Базирование деталей узла на проектируемой оснастке и составление принципиальной схемы сборочно-сварочного приспособления
Базирование – это определение положения деталей в изделии относительно друг друга или изделия относительно приспособления, рабочего инструмента, технологического сварочного оборудования (сварочной дуги, пламени горелки, электродов контактной машины). При проектировании сборочно-сварочных приспособлений необходимо иметь дело с установочными базами. Установочная база – это каждая поверхность детали, которой она соприкасается с установочными поверхностями приспособления. Благодаря контакту с этими поверхностями деталь (узел) получает строго определенное положение относительно приспособления или сварочного оборудования. При этом металлическая деталь как любое твердое тело имеет 6 степеней свободы: перемещение в направлении трех координатных осей x, y, z (рисунок 3) и вращение (поворот) ωX, ωY, ωZ относительно этих же осей.
Рисунок 3 – Схема базирования детали на шесть опорных точек
Для базирования любой детали требуется выполнять правило шести точек: «Чтобы придать детали вполне определенное положение в приспособлении, необходимо и достаточно иметь шесть опорных точек, лишающих деталь всех шести степеней свободы». Поверхность детали с тремя опорными точками называется главной базирующей, боковая поверхность с двумя точками – направляющей, торцевая поверхность с одной точкой – упорной. В качестве главной базирующей поверхности желательно выбирать поверхность, имеющую наибольшие габаритные размеры, в качестве направляющей – поверхность наибольшей протяженности, в качестве упорной – поверхность наименьшей протяженности и площади. Установочными базами деталей могут служить поверхности как механически обработанные (отверстия, плоскости), так и необработанные, не имеющие волнистости, неопределенной кривизны. Предпочтение отдают менее шероховатым, более чистым и точно расположенным поверхностям. На рисунке 4 показан процесс базирования втулки 1 на жестко закрепленный неподвижный палец 2. В данном случае втулка лишилась четырех степеней свободы (осталось вращение и перемещение относительно оси 0Z). Рисунок 4 – Схема установки втулки на палец
Принципиальная схема сборочно-сварочного приспособления представляет собой чертеж сварного изделия, на котором в виде условных обозначений (риcунок 5) указаны места, способы фиксирования и закрепления всех деталей, а также способы и устройства (упрощенно) для установки, поворота, подъема, съема деталей и изделий, другие механизмы.
Рисунок 5 – Условные обозначения опор и зажимов по ГОСТ 3.1107–81 Задачей студента является составление принципиальной схемы сборочно-сварочного приспособления с помощью указанных правил базирования и условных обозначений опор и прижимов. Расчетная часть 5.4.1 Составление расчетных схем оснастки. Расчетную часть в курсовом проекте начинают с составления расчетной схемы оснастки. Например, студентом для сборки и сварки конструкции определенных габаритных размеров и массы выбран двухстоечный кантователь с шарнирными крепежными приспособлениями, а привод кантователя по заданию включает в себя один электродвигатель и один двухступенчатый червячный редуктор. В таком случае расчетная схема и исходные данные для расчета должны быть представлены так, как показано на рисунке 6 и в таблице 1.
