Дипломного проекта Проектирование участка механической обработки детали шестерни

Введение

На современном этапе развития машиностроения трудно сосредоточить всю совокупность расширяющихся знаний во всех областях технологии производства машин в рамках одной специальности. Поэтому в машиностроении имеют самостоятельное значение такие специальности, как технология литейного производства, технология ковки и штамповки, сварки и т.п. Всё машиностроение невозможно представить без существования учебной дисциплины "Технология машиностроения". Это наука об изготовлении машин требуемого качества, в установленном производственной программой количестве и в заданные сроки, при наименьших затратах живого и овеществленного труда, то есть при наименьшей себестоимости. Процесс изготовления машин и механизмов состоит из комплекса работ, необходимых для производства заготовок, их обработки, сборки из готовых деталей составных частей (сборочных единиц) и, наконец, сборки из сборочных единиц и отдельных деталей готовых машин. На машиностроительном производстве решением вышеуказанных задач занимаются специалисты-технологи. На них возлагаются так же задачи по практическому осуществлению широкого применения прогрессивных типовых технологических процессов, оснастки и оборудования, средств механизации и автоматизации, соответствующим достижениям науки и техники.

Мой дипломный проект является первой большой самостоятельной работой будущего технолога, направленной на решение конкретных задач в области совершенствования технологии обработки, организации производства и улучшения технико-экономических показателей работы участка.

Тема дипломного проекта - Проектирование участка механической обработки детали шестерни

2.1 Назначение конструкция и условия работы шестерни первой передачи коробки передач
Рассматриваемая деталь является шестерней первой передачи коробки передач. Она предназначена для преобразования по величине угловой скорости вращения и крутящего момента

Краткая характеристика шестерни:

- материал: сталь 20Х ГОСТ 4543-71

- модуль: m=3

- число зубьев: z=32

- угол наклона зубьев: =0(прямозубая)

- делительный диаметр: d=96 мм

- исходный контур: ГОСТ 13755-68

-коэффициент смещения: x=0,6766

-степень точности 7 (передача нормальной точности)

- тип производства: мелкосерийное

- термообработка: Нитроцементация 0,40,7мм

Закалка и низкий отпуск поверхностей зубьев.

Твёрдость поверхности HRC_э=58 min. Твёрдость сердцевины HRC_э=32..45.

Данная шестерня представляет собой деталь типа- диск. Для центрирования на вторичном валу коробки передач она снабжена центральным сквозным отверстием  45 мм. Деталь посажена с натягом на втулку, которая в свою очередь посажена на игольчатые подшипники, которые позволяют шестерне вращаться относительно вторичного вала коробки передач. На внешней цилиндрической поверхности нарезаны 32 прямых зуба На боковых поверхностях шестерни для облегчения конструкции сделаны выемки, для этого же на 67 мм просверлено 6 сквозных отверстий 14 мм. Для удобства изготовления и сборки в конструкции детали присутствуют фаски и радиусы скругления

Крутящий момент от вала передаётся на шестерню путём зацепления шестерни с кулачковой муфтой с помощью кулачков, расположенных на торцовых поверхностях шестерни и зубчатой муфты.

Крутящий момент, действующий на деталь, имеет знакопеременный характер и нагружает зубья шестерни изгибными напряжениями, возможны ударные нагрузки при трогании автомобиля и переключении передач Максимальный крутящий момент передаваемый шестерней равен 329 Нм Максимальная частота вращения- 2063 об/мин

Для лучшей приработки зубьев обеспечения бесшумности работы шестерню и колесо фосфатируют с промасливанием. Благодаря этой мере для заправки главной передачи и коробки передач можно использовать смазку ТАД-17И и отказаться от масла для гипоидных передач характеризующейся высокой температурой застывания коррозионной агрессивностью в присутствии влаги. Из-за наличия в смазке щелочи шестерня находится в агрессивной среде

Деталь работает в пространстве, защищённом от прямого воздействия окружающей среды при этом рабочая температура окружающего пространства около 50⁰С

