Приспособление для фрезерования крышки нижней головки шатуна

К1 –  коэффициент,  учитывающий  увеличение  силы  резания  из-за

случайных неровностей на заготовках;

К1 = 1,2 – для черновой обработки;

К1 = 1,0 – для чистовой обработки;

К2 – коэффициент, учитывающий увеличение силы резания вслед-

ствие затупления инструмента К2 = 1,2 – 1,4 ;

К3 –  коэффициент,  учитывающий  увеличение  силы  резания  при

прерывистом резании, К3 = 1,2;

К4 – учитывает непостоянство зажимного усилия;

К4 = 1,3 – для ручных зажимов;

К4 = 1,0 – для пневматических и гидравлических зажимов;

К5 – учитывает степень удобства расположения рукояток в ручных

зажимах;

- К5 = 1,2 – при диапазоне угла отклонения рукоятки 900;

- К5 = 1,0 – при удобном  расположении и малой длине  рукоятки;

К6 – учитывает неопределенность из-за неровностей места контакта заготовки с опорными элементами, имеющими большую опорную поверхность (учитывается  только  при  наличии  крутящего  момента, стремящегося повернуть заготовку);

К6 = 1,0 – для опорного  элемента, имеющего ограниченную поверхность контакта с заготовкой;

К 6 = 1,5 – для опорного элемента с большой площадью контакта.

 

 K= 1,5 ×1,2 ×1,3 ×1,2 ×1 ×1 ×1,5 =4,21

Сила зажима равна:

Pз =  4,21×370=15577 Н.

4.3 Расчет рычажного зажима

Для  определения  соотношения  между  исходной силой W механизированного привода и силой зажима заготовки Pз рассмотрим их действие на рычаг (рисунок 5). Сила W от механизированного привода действует на правый конец рычага на расстоянии L1  от  оси  качения О. Сила W поворачивает  рычаг на  оси около точки 0, а правый конец рычага зажимает обрабатываемую заготовку с силой Pз, находящейся на расстоянии L2 от точки 0. Вследствие различия плеч L и L1 рычага, а также учитывая потери на трение на его оси при повороте, можно утверждать, что величины сил Pз и W будут различными [ ].

Рисунок 5 — Схема сил, действующих на рычаг

Реакцию на оси рычага обозначим через N. От силы N возникает сила

трения Nf, действующая навстречу  вращению рычага для определения силы N напишем уравнение равновесия рычага относительно вертикальной оси Y:

SY= -N -W- Pзf=0 (9)

Отсюда N= - W-  Pзf.

Составляем уравнение моментов относительно точки без учета трения:

SM0=W×l1+Pз× l2=0

W= - Pз× (l2/ l1)

N= Pз× l2/ l1-  Pзf.

Для нахождения силы W составим уравнение равновесия рычага относительно точки О с учетом трения:

SM0=W×l1+Pз×l2-N×f×r - Pз×f ×r2=0,

где r - радиус оси, мм.

Отсюда:

W×l1= Pз×f ×r2-Pз×l2+N×f×r ;

W = (Pз×f ×r2-Pз×l2+N×f×r)/ l1.

Принимаем рычаг со следующими размерами:

l1=65 мм, l2=25 мм, r =5 мм, r2=10 мм.

Коэффициент трения сталь по стали f=0,15.

N= 15577× (25/ 65)- 15577×0,15=3582 Н.

W = (15577×0,15 ×10-15577×25+3582×0,15×5)/ 65=-5590, Н.

Знак минус говорит о том, что сила W сменит направление.

 

5 Обоснование и выбор типа привода приспособления

Выбор приводного устройства

Для привода зажимных устройств могут использоваться различные типы привода: ручной, пневматический, гидравлический, комбинированный.

Гидравлический привод это самостоятельная установка, состоящая из гидродвигателя, рабочего цилиндра, насоса для подачи масла в цилиндр,  бака  для  масла,  аппаратуры  управления  и  регулирования  и трубопроводов. В  зависимости от назначения и мощности  гидравлический  привод может  обслуживать  одно  приспособление,  группу  из трех-пяти приспособлений на нескольких станках, или группу из 25-35 приспособлений, установленных на различных станках.

Также могут применяться пневматические приводы для закрепления заготовок. Они отличаются большей универсальностью. Для пневматического привода могут применяться поршневые и мембранные пневмоцилиндры.

В мембранных пневмоцилиндрах рабочие камеры образованы внутренними поверхностями корпуса и эластичной мембраны со штоком (рис. 6). Они могут быть одностороннего и двустороннего действия, а в зависимости от числа рабочих полостей — одинарными или сдвоенными. Мембраны бывают тарельчатые в плоские. У таких цилиндров конструкция проще чем у поршневых.

