Технологический процесс изготовления спироидного червяка спироидного редуктора

Введение

Предметом изучения курсового проекта является технологический процесс изготовления  спироидного червяка спироидного редуктора.

В  свете    развития    технологий    механической    обработки, совершенствования парка оборудования, актуальным становится применение в технологическом процессе станков с числовым программным управлением, механизированных станочных приспособлений и прочих средств автоматизации. Данные мероприятия, несмотря на  значительные первоначальные капитальные вложения, дают в перспективе экономический эффект вследствие   снижения   трудоемкости   производства, повышения   качества   обработки,   увеличения   производительности   труда и вследствие возрастания  гибкости производства.  Несомненно,  что данные  мероприятия целесообразно  рассматривать  в  строгой  привязке  к  существующему производству и уровню технического оснащения предприятия. В последние годы завод-производитель получил возможность обновления основных фондов, а это дает основания полагать, что часть средств будет вкладываться в обновление и расширение станочного парка.  Производственная    программа  по    рассматриваемому    изделию    позволяет охарактеризовать  тип  производства  как  единичное,   что  предполагает    экономическую и технологическую целесообразность применения станков с ЧПУ.

В данном проекте основными путями совершенствования технологического процесса изготовления детали представляются перевод механической обработки на станки с ЧПУ и последующею интеграцию операций. За счет этого снижается трудоемкость вследствие уменьшения вспомогательного времени на установку и переустановку  детали   и   возросшей   производительности   механической обработки благодаря применению прогрессивных режимов резания.  Данные мероприятия описываются в последующих разделах пояснительной записки.

 

 

1. Общая часть

1.1 Описание конструкции  и служебного назначения детали

Редукторы – это механизмы,  служащие для понижения угловых скоростей и увеличения крутящих моментов и выполняемые в виде отдельных агрегатов. Зубчатые редукторы имеют широкое применение, особенно в подъемно-транспортном, металлургическом,  химическом машиностроении, в судостроении и т. д.

В приводах запорной и запорно-регулирующей арматуры широкое применение нашли червячные передачи. Червячная передача предназначена для преобразования вращательного движения при скрещивающихся осях элементов передачи. В червячной, как в пределах с параллельными и пересекающимися осями, контакт имеет линейный  характер, что важно для обеспечения нагрузочной способности. Главным достоинством червячной передачи является высокий кинематический эффект, то есть в малом объеме можно получить большое передаточное число. Кроме того, червячная передача имеет высокую плавность и бесшумность работы. Важным достоинством червячной передачи является возможность самоторможения. Такое свойство используется в приводах легких грузоподъемных машин. К недостаткам червячной передачи относится пониженный коэффициент полезного действия и, как следствие, повышенная тепловая напряженность. Применяют червяки нескольких типов. Распространенными являются: архимедов, эвольвентный, конволютный.

К разновидностям передач червячного типа относятся глобоидная и спироидная передачи. В спироидной передаче цилиндрический червяк  расположен со стороны торца спироидного колеса, где нарезаны спиральные зубья.  Нагрузочная способность спироидной передачи соизмерима с глобоидной, но поскольку в спироидной передаче меньше скорость скольжения, КПД выше, чем в передаче как с цилиндрическим, так и с глобоидным червяком.  ООО УНПЦ «Механик»  выпускает спироидные редукторы, важнейшим элементом которых является червяк.

Так как зубчатые передачи в редукторе передают крутящий момент, испытывают большие нагрузки, то они должны быть достаточно прочными и износостойкими. Для уменьшения трения, нагревания при работе в редуктор заливается масло.

Техническая характеристика:

1.Вращающий момент на  выходном валу, Нм:  

-максимальный                   4300;

-допустимый (по пределу текучести)     8;

2.Передаточное отношение, U      65;

3.КПД, ƞ           0,3;

4.Допустимая частота вращения  входного вала, об/мин  180;

5.Степень защиты оболочки,  соответствующая ГОСТ 14254-96    IP66;

6. Режим работы: реверсивный, повторно-кратковременный; ПВ25%

6.Климатическое исполнение  по ГОСТ 15150    УХЛ1;

7.Диапазон рабочих температур     -60 С...+50 C;

8.Ресурс работы, циклов

(1 цикл = 0,5 об. выходного вала= «ОТКР»+«ЗАКР»)   8000;

9. Номинальный угол поворота  выходного вала, град  90.

