Проектирование технологического процесса изготовления детали Рычаг шлицевой

Корпус тисков: цельнометаллический или сварной (сварной легче); наличие наковальни обязательно; возможно применение магнитных вставок, что удобно при работе с мелкими деталями; при наличии поворотных губок желательно наличие шкалы отсчета угла поворота.3.2.3 Определение усилия закрепления, развиваемого винтовой парой тисковРезьбовое звено. Момент, приложенный к винту, необходимый для сообщения зажимающей силы Q [2, с.188]:(3.2)где dср – средний диаметр резьбы; α – угол подъема резьбы; ;t – шаг резьбы; − приведенный коэффициент трения для заданного профиля резьбы; f – коэффициент трения на плоскости; - половина угла при вершине профиля витка резьбы.Для треугольной резьбы (ГОСТ 9150-59) = 30; для трапецеидальной резьбы (ГОСТ 9484-73) = 15.Значения МР при заданных коэффициентах трения приведены в табл. 3.4.Таблица 3.4 - Значения моментов МР при заданных коэффициентах трения tgпрdнdсрd1tαtg(α+пр)ммtgпр=0,1tgпр=0,15tgпр=0,1tgпр=0,1581216207,2511,015.019,06,09,513,517,51,52,02,02,0346’319’225’155’0,16670,15870,14260,13370,21800,20980,19350,18440,604Q0,873Q1,070Q1,270Q0,790Q1,154Q1,451Q1,752QОбозначения: dн – номинальный диаметр резьбы;d1– внутренний диаметр резьбы.Рассчитаем наибольшее усилие закрепления без учета сил трения, т.е. зажимающую силу Qmax, исходя из того, что приложенный к ходовому винту тисков момент МР равен (рис. 21): (3.3)Рисунок 3.1. Схема расчета силы закрепления.где L – длина воротка тисков; Р – сила приложенная к воротку (принимаем Р = 150 Н).Согласно табл. 6 (для случая резьбы Tr.16х2) МР = 1,061Q, откуда максимальная развиваемая винтом сила, исходя из величины прикладываемого к воротку усилия, составит:Qmax = МР/1,061 = 27750/1,07 26000 Н(3.4)Момент трения, возникающий на торце винта. Рассмотрим заданный случай, когда торец винта контактирует с ответной деталью по плоской кольцевой поверхности (рис. 21).Момент Мтр, возникающий при трении на торце, определяют через давление на зажимаемую поверхность:(3.5)Момент силы трения на кольцевой элементарной площади шириной d:(3.6) (3.7) Нммгде Qср – средняя сила закрепления, принимаем равной 70% от Qmax: Qср = 0,7Qmax= 0,726000 = 18200 Н; f – коэффициент трения скольжения для материалов сталь-бронза, при трении со смазкой f = 0,05 [4, с.155].С учетом момента трения, возникающего на торце винта, действительный момент затяжки составит Мрд:(3.8)а действительная сила зажима Q (по табл. 6):Qд = МРд/1,061 = 17450/1,061 16450 Н(3.9)3.2.4 Проверочный расчет соединения винт-гайкаРасчет на прочность [1, c.40]. Ходовой винт тисков при работе в любом положении подвергается деформациям кручения моментом МР и растяжения силой Q (рис. 21). Поэтому целесообразно провести проверку резьбы по напряжениям растяжения из условия:(3.10)где d1 – внутренний диаметр резьбы винта ходового; [р] – допускаемое напряжение при растяжении.Допускаемые напряжения в долях от предела текучести указаны в табл. 3.5, а основные размеры трапецеидальной резьбы в табл. 6.Таблица 3.5 - Отношение [Р]/Т для резьбовых соединенийСтальПри постоянной нагрузке и диаметре резьбы d, ммПри переменной нагрузке от 0 до максимальной и диаметре резьбы d, мм6 – 16 16 – 30 6 – 16 16 – 30 УглеродистаяЛегированная0,20 – 0,250,15 – 0,200,25 – 0,400,20 – 0,300,08 – 0,120,10 – 0,150,120,15Принимаем согласно табл. 7 отношение [Р]/Т =0,2 (материал винта и гайки легированная сталь 40Х). Предел текучестиТ = 883 МПа определяем по [1, с.38]. Тогда [Р] = 0,2Т = 0,2883 177 МПа.