22 Анализ технических требований

Исходя из условий и характера работы ведомая шестерня должна обладать следующими свойствами: иметь достаточную прочность, износостойкость, жесткость, твердость Конструкционные углеродистые и легированные стали (сталь 18ХГТ 20 20Х 20ХН 35ХМ и др.) удовлетворяют требованиям высокой прочности малой чувствительности к концентраторам напряжений хорошо поддаются механической и термической обработкам. Малоуглеродистые стали обеспечивают вязкую сердцевину и при этом поверхностную твёрдость детали что и требуется для данной шестерни Цементуемая сталь 20Х, исходя из её достаточных механических характеристик и их соотношения с ценой является наиболее оптимальным материалом для изготовления данной шестерни

Исходя из условий работы шестерня должна обладать следующими свойствами иметь высокую контактную прочность и сопротивление изнашиванию Исходя из требуемых свойств деталь подвергается химико-термической обработке - нитроцементации. Нитроцементованные слои лучше сопротивляются изнашиванию (на 20-30) чем цементованные а также такая обработка проводится при более низкой температуре и следовательно уменьшается деформация детали. Ёщё одно преимущество нитроцементации по сравнению с цементацией и азотированием заключается в скорости процесса и одновременном насыщении стали углеродом и азотом Таким образом получают нитроцементованный слой глубиной h=04...07 мм и твердость HRC_э 58...62.

Самые жёсткие требования предъявляются к тем поверхностям детали по которым происходит контакт с другими деталями

К сквозному отверстию по которому происходит центрирование шестерни на втулке 45 мм назначен допуск по 6-му квалитету Шестой квалитет обеспечивает требуемую посадку с натягом шестерни на втулку Шероховатость этой поверхности Ra 1,25 мкм равна 0,05 допуска на размер Так же к данному отверстию назначается отклонение от круглости равное 001 мм Такие требования предъявляются для того чтобы исключить деформацию находящихся в зацеплении зубьев

Для плавной и бесшумной работы зубчатой пары и исключения деформации зубьев сопрягаемой шестерни на поверхность зубьев установлен допуск радиального биения

Наряду с выбранным материалом и термообработкой износостойкость зубчатого венца обеспечивает назначенная шероховатость поверхностей зубьев равная 25 мкм

На острых концах зубьев необходимо снять фаски под углом 15⁰ для плавного попадания зубьев во впадины другого колеса

Отклонения на остальные поверхности назначены по 10-му квалитету и выше

23 Выбор способа получения заготовки

Производство шестерни первой передачи вторичного вала коробки передач является мелкосерийным Деталь выполнена из стали 20Х. Так как шестерня передаёт большой крутящий момент через зубчатое зацепление то заготовка должна обладать волокнистой структурой. Этим свойством обладают поковки Поковку можно получить штамповкой в подкладных открытых и закрытых штампах на ковочных молотах и прессах кривошипных прессах и горизонтально-ковочных машинах Лучшие результаты по производительности и качеству штамповок дают штамповочные прессы работающие без перекосов и обеспечивающие одинаковые размеры и форму всех изготовляемых в партии заготовок Они позволяют уменьшить расход металла снизить массу заготовок и сократить трудоёмкость механической обработки. Поэтому заготовку получаем штамповкой на штамповочных прессах в закрытых штампах

• 
  Получение заготовки 2-го класса точности(IT 12)
  
• 
  Большую производительность(по сравнению с литьем)
  
• 
  Более высокие механические свойства после термообработки по сравнению с другими видами заготовок, получаемых из данного материала.
  
• 
  Высокий коэффициент использования металла
  
• 
  Штамповкой достигается размельчение зёрен материала что уменьшает шероховатость поверхности зубьев при обработке резанием
  

Расчёт допусков и припусков на поковку

Исходные данные. Изделие – цилиндрическая шестерня с наружным зубчатым венцом. Материал Сталь 20Х ГОСТ 4543-71 (0,17–0,23 % С-углерод; 0,17–0,37 % Si- кремний; 0,5–0,8 % Mn- марганец; 0,7–1,0 % Cr- хром). Штамповочное оборудование – закрытый штамп из инструментальной стали марки 5ХНМ. Масса шестерни 0,8 кг.

1. Определение расчетной массы поковки.

МР.П. = 1,8  0,8 = 1,44 кг. КР =1,8 (см. табл. 26) [1]

2. Класс точности поковки Т2 - 2класс (см. табл. 25).[1]

3. Группа стали – М1 (см. табл. 24). Средняя массовая доля углерода в стали Сталь 20Х 0,20 % С; суммарная массовая доля легирующих элементов – 1,07 % (0,27 % Si; 0,8 % Mn).