10. Необратимость передачи      обеспечивается

 

 

 

 

 

 

1.2 Анализ технических  требований

1.2.1  Анализ  служебного назначения детали  «Червяк спироидный»

Червяк спироидный поз.11 устанавливается на подшипниковых опорах в корпусе поз 2. На хвостовик червяка устанавливается маховик (или какая – либо другая приводная деталь), осевая фиксация которого происходит с помощью шплинта.

Момент с маховика передается на хвостовик червяка с помощью призматической шпонки поз. 41. Затем через подшипниковые опоры – на витки червяка. Осевая фиксация игольчатого подшипника поз.33 осуществляется расточкой корпуса (←).Шариковый двухрядный подшипник поз.29 упирается в торец фланца поз. 4 и кольцо поз. 6. Второй шариковый двухрядный подшипник поз. 29 упирается в расточку корпуса и кольцо поз. 6. Второй игольчатый подшипник поз.32  упирается в корпус.

Момент с витков червяка передается на зубчатый венец спироидного колеса поз.12 посредством спироидного зацепления.  

Для обеспечения герметичности корпуса спироидного редуктора на шейку червяка устанавливается манжетное уплотнение поз.47.

 

 

 

 

 

 

 

 

    1.2.2 Анализ  основных и вспомогательных конструкторских  баз (КБ) детали «Червяк спироидный»

Основные базы – поверхности, оси, точки или их сочетания, принадлежащие данной детали и служащие для присоединения этой детали к другим деталям и узлам (ОКБ).

Основные конструкторские базы:

1.  Общая ось подшипниковых шеек ДЕ, d = 25js7 (±0,01) и d = 39,9h8 (±0,012) – двойная направляющая  база, отнимает 4-е степени свободы (2-е поступательные, 2-е вращательные).

2.  Торец (правый – в канавке), d = 40js7(±0.012), - опорная база, отнимает 1-у степень свободы (1-у поступательную) в зависимости от направления осевой силы.

Вспомогательные базы - поверхности, оси, точки или их сочетания, принадлежащие данной детали и служащие для присоединения к этой детали других деталей и узлов (ВКБ).

Вспомогательные базы:

1-ый  комплект  баз, связанных с базированием маховика:

1.  Ось хвостовика сd = 30h8(0,033) –  двойная направляющая, отнимает 4-е степени свободы (2-е поступательные, 2-е вращательные).

2.  Шпоночный паз  b=8Н9(+0,036)– опорная база, отнимает 1-у степень свободы (1-у вращательную).

Противоречие: боковые поверхности шпоночного паза могут отнимать 3-и степени свободы (1-у поступательную, 2-е вращательные).

3. Отверстие под шплинт  Ø6Н12(+0,12) – опорная база, отнимает 1 степень свободы (1 поступательную);

2-ой комплект  баз, связанных с базированием радиального игольчатого подшипника 942/32  ГОСТ 4060-78 без внутреннего кольца поз. 33:

1.  Ось шейки Е, d = 40js7(±0,012)– двойная опорная база, отнимает 2-е степени свободы (2-е поступательные).

3-ий комплект  баз, связанных с базированием радиального игольчатого подшипника (подшипник 942/32  ГОСТ 4060-78):

1. Ось шейки Д, d = 25js7(±0,01)– двойная направляющая, отнимает 4-е степени свободы (2-е поступательные, 2-е вращательные).

2. Торец (правый) сd = 30 - опорная база, отнимает 1-у степень свободы (1-у поступательную).

6-ой комплект  баз, связанных с базированием кольца поз. 6:

1. Ось шейки, d =30h9(-0.052), - двойная опорная база, отнимает 2-e степени свободы (2-e поступательные).

2. Торец (левый), d = 40js7(±0,012), - установочная база, отнимает 3-и степени свободы (2-e вращательные, 1-у поступательную).

