Критика прототипа и мероприятия по его модернизации

В качестве прототипа мы выбрали обычный кругло-шлифовальный станок. Целью модернизации этого станка является его способность перешлифовывать профили кулачков распределительного вала двигателя автомобиля КамАЗ-740. Шлифование профилей кулачков распределительного вала обеспечивается применением копиров.

Копир и шлифуемый распределительный вал устанавливаются на одной оси и крепятся на качающемся маятнике. Маятник через шариковые радиальные подшипники повышенного класса точности крепятся на стойке конструкции. Стойка жёстко крепится на станине при помощи болтов и выставляется для обеспечения соосности отверстий под подшипники установки качающегося маятника и оси шлифовальной бабки (или оси шпинделя передней бабки станка).

Распределительный вал закрепляется в центрах между шпинделем передней бабки и задней бабкой, установленных на маятнике. Копир крепится на шпинделе. Шпиндель передней бабки вращается для избежания его перекоса на двух опорах, представляющих собой роликовые радиально-упорные подшипники повышенного класса точности, с одной стороны от копира. С другой стороны от копира на одну с ним ось устанавливается шкив привода шпинделя. Привод шпинделя осуществляется от отдельного электродвигателя, установленного на качающемся маятнике, через клиноремённую передачу. Для этого на двигателе также необходимо установить шкив привода.

Шпиндель представляет собой полый вал, в передней части которого имеется коническое отверстие под конус Морзе.

В передней части шпинделя на цилиндрической поверхности на шпонке устанавливается делительное приспособление, которое гайкой прижимается к торцевому выступу на шпинделе.

Устанавливается копир на коническую шейку шпинделя на шпонке.

Установочный хомутик имеет базу (шпоночный паз), от которой задаётся угловое расположение кулачков на распределительном вале.

Делительное приспособление устанавливается на шпонке на передний конец шпинделя. Делительное приспособление состоит из корпуса, защёлки и делительного диска с ведущим пальцем. Делительный диск имеет шлифовальные пазы, которые обеспечивают угловое деление на 8 частей. Требуемое угловое положение фиксируется защёлкой, шарнирно закреплённой на корпусе, введённой в соответствующий паз делительного диска.

Задняя бабка представляет собой корпус, в котором может перемещаться пиноль, в коническом отверстии которой установлен нормальный центр с конусом Морзе №4.

Перемещение пиноли (зажим изделия) осуществляется под действием вкручивания болта. Ход пиноли - 16,5 мм. Ограничение хода пиноли, а также возможность её поворота предупреждается фиксатором, входящим в продолговатое шпоночное отверстие в пиноли. Крепится задняя бабка на маятнике с правой стороны двумя болтами.

При установке передней и задней бабки необходимо соблюсти условие соосности их осей с осью качания маятника.

При вращении шпинделя вместе с корпусом вращается также и шлифуемый распределительный вал. Кулачок копира набегает на опорный ролик и тем самым происходит перемещение маятника с закреплённым на нём распределительным валом. Осуществляется поперечная подача шлифовальной бабки, и шлифовальный круг начинает обрабатывать поверхность кулачка. Таким образом, шлифовка профиля кулачка осуществляется в соответствии с формой профиля копира.

Опорный ролик свободно вращается вокруг своей оси и представляет собой шариковый радиальный подшипник, закреплённый на оси, установленной на держателе. На держателе установлена ещё одна ось, которая закрепляется в патроне шлифовального станка. Держатель нижней своей частью опирается на станину таким образом, чтобы ось патрона, ось опорного ролика и ось шпинделя шлифовальной бабки были в одной плоскости.

Ось шпинделя передней бабки и задней бабки и ось качания маятника в нерабочем положении должны находиться в вертикальной плоскости.

Оси, установленные на держателе, должны быть соосны.