G – вес конструкции; А и B – точки крепления приводного шпинделя; C и D – точки крепления ведомого шпинделя; G1 – усилие, действующее на хвостовик приводного шпинделя; G2 – усилие, действующее на хвостовик ведомого шпинделя; Q – окружная сила на зубчатом колесе; e – эксцентриситет; r – расстояние между точкой действия окружного усилия и осью вращения планшайбы; к, к1 – расстояние от центра зубчатого колеса до опоры А; L1 – расстояние между подшипниками приводного шпинделя; L2 – расстояние между подшипниками ведомого шпинделя; а1 – расстояние между центром приводной планшайбы и опорой А; а2 – расстояние между центром ведомой планшайбы и опорой С; h1 и h2 – расстояния от центра тяжести конструкции до центров приводной и ведомой планшайб
Рисунок 6 – Расчетная схема двухстоечного кантователя с шарнирными крепежными устройствами
Таблица 1 – Исходные данные
5.4.2 Расчет эксплуатационных нагрузок оснастки. Если рассматривается двухстоечный кантователь, то расчет начинается с ГОСТ 8338–75 Подшипники шариковые радиальные однорядные. Основные размеры [3], по которому в зависимости от массы конструкции, кантуемой при сборке и сварке, по параметру статической грузоподъемности студенту необходимо выбрать подшипники, в которые будут посажены приводной и ведомый шпиндели передней и задней бабок кантователя. Например, если кантуемая конструкция имеет вес до 10 т, то соответствующая статическая грузоподъемность по ГОСТ 8338–75 С0 = 105000 Н, что соответствует подшипнику № 414 – шариковый радиальный подшипник тяжелой серии (диаметр 4, серия ширин 0) с d = 70 мм, D = 180 мм и B = 42 мм (обозначение по стандарту – подшипник 414 ГОСТ 8338–75) (рисунок 7). Коэффициент трения в подшипнике f = 0,02.
d – номинальный диаметр отверстия внутреннего кольца; D – номинальный диаметр наружный цилиндрической поверхности наружного кольца; B – номинальная ширина подшипника; r – номинальная координата монтажной фаски
Рисунок 7 – Стандартные размеры подшипника шарикового радиального однорядного
Принимаем данные подшипники как для приводного, так и для ведомого шпинделей бабок. Соответственно, диаметры шпинделей бабок во всех сечениях равны dА= dВ = dС = dD = 70 мм (см. рисунок 6) [4]. Наибольший крутящий момент MКР, воспринимаемый приводом кантователя, равен сумме: грузового момента M = Ge и момента сил трения MТР в подшипниках обоих шпинделей:
. (1) Момент сил трения в подшипниках
, (2)
где А, В, С и D – усилия в подшипниках; dА, dB, dC и dD – соответствующие диаметры шпинделей; fА, fВ, fС и fD – коэффициенты трения в соответствующих подшипниках. Усилия, действующие на хвостовики шпинделей, определяются как реакции опор балки весом G, свободно опертой своими концами в шарнирах передней и задней бабок:
; (3)
. (4)
Вертикальные радиальные усилия в подшипниках передней бабки:
; (5)
. (6)
Вертикальные радиальные усилия в подшипниках задней бабки:
; (7)
. (8)
В подшипниках передней бабки также возникают радиальные усилия под действием окружной силы Q на зубчатом колесе:
; (9)
(10)
где R – радиус зубчатого колеса; MКР – грузовой крутящий момент. Так как при данном расположении ведущей шестерни или червяка (при червячной передаче) усилия АЗ и ВЗ будут направлены горизонтально, т. е. перпендикулярно вертикальным нагрузкам АВ и ВВ, то суммарные радиальные усилия в подшипниках передней бабки будут равны геометрической сумме двух взаимно перпендикулярных составляющих:
; (11)
. (12)
Аксиальное усилие в подшипниках равно силе зажатия пиноли задней бабки и зависит от типа изделия, его размеров и способа крепления. Во многих случаях это усилие равно нулю. Изгибающий момент в опасном сечении шпинделя передней бабки (в подшипнике А) определяется как геометрическая сумма моментов, действующих в двух взаимно перпендикулярных плоскостях: грузового момента М1 = G1а1 и изгибающего момента от действия окружного усилия на зубчатом колесе М2 = Qк:
. (13)
Изгибающий момент в опасном сечении С шпинделя задней бабки