7-ой комплект  баз, связанных с базированием подшипника шарикового упорного одинарного (8000Н ГОСТ 7872-89) поз. 34:

 Ось шейки, d = 40js7(±0,012), - двойная опорная база, отнимает 2-e степени свободы (2-e поступательные).

1.2.3 Анализ точностных  требований к поверхностям и  осям детали «Червяк спироидный»

Подшипники опор червяка

1)  Допуски соосности  посадочных поверхностей  d = 25js7 (±0,01) под подшипник игольчатый радиальный (942/32  ГОСТ 4060-78) поз. 32, d = 40js7 (±0,012) под радиальный игольчатый подшипник без внутреннего кольца 942/32  ГОСТ 4060-78 поз. 33,d = 40js7 (±0,012) под подшипник  шариковый упорный одинарный (ГОСТ 7872-89) относительно общей оси подшипниковых шеек (база ДЕ) назначается для ограничения перекоса игольчатых и шариковых упорных подшипников в зависимости от типа подшипника по ГОСТу 3325-85.

Для подшипника 942/32 ГОСТ 4060-78 (поз.32):

Тс. = 0,002*2,6=0,005  на d = 25js7 (±0,01), после округления Тс.= 0,01мм.

Для подшипника 942/32 ГОСТ 4060-78 (поз.32):

Тс. = 0,006*2,5=0,015  на  d = 40js7 (±0,012), после округления Тс.= 0,02мм.

Тс. = 0,006*2,5=0,015  на  d = 39,9h8, после округления Тс.= 0,02мм.

3) Допуск цилиндричности  посадочной поверхности под подшипник  качения назначается, чтобы ограничить  отклонения геометрической формы  посадочной поверхности и тем  самым ограничить отклонения  геометрической формы дорожек  сепаратора подшипника.

Т/О/ = 0,3*td, где td – допуск размера посадочной поверхности;

Для подшипника 942/32  ГОСТ 4060-78 поз. 32:

Т/О/ = 0,3*0,01 = 0,006, после округления Т/О/ = 0,006мм.

Для подшипника 407424 ГОСТ 4060-78:

Т/О/ = 0,3*0,02 = 0,006, после округления Т/О/ = 0,006мм.

Базирование маховика

1) Допуски симметричности  и параллельности шпоночного  паза относительно оси шейки  хвостовика (база Д) назначаются, чтобы  ограничить концентрацию контактных  давлений, а также для обеспечения  возможности сборки червяка с  устанавливаемой на него деталью.

Т≡ = 4·tшп, где tшп – допуск на ширину шпоночного паза; []

tшп = 0,036 мм (при ширине 8 по 9-му квалитету);

       Т≡ = 4·0,036 = 0,144, после округления Т≡ = 0,14.

       Т// = 0,6·tшп = 0,6*0,036 = 0,0216, после округления Т// = 0,02.

2) Допуск на размер  посадочной поверхности под маховик:

Т = 0,1 (d = 39,9h8(-0,022)).

3) Допуск радиального  биения оси хвостовика относительно  базовой оси ДЕ задается для  обеспечения необходимого качества  сборки червяка с маховиком  с целью уменьшения радиального, углового и осевого смещений, которые приводят к появлению  дополнительных нагрузок. 

Допуск полного радиального биения – это сумма допусков (корень квадратный из суммы квадратов допусков) отклонения от соосности и от цилиндричности. Выбираем по ГОСТ 24643-81.

Трад.биения = 0,02 мм

Поверхности для установки манжетных уплотнений

1) Допуск на размер  посадочной поверхности под манжету: Т = 0,1; d = 39,9h8(-0,022).

Назначается для обеспечения подвижного соединения червяка с уплотнением, компенсации температурных деформаций, свободной регулировки и сборки деталей.

2) Допуск радиального  биения относительно общей оси  подшипниковых шеек (база ДЕ) на  посадочную поверхность под манжету  назначается исходя из скорости  вращения червяка (n=180об/мин) для увеличения срока службы манжеты и герметичности сопряжения червяка с манжетой.

Допуск радиального биения определяется по соотношению Тр.б.≈46/n [1].

