) = 0,037(270 ²)10^-3=0,27мин.

-ЧистоваяподрезкаторцаR_a1,6

,052(D²-d²) = 0,052(270 ²)10^-3= 0,38мин.

Растачивание отверстий на токарном станке за один проход R_a 13мм.

,2dl=0,2·92,2·370·10^-3=6,82 мин. Ø92,2

0,2dl=0,2·104,4·370·10^-3=7,73 мин. Ø104,4

0,2dl=0,2·116,4·370·10^-3= 8,61 мин. Ø116,4

0,2dl=0,2·128,6·370·10^-3 = 9,51 мин. Ø128,6

0,2dl=0,2·140,8·370·10^-3 = 10,42 мин. Ø140,8

Расточить до Ø144,8 на l = 370мм (начисто) под шлифование

Растачивание отверстий на токарном станке:

,18dl=0,18·144,8·370·10^-3 = 10,7мин.

Cнятьфаску2,5х45°-0,5мин. Переустановить заготовку:

Cнять фаску 2,5x45° - 0,5мин.

Горизонтально-протяжная

Протянуть шпоночный паз bЗ6 на l= 370мм (начисто)

Протягивание отверстий и шпоночных канавок (l-длина протяжки, мм),

,4·l = 0,4·1550·10^-3 =6,2мин.

Токарная чистовая

,2dl=0,2·256·370·10^-3 = 18,9мин.

Снять фаски 6х45° - 1мин.

Фрезерование

Фрезеровать зуб червячной фрезой

Определяем основное технологическое время [12 стр. 674], затраченное на фрезерование:

а) Черновое фрезерование за 2 прохода:

, (3.5)

где: L - ширина нарезаемого зуба, мм;

q - число заходов червячной фрезы;

- число обкатов в минуту черновой фрезы;

So - подача на один оборот нарезаемой шестерни;

Z - число зубьев шестерни;

L_i- величина врезания и перебега, принимаем по [7 прил.4 стр.167]:

для первого прохода: L_1i=42 мм,

для второго прохода: L_2i=31 мм,

,

,

,

б) Чистовое фрезерование за 1 проход:

, (3.6)

где: В - длина нарезаемого зуба, мм;

L1 - величина врезания, мм;

L₂=3-5 мм - величина перебега, мм

Шлифование

1.Шлифовать внутреннюю поверхность Ø145Н7 на l= 370мм.

Внутреннее шлифование отверстий по 7-му квалитету:

,5dl=0,15·145·370·10^-3= 8,1 мин

Итого общее основное время Т_о = 409,58мин

.1.11Выбор оборудования

Выбор оборудования осуществляется на основании таких данных, как метод обработки, точность обработки, расположение размеров обрабатываемых поверхностей, габаритных размеров заготовки, количество инструментов в наладке станка, обеспечение заданной производительности, эффективность использования станка по времени, мощности и др.

Характеристики станка с ЧПУ модель 16Р30Ф3

. Техническая характеристика станка 16Р30Ф3:

Наибольший диаметр заготовки, мм:

устанавливаемый над станиной, 670

обрабатываемый над станиной (без установки бортштанги), 630

обрабатываемый над суппортом, 320

Наибольшая длина устанавливаемой заготовки в центрах, мм, 1400

Наибольшая масса устанавливаемой заготовки, кг, 1500

Высота устанавливаемого резца, мм, 32

Наибольшее перемещение суппорта, мм:

по оси X 600

по оси Z 1260

Дискретность задания перемещения, мкм:

по оси X 1,0

по оси Z 1,0

Количество всего/одновременно управляемых координат 2/2

Пределы частот вращения шпинделя, об/мин, 8…2000

Пределы рабочих подач суппорта, мм/мин:

по оси X 1…4000

по оси Z 1…4000

Скорость быстрых перемещений суппорта, мм/мин:

по оси X до 7500

по оси Zдо 7500

Мощность привода главного движения, кВт, 28…30

Габаритные размеры станка, мм:

длина (с транспортёром стружки)5315

высота 2300

Масса станка, кг, 6900

Шероховатость поверхности после обработки на станке, мкм, Ra2,5

. Оснастка станка 16Р30Ф3:

