где N - мощность на шпинделе при расчетной частоте вращения в кВт, n - расчетная частота вращения об/мин,

H•м. Следовательно: кН.

Нагрузка от зубчатой передачи определяется как сумма проекций сил зацепления на плоскость силы резания.

, (4.8)

где - радиальная сила зацепления, Н;

- окружная сила зацепления, Н.

, (4.9)

где - крутящий момент, Н•м;

- диаметр колеса.

кН.

кН. (4.10)

Следовательно:

кН.

Определяем реакции опор под нагрузкой:

,

кН,

,

кН.

Записываем формулы грузовых моментов по участкам:

I участок: ,

II участок: ,

III участок: .

Для определения величины прогиба нагружаем шпиндель в точке определения прогиба единичной силой.

Определяем реакции опор при единичном нагружении:

кН•м³

кН•м³

Следовательно:

Определяем момент инерции:

м⁴ . (4.11)

Определяем величину прогиба: мм.

Величина прогиба находится в допустимых пределах, а знак «-» означает, что направление прогиба противоположно выбранному на схеме единичного нагружения. Следовательно, шпиндельный узел работает в допустимых пределах.

3.4.2 Расчет особо нагруженного вала

Расчет особо нагруженного вала на прочность заключается в определении диаметра вала (наименьшего) через изгибающие моменты. В качестве особо нагруженного вала принимаем входной вал автоматической коробки скоростей. В расчете используем нагрузки от зубчатой передачи, клиноременной передачи и крутящий момент /4/. Определяем усилия от зубчатой передачи: окружное и радиальное

, (4.12)

где - крутящий момент, Н^.м,

- диаметр колеса, м.

Крутящий момент определяем по формуле

, (4.13)

где - максимальная передаваемая мощность, кВт,

- минимальная частота вращения вала, об/мин.

, (4.14)

где - мощность электродвигателя, кВт,

- КПД привода (для токарных станков ). Следовательно:

кВт,

Н^.м,

Н,

Н.

Определяем усилия от клиноременной передачи, которая равна геометрической сумме натяжений ветвей.

При упрощенных расчетах /4, 11, 20/ следует принимать равнодействующую направленной по линии центров передачи и равной

, (4.15)

где - сила предварительного натяжения, Н;

- угол обхвата, град.

, (4.16)

где - напряжение от предварительного натяга, МПа (для клиновых ремней /20=1,2…1,5 Мпа, принимаем Мпа).

- площадь поперечного сечения ремня, мм² (по каталогу см²). Следовательно, получим: Н,

Н.

Определяем составляющие усилия клиноременной передачи в вертикальной и горизонтальной плоскостях:

Н,

Н.

По определенным реакциям строим схему нагружения вала.

Определяем моменты по плоскостям. В горизонтальной плоскости определяем реакции опор:

,

Н,

,

Н.

Определяем изгибающие моменты по участкам:

I участок ,

Н^.м.

II участок ,

Н^.м.

III участок ,

Н^.м,

Н^.м.

По полученным расчетам строим эпюру изгибающих моментов от сил нагружения в горизонтальной плоскости. В вертикальной плоскости определяем реакции опор:

,

Н,

,

Н.

Определяем изгибающие моменты по участкам:

I участок ,

Н^.м.

II участок ,

Н^.м.

III участок ,

Н^.м,

Н^.м.

По полученным результатам строим эпюру изгибающих моментов в вертикальной плоскости, а также эпюру крутящего момента.

Определяем эквивалентный момент, действующий на вал по формуле:

. (4.17)

Подставляя значения, получаем:

Н^.м.



Рисунок 4.3 - Схема расчета и эпюры для вала

По известному эквивалентному моменту определяем наименьший диаметр вала по формуле:

, (4.18)

где - допустимое номинальное напряжение для вала, МПа (для материала вала сталь 40Х принимают [5] ) МПа.

Подставляя значение, получаем:

мм, мм.

С учетом запаса прочности на min в 16 мм, получаем значение диаметра вала допустимое при заданных нагрузках.

Диаметры всех участков вала назначаются по конструктивным и технологическим соображениям из стандартного ряда диаметров, но не менее полученного при расчете.

При этом условии не требуется выполнить уточняющий расчет вала по коэффициентам запаса прочности, поскольку он заведомо больше допустимого. Для редукторов, в том числе АКС имеем: .

3.5 Расчет особо нагруженного зубчатого зацепления

Расчет особо нагруженного зубчатого зацепления (передача, передающая вращение наиболее нагруженному валу при максимальных нагрузках) заключается в прочностном расчете на изгиб, т.е. основным критерием работоспособности зубчатых колес в узлах типа редукторов, в том числе и АКС.