 

Рисунок 6 — Мембранный пневмоцилиндр

Мембранные цилиндры рекомендуется применять при небольших ходах.

Схема пневмоцилиндра с резинотканевой мембраной представлена на рис

Рисунок 7 — Схема хода мембраны пневмоцилиндра

По таблице предварительно принимаем диаметр мембраны D=160 мм, при этом будет обеспечиваться зажимное усилие 5700 Н.

Таблица 1.- Характеристика мембранных пневмоцилиндров

 

По схеме определяем ход мембраны на закрепление

S=(0,05…0,07)D=(0,05…0,07)160=8...11,2 мм.

Вычисляем наружный диаметр d опорной шайбы:

 d=0,7× D=112 мм.

Определим требуемое давление сжатого воздуха для мембранного пневмоцилиндра из формулы:

Рз=0,196×( D+ d)2p-Pк, (10)

где p – давление сжатого воздуха, МПа;

Pк – усилие от возвратной пружины, примем Pк=5Н.

 

p= (Рз+Pк)/ (0,196×( D+ d)2)=(5700+10) )/ (0,196×( 160+ 112)2)=0,39 МПа.

 

6 Выбор материалов, размеров, сечений нагруженных деталей разрабатываемой конструкции

6.1 Выбор материалов

Для изготовления деталей машин применяются конструкционные стали.

Эти стали, в свою очередь подразделяют на несколько больших групп:

 улучшаемые конструкционные  стали;

цементуемые конструкционные стали;

пружинно-рессорные стали;

пружинно-рессорные стали;

стали для подшипников качения;

автоматные стали;

строительные стали.

Для изготовления деталей с высокой прочностью могут применяться среднеуглеродистые улучшаемые качественные стали.

Термин «улучшаемые» сформировался от способа термической обработки – «улучшение». Это значит, что свойства этих сталей (прочность, ударную вязкость, усталостную прочность) можно варьировать (улучшать) в широких пределах термической обработкой, заключающейся в закалке и последующем высоком или среднем отпуске.

Для изготовления деталей приспособления выбираем следующие марки сталей 40, 45, 0,4 и 0,45% углерода соответственно. Данные стали подвергаются улучшению обладают высокой прочностью после термообработки а также не требуют цементации.

Сталь 40 имеет следующие механические свойства: сталь горячекатаная, кованая калиброванная и серебрянка 2-й категории после нормализации σB=750 МПа, δ= 19%, ψ=45 %, KCU=59 Дж/м2.

Данная сталь имеет следующие допустимые напряжения после улучшения:

при растяжении МПа;

при изгибе МПа;

при срезе МПа;

Сталь 45 имеет следующие механические свойства: сталь горячекатаная, кованая калиброванная и серебрянка 2-й категории после нормализации σB= 600 МПа, δ= 16%, ψ=40 %.

Данная сталь имеет следующие допустимые напряжения после улучшения:

при растяжении МПа;

при изгибе МПа;

при срезе МПа.

Для изготовления корпусных деталей (основание приспособления) могут применяться серый чугун и литейные стали.

Серый чугун. Свойства данного материала обеспечили ему широкое применение в машиностроении. Кристаллизуется он при довольно низких температурах, дает малую усадку, в жидком состоянии сохраняет высокую текучесть. Его литейные свойства оцениваются как высокие. Серый чугун служит основным материалом для цилиндров и поршней самых разных механизмов, станин станков и пр.

Для изготовления оснований и плит применяется чугун марки СЧ 15. Он имеет следующие свойства временное сопротивление σB= 150 МПа.

Чугун обладает низкой свариваемостью. Некоторые элементы корпуса приспособления предлагается соединять сваркой, поэтому для изготовления основания рационально применять литейные стали.

Литейные стали. Из сталей отливают обычно детали, к которым предъявляют повышенные требования по прочности, пластичности, надежности и долговечности в процессе эксплуатации. Литейные стали классифицируют в основном по способу выплавки, химическому составу, структуре, назначению. По химическому составу литейные стали разделяют на углеродистые, а также низко-, средне- и высоколегированные.

Большую часть фасонных отливок (около 65%) изготовляют из углеродистых конструкционных сталей (ГОСТ 977—75) следующих марок 15Л, 20Л, 25Л, 30Л, 35Л, 40Л, 45Л, 50Л, 55Л. В обозначении марки число означает среднее содержание углерода в сотых долях процента (например, для марки 25Л—0,25% С), а буква «Л» указывает, что сталь предназначена для литья.

Для изготовления основания применяем сталь 20 Л. Которая имеет следующие свойства.  Свариваемость: без ограничений. Флокеночувствительность не чувствительна. Склонность к отпускной хрупкости:  не склонна.

Предел прочности σB=412 МПа, предел текучести σт=216 МПа,  δ= 22%, ψ=35 %, KCU=491 Дж/м2.

