Dp/Dтр= Rp/Rтр= uр/uтр= nр/nтр= const (8)

Из соотношения (8) определяются радиус начальной окружности Rтр и

частота вращения nтр транспортного ротора:

Rтр= uтрRp/uр ;

nтр= nрuр/uтр

Rтр= 75 мм

nтр= 100 об/мин

2. Расчет элементов инструментального блока

[pic]

Рис. 3. Расчетная схема инструментального блока:

1– ползун; 2– корпус; 3– пуансон; 4– заготовка;

5– матрица

Элементы инструментальных блоков (ИБ) рассчитываются на прочность в

опасных сечениях от действия растягивающих (сжимающих) сил и изгибающих

моментов. Расчетная схема ИБ для штамповочных операций представлена на рис.

3.

Корпус блока рассчитывается на растяжение и изгиб в сечении А-А:

[pic] (9)

где Рт – номинальное технологическое усилие, Н;

F – площадь расчетного сечения А–А, мм2;

Ix – момент инерции сечения, мм ;

yc – координата центра тяжести сечения, мм;

ymax – расстояние от центра тяжести до наиболее удаленной точки

сечения, мм;

(((– допускаемые напряжения материала корпуса блока, МПа.

Площадь сечения F, момент инерции Ix, координата центра тяжести yc и

координата ymax рассчитываются по формулам:

F= (/8 (Dбл2 - dпр2) (/180;

Jx = (Dбл4 - dпр4)/128 (((/180+sin ();

yc = 120/(( ((Dбл3 - dпр3)/ (Dбл2 - dпр2) sin ((/2));

yмах = yc - Dбл/2 cos ((/2),

где Dбл – диаметр инструментального блока, мм;

dпр – диаметр приемника детали, мм.

F= 650,68 мм2

Jx = 5164640,98 мм4

yc = 7,51 мм

yмах = 10,64 мм

( = 0,31 МПа < [(доп]

Условие прочности выполняется.

Размеры Dбл и dпр определяются по чертежу инструментального

блока.

Опорные поверхности крепления ИБ в блокодержателе рассчитываются на

смятие в сечении Б–Б:

(см=Pт/2Fоп [pic] [(см]

где Fоп– площадь опорных поверхностей, мм;

((см(– допускаемое напряжение на смятие материала корпуса, МПа.

Площадь опорных поверхностей определяется по приближенной формуле:

Fоп=2/3 аb

Fоп = 58.66 мм

(см = 1,7 < [(доп]

Условие прочности выполняется.

3. Расчеты на прочность элементов конструкции

механического привода

3.1. Силы, действующие на элементы привода

Для определения напряжений, возникающих в элементах механического

(кулачкового) привода рабочего движения роторных машин под действием

заданной технологической силы Рт (см. рис. 4.а.), необходимо установить

величины полной реакции R и ее осевой и окружной составляющих Rz и Rx.

Полная реакция R необходима для расчета на срез и смятие оси ролика

ползуна. Составляющая Rx необходима для расчета ползуна на изгиб.

Составляющая Rz воспринимается осевыми опорами вала ротора и необходима для

выбора осевых подшипников ротора. Конструктивными размерными элементами, от

которых при заданной величине технологической силы Рт зависят значения R,

Rx, Rz являются: вылет ползуна а, длина направляющей барабана b и угол

подъема копира (.

Полная реакция копира R нагружает ползун изгибающим моментом,

вызывающим нормальные к оси ползуна силы N1 и N2 (рис. 4.а). Эти силы

являются реакциями направляющей поверхности барабана и учитываются при

расчете на прочность перемычки между направляющими отверстиями.

Значения сил R, Rx, Rz, N1 и N2 определяются формулам:

R=PтКт; Rx=PтKx; Rz=PтKz

N1=3/2 PтКх(a/b+5/6)

N2=3/2 PтKх(a/b+1/6)

где Кт, Кх, Кz– коэффициенты пропорциональности,учитывающие

[pic]

[pic]

конструктивные особенности крепления ролика.

Рис. 4. Расчетная схема элементов механического привода:

а– силы, действующие в элементах кулачкового привода;

б– схема с консольным расположением ролика;

в– схема с торцевым расположением ролика

.

