книги / Основы проектирования сборочно-сварочных приспособлений

Их выполняют из высокоуглеродистых сталей типа У10А и термически обрабатывают до твердости HRC 58…62 в местах губок и до твердости HRC 39…45 в хвостовой части. Угол конуса цанги α = 30…40°. При меньших углах возможно заклинивание цанги. Угол конуса сжимающей втулки делают на 1° меньше (рис. 7.8, а) или больше (рис. 7.8, б) угла конуса цанги. Цанги обеспечивают концентричность установки в пределах 0,02…0,05 мм. Базовую поверхность заготовок должна иметь чистовую обработку.

Сила затяжки цанги при отсутствии упора (см. рис. 7.8, а)

где Q – суммарная сила зажима, распределенная по базовой поверхности заготовки; Q' – сила сжатия лепестков цанги для выбора зазора между ее губками и заготовкой; φ – угол трения между цангой и втулкой.

Суммарная сила зажима Q определяется как

Q = K (M 2 r2 ) + P2 . f1

Силу Q' находят из выражений: для трехлепестковой цанги

для четырехлепестковой цанги

∆D3s Q' = 200 l3 ,

где r – радиус базовой поверхности заготовки; М – момент, передаваемый цангой; Р – осевая сила, сдвигающая заготовку; f1 –

101

коэффициент трения между заготовкой и цангой; К – коэффициент запаса; D – наружный диаметр поверхности лепестка в мм (см. рис. 7.8, а); s – толщина стенки лепестка, мм; α1 – половина угла сектора лепестка цанги; l – длина лепестка, мм, от места задела до середины конуса.

Разжимные оправки различных конструкции показаны на рис. 7.9. Для оправки (рис. 7.9, а) силу затяжки определяют по формуле. Оправка с выдвижными радиальными сухарями 1 (рис. 7.9, б) используется для установки толстостенных заготовок (деталей) 2 с грубообработанной или черновой базой. Силу Р на штоке можно подсчитать, используя формулу для клина, приняв в ней φ1 = 0:

где W – сила, с которой кольцевая пружина оттягивает сухари к центру оправки.

аб

в

Рис. 7.9. Конструкции разжимных оправок

102

На рис. 7.10 показан двухкулачковый патрон с ручным винтовым приводом, применяемый для установки (базирования) и зажима заготовок.

Рис. 7.10. Универсальный двухкулачковый патрон и схема к его расчету

При зажиме заготовки в двухкулачковом патроне требуется сила W (кгс) зажима на каждом кулачке.

Величина Pz определяется через крутящий момент, Мкр = = Q·L на торцовом ключе, вращающем винт, который перемещает кулачки патрона при зажиме цилиндрической частизаготовки:

где Q = 10…14 кгс – сила, приложенная рабочим на рукоятке; L – длина рукоятки, см; n – число кулачков патрона; D – диаметр зажатой заготовки, мм; k = 1,5 – коэффициент запаса;

103

α = 2°…3°30 – угол подъема резьбы винта; α' = 90° – угол призмы кулачка; φпр – приведенный угол трения в резьбе; f – 0,3…0,5 – коэффициент трения на рабочих поверхностях призм или кулачков; f1 = 0,l…0,15 – коэффициент трения в направляющих пазах кулачков; l – вылет кулачка от его опоры до центра приложения силы зажима, мм; l1 – длина направлящей части кулачка, мм; l2 – расстояние между осью зажимного винта и продольной осью призмы, мм; rср – средний радиус резьбы винта для кулачков, мм.

Контрольные вопросы к главе 7

1.Какие зажимы относятся к простым зажимным устрой-

ствам?

2.Какие основные требования предъявляются к зажимным механизмам?

3.Какие зажимные устройства являются комбинирован-

ными?

4.Как рассчитать силу зажима при использовании винтового зажима?

5.В чем достоинства винтовых зажимов?

6.Какие виды эксцентриков применяются в зажимных устройствах?

7.Приведите формулу расчета силы зажима рычажным устройством.

8.Какие устройства относятся к центрирующим зажимным устройствам?

9.Какие зажимные устройства являются механизирован-

ными?

10.Назовите основные виды зажимных устройств.

11.Какое условие определяет устойчивую работу зажимных устройств с эксцентриками?

12.Чем определяется величина силы, с которой зажимают заготовку винтовым зажимом?

104

ГЛАВА 8. СИЛОВЫЕ ПРИВОДЫ ЗАЖИМНЫХ УСТРОЙСТВ

Основным назначением силового привода в приспособлении является создание исходной силы тяги Q, необходимой для зажима заготовки силой W. В приспособлениях наибольшее широко используют следующие приводы: пневматические, гидравлические, пневмогидравлические, электрические, электромагнитные, магнитные, вакуумные.

8.1. Пневматические приводы

Пневматические приводы состоят из пневмодвигателя, воздухопроводов и пневматической аппаратуры. Рабочим телом в пневмоприводе является сжатый воздух с давлением р = 4...6 кгс/см2 (0,4…0,6 МПа). В пневматических приводах используют различные пневмодвигатели: 1) поршневые; 2) диафрагменные; 3) пневмошланговые.

Поршневые и диафрагменные пневмодвигатели бывают одно- и двустороннего действия. В пневмодвигателях одностороннего действия рабочий ход поршня со штоком производится сжатым воздухом, а обратный ход – под действием пружины, установленной на штоке. Такие пневмодвигатели применяют в случаях, когда при зажиме заготовки требуется большая сила, чем при разжиме.

В пневмодвигателях двустороннего действия рабочий и обратный ход поршня со штоком производится сжатым воздухом. Их применяют, когда при зажиме и разжиме требуется большая сила, например в приспособлениях с самотормозящимися зажимными устройствами. Выбор типа пневмодвигателя следует осуществлять исходя из конкретных условий производства.

Преимущества пневматического привода: быстрота действия – 0,5…1,2 с; постоянство силы зажима (при наличии самотормозящего звена); возможность регулирования силы зажима; простота конструкции и эксплуатации; надежность работы независимо от колебаний температуры окружающей среды.

105

Недостатки пневматического привода: недостаточная плавность перемещения и непостоянство срабатывания рабочих органов, особенно при переменной нагрузке; низкое давление воздуха в магистрали (3–6 атм), что влечет за собой увеличение размеров пневмопривода для создания больших усилий.

Пневматические поршневые двигатели двустороннего действия, предназначенные для пневмосистем различного оборудования и технологической оснастки, выпускаются по ГОСТ 15608-81 в следующих исполнениях:

по способу торможения: 1 – без торможения; 2 – с регулируемым торможением в конце хода;

по виду крепления: 0 – на удлиненных стяжках; 1 – на лапах; 2 – на переднем фланце, 3 – на заднем фланце; 4 – на проушине; 5 – на цапфах;

по выполнению конца штока: 1 – с наружной резьбой; 2 – с внутренней резьбой;

по присоединительной резьбе для подвода воздуха: 1 – с метрической резьбой; 2 – с конической резьбой.

Согласно ГОСТ 15608–81 цилиндры имеют условные графические обозначения (рис. 8.1).

аб

Рис. 8.1. Условное обозначение цилиндров: а – без торможения; б – с торможением

Пример обозначения цилиндра без торможения с креплением на удлиненных стяжках, с наружной резьбой на конце штока, с метрической присоединительной резьбой для подвода воздуха, диаметром D = 100 мм и ходом поршня S = 1000 мм, в климатическом исполнении УХЛ4: пневмоцилиндр 1011–100×1000 – УХЛ4 ГОСТ 15608–8; или с торможением: пневмоцилиндр

2422–050×0320 – О4 ГОСТ 15608–81 (табл. 8.1).

106

Таблица 8.1

Основные параметры пневмоцилиндров по ГОСТ 15608–81

Основные размеры цилиндров без торможения на удлиненных стяжках приведены в табл. 8.2 и на рис. 8.2.

Таблица 8.2

Основные размеры цилиндров без торможения

Окончание табл. 8.2

Примечание. Цилиндры D от 25 до 40 мм с внутренней резьбой штока не изготавливают.

Рис. 8.2. Характерные размеры пневмоцилиндратипа21012-DхS-УХЛ4

При расчете пневмоприводов определяют осевую силу Q на штоке поршня, зависящую от диаметра D цилиндра и давления p сжатого воздуха в его полостях.

Расчет осевой силы Q на штоке поршневого привода производится по следующим формулам:

для привода одностороннего действия с возвратной пружиной

для привода двустороннего действия толкающая сила на штоке

108

тянущая сила на штоке

где D – диаметр поршня пневмоцилиндра, см; р – давление сжатого воздуха, кгс/см2; η – к.п.д (η = 0,85); q – сопротивление пружины возврата при крайнем рабочем положении поршня, кгс; d – диаметр штока пневмоцилиндра, см.

Основные размеры пневмоцилиндров – внутренний диаметр D и ход поршня S. Диаметр D определяется необходимым усилием. Длину цилиндров следует выбирать такой, чтобы ход штока был на 10–20 мм больше расчетного перемещения зажимных элементов.

При решении обратной задачи – определение диаметра пневмоцилиндра – найденный размер диаметра пневмоцилиндра округляют по нормали и по принятому диаметру определяют действительную осевую силу Q на штоке.

В процессе сварки в свариваемом узле могут возникать значительные деформации, которые способны произвести самораскрепление пневматических механизмов зажима. Во избежание этого в приспособлениях для сварки рекомендуется применять пневматические зажимные устройства с самотормозящимся звеном. Для приспособлений применяют пневмоцилиндры

сD = 50…320 мм. Усилиена штоке составляет Q = 60...3000 кгс.

Вряде случаев, когда требуется при небольшом диаметре цилиндра получить большую силу на штоке или когда конструкция приспособления не позволяет применить пневмоцилиндр большого диаметра, применяют цилиндры с двумя или тремя поршнями на одном штоке (рис. 8.3, а). Для вращающихся приспособлений используются, аналогичные, только вращающиеся пневмоцилиндры (рис. 8.3, б).

Толкающая сила на штоке пневмоцилиндра с двумя поршнями определяется по формуле

Тянущая сила на штоке с одинаковым диаметром штока

где D – диаметр поршня, см; d1 и d – диаметры штока в полостях цилиндра, см; р – давление сжатого воздуха, р = 4 кгс/см2; η = = 0,85…0,9 – к.п.д. пневмоцилиндра.

1

4

Рис. 8.3. Пневмоцилиндры: а – с двумя поршнями на одном штоке; б – вращающийся; 1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – шток; 4 – муфта воздухоподводящая

Мембранный пневмоцилиндр (диафрагменная камера)

представляет собой замкнутую полость, разделенную эластичной перегородкой – мембраной (диафрагмой) на две части. Эти камеры могут быть одностороннего и двустороннего действия (рис. 8.4) и состоят из: 1 – корпуса; 2 – крышки; 3 – диафрагмы; 4 – опорной шайбы; 5 – штока; 6 – возвратных пружин; 7 – штуцера для привода воздуха; 8 – крепежных болтов.

Мембранные пневмоцилиндры имеют ряд преимуществ перед поршневыми. Они проще в изготовлении, дешевле, долговечнее; отсутствуют утечки воздуха.

110