4.2.3. Технологичность валов
Конструктивные особенности. В механизмах транспортных и технологических машин, колесных и гусеничных машинах применяют валы различной конструктивной формы: бесступенчатые (гладкие), ступенчатые с прямой геометрической осью, коленчатые, эксцентриковые (кулачковые), кривошипы, поворотные кулаки и др.
Наибольшее распространение в этих машинах (60 – 70 % общего количества) получили ступенчатые валы средних размеров (диаметром 25…125 мм, длиной до 250 мм) – шлицевые с глухим или сквозным центральным отверстием. Шлицевые валы изготавливают в основном с закрытыми шлицами прямобочного или эвольвентного профиля.
Несмотря на разнообразие форм и размеров валов необходимо учитывать следующие требования, обуславливающие их технологичность.
Достаточная жесткость. Конструкция вала считается жесткой при отношении длины к диаметру (l/d) не более 10…12. В противном случае токарная обработка вала требует применения дополнительных опор – люнетов, что увеличивает трудоемкость. В зависимости от отношения длины к диаметру валы закрепляются при обработке в патроне (l:d £ 5), в центрах (l:d £ 10) или в центрах с люнетом (l/d > 10...12).
Наличие постоянных технологических баз (центровые отверстия). Это позволяет повысить точность и сократить трудоемкость обработки соосных ступенчатых поверхностей. Форма и размеры центровых отверстий должны соответствовать ГОСТ 14034–74 (табл. 2).
Предусматривать стандартные канавки для выхода шлифовального круга. Форма и размеры канавок должны соответствовать ГОСТ 8820–69 (табл. 3).
Для сокращения числа типоразмеров канавочных резцов канавки выполнять по возможности одинаковыми.
Ступени должны быть с минимальными перепадами диаметров, убывающие или возрастающие. Желательна симметричность.
Ступени по возможности должны иметь одинаковую или кратную длину для обеспечения возможности многоинструментальной обработки. Конические переходы между ступенями вала и фаски следует назначать под обработку с учетом стандартных токарных проходных резцов с главным уклоном в плане j равным 30, 45, 60 и 90°. При больших перепадах применять высадку головок или составные конструкции для уменьшения объема обработки резанием и расхода металла.
У гладких длинных валов вместо ступени при необходимости упорных уступов, буртов устанавливать разжимные пружинные кольца. В этом случае бурт заменяется канавкой.
Таблица 2
Формы и размеры центровых отверстий
(из ГОСТ 14034–74)
Форма А
|
Форма В
|
Форма Т
|
|
|
|
1. В изделиях после обработки которых необходимость в центровых отверстиях отпадает.
2. В изделиях, которые подвергаются термообработке до твердости, гарантирующей сохранность центровых отверстий в процессе эксплуатации.
|
В изделиях, в которых центровые отверстия являются базой для повторного и многократного использования, а также в случаях, когда центровые отверстия сохраняться в готовых изделиях.
|
Для оправок и калибр-пробок
|
Размеры центровых отверстий, мм
|
D
|
d
|
d1
|
d2
|
l, не менее
|
l1
|
l2
|
до 6
|
1,6
|
3,35
|
5,0
|
2,0
|
1,52
|
1,99
|
6 - 10
|
2,0
|
4,25
|
6,3
|
2,5
|
1,95
|
2,54
|
10 - 14
|
2,5
|
5,30
|
8,0
|
3,1
|
2,42
|
3,20
|
14 - 20
|
3,15
|
6,70
|
10,0
|
3,9
|
3,07
|
4,03
|
20 - 30
|
4,0
|
8,50
|
12,5
|
5,0
|
3,90
|
5,06
|
30 - 40
|
5,0
|
10,60
|
16,0
|
6,3
|
4,85
|
6,41
|
40 - 60
|
6,3
|
13,20
|
18,0
|
8,0
|
5,98
|
7,36
|
60 - 80
|
8,0
|
17,00
|
22,4
|
10,1
|
7,79
|
9,35
|
80 - 100
|
10,0
|
21,20
|
28,0
|
12,8
|
9,70
|
11,66
|
100 - 120
|
12,0
|
25,40
|
33,0
|
14,6
|
11,60
|
13,80
|
120 - 160
|
16,0
|
33,90
|
42,5
|
19,2
|
15,50
|
18,00
|
|
Условное обозначение отверстия для вала Ø 30 мм (диаметр центровочного отверстия Ø 4 мм)
|
Отв. 4 А ГОСТ 14034–74
|
Отв. 4 В ГОСТ 14034–74
|
Отв. 4 Т ГОСТ 14034–74
|
У длинных нежестких валов предусматривать резьбовое
отверстие для обеспечения транспортировки, термообработки и хранения в подвешенном состоянии.
