Бульдозер представляет собой навесное оборудование на базовый гусеничный или пневмоколесный трактор (двухосный колесный тягач)
Бульдозер представляет собой навесное оборудование на базовый гусеничный или пневмоколесный трактор (двухосный колесный тягач), включающее отвал с ножами, толкающее устройство в виде брусьев или рамы и систему управления отвалом. Основные типы бульдозерных отвалов приведены на рис. 1.
Рис. 1. Основные типы бульдозерных отвалов: 1 – прямой поворотный; 2 – прямой неповоротный; 3 – полусферический; 4 – сферический;
5 – сферический для сыпучих материалов; 6 – с толкающей плитой
Бульдозер предназначен для выполнения нескольких видов землеройных работ:
послойного копания грунта;
перемещения грунта;
планировки грунта.
Современный бульдозер может эксплуатироваться в разных сферах от дорожного строительства до устранения последствий чрезвычайных ситуаций. Также эта спецтехника традиционно пользуется большим спросом со стороны компаний, осуществляющих добычу полезных ископаемых.
Выбор бульдозера для производства работ
Прежде чем сделать выбор в пользу той или иной модели, необходимо проанализировать предполагаемые условия ее эксплуатации. С их учетом нужно определить все важные показатели, которыми должен обладать бульдозер. К их числу относятся в первую очередь параметры силового оснащения. Немалое значение имеют особенности навесного оборудования. Оно представлено, в частности, отвалом или щитом, устанавливаемым на переднюю часть. В большинстве случаев в конструкцию входят ножи, облегчающие захват и перемещение грунта. Другая разновидность навесного оборудования – толкающее устройство, напоминающее по виду раму.
Производительность бульдозера напрямую зависит от мощности его двигателя. На основании этого показателя модели принято относить к тому или иному тяговому классу. Ну а выбор в пользу гусеничной или колесной ходовой части должен основываться на том, на каком грунте преимущественно предстоит работать машине.
Классификация бульдозеров
Бульдозеры классифицируют по назначению, тяговому классу и типу ходового устройства базовых машин, конструкции рабочего органа и типу системы управления отвалом. По назначению различают бульдозеры общего назначения, используемые для выполнения основных видов землеройно-транспортных и вспомогательных работ в различных грунтовых и климатических условиях, и специальные, применяемые для выполнения целевых работ в специфических грунтовых или технологических условиях. К последним относятся бульдозеры-толкачи, подземные и подводные бульдозеры. В зависимости от тягового класса базовых машин бульдозеры разделяют на малогабаритные (класс до 0,9), легкие (классов 1,4…4), средние (классов 6… 15), тяжелые (классов 25…35) и сверхтяжелые (класса свыше 35). По типу ходового устройства бульдозеры разделяются на гусеничные и пневмоколесные. По конструкции рабочего органа различают бульдозеры с неповоротным в плане отвалом, постоянно расположенным перпендикулярно продольной оси базовой машины, и с поворотным отвалом, который может устанавливаться перпендикулярно или под углом до 53° в обе стороны к продольной оси машины. По типу системы управления отвалом различают бульдозеры с гидравлическим и механическим (канатно-блочным) управлением. При канатно-блочной системе управления подъем отвала осуществляется зубчато-фрикционной лебедкой через канатный полиспаст, опускание – под действием собственной силы тяжести отвала. При гидравлической системе управления подъем, и опускание отвала осуществляются принудительно одним или двумя гидроцилиндрами двустороннего действия. Бульдозеры с механическим управлением в настоящее время промышленностью не выпускаются.
Большое значение имеют показатели габаритов и массы. На их основании принято различать следующие типы бульдозеров:
малогабаритные;
легкие;
средние;
тяжелые;
сверхтяжелые.
Существуют модели общего назначения. Они закономерно называются универсальными, поскольку способны выполнять широкий спектр землеройных работ. Ну а специализированный бульдозер — это разновидность спецтехники, конструкция которой приспособлена для решения какой-то конкретной задачи. Именно к этой категории принято относить модели, называемые толкачами. Их конструкция позволяет перемещать грузы, не отрывая их от грунта. Кроме того, на российской строительной площадке можно встретить бульдозер, который способен успешно работать под землей и даже под водой. Выше уже говорилось: в зависимости от мощности двигателя спецтехнику делят на несколько тяговых классов. От них, в свою очередь, зависит то, с каким типом грунта может работать конкретная модель. Речь тут идет о разработке и перемещении первых четырех категорий (так называемой мягкой земли), а также о разрыхлении скальных и мерзлых грунтов.
