Классификация ступенчатых валов и особенности их изготовления
Ступенчатый вал – это металлическое изделие, которое используется с целью поддержания детали, находящейся в состоянии вращения, и передачи крутящего момента от одного элемента к другому.
Ступенчатые валы очень востребованы в современном машиностроении, они используются в изготовлении ходовой части автотранспортных средств и компрессоров. По особенностям конструкции ступенчатые валы делятся на:
- Вал без зубчатых колес и шлицев,
- Вал-шестерня, конической формы с шприцами,
- Вал со шлицем,
- Вал-шестерня без шлицев,
- Вал-шестерня, цилиндрической формы со шприцами.
В заводских условиях ступенчатые валы изготавливаются серийно. На стадии изготовления, металлическая заготовка подвергается нескольким видам обработки на специальном оборудовании, таким как:
- нарезание внутренней и наружной резьбы,
- шлифование,
- сверление отверстий на торцах и поверхности вращения,
- токарная обработка,
- фрезерование,
- подрезание торцов и зацентровка.
Разработка технологического процесса изготовления ступенчатого вала
Разработка технологического процесса изготовления детали типа ступенчатый вал начинается с изучения его служебного назначения и технических условий, которым он должен удовлетворять. С этой целью изучаются сборочные чертежи машины или той сборочной единицы, в состав которой входит изготавливаемый вал, требования технологии сборки, нормы точности и технические требования. Благодаря этому устанавливается взаимосвязь между поверхностями вала, которые должны быть обработаны, взаимосвязь вала с прочими деталями, наметить последовательность обработки отдельных поверхностей и правильно проставить допуски и размеры. В зависимости от результатов определяются этапы и стадии разработки проекта технологического процесса изготовления ступенчатого вала. В общем случае он будет выглядеть следующим образом:
- Анализ служебного назначения и технических требований.
- Анализ технологичности изделия и осуществление технологического контроля чертежа.
- Определение типа производства.
- Обоснование выбора и определение размеров исходной заготовки.
- Проектирование технологических маршрутов обработки.
- Расчет припусков на механическую обработку.
- Проектирование операционной технологии: режим работы, нормы времени и т.п.
- Расчет точности механической обработки.
- Выбор оборудования.
- Выбор и обоснование способа установки детали в приспособление.
- Техническое описание конструкции и принципа работы приспособления.
- Разработка расчетной схемы закрепления и расчет механизма зажима.
Основными базами большинства вдов ступенчатых валов являются поверхности его опорных шеек. Но так использовать их в качестве технологической базы для обработки наружных поверхностей, в большинстве случаев, затруднительно, особенно при условии сохранения единства баз, что весьма важно при автоматизации технологического процесса. По этой причине для большинства операций в качестве технологических баз принимаются поверхности центровых осей с обоих торцов заготовки. Это позволяет обработать практически все наружные поверхности ступенчатого вала с его установкой в центре. На основании этого механическая обработка валов начинается с подготовки технологических баз - зацентровка и подрезание торцов. В зависимости от вида производства данная операция может производиться на токарных, револьверных, центровальных или фрезерно-центровальных станках. Наружная поверхность ступенчатого вала обтачивается на токарных, токарно-копировальных, горизонтальных многорезцовых станках, на вертикальных одношпиндельных и многошпиндельных автоматах, на токарных станках с числовым программным управлением.
Анализ технологичности ступенчатого вала
Анализ технологичности ступенчатого вала начинается с расчета коэффициента точности. Формула выглядит следующим образом:
$Ктч = 1-(1/Аср) >=0.8$
где Аср - средний квалитет точности.
Квалитет точности рассчитывается следующим образом:
$Аср = (А1*n1…Аi * ni)/ni$
где, А1, …, Аi - соответствующий квалитете; ni - количество поверхностей данного квалитета точности.
Затем рассчитывается коэффициент шероховатости по формуле:
$Кш = 1-(1/Бср)>=0.7$
где Бср - среднее числовое значение параметра шероховатости.
Среднее числовое значение параметра шероховатости рассчитывается следующим образом:
$Бср = (Б1*n1…Бi * ni)/ni$
где Б1, …, Бi - числовое значение параметров шероховатости; ni - количество поверхностей составляющих шероховатость.
Завершается анализ технологичности детали расчетом коэффициента использования:
$Км = mg /(mз+mотх) >= 0,64$
где mg - масса детали; mз - масса заготовки; mотх - масса отходов