устройством ЧПУ «Sinumerik 802D», приводом главного движения и приводом подач производства фирмы «Siemens»;

низковольтной аппаратурой импортного и отечественного производства;

переносным пультом импортного производства;

4^х позиционной револьверной головкой импортного производства с вертикальной осью вращения и автоматической сменой позиций инструмента, с комплектом инструментальных блоков (4 трёхсторонних токарных, 2 расточных);

3^х кулачковым самоцентрирующим патроном Ф400мм с пневмоцилиндром;

задней бабкой с гидравлическим перемещением пиноли, ручным перемещением по станине и ручным зажимом на станине;

стойкой под бортштангу (без бортштанги);

гидро-пневмоаппаратурой и импульсной системой смазки импортного и отечественного производства;

транспортёром стружки импортного производства.

Черновая обработка

Производим черновое фрезерование зубьев шестерни червячной фрезой на зубофрезерном полуавтомате мод. 5К328А[4. табл.27 стр. 42], под последующее чистовое фрезерование.

Данный станок имеет мощность электродвигателя N=10кВт и относится к IV группе станков.

Способ установки детали: на 2-оправках с установкой в центрах.

Исходные данные:

Для повышения производительности применяем двухзаходную червячную фрезу; класс точности С-10 степени точности [7. табл. 1 стр. 11].

Производим встречное фрезерование.

Основные параметры фрезы по ГОСТ 9324-80 [8. табл. 11 стр. 509]:

модуль m=8 мм;

наружный диаметр D=142 мм;

длина L=135 мм;

посадочный диаметр d=44 мм;

число зубьев Z=9;

угол заточки ξ₃ = 10°[7. прил. 2 стр. 160].

период стойкости фрезы Т = 12 час (2 табл.24 стр.476)

При нарезании зуба с модулем m=8 обработку производим за два прохода, (нечетно количеству зубьев шестерни). Общая глубина резания равна высоте зуба, а припуск на чистовое фрезерование оставляем только по боковым сторонам зуба.

а) глубина резания первого прохода:, тогда глубина резания второго прохода:

б) определяем подачу на один оборот заготовки при нарезании зуба фрезой из быстрорежущей стали Р6М5 ГОСТ 19265-73 [1 карта 1 стр.25] черновая обработка. S_o = 1,5/1,7 мм

Поправочные коэффициенты равны 1; большее значение подачи берем при числе зубьев шестерни более 30.

в) определяем скорость резания:

(3.7)

Коэффициенты и показатели степени принимаем по [2 табл.110 стр.436]: С_V= 200 - первый черновой проход;

С_V = 280 - второй черновой проход;

поправочный коэффициент на скорость резания в зависимости от марки стали равен 0,9 по [2 табл.111 стр.436].

г) соответствующее скорости число оборотов:

д) определяем мощность резания:

Принимаем нормативную мощность N_n=1,9 кВт по [1 карта 5 стр.25] Поправочные коэффициенты:

на количество осевых перемещений K_ωN =1.1 на угол наклона зубьев K_βv = 1.0,

на количество проходов K_N =0.6 первый проход; K_N =0.4- второй проход;

тогда мощность потребная на резание:

N₁=1,90·0,6·1,1=1,25 кВт,₂=1,9·0,4·1,1=0,84 кВт,

С учетом КПД станка η = 0,5

N_Э=10·0,5=5 кВт.

Следовательно, установленный режим резания по мощности станка осуществим.

е) определяем основное технологическое время [2 стр.501], затраченное на фрезерование:

, (3.8)

где: L-ширина нарезаемого зуба, мм;

q - число заходов червячной фрезы;

n_ф- число обкатов в минуту черновой фрезы;

So - подача на один оборот нарезаемой шестерни;

Z - число зубьев шестерни;

L_i - величина врезания и перебега, принимаем по [7 прил.4 стр.167]:

Для первого прохода: L_i1 =42 мм,и для второго прохода: L_i2=31 мм.

Чистовая обработка

Исходные данные:

Применяем однозаходную червячную чистовую фрезу ГОСТ 9324-80Е:

Тип I - цельная прецизионная фреза класса точности А- 6-7 степени точности

модуль m=8 мм;

наружный диаметр D=180 мм;

длина L=175 мм;

посадочный диаметр d=60 мм;

число зубьев Z=9;

угол заточки γ₃ = 10°[7. прил. 2 стр. 160].

