1.1Описание конструкции и принцип работы коробки передач
автомобиля ЗИЛ -5301
Рисунок 1 - Коробка передач автомобиля ЗИЛ-5301:
1-крышка коробки передач; 2,3 - синхронизатор; 4 -фланец; 5 - первичный; 6 - промежуточный; 7 - вторичный; 8,9,10,11,12.13,14,15,16,21 - шестерня; 17 - кольцо распорное; 18,19,20 - втулка; 22 - вал привода спидометра; 23,24,34,35,36,37,38 - кольцо; 25,42,43,44,45 - подшипник; 26,27,28,29 - крышка; 30,32 - гайка; 31- прокладка; 39,40,41 - манжета; 46,47 - шайба; 48,50-шпонка; 49,51 - шплинт; 52 - картер [4]
Коробка передач грузовых автомобилей ЗИЛ-5301 представлена на рис. 1. Коробка трехвальная, пятиступенчатая, с синхронизаторами и с неавтоматическим непосредственным управлением. Высшая V передача в коробке передач — прямая.
В картере 52 коробки передач на подшипниках установлены три вала — первичный 5, вторичный 7 и промежуточный 6. Вместе с первичным валом изготовлена ведущая косозубая шестерня 8, соединенная с ведомой шестерней 9, которая закреплена на шпонке на промежуточном валу. Промежуточный вал 6 изготовлен совместно с ведущей прямозубой шестерней 11 первой передачи. На нем также на шпонках установлены ведущие косозубые шестерни второй 12, третьей 14 и четвертой 15 передач. Прямозубая шестерня 8 первой передачи и заднего хода установлена подвижно на шлицах вторичного вала, а ведомые косозубые шестерни второй 7, третьей 5 и четвертой 4 передач — свободны и находятся в постоянном зацеплении с ведущими шестернями 12, 14 и 15. На вторичном валу на шлицах установлены синхронизаторы 2 и 3 для включения соответственно II и III, IV и V передач.
Синхронизатор неразборный и состоит из муфты 22 с внутренними шлицами и с двумя наружными зубчатыми венцами двух бронзовых колец 24 с внутренними коническими поверхностями, трех блокирующих пальцев 21 с выточками посередине и трех фиксирующих разрезных пальцев 23 с пружинами и с выточками в средней части. Во фланце муфты 22 выполнены шесть отверстий, через три из которых проходят блокирующие пальцы, жестко соединяющие бронзовые кольца. Через остальные три отверстия проходят фиксирующие пальцы, удерживающие в среднем положении бронзовые кольца относительно муфты. [4]
При включении передачи муфта 22 передвигается по шлицам вторичного вала 10 и через фиксирующие пальцы 23 перемещаете бронзовые кольца 24 к ведомой шестерне включаемой передачи, свободно вращающейся на вторичном валу. При соприкосновении конических поверхностей бронзового кольца и шестерни кольца поворачиваются относительно муфты вместе с блокирующими пальцами. При этом пальцы смещаются относительно центров отверстий (положение ?), упираются выточками в края отверстий и препятствуют дальнейшему передвижению муфты и, следовательно, включению передачи. При дальнейшем увеличении силы сжатия конических поверхностей бронзового кольца и шестерни увеличивается трение между ними и выравниваются их скорости вращения. При этом кольца с блокирующими пальцами возвращаются в исходное положение относительно муфты (положение II). Муфта свободно передвигается и ее наружный зубчатый венец входит в зацепление с внутренним зубчатым венцом шестерни включаемой передачи. Таким образом происходит бесшумное включение передачи. При выключении передачи муфта передвигается в исходное положение относительно бронзовых колец, в результате чего зубчатые венцы муфты и шестерни включенной передачи оказываются разъединенными.
При включении I передачи шестерня 8 вводится в зацепление с шестерней 11, а для включения заднего хода — с шестерней 18 блока шестерен заднего хода, шестерня 19 которого находится в постоянном зацеплении с шестерней 13. В этом случае вторичный вал вращается в обратном направлении. Блок шестерен заднего хода установлен на оси 20 на игольчатых подшипниках.