Тр.б.=46/180=0,25, после округленияТр.б.=0,25 мм.

3) Шероховатость посадочной  поверхности под манжету достигается  полированием поверхности: Ra 0,4. Назначается для обеспечения герметичности соединения и уменьшения трения.

Рабочая поверхность витков червяка

Допуск радиального биения витка червяка относительно общей оси подшипниковых шеек (база ДЕ) назначается для улучшения параметров зацепления и продления срока службы передачи.

Величина допуска назначается исходя из норм кинематической точности по ГОСТ 3675-86 и зависит от степени точности червячной передачи, от модуля и делительного диаметра червяка.

Для 8 степени точности по нормам кинематической точности червяка и d1=41,941 мм

fr=0,04 мм.

Внешний диаметр витков червяка

Допуск радиального биения относительно общей оси подшипниковых шеек (база ВГ) на внешний диаметр витков червяка назначается для уменьшения погрешности измерений, т.к. внешний диаметр витков – измерительная база.

Величина допуска назначается исходя из степени точности червячной передачи по следующей зависимости: Тр.б=0,025d+15 мкм; [     ]

Тр.б=0,025∙46+15=16,125≈20 мкм;

 

 

 

 

 

2. Технологическая  часть

2.1 Отработка детали  на технологичность

2.1.1 Качественная оценка

Для качественной оценки технологичности используют функциональные признаки, обеспечивающие требуемый уровень качества продукции  и снижение материальных и трудовых затрат (F1, F2, F3, F4, F5, F6, F7). Качественная оценка технологичности практически не может опираться на определение производственных затрат. Но,  тем не менее, необходимо получить четкое представление о том, насколько качественно реализованы  технологические функции в конструкции детали. Для этой цели воспользуемся понятием качества исполнения функции (КИФ). Под КИФ понимается отработанность (качество) конструкции детали с точки зрения обеспечения данной функции.

В процессе анализа КИФ решаются следующие задачи:

- устанавливается степень  соответствия анализируемой конструкции  детали требованиям технологичности  по рассматриваемым технологическим  функциям;

- выявляются  «слабые  места», которые лимитируют качество  объекта с позиции исполнения  данной функции;

- разрабатываются предложения.

Таблица 2.1 - Функциональные признаки качественной оценки технологичности детали.

F1	Обеспечение свободного врезания и выхода режущего инструмента
F2	Обеспечение точности (рациональные условия базирования и простановка размеров)
F3	Обеспечение высокого уровня жёсткости детали и режущего инструмента
F4	Обеспечение унификации конструктивных элементов
F5	Обеспечение удобства составления программы для станков с ЧПУ
F6	Снижение объёма ручных операций и слесарной доработки

Для каждой функции определяем коэффициент весомости по сравнению с остальными функциями. Коэффициенты весомости каждого показателя определяются экспертным путем по их приоритету ([13], стр. 10):

         F1 - K1=0.15

         F2 - K2=0.25

         F3 - K3=0.10

         F4 - K4=0.20

         F5 - K5=0.15

         F6 - K6=0.15

Экспертная оценка качества исполнения функций. Конструкция рассматриваемой детали оценивается с позиции реализации каждой функции. Используем четырехбалльную шкалу с тремя градациями.

Вербальная шкала	Балльная шкала
хорошо	4
удовлетворительно	3
неудовлетворительно	2

 F1. Обеспечить свободное врезание и выход режущего инструмента

Способы повышения технологичности (функция)	Оценка реализации функции в конструкции анализируемой детали	Результат реализации функции
Соответствие  переходной части обрабатываемой  поверхности размерам и профилю  стандартного режущего инструмента.	4	Улучшение условий настройки. Снижение трудоемкости.
Применение (по возможности) пазов, обрабатываемых дисковыми, а не концевыми фрезами.	4	Снижение трудоемкости.
Разделение поверхностей с различной степенью точности.	3	Снижение трудоемкости.
Исключение, по возможности, глухих отверстий, либо согласование формы дна отверстия с профилем инструмента.	4	Снижение трудоемкости.
Расположение торцовых поверхностей отверстий на входе и выходе инструмента перпендикулярно оси отверстия.	4	Снижение трудоемкости.
Исключение, по возможности, радиальных отверстий с цилиндрической поверхностью на входе.	4	Снижение трудоемкости.