4. Степень сложности – С2– 2-я степень (табл. 28). [1]

Массу геометрической фигуры, в которую вписывается форма поковки, определяем исходя из размеров описанного цилиндра с диаметром d = 105,2 1,05 = 110,46 и высотой h = 26,1  1,05 = 27,4. Масса описывающей фигуры (расчетная) – 2,05 кг;

Gп/Gф = 0,8 /2,05 = 0,39

5. Исходный индекс – 9 (см. табл. 28) [1]

Конфигурация поверхности разъема штампа - П –плоская.

6. Припуски на механическую обработку.

Припуски на механическую обработку (табл. 29[1]). Размер диаметра шестерни 105,2 мм, шероховатость поверхности 2,5 мкм, припуск 1,2 мм (на сторону). Размер наружного диаметра с припуском на обработку составит величину 105,2 + 1,2  2 = 107,6 мм. Дополнительные припуски, учитывающие смещение поверхности разъема штампов – 0,3 мм. Размер наружного диаметра поковки 107,6 + 0,3  2 = 108,2 мм. Принимаем размер поковки 109 мм с предельными отклонениями + 0,8 мм и – 0,4 мм. Размер поковки, проставляемый на чертеже .

Аналогично рассчитываются остальные размеры поковки шестерни:

- толщина 26,1 и шероховатость поверхности 2,5;

26.1 + (1,2 + 0,3) × 2 = 29,1; принимаем 30; размер на чертеже ;

- диаметр 45 и шероховатость поверхности 1,25;

45 - (1,2 + 0,3) × 2 = 42; принимаем 42; размер на чертеже .
24 Оценка технологичности конструкции детали
Оценка технологичности конструкции шестерни производится на стадиях получения заготовки и механообработки детали Также оценивается совершенство конструкции детали характеризующееся её соответствием современному уровню техники экономичностью удобствами эксплуатации и в какой мере учтены возможности использования наиболее экономичных и производительных технологических методов её изготовления

Следовательно можно выделить следующие технологические особенности детали

• 
  Конструкция детали обеспечивает возможность лёгкого извлечения её из штампа
  
• 
  Наличие радиусов закругления на наружных и внутренних поверхностях детали облегчает течение металла в штампе упрощает изготовление уменьшает износ увеличивает прочность детали
  
• 
  При механообработке все поверхности базирования удобны для зажима детали в приспособлениях
  
• 
  В конструкции детали присутствует сквозное отверстие что способствует более лёгкой механической обработке этого отверстия
  
• 
  Расстояния между отверстиями выбраны таким образом, что позволяют обрабатывать шесть отверстий одновременно с помощью многошпиндельных сверлильных головок
  
• 
  Во избежание поломки свёрл при сверлении поверхности на входе инструмента перпендикулярны оси отверстий
  
• 
  Переходные поверхности детали заменены фасками и радиусами для обеспечения выхода инструмента
  
• 
  На острых концах зубьев сняты фаски для облегчения входа в зацепление и повышения срока службы
  
• 
  Нет тонких стенок, которые уменьшают стойкость штампа вследствие быстрого остывания и увеличения сопротивления течению металла обуславливают недоштамповку и повышают брак
  
• 
  Данная деталь является жёсткой конструкцией (Из-за малого отношения наименьшего диаметра к длине)
  

25 Маршрут обработки основных поверхностей шестерни

Из предъявляемых технических требований устанавливаем что требуемая точность размера и шероховатость поверхности может быть достигнута с помощью шлифования или тонкого растачивания Осуществить шлифование или тонкое точение можно лишь тогда когда поверхность была обработана чистовым растачиванием(предварительным шлифованием) обеспечивающим IT8 и Ra25 Чистовому растачиванию предшествует черновое растачивание обеспечивающее IT10 и Ra63

Из рассмотренных вариантов выбираем тонкое растачивание из-за меньшего времен затрачиваемого на эту операцию

Рассматриваемая шестерня входит в сильнонагруженную и быстроходную передачу и имеет высокую степень точности- 7-ю. Чтобы получить зубчатый венец данной степени точности необходимо выполнить шлифовку или притирку зубьев.Чтобы осуществить зубошлифование или притирку перед этим нужно выполнить чистовое и черновое нарезание зубьев

