Учебное пособие 800151

Для обеспечения условия самоторможения клинового прижима необходимо чтобы угол скоса клина соответствовал требованию

где - угол трения скольжения между клином и деталью, который может быть определен как

где f – коэффициент трения скольжения в контакте между прижимом и деталью может быть принят равным 0,1.

Перемещение клина l, необходимого для поджатия детали на величину с, будет равно

Усилие, требуемое для того чтобы клин выбить

[ ( ) ]

Пример. Конструктивно оформить клиновой прижим, способный создать усилие в 500 Н.

Так как прижим работает в паре «сталь-сталь»

откуда

Исходя из условия самоторможения, примем

Величину перемещения клина, исходя из значения поджатия детали в 20 мм, определим как

Усилие, требуемое для того чтобы клин выбить составит

[ ( ) ] [ ]

2.2. Расчет эксцентриковых прижимов

Эксцентриковые прижимы являются быстродействующими и применяются в приспособлениях серийного и массового производства.

В сборочно-сварочных приспособлениях преимущественно используются круглые эксцентрики. Прижимное усилие Q, развиваемое таким зажимом (рис. 7), будет в 10 – 12 раз превышать усилие Р, прикладываемое к рукоятке. т.е.

Рис. 7. Расчетная схема эксцентрикового прижима

Из условия самоторможения определяют основные размеры эксцентрика:

где F – сила трения в паре «кулачок – деталь», Н; F1 – сила трения на оси вращения кулачка, Н.

где f – коэффициент трения скольжения в контакте между эксцентриком и прижимом может быть принят равным 0,1.

где f1 – коэффициент трения скольжения в контакте между прижимом и деталью может быть принят равным 0,1.

Преобразовав условие самоторможения, получим

откуда

так как второе слагаемое мало, им можно пренебречь. Величина эксцентрика определится как

Пример. Сконструировать эксцентриковый прижим, при условии, что усилие на рукоятке приложенное рабочим составляет 200 Н.

Усилие эксцентрикового прижима составит

( ) ( )

Примем величину усилия равной 2000 Н.

Назначим диаметр прижима равным 80 мм, тогда величина эксцентрика, обеспечивающего заданное усилие, составит

мм

Примем величину е равной 5 мм, тогда диаметр эксцентрика можно определить как

мм

Сила трения в паре «кулачок – деталь» составит

12

2.3. Расчет винтовых прижимов

Винтовые прижимы имеют простую конструкцию, невысокую стоимость, надежны в работе и обеспечивают требуемые усилия.

По заданному усилию прижима Q рассчитывают винт, гайку, корпус и элементы крепления прижима к корпусу приспособления (рис. 8).

Рис. 8. Расчетная схема винтового прижима

Сила на рукоятке прижима может быть определена как

ср

( )

где dср – средний диаметр резьбы, мм; l – длина рукоятки, мм; - угол подъема резьбы (для метрической – 300, для трапецеидальной – 150); - приведенный угол трения в резьбовой паре

где f – коэффициент трения винтовой пары может быть принят равным 0,1. Количество витков резьбы в гайке

где dнар и dвнутр – наружный и внутренний диаметр резьбы, мм; 0 – удельное давление на поверхности ниток резьбы, МПа (для пары «стальной винт – чугунная гайка – 50 – 60 МПа, для пары «стальной винт – стальная гайка» - 90 –

130 МПа).

Высота гайки

где S – шаг резьбы, мм; m – число заходов резьбы (может быть принято равным

1, 2, 3).

Наружный диаметр винта

13

нар √ [ ]р

где [ ]р – допускаемое напряжение на растяжение материала винта при переменной нагрузке, МПа (для стального винта 58 – 98 МПа).

Пример. Сконструировать винтовой прижим, обеспечивающий усилие прижатия 3000 Н.

Определим наружный диаметр винта, способный создать заданное усилие зажима, приняв величину допускаемых напряжений равной 60 МПа.