 

F1=4*0.17+0*0.00+3*0.22+4*0.21+4*0.21+4*0.19=3.78;

 

F2. Обеспечить рациональные условия базирования.

Способы повышения технологичности (функция)	Оценка реализации функции в конструкции анализируемой детали	Результат реализации функции
Обеспечение единства конструкторских и технологических баз.	4	Повышение точности обработки. Снижение трудоемкости.
Обеспечение постоянства баз, для повышения точности обработки и концентрации операций.	3	Обеспечение возможности концентрации операций.
Обеспечение возможности предварительной обработки установочных баз.	4	Сокращение номенклатуры оснастки.
Наличие в конструкции детали внутренней или наружной поверхности, обеспечивающей, при необходимости, точное базирование детали в 3-х(4-х) кулачковом патроне.	4	Сокращение цикла обработки.

 

F2=4*0.32+3*0.34+4*0.14+4*0.20=3.66

 

F3. Обеспечить достаточно высокий уровень жесткости детали и режущего инструмента.

Способы повышения технологичности (функция)	Оценка реализации функции в конструкции анализируемой детали	Результат реализации функции
Исключение простановки размеров от линий построения, осей, острых кромок.	4	Облегчение условий контроля.
Применение цепного, координатного или комбинированного метода простановки размеров для обеспечения требуемой точности определенных размеров в конструкции детали и исключения пересчета и применения косвенного метода контроля.	4	Облегчение условий контроля.
Для  ступенчатых валов, изготавливаемых  из штучных заготовок, обеспечить  координатный метод простановки  размеров от торца, базирующегося  при обработке в патроне.	3	Облегчение условий контроля.

 

F3=4*0.36+4*0.30+3*0.34=3.66;

 

F4. Обеспечить достаточно высокий уровень жёсткости детали и режущего инструмента.

Способы повышения технологичности (функция)	Оценка реализации функции в конструкции анализируемой детали	Результат реализации функции
Исключение, по возможности, резких перепадов диаметральных размеров.	4	Увеличение жёсткости детали.
Уменьшение длины выступающих элементов на детали.	4	Увеличение жёсткости детали.
Ограничение протяженности ступеней с наименьшим диаметром.	3	Увеличение жёсткости детали.

 

 

F4=4*0.37+4*0.26+3*0.37=3.63;

 

F5. Обеспечить унификацию конструктивных элементов.

Способы повышения технологичности (функция)	Оценка реализации функции в конструкции анализируемой детали	Результат реализации функции
Унификация однотипных и повторяющихся элементов в конструкции детали.	4	Снижение трудоемкости.
Унификация требований по точности и шероховатости.	4	Снижение трудоемкости.
Соответствие поверхностей и конструктивных элементов по форме и размерам профилю стандартных режущих инструментов.	4	Снижение себестоимости.
Применение симметричных конструкций.	3	Снижение себестоимости.

 

 

F5=4*0.33+4*0.21+4*0.27+3*0.19=3.81;

 

F6 – Снизить объем ручных операций и слесарной доработки.

Способы повышения технологичности (функция)	Оценка реализации функции в конструкции анализируемой детали	Результат реализации функции
Введение межоперационного припуска в месте стыка обрабатываемых и необрабатываемых поверхностей.	3	Снижение слесарной доработки.
Четкое разграничение обрабатываемых поверхностей от необрабатываемых.	3	Снижение слесарной доработки.
Замена переходных поверхностей произвольной формы фасками или радиусами.	3	Улучшение собираемости детали в узле, снижение слесарной доработки.

 

F6=3*0.25+3*0.34+3*0.41=3;

 

Оценки и коэффициенты весомости функциональных признаков:

F1=3.78;   K1=0.15;

F2=3.66;   K2=0.25;

F3=3.66;   K3=0.10;

F4=3.63;   K4=0.20;

F5=3.81;   K5=0.15;

F6=3.00;   K6=0.15;

F=3.78*0.15+3.66*0.25+3.66*0.1+3.63*0.2+3.81*0.15+3.00*0.15=3.59

Оценка детали по качественному признаку равна 3.59 и близка к максимально возможной. Деталь технологична.