В механическом (кулачковом) приводе применяются два типа конструкций

ползуна – с консольным расположением ролика (рис. 4.б) и торцевым

расположением (рис.4.в). Консольное крепление рекомендуется применять при

технологическом усилии не более 1000 Н, а торцевое– для усилий до 10 кН.

Коэффициенты Кт, Кх, Кz определяются по формулам:

[pic] ;

[pic]

[pic]

где fпр– приведенный коэффициент трения (fпр= 0,15), учитывающий трение

качения ролика по копиру и трение скольжения отверстия ролика относительно

его оси.

Для привода с пазовый (консольным) кулачком значение коэффициента В

рассчитывается по формуле:

B = 2.3*f1*(1-3*(e/b)*f1)*(1-fпр*tg()-(tg(+ fпр)

где е– величина консоли в расположении ролика, мм;

f1– коэффициент трения ползуна о направляющие барабана (f1= 0,2).

B = 0.5

Kт= 2.05

Кz = 1.948

Kx = 0.65

R = 410 H

Rx = 130 H

Rz = 389.6 H

N1 = 260 H

N2 = 129 H

Так как полная реакция и ее составляющие быстро возрастают с

увеличением отношения а/b, это отношение следует выбирать достаточно малым.

Практически отношение а/b для приводов с торцовым копиром не должно

превышать 1/3. При этом величина а является заданной самим значением

технологического перемещения рабочего инструмента Lт, т. е. а= Lт и b( 3(

Lт.

3.2. Расчет ползуна

При консольном расположении ролика (рис. 4.б) диаметр оси

определяется из условия прочности на изгиб:

[pic] (10)

d0 = 5.7 мм

Принимаем d0 = 6 мм

Допускаемое напряжение изгиба:

[(u]=[pic] (11)

где [n]– допускаемый коэффициент запаса ([n] = 1,5...2,0);

К(– эффективный коэффициент концентрации напряжений (К(= 1,8...2,0);

(–1– предел выносливости при симметричном цикле нагружения

((–1= (0,4... 0,45)((в, МПа);

(в - предел прочности материала оси, МПа.

Наружный диаметр ролика определяется из условия проворачиваемости

(dр( 1,57( d0).

Принимаем dp= 10 мм

После определения параметров ползуна необходима проверка условий

контактной прочности ролика и проверка на удельное давление и нагрев

кинематической паре ролик-ось.

Наибольшее контактное напряжение при цилиндрическом ролике и выпуклом

профиле кулачка определяется по формуле Герца:

(к = 0,418 [pic],

где (д– радиус кривизны действительного профиля кулачка, мм;

Е– модуль упругости, МПа.

(к= 383,21 МПа

Условие контактной прочности выполняется

Проверка кинематической пары ролик-ось на удельное давление и нагрев

производится по формулам:

R/(d0lp)[pic][p];

R/(d0lp) = 4,1 Мпа

Условие выполняется

[pic]

где D0 и Dк– начальный диаметр ротора и средний диаметр кулачка, мм;

Пт– теоретическая производительность ротора шт/мин,

hр– шаг ротора, мм;

[р]– допускаемое удельное давление для трущихся поверхностей, МПа;

[р( Vи]– допускаемое значение износо- и теплостойкости трущихся

поверхностей, МПа( мм/с.

[pic]= 21,3 Мпа

Условие выполняется

Для материалов сталь по стали [р]= 15…18 МПа, [р( Vи]= 30…40 МПа(

мм/с.

3.3. Расчет перемычек барабана

Для практически наиболее важного случая, когда одновременно с копиром

взаимодействует только один ползун, к одной перемычке приложено по одной

силе: к передней по направлению вращения ротора перемычке приложена сила

N2, а к задней– N1 (см. рис. 5). N1( N2, поэтому более нагруженной является

перемычка, к которой приложена сила N1.

Составляющая Nх силы N1, направленная параллельно линии, соединяющей

центры направляющих отверстий, вызывает в перемычке напряжения изгиба (1,

кручения (1 и среза (2. Соответствующие нормальные и касательные

напряжения определяются из соотношений:

[pic] (12)

[pic] (13)

[pic] (14)

где dп– диаметр направляющего отверстия для ползуна, мм;

с– ширина перемычки, мм;

b– высота перемычки (длина направляющего отверстия барабана), мм.