Рабочий цикл бульдозера
Рабочий цикл бульдозера (рис.2) следующий: при движении машины вперед отвал с помощью системы управления заглубляется в грунт, срезает ножами слой грунта и перемещает впереди себя образовавшуюся грунтовую призму, волоком по поверхности земли к месту разгрузки; после отсыпки грунта отвал поднимается в транспортное положение, машина возвращается к месту набора грунта, после чего цикл повторяется. Максимально возможный объем призмы волочения современные бульдозеры набирают на участке длиной 6-10 м. Экономически целесообразная дальность перемещения грунта не превышает 60-80 м для гусеничных бульдозеров и 100-140м для пневмоколесных машин. И все же именно гусеничные модели получили сегодня наибольшее распространение: они характеризуются лучшей проходимостью и способностью развивать большее тяговое усилие.
Существенной проблемой при транспортировке грунта является его потеря. За ее минимизацию на современных моделях отвечают отвалы, имеющие сферическую или полусферическую форму. Когда бульдозер эксплуатируется для разработки легких грунтов, разумнее всего повысить эффективность его работы, воспользовавшись уширителями. Их устанавливают на отвал, чтобы увеличить объем грунтовой призмы.
Рис. 2. Схемы работы бульдозера при разработке грунтов: а – резание; б – транспортирование с подрезанием; в – отсыпка; г – откат назад (холостой ход)
К основным параметрам бульдозерного оборудования (рис. 3) относятся высота без козырька Н и длина В отвала (м), радиус кривизны отвала – R, основной угол резания, задний угол отвала, угол заострения ножей, угол перекоса отвала – и угол поворота – (у поворотных машин) отвала в плане (град), высота подъема отвала над опорной поверхностью h1 и глубина опускания отвала ниже опорной поверхности h2 м, напорное Т и вертикальное Р усилия на режущей кромке (кН), скорости подъема п и опускания o отвала.
Рис. 3. Схемы устройств и основные параметры бульдозеров: а – с поворотным отвалом; б – с неповоротным отвалом; в – поперечный перекос отвала
Отвал бульдозера представляет собой жесткую сварную металлоконструкцию с лобовым листом криволинейного профиля. Вдоль нижней кромки отвала крепятся сменные двухлезвийные режущие ножи (два боковых и средние), наплавленные износоустойчивым сплавом. В середине верхней части отвала имеется козырек, препятствующий пересыпанию грунта через верхнюю кромку.
Для увеличения производительности бульдозера при работе на легких грунтах на его отвал устанавливают с обоих концов сменные уширители, открылки и удлинители. Для уменьшения потерь грунта при его транспортировании современные неповоротные гусеничные бульдозеры оборудуют сферическими и полусферическими отвалами.
91440266700009144026670000Ступени d1 d2 d3 вала (рис 1 1) обрабатываются чистовым точением в центрах гидрокопировального станка 1Н713 с допуском JТ
91440266700009144026670000Ступени d1, d2, d3 вала (рис. 1.1) обрабатываются чистовым точением в центрах гидрокопировального станка 1Н713 с допуском JТ10. Определить для каждого варианта (табл. 3.1) суммарную погрешность обработки ступени d2. Заготовки вала из стали 45 на предшествующей операции обработаны черновым точением по JТ13.
Условия обработки: резец с пластиной из твердого сплава Т15К6 имеет φ = 45°, φ1 = 10°; минимальный припуск 0,5 мм на сторону, подача S = 0,15 мм/об; скорость резания V = 130 м/мин.