 

2.2. Количественная  оценка технологичности

Для оценки технологичности конструкции детали, подвергаемой механической обработке, воспользуемся следующими показателями:

1. Коэффициент унификации  конструктивных элементов

,      

где  Qу.э. – число унифицированных конструктивных элементов;

       Qэ. – число конструктивных элементов в детали.

оценка по коэффициенту «хорошо».

2. Коэффициент стандартизации  конструктивных элементов

,

где  Qс.э. – число стандартизованных конструктивных элементов;

       Qэ. – число конструктивных элементов в детали.

             

оценка по коэффициенту «хорошо».

3. Коэффициент применяемости  стандартизованных обрабатываемых  поверхностей

,            

где Dо.с. – число поверхностей, обрабатываемых стандартным режущим инструментом;

      Dо.п. – число поверхностей, подвергаемых механической обработке.

оценка по коэффициенту «хорошо».

4. Коэффициент обработки  поверхностей

,

где  Dо.п. – число поверхностей, подвергаемых механической обработке;

 Dп – общее число поверхностей детали.

оценка по коэффициенту «хорошо».

5. Коэффициент повторяемости  поверхностей

,

 где  Dн – число наименований поверхностей;

 Dп – общее число поверхностей детали.

оценка по коэффициенту «удовлетворительно».

6. Коэффициент использования материала

,        

где  mдет – масса детали;

mзаг – масса заготовки.

оценка по коэффициенту «удовлетворительно».

7. Коэффициент точности  обработки

,  

где  А – квалитет обработки;

n – число размеров соответствующего квалитета.

 оценка по коэффициенту  «хорошо».

8. Коэффициент шероховатости  поверхности

,

где  Бср – среднее числовое значение параметра шероховатости;

ni – число поверхностей с соответствующим числовым значением  параметра шероховатости.

оценка по коэффициенту «хорошо».

В целом оценка технологичности детали «хорошо».

 

 

Выводы:

Спироидный червяк  – ответственная деталь сборочного узла, имеющая функциональные поверхности и участвующая в передаче крутящего момента. Деталь удовлетворяет показателям количественной и качественной технологичности, однако имеются слабые стороны: к червяку предъявляются повышенные требования к точности, что увеличивает время на обработку и снижает производительность. Также деталь имеет большое количество обрабатываемых поверхностей различной точности, что снижает ее технологичность.

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Определение типа  производства

Под типом производства понимают организационно-технологическую характеристику производственного процесса. Тип производства по ГОСТ 3.1108-74 характеризуется коэффициентом закрепления операций КЗ.О, который показывает отношение всех различных технологических операций, выполняемых или подлежащих выполнению подразделением в течение месяца, к числу рабочих мест. Для массового производства , для крупносерийного – , для среднесерийного - , для мелкосерийного – , для единичного  – На одном и том же предприятии или даже в одном и том же цехе могут быть различные типы производства.

Определим тип производства по рекомендациям.

Основной из характеристик типа производства является коэффициент закрепления операций

                                              ,                                                         (  )

где S1 – число станков, занятых на одной операции.

Тип операции	Формула для расчета Т0	Расчетное значение Т0, мин
005. Отрезная	0,19D2	1,5
010. Центровальная	0,037(D2-d2)+ 0,17dl+0,52dl	1,8
015. Токарная с ЧПУ	0,17dl*n1+0,17dl*n2+0,17dl*n3	4,3
020. Токарная с ЧПУ	0,17dl*n4+0,63(D2-d2) 1,9dl	5,2
025. Токарная с ЧПУ	1,9dl	4,8
030.Вертикально-фрезерная с ЧПУ	9lz	1,63
050. Круглошлифовальная	2,5l1+2,5l2	3,6
055. Круглошлифовальная	2,5l3+2,5l4+2,5l5	7,98
060.Червячно-шлифовальная	4,6lz	8,4