Модернизация коробки скоростей станка (стр. 5 из 10)
Принимаем диаметр вала d = 30 мм, без изменений.
2.9 Проверочный расчет подшипников
Подшипники проверяем на долговечность по их грузоподъемности и эквивалентной нагрузке.
n – частота вращения вала
C – динамическая грузоподъемность (Н)
Рэкв – эквивалентная нагрузка
V = 1,0 – коэффициент учитывающий какое кольцо вращается (вращается внутреннее кольцо).
Кd = 1…1,2 – коэффициент безопасности (спокойная нагрузка)
Кt = 1,0 – температурный коэффициент ( t° = 80°C)
Проверяем подшипник роликовый - 306 ГОСТ 8328-75
С = 28100 Н[1] стр 117
Оставляем подшипник как на базовой модели.
2.10 Проверочный расчет шлицевых соединений
Шлицевые соединения проверяются на смятие по формуле:
Мкр – крутящий момент на валу
Z – количество шлицов
D и d – наружный и внутренний диаметр шлицевого соединения
lmin – минимальная длинна шлицевого соединения
[sсм] - допускаемое напряжение
[sсм] = 60 МПа – сталь сырая, соединение подвижное.
[sсм] = 120 МПа – соединение неподвижное.
Вал I
Соединение подвижное
Вал II
Соединение неподвижное
Вал III
Соединение подвижное
Вал IV
Соединение неподвижное
Все расчеты удовлетворяют требованиям.
2.11 Проверочный расчет шпоночных соединений
Так как шпоночные соединения в модернизируемой коробке остались без изменений, то их нужно проверить – ступицу на смятие, а шпонку на срез по формуле:
Мкр – крутящий момент на валу
b – ширина шпонки
h – высота шпонки
d – диаметр под шпонку
lmin – минимальная длинна шпонки или ступицы
[tср] = 120 МПа – допускаемое напряжение на срез.
[sсм] = 150 МПа – допускаемое напряжение на смятие.
Вал I
Шпонка сегментная 14 х 9 х 45 ГОСТ 23360-78
Вал III
Шпонка 10 х 8 х 45 ГОСТ 23360-78
Все расчеты удовлетворяют требованиям.
2.12 Расчет норм точности зубчатого колеса
Рассчитываем нормы точности для:
Z = 28m = 3,5 ммb = 20 ммd = m × Z = 98 мм
Определяем длину общей нормали
W = WI × m - мм
W1 - длина общей нормали при m = 1
WI = 10,7246 мм
W = 10,7246 × 3,5 = 37,5 мм
Определяем допуск на радиальное биение
Fr =0,04 мм [1] табл.24
Определяем допуск на колебание длинны общей нормали
Vw= 0,024 мм
Определяем допуск на колебание измерительного межосевого расстояния
FiII = 0,058 мм/об. fiII = 0,022 мм/зуб[1] табл.24,26
Определяем допуск на направление зуба
Fb = ±0,012 мм [1] табл.29
Определяем верхнее отклонение
AWm = 0,065 мм (I слагаемое)[1] табл.31
AWm = 0,009 мм (II слагаемое)[1] табл.32
Верхнее отклонение = 0,065 + 0,009 = 0,074 мм
Определяем допуск на среднюю длину общей нормали
TWm = 0,048 мм [1] табл.33
Нижнее отклонение = 0,074 + 0,048 = 0,122 мм
Длина общей нормали
3. Технологическая часть
3.1 Описание детали. Анализ технологичности
Колесо зубчатое предназначено для передачи крутящего момента и вращательного движения с одного вала на другой. Применяется в коробках скоростей, подач и редукторах.
Колесо зубчатое представляет собой тело вращения, на поверхности большего диаметра нарезаны 28 зубьев модулем 3,5 мм, степенью точности 7-С, левый торец без ступицы. Центральное отверстие простой формы и имеет 8 шлицев d6 x 32H7 x 38H12 x 6F10. Поверхности зубьев закруглены.. Рабочие поверхности зубьев проходят термическую обработку, закалку ТВЧ до твердости 40...52 HRC, и цементацию 52... 56 HRC.