Механизм переключения передач находится в крышке коробки передач. Он состоит из рычага, трех ползунов с вилками, трех шариковых фиксаторов с пружинами, шарикового замка со штифтом и плунжерного предохранителя с пружиной. Фиксаторы исключают самопроизвольное выключение передач, замок — одновременное включение двух передач, а предохранитель — ошибочное включение заднего хода при включении I передачи. [4]
1.2. Служебное назначение детали и ее поверхностей
Рисунок 2 - Крышка подшипника
Крышка подшипника выходного вала коробки передач автомобиля ЗИЛ-5301 относится к классу корпусных деталей. Данная деталь состоит из тел вращения, имеет сквозные отверстия различных диаметров. Назначение крышки подшипников состоит в том, чтобы поместить внутри своей полости подшипники и манжеты, а также привод спидометра, шестерня которого опирается на подшипники и торец ступицы фланца 4. Фланец крышки имеет шесть отверстий O8 для крепления к корпусу коробки передач болтами М 8х1,5. [4]
Крышка подшипников сопрягается с грязеотражателем, а также непосредственно с манжетой.
Подшипник своим наружным кольцом o100 мм сопрягается с крышкой, посадка переходная.
Крышка имеет отверстия для соединения с корпусом посредством болтов М8х1,5. Для того, чтобы не происходило смятия краев отверстий. устанавливаются шайбы .
Между корпусом и крышкой подшипников укладываются прокладки из паронита для герметичности сопряжения.
Отверстия для установки подшипников на 2мм больше диаметров болтов для зазора, который обеспечит удобство сборки.
Крышка выполняется из легированной стали 40Х ГОСТ 4543-2016.
Сталь легирована хромом.
2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1. Качественный анализ технологии конструкции
Крышка выполняется из легированной стали 40Х ГОСТ 4543-2016.
Таблица 1 - Химический состав в % материала 40Х
ГОСТ 4543 - 2016
C Si Mn Ni S P Cr Cu
0.36 - 0.44 0.17 - 0.37 0.5 - 0.8 до 0.3 до 0.035 до 0.035 0.8 - 1.1 до 0.3
У детали имеются в наличии удобные технологические базы, обеспечивающие требуемую ориентацию и надежное крепление заготовки на станке при возможности ее обработки с нескольких сторон и свободного подвода инструмента к обрабатываемым поверхностям;
- простота геометрической формы позволяет обрабатывать большинство ее поверхностей с минимального количества установок;
- наружные поверхности детали имеют открытую форму, позволяющую часть поверхностей обрабатывать на проход в направлении подачи;
- в конструкции детали отсутствует наклонное расположение поверхностей;
- условия базирования и простановка размеров рациональны, на большинстве операций конструкторские размеры совпадают с технологическими;
- на большинстве поверхностей обеспечивается свободное врезание и выход режущего инструмента. [2]
Требования, касающиеся точности изготовления
а) размеров;
110Н7+0,035– номинальный размер 110; точность по седьмому квалитету в системе отверстия, посадка переходная (Н), верхнее предельное отклонение +0,035, нижнее предельное отклонение равно нулю, допуск – 0,035мм;
116Н7+0,035– номинальный размер 116; точность по седьмому квалитету в системе отверстия, посадка переходная (Н), верхнее предельное отклонение +0,04, нижнее предельное отклонение равно нулю, допуск – 0,04мм;
130±0,5– номинальный размер 130; точность по одиннадцатому квалитету в системе отверстия, посадка симметричная (js), верхнее предельное отклонение b нижнее предельное отклонение равны, допуск – 1,0мм;
размеры с полем допуска по Н14– это неуказанные предельные отклонения отверстий, h14 – валов, IT14/2 – размеры, имеющие симметричные отклонения.[4]
В соответствии с ГОСТ 14.205-83 технологичность конструкции изделия рас¬сматривается как совокупность свойств изделия, определяющих его приспособ¬ленность к достижению оптимальных затрат при производстве и эксплуатации. Следовательно, конструкция детали должна обеспечивать применение наиболее рациональных и экономичных методов изготовления. Конфигурация детали должна представлять собой сочетание простых геометриче¬ских форм, обеспечивающих надежное базирование заготовки в процессе обра¬ботки и дающих возможность применения высокопроизводительных методов из¬готовления.