Крупные валы необходимо выполнять полыми.
Целесообразная простановка продольных размеров облегчает наладку» станка и сокращает трудоемкость обработки.
Наличие радиусов закруглений между ступенями повышает стойкость инструмента.
Форма и размеры выхода внутренних и наружных резьб должны соответствовать ГОСТ 10549–80 (недорез резьбы ≈ 3Р; сбег резьбы ≈ 2,5Р; проточка канавки под выход инструмента ≈ 5Р, где Р – шаг резьбы).
Продолжение таб. 2
|
|
Форма F
|
Форма H
|
Метрическая резьба
без предохранительного конуса
|
Метрическая резьба
с предохранительным конусом
|
В изделиях типа валов с креплением деталей по центру вниз для монтажных работ, транспортирования, хранения и термообработки деталей в вертикальном положении.
|
D для форм
|
d
|
d1
|
d2
|
d3
|
l, не более
|
l1
|
l2, не более
|
l3
|
F
|
H
|
8
|
–
|
М3
|
3,2
|
5,0
|
–
|
2,8
|
1,56
|
–
|
–
|
10
|
16
|
М4
|
4,3
|
6,5
|
8,2
|
3,5
|
1,90
|
4,0
|
2,4
|
12,5
|
20
|
М5
|
5,3
|
8,0
|
11,4
|
4,5
|
2,30
|
5,5
|
3,3
|
16
|
25
|
М6
|
6,4
|
10,0
|
13,3
|
5,5
|
3,00
|
6,5
|
4,0
|
20
|
32
|
М8
|
8,4
|
12,5
|
16,0
|
7,0
|
3,50
|
8,0
|
4,5
|
25
|
40
|
М10
|
11,0
|
15,6
|
19,8
|
9,0
|
4,00
|
10,2
|
5,2
|
32
|
50
|
М12
|
13,0
|
18,0
|
22,0
|
10,0
|
4,30
|
11,2
|
5,5
|
40
|
63
|
М16
|
17,0
|
22,8
|
28,7
|
11,0
|
5,00
|
12,5
|
6,5
|
63
|
80
|
М20
|
21,0
|
28,0
|
33,0
|
12,5
|
6,00
|
14,0
|
7,5
|
100
|
М24
|
25,0
|
36,0
|
43,0
|
14,0
|
9,50
|
16,0
|
11,5
|
160
|
М30
|
31,0
|
44,8
|
51,8
|
18,0
|
12,00
|
20,0
|
14,0
|
|
Условное обозначение отверстия для вала Ø 32 мм (диаметр центровочного отверстия М 12)
|
Отв. М 12 F ГОСТ 14034–74
|
Отв. М 12 Н ГОСТ 14034–74
|
|
Основные размеры временных «ложных» центровых отверстий, мм
|
|
|
Диаметр заготовки D
|
Диаметр d уступа под центровое отверстие
|
l
|
l1
|
b
|
d1
|
от 2 – 3,5
|
2,0
|
2-2.5
|
3.5-4.0
|
1.5
|
–
|
3,5 – 5,0
|
3.5
|
3.0-4.0
|
5.0-5.5
|
1.5
|
2.5
|
5,0 – 6,5
|
4
|
4.0-5.5
|
6.0-5.5
|
2.0
|
2.5
|
6,5 – 10,0
|
6.5
|
5.0-5.5
|
7.0-75
|
2.0
|
2.5
|
10 – 18
|
8
|
6.0-7.5
|
8.0-9.0
|
2.0
|
5.0
|
18 – 30
|
10
|
8.0-9.0
|
11.0-12.0
|
3.0
|
5.0
|
30 – 50
|
12
|
10.0-11.0
|
14.0-15.0
|
4.0
|
7.0
|
50 – 80
|