Для получения требуемого профиля на шлифуемом изделии необходимо при шлифовании обеспечить постоянное соприкосновение периферии опорного ролика, свободно вращающегося на своей оси, с профилем копира. Соприкосновение осуществляется при помощи груза, подвешенного на тросу за станком. Трос перекинут через шкив и закреплён другим концом на маятнике.

Когда необходимость в шлифовке профилей кулачков распределительного вала отсутствует, но есть необходимость в обычных кругло-шлифовальных операциях с использованием этого станка, можно снять маятник со стоек вместе с закреплёнными на нём передней и задней бабками, клиноремённой передачей и двигателем. Это осуществляется снятием крышек подшипников на оси качания маятника. Крышки установлены на верхних концах стойки.

Также необходимо отсоединить держатель от патрона станка и снять его со станка. Стойка может оставаться закреплённой на станине при условии, что она не будет мешать при обычных кругло-шлифовальных операциях, осуществляемых на этом станке.

 

Расчёт

 

Назначение режима шлифования

Оптимальным режимом резания при шлифовании следует считать режим, который обеспечивает:

А) высокую производительность;

Б) наименьшую себестоимость;

В) получение требуемого качества шлифованной поверхности.

Режимы шлифования назначаем в следующем порядке:

1. Выбираем характеристику шлифовального круга и устанавливаем его окружную скорость.

Обрабатываемой деталью является распределительный вал двигателя автомобиля КамАЗ-740, его материал - сталь 18 ХГСА.

Выбираем шлифовальный круг ПП 600*305*20-1А-К.

Зернистость - 30, что обеспечит хорошее качество обработанной поверхности при шлифовании.

Связка: керамическая.

Твёрдость круга: С1

Согласно рекомендациям выбираем окружную скорость круга

=1200 об/мин.

2. Назначаем поперечную подачу. Согласно рекомендациям выбираем

T = 0.01 мм/дв. ход.

3. Назначаем продольную подачу в долях ширины круга:

 

=K*B (1)

 

Для чистового шлифования К = 0,3…0,4

Принимаем К = 0,3, В = 20мм

=6 мм/об.

. Выбираем окружную скорость вращения детали. Согласно рекомендациям принимаем: =10 м/мин.

. Определяем силы резания и мощность, необходимую для обеспечения процесса шлифования.

Сила резания:

 

= (2)

 

Где  - коэффициент, характеризующий материал шлифуемой детали и другие условия шлифования (для закалённой стали принимается 22).

 

 Н.

Мощность, необходимая для вращения круга:

 

 (3)

  кВт

 

Мощность, необходимая для вращения детали:

 

 (4)

 кВт

 

Для вращения круга подойдёт электродвигатель, установленный на станке. Для вращения детали выбираем электродвигатель МЭ-255.

Расчёт клиноремённой передачи

Ограниченное число типоразмеров стандартных клиновых ремней позволило определить допускаемую нагрузку для каждого типоразмера ремня, а расчёт передачи сводится к подбору типа и числа ремней по методике, изложенной в ГОСТ 1284.3-80.

. Сечение ремня выбираем по графику, где область применения данного сечения В расположена выше собственной линии и ограничена линией предыдущего сечения.

. По графикам определяем номинальную мощность , передаваемую одним ремнём в условиях типовой передачи при α =180°, i =1, спокойной нагрузке, базовой длине ремня, среднем ресурсе.

Диаметры шкивов принимаем  мм при =0,05 кВт.

. Определим мощность , передаваемую одним ремнём в условиях эксплуатации рассчитываемой передачи

/ , (5)

 

где - коэффициент угла обхвата (для α =180°; =1),

- коэффициент длины ремня,

- коэффициент передаточного отношения (i=1),

-коэффициент режима нагрузки (принимаем 1,2).

Межосевое расстояние принимаем: a´=160 мм.

Длина ремня:

 

l ≈ 2a+0.5π()+() /4a (6)

 

=560 мм

Уточняем:

 

 (7)

 мм

 

По рекомендациям:

 

;

=0,033 кВт

 

Число ремней:

 

 (8)

Принимаем =1

 

Z≈ =0.3

 

Принимаем Z=1

Условие Z ≤ 6(8) выполняется.

