Обоснование бесцентровой обработки

Обработка коленчатого вала на станке NAGEL проводится в центрах, вал вращается с помощью поводкового патрона. Зажимные рычаги имеют возможность перемещаться в радиальном направлении и, по сути, свободно висят на обрабатываемой детали, нагружая ее своим весом. В связи с тем, что полировальные рычаги имеют малую силу зажима, их габариты малы и масса одного рычага составляет 15 кг. Однако, в модернизированном станке будет применена сила зажима Р=725 кГ, и габариты спроектированных рычагов значительно отличаются от предыдущих. Масса одного рычага составляет 40 кг, всего рычагов – 10 шт. Учитывая, что вал, длина которого составляет 500 мм, изготовлен из чугуна, допустимое напряжение растяжения которого меньше допустимого напряжения на сжатие в 4 раза и меньше предела прочности в 5 раз [5] и составляет 140 МПа, вероятно появление недопустимых деформаций в процессе обработки. Поэтому необходимо рассчитать обрабатываемый вал на прочность. Вал, жестко зажатый в центрах, представляет собой двухопорную балку со статическим нагружением в местах расположения рычагов. Для упрощения расчетов допустим, что десять сосредоточенных сил Р=400 Н на длине 500 мм представляют собой равномерно распределенную нагрузку q:

, (13)

где n – количество сосредоточенных сил, n=10 сил.

(Н/мм).

Также для упрощения расчета допустим, что вал представляет собой балку равномерного сечения. Расчет будет проводиться для растянутой зоны деформированного вала в опасном сечении, которым считается галтель.

Условие прочности для растянутой зоны:

, (14)

где М_и – изгибающий момент в опасном сечении, Н∙мм;

J_x – осевой момент инерции опасного сечения, мм;

y – величина растянутой зоны балки, т.е. ее диаметра, мм, y=23 мм;

[σ] – допустимое напряжение растяжение чугуна, [σ]=140 МПа.

Максимальное значение изгибающего момента:

, (15)

где L – длина опасного сечения, мм.

(Н∙мм).

Осевой момент инерции:

, (16)

где d – диаметр балки, мм, d=46 мм.

(мм).

Используя формулу (14), имеем:

(МПа).

Так как 261 МПа > 140 МПа, т.е. σ > [σ], то деталь при рассмотренном условии является непрочной.

В связи с этим необходимо предусмотреть такой способ зажима, чтобы вал не испытывал изгибающих нагрузок или испытывал, но в меньшей мере. Таким способом является схема бесцентровой обработки, при которой вал зажимается в неподвижно закрепленных рычагах обкатывания коренных шеек, а рычаги, зажимающие шатунные шейки, выполняют одновременно циклическое вращение, получая его от эталонных коленвалов, приводимых, в свою очередь, во вращение шпинделем станка и обеспечивая обработку. Такая схема широко применяется в машиностроении и реализована с разными конструктивными особенностями в станках 4481, Б-016, Б-033, Б-039 [12].