15
|
12.0-13.0
|
16.0-17.0
|
4.0
|
10.0
|
80 – 120
|
20
|
15.0-16.0
|
19.0-20.0
|
4.0
|
12.0
|
120 – 180
|
25
|
18.0-19.0
|
22.0-23.0
|
4.0
|
15.0
|
Таблица 3
Форма и размеры канавок для выхода шлифовального круга
(из ГОСТ 8820–69)
Наружное шлифование
|
Цилиндрической поверхности
|
Торца
|
Цилиндрической поверхности и торца
|
Исполнение 1
Исполнение 2
|
|
Исполнение 1
Исполнение 2
|
 Исполнение 3
Исполнение 4
|
Внутреннее шлифование
|
Цилиндрической поверхности
|
Торца
|
Цилиндрической поверхности и торца
|
|
|
|
Размеры канавок для выхода шлифовального круга, мм
|
Диаметр
|
Ширина канавки (b)
для исполнений
|
Глубина канавки (h)
|
Радиус закругления
|
общий (ориентировочный (d )
|
при наружном шлифовании
(d1)
|
при внутреннем шлифовании (d2)
|
1
|
2
|
3
|
r
|
r1
|
до 10
|
d – 0,3
|
d + 0,3
|
1,0
|
1,0
|
-
|
0,2
|
0,3
|
0,2
|
1,6
|
1,6
|
-
|
0,5
|
0,3
|
10 – 50
|
d – 0,5
|
d + 0,5
|
2,0
|
2,0
|
-
|
0,3
|
0,5
|
0,3
|
3,0
|
3,0
|
1,5
|
1,0
|
0,5
|
50 – 100
|
d – 1,0
|
d + 1,0
|
5,0
|
5,0
|
2,25
|
0,5
|
1,6
|
0,5
|
8,0
|
8,0
|
2,8
|
2,0
|
1,0
|
более 100
|
10,0
|
10,0
|
5,0
|
3,0
|
1,0
|
Исполнение 4
|
d1
|
b
|
h
|
b1
|
c
|
r1
|
до 10
|
d – 0,2
|
1,1
|
0,1
|
0,5
|
0,8
|
0,2
|
10 – 50
|
d – 0,4
|
2,2
|
0,2
|
1,0
|
1,5
|
0,4
|
50 – 100
|
d – 0,6
|
4,3
|
0,3
|
1,5
|
3,3
|
0,6
|
более 100
|
d – 0,8
|
6,4
|
0,4
|
2,3
|
5,0
|
1,0
|
Непрерывность шлифуемых поверхностей (постоянная длина образующей). Это обеспечивает более высокую точность формы, так как площадь контакта детали, а, следовательно, давления шлифовального круга – постоянны.
Наличие фасок в деталях (особенно из хрупких материалов). Это предотвращает выкрашивание кромок шлифовального круга при шлифовании.
Заменять переходные поверхности фасками.
Не рекомендуются кольцевые канавки на торцах, особенно со стороны стержня, так как они трудоемки в работе.
При наличии нескольких шпоночных пазов на разных ступенях выполнять их на одной линии с одинаковой шириной.
Глубина и ширина шпоночных канавок должна соответствовать размерам стандартных шпоночных фрез. Предпочтительны шпоночные канавки, обрабатываемые дисковыми, а не концевыми фрезами.