683895-190500683895260350010515602603500
6838957429500
8686803365500226695527050059436052705006838955270500
25800051803400015551159715500269748018732500269748018732500196596018732500196596018732500187452095885008686809588500868680958850018745209588500
32893006096000-48895198120002032007429500280479571755002237105173990d2
00d2
50292074295001322705173990d1
00d1
5029209525003063240192405d3
00d3
37033201657350037033201657350036118807429500361188074295002788920742950022669574295005029207429500
0144145003794760527050037033201441450022669514414500
360997514732000361188012255500
50419017780002695575100965001879600194310002788920952500269748095250019659601009650018745201009650050292095250086868019240500
97980541910l1
00l1
1437005180340l2
00l2
50419012573000
1779905114300l3
00l3
5111756096000
507365-508000
Рис. 1.1. Схема обработки ступенчатого вала
Исходные данные:
– d1 = 90 ммl1 = 110 мм
– d1 = 80 ммl2 = 160 мм
– d1 = 65 ммl3 = 220 мм
– Zmin = 0.7 мм N = 20 шт
1. Определим величину погрешности Δи (на радиус), вызванную размерным износом резца
Δи=L1000×U0(1.1)
где U0 – относительный износ резца на 1000 м пути резания, мкм/км. Принимаем U0 = 6 мкм/км [1, стр.30]
L – длина пути резания при обработке партии N деталей, м
L=πd1l1+d2(l2-l1+d3(l3-l2))N1000S(1.2)
L=3,14×90×110+80×(160-110+65(220-160))×201000×0,15=7452 м
Δи=74521000×6=45 мкм
2. Определим колебания отжатий системы Δу вследствие изменения силы Рy из-за непостоянных глубины резания и податливости системы при обработке
∆у=WmaxPy max-WminPy min(1.3)
где Wmax и Wmin – наибольшая и наименьшая податливости системы;
Руmax и Руmin – наибольшее и наименьшее значения составляющей силы резания, совпадающей с направлением выдерживаемого размера
Для станка 1Н713 нормальной точности наибольшее и наименьшее допустимые перемещения продольного суппорта под нагрузкой 16 кН составляют соответственно 450 и 320 мкм [1, стр.30]. При установке вала в центрах минимальная податливость системы будет при положении резца в конце обработки, т.е. у передней бабки станка. Исходя из этого, можно принять
Wmin=32016=20 мкм/кН
Приближенно можно считать, что максимальную податливость система имеет при расположении резца посередине вала, когда его прогиб под действием силы Ру достигает наибольшей величины. Поэтому
Wmax=WCT.max+WЗАГ.max (1.4)
где WCT.max=320+4502×16=24 мкм/кН – наибольшая податливость станка.
WЗАГ.max- наибольшая податливость заготовки [2, стр.13]
WЗАГ.max=2dпр(lдdпр)3(1.5)
где lд – длина вала, м. lд=l3
dпр – приведённый диаметр вала, мм. Для ступенчатых валов с односторонним уменьшением диаметров ступеней
n
∑ dili
1
303720522860 n
∑ li
1
00 n
∑ li
1
30962607175500 dпр = (1.6)
dпр=90×110+80×(160-110)+65×(220-160)220=80,1 мм
WЗАГ.max=280,1(22080,1)3=0,5мкм/кН
тогда максимальная податливость технологической системы
Wmax=24+0.5=24.5 мкм/кН
Наибольший Рy max и наименьший Py min составляющие силы резания определим из уравнения [3, стр.271]
Py=10CptxSyVkKp(1.7)
где Сp, x, y, n – постоянные, зависящие от обрабатываемого материала, металла рабочей части резца и вида обработки. Принимаем Ср=243, x=0,9, y=0,6, n=-0,3 [3, стр.273]
На предыдущей операции заготовка обработана с допуском JT13, то есть возможно колебание припуска на величину ½ JT13, что для диаметра dпр=80,1мм составит 0,54/2=0,27 мм, а колебание глубины резания tmin = Zmin = 0,7мм, tmax = 0,7+0,27=0,97 мм.