период стойкости фрезы Т = 8 час. [9 стр.76].

а) глубина резания на 1 сторону зуба: t =0,9-1,4[5 табл. 11.стр. 674].

б) определяем подачу на один оборот заготовки при нарезании зуба фрезой: при заданной шероховатости поверхности Rz=40 мкм по [9 табл. 23.стр. 81]S₀ = 1,0/2,0мм

в) определяем скорость резания:

Принимаем нормативную скорость резания Vн=23 м/мин по [1карта 6 стр.31]

Поправочные коэффициенты:

на количество осевых перемещений K_ωV =1.0, на угол наклона зубьев K_βv =1.0,на количество проходов K_N=1,0 на класс точности фрезы Δ_V=0.8, тогда скорость резания:V = 23·0.8 = 18.4 м/мин;

г) соответствующее скорости число оборотов:

По паспорту станка n=40 (1/мин), тогда:

д) определяем основное технологическое время [2 стр.501] затраченное на фрезерование:

, (3.9)

где: В - длина нарезаемого зуба, мм;

L₁- величина врезания, мм;

L₂=3-5 мм - величина перебега, мм;

Режимы резания для остальных операций принимаем по справочной литературе, после чего заполняем таблицы режимов резаний по ГОСТ 3.1105-74.

Рассчитываем норму времени для токарной операции

Норма штучно-калькуляционного времени определяется по формуле:

, мин, (3.10)

Где Т_пз - подготовительно-заключительное время,

Т_о - основное (технологическое) время,

Т_в- вспомогательное время.

Выбираем подготовительно-заключительное время

·    получение инструмента до работы и сдача после работы - 10мин.

·   на наладку станка, инструмента и приспособлений- 26мин.

-на дополнительные приемы - 5мин.

Т_пз = 10+26+5=39, мин,

Выбираем вспомогательное время, оно включает в себя установку и снятие детали, смену инструмента, управление станком, измерение детали. Выбираем по таблицам:

Определяем оперативное время:

Т_оп =Т_О +Т_В =56,59+11,5=68,1, мин,

Определяем время на обслуживание рабочего места: принимаем 3% от оперативного времени:

Т_ОБ = Т_оп · 0,03=68,1·0,03 = 2, мин,

Определяем время, связанное с перерывом на отдых и естественные надобности: принимаем 4% от оперативного времени:

Т_отди_ен = Т_оп·0,04 68,1·0,04 = 2,7, мин,

,

Для остальных операций определяем штучно калькуляционное время по таблицам с использованием коэффициентов приведения.

Т_ш-к =ф_кТ_о,мин,(3.11)

где значение коэффициента ф_к

Зубофрезерные станки -1,66;

Протяжные станки -1,73.

Круглошлифовальные станки - 1,55

Тогда:

Протяжная Т_ш._к= ф_к·Т_о =2 ·1,73·6,2=10,7 мин

Шлифовальная Т_ш._к= ф_к·То =1,55 · 54=83,7 мин

Зубофрезерная Т_ш._к= ф_К·Т_О=273,5·1,66=454 мин

Тип производства по ГОСТ 3.1108-74 характеризуется коэффициентом закрепления операций К_З.О., который показывает отношение всех различных технологических операций, выполняемых подразделением в течение месяца к числу рабочих мест.

,(3.12)

где  - суммарное число различных операций,

- явочное число рабочих

Согласно ГОСТ 14.004-74, принимается: для массового производства К_З.О.=1;

для крупносерийного 1 ≤ К_З.О.≤ 10., среднесерийное К_З.О.≤ 0,9

Рассчитываем коэффициент закрепления операций для разработанного технологического процесса:

Токарная Т_шт=72,9 мин

Протяжная Т_шт=10,7 мин

Шлифовальная Т_шт=83,7 мин

Расчетное количество станков составит:

, (3.13)

гдеN - годовая программа, штук (500шт.)

Т_шт- штучное или штучно-калькуляционное время

F_Д- действительный годовой фонд времени (F_Д=4029час.)