(3.11)Условие выполняется.Расчет на срез витков резьбы [1, c.58]. Усилие, вызывающее срез:витков резьбы болта(3.12)витков резьбы гайкиВ этих равенствах kб и kг – коэффициенты полноты резьбы болта и гайки; для метрической резьбы kб = kг = 0,87, для трапецеидальной kб = kг = 0,65; Н – высота гайки; km – коэффициент, учитывающий неравномерность деформаций витков по высоте гайки при наличии в резьбе пластических деформаций и особенности разрушения резьбы; теоретически km= 1 лишь для соединений с равномерным распределением нагрузки между витками, разрушение которых происходит в результате чистого среза, на практике такой случай практически не реализуется, и всегда km < 1; вб и вг – пределы прочности материалов соответственно болта и гайки на срез; можно принимать в = (0,60,7)в для сталей и титановых сплавов, в = (0,70,8)в для алюминиевых и магниевых сплавов.На основании экспериментальных данных рекомендуется для практических расчетов значения коэффициента km из табл. 8 [1, c.58].Таблица 3.6 - Коэффициент km для соединений с болтами из сталейи титановых сплавоввб /вгШаг резьбыkmСв. 1,3Крупный и первый мелкийВторой и более мелкий0,7 – 0,750,65 – 0,7< 1,3Для всех шагов0,55 – 0,6Рассчитаем усилие среза для случая трапецеидальной резьбы Tr.162 материал винта и гайки сталь 40Х в = 981 МПа. Расчет произведем для винта ходового в положении, когда губки тисков разведены на максимальное расстояние 80 мм, при этом высота гайки составит Н = 30 мм. Принимаем по табл. 8 km= 0,55. Предел прочности материала винта на срез:в = (0,60,7)в = (0,60,7)981 = 588,6 686,7 МПа(3.13)Принимаем в =590 МПа.(3.14)Максимальное усилие зажима без учета сил трения: Qmax =26000 Н.Запас прочности при нормальных условиях работы составляет:раз(3.15)3.2.5 Определение сил сдвига детали, зажатой в губках тисковПризматические губки (рис. 3.2). Определение крутящего момента.Рисунок. 3.2. Схема закрепления заготовки в призматических губках тисковСогласно формуле из [7, с. 104]: (3.16)откуда (3.17)где М – крутящий момент, требуемый для сдвига зажатой заготовки (детали), Нмм; Q =16450 Н – сила зажима; f – коэффициент трения на рабочих поверхностях губок (для гладких поверхностей f =0,25); D =1052 мм, – диаметр базовой поверхности; k =1,52,5 – коэффициент запаса; = 90 - угол призмы.Определим значения крутящего момента в зависимости от диаметра заготовки D и результаты расчета сведем в табл. 9Нмм(3.17`)Таблица 3.7D, мм10162228М, Нмм387706203285294108556D, мм34404652М, Нмм131818155080178342201604Плоские губки с крестообразными канавками (рис. 3.3).Рисунок 3.3. Схема закрепления заготовки в плоских рифленых губках тисковОпределение силы сдвига Р (направление сдвига параллельно плоскости губок, f = 0,45) [7, с. 104]:H(3.18)3.2.6 Расчет узлов фиксации поворота тисковРасчет усилий фиксации вертикального поворота тисковОпределение силы затяжкиМомент, приложенный к маховику (рис. 24), необходимый для сообщения осевой силы Р1 [2, с.188]:(3.19)где dср – средний диаметр резьбы, для резьбы М160,75: dср=15,513 мм; α – угол подъема резьбы; ;t = 0,75 мм – шаг резьбы; − приведенный коэффициент трения для заданного профиля резьбы; f=0,1 – коэффициент трения на плоскости; - половина угла при вершине профиля витка резьбы.