1 Черновое нарезание зубьев 9 стточности

2 Чистовое нарезание зубьев 8 стточности

3 Термическая обработка

4 Зубошлифование или зубошевингование 7 стточности

Исходя из того что процесс зубошлифования малопроизводителен и дорог в качестве окончательной обработки зубчатого венца шестерни принимаем зубошевингование 
26 Выбор технологических баз для установки заготовки
На шестерне присутствует ряд взаимосвязанных поверхностей. А именно центральное сквозное отверстие зубчатый венец и торец. Все эти поверхности обработать с одного установа невозможно следовательно необходимо выбрать базы для обработки отдельно зубчатого венца а также центрального отверстия и торца

Для обработки зубчатого венца базирование осуществляется по центральному отверстию и торцу, в этом случае соблюдается принцип совмещения баз

Обработка торца с кулачками и противоположного торца осуществляется раздельно. При обработке сквозного отверстия и торца за технологические базы могут быть приняты наружная цилиндрическая поверхность и другая торцовая поверхность. При таком базировании обеспечивается свободный подвод инструмента к обрабатываемой поверхности

При окончательной обработке центрального отверстия удобно базировать деталь по зубчатому венцу, следуя принципу постоянства баз

Последней обрабатываем ту поверхность, которая является наиболее точной и имеет наибольшее значение для работы детали в машине Такой поверхностью является цилиндрическая поверхность центрального отверстия

Рассмотрим возможные варианты обработки детали
Таблица 3 Черновая обработка центрального отверстия и шестерни.

Из рассмотренных выше вариантов выбираем второй, так как при этом варианте производится более равномерная обработка детали что исключает коробление детали и повышает точность обработки

Конституция закрепляет право граждан РФ на охрану здоровья. Это право обеспечивается развитием и совершенствованием техники безопасности и производственной санитарии, проведением широких мероприятий, охраной здоровья трудящихся, обеспечением безопасных условий труда, ликвидацией профессиональных заболеваний и производственного травматизма.

Обеспечение здоровых и безопасных условий труда возлагается на администрацию предприятий. Администрация обязана внедрять современные средства техники безопасности, предупреждающие производственный травматизм и обеспечить санитарно-гигиенические условия, предотвращающие возникновение профессиональных заболеваний рабочих.

Для проведения мероприятий по охране труда предприятия выделяют в установленном порядке средства и необходимые материалы. Расходование этих средств и материалов на другие цели запрещается.

Проведение инструктажа рабочих по технике безопасности, производственной санитарии, противопожарной охране и другим правилам охраны труда. Организация работы по профессиональному отбору, осуществление контроля за соблюдением работниками всех требований инструкции по охране труда.

Главным звеном в системе «человек-машина» является человек. При этом можно выделить следующие направления исследований, связанных с производственно-трудовой деятельностью: методологические, психофизиологические, системно-технические, эксплуатационные. На производственно-трудовую деятельность человека оказывают влияние такие факторы производственной среды, как: физические, химические, психофизиологические и эстетические.

Любое общество объективно заинтересовано в создании благоприятных условий труда.

Неблагоприятные условия труда могут иметь своим результатом:

- снижение работоспособности вследствие повышенного утомления;

увеличение внутрисменных потерь в связи с увеличением времени на отдых;

временную потерю трудоспособности вследствие общих заболеваний;

несчастные случаи и профессиональные заболевания.

Эти последствия могут быть сведены к экономическим показателям. Разрабатываемые профилактические мероприятия преследуют цель снизить или полностью устранить ущерб, который приносят неудовлетворенные условия труда.

Различают социальную, инженерно-техническую, экономическую эффективность мероприятий.

В социальном аспекте мероприятия считаются эффективными, если они способствуют укреплению здоровья трудящихся, повышают работоспособность, направлены на снижение числа несчастных случаев, общей и профессиональной заболеваемости. Инженерно-техническая эффективность мероприятий может выражаться в непосредственных физических величинах, принятых для измерения тех или иных факторов. Определение экономической эффективности преследует цели: обоснование оптимального варианта решения, снижения заболеваемости, травматизма, утомления, рационального расходования средств на охрану труда.