. (14) На схеме, представленной на рисунке 6, возможны 4 варианта кантовки: 1) расположение зубчатого колеса в одной вертикальной плоскости с приводной шестерней при одновременном отсутствии эксцентриситета центра тяжести кантуемой конструкции; 2) расположение зубчатого колеса в одной горизонтальной плоскости со шпинделями бабок (на рисунке 6 показано штрихпунктиром) при одновременном отсутствии эксцентриситета центра тяжести кантуемой конструкции; 3) расположение зубчатого колеса в одной вертикальной плоскости с приводной шестерней при наличии эксцентриситета центра тяжести кантуемой конструкции; 4) расположение зубчатого колеса в одной горизонтальной плоскости со шпинделями бабок при наличии эксцентриситета центра тяжести кантуемой конструкции. При рассмотрении первого варианта кантовки грузовой крутящий момент М = Gе не передается на шпиндель, поэтому при определении расчетных эквивалентных моментов, действующих на шпиндели, в качестве крутящих моментов достаточно учесть только моменты сил трения в подшипниках соответственно в передней и задней бабках:
; (15)
. (16) Расчетные эквивалентные моменты для шпинделей передней и задней бабок:
; (17)
. (18) Диаметры шпинделей в опасных сечениях – на опорах А и С:
; (19)
. (20)
где [σ] – допускаемое напряжение на изгиб, кгс/см2 (для стали 40Х [σ] = 6000…8000 кгс/см2). Мощность электродвигателя привода N, кВт, определяется в зависимости от величины крутящего момента MКР, кгс∙см, и выбранной частоты вращения шпинделя n, об/мин, по формуле
(21)
где ηО – общий КПД привода, являющийся произведением КПД всех передач приводного механизма. Например, если в конструкции привода предусмотрен двухступенчатый червячный редуктор, то (ηЧ1 и ηЧ2 – КПД соответствующих червячных передач). Выбор числа оборотов кантователя n, об/мин, следует производить исходя из допускаемой окружной скорости вращаемого изделия VОКР, м/мин, которую для диаметра вращаемого изделия D = 2…5 м можно назначать в пределах 16…25 м/мин:
. (22)
Если масса изделия и скорость его вращения достаточно велики, то в расчетах на прочность к статическому крутящему моменту МКР следует добавлять динамический момент сил инерции МИН, действующий в периоды разгона и торможения (при неустановившемся вращении шпинделя):
(23)
где G – вес вращающейся массы, кгс; DИН – диаметр инерции массы, м; маховый момент вращающейся массы; tИН – время пуска и торможения, определяемое в зависимости от числа оборотов n и пускового момента двигателя по его каталожной характеристике. При рассмотрении второго варианта кантовки значения расчетных усилий и изгибающих моментов, действующих на шпиндель передней бабки, могут оказаться существенно выше. Это объясняется тем, что при таком монтаже окружная сила на зубчатке будет направлена вертикально, и поэтому вызываемые ею реактивные усилия и моменты складываются с грузовыми (тоже вертикальными) алгебраически, а не геометрически. Следовательно, в этом случае нагрузка на подшипники будет определяться как
; (24)
. (25) В этом случае изгибающий момент в опасном сечении шпинделя передней бабки будет находится не как геометрическая, а как алгебраическая сумма следующих составляющих:
. (26)
Изгибающий момент в опасном сечении шпинделя задней бабки остается прежним (см. формулу (11)). Расчетный эквивалентный момент МЭ1 в сечении А рассчитывается по формуле (17), но с подстановкой в нее нового значения изгибающего момента МА. В сечении С шпинделя задней бабки эквивалентный момент не изменяется и определяется по формуле (18). При рассмотрении третьего и четвертого вариантов кантовки наибольший крутящий момент MКР, воспринимаемый приводом кантователя, включает грузовой момент M = Ge и находится по формуле (1). Соответственно, это внесет корректировки в формулы (17) – (21). Механизм вращения двухстоечных кантователей с подъемными центрами, а также действующие на шпиндели усилия и моменты рассчитываются теми же методами и формулами, что и для обычных двухстоечных кантователей. Расчет механизма подъема центров и механизма передвижения задней стойки производится обычными методами расчета грузоподъемных машин [4]. Скорости вращения, подъема центров и перемещения задней стойки можно выбирать по таблице 2. Таблица 2 – Двухстоечные кантователи с подъемными центрами
Далее рассчитывается требуемая частота вращения вала электродвигателя nЭ.ТР., об/мин, исходя из частоты вращения приводного вала n, об/мин (см. формулу (22)), а также средних значений передаточных чисел из рекомендуемого диапазона (таблица 3). Например, в случае двухступенчатой червячной передачи
, (27)
где uЧ1 – передаточное число первой червячной передачи; uЧ2 – передаточное число второй червячной передачи.