Kp – поправочный коэффициент
Kp=KmpKφpKγpKλpKrp(1.8)
где Kmp – коэффициент, учитывающий влияние качества обработки материала на силовые зависимости [3, стр.264]
Kmp=(σв750)0,75(1.9)
Kφp,Kγp, Kλp, Krp- поправочные коэффициенты, учитывающие влияние геометрических параметров режущей части инструмента на составляющие силы резания при обработки стали. Принимаем Kφp=1,0, Kγp=1,0, Kλp=1,0, Krp=0,66 [3, стр.275]
Kmp=(1100750)0,75=1,33
Kp=1,33×1,0×1,0×1,0×0,66=0,88
Py max=10×243×0,970,9×0,150,6×130-0,3×0,88=0,155 кН
Py min=10×243×0,70,9×0,150,6×130-0,3×0,88=0,115 кН
∆у=24,5×0,155-20×0,115=1,5 мкм
3. Определим погрешность, вызванную геометрическими неточностями станка
Δст=СlL(1.10)
где С – допустимое отклонение от параллельности оси шпинделя направляющим станины в плоскости выдерживаемого размера по длине L. Принимаем С=20 мкм, L=300мм. [1, стр.54]
При длине обработки l = 50 мм
Δст=20×50300=3,3 мкм(1.11)
4. Определим погрешности настройки предположив, что настойка резца на выполняемый размер производится по эталону с контролем положения резца с помощью металлического щупа
Δн=(КрΔр)2+(КиΔизм2)2(1.12)
где Δр – погрешность регулирования положения резца, мкм. Принимаем Δр=10мкм [1, стр.71]
Кр, Ки – коэффициенты, учитывающие отклонение закона распределения величин Δр и Δизм от нормального закона распределения. Принимаем Kр = 1,73, Ки = 1,0 [1, стр.71]
Δизм – погрешность измерения размера детали, мкм. Принимаем Δизм=20 мкм. [1, стр.71]
Δн=(1,73×10)2+(1,0×202)2=20 мкм
5. Определим температурные деформации технологической системы приняв их равными 15% от суммы остальных погрешностей
Δт=0,15(Δи+Δy+Δст+Δн)(1.13)
Δт=0,15×45+1,5+3,3+20=7,8 мкм
6. Определим суммарную погрешность обработки [2, стр.5]
Δ∑=2Δy2+Δн2+(1,73Δи)2+(1,73Δст)2+(1,73Δт)2(1.14)
Δ∑=2×1,5y2+20н2+(1,73×45и)2+(1,73×3,3)2+(1,73×7,8)2=45 мкм
Проверим возможность обработки без брака [2, стр.6]
Δ∑≤Тd(1.15)
где Td – допуск на операционный размер. При обработке с допуском JT10 при d2 = 80 мм Td = 140 мкмΔ∑=45≤Тd=140
Условие возможности обработки без брака (1.15) выполняется.
Анализ и выбор технологических баз В основном наша заготовка будет устанавливаться в центрах
Анализ и выбор технологических баз
В основном, наша заготовка будет устанавливаться в центрах, для этого в торцах заготовки предусмотрены центровые отверстия.
Обработка в центрах – это, прежде всего, минимальные погрешности при обработке, и возможность использовать центровые отверстия на всем протяжении обработки от заготовки, до конечной детали.
Для фрезерно-центровальной операции будут использоваться 2 цилиндрические поверхности заготовки – установлены в призмы, а также торец – для упора.
При нарезании зубчатого венца, и шлицев, а также при шлифовании шлицев схема будет предусматривать использование специального делительного приспособления для установки, будут использоваться в качестве баз – центровые отверстия.
При круглошлифовальной операции будет использоваться центровые отверстия и поводковый патрон.
4 Формирование общего плана обработки
В общем виде, план обработки включает в себя:
– 000 Заготовительная операция – поковка на ГКМ;
– 005 Фрезерно-центровальная операция – фрезеруем торцы в размер детали и центруем торцы (подготовка баз для последующей обработки в центрах). Заготовка устанавливается в призмы с упором в торец заготовки. Поверхности устанавливаемые на призмы являются установочной и направляющей базой, торец – упорной, соответственно, заготовка лишается 5 степеней свободы.
– 010 Токарная с ЧПУ операция – обработка поверхностей под последующее шлифование посадочных диаметров под подшипники. Заготовка устанавливается в центрах, и используется поводковый патрон для вращения.
Левое центровое отверстие является двойной направляющей и опорной базой. Правое центровое отверстие является двойной направляющей базой. Заготовка лишается 5 степеней свободы.
– 015 Токарная с ЧПУ операция – формирование контура зубчатого колеса.
Заготовка устанавливается в центрах, и используется поводковый патрон для вращения.
Левое центровое отверстие является двойной направляющей и опорной базой. Правое центровое отверстие является двойной направляющей базой. Заготовка лишается 5 степеней свободы.
– 020 Фрезерная операция – фрезерование шлицев.
Заготовка устанавливается в делительное приспособление (в центра), которое в свою очередь, устанавливается на стол фрезерного станка.
Левое центровое отверстие является двойной направляющей и опорной базой. Правое центровое отверстие является двойной направляющей базой. Заготовка лишается 5 степеней свободы.
– 025 Термообработка. Печь.