Рисунок 3.4. Механизм фиксации поворота тисков вокруг горизонтальной осиДля треугольной резьбы (ГОСТ 9150-59) = 30; для трапецеидальной резьбы (ГОСТ 9484-73) = 15.С другой стороны приложенный к маховику момент МР равен (рис. 3.4):(3.20)где L–радиус маховика; Р–сила приложенная к маховику, принимаем Р=150 Н.(3.20`)Следовательно, сила затяжки, приложенная к первому кольцу (согласно табл. 6), составит:Р1 = МР/0,991 = 5475/0,991 5525 Н(3.21)Определение несущей способности колец 1) Первая пара колец с = 30Задача: Определить создаваемый момент сопротивленияи силу сдвига.Диаметр вала (оси неподвижной губки): d = 50 мм.Высота колец: s = 0,12d= 6 мм. Расчетный коэффициент трения: f=0,1. Допустимое напряжение смятия для колец: k1 = [σсм] = 100 МПа.Число пар колец: z = 1.Угол конуса принимаем равным: а =30°;tg α=0,577; f/ tgα = 0,1/0,577 = 0,17.Коэффициент распределения сил: = 1 – (1 – 2 f / tgα) 2= 1-(1-20,17)2=0,56Крутящий момент по формуле (3.19, гл. 3)Мкр = 5∙10 –5k1d3 = 5∙10 –51005030,56 = 350 Нм.Сила сдвига по формуле (3.20, гл. 3)Рос = 0,1 k1d2 = 0,11005020,56 = 14000 Н.Ширина колец по формуле (3.21, гл. 3):l = 0,6s/tgα = 0,66/0,577=6,3 ммОбщая длина соединения согласно формуле (3.22, гл. 3):L =1,15l = 1,156,3=7,25 мм.Расчет необходимой силы затяжки (P1) произведем не по формуле 19 (гл. 3), а на основе формулы из источника [1, с. 388], это связано с тем, что в действительности мы имеем дело с разрезными кольцами и усилия необходимые для их деформации значительно меньше, чем цельных колец.Перемещение точки приложения силы относительно центра кольца (при малых углах 20) [1, с. 388]:(3.22)откудаН,где = 2 мм – перемещение точки приложения силы относительно центра кольца, определяется сжатием разрезного кольца до выбора зазора; r – расстояние от оси разрезного кольца до точки действия силы, принимаем r = rср = 30 мм; = 0,01745 рад – угол, определяющий положение действующей нагрузки, т.к. нагрузка действует равномерно по окружности и 0, примем при расчете =1; Е – модуль упругости (для стали 60С2А ГОСТ 14959-79 Е = 212000 МПа); J – момент инерции сечения кольца (где b – длина основания треугольника, h – высота треугольника); F =20,14 мм2 – площадь сечения кольца.Таким образом, необходимая сила затяжки, действующая на первое кольцо, составит:P1= Q1tgα=4967,9tg30 =2866,5 Н(3.23)Фактическая осевая сила затяжки, развиваемая при приложении заданного момента к маховику равна Р1=5525 Н. Следовательно, момент, приложенный к маховику, обеспечивает затяжку первой пары колец. Рассчитаем силу Р2, приходящуюся на вторую пару колец согласно формуле (3.6, гл. 3): Р2 = Р1 (1–2 f / tgα ) = 5525(1 – 20,12)=4200 Н(3.24)2) Вторая пара колец с = 45.Задача: Определить создаваемый момент сопротивленияи силу сдвига.Диаметр вала (оси неподвижной губки): d = 50 мм.Материал вала и корпуса – сталь.Высота колец: s = 0,12d= 6 мм. Расчетный коэффициент трения: f=0,1. Допустимое напряжение смятия для колец: k1 = [σсм] = 100 МПа.Число пар колец: z = 1.Угол конуса принимаем равным: а =45°; tg α=1;f/ tgα = 0,1/1 = 0,1.Коэффициент распределения сил: = 1 – (1 – 2 f / tgα) 2= 1-(1-20,1)2=0,36Крутящий момент по формуле (21, гл. 3)Мкр = 5∙10 –5k1d3 = 5∙10 –51005030,36 = 225 Нм.Сила сдвига по формуле (3.22, гл. 3)Рос = 0,1 k1d2 = 0,11005020,36 = 9000 Н.Ширина колец по формуле (3.17, гл. 3):l = 0,6s/tgα = 0,66/1=3,6 мм; из конструктивных соображений принимаем l =5 мм.