η _з.н.- нормативный коэффициент загрузки оборудования. Принимаем 0,75

Коэффициент закрепления операций:

т.е. производство будет среднесерийным.

Формы организации технологических процессов в соответствии с ГОСТ 14.312-74 зависят от установленного порядка выполнения операций технологического процесса, расположения оборудования, количества изделий и направления их движения в процессе изготовления. Установлены две формы организации технологических процессов - групповая и поточная.

Решение о целесообразности поточного производства принимается на основании сравнения заданного суточного выпуска изделий и расчетной суточной производительности поточной линии при двухсменном режиме работы и ее загрузке не менее 60%.

Заданный суточный выпуск изделий:

, (3.14)

Где Т_пз - подготовительно-заключительное время,

Т_о - основное (технологическое) время,

Т_в - вспомогательное время.

Выбираем подготовительно-заключительное время

·    получение инструмента до работы и сдача после работы - 10мин.

·   на наладку станка, инструмента и приспособлений- 26мин.

-на дополнительные приемы -5мин.

Т_пз = 10+26+5=39мин.

Выбираем вспомогательное время, оно включает в себя установку и снятие детали, смену инструмента, управление станком, измерение детали. Выбираем по таблицам:

Определяем оперативное время:

Т_оп =Т_О +Т_В =56,59+11,5=68,1, мин,

Определяем время на обслуживание рабочего места: Принимаем 3% от оперативного времени:

Т_ОБ = Т_оп · 0,03=68,1·0,03 = 2, мин,

Определяем время, связанное с перерывом на отдых и естественные надобности: Принимаем 4% от оперативного времени:

Т_отди_ен = Т_оп·0,04 68,1·0,04 = 2,7, мин,

, мин, (3.15)

, мин,

,шт,

При групповой форме организации производства запуск изделий производится партиями с определенной периодичностью, что является признаком серийного производства. Количество деталей в партии для одновременного запуска:

(3.16)

Где а- периодичность запуска в днях.

Корректируем размер партии:

,шт,

Определяем число деталей в партии, необходимых для загрузки оборудования на основных операциях в течение целого числа смен:

,шт,(3.17)

где476 - действительный фонд времени работы оборудования в смену, мин

,8 - нормативный коэффициент загрузки станков в серийном производств. Следовательно, имеем среднесерийное производство с групповой формой организации технологических процессов.

Программа для токарных станков с ЧПУ МC2109, HЦ-31

Тип станка токарный ст. 16А20Ф3С43 с ЧПУ.

Чертеж КП 151001.10.15.000.

Шестерня Z=30.

ИНСТРУМЕНТ Т1- подрезной «острый» резец.

Размерная привязка инструмента Т1 - по X=270.000мм; Z=0.000 мм.

ИНСТРУМЕНТ Т8-радиусный резец пластина фирма «Sandvik» R=6.350мм. - {выбираем для более точной обработки}

Размерная привязка инструмента Т8 - по X=282.700мм; Z=6.350мм.

{Программа на ЧПУ составляется в абсолютной системе координат}

M3 - {вращение шпинделя по часовой стрелке}

S175 - {число оборотов шпинделя в десятичном коде}

T1 - {позиция резца}

F5 - {подача резца}

Z 5 000~ - {быстрое позиционирование резца по Z}

X 267 000~ - {быстрое позиционирование резца по X}

Z -372000 - {передвижение резца по Z, снятие 3мм по ø}

X 280 000~ - {возврат резца в начальное положение} Z 5000~ - {возврат резца в начальное положение}

X 264 000~ - {быстрое позиционирование резца по X}

Z -372000 - {передвижение резца по Z, снятие 3мм по ø} Z 5000~ - {возврат резца в начальное положение}

X 261 000~ - {быстрое позиционирование резца по X}

Z -372000 - {передвижение резца по Z, снятие 3мм по ø} Z 5000~ - {возврат резца в начальное положение}

X 259 000~ - {быстрое позиционирование резца по X}

Z -372000 - {передвижение резца по Z, снятие 3мм по ø} Z 5000~ - {возврат резца в начальное положение}