Таблица 4
Форма и размеры канавок для выхода шлифовального круга при плоском шлифовании
(из ГОСТ 8820–69)
Исполнение 1
|
b1
|
h1
|
Исполнение 2
|
r2
|
|
2,0
|
1,6
|
|
0,5
|
3,0
|
2,0
|
1,0
|
5,0
|
3,0
|
1,6
|
4.2.4. Технологичность втулок и цилиндров
Конструктивные особенности. С конструктивной точки зрения втулки и цилиндры характеризуются наличием нескольких концентрично расположенных внутренних и наружных поверхностей. Эти детали можно условно разделить на три группы.
К первой группе относятся втулки, имеющие ряд концентричных внутренних и наружных поверхностей (кондукторные, направляющие и упорные втулки; упорные втулки ступицы заднего колеса, втулки балансиров, цапф, гусеничных траков, конусы синхронизаторов и др.). Наиболее распространены втулки с отношением L/D ≤ 2 (здесь L - длина; D - внешний наибольший диаметр).
Ко второй группе можно отнести гидроцилиндры, цилиндры гидроамортизаторов, телескопические цилиндры и плунжеры опрокидывающих механизмов, и другие, как правило, тонкостенные, длина которых значительно превышает диаметр.
К третьей группе можно отнести втулки и цилиндры имеющие сложную наружную поверхность, например цилиндры тормозной системы автомобиля.
При конструктивном оформлении втулок и цилиндров необходимо учитывать следующие требования, обуславливающих их технологичность.
Простая конфигурация и достаточная жесткость.
С целью обеспечения соосности основных цилиндрических поверхностей конструкция втулок должна быть такой, чтобы обработка всех их внутренних поверхностей производилась с одной стороны при неизменном закреплении заготовки.
Нежелательны выточки на обрабатываемых с высокой точностью внутренних поверхностях втулки. Предпочтение следует отдавать втулкам, имеющим сквозные отверстия.
Если ступенчатые отверстия или наружные поверхности втулки должны выполняться с высокой точностью, то для выхода инструмента следует предусматривать канавки (ГОСТ 8820–69) (см. табл. 3, 4).
Конструкция отверстия с резьбой должна давать возможность работать резьбовым инструментом на проход. Поэтому они должны иметь канавки для выхода инструмента. Это обеспечивает улучшение условий работы инструмента и повышение качества резьбы.
Образование шлицев и пазов в глухих отверстиях затруднено, поэтому отверстия с пазами и шлифами желательно выполнять сквозными, что позволяет использовать высокопроизводительное протягивание.
При невозможности применения втулок со сквозными шлицами или пазами следует предусматривать канавки для выхода долбяка или резца в соответствии с ГОСТ 14775–81 (табл. 5).
С целью упрощения конструкции режущего инструмента и повышения его стойкости, упрощения процесса обработки следует избегать глубоких шлицевых отверстий и пазов.
Таблица 5
Размеры канавок для выхода долбяка, мм
(из ГОСТ 14775–81)
|
Ширина зубчатого венца, b
|
А,
не менее
|
а, не менее
|
r, не менее
|
зубчатые колеса
|
шлицевые венцы
|
зубчатые колеса
|
шлицевые венцы
|
До 10
|
1,0
|
0,5
|
0,25
|
0,40
|
0,20
|
10 – 15
|
1,5
|
15 – 20
|
2,0
|
20 – 25
|
2,5
|
25 – 30
|
30 – 35
|
35 – 40
|
3,0
|
1,0
|
1,0
|
1,0
|
1,0
|
40 – 45
|
3,5
|
45 – 50
|
4,0
|
50 – 55
|
4,5
|
2,0
|
55 – 60
|
5,0
|
60 – 65
|
5,5
|
2,0
|
1,0
|
1,0
|
1,0
|
65 – 70
|
70 – 75
|
75 – 80
|
6,0
|
80 – 90
|
7,0
|
3,0
|
1,6
|
1,6
|
1,6
|
90 – 100
|
8,0
|
4.2.5. Технологичность дисков и барабанов
Конструктивные особенности. Характерной особенностью деталей, относящихся к дискам, является малая высота по сравнению с диаметром: h=0,5D (здесь D–диаметр наружной поверхности детали).