Предварительное натяжение ремня () при = (9)

 

V=3.14*0.08*50/60=0.209 м/с

F Н

F = (10)

F = 0.041 Н

 

Сила, действующая на вал при β/2=0

 

F =2*F *cos (β/2)=2*0.041*1=0.082 Н. (11)

Расчёт формы профиля копира

Копир в данной конструкции приспособления вращается вместе с распределительным валом. Поэтому профиль копира должен повторять профиль шлифуемого кулачка с определёнными изменениями.

Минимальный радиус шлифуемого кулачка 18,5 мм

Минимальный радиус копира принимаем 36,1 мм

Это делаем для снижения нагрузки на опорный ролик и на сам копир.

 

 

Рисунок 1 - схема изготовления и контроля профилей кулачков

 

В таблицах 1 и 2 приведены изменения радиуса впускного и выпускного кулачков соответственно.

 

Таблица 1

Размеры для изготовления выпускного кулачка

α°	S мм	α°	S мм	α°	S мм	α°	S мм
94	18,5	116	18,8	138	21,8792	160	25,4389
94,5	18,5002	116,5	18,8108	138,5	21,9829	160,5	25,4931
95	18,5008	117	18,822	139	22,0857	161	25,5459
95,5	18,5017	117,5	18,8339	139,5	22,1776	161,5	25,5975
96	18,5031	118	18,8471	140	22,2885	162	25,6477
96,5	18,5048	118,5	18,8518	140,5	22,3884	162,5	25,6966
97	18,5069	119	18,8784	141	22,4875	163	25,7442
97,5	18,5093	119,5	18,8974	141,5	22,5855	163,5	25,7905
98	18,5122	120	18,9189	142	22,6825	164	25,8454
98,5	18,5154	120,5	18,9434	142,5	22,7786	164,5	25,879
99	18,5189	121	18,971	143	22,8736	165	25,9213
99,5	18,5228	121,5	19,0022	143,5	22,9677	165,5	25,9622
100	18,5271	122	19,0371	144	23,0607	166	26,0018
100,5	18,5317	122,5	19,0758	144,5	23,1526	166,5	26,04
101	18,5367	123	19,1187	145	23,2435	167	26,0769
101,5	18,542	123,5	19,1658	145,5	23,3334	167,5	26,1124
102	18,5476	124	19,2173	146	23,4222	168	26,1465
102,5	18,5536	124,5	19,2731	146,5	23,5099	168,5	26,1793
103	18,5598	125	19,3334	147	23,5965	169	26,2107
103,5	18,5664	125,5	19,3981	147,5	23,6821	169,5	26,2407
104	18,5733	126	19,4673	148	23,8665	170	26,2694
104,5	18,5804	126,5	19,5407	148,5	23,8408	170,5	26,2967
105	18,5879	127	19,6184	149	23,932	171	26,3225
105,5	18,5956	127,5	19,7002	149,5	24,013	171,5	26,3471
106	18,6035	128	19,7859	150	24,0929	172	26,3702
106,5	18,6118	128,5	19,8753	150,5	24,1717	172,5	26,3919
107	18,6202	129	19,9682	151	24,2493	173	26,4123
107,5	18,6289	129,5	20,0543	151,5	24,3857	173,5	26,4312
108	18,6378	130	20,1634	152	24,401	174	26,4418
108,5	18,6469	130,5	20,265	152,5	24,475	174,5	26,4649
109	18,6562	131	20,359	153	24,5475	175	26,4797
109,5	18,6657	131,5	20,4748	153,5	24,6196	175,5	26,493
110	18,6754	132	20,5822	154	24,6901	176	26,505
110,5	18,6852	132,5	20,6908	154,5	24,7593	176,5	26,5155
111	18,6952	133	20,8002	155	24,8273	177	26,5247
111,5	18,7053	133,5	20,91	155,5	24,8941	177,5	26,5324
112	18,7155	134	21,0199	156	24,9597	178	26,5387
112,5	18,7258	134,5	21,1295	156,5	25,024	178,5	26,5437
113	18,7362	135	21,2388	157	25,0871	179	26,5472
113,5	18,7467	135,5	21,3475	157,5	25,1489	179,5	26,5493
114	18,7573	136	21,4555	158	25,2095	180	26,55
114,5	18,7679	136,5	21,5627	158,5	25,2688
115	18,7786	137	21,6691	159	25,3268
115,5	18,7893	137,5	21,7846	159,5	25,3835