Материал детали и его свойства
Колесо зубчатое выполняется из материала сталь 12ХН3А ГОСТ 4543-71. Это легированная конструкционная сталь, применяется для деталей средних размеров с твердой износоустойчивой поверхностью при достаточно прочной вязкой сердцевине, работающей при больших скоростях и средних давлениях. Из этой стали рекомендуется изготовлять зубчатые колеса, кулачковые муфты, втулки, плунжеры, копиры, шлицевые валы и т.п.
Таблица 3.1 - Химический состав стали 12ХН3А
Марка | Содержание элементов, % | |||||
| Углерод | Марганец | Кремний | Хром | Никель | Другие элементы | |
| 12ХН3А | 0,37... 0,43 | 0,5... 0,8 | 0,17... 0,37 | 0,7-1,0 | 1,0 | - |
Таблица 3.2 - Механические свойства стали 12ХН3А
Относительное сужение ψ, % | Предел текучести σт, МПа | Предел прочности σв, Мпа | Относительное удлинение δ, % | Ударная вязкость кГс*м/см2 | Твердость НВ, не более МПа |
| 45 | 784 | 981 | 10 | 6 | 2820 |
| Не менее | |||||
Определение массы детали производится путем разделения детали на простые геометрические фигуры и суммированием масс составляющих фигур:
Анализ технологичности детали
Деталь «Колесо зубчатое» соответствует следующим требованиям технологичности согласно ГОСТ 14.204-73:
- конструкция детали состоит из стандартных и унифицированных конструктивных элементов;
- деталь изготовляется из стандартной и унифицированной заготовки;
- размеры и поверхности детали имеют оптимальные степень точности и шероховатости;
- физико-химические и механические свойства материала, жесткость детали, ее форма и размеры соответствуют технологии изготовления;
- показатели базовой поверхности (центральное отверстие Ø32Н7, Rа=0,8 мкм) обеспечивают точность установки, обработки и контроля;
- конструкция детали обеспечивает возможность применения типовых и стандартных технологических процессов и изготовления;
Таблица 3.3 - Количественная оценка технологичности конструкции детали
| Номера поверхностей | Точность ( квалитет ) | Шероховатость Класс (Ra) | Унификация элементов |
| 1 | 14 | 6 (1,2) | |
| 2 | 14 | 4 (6,3) | Фаска |
| 3 | 9 | 5 (3,2) | |
| 4 | 14 | 4 (6,3) | Фаска |
| 5 | 14 | 4 (6,3) | |
| 6 | 14 | 4 (6,3) | |
| 7 | 14 | 4 (6,3) | Фаска |
| 9,11 | 14 | 4 (6,3) | 2 фаски |
| 10 | 7 | 7 (0,8) | |
| 12-19 | 9 | 6 (1,6) | 8 шлицев |
| 8 | 14 | 6 (1,6) | Фаски |
| 48-76 | 14 | 4 (6,3) | 29 закруглений |
| 20-47 | 7 – С | 7 (0,8) | 28 зубьев |
| Всего: 76 | Из них унифицированных - 70 | ||
Коэффициент унификации элементов:
где: Qу.э - количество унифицированных элементов;
Qэ – общее количество элементов;
,следовательно по коэффициенту унификации деталь технологична.
Коэффициент точности:
,где: Аср – средний квалитет точности детали;
,тогда
,следовательно по коэффициенту унификации деталь технологична.
Коэффициент шероховатости:
,где: Бср – средний класс шероховатости;
,тогда
,следовательно по коэффициенту унификации деталь технологична.
3.2 Выбор типа производства
Для предварительного определения типа производства можно использовать годовой объем выпуска и массу детали. По таблице 3.1, тип производства определен как среднесерийный.