Поскольку заготовку с твердость 250…255HB можно обрабатывать любым режущим инструментом (из быстрорежущей стали и твердого сплава), то термообработку вводим до финишных операций. Однако, поскольку к твердости зубчатого венца не указаны дополнительные требования, то обрабатывать зубчатый венец будем после термообработки.
Сталь 40Х относится к улучшаемым сталям.
Основным свойством улучшаемой стали является прокаливаемость, что обеспечивает прокаливаемость изделия насквозь так называемое «сквозное улучшение».
Несмотря на это, конструктор задал очень небольшой интервал твердости, поэтому в общем случае, будем обеспечен параметр твердости 250…264HB.
Улучшение – это двойная термическая обработка, которая заключается в закалке на мартенсит (при температуре 830-850°С) с последующим высоким отпуском (при температуре 550-650°С).
– 030 Токарно-винторезная операция – нарезание резьбы М18.
Заготовка устанавливается в центрах, и используется поводковый патрон для вращения.
Левое центровое отверстие является двойной направляющей и опорной базой. Правое центровое отверстие является двойной направляющей базой. Заготовка лишается 5 степеней свободы.
– 035 Фрезерная операция – фрезерование зубчатого венца.
Заготовка устанавливается в делительное приспособление (в центра), которое в свою очередь, устанавливается на стол фрезерного станка.
Левое центровое отверстие является двойной направляющей и опорной базой. Правое центровое отверстие является двойной направляющей базой. Заготовка лишается 5 степеней свободы.
– 040 Круглошлифовальная операция – шлифование посадочной поверхности шлицев.
Заготовка устанавливается в центрах, и используется поводковый патрон для вращения.
Левое центровое отверстие является двойной направляющей и опорной базой. Правое центровое отверстие является двойной направляющей базой. Заготовка лишается 5 степеней свободы.
– 045 Шлице-шлифовальная операция – шлифование боковых поверхностей шлицев.
Заготовка устанавливается в делительное приспособление (в центра), которое в свою очередь, устанавливается на стол шлице-шлифовального станка.
Левое центровое отверстие является двойной направляющей и опорной базой. Правое центровое отверстие является двойной направляющей базой. Заготовка лишается 5 степеней свободы.
– 050 Круглошлифовальная операция – предварительное шлифование посадочной поверхности под подшипник.
Заготовка устанавливается в центрах, и используется поводковый патрон для вращения.
Левое центровое отверстие является двойной направляющей и опорной базой. Правое центровое отверстие является двойной направляющей базой. Заготовка лишается 5 степеней свободы.
– 055 Круглошлифовальная операция – окончательное шлифование посадочной поверхности под подшипник.
Заготовка устанавливается в центрах, и используется поводковый патрон для вращения.
Левое центровое отверстие является двойной направляющей и опорной базой. Правое центровое отверстие является двойной направляющей базой. Заготовка лишается 5 степеней свободы.
– 060 Круглошлифовальная операция – предварительное шлифование посадочной поверхности под подшипник.
Заготовка устанавливается в центрах, и используется поводковый патрон для вращения.
Левое центровое отверстие является двойной направляющей и опорной базой. Правое центровое отверстие является двойной направляющей базой. Заготовка лишается 5 степеней свободы.
– 065 Круглошлифовальная операция – окончательное шлифование посадочной поверхности под подшипник.
Заготовка устанавливается в центрах, и используется поводковый патрон для вращения.
Левое центровое отверстие является двойной направляющей и опорной базой. Правое центровое отверстие является двойной направляющей базой. Заготовка лишается 5 степеней свободы.
– 070 Слесарная операция. Верстак.
Снятие заусенцев, острых кромок.
– 075 Контрольная. Контрольный стол.
Проверка ОТК размеров и параметров детали на соответствие чертежу.
Поскольку наладка станка с одной операции на другую и наоборот (например, чтобы выполнить предварительное шлифование поверхности, а затем на этом же станке выполнить окончательное шлифование поверхности) занимает много времени, будем выполнять эти операции на одном виде станка, но для предварительного шлифования будет задействован один станок, а для окончательного шлифования – другой.
Сведем данные по всем операциям в таблицу 4.1.
Сведем данные по отдельным заданным поверхностям в таблицу 4.2.
Данные о теоретических схемах базирования сведем в таблицу 4.3.