 

Таблица 2

Размеры для изготовления впускного кулачка

α°S ммα°S ммα°S ммα°S мм
99,5	18,5002	120	18,7786	140,5	21,6504	161	25,3567
100	18,5008	120,5	18,1893	141	21,7654	161,5	25,4178
100,5	18,5017	121	18,8	141,5	21,8794	162	25,4773
101	18,5031	121,5	18,8108	142	21,9923	162,5	25,5353
101,5	18,5048	122	18,8221	142,5	22,1042	163	25,5918
102	18,5069	122,5	18,8343	143	22,2149	163,5	25,6467
102,5	18,5093	123	18,848	143,5	22,3245	164	25,7001
103	18,5122	123,5	18,8637	144	22,433	164,5	25,7518
103,5	18,5154	124	18,8817	144,5	22,5404	165	25,802
104	18,5189	124,5	18,9026	145	22,6466	165,5	25,8506
104,5	18,5226	125	18,9264	145,5	22,7516	166	25,8976
105	18,5271	125,5	18,954	146	22,8554	166,5	25,9431
105,5	18,5317	126	18,9854	146,5	22,9581	167	25,9869
106	18,5367	126,5	19,021	147	23,0595	167,5	26,0291
106,5	18,542	127	19,0611	147,5	23,1597	168	26,0697
107	18,5475	127,5	19,1059	148	23,2587	168,5	26,1087
107,5	18,5536	128	19,1556	148,5	23,3564	169	26,146
108	18,5598	128,5	19,2103	149	23,4528	169,5	26,1817
108,5	18,5664	129	19,2701	149,5	23,548	170	26,2158
109	18,5733	129,5	19,335	150	23,6418	170,5	26,2483
109,5	18,5804	130	19,4051	150,5	23,7344	171	26,2791
110	18,5879	130,5	19,4803	151	23,8256	171,5	26,3083
110,5	18,5956	131	19,5605	151,5	23,9156	172	26,3358
111	18,6035	131,5	19,6456	152	24,0041	172,5	26,3617
111,5	18,6118	132	19,7354	152,5	24,0913	173	26,3859
112	18,6202	132,5	19,8296	153	24,1772	173,5	26,4085
112,5	18,6289	133	19,9281	153,5	24,2617	174	26,4294
113	18,6378	133,5	20,0304	154	24,3448	174,5	26,4485
113,5	18,6469	134	20,1364	154,5	24,4265	175	26,4662
114	18,6562	134,5	20,2455	155	24,5067	175,5	26,4821
114,5	18,6637	135	20,3574	155,5	24,5856	176	26,4963
115	18,6764	135,5	20,4716	156	24,663	176,5	26,5089
115,5	18,6852	136	20,5878	156,5	24,739	177	26,5198
116	18,6952	136,5	20,7054	157	24,8136	177,5	26,529
116,5	18,7053	137	20,824	157,5	24,8867	178	26,5366
117	18,7155	137,5	20,9431	158	24,9583	178,5	26,5425
117,5	18,7258	138	21,0622	158,5	25,0284	179	26,5466
118	18,7362	138,5	21,1811	159	25,0971	179,5	26,5492
118,5	18,7467	139	21,2996	159,5	25,1643	180	26,55
119	18,7573	139,5	21,4174	160	25,2299