X 257 000~ - {быстрое позиционирование резца по X}

Z -372000 - {передвижение резца по Z, снятие 3мм по ø} S0 - {число оборотов шпинделя 0}T8 - {позиция резца}

M3 - {вращение шпинделя по часовой стрелке}

S200 - {число оборотов шпинделя в десятичном коде}

F5 - {подача резца}

Z 7 000~ - {быстрое позиционирование резца по Z}

X 250 675~ - {быстрое позиционирование резца по X}

Z 6 350 - {подход резца в начальную точку точения по Z}

X 269700*- {снятие фаски 6х45}

Z -3 163

Z -366837 - {передвижение резца по Z, снятие 0,5мм по ø}

X 250675*- {снятие 2ой фаски 6х45}

Z -376350280 000~ - {возврат резца в начальное положение} Z 7000~ - {возврат резца в начальное положение}

X 249 261~ - {быстрое позиционирование резца по X}

Z 6 350 - {подход резца в начальную точку точения по Z}

X 268700*- {снятие фаски 6х45}

Z -3 370

Z -366 630 - {передвижение резца по Z, снятие 0,5мм по ø}

X 249261*- {снятие 2ой фаски 6х45}

Z -376350280 000~ - {возврат резца в начальное положение} Z 5 000~ - {быстрое позиционирование резца по Z}- {число оборотов шпинделя 0}- {остановка шпинделя}- {конец программы}

.2 Проектирование червячной модульной фрезы

Рассчитать и сконструировать червячную чистовую однозаходную фрезу для нарезания цилиндрических зубчатых колес с эвольвентным профилем. Угол зацепления α=20°, модуль m_n=8;7-я степень точности. Материал - сталь 40Х. Нарезание колес производится на станке 53 А 50.

Для изготовления зубчатого колеса 7-ой степени точности выбираем червячную фрезу по ГОСТ 9324-80 2 типа, класса точности А.

Фреза цельная, общего назначения, по виду обработки - чистовая, изготавливается на базе архимедова исходного червяка.

В осевом сечении такой червяк имеет трапецеидальный профиль и представляет собой обычный винт с канавками.

В торцевом сечении имеет профиль архимедовой спирали.

Основные конструкционные и расчетные размеры фрезы принимаем по ГОСТ 9324-80.

Основные габаритные размеры d_ao=125мм, d_oтв=40;z₀=9;L=132. [7. табл. 13.23. стр. 530]

Шаг по нормали:

. (3.18)

Толщина зуба по нормали:

мм. (3.19)

(3.20)

Высота ножки:

Полная высота профиля зуба:

(3.21)

(3.22)

Наружный диаметр фрезы:

Число зубьев:

Величина затылования: при угле на вершине зуба  ;

(3.23)

Принимаем К=8

Величина дополнительного затылования у фрез со шлифованным профилем:

(3.24)

Принимаем К₁=11

Средний расчетный диаметр фрезы:

(3.25)

Угол подъема витков фрезы:

(3.26)

Теоретический шаг винтовой канавки:

(3.27)

Шаг между витками по оси:

(3.28)

(3.29)

Глубина канавки у фрез со шлифованным профилем:

(3.30)

Угол канавки: при θ=25°

Радиус закругления дна канавки:

(3.31)

Диаметр отверстия под оправку:

Диаметр вытачки:

(3.32)

Диаметр буртиков:

(3.33)

Принимаем

Длина буртиков: при m>8l_б=5мм

Общая длина фрезы: принимаем по ГОСТ 9324-80L=132мм

Для нарезания зубчатого колеса выбираем зубофрезерный станок модели 5А326.

Техническая характеристика станка:

. Наименьший диаметр обрабатываемых зубчатых колес, мм750

. Наибольший модуль зубьев обрабатываемых зубчатых колес, мм10

. Наибольшая ширина обрабатываемых зубчатых колес, мм300

. Наибольший угол наклона зуба обрабатываемого колеса, градусы+20

. Диаметр стола, мм650

. Наибольший диаметр червячной фрезы, мм200

. Количество чисел скоростей шпинделя фрезы7

. Пределы чисел оборотов шпинделя фрезы, об/мин 37,5-157

. Наименьшая и наибольшая вертикальная подача на 1оборот стола, мм/об 0,5-4

. Мощность электродвигателя, кВт 7

. Вес станка, кг8300

. Габаритные размеры, ммдлина3195ширина1605высота2235

В ходе проектирования были произведены расчеты геометрических параметров режущей части фрезы, ее основных углов, размеров винтовых стружечных канавок; размеров профиля нарезки фрезы в осевом сечении конструктивных размеров фрезы, а также выбран станок для нарезки зубчатого колеса и дана его техническая характеристика

Заключение

В ходе работы над дипломным проектом была выявлена необходимость реконструкции агрегата продольной резки АПР-1500 установленного на участке №2 цеха гнутых профилей (ЦГП).