Общая длина соединения согласно формуле (3.18, гл. 3):L =1,15l = 1,155 6 мм.Расчет необходимой силы затяжки (P2) произведем не по формуле (3.19, гл. 3), а на основе формулы [1, с. 388], по той же причине, что и в предыдущем случаеПеремещение точки приложения силы относительно центра кольца (при малых углах 20) [1]:, откуда радиальная сила Q2:здесь ; F = 16,22 мм2.Таким образом, необходимая сила затяжки, действующая на второе кольцо, составит:P2= Q2tgα=4000,97tg45 =4000,97 Н(3.25)Фактическая осевая сила затяжки, передаваемая через распорную втулку от первой пары колец равна: Р2 = 4200 Н.Следовательно, по данным расчета двух пар колец можно сделать вывод о том, что заданный момент на маховике обеспечивает затяжку и первой и второй пары колец. Расчет усилий фиксации горизонтального поворота тисковОпределение силы затяжкиМомент, приложенный к муфте (рис. 3.5), необходимый для сообщения осевой силы Р1 [2, с.188]:(3.26)где dср – средний диаметр резьбы, для резьбы М722: dср=70,701 мм; α – угол подъема резьбы; ;t = 2 мм – шаг резьбы; − приведенный коэффициент трения для заданного профиля резьбы; f=0,1 – коэффициент трения на плоскости; = 30 - половина угла при вершине профиля витка резьбы.С другой стороны приложенный к муфте момент МР равен (рис. 25):(3.27)где L–вылет рукоятки; Р–сила приложенная к рукоятке (примем Р = 150 Н).Рисунок 3.5. Механизм фиксации поворота тисков вокруг вертикальной осиСледовательно, сила затяжки, приложенная к первому кольцу, составит:Р1 = МР/4,393 = 14400/4,393 3278 Н(3.28)Определение несущей способности колец.Задача: Определить создаваемый момент сопротивленияи силу сдвига.Диаметр вала (оси неподвижной губки): d = 50 мм.Материал вала и корпуса – сталь.Высота колец: s = 0,12d= 6 мм. Расчетный коэффициент трения: f=0,1. Допустимое напряжение смятия для колец: k1 = [σсм] = 100 МПа.Число пар колец: z = 1.Угол конуса принимаем равным: а =30°; tg α=0,577;f/ tgα = 0,1/0,577 = 0,17.Коэффициент распределения сил: = 1 – (1 – 2 f / tgα) 2= 1-(1-20,17)2=0,56Крутящий момент по формуле (3.21, гл. 3)Мкр = 5∙10 –5k1d3 = 5∙10 –51005030,56 = 350 Нм.Сила сдвига по формуле (3.22, гл. 3)Рос = 0,1 k1d2 = 0,11005020,56 = 14000 Н.Ширина колец по формуле (3.17, гл. 3):l = 0,6s/tgα = 0,66/0,577=6,3 ммОбщая длина соединения согласно формуле (3.18, гл. 3):L =1,15l = 1,156,3=7,25 мм.Необходимую силу затяжки (P1) и в этом случае рассчитаем исходя из формулы [1, с. 388]:Нгде = 2 мм – перемещение точки приложения силы относительно центра кольца, определяется сжатием разрезного кольца до выбора зазора; r – расстояние от оси разрезного кольца до точки действия силы, принимаем r = rср = 30 мм; = 0,01745 рад – угол, определяющий положение действующей нагрузки, т.к. нагрузка действует равномерно по окружности и 0, примем при расчете =1; Е – модуль упругости (для стали 60С2А ГОСТ 14959-79 Е = 212000 МПа); J – момент инерции сечения кольца (где b – длина основания треугольника, h – высота треугольника); F =20,14 мм2 – площадь сечения кольца.Таким образом, необходимая сила затяжки, действующая на первое кольцо, составит:P1= Q1tgα=4967,9tg30 =2866,5 Н(3.29)Фактическая осевая сила затяжки, развиваемая при приложении заданного момента к муфте равна Р1= 3278 Н.Следовательно, момент на маховике обеспечивает затяжку этой пары колец. Рисунок 3.6. Схема для расчета на срез витков резьбыРасчет на срез витков резьбы [1, c.58].