Конструктивно примем винт с метрической резьбой наружным диаметром 16 мм. Характеристики резьбы, согласно ГОСТ 24705: шаг резьбы – крупный 2,0 мм; внутренний диаметр резьбы - 13,835 мм.

Определим количество витков резьбы на стальной гайке, необходимое для создания заданного усилия прижима

Конструктивно примем 12 витков резьбы на гайке. Высота гайки при нарезании резьбы в два захода составит

мм

На основании выполненных расчетов для создания прижима может быть предложен стандартный винт с цилиндрической головкой согласно ГОСТ 1491 (диаметр головки 24 мм, высота головки 9 мм, длина резьбы 38 мм); а также стандартная шестигранная гайка согласно ГОСТ 5915 (размер «под ключ» 24 мм, высота 14,8 мм). Характеристики метрической резьбы согласно ГОСТ 9150 приведены в таблице.

Характеристики метрической резьбы

14

При иной компоновке винтового прижима, например в виде струбцины, потребуется произвести расчет усилия на рукоятке прижима.

Определим приведенный угол трения в резьбовой паре «сталь-сталь»

Сила на рукоятке прижима при ее длине 180 мм определим как

ср

( )

3.РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ

ИГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРИЖИМОВ

Всборочно-сварочном производстве нашли широкое применение различные зажимные устройства, действующие от пневматического привода. Такой привод прост в конструктивном исполнении и управлении, является быстродействующим, надежным и имеет невысокую стоимость.

Силовой пневматический привод (рис. 9) состоит из пневмодвигателя (пневмоцилиндра, пневмокамеры, пневмошланга или сильфона), пневматической аппаратуры и воздухопроводов.

Рис. 9. Схема силового пневмопривода: 1 – вентиль воздушный; 2 - водоотделитель; 3 – клапан редукционный; 4 – лубрикатор; 5 – клапан обратный; 6 –

кран управления; 7 – пневмоцилиндр; 8 - воздухопровод

При необходимости последовательного включения двух приводов перед одним из них устанавливается дросселирующий клапан, замедляющий скорость поступления воздуха. Для автоматизации пневмоприжимов взамен трехходовых кранов ставятся электропневматические клапаны, включение которых производят путевые выключатели.

Осевая сила на штоке пневмоцилиндра одностороннего действия может быть определена как

на штоке пневмоцилиндра двустороннего действия при подаче воздуха со стороны поршня

15

а со стороны штока

( )

где D – диаметр пневмоцилиндра (поршня), мм; d – диаметр штока поршня, мм; p – номинальное давление сжатого воздуха в пневмоцилинре (стандартный ряд согласно ГОСТ 6540), МПа; Q1 – сила сопротивления возвратной пружины в конце рабочего хода поршня, Н; - КПД пневмоцилиндра (может быть принят равным 0,85-0,9).

Рассчитав диаметр пневмоцилиндра, полученное значение округляют до ближайшего большего по ГОСТ 15608 и по принятому диаметру конструируют пневмоцилиндр и определяют номинальную осевую силу на штоке.

Пневмоцилиндры согласно ГОСТ 15608 назначают диаметром от 25 до 400 мм. Рабочее давление 0,4 – 1,0 МПа. Каждому диаметру соответствует определенный диаметр штока. Ход поршня назначают исходя из конструктивных соображений.

Крепление пневмоцилиндра к корпусу приспособления осуществляется через метрическую или коническую присоединительные резьбы.

Прижимы с пневмокамерами компактны, обладают малой массой. Расчет необходимого диаметра пневмокамеры аналогичен расчету диаметра пневмоцилиндра, однако КПД камер составляет 0,6-0,85, причем его значение для пневмокамеры одностороннего действия зависит от хода штока.

В прижимах с пневмошлангами используют прорезиненные пожарные рукава. Возврат прижима может осуществляться возвратным шлангом или пружиной.