Технологичность конструкции детали зависит от рационального выбора мате¬риала. Выбор материала определяют многочисленные факторы: эксплуатацион¬ные требования, способ получения заготовки, обрабатываемость материала на операциях механической обработки, требования экономичности (использование дешевого и недефицитного материала).
Эксплуатационные требования определяют такие свойства материала, как ме¬ханическая прочность, износостойкость, коррозионная стойкость, усталостная прочность, необходимость термообработки.
При разработке технологического процесса изготовления детали необходимо проанализировать конструкцию детали с точки зрения ее технологичности. Правила выбора показателей технологичности детали направлены на повышение производительности труда, снижение затрат и сокращение времени на проектирование, технологическую подготовку производства, изготовление при обеспечении необходимого качества.
Для достижения этих целей, прежде всего, необходимо правильно выбрать вид заготовки и материал будущей детали. Выбор технологического процесса получения заготовки определяется несколькими факторами, важнейшими из которых являются технологические свойства материала. Сталь, применяемая для изготовления деталей машин должна обладать высоким комплексом механических свойств, а не высоким значением какого-либо одного свойства. Материал, идущий на изготовление деталей, подвергается нагрузкам и поэтому должен сопротивляться таким нагрузкам, а также, наряду с высокой прочностью обладать вязкостью, чтобы сопротивляться динамическим и ударным воздействиям. Лучшее сочетание прочности, надежности и долговечности имеет сталь. Сталь превосходит другие сплавы по прочности, но уступает по плотности, коррозионной стойкости, коэффициенту линейного расширения.
В данном случае к крышке предъявляются такие требования как высокая прочность, способность сопротивляться динамическим и ударным нагрузкам и одновременно иметь высокую вязкость. На основе всего этого в качестве материала выбрана сталь 40Х, имеющая следующее процентное содержание элементов:
Углерод-0,4%;
Хром – 8,8…1,1%.
Хром (Сr) повышает твердость, прочность и упругость стали, но понижает вязкость и теплопроводность. Хром повышает способность сталей к термическому упрочнению, их стойкость к коррозии и окислению, обеспечивает повышение прочности при повышенных температурах, а также повышает сопротивление абразивному износу высокоуглеродистых сталей.
Высокая концентрация хрома приводит к повышению коррозионной стойкости. Довольно большое распространение получила сталь 40Х. Она представлена легированной структурой, которая может выдерживать несущественное воздействие влаги и некоторых химических веществ. Сталь 40Х, характеристики которой могут быть улучшены при проведении термической обработки, имеет ряд особенностей.
Рассматривая механические свойства стали 40Х следует учитывать, что она обладает высокой твердостью и прочностью, структура может выдерживать существенную нагрузку и во время эксплуатации не подвергаться разрушению. Сталь 40Х характеризуется следующими положительными качествами:
Достаточно высокая коррозионная стойкость, которая достигается при включении в состав хрома.
Высокие прочностные показатели. Твердость измеряется в различных показателях, часто применяется HRC и HB. Показатель твердости соответствует значению 217 МПа.
При выборе более подходящего материала уделяется внимание и удельному весу. Плотность стали 40Х составляет 7820 кг/м3.