Усилие, вызывающее срез витков (рис. 3.6):резьбы болта (в нашем случае корпуса и основания)(3.30)резьбы гайки (в нашем случае муфты)(3.31)где d1=69,836 мм – внутренний диаметр резьбы болта; kб и kг – коэффициенты полноты резьбы болта и гайки; для метрической резьбы kб = kг = 0,87; Н=3–6=32мм – высота гайки; km – коэффициент, учитывающий неравномерность деформаций витков по высоте гайки при наличии в резьбе пластических деформаций и особенности разрушения резьбы. Теоретически km= 1 лишь для соединений с равномерным распределением нагрузки между витками, разрушение которых происходит в результате чистого среза, на практике такой случай практически не реализуется, и всегда km < 1. Согласно табл. 12 km= 0,55; вб и вг – пределы прочности материалов соответственно болта и гайки на срез; для сталей и титановых сплавов можно принимать (материал сталь 20):в=(0,60,7)в=(0,60,7)520=312364 МПа; принимаем в= 312 МПа.Расчет произведем для резьбы болта, т.к. Таким образом, данное резьбовое соединение способно выдержать нагрузку на срез порядка 1000 кН.ЗаключениеВ результате создания технологического процесса изготовления детали «Рычаг шлицевой», отталкиваясь от объема выпуска изделий, мы определили тип производства, выбор заготовки и метод ее получения. Описали служебное назначение и технические характеристики детали.Далее был проведен анализ технологичности изделия, в следствии чего мы определили, что данная деталь является технологичной. Мы выбрали, обосновали и графически указали технологические базы. Затем разработали общий план маршрута обработки детали. На стадии разработки технологических операций мы установили рациональную последовательность технологических переходов и рабочих ходов в операции, выбрали станок и инструмент оптимально соответствующие условиям получения детали на чертеже. Произвели расчет операционных припусков и размеров, рассчитали режимы резания и штучное время.На стадии конструкторской части выбрали и описали технологическое оборудование и средства технологического оснащения. Руководствуясь экономически выгодными показателями, а также удобством и простотой наладки, обслуживания данного оборудования, выполнен расчет зажимного приспособления. Список используемой литературыГорбацевич А. Ф., Шкред В. А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. – Мн.: Выш. шк., 1983. – 256с.: ил.Афонькин М. Г., Магницкая М. В. Производство заготовок в машиностроении. - Л.: Машиностроение, 1987. – 256 с.: ил.Балабанов А. Н. Краткий справочник технолога машиностроителя. – М.: Издательство стандартов, 1992. – 464 с.Безопасность производственных процессов: Справ./под ред. С. В. Белова. – М.: Машиностроение, 1985. – 448 с.Боголюбов С. К. Черчение: Учеб.для средних спец. учеб. заведений. – М.: Машиностроение, 1989. – 336 с.: ил.Власов А. Ф. Безопасность труда при обработке металлов резанием. – М.: Машиностроение, 1984. – 88 с.: ил.Антонюк В. Е. Конструктору станочных приспособлений: Справ. – Мн.: Беларусь, 1991.-400 с.: ил.Горохов В. А. Проектирование и расчет приспособлений: Учеб.пособие для студентов вузов машиностроительных спец. – Мн.: Выш.шк., 1986. – 238 с.: ил.Допуски и посадки: Справочник в 2-х ч./Под ред. В. Д. Мягкова. – Л.: Машиностроение, 1978.Драгун А. П. Режущий инструмент. – Л.: Лениздат, 1986. – 271 с.