Таблица 3 – Рекомендуемые и предельные передаточные числа для передач
5.4.3 Расчет и выбор электродвигателя для привода оснастки. По величине требуемой мощности и требуемой частоте вращения вала электродвигателя в таблице 4 выбирается асинхронный электродвигатель [5].
Таблица 4 – Технические данные электродвигателей серии АИР
При подборе N допускается перегрузка двигателя до 8 % при постоянной и до 12 % при переменной нагрузке. Например, при требуемой мощности N = 1,46 кВт и частоте вращения приводного вала n = 5 об/мин требуемая частота вращения вала электродвигателя при наличии двухступенчатой червячной передачи в редукторе составит: .
Таким образом, согласно таблице 4, подходит электродвигатель АИР80А2/2850 ТУ 16 – 525.564 – 84 мощностью N = 1,5 кВт. Это значит, что при синхронной частоте вращения ротора 3000 об/мин статор будет запаздывать и его асинхронная частота вращения будет составлять nДВ = 2850 об/мин. Высота оси вала от опорной поверхности лапок двигателя h = 80 мм. По ГОСТ 19523–81 Двигатели трехфазные асинхронные короткозамкнутые серии 4А мощностью от 0,06 до 400 кВт. Общие технические условия двигатель АИР80А2/2850 обозначен как 4А80А2У3 (η = 81 %, коэффициент мощности cos φ = 0,85) [6]. Его геометрические параметры указаны в таблице 5 для типоразмера 4А80А [7].
Таблица 5 – Электродвигатели серии 4А (исполнение М100 – закрытое обдуваемое по ГОСТ 19523–81)
Угловая скорость электродвигателя
(28)
По таблице 5 для выбранного двигателя выписывается диаметр выходного конца вала ротора (dДВ = 22 мм в данном примере).
5.4.4 Проектирование редуктора/коробки передач для привода оснастки. Расчет начинается с общего передаточного числа привода
. (29)
Например, при nЭ = 2850 об/мин и n = 5 об/мин uОБЩ = 570. Если привод включает только электродвигатель и редуктор, то общее передаточное число редуктора uРЕД равно общему передаточному числу привода uОБЩ. Далее общее передаточное число распределяется между отдельными ступенями редуктора, например, в соответствии с рекомендациями в таблице 6.