В технологических и транспортных машинах типичными представителями таких деталей являются: ведущие и направляющие колеса, опорные и поддерживающие катки, тормозные барабаны фрикционных механизмов, кольца включения фрикционных дисковых тормозов, диски фрикционов, уплотнительные кольца, кольца опорных и поворотных подшипников и др.
Детали, относящиеся к группе барабаны (ступицы), характеризуются большей высотой h = (0,5 – 1,0)D. К этим деталям относятся ступицы колес колесных машин, направляющие (поддерживающие) катки и ролики гусеничных машин и др.
4.2.6. Технологичность зубчатых колес
Конструктивные особенности. Зубчатые колеса транспортных и технологических машин работают в весьма тяжелых условиях переменных и ударных нагрузок. Силовые трансмиссии агрегатов передают значительные крутящие моменты, создавая нагрузки до 1000 Н на 1 мм длины зуба. Окружные скорости зубчатых колес достигают 25 м/с и более, что требует высокой точности их изготовления. Зубчатые колеса являются ответственными деталями машин, определяющими их надежность и долговечность, поэтому к их конструкции, материалу и процессу изготовления предъявляются жесткие требования.
Наиболее часто встречающиеся разновидности зубчатых колес можно разделить на ряд типов.
Цилиндрические одновенцовые зубчатые колеса диаметром до 300 мм: с отверстием без выточки и плоскими обработанными торцами; с выточками в отверстиях или в торцах; со ступицей.
Цилиндрические многовенцовые с выточками в отверстиях, многовенцовые блочные.
Конические зубчатые колеса бывают со ступицей и венцовые.
Червячные зубчатые колеса выполняют цельными (для малых диаметров червячных пар) и в виде венцов.
При конструктивном оформлении зубчатых колес необходимо учитывать следующие требования, обуславливающие их технологичность.
Простая конфигурация. Это обеспечивает многоместную обработку при зубонарезании (типа плоских дисков).
Многовенцовые колеса должны иметь достаточное расстояние между венцами для обеспечения выхода фрез и шлифовальных кругов. При невозможности обеспечения этого требования желательно многовенцовые зубчатые колеса делать составными с целью применения высокопроизводительных методов обработки с заданной точностью.
Конструкция одновенцовых колес должна предусматривать смещение венца к одному торцу, что обеспечивает минимальную металлоемкость и возможность одновременного нарезания зубьев у двух колес.
Конфигурация колеса должна предусматривать минимальную деформацию при термообработке.
Предусматривать канавки для выхода долбяков, гребенок и червячных фрез при нарезании шевронных колес (см. табл. 4).
Точность базирующих поверхностей (торцы, отверстия, шейки) должна соответствовать точности зубчатых венцов.
Длина шлицевых отверстий должна соответствовать геометрическим параметрам протяжек.
4.2.7. Технологичность корпусных деталей
Конструктивные особенности. Корпусные детали транспортных и технологических машин служат для размещения отдельных узлов, механизмов и др. Наиболее распространенной группой деталей в машинах являются корпуса средних размеров сложной коробчатой формы.
Для корпусных деталей характерно наличие систем точно расположенных основных отверстий, координированных между собой и относительно плоскостей, систем крепежных и других мелких отверстий. Для корпусных деталей коробчатого типа характерно наличие развитых плоских поверхностей и основных отверстий в нескольких осях. Эти детали часто выполняются разъемными в диаметральной плоскости основных отверстий (например, корпуса коробок передач гусеничных машин) или с отъемной крышкой, на которой монтируют вторую опору вала (например, корпуса раздаточных коробок колесных машин). У деталей фланцевого типа плоские поверхности обычно являются торцевыми поверхностями основных отверстий и имеют выточки или выступы.
При конструировании корпусных деталей должны быть обеспечена их технологичность.