При расчете на изгиб определяется модуль зацепления по наиболее нагруженному колесу, т. е. изготовленному из менее прочного материала или с меньшей твердостью по формуле /4, 20/:

, (4.19)

где - коэффициент передачи, для прямозубых колес ;

- окружное усилие в зацеплении, Н, по вышеприведенным расчетам Н;

- коэффициент долговечности, при упрощенном расчете для реверсивной нагрузки принимаем =1;

- коэффициент нагрузки;

- расчетная ширина зубчатого колеса, по конструктивным соображениям принимаем м.;

- допустимое напряжение на изгиб, МПа.

Коэффициент нагрузки определяется по формуле:

, (4.20)

где - коэффициент распределения, для прямозубых колес принимают =1;

- коэффициент концентрации, при проектном расчете ;

- коэффициент динамичности, при известной окружной скорости в передачи м/с, по твердости колеса.

Подставляя известные значения, получим:

.

Допускаемое напряжение на изгиб определяется по формуле:

, (4.21)

где - предел длительной выносливости зубчатого колеса, МПа; по материалу и твердости колеса принимаем МПа;

- запас прочности при изгибе, на материал и твердость колеса принимают .

Подставляя известные значения, определяем модуль зацепления:

м или мм.

Полученное значение модуля зацепления является минимальным из расчета на изгиб, округляем до большего значения (требуемого по конструктивным соображениям) из стандартного ряда.

Исходя из конструктивных соображений, желательно принимать одинаковый модуль для всех передач в редукторе (в том числе и АКС). При этом допускается применять модуль меньшего значения, чем расчетный, но при этом необходимо проводить согласованный расчет на изгиб и контактную прочность.

3.6 Расчет шлицевого соединения

Расчет шлицевого соединения проводят на смятие рабочих граней шлицов при передаче крутящего момента на особо нагруженном валу (поскольку на выходном валу АКС не используются нагрузочные шлицевые соединения, то расчет ведем по шлицевому соединению на шпинделе) по формуле /4/:

, (4.22)

где - крутящий момент, по приведенным ранее расчетам =3160000 Н^.м;

- удельный суммарный статический момент площади рабочих поверхностей соединения относительно оси вала, по каталогу для заданного шлицевого соединения принимаем =850 мм³;

- рабочая длина соединения, по конструктивным соображениям принимаем =25 мм;

- допускаемое напряжение смятия, для материала вала с учетом коэффициента запаса прочности для шлицевого термообрабатываемого соединения принимаем =800 МПа.

Подставляем значения в формулу:

. (4.23)

Полученное значение находится в допустимых пределах, следовательно, шлицевое соединение работает в нормальном режиме.

3.7 Расчет шкиво-ременной передачи

Расчет шкиво-ременной передачи ведем по кинематическим данным от электродвигателя к АКС. Расчет начинаем с выбора сечения ремня /11/.

Подходит ремень сечения Б, технические данные определяем по каталогу: мм, мм, мм, площадь поперечного сечения см². Расчетная длина мм. мм; минимальный диаметр меньшего шкива мм.

Определяем диаметры шкивов:

Для повышения ресурса работы передачи рекомендуется устанавливать меньший шкив с расчетным диаметром , из стандартного ряда принимаем мм, диаметр ведомого шкива , где - передаточное число, по кинематической схеме , следовательно, получаем мм. Уточняем передаточное число с учетом относительного скольжения .

. (4.24)

Межосевое расстояние определяем по формуле:

мм , (4.25)

мм. (4.26)

Принимаем промежуточное значение мм.

Определяем расчетную длину ремней по формуле:

(4.27)

Ближайшее стандартное значение мм.

Определяем натяжение каждой ветви одного ремня , Н предварительно определив скоростей ремней V и коэффициенты центробежных сил .

м/с. (4.28)

=0,18 принимаем по каталогу для сечения Б.

. (4.29)

Полученное значение используют для необходимых силовых расчетов, при которых учитывается влияние клиноременной передачи.

3.8 Расчет подшипников

Расчет заключается в определении типов подшипников в опорах, в данном случае особо нагруженного вала - выходного вала АКС. Определяем суммарные реакции опор /4, 11/:

, (4.30)

где и - соответствующие реакции в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Н, (4.31)

Н. (4.32)

Определяем динамическую грузоподъемность, предварительно задавшись долговечностью Н, для редукторов общего назначения по формуле:

, (4.33)

где - коэффициент типа подшипника, для радиальных подшипников =10/3, получаем значение динамической грузоподъемности по опорам:

Н,

Н.

По динамической грузоподъемности и диаметру посадочного места подбираем подшипники в опорах по каталогу:

Опора А: Роликоподшипник радиальный сферический 2-х рядный 3610 4610 ГОСТ 5721-75.

Опора В: Шарикоподшипник радиальный однорядный 310 ГОСТ 8338-75.

Выбранные подшипники желательны к использованию.

3.9 Определение толщины стенок корпуса

При конструировании литой корпусной детали стенки следует выполнять одинаковой толщины. Рекомендуемая толщина стенок для отливок приведена в каталогах, но при этом исходя из жесткости корпуса, не должна быть меньше /10/:