Инструмент для станков с ЧПУ, многоцелевых станков и ГПС/ И. Л. Фадюшин, Я. А. Музыкант, А. И. Мещеряков и др. – М.: Машиностроение, 1990- 272с.: ил.Каштальян И. А., Клезович В. И. Обработка на станках с числовым программным управлением : Справ.пособие. – МН.: Выш.шк., 1989, - 271с.: ил.Козловский Н. С., Виноградов А. Н. Основы стандартизации, допуски, посадки и технические измерения: Учеб.для учащихся техникумов. – М.: Машиностроение, 1982- 284 с.: ил.Козьяков А. Ф., Морозова Л. Л. Охрана труда в машиностроении: Учеб.для учащихся средних спец. учеб. заведений. – М.: Машиностроение, 1990. – 256 с.: ил.Медовой И. А., Уманский Я. Г., Журавлев Н. М. Исполнительные размеры калибров: Справ. В 2-х кн. – М.: Машиностроение, 1980.Нефедов Н. А. Дипломное проектирование в машиностроительных техникумах. – М.: Высш. шк.., 1986. – 239 с.: ил.Нефедов Н. А., Осипов К. А. Сборник задач и примеров по резанию металлов и режущему инструменту. – М.: Машиностроение, 1977. – 288 с.: ил.Обработка металлов резанием: Справ.технолога / А. А. Папов, В. В. Аникин, Н. Г. Бойм и др.; Под общ. ред. А. А. Папова. – М.: Машиностроение, 1988 – 736 с.: ил.Общемашиностроительные нормативы времени вспомогательного, на обслуживании рабочего места и подготовительно-заключительного на работы, выполняемые на металлорежущих станках: среднесерийное и крупносерийное производство. – М.: ВНИИ труда, 1984. – 469 с.Общемашиностроительные нормативы времени и режимов резания для нормирования работ, выполняемых на универсальных и многоцелевых станках с числовым программным управлением. Ч. 1. Нормативы времени. – М.: Экономика, 1990. – 206 с.: ил.Общемашиностроительные нормативы времени и режимов резания для нормирования работ, выполняемых на универсальных и многоцелевых станках с числовым программным управлением. Ч. 2. Нормативы режимов резания. – М.: Экономика, 1990. с.: ил.Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Ч. 1. – М.: Машиностроение, 1974. – 416 с.Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Ч. 2. – М,: Машиностроение, 1974. – 200 с.Общемашиностроительные нормативы режимов резания: Справ. В 2-х т. / А. Д. Локтев, И. Ф. Гущин, В. А. Батуев и др. – М.: Машиностроение, 1991.Общесоюзные нормы технологического проектирования предприятий машиностроения, приборостроения и металлообработки. Механообрабатывающие и сборочные цеха. ОНТП-14-86. – М.: ВНИИТЭМР, 1987. – 97 с.Охрана труда в машиностроении: Сб. нормативно-технических до-кументов. В 2-х т./ Сост. А. И. Шуминов, В. Я. Мерзляков, В. В. Аммосов. – М.: Машиностроение, 1990.Проектирование технологических процессов механической обработки в машиностроении: Учеб.пособие / В. В. Бабук, В. А. Шкред, Г. П. Кривко, А. И. Медведев; Под. ред. В. В. Бабука. – Мн.: Выш. шк., 1987. – 255 с. ил.Руководство по курсовому проектированию металлорежущих инструментов: Учеб.пособие для вузов по спец. «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты» / Под общ. ред. Г. Н. Кирсанова. – М.: Машиностроение, 1986. – 288 с.: ил.Справочник инструментальщика / И. А. Ординарцев, Г. В. Филиппов, А. Н. Шевченко и др.; Под общ.ред. И. А. Ординарцева. – Л.: Машиностроение, 1987.Справочник технолога машиностроителя. В 2-х т./ Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова – М.: Машиностроение, 1985.Ящерицын П. И., Еременко М. Л., Жигалко Н. И. Основы резания материалов и режущий инструмент.