[pic]

Рис. 5. Расчетная схема барабана

Сила Nу вызывает в перемычке изгиб в горизонтальной и вертикальной

плоскостях и растяжение. Нормальные напряжения этих деформаций составят:

[pic] (15)

[pic]; [pic] (16)

(1= 0,17 МПа

(2 = 0,117 МПа

(3 = 3,78 МПа

(4 = 3,49 МПа

(1= 6,47 МПа

(2=4,31 МПа

Суммарное нормальное напряжение будет максимальным в точке А, где все

составляющие имеют один знак: ((A= (1+ (2+ (3+ (4.

((A= 7,56 МПа

Касательное напряжение в этой точке равно (2.

Суммарное касательное напряжение максимально в точке В, где ((B= (1+

(2. Суммарное нормальное напряжение в точке В составит ((B= (1+ (2+ (4.

((B= 3,777 МПа

Расчет перемычки на прочность, поскольку барабаны изготавливаются из

чугуна, следует вести по I теории прочности, принятой для хрупких

материалов:

[pic];

[pic],

где (((– допускаемое напряжение материала барабана, МПа ((((=

(0,16...0,18)( (в).

[pic]=11,27 МПа

[pic]=24,55 МПа

Условие выполняется

Материалы элементов конструкции роторной машины выбираем по таблице

8 [1]

|Элемент конструкции |Материал |Термообработка |

|Инструментальные | | |

|Блоки: | | |

|корпус |40Х |Закалка, НВ 240…300|

|втулка |Ст.30 | |

|захват крепления |Ст.40, 20Х| |

|Механический привод: | | |

|барабан | | |

|ползун |СЧ20 | |

|ролики |Ст.45 |Закалка, НRC 45…50 |

|- оси консольных роликов|40Х |Закалка, НPC 48…52 |

| |20Х | |

|– копиры |ШХ15 |НRC 56…60 |

|Главные валы роторов |Ст.45 | |

|Блокодержатель |Ст.45 | |

|Шпильки гидроблока |Ст.45 | |

|Диски транспортных роторов |Ст.45 | |

4. Расчет привода транспортного движения

4.1. Выбор схемы привода.

В автоматических роторных линиях реализуются четыре

принципиально различных конструктивных варианта схем привода вращения

технологических и транспортных роторов.

Первый вариант характерен для АРЛ с небольшим числом слабо

нагруженных роторов, выполняющих операции небольшой энергоемкости

(запрессовка, сборка, термохимическая обработка, контроль, таблетирование

порошковых материалов). В этом случае вращение роторов осуществляется от

электродвигателя посредством редуктора через ведущий (наиболее нагруженный

или средний по расположению) технологический ротор Остальные

технологические и транспортные роторы кинематически соединяются между собой

зубчатыми колесами. Эта схема наиболее проста, но неосуществима в случае

различных шаговых расстояний роторов входящих в линию. Кроме того, возможен

неравномерный износ зубчатых колес привода при существенно отличающихся

нагрузках на главных валах роторов.

Более распространенной является схема привода технологических групп

роторов, объединяемых в линии, посредством червячных редукторов (рис.6 б.)

. Входы редукторов связаны с приводным валом 6, а выходы– с наиболее

нагруженными роторами технологических групп либо непосредственно, либо

через зубчатую передачу. Внутри каждой технологической группы вращение

передается цилиндрическими зубчатыми колесами. Настройка взаимного углового

расположения групп роторов производится зубчатыми муфтами 5,

устанавливаемыми на приводном валу. Этот вариант привода широко применяется

в АРЛ с восемью-десятью технологическими роторами и производительностью

линии до 200 шт / мин.

Недостатки схемы: неравномерная нагруженность элементов привода,

низкий КПД привода (0,6...0,7), сложность защиты привода линии от

перегрузок. Наличие одного скоростного режима затрудняет использование

привода в высокопроизводительных АРЛ.

4.1. Определение крутящего момента на валу технологических и транспортных

роторов.

4.1.1. Технологический ротор с механическим приводом рабочего движения.