Подвод сжатого воздуха и управление пневмоприжимом осуществляется

сиспользованием различной аппаратуры - маслораспылителей, фильтроввлагоотделителей, запорных кранов, регуляторов давления, дросселей, кранов управления, обратных клапанов и т.д. Для подвода сжатого воздуха к пневмоприводам, вращающимся вместе с планшайбой или рамой приспособления, применяют муфты одностороннего или двустороннего действия.

Большинство зажимных устройств сборочно-сварочных приспособлений

спневматическим приводом снабжаются механическими рычажными или клиновыми усилителями.

Пример. Сконструировать пневмоцилиндр одностороннего действия, способный создать усилие прижима 2000 Н.

Расчет диаметра пневмоцилиндра выполним по формуле

причем усилие Q1 может быть определено только при знании пружины, используемой в пневмоцилиндре для возврата поршня в исходное положение.

16

Примем в рассматриваемом случае стандартную, согласно ГОСТ 13771 цилиндрическую пружину сжатия из проволоки круглого сечения размером 104,5 25 3,0, выполненную в 14 полных витков с шагом - 7,14 мм. Внутренний диаметр пружины составит 19 мм. Усилие сжатия, требуемое для сокращения пружины на 36,54 мм, составляет 250 Н, для сокращения на 45,33 мм – 315 Н.

Будем полагать - ход штока пневмоцилиндра ограничен 45 мм. Минимально необходимый диаметр пневмоцилиндра, способного обес-

печить заданное усилие прижима (номинальное давление в пневмоцилиндре примем равным 1 МПа), определим как

Конструктивно, согласно ГОСТ 15608, примем пневмоцилиндр диаметром 63 мм, диаметр штока 18 мм. Статическое усилие на штоке не менее 2600 Н (толкающее) и 2350 Н (тянущее).

Гидравлические прижимы в конструктивном отношении аналогичны пневматическим. Гидравлические прижимы обеспечивают значительно большие усилия по сравнению с пневматическими того же диаметра, работают плавно и бесшумно и не требуют смазки. Расчет гидроцилиндров аналогичен расчету пневмоцилиндров. Существенным недостатком гидропривода является его высокая стоимость (обязательное наличие гидростанции) и повышенная сложность эксплуатации.

4. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРИЖИМОВ

Пневмогидравлические приводы, сочетающие в себе пневматический и гидравлический цилиндры с пневмогидравлическим мультипликатором, обеспечивают значительные силы зажима при небольших габаритах и быстродействии привода. Они находят применение в одно-, многоместных и многопозиционных приспособлениях.

Пневмогидравлические приводы работают от сжатого воздуха давлением 0,4 – 0,6 МПа из цеховой сети при давлении масла в гидравлической части привода 6 – 10 МПа, создаваемом пневмогидравлическим мультипликатором.

В приспособлениях могут применяться пневмогидроприводы с преобразователями давления прямого или последовательного действия (рис. 10).

Расчет усилия на штоке рабочего гидроцилиндра Q определим из условия равновесия привода (рис. 10, а)

откуда

мв

17

Рис. 10. Схема пневмогидравлических приводов прямого (а) и последовательного (б) действия

Тогда величина Q будет определена как

м о ( в) г п

где о – полный КПД привода (может быть принят равным 0,75-0,8); г – КПД гидроцилиндра (может быть принят равным 0,85-0,9); п – КПД пневмоцилиндра (может быть принят равным 0,85-0,9).

Величина хода штока пневмоцилиндра

( )

где l – ход штока рабочего гидроцилиндра, мм; n – число гидроцилиндров, питаемых данным преобразователем.

Диаметр рабочего гидроцилиндра найдем по зависимости

√

м

Диаметр гидроцилиндра и диаметр штока пневмоцилиндра связаны меж-

ду собой зависимостью вида

( )

Диаметр пневмоцилиндра будет определен как

√ м

в п

Пример. Сконструировать пневмогидравлический привод, обеспечивающий равномерное прижатие изделия в 6 точках общим усилием 15000 Н.