Основными пунктами реконструкции агрегата АПР-1500 стали:

Реконструкция механического привода моталки агрегата;

Реконструкция гидропривода исполнительного механизма моталки;

- Основными целями реконструкции стали:

повышение надёжности оборудования;

повышение производительности;

снижение времени простоев по механическому оборудованию на 10 - 15 %.

В данном проекте спроектирован привод наматывающего устройства агрегата АПР 1500. Привод состоит из следующих элементов машин: передачи, соединения, муфты, подшипниковых узлов. В процессе проектирования был затронут целый ряд разнообразных задач. Помимо разработки механизма, способного выполнять требуемые функции в течение заданного срока службы, были учтены требования технологии, эксплуатации, обслуживания и транспортировки. Для того чтобы удовлетворить эти требования были выполнены и представлены расчеты: кинематический, прочностные и силовые; из множества форм, которые можно придать детали, из множества материалов, обладающих разнообразными свойствами, были выбраны такие, которые позволяют на выгоднейшим образом использовать эти свойства для повышения эффективности и надежности конструкции.

В данном проекте были задействованы стандартные изделия (подшипники, муфты, редуктор, шпоночные соединения).

При эскизном проектировании выполнены расчеты и эскизы, которые дают полное представление об устройстве конструкции и исходные данные для разработки рабочих чертежей.

Разработаны и представлены чертежи общего вида привода наматывателя и сборочного узла приводного вала, которые содержат окончательные решения, дающие представление об устройстве конструкции. Каждый размер, каждая линия на чертеже обоснованы расчетами, ГОСТами, практическими рекомендациями.

В проекте рассмотрены все этапы и особенности проектирования с использованием существующих конструкций для удешевления реконструкции без потери работоспособности проектируемого узла и самой машины.

При разработке технологического процесса механической обработки цилиндрической шестерни применили тип оборудования, который позволил добиться точности обработки, соблюдения установочных и габаритных размеров заготовки, обеспечил заданную производительность, эффективность использования станков по времени и мощности. При разработке технологии изготовления шестерни составлены маршрутная и операционные карты на каждый технологический переход.

Произведен расчет и конструирование червячной черновой двухзаходной фрезы применяемой при нарезании зуба цилиндрической шестерни.

При выполнении дипломного проекта разработан гидропровод разжима - зажима сегментов моталки с применением стандартной гидроаппаратуры отечественного производства вместо импортной.

В проекте разработаны автоматизированная система управления технологической операцией порезки рулонной заготовки на дисковых ножницах.

В разделе безопасность и экологичность проекта проведен анализ безопасных и здоровых условий труда в цехе.

Дана характеристика вредных и опасных производственных факторов, влияющих на здоровье и работоспособность человека. Разработаны меры технического и организационного характера по предотвращению воздействия вредных и опасных производственных факторов на человека.

Расчет эффективности реконструкции агрегата АПР-1500 показал целесообразность реконструкции с экономической точки зрения. Произведен расчет экономического эффекта от реконструкции и срока окупаемости реконструкции:

предполагаемый годовой экономический эффект составит 1 463,132 тыс. руб.,

срок окупаемости данной реконструкции составил 0.08 года

За счёт применения в реконструируемом приводе агрегата более дешевых узлов, деталей и материалов, а также за счёт повышения надёжности оборудования предполагается снижение затрат на запасные части и ремонтные материалы.

Снижение затрат на ремонтные материалы приведёт к уменьшению эксплуатационных затрат и снижению себестоимости производства.