Таблица 4.1 – Формирование маршрута обработки детали «Ведущий вал»
№ операции № поверхности Маршрут обработки поверхностей Ra, мкм Квалитет Маршрут обработки детали Модель станка
Номер установа
1 2 3 4 5
005 1,2 Фрезеровать однократно.
Центровать. 6,3 12 Х
МР-71
010 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14, 15,16 Точить предварительно.
Точить окончательно.
Точить тонко. 3,2 9 Х
16К20Ф3
015 1,2,3,4,5,6,7 Точить предварительно.
Точить окончательно. 3,2 12 Х
16К20Ф3
020 1,2,3,4 Фрезеровать однократно. 3,2 12 Х
6Р10
025
Х
Печь
030 1 Точить резьбу предварительно. 6,3 8 Х
16К20
Точить резьбу окончательно. 6,3 7
Х
035 1 Фрезеровать зубья. 6,3 8 Х
5С263
040 1 Шлифовать поверхность однократно. 0,8 8 Х
3М150
045 1,2,3,4 Шлифовать шлицы. 0,8 9 Х
3451
050 1 Шлифовать поверхность предварительно. 1,6 8 Х
3М150
055 1 Шлифовать поверхность окончательно. 0,8 6 Х
3М150
060 1 Шлифовать поверхность предварительно. 1,6 8 X
3М150
065 1 Шлифовать поверхность окончательно. 0,8 6 X
3М150
070
Снятие заусенцев, острых кромок.
Верстак
075
Проверка размеров детали.
Контрольный стол
Таблица 4.2 – Формирование маршрута обработки поверхностей детали «Ведущий вал»
№ операции № поверхности Маршрут обработки поверхностей Ra, мкм Квалитет Маршрут обработки детали Модель станка
Номер установа
1 2 3 4 5
005 1,2 Фрезеровать однократно.
Центровать. 6,3 12 Х
МР-71
010 3
Точить предварительно.
Точить окончательно.
Точить тонко. 3,2 9 Х
16К20Ф3
025
Термообработать.
Х
Печь
060
Шлифовать предварительно. 1,6 8
Х
3М150
065
Шлифовать
окончательно. 0,8 6
Х
3М150
015 4 Точить предварительно.
Точить окончательно. 6,3
12
Х
16К20
025
Термообработать.
Х
Печь
035
Фрезеровать зубья. 6,3 8
Х
5С263
Таблица 4.3 – Теоретические схемы базирования при обработке детали «Ведущий вал»
№ операции Виды технологических баз Схема установки, реализующая теоретическую схему базирования
005 1,2,3,4 – установочные и направляющие базы;
5 – упорная
010 1,2 – двойная направляющая;
3 – опорная;
4,5 – двойная направляющая
015 1,2 – двойная направляющая;
3 – опорная;
4,5 – двойная направляющая
020 1,2 – двойная направляющая;
3 – опорная;
4,5 – двойная направляющая
025
030 1,2 – двойная направляющая;
3 – опорная;
4,5 – двойная направляющая
035 1,2 – двойная направляющая;
3 – опорная;
4,5 – двойная направляющая
040 1,2 – двойная направляющая;
3 – опорная;
4,5 – двойная направляющая
045 1,2 – двойная направляющая;
3 – опорная;
4,5 – двойная направляющая
050 1,2 – двойная направляющая;
3 – опорная;
4,5 – двойная направляющая
055 1,2 – двойная направляющая;
3 – опорная;
4,5 – двойная направляющая
060 1,2 – двойная направляющая;
3 – опорная;
4,5 – двойная направляющая
065 1,2 – двойная направляющая;
3 – опорная;
4,5 – двойная направляющая
Заключение
В расчетно-графической работе был разработан технологический процесс изготовления детали «Вал ведущий». Был выбран метод получения исходной заготовки, а также выполнен чертеж детали согласно ЕСКД с указанием всей необходимой для изготовления детали информацией по квалитетам и шероховатостям. Дополнительно, мы выбрали технологическое оборудование и оснастку для изготовления детали.
Необходимо отметить, что наряду с универсальными станками (16К20, 3М150) в работе мы выбрали также и станки с числовым программным управлением (ЧПУ) (16К20Ф3) – которые позволяют не только получать высокое качество обработки и точности, но и повысить режимы резания и уменьшить основное время на изготовления детали, что экономически более выгодно, чем использовать только универсальные станки.