Поковки используются в качестве основы при создании различных изделий.
http://stankiexpert.ru/spravochnik/materialovedenie/stal-40h.html
[5]
Имеются в наличии удобные технологические базы (наружные цилиндрические поверхности), обеспечивающие требуемую ориентацию и надежное крепление заготовки на станке при возможности ее обработки с нескольких сторон и свободного подвода инструмента к обрабатываемым поверхностям;
- простота геометрической формы позволяет обрабатывать большинство ее поверхностей с минимального количества установок;
- наружные поверхности детали имеют открытую форму, позволяющую часть поверхностей обрабатывать на проход в направлении подачи;
- в конструкции детали отсутствует наклонное расположение поверхностей;
- условия базирования и простановка размеров рациональны, на большинстве операций конструкторские размеры совпадают с технологическими;
- на большинстве поверхностей обеспечивается свободное врезание и выход режущего инструмента.
Рассматриваемая деталь имеет следующие нетехнологические особенности:
- имеются различные канавки, которые вследствие своего функционального назначения не могут быть унифицированы.
Форма детали является правильной геометрической, является телом вращения. Шероховатости поверхностей соответствуют классам точности их размеров и методам обработки этих поверхностей. Имеется свободный отвод и подвод режущего инструмента к обрабатываемым поверхностям.
Показатели трудоемкости изготовления изделия
Трудоемкость изделия, как показатель ТКИ характеризует количество труда, затрачиваемого на одно изделие с учетом его конструктивных особенностей в сферах производства, эксплуатации и ремонта изделия. В соответствии с этим различают следующие виды показателя трудоемкости изготовления изделия:
Трудоемкость изделия в конструкторской и технологической подготовке производства;
Трудоемкость изделия в изготовлении;
- Трудоемкость изделия в техническом обслуживании (ТО);
- Трудоемкость изделия в ремонте;
- Трудоемкость изделия в утилизации;
- Общая трудоемкость.
- Трудоемкость имеет размерность времени, обозначается Т с соответствующим индексом.
- Трудоемкость изготовления оценивается трудоемкостью выполнения операций технологического процесса, который в свою очередь оценивается трудоемкостью работ в операции.[3]
Технические нормы времени в условиях крупносерийного производства устанавливаются расчетно-аналитическим методом.
Норма штучного времени Тшт:
Тшт = То +Тв +Тоб +Тот, (5) [3]
где То - основное время; Тв – вспомогательное время; Тоб – время на обслуживание рабочего места. В массовом производстве время на обслуживание рабочего места слагается из времени на организационное обслуживание и времени на техническое обслуживание рабочего места:
Тоб = Ттех + Торг ; (6) [3]
Тот – время перерывов на отдых и личные надобности.
Основное время вычисляется на основании принятых режимов резания.
Показатели материалоемкости
Материалоемкость – это показатель ТКИ, характеризующий количество материальных ресурсов, необходимых для создания и применения одного изделия с учетом его конструктивных особенностей, особенностей эксплуатации и ремонта.
Для оценки материалоемкости отдельной детали, входящей в изделие, применяются следующие показатели: коэффициент использования материала
Ким = (7) [3]
Мдет – масса детали;
Мзаг – масса заготовки. [3]
Таким образом, выбранный материал (Сталь 40Х) для изготовления крышки отвечает требо¬ваниям технологичности, то есть обеспечивает ее эксплуатационные свойства, по¬зволяет использовать рациональную заготовку в виде поковки, обла¬дает хорошей обрабатываемостью на операциях механической обработки, являет¬ся недорогим и недефицитным материалом. [5]
2.2.Выбор способа получения заготовки, описание конструкции и чертежа заготовки
Материал: сталь 40Х
Шероховатость поверхности Rz100
Штамповкой называют способ изготовления изделий сложных очертаний давлением с помощью специального инструмента — штампа. Производительность штамповки во много раз выше производительности ковки. [9]
Различают объемную и листовую, горячую и холод¬ную виды штамповки. При объемной штамповке в каче¬стве заготовки используется обычно пруток, а металл за¬полняет всю полость штампа, приобретая ее форму и раз¬мер. При листовой штамповке заготовкой является лист и толщина полученных плоских и пространственных по¬лых деталей незначительно отличается от толщины ис¬ходного листа. Объемная штамповка чаще бывает горя¬чей, а листовая — холодной. [9]