Жесткость и виброустойчивость конструкции при обработке.
Наличие надежных технологических баз и мест для закрепления.
Обрабатываемые плоскости располагать на одном уровне с одинаковой точностью и шероховатостью.
Ширину обрабатываемых поверхностей увязывать с нормальным рядом диаметров торцевых или длин цилиндрических фрез.
Четкое разграничение обрабатываемых и необрабатываемых поверхностей.
Предпочтительна обработка плоскостей на проход. Для этого обрабатываемые поверхности располагать выше примыкающих элементов.
Унификация радиусов сопряжения элементов детали для сокращения числа типоразмеров и смен инструмента.
Размещать поверхности, подвергаемые обработке, с одной стороны детали для сокращения трудоемкости обработки за счет уменьшения числа установов детали.
Простановка размеров от одной технологической базы для обеспечения возможности обработки поверхностей детали с одного установа и упрощения настройки станка.
Перпендикулярность отверстий к плоскости общего торца для снижения поверхностей.
Унификация радиусов сопряжения элементов детали для сокращения числа типоразмеров и смен инструмента.
Крепежные отверстия располагать на расстоянии, достаточном для использования кондукторов и многошпиндельных головок.
Перепад размеров у отверстий в стенках, лежащих на одной линии, и их расположение должны обеспечить возможность многоинструментальной обработки.
Предусматривать элементы при обработке отверстий, не допускающие входа и выхода инструмента под углом.
Избегать отверстий с плоским дном.
Избегать глухих отверстий (гладких и резьбовых). Конфигурация глухих отверстий должна быть увязана с конструкцией применяемого инструмента (зенкера, развертки), имеющего коническую заборную часть.
У глухих резьбовых отверстий предусматривать запас длины на сбег резьбы размещение метчиков и стружки.
В резьбовых отверстиях предусматривать заходную фаску.
Избегать глубоких отверстий (отношение длины к диаметру более пяти).
Избегать применение резьб малого диаметра (до 6 мм) в крупных деталях из-за возможности поломки метчиков и их быстрого изнашивания.
В отверстиях, расположенных в стенках, вместо ступеней устанавливать пружинные разрезные кольца. При этом вместо ступени выполняется канавка, что уменьшает трудоемкость обработки.
Избегать глухих отверстий, пересекающихся с внутренними полостями. Заменять их сквозными отверстиями с заглушкой.
У дна точных глухих отверстий предусматривать канавку выхода инструмента.
У длинных точных отверстий для сокращения обработки вместо выточек, получаемых резанием, выполнять литые выемки.
4.2.8. Особенности технологичности конструкций деталей, подвергаемых термической и химико-термической обработке
Простые геометрические формы и симметричная конфигурация без острых граней, тонких перемычек и резких переходов в сечениях.
Перед термообработкой на деталях нежелательно иметь прорезы, отверстия и канавки, в зоне которых могут возникнуть напряжения и трещины.
Шероховатость поверхностей деталей, подвергаемых закалке, должна быть не ниже Ra = 10 мкм, так как при большей шероховатости возможно образование трещин и разрушение детали.
В деталях, закаливаемых с помощью ТВЧ, толщина закаленного слоя должна быть больше глубины имеющихся кольцевых выточек, иначе предел выносливости деталей снижается, и они могут разрушиться по выточке.
Избегать выхода закаленного слоя в нагруженную зону детали, так как при этом суммируются напряжения, возникающие при работе детали, с напряжениями в закаленном слое.
Для предупреждения оплавления кромок на торцах деталей и в отверстиях следует предусматривать фаски.
Резьбы на деталях, подвергаемых химико-термической обработке, не калить, так как они получаются хрупкими с повышенной твердостью.
В опасных зонах (тонкие стенки и перегородки) следует назначать местную химико-термическую обработку для предупреждения трещин при закалке.
Детали, склонные к короблению, выполнять из легированных сталей, закаливающихся в масле или на воздухе.
4.2.9. Пример технологического анализа чертежа детали
|