6.2 Выбор размеров деталей

Основные нагрузки при работе приспособления испытывает рычаг. На него воздействуют изгибающие нагрузки от воздействия сил реакций опор и сил закрепления. Предварительно принимаем размеры рычага, представленные на рисунке

Рисунок 8 — Эскиз рычага

Окончательно размеры рычага примем после выполнения проверочных расчетов на прочность.

6.3 Проверочные расчеты на прочность элементов конструкции

Проверяем рычаг на изгиб в самом слабом сечении. Наиболее нагруженным сечением является сечение Б-Б: в нем  действует максимальный изгибающий момент, а также оно ослаблено отверстием под ось рычага.

Рисунок 9 — Схема действия сил на рычаг

Изгибающий момент равен:

 

где l2 - плечо действия силы, мм.

 

(11)

где Wx - осевой момент сопротивления в опасном сечении А-А, мм3;

- допускаемое напряжение  изгиба, для стали 40 .

Схема для определения осевого момента сопротивления сечения Б-Б, представлена на рисунке

 

Рисунок 10 — Схема сечения

Осевой момент сопротивления равен:

 

где h=20 мм,  h1=10 мм, b=25 мм.

.

Условие прочности выполняется.

6.4 Расчет осей крепления рычага

Выполним проверочный расчет оси крепления рычага к стойке. На ось будет действовать нормальная сила N. Выполним проверку оси на срез и на изгиб.

 

Рисунок 11 — Схема нагружения оси

Напряжение на срез равно:

(12)

где d – внутренний диаметр ocи, d=8 мм;

допускаемое напряжение среза, для стали 40

 

Условие прочности на срез выполняется.

Условие прочности оси на изгиб:

(13)

Изгибающий момент будет возникать по центру оси:

 

 

где d –диаметр оси, d =10 мм.

.

Условие прочности выполняется.

Выполним проверочный расчет оси крепления рычага к штоку пневмоцилиндра.

На ось будет действовать сила W=5600 Н. Выполним проверку прочности оси на срез и на изгиб. Материал оси сталь 45 термообработка улучшение.

Напряжение на срез равно:

(14)

где d – внутренний диаметр ocи, d=8 мм;

допускаемое напряжение среза, для стали 45 .

 

Условие прочности на срез выполняется.

Условие прочности оси на изгиб:

 

Изгибающий момент будет возникать по центру оси:

 

где b – ширина паза, b =10 мм

 

где d –диаметр оси, d =8 мм.

.

Условие прочности выполняется.

 

заключение

В курсовом проекте была разработана конструкция приспособления для фрезерования крышки нижней головки шатуна. Для этого рассмотрена технология ремонта крышки. Для ремонта шатуна обязательной операцией является фрезерование поверхности разъема крышки. При этом необходимо использовать специальное приспособление.

Для привода данного приспособления был выбран пневмоцилиндр с мембраной как наиболее простой по сравнению  поршневыми цилиндрами. Был рассчитан диаметр мембраны D=160 мм, при этом будет обеспечиваться зажимное усилие 5700 Н. Требуемое давление сжатого воздуха составит 0,4 МПа.

Для изготовления деталей приспособления (осей, рычагов, основания) были выбраны стали марок 40, 45, 20 Л.

Проверочные расчеты показали, что при изготовлении деталей из данных материалов по размерам, представленным на чертежах, конструктивная прочность обеспечивается.

 

Список использованных источников

1. Надежность и ремонт машин: Учебник / Под ред. Курчаткина В.В. - М.:Колос, 2000.- 776 с.
2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Изд. 4-е, перераб. и доп. Том 1, 2.-М.: Машиностроение, 1974.
3. Беляев Н.М. Сопротивление материалов/Изд.15-е перераб. и доп.- М.: Наука, 1976. - 607 с.
4. Справочник  технолога машиностроителя,/под  ред. А.Н. Малова.  т.  2  - М., Машиностроение,1972.
5. Белькевич Б.А., Тимашков В.Д. Справочное   пособие технолога машиностроительного завода. - Минск, Беларусь,1972.
6. А.Г. Схиртладзе, А.И. Матвеев, Ю.В. Новиков, Г.И. Рогозин Станочные приспособления: Альбом, -  Тверской государственный технический университет, 1999
7. Курбатов А.Е. Технология сельскохозяйственного машиностроения. Проектирование технологического процесса изготовления детали. Учебное пособие для студентов специальностей 311300 механизация сельского хозяйства, 311900 Технология обслуживания и ремонта машин в агропромышленном комплексе, 150200  Автомобили и автомобильное хозяйство очной и заочной форм обучения. – Кострома, - 2006. – 40с.
8. Вардашкин Б.Н. Справочник Станочные приспособления: в 2-х т: Т.1.: Москва, 1984. – 592 с.