Дополнительно, в работе мы рассчитали коэффициент уточнения для выбранного типа обработки и убедились в том, что предложенный технологический процесс подходит для обработки детали, как по точности выполнения размеров, так и по параметру шероховатости.
Список использованных источников
1. Анурьев В.И. «Справочник конструктора машиностроителя» в 3-х томах, Москва, «Машиностроение», 2001 г.
2. Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. «Курсовое проектирование по технологии машиностроения», Москва, «Альянс», 2007 г.
3. Горошкин А.К. «Приспособления для металлорежущих станков», Москва, «Машиностроение», 1971 г.
4. ГОСТ 7505-89 «Поковки стальные штампованные».
5. ГОСТ 2.405-75 «Правила выполнения чертежей конических зубчатых колес».
6. ГОСТ 19325-73 «Передачи зубчатые конические. Термины, определения и обозначения»).
7. Косилова А.Г., Мещеряков Р.К., «Справочник технолога-машиностроителя» в двух томах, Москва, «Машиностроение», 1986 г.
8. Маталин А.А. «Технология механической обработки», Ленинград, «Машиностроение», 1977г.
Теоретическая часть Характеристики упругих связей и их приведение
Вариант №4
Теоретическая часть
Характеристики упругих связей и их приведение. Определение коэффициентов жесткости вала, цилиндрического стержня при растяжении (сжатии), зубчатой передачи, подшипников качения.
Упругие связи, передавая силовые воздействия между отдельными массами уменьшают их относительные перемещения не изменяя общего числа степеней свободы.
Зависимость между силой и перемещением для упругой связи называется силовой характеристикой.
По ее виду упругие связи бывают:
-линейные
-кусочно-линейные
-нелинейные
Одна из основных характеристик упругой связи – жесткость(первая производная от воспринимаемой связью силы по перемещению). В упругих связях возникают силы упругости. Для пружины под действием вертикальной нагрузки сила упругости определяется:
Fупр=с∙∆
с – жесткость пружины
∆ – перемещение (вертикальный прогиб) пружины.
Упругие связи на расчетных схемах изображаются в виде пружин сжатия. Их количественной характеристикой является коэффициент жесткости c.
Приведение жесткостей рассмотрим для двух принципиально различных простейших динамических систем: с последовательным и параллельным соединением упругих элементов (рис.1).
Будем исходить из того, что потенциальная энергия Ппр приведенной упругой системы с коэффициентом жесткости сПР должна равняться сумме потенциальных энергий П1 и П2 упругих элементов с коэффициентами жесткости с1 и с2:
Ппр= П1+ П2
nпр∆пр22=n1∆122+n2∆222
где ∆пр, ∆1 и ∆2 – статические удлинения упругих связей под действием силы Р.
Рис. 1. Динамические системы: а – с последовательным; б – с параллельным соединением упругих элементов.
Рассмотрим первый случай – с последовательным соединением упругих элементов (рис.1, а). Имеем:
∆пр=Dспр; ∆12=Dс1; ∆22=Dс2
Подставляя эти значения в уравнение потенциальных энергий, получим после ряда сокращений расчетное соотношение
1спр=1с1+1с2
или
спр=с1с2с1+с2
Для случая, когда упругие элементы соединены параллельно (рис.1, б), принимаем
∆пр=∆12=∆22
Подставляя эти значения в уравнение для потенциальных энергий, получим второе расчетное соотношение
спр=с1+с2
Рассмотрим особый случай, когда приложение силы Р нагружает один упругий элемент и разгружает другой, деформируя их на одну и ту же величину (рис.2).
Рис. 2. Схема динамической системы с предварительным натяжением упругих связей
Такая схема соответствует параллельному соединению упругих элементов.
В динамических системах приводных устройств машин многочисленные упругие связи соединяются последовательно в длинную цепь. В таком случае приведенный коэффициент жесткости находится по формуле:
1спр=1с1+1с2+…+1сn
Для удобства расчета цепных динамических систем вместо коэффициентов жесткости с используют обратную величину е, которая называется коэффициентом податливости (е = c-1). Тогда выражение выше примет такой вид
eпр=ei
Варьируя соотношениями, можно найти приведенную жесткость для самых различных схем соединения упругих связей в динамических системах.