К химическим факторам относятся: естественный газовый состав, воздух, вредные примеси в воздухе.

К физическим факторам относятся: электромагнитные (статистические поля и электромагнитные излучения), физические свойства воздушной среды (микроклимат, механические примеси в воздухе и др.), механические (шум, вибрация, ускорение), производственное освещение (естественное, искусственное, совмещенное).

Правильно спроектированное и выполненное освещение на предприятиях машиностроительной промышленности обеспечивает возможность нормальной производственной деятельности. Сохранность зрения человека, состояние его центральной нервной системы и безопасность на производстве в значительной мере зависит от условий освещения. От освещения зависят производительность труда и качество выпускаемой продукции.

Различают три вида освещения:

) естественное (боковое, верхнее, комбинированное),

2) искусственное:

а) рабочее: общее, местное, комбинированное,

б) аварийное: для продолжения работы при внезапном отключении рабочего отключения, для эвакуации людей из помещения),

3) совмещенное.

Для аварийного освещения разрешается применять лишь светильники с люминесцентными лампами и лампами накаливания.

Основная задача освещения на производстве - создание наилучших условий для видения. Эту задачу можно решить только осветительной системой, отвечающей следующим требованиям:

1. 
   освещенность на рабочем месте должна соответствовать характеру зрительной работы, которая определяется тремя параметрами: объект различения, фон, контраст объекта с фоном;
   
2. 
   необходимо обеспечить равномерное распределение яркости на рабочей поверхности;
   
3. 
   должны отсутствовать резкие тени;
   
4. 
   в поле зрения должна отсутствовать прямая и отраженная блеклость;
   
5. 
   величина освещенности должна быть постоянной во времени;
   
6. 
   следует выбирать оптимальную направленность светового потока;
   
7. 
   следует выбирать необходимый спектральный состав света;
   
8. 
   все элементы осветительных установок должны быть долговечными, электробезопасными;
   
9. 
   установка должна быть удобной и простой в эксплуатации.
   

Профилактика вибрации должна начинаться с момента технологического проектирования и конструирования вибрирующего оборудования.

Под шумом подразумевают беспорядочное смешение звуков различной силы и частоты. Для измерения уровня шума была построена международная шкала, единице этой шкалы присвоено название «бел». Вся шкала разделена на 13 бел, но пользуются не белами, а величиной, в 10 раз меньшей - децибелами (дБ).

Ослабление шумов на производстве существенно улучшает условия труда, увеличивает работоспособность и благоприятно сказывается на здоровье людей.

По частотному составу шумы делятся на три класса: среднечастотные шумы, низкочастотные, высокочастотные.

Известны методы ослабления воздействия шумов и сотрясений на работающих: устранение или ослабление шума и вибрации в источнике из образования, изоляция и поглощение шума, применение средств индивидуальной защиты. Устранение или ослабление шума в источнике образования достигается изменением технологического процесса. Изоляция шума уменьшает его распределение.

Природоохранной является любая деятельность, направленная на сохранение качества окружающей среды на уровне, обеспечивающем устойчивость биосферы. К ней относится как крупномасштабная, осуществляемая на общегосударственном уровне деятельность по сохранению эталонных образцов нетронутой природы и сохранению разнообразия видов на Земле, организации научных исследований, подготовке специалистов-экологов и воспитанию населения, так и деятельность отдельных предприятий по очистке от вредных веществ сточных вод и отходящих газов, снижению норм использования природных ресурсов и т. д. Такая деятельность осуществляется в основном инженерными методами [5, c. 54].

Существуют два основных направления природоохранной деятельности предприятий. Первое - очистка вредных выбросов. Этот путь «в чистом виде» малоэффективен, так как с его помощью далеко не всегда удается полностью прекратить поступление вредных веществ в биосферу. К тому же сокращение уровня загрязнения одного компонента окружающей среды ведет к усилению загрязнения другого.

Использование очистных сооружений, даже самых эффективных, резко сокращает уровень загрязнения окружающей среды, однако не решает этой проблемы полностью, поскольку в процессе функционирования этих установок тоже вырабатываются отходы, хотя и в меньшем объеме, но, как правило, с повышенной концентрацией вредных веществ. Наконец, работа большей части очистных сооружений требует значительных энергетических затрат, что, в свою очередь, тоже небезопасно для окружающей среды.