В графической части дипломного проекта были выполнены:

-        производственная схема цеха ЦГП-2;

-        сборочный чертеж АПР-1500;

         чертеж привода агрегата моталки агрегата АПР-1500;

         чертеж приводного вала моталки;

         чертеж шестерни и технологические наладки её изготовления;

         чертеж фрезы червячной модульной;

         чертеж гидроблока управления и корпуса блока управления;

         план участка №2 ЦГП;

         плакат технико-экономических показателей реконструкции.

деталь заготовка агрегат электродвигатель

Список использованных источников

1.      Детали машин. Методические указания к курсовому проекту. Оформление текстовой документации. - Вологда: ВПИ, 1996. - 19с.

.        Анурьев, В.И. Справочник конструктора машиностроителя/ В.И. Анурьев: в 3-х т. Т1 - Москва: Машиностроение, 1992. - 816 с.

.        Анурьев, В.И. Справочник конструктора машиностроителя/ В.И. Анурьев: в 3-х т. Т2 - Москва: Машиностроение, 1992. - 632 с.

.        Анурьев, В.И. Справочник конструктора машиностроителя/ В.И. Анурьев: в 3-х т. Т3 - Москва: Машиностроение, 1992. - 540 с.

.        Дунаев, П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин/ П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов. - Москва: Высшая школа, 1985. - 416 с.

.        Иванов, М.Н. Детали машин/М.Н. Иванов. - Москва: Высшая школа, 1991. - 383 с.

.        Чернавский, С.А. Проектирование механических передач/ С.А. Чернавский. - Москва: Машиностроение, 1967. - 799 с.

.        Орлов, П.И. Основы конструирования/ П.И. Орлов: в 2-х кн. Кн.1 - Москва: Машиностроение, 1988, 560 с.

.        Орлов, П.И. Основы конструирования/ П.И. Орлов: в 2-х кн. Кн.2 - Москва: Машиностроение, 1988, 587 с.

10.    Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: учебник для втузов / [Т. М. Башта, С. С. Руднев, Б. Б. Некрасов и др.]. - 2-е изд., перераб., репринт. - Москва: Альянс, 2013. - 422, [1] с.

11.    Рогозин, И. А. Система управления окружающей средой. Руководство по управлению окружающей средой: учеб. пособие / И. А. Рогозин. - Череповец: Северсталь, 2003. - 57 с.

12.         Методические указания к выполнению курсовой работы. Часть 1. Резцы и протяжки. Для специальности120100"Технология машиностроения"/ сост. С. С. Рябинин. - Вологда: ВоГТУ, 2001. - 31 с

13.    Курсовое проектирование по технологии машиностроения: учебное пособие для вузов по направлению "Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств" / Л. В. Лебедев, А. А. Погонин, А. Г. Схиртладзе, И. В. Шрубченко. - Старый Оскол: ТНТ, 2011. - 423 с.

.        Иванюков, М. И. Основы безопасности жизнедеятельности: учеб. пособие / М. И. Иванюков, В. С. Алексеев. - Москва: Дашков и К, 2010. - 237 с.

15.    Егоршин, А.П. Основы менеджмента: учебник для вузов/ А. П. Егоршин. - [3-е изд., доп. и перераб.]. - Нижний Новгород: НИМБ, 2012. - 318 с.

16.    Казначевская, Г. Б. Менеджмент: учеб. пособие для бакалавров / Г. Б. Казначевская, И. Н. Чуев, О. В. Матросова. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2013. - 365, [1] с.

.        Безопасность жизнедеятельности: учебник / под ред. Э. А. Арустамова. - 17-е изд., перераб. и доп.- Москва: Дашков и К, 2012. - 444, [1] с.

18.    Баранников, М. Ю. Экономика машиностроения: учебник для вузов / М. Ю. Баранников, А. В. Пелих. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2004. - 416 с.

19.    Абрамов, Ю. С. Справочник технолога-машиностроителя: учебное пособие / Ю. С. Абрамов, В. Л. Андреев, Б. Г. Горбунов. - Москва: Машиностроение, 1986. - 496 с.

.        Бринза, В.Н. Охрана труда в черной металлургии: учеб. пособие / В. Н. Бринза, М. М. Зиньковский. - Москва: Металлургия, 1982. - 336 с.