Например, при параллельно-последовательном соединении, когда два параллельно соединенных упругих элемента с коэффициентами жесткости c1 и c2 стыкуются последовательно с одним упругим элементом с коэффициентом жесткости с3 , имеем
спр=(с1+с2)с3с1+с2+с3
Что касается непосредственно коэффициентов жесткости, то они могут быть линейные (отношение силы к линейной деформации) и угловые (отношение момента силы к угловой деформации). В первом случае размерность коэффициента жесткости Н/м, во втором – Н·м/радиан. Значения коэффициентов жесткости для типовых упругих элементов приведены в табл.1.
Таблица 1.
Наименование элементов Схемы Выражения для определения «с»
Консоль постоянного сечения при изгибе 3EJl
Балка, шарнирно опертая при изгибе
3EJla2b2
Балка, защемления по концам при изгибе 3EJl2a2b3
Цилиндрическая винтовая пружина с круглым поперечным сечением витков (k – число витков) Gd464R3
Сплошной вал круглого сечения при кручении πd3G32l
Прямоугольный стержень при кручении (модель зуба, зубчатой передачи) ηGhb3l
Величина η зависит от отношения h/b
EJ – жесткость стержня или балки на изгиб; G – модель упругости материала на сдвиг.
Жесткость подшипника определяется его конструкцией, размерaми и рабочим зазором. Она возрастает по мере увеличения числа тел качения, передающих нагрузку. Подшипники качения с линейным контактом более жесткие, чем подшипники с точечным контактом.
Подшипники качения имеют прогрессивный коэффициент жесткости. Значения смещений могут быть вычислены при помощи приближенных уравнений. Формулы справедливы для подшипников, установленных без перекоса в жесткую сопряженную конструкцию.
Для упорных подшипников предполагается силa, действующaя по центру.
δr=1cs∙Fr0,84+s2
δa=1cs∙(Fav+Fa)0,84-Fav0,84
cs=Kc∙d0,65
cs – коэффициент жесткости; d- диаметр отверстия подшипника; δr-радиальное смещение оси вала относительно центра отверстия корпуса, δa- относительное осевое смещение тугого и свободного колец, s – радиальный рабочий зазор в смонтированном ненагруженном подшипнике; Fr – радиальная нагрузка на подшипник; Fa – осевая нагрузка на подшипник; Fav – осевая сила предварительного натяга; Kc – вспомогательный коэффициент для расчета коэффициента жесткости
Расчетная часть
Для приведенной механической системы записать выражение кинетической энергии, выражение элементарной работы сил (сил тяжести, моментов инерции, силы упругости пружины) на возможных перемещениях. В качестве обобщенной координаты принять перемещение груза 1 по вертикали. Нить считать невесомой, нерастяжимой.
Рис.1. Исследуемая схема.
Изобразим на рисунке действующие на систему активные силы: силы тяжести тел и силу упругости пружины. Дадим грузу 1 возможное перемещение δS1, направленное вниз. Этому возможному перемещению будет соответствовать: поворот блока 2 на угол δφ2, поворот тела 6 на угол δφ6, растяжение пружины на величину δSc
Работу совершают силы тяжести m1g и сила упругости
Уравнение элементарных работ имеет вид:
m1gδS1-FупрδS6=0
m1gδS1-chδS6=0
h – начальное сжатие пружины.
Выразим все перемещения через δS1
δS1=δφ3∙r
δφ3=δS7R
δS1=δS7R∙r
δS7=δS1r∙R
δS6xδS7=2/3ll=23
δS6=23δS7
δS6=23δS1r∙R
Подставим полученные значения в уравнение работ:
m1gδS1-ch∙23δS1r∙R=0
m1g-ch∙23Rr=0
Составим выражение кинетической энергии системы
TƩ=T1+T3+T6
Кинетическая энергия первого тела (поступательное движение):
T1=m1V122
Кинетическая энергия третьего тела (вращательное движение):
T3=I1ω322
I1 – момент инерции блока
Кинетическая энергия шестого тела (вращательное движение):
T6=I6ω622
I6=13m6l2
TƩ=T1+T3+T6=m1V122+I1ω322+m6l2ω626
Выразим через скорость V1, учитывая, что скорости тел, связаны аналогично элементарным перемещениям
ω3=V1r
V3=V1r∙R
ω6=V3l=V1Rrl
Подставим в уравнение кинетической энергии:
TƩ=m1V122+I1ω322+m6l2ω626=m1V122+I1V122r2+m6l2V12R26l2r2=V12m12+I12r2+m6R26r2
