| |||||
МЕНЮ
| Оборудование производства ИУОборудование производства ИУСодержание Содержание 1 4.1.1. Технологический ротор с механическим приводом рабочего движения. 19 4.1.2 Транспортный ротор 20 Задание Разработать автоматическую роторную линию для сборки спортивного патрона калибром 5.6 мм с производительностью 800 шт./мин. Введение В состав проектно-конструкторских задач, решаемых при проектировании
любой автоматической машины, в том числе и роторной линии (АРЛ), входит
параметрический синтез. Параметрический синтез решает задачу определения
основных конструкционных (геометрических и механических) параметров машины
в целом, ее отдельных механизмов, устройств и рабочих органов. В большинстве случаев параметрический синтез является задачей оптимизационного типа: параметры роторной линии должны быть определены таким образом, чтобы заданный или выбранный критерий эффективности имел оптимальное значение. Руководствуясь определенными из расчетов параметрами машины, конструктор осуществляет эскизную, техническую и затем рабочую разработку. 1. Расчет основных параметров роторной линии 1.1. Определение конструктивных параметров инструментального блока Инструментальный блок (ИБ) это сменный узел технологического ротора для установки инструмента и обеспечения основных и вспомогательных переходов технологических операций. Инструментальный блок должен обеспечивать заданную точность взаимного расположения рабочего инструмента и обрабатываемой детали, обладать необходимыми прочностью и жесткостью, иметь минимальную массу, допускать быстрый съем из гнезда технологического ротора. Типовая схема инструментального блока для штамповочной операции (см. рис.1) позволяет оценить его основные размеры. Диаметр Dбл блока определяется с учетом максимальных поперечных размеров деформирующего инструмента Dбл= (1.3… 2.5)*Dм, (1) где Dм– диаметр поперечного сечения матрицы, мм. Расчетные зависимости для определения геометрических размеров матриц для различных технологических операций приведены в таблице 1. [1] Диаметр матрицы: Dм = 3*dd = 3*5,6 = 16,8 мм Диаметр блока: Dбл = 2*16,8 = 33,6 мм Принимаем диаметр блока равный 36 мм Длина блока: Lбл = Lт + Lкр + Lзх, (2) где Lт– технологическое перемещение инструмента, включающее подвод инструмента, рабочее перемещение и проталкивание детали из матрицы., мм; Lкр, Lзх– размеры элементов ИБ, мм. Технологическое перемещение на стадии эскизной проработки можно определить по формуле: Lт = Н0 + Нд + Нм +(20...40) где Hо– высота заготовки, мм; Hд– высота детали, мм; Hм– высота матрицы, мм. Lт = 60 мм Величина Lкр определяется из соотношения: Lкр> Lт Lкр = 80 мм Величина Lзх определяется из конструктивных соображений. Lбл = 60 + 80 + 40 + 180 мм Максимальная длина блока: Lбл мах = Lбл + Lт Lбл мах = 180 + 60 = 240 мм 1.2. Выбор шага ротора Шаг между гнездами ротора hр выбирается в зависимости от размеров детали, инструментальных блоков и зазоров между ними (см. рис.2 [1]). Для роторов штамповочного производства шаг ротора: hp = Dбл + (h где (h– зазор между инструментальными блоками, мм. Величина (h определяется размерами ИБ, их конструкцией и системой
крепления в гнездах ротора (для роторов с механическим приводом (h= (0.1… hp = 36 + 0,3*36 = 46,8 мм Рассчитанную величину шага роторов с механическим и гидравлическим приводом округляем до ближайших значений (см. табл. 3 [1]): hp = 47,1 мм 1.3. Расчет числа позиций технологического ротора Общее число позиций (инструментальных блоков, гнезд) ротора определяем по минимально необходимой длительности технологического Тт и кинематического Тк циклов: up = Пт * Тк/60 < 1,33* Пт * Тт/60 (3) где Пт– теоретическая производительность ротора, шт/мин. Теоретическую производительность выбираем по заданной фактической производительности Пф с учетом цикловых потерь: Пт = Пф/( Для проектных расчетов коэффициент цикловых потерь (= 0,7… 0,9. Пт = 800 / 0,8 =1000 шт Длительность технологического цикла должна обеспечивать выполнение технологической операции, включая вспомогательные переходы (загрузку детали, ее закрепление и выдачу из ротора). Длительность кинематического цикла определяется, в основном, характеристиками привода рабочего движения ротора. На рис. 1 приведена цикловая диаграмма технологического ротора, показывающая соотношение технологического и кинематического циклов. Для роторных машин, осуществляющих вращение ротора с постоянной скоростью, время обработки tр соответствует углу поворота (р, а t1– углу (1 и т.д. [pic] Рис. 1. Цикловая диаграмма технологического ротора. Уравнения циклов имеют вид: TT = t1+ t2+ tp+ t3+ t4, Tk= tпд+ tp+ tотв+ tх, где t1, t4– соответственно время на подачу детали и выдачу ее из ротора, с; t2, t3– время, затрачиваемое на закрепление и освобождение детали при обработке, с; tр– технологическое время обработки детали, с; tпд,tотв– интервалы времени подвода инструмента к детали и отвода, с; tх– время простоя инструментов в исходном положении (холостой ход), с. Точные значения интервалов кинематического и технологического циклов можно определить только при расчете механизмов привода рабочего движения и механизмов захвата. На этапе параметрического синтеза эти интервалы определяются приближенно с учетом рекомендаций, полученных на основе практики конструирования роторных линий. Для механического (кулачкового) привода рабочего движения интервал tр, соответствующий обработке детали инструментом, определяем по следующим формулам: для операций чеканки, гибки, сборки принимаем закон изменения ускорения по синусоиде, обеспечивающий к концу интервала плавное снижение скорости и ускорения рабочего органа до нуля: tp= 2Lp/ Vp max =[pic] (4) tp = 0,08 с где Lр, Vр max, aр max– соответственно путь, допустимые скорость и ускорение за время обработки детали инструментом, м, м/с, м/с2; Ориентировочно для указанных операций можно принимать ар max( g, где g– ускорение свободного падения, м/c2. Время подачи изделий в ротор t1 принимаем равным времени удаления из него t4, а при определении числовых значений исходим из того, что угол сопровождения подающими и съемными устройствами не превышает 20°: Величины интервалов t2 и t3 рассчитываем в зависимости от скорости срабатывания зажимных приспособлений, центрирующих и съемных механизмов. В первом приближении принимаем: t2 = t3 [pic]t1 = t4 Время подвода и отвода инструмента определяем в зависимости от типа привода рабочего движения. Для механического привода: tпд = 1,57Lпд / Vмах = [pic] (5) tотв = 1,5Lотв / Vмах = [pic] (6) где Lпд,Lотв– соответственно перемещение инструмента при подводе к детали и отводе инструмента в исходное положение, м; Vmax, аmax– максимальные скорость и ускорение на участках подвода и отвода, м/с, м/с2. Для обеспечения максимальной синхронности работы приводных механизмов технологического и транспортного движений следует соблюдать неравенства tпд( t1+ t2, tотв( t3+ t4: tпд = 0,157 с tотв = 0,173 с TT = 0,48 c Tk = 0.46 c После определения интервалов кинематического и технологического циклов и проверки соблюдения неравенств определяем общее число позиций ротора uр= Пт( Тк / 60( 1,33( Пт( Тт / 60 uр = 7.66 Полученное число позиций технологического ротора uр округляем в
большую сторону и принимаем соответственно параметрическому ряду 4, 5, 6, Принимаем количество инструментальных блоков uр = 8 Число инструментальных блоков, находящихся одновременно в рабочей зоне ротора, определяем по формуле: uo= Пт*tр / 60 uo= 1,33 D = 120 мм 1.4. Расчет конструктивных параметров роторов Радиус начальной окружности технологического ротора: Rp= (1/ 2()*uр*hp (7) Rp= 60 мм Величину радиуса Rр проверяем с учетом конструктивных размеров вала ротора и инструментальных блоков (см. рис.2): [pic] Рис. 2. Схема к расчету свободного пространства технологического ротора Rp[pic] 0,5(dв+ Dбл) + с В первом приближении принимаем: dв = 0,5 Dбл: с = 30...40 мм dв= 18 мм 60[pic]57, условие выполняется Частота вращения ротора (об/мин): np= Пт / uр np = 125 об/мин Окружная (транспортная) скорость: Vтр = Пт*hp /60 = (* np* Rp/30 Vтр = 78,5 м/мин Для удобства компоновки и обеспечения установленной окружной скорости роторов рекомендуется принимать диаметры начальных окружностей зубчатых колес привода транспортного движения равными диаметрам начальных окружностей роторов. Поэтому полученное значение диаметра начальной окружности ротора Dр уточняем с учетом параметров зубчатого зацепления Конструктивные параметры транспортных роторов определяем аналогично технологическим. С целью удобства размещения технологических роторов, обеспечения доступа к рабочей зоне, простоты ремонта и обслуживания число позиций и диаметры транспортных роторов рекомендуется брать больше технологических (uтр= (1,25… 1,33)( uр). Принимаем uтр= 10 Для всех технологических и транспортных роторов, входящих в роторную линию, соблюдаем основное условие компоновки: 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. 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 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. 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 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+ ((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 ((((= [pic]=11,27 МПа [pic]=24,55 МПа Условие выполняется Материалы элементов конструкции роторной машины выбираем по таблице
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 Более распространенной является схема привода технологических групп
роторов, объединяемых в линии, посредством червячных редукторов (рис.6 б.) 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.
4.1.1. Технологический ротор с механическим приводом рабочего движения. Суммарный момент M на валу технологического ротора с механическим 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- 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 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.
|
ИНТЕРЕСНОЕ | |||
|