Второе направление - устранение самих причин загрязнения, что требует разработки малоотходных, а в перспективе и безотходных технологий производства, которые позволяли бы комплексно использовать исходное сырье и утилизировать максимум вредных для биосферы веществ.

Для очистки применяют различные конструкции аппаратов. По способу улавливания пыли их подразделяют на аппараты механической (сухой и мокрой) и электрической очистки газов. В сухих аппаратах (циклонах, фильтрах) используют гравитационное осаждение под действием силы тяжести, осаждение под действием центробежной силы, инерционное осаждение, фильтрование. В мокрых аппаратах (скрубберах) это достигается промывкой запыленного газа жидкостью. В электрофильтрах осаждение на электроды происходит в результате сообщения частицам пыли электрического заряда. Выбор аппаратов зависит от размеров пылевых частиц, влажности, скорости и объема поступающего на очистку газа, необходимой степени очистки.

Для очистки газов от вредных газообразных примесей используют две группы методов - некаталитические и каталитические. Методы первой группы основаны на выведении примесей из газообразной смеси с помощью жидких(абсорберов) и твердых (адсорберов) поглотителей. Методы второй группы заключаются в том, что вредные примеси вступают в химическую реакцию и превращаются в безвредные вещества на поверхности катализаторов. Еще более сложный и многоступенчатый процесс представляет собой очистка сточных вод.

Сточными водами называются воды, использованные промышленными и коммунальными предприятиями и населением и подлежащие очистке от различных примесей. В зависимости от условий образования сточные воды делят на бытовые, атмосферные (ливневые, стекающие после дождей с территорий предприятий) и промышленные. Все они содержат в той или иной пропорции минеральные и органические вещества.

Сточные воды от примеси очищают механическими, химическими, физико-химическими, биологическими и термическими методами, которые, в свою очередь, подразделяются на рекуперационные и деструктивные.

Рекуперационные методы предусматривают извлечение из сточных вод и дальнейшую переработку ценных веществ. При деструктивных методах вещества, загрязняющие воду, подвергают разрушению путем окисления или восстановления. Продукты разрушения удаляют из воды в виде газов или осадков.

Механическую очистку применяют при удалении твердых нерастворимых примесей, используя методы отстаивания и фильтрования с помощью решеток, песколовок, отстойников. Химические методы очистки применяют для удаления растворимых примесей с помощью различных реагентов, вступающих в химические реакции с вредными примесями, в результате чего образуются малотоксичные вещества. К физико-химическим методам относят флотацию, ионный обмен, адсорбцию, кристаллизацию, дезодорацию и т. д. Биологические методы считаются основными для обезвреживания сточных вод от органических примесей, которые окисляются микроорганизмами, что предполагает достаточное количество кислорода в воде. Эти аэробные процессы могут протекать как в естественных условиях - на полях орошения при фильтрации, так и в искусственных сооружениях - аэротенках и биофильтрах[5, c. 51].

Производственные сточные воды, не поддающиеся очистке перечисленными методами, подвергают термическому обезвреживанию, т. е. сжиганию, или закачке в глубинные скважины (в результате чего возникает опасность загрязнения подземных вод). Указанные методы осуществляются в локальных(цеховых), общезаводских, районных или городских системах очистки.

Для обеззараживания сточных вод от микробов, содержащихся в бытовых, особенно в фекальных, стоках, применяется хлорирование в специальных отстойниках.

После того как решетки и прочие приспособления освободили воду от минеральных примесей, микроорганизмы, содержащиеся в так называемом активном иле, «съедают» органические загрязнения, т. е. процесс очистки обычно проходит несколько ступеней. Однако и после этого степень очистки не превышает 95%, т. е. полностью устранить загрязнение водных бассейнов не удается. Если к тому же какой-либо завод спустит в городскую канализацию свои сточные воды, не прошедшие предварительной физической или химической очистки от каких-либо ядовитых веществ на цеховых или заводских сооружениях, то микроорганизмы в активном иле вообще погибнут, и для возрождения активного ила может понадобиться несколько месяцев.

Следовательно, стоки данного населенного пункта в течение этого времени будут загрязнять водоем органическими соединениями, что может привести к его эвтрофикации [5, c. 67].