Определим требуемый диаметр гидроцилиндра, при условии, что требуемое усилие прижатия в 15000 Н будет приложено в 6 точках, т.е. на одну точку будет приходиться 2500 Н. Будем полагать давление масла внутри гидроцилиндра равным 10 МПа.

м г

Определим диаметр штока гидроцилиндра

18

Примем, согласно ГОСТ 6540 гидроцилиндр диаметром 20 мм. Диаметр штока 10 мм, отношение значений поршневой и штоковой полости – 1,33.

Требуемый диаметр пневмоцилиндра, способного обеспечить работу гидроприжимов найдем при условии давления воздуха в пневмосистеме – 0,63

Примем, согласно ГОСТ 15608 пневмоцилиндр диаметром 50 мм. Диаметр штока 18 мм, наибольшее толкающее усилие при давлении 0,63 МПа –

1000 Н.

Конструктивно примем требуемой ход штока гидроцилиндра равным 50 мм. Тогда величину хода штока пневмоцилиндра можно определить как

мм

Таким образом, пневмоцилиндр диаметром 50 мм (диаметр штока 18 мм, ход поршня не более 500 мм) способен создать через пневмогидравлический мультипликатор суммарное усилие 15000 Н в 6 точках при использовании прижимов, питаемых гидроцилиндрами диаметром 20 мм (диаметр штока 10 мм, ход поршня 50 мм).

5.РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ВАКУУМНЫХ ПРИЖИМОВ

Ввакуумных прижимах закрепление тонкостенных деталей производится под избыточным атмосферным давлением, возникающим за счет разрежения

ввакуумной полости (рис. 11). Это разрежение может создаваться вакуумным цилиндром 3 (рис. 11, а), соединенным каналом с вакуумной полостью 6. Герметичность полости 6 обеспечивается резиновой прокладкой 7, установленной

вкорпусе 2 приспособления. Управление пневмоцилиндром 4, связанным с вакуумным цилиндром 3, осуществляется распределительным краном 5, к которому подводится сжатый воздух от цеховой пневмосети.

Сила зажима Q детали 1 может быть найдена как

( ) пр

где ра – атмосферное давление, МПа; ро – остаточное давление в вакуумной камере (0,01-0,015 МПа); F – площадь, ограниченная внутренним контуром резиновой прокладки, мм2; Qпр – сила противодействия сжатой резиновой прокладки, Н.

В прижимах, имеющих вакуумный насос и работающих по схеме (рис. 11, б), прижатие детали 1 к корпусу 2 осуществляется при создании разрежения в

19

полости 6. Распределительный кран 3 при включении прижима соединяет вакуумную камеру 6 с вакуумным насосом 5 и ресивером 4. Для разжима детали распределительный кран соединяет вакуумную полость приспособления с атмосферой.

Рис. 11. Схема вакуумного прижима с приводом от пневмоцилиндра (а) и от вакуумного насоса (б)

Пример. Определить усилие прижатия пластины в форме окружности диаметром 600 мм, фиксируемой с использованием вакуумного прижима.

Прижатие пластины будем осуществлять через резиновую кольцевую прокладку квадратного сечения размером 5 5 мм, диаметр кольца 560 мм.

Определим силу сопротивления сжатой резиновой прокладки при действии на нее перепада давления

пр

где к – коэффициент жесткости материала прокладки, Н/мм; х – абсолютная деформация прокладки в направлении толщины, мм.

Величину коэффициента жесткости определим зная материал и геометрические характеристики прокладки

пр

где Е – модуль упругости резины – 5 МПа; Sпр – площадь прокладки (контактирующего с деталью кольца), мм2; - толщина прокладки, мм.

пр

мм

Величину абсолютной деформации прокладки определим по закону Гука

где - напряжения, в рассматриваемом случае это перепад давлений атмосферного и созданного в вакуумной камере, МПа; - относительная линейная деформация резиновой прокладки в направлении толщины.

20