Таблица 6 – Рекомендуемые соотношения передаточных чисел в редукторах
Например, в случае двухступенчатого червячного редуктора – между двумя червячными передачами: uТ = 34 на одну передачу, принимаемую за тихоходную, и uБ = 17 – на другую передачу, принимаемую за быстроходную. Частота вращения вала колеса тихоходной ступени
. (30)
Частота вращения вала шестерни тихоходной ступени (одновременно и вала колеса быстроходной ступени двухступенчатого редуктора)
. (31)
Частота вращения вала шестерни быстроходной ступени
. (32)
Например, для электродвигателя АИР80А2/2850 ТУ 16 – 525.564 – 84 мощностью N = 1,5 кВт с двухступенчатым червячным редуктором и общим передаточным числом u = 570 (34 – для тихоходной передачи и 17 – для быстроходной) при асинхронной частоте вращения выходного вала электродвигателя nЭ = 2850 об/мин [7]: номинальная частота вращения тихоходного вала редуктора (с червячным колесом) ;
угловая скорость тихоходного вала редуктора (с червячным колесом)
номинальная частота вращения червяка тихоходной ступени (u = 34)
угловая скорость червяка тихоходной ступени
номинальная частота вращения червяка быстроходной ступени редуктора: ;
угловая скорость червяка быстроходной ступени
Далее необходимо спроектировать редуктор привода. В качестве примера рассмотрим двухступенчатый червячный редуктор. По ГОСТ 2144–76 Передачи червячные цилиндрические. Основные параметры предусмотрено два ряда передаточных чисел u для чисел витков червяка z1 = 1, 2 или 4 и чисел зубьев червячного колеса z2 = 30…80 [8]: - ряд № 1 – 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; - ряд № 2 – 9; 11,2; 14; 18; 22,4; 28; 35,5; 45; 56; 71; 90. Для получения больших передаточных чисел необходимо применять двухступенчатые передачи. В нашем примере передаточное число u = 570. Причем uТ = 34 – передаточное число для тихоходной червячной передачи и uБ = 17 – для быстроходной червячной передачи. Рекомендуется назначать: z1 = 4 для u = 8…15; z1 = 2 для u = 15…30; z1 = 1 для u > 30 [7]. Выбираем z1Т = 1 для тихоходной передачи; z1Б = 2 для быстроходной. В соответствии с рекомендуемым рядом № 1 передаточных чисел из ГОСТ 2144–76 принимаем uТ = 40 и z2Т = 40 для тихоходной передачи; uТ = 20 и z2Б = 40 для быстроходной. Так как по ГОСТ 2144–76 фактические передаточные числа не должны отличаться от номинальных более, чем на 4 %, то необходимо заново подобрать их для передач редуктора (на первой передаче отличие в 17 %). Для общего передаточного числа редуктора u = 570 заново принимаем uТ = 40 и uБ = 14,25. Тогда по ряду № 1: при z1Т = 1 принимаем uТ = 40 и z2Т = 40. По ряду № 2: при z1Б = 2 принимаем uТ = 14 и z2Б = 28. Несоответствие для первой передачи отсутствует, а для второй передачи
– условие соблюдается.
Далее находятся вращающие моменты: на приводном червяке редуктора
на тихоходном червяке редуктора (КПД принимается 0,75)
на тихоходном вале редуктора (с червячным колесом)
Механические характеристики, основные допускаемые контактные напряжения и основные допускаемые напряжения изгиба и для материалов червячных колес приведены в таблице 7.
Таблица 7 – Характеристики для материалов червячных колес в мегапаскалях
Затем на примере тихоходной передачи выбирается материал червяка и венца червячного колеса. Например, принимаем для червяка сталь 45 с закалкой до твердости не менее HRC 45 и последующим шлифованием. Так как к редуктору не предъявляются специальные требования, то в целях экономии принимаем для венца червячного колеса бронзу БрА9Ж3Л. Далее предварительно принимается скорость скольжения в зацеплении, например, vS = 1 м/с. Тогда при длительной работе допускаемое контактное напряжение [σН] = 179 МПа [7, таблица 4.9]. Принимаем предварительно коэффициент диаметра червяка q = 10. Принимаем предварительно коэффициент нагрузки К = 1,2. Затем определяется межосевое расстояние из условия контактной выносливости:
Тогда модуль
Принимаем по ГОСТ 2144–76 стандартные значения m = 12,5 и q = 10 (таблица 8).
Таблица 8 – Сочетания модулей q и коэффициентов m диаметра червяка
Межосевое расстояние при стандартных значениях m и q
Основные размеры червяка [7]:
делительный диаметр червяка
диаметр вершин витков червяка
диаметр впадин витков червяка
длина нарезанной части шлифованного червяка
Принимаем b1 = 192 + 40 = 232 мм (по рекомендации [7]).
Делительный угол подъема витка червяка γ находим по таблице 9.
Таблица 9 Значения угла подъема γ на делительном цилиндре червяка
Популярное: Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (287)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |