Расчет вибрационного бункера загрузочно-ориентирующего устройства

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Постановка задачи

2. Подбор конструкции и описание работы вибрационного бункерного загрузочного устройства

3. Эскиз конструкции и описание работы ориентирующего устройства

4. Расчет элементов вибрационного бункерного загрузочного устройства

5. Управление работой вибрационного бункерного загрузочного устройства

Заключение

Список использованной литературы

Приложение

ВВЕДЕНИЕ

На современном производстве часто сталкиваются с проблемой повышения производительности различных технологических комплексов (ТК). Оборудование, выполняющее основные операции, обладает высоким быстродействием, но при этом траться очень много времени на вспомогательные операции. К таким операциям относятся загрузка необходимых деталей (заготовок) для начала технологического процесса, разгрузка после окончания определенных операций, переналадка оборудования на деталь другого типоразмера, смена инструментов или оборудования и т.д.

К примеру, при уменьшении времени затрачиваемого на загрузку, питание, ориентирование и фиксацию деталей можно увеличить производительность ТК. Для этого необходимо разработать такое устройство, которое выполняло бы следующие функции автоматически:

Накопление деталей (заготовок) и их выдача, при этом первично ориентируя. Для таких целей используется бункерное загрузочное устройство (БЗУ).

Бункерное загрузочное устройство (БЗУ) - это такой комплекс механизмов и устройств, для захвата деталей (заготовок), находящихся в бункере навалом, ориентируя их определенным образом и выдаче поштучно, порциями или непрерывным потоком.

Ориентирование деталей (заготовок) согласно принятой базе технологической операции. Для этого используются устройства вторичного автоматического ориентирования.

Ориентирующее устройство (ОУ) - это такой комплекс механизмов и устройств, который преобразует положение деталей (заготовок) в определенное различимое положение (ориентирует в пространстве).

Питание деталями (заготовками) рабочий отсек. Перед подачей отсекать их, до появления соответствующей команды, после которой следует выдача. Для этого используются питательные механизмы.

Питательный механизмы (ПМ) - это такой комплекс механизмов и устройств, который синхронизирует выдачу деталей заготовок с работой остального оборудования (ориентирует во времени).

Операцией автоматической загрузки и ориентирования во времени должна управлять автоматизированная система управления (АСУ).

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Спроектировать для детали болт ГОСТа 7798-70 вибрационное бункерное загрузочно-ориентирующее устройство. На рисунке 1 показан эскиз сборочной единицы - болта с основными размерами, необходимыми при решении задачи проектирования БЗУ, которые представлены в таблице 1.

Рисунок 1 - эскиз детали

В таблице 1 приведены исходные данные к курсовому проекту, полученные от преподавателя.

Таблица 1 - Исходные данные

Параметр	Производительность рабочего отсека Qро , шт/мин	Длительность работы отсека T, час
Значение	20	1

Для того чтобы на лоток одновременно не могли попасть две детали, его ширина выбирается равной 14 мм с учетом размеров и геометрии ориентируемой детали (болта). Для вторичного ориентирования детали предполагается в конце лотка выполнить прорезь, размер которой несколько меньше диаметра головки болта, последний разворачивается на лотке центром тяжести вниз и зависает в таком положении. Размер прорези принимаем ?=12 мм.

2. Подбор конструкции и описание работы вибрационного бункерного загрузочного устройства

Необходимо подобрать такое ВБЗУ, которое подошло бы для накопления и выдачи деталей цилиндрической формы (рисунок 1).

Для накопления подачи болтов предлагается использовать ВБЗУ следующей конструкции (рисунок 2).

Составные элементы ВБЗУ:

Буртик чаши 1;

чаша 2;

дно конусовидное 3;

основание чаши 4;

стержень пружинный 5;

башмак верхний 6;

башмак нижний 7;

плита 8;

болт зажимной 9;

электромагнит 10;

якорь электромагнита 11;

катушка электромагнита 12;

основание бункера 13;

ось установочная 14;

втулка 15;

втулка 16;

пружина витая цилиндрическая 17;

втулка разрезная (верхняя) 18;

втулка разрезная (нижняя) 19;

штифт установочный 20;

гайка 21.

Конструкция ВБЗУ:

Чаша 2 (со спиральной канавкой на внутренней боковой поверхности) крепится вместе с конусовидным дном 3 к основанию чаши 4. К чаше 2 прикреплен буртик 1, предотвращающий выпадение деталей из чаши 2.

Основание чаши 4 установлено на трех пружинных цилиндрических стержнях 5. Стержни 5 сверху в башмаках 6 вставляются в разрезные втулки 18, снизу в башмаках 7 вставляются в разрезные втулки 19 и прикручиваются гайками 21 (рисунок 2).

Втулки 18 и 19 закаляют для предотвращения смятия.

Башмак 6 закреплен крепежным болтом 9. Башмак 7 сборкой необходимо установить с помощью штифтов 20, затем закрепить болтом 9.

Стержни 5 установлены так, что их проекции на горизонтальную плоскость перпендикулярны радиусам окружности точек их установки (рисунок 3).

Электромагнит 10 установлен в центре плиты 8. Якорь электромагнита состоит из пакета пластин 11 (материал электротехническая сталь). Между якорем 11 и сердечником электромагнита есть воздушный зазор.

Между якорем 11 и основанием чаши 4 установлена алюминиевая пластина, предотвращает проникновение магнитных силовых линий в бункер, способных намагничивать детали.

Сердечник электромагнита состоит из набора Ш - образных пластин, прикрепленных к его основанию при помощи планок. На средний выступ набора надевается катушка 12 с обмоткой.



Рисунок 2 - конструкция ВБЗУ с чашей установленной на пружинных стержнях

Описание работы ВБЗУ:

При пропускании переменного электрического тока через катушку 12 в ней индуцируется переменное магнитное поле, притягивающее и отталкивающее якорь 11. При этом чаше бункера 2 совершает вертикальные возвратно-поступательные колебания.

Стержни 5 установлены таким образом, что чаша 2 будет совершать горизонтальные возвратно-поступательные колебания.

Детали при этом опускаются по конусовидному дну 3 (действие горизонтальных колебаний) и перемещаются по спиралевидной траектории в чаше бункера 2 (под действием вертикальных и горизонтальных колебаний).

Для виброизоляции бункер установлен на витых цилиндрических пружинах 17, сравнительно небольшой жесткости. Для ограничения горизонтальных колебаний основание 13 бункера установлено на ось 14 с резиновой втулкой 15, вставленной во втулку 16.

Рисунок 3 - сечение В-В ВБЗУ

Рисунок 4 - сечение А-А ВБЗУ

3. РАСЧЕТ МАССЫ И ОБЪЕМА ДЕТАЛИ

(мм); - диаметр головки.

(мм); - диаметр стержня.

(мм); - высота головки болта.

(мм); - длина стержня.

Плотность детали (сталь) - ;

Расчет объема детали:

а) головки болта:

;

;

б) стержня болта:

;

;

Масса детали:

(кг);

Расчет объема всех деталей:

Производительность Q=20 (шт/мин);

Время непрерывной работы:

;

Количество деталей:

;

(шт);

Масса всех деталей:

;

(кг);

Объем всех деталей:

.

Так как объем и масса всех деталей большие, нужно подобрать предбункер вибрационного бункерного загрузочного устройства.

4. РАсчет элементов вибрационного бункерного устройства

Динамические параметры.



- расчетная производительность питателя, где - коэффициент переполнения ВБЗУ, .

(шт/мин).

- скорость движения деталей по лотку,

где z - максимальный габаритный размер детали, z = 31 (мм), - коэффициент заполнения ориентирующих устройств, .

(м/с)

Расчет геометрических параметров чаши и канавок.

Подобрана конструкция чаши - полый цилиндр (рисунок 5).

Рисунок 5 - Эскиз чаши

- внутренний диаметр чаши,

(мм)

(мм) - принятое значение.

 - средний диаметр чаши,

где B = (h + 5) - ширина лотка, h - максимальный габаритный размер детали в устойчивом состоянии к вибрационному транспортированию, h = 9 (мм), B = 14 (мм).

(мм).

- шаг спирального лотка (выбирается из соображений, чтобы на лоток не могли попасть одновременно 2 заготовки), где s - толщина стенки чаши, s = 4 (мм).

(мм).

- угол подъема спирального лотка,

.

Материал чаши и канавок - сталь, (кг/м³);

- значение коэффициента трения при вибрационном транспортировании стальных деталей по стальной поверхности,

- объем внутреннего пространства чаши,

где - объем незаполненного пространства в чаше,

- объем заполненного пространства в чаше,

- объем конуса дна,

H - высота чаши.

,

,

,

где - объем одной детали, (мм³), - коэффициент неравномерного заполнения,

,

,

где - высота конического дна, = 30 (мм).

(мм);

(мм) - расчетное значение.

(мм) - принятое значение.

L = 75 (мм) - полная высота чаши, с учетом соединения её с основанием и дном.

Расчет геометрических параметров предбункера

Размеры предбункера определяются объемом одновременно загруженных деталей. Для того, чтобы в предбункере не образовывались своды, предбункер должен иметь диаметр воронки на выходе:

,

где d - диаметр заготовки.

(мм).

Высота чаши в этом случае выбирается:

;

(мм).

В предбункер загружаются 80% деталей, а 20% находятся в чаше бункера. Таким образом, масса деталей в предбункере составляет 20,83 кг, а масса деталей в бункере составляет 5,208 кг.

Расчет геометрических параметров конического дна.

Рисунок 6 - Эскиз конического дна

Угол при вершине конуса

Диаметр конуса

Высота конуса

(мм)

Расчёт объёма конуса:

Материал конического дна - сталь;

Масса конического дна:

(кг)

Подбор геометрических параметров основания чаши.

Геометрические параметры основания чаши подобраны с учетом параметров чаши и дна, и размеров установочных винтов для крепления чаши к основанию.



Рисунок 7 - Эскиз основания чаши

Материал конического дна - сталь;

(мм) - толщина основания,

(мм) - диаметр сечения основания.

Подбор режима работы питателя.

Частота колебаний вибрационного бункера выбирается из следующих соображений. Наиболее просто осуществлять колебания чаш питателя при помощи электромагнитных вибраторов, работающих с частотой 50 и 100 Гц.

Частоту 100 Гц целесообразно применять у вибрационных питателей для мелких заготовок c диаметром чаши до 200 мм. У более крупных вибропитателей при больших размерах колеблющихся поверхностей и значительных амплитудах колебания работа на высокой частоте сопровождается неприятным шумом. Кроме того, при меньшей частоте колебаний допустимы менее жесткие и, следовательно, более легкие колеблющиеся массы питателя, что в свою очередь, приводит к уменьшению питателя, т.е. к уменьшению общего веса питателя и уменьшению габаритов и мощности вибратора. Поэтому у вибрационных питателей с диаметром чаши до 500 мм целесообразно применять частоту 50 Гц.

Принимаем частоту колебаний 50 Гц.

Параметр режима работы . Для обеспечения стабильной работы питателя предельная скорость движения деталей по латкам - (мм/с). Определенная ранее скорость перемещения деталей соответствует допускаемой скорости.



- угол подбрасывания детали при транспортировании,

где - коэффициент угла подбрасывания, .

(⁰).

Коэффициент режима работы П, определяется как:

, k_у - коэффициент удара (1,11,3),

.

Расчет массы и момента инерции верхней части питателя.

7.1) Расчет массы чаши, лотка и предбункера.

,

(мм³),

,

(мм³),

,

(кг),

,

(кг).

В предбункере содержится 80% деталей, а в чаше содержится 20% деталей, поэтому масса деталей в предбункере составляет 20,83 кг, а масса деталей в бункере составляет 5,208 кг.

Из этого следует, что масса предбункера с деталями равна 25,3 кг, а масса чаши с деталями равна 6,921 кг.

7.2) Расчет момента инерции чаши, лотка и предбункера.

,

(кг*мм²),

,

(кг*мм²).

7.3) Расчет массы основания чаши.

,

(мм³),

,

(кг).

7.4) Расчет момента инерции основания чаши.

,

(кг*мм²).

7.5) Расчет массы верхних башмаков.

По габаритным размерам основания чаши с учетом размещения якоря подобраны геометрические параметры верхнего башмака. Материал верхних башмаков - сталь.

Рисунок 8 - эскиз верхнего башмака

,

где (мм),(мм),(мм).

(мм³),

,

(кг).

7.6) Расчет момента инерции верхних башмаков.

,

где - расстояние от оси основания чаши до оси верхнего башмака, (мм).

(кг*мм²).

7.7) Расчет массы сердечника якоря.

Якорь закреплен болтами с основанием чаши, болты ввинчиваются в защитную пластину. Защитная пластина и основание якоря зажимают сердечник, они закрепляются друг с другом с помощью двух соединительных пластин.

Подобран сердечник с набором из N = 30 пластин, толщиной каждой j = 2 (мм) прямоугольной формы с шириной L_c = 120 (мм) и толщиной B_c = 15 (мм). Материал пластин - железо, 7850 (кг/м³).

,

(мм³),

,

(кг).

7.8) Расчет момента инерции сердечника якоря.

,

(кг*мм²).

7.9) Расчет массы защитной пластины.

Для предотвращения воздействия магнитных силовых волн на коническое дно питателя подобрана защитная пластина, устанавливаемая между сердечником якоря и основанием чаши. Защитная пластина имеет геометрические параметры - диаметр D=140 (мм) и толщину h=3 (мм).

,

,

(кг).

7.10) Расчет момента инерции защитной пластины.

(кг*мм²).

7.11) Расчет массы основания якоря.

Подобрана конструкция основания якоря с учетом его соединения с пластинами и габаритных параметров сердечника якоря. Основание якоря имеет геометрические параметры - ширину L_оя = 15 (мм), толщину B_оя = 100 (мм) и высоту H_оя = 50 (мм). Материал основания якоря - сталь.

,

(мм³),

,

(кг).

7.12) Расчет момента инерции основания якоря.

,

(кг*мм²).

7.13) Расчет суммарных масс и моментов инерции верхней части питателя.

Таким образом, - полная масса верхней части питателя вместе с деталями в нем:

(кг).

- полный момент инерции верхней части питателя,

(кг*мм²).

Результаты расчетов:

- масса всех деталей;

- масса деталей в предбункере;

- масса деталей в бункере;

- масса конусного дна;

- масса чаши;

- масса лотков;

- масса основания чаши;

- масса верхних башмаков;

- масса сердечника якоря;

- масса защитной пластины;

- масса основания якоря.

- момент инерции лотка;

- момент инерции основания чаши;

- момент инерции верхних башмаков;

- момент инерции сердечника якоря;

- момент инерции защитной пластины;

- момент инерции основания якоря.

Расчет приведенной массы верхней части питателя.

- угол наклона пружинных стержней относительно вертикали для вертикально установленной чаши относительно электромагнита и частоты тока питания катушки электромагнита (Гц).

Принято значение угла , .

,

где - кинематический угол наклона пружинных стержней, , , , - расстояние от точек крепления верхних башмаков до оси чаши, (мм).

(кг).

Согласно условию, предварительно принято значение приведенной массы нижней части питателя , (кг).

При этом: .

При подборе геометрических параметров элементов нижней части питателя необходимо выполнить следующее условие . (кг).

Нижняя часть питателя будет установлена на пружинных амортизаторах, поэтому система будет являться двух массовой.

- приведенная масса двух масс,

(кг).

Расчет геометрических параметров пружинных стержней.

Подобраны пружинные стержни цилиндрической формы. Материал пружинных стержней - сталь.

- относительный размах колебаний приведенной массы,

(мм),

- прогиб пружинного стержня,

(м),

 - минимальная рабочая длина пружинного стержня,

(м).

Принята рабочая длина пружинных стержней (см).

- величина диаметра пружинного стержня,

где , (Гц), - модуль упругости материала, (кг/см²).

(мм) - расчетное значение,

(мм) - принятое значение.

9) Расчет массы основания привода.

Подобрано основание привода со следующими геометрическими параметрами: внешний диаметр D_оп = 195 (мм), толщина H_оп = 30 (мм), диаметр сквозного отверстия для установочной оси D_оо = 15 (мм). Материал основания привода - сталь.

,

(мм³),

,

(кг).

10) Расчет момента инерции основания привода.

,

(кг*мм²).

1) Расчет массы нижних башмаков.

По габаритным размерам основания привода подобраны габаритные параметры нижнего башмака. Материал нижних башмаков - сталь.

Рисунок 9 - эскиз верхнего башмака

,

где (мм),(мм),(мм).

(мм³),

,

(кг).

12) Расчет момента инерции нижних башмаков.

,

где - расстояние от оси основания чаши до оси нижнего башмака, (мм).

(кг*мм²).

13) Расчет массы пружинных стержней.

Принята длину пружинных стержней L_пс = 18 (мм). Материал пружинних стержней - сталь.

,

(мм³),

,

(кг).

14) Расчет геометрических параметров сердечника электромагнита.

- максимальное возмущающие усилие в направлении колебаний,

где - коэффициент затуханий, , .

(Н),

- максимальное возмущающие усилие вертикального вибратора,

(Н),

- площадь сечения железа сердечника электромагнита,

где - магнитная индукция в зазоре, .

(мм²),

- необходимая мощность электромагнитной катушки,

(кВт).

- ход якоря электромагнитного вибратора,

(мм),

- величина воздушного зазора между якорем и сердечником электромагнита,

(м),

-величина приведенного воздушного зазора,

где - величина глубины модуляции воздушного зазора, .

(м),

 - величина магнитодвижущей силы (МДС),

(А*в),

-величина эффективной МДС,

(А*в),

- минимальная размер окна сердечника,

где - плотность тока, (А/мм²), - коэффициент заполнения, .

(мм).

Подобраны стандартные железные пластины для сердечника электромагнита: тип Ш35, (см²), (см), (см), (см).

18) Расчет суммарных масс и моментов инерции нижней части питателя.

Таким образом, - полная масса нижней части питателя,

(кг).

- полный момент инерции нижней части питателя,

(кг*мм²).

20) Расчет катушки электромагнита.

Необходимо определить число витков катушки электромагнита W и число витков диапазона регулирования напряжения подаваемого на катушку W, так как величина напряжения в сети изменяется от U_min = 198 (В) до U_max = 242 (В).

- максимальное число витков катушки,

где -действительная магнитная индукция, =20576, - длина среднего магнитного пути железного сердечника, (см), - магнитная проницаемость железа сердечника, .

,

- минимальное число витков катушки,

.

Принято число витков катушки электромагнита W = 1485, диапазон регулированияW = 43, число ступеней n = 5.

- эффективное значение силы тока,

(А),

- диаметр провода в катушке,

(мм) - расчетное значение,

(мм) - принятое значение.

21) Расчет геометрических параметров амортизационных пружин.

- необходимое значение жесткости пружин,

где -вес деталей в питателе, (Н), - допускаемое смещение чаши питателя, (мм).

,

(кг/см).

Приняты геометрические параметры пружины (мм) - диаметр витка пружины, (мм) - средний диаметр пружины. -модуль сдвига, (кг/см²), - число пружин в системе, .

- число витков пружины,

(- принятое значение).

5. управление работой вибрационного бункерного загрузочного устройства

Предлагается управлять ВБЗУ с помощью системы управления на базе однокристального микропроцессора КР580МВ80А (рисунок 10).

Микросхема КР580ВВ55 - программируемое устройство ввода/вывода параллельной информации, применяется в качестве элемента ввода/вывода общего назначения, сопрягающее различные типы периферийных устройств с магистралью данных систем обработки информации. Обмен информацией между магистралью данных систем и микросхемой КР580ВВ55 осуществляется через 8 разрядный двунаправленный канал данных.

Дешифратор позволяет преобразовать 4-разрядный код, поступивший на входы A0-A3 в напряжение низкого логического уровня, появляющееся на одном из шестнадцати выходов 0…16 .

Дешифратор имеет два входа разрешения дешифрации E1 и E2. Чтобы разрешить прохождение данных на выходы, на эти входы следует подать напряжение низкого уровня.

Служит для передачи управляющего сигнала на управляющее устройство и для экономии линий подключаемых к МП.

Микросхема К155КП1 представляет собой 16-входовый цифровой мультиплексор, позволяющий с помощью четырех адресных входов А3-А0 передавать данные, поступающие на один из шестнадцати входов 16-0 на выход Y.

Напряжение низкого уровня на входе А разрешает прохождение данных от входов. Мультиплексор применяют для сокращения линий, подключаемых к СУ.



Рисунок 10 - система управления на базе однокристального микропроцессора КР580ВМ80А

Заключение

бункерный загрузочный ориентирующий деталь

Вибрационные устройства - лотки, бункера, подъёмники накопители находят широчайшее применение в машиностроении. Они обладают целым рядом преимуществ по сравнению с другими типами загрузочных устройств. Эти устройства относительно просты по конструкции. Отсутствие в них движущихся захватно-ориентирующих органов исключает возможность заклинивания заготовок, в связи с чем отпадает необходимость в дополнительных предохранительных механизмах.

ВБЗОУ незаменимы при решении вопроса ориентирования деталей и загрузки при автоматизации процессов сборки, где форма готовых деталей подаваемых на сборку сложнее формы заготовок, предназначенных для обработки на станках.

Список использованной литературы

Рабинович А.Н. Автоматизация механосборочного производства. / А.Н. Рабинович // Автоматизация механосборочного производства. - К.: Высшая шк., 1969 - с.101-113, 182.

Усенко Н.А. Автоматические загрузочно-ориентирующие устройства. Н.А. Усенко, И. С. Бляхеров // Автоматические загрузочно-ориентирующие устройства.. - К.: Высшая шк., 1975 - с.101-113, 167.

Пашков Е.В., Копп В.Я., Карлов А.Г. “Транспортно-накопительные и загрузочные системы в сборочном производстве”.

Методические указания для выполнения курсового проекта “Расчёт вибрационного бункерного загрузочно-ориентирующего устройства”

Шаумян Г.А., Кузнецов М.М., Волчкевич Л.И. “Автоматизация производственных процессов”.

Годик Е.И., Хаскин А.М., “Справочное руководство по черчению”.

Размещено на Allbest.ru

...