Суммарный момент M на валу технологического ротора с механическим

(кулачковым) приводом складывается из момента технологических сил Мт,

момента сил трения Мтр, момента на преодоление инерции вращающихся масс

ротора при пуске линии Ми.

M= Мт + Мтр + Ми (17)

Момент технологических сил определяется по формуле:

Мт = PтRpuоснtg (k

где Рг– технологическое усилие, Н;

aк–угол подъема профиля кулачка;

Rр– радиус начальной окружности ротора, м;

uосн– число инструментальных блоков в рабочей зоне ротора.

Мт = 2.12 Н/м

Момент сил трения:

Мтp= GpRn(n/cos (n,(18)

где Gр– вес ротора, Н;

Rп– средний радиус подшипников ротора, м;

mп– коэффициент трения в подшипниках (mп= 0,06…0,1);

aп– угол, определяющий направление усилия в подшипниках

(aп= 12 °).

Мтp= 0,62 Н/м

Момент инерции масс ротора можно приближенно определить по формуле:

Ми= GpRn2(/2g (19)

где e– среднее угловое ускорение ротора при пуске линии, с-2;

g– ускорение свободного падения, м / с-2.

Среднее угловое ускорение ротора:

( = (np/30Tn

где nр– число оборотов ротора, об / мин;

Тп– время пуска линии, с.

По рекомендациям [4] ТпЈ 0,5 с.

( = 25,9

Ми= 2,33 Н/м

M = 5,07 Н/м

4.1.2 Транспортный ротор

Момент на валу транспортного ротора приближенно определяется как

сумма моментов сил трения в подшипниках Мтр и момента инерции Ми:

M= Мтр + Ми (20)

Моменты Мтр и Ми определяются по формулам (18) и (19)

M= 1.52 Н/м

4.2. Расчет мощности электродвигателя привода

Мощность электродвигателя (кВт) привода транспортного движения

роторной линии, включающей несколько технологических групп роторов можно

определить по формуле:

Nэ.д.= 0,105*10-4[pic][(Мпрjnбj)/((4m(рем)] (21)

где m– количество кинематически объединенных групп роторов;

Мпр– момент, приведенный к валу базового ротора, НЧм;

nб– угловая скорость вращения базового ротора, об / мин;

hрем, hч– КПД, учитывающие потери в клиноременной передаче

и червячном редукторе.

Приведенный момент на валу базового ротора определяется выражением:

Мпр = М0+M1*i01/(01+ M2*i02/(02+... Mk-1*i0,k-

1/(0,k+1

где k– число роторов в группе;

i– передаточное отношение от i-ого ротора к базовому;

h– КПД зубчатой передачи от i-ого ротора к базовому;

М1, М2– моменты на валу роторов, НЧм;

М0– момент на валу базового ротора, НЧм.

Мпр= 63,9 Н/м

Nэ.д = 0,88 кВт.

4.3. Выбор электродвигателя

Из стандартного ряда трехфазных асинхронных двигателей серии 4А по

расчетным данным выбираем электродвигатель 80А с номинальной мощностью 1,1

кВт. Определяем суммарное передаточное число привода:

iz=nэ.д./nб

iz = 11,36

Выбираем передаточное число редуктора iр= 12 (РЧ 12-8)

iр= 0,94

Список использованных источников

1. Автоматические роторные линии / И. А. Клусов, Н. В. Волков, В.

И. Золотухин и др. – М. : Машиностроение, 1987.

2.Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя. – М.:

Машиностроение, 1982.

3.Клусов И.А.., Сафарянц А.Р. Роторные линии. – М.:

Машиностроение, 1969.

4.Кольман-Иванов Э.Э. Машины-автоматы химических производств. –М.:

Машиностроение, 1972.

5.Кошкин Л. Н. Комплексная автоматизация производства на базе

роторных линий. – М. Машиностроение, 1972.

6.Кошкин Л.Н. Роторные и роторно-конвейерные линии. – М.

Машиностроение, 1986.

7.Расчет на прочность деталей машин / И. А. Биргер, Б. Ф. Шорр, Г.

Б. Иосилевич. – М. : Машиностроение, 1979.

8.Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. –

Л.:Машиностроение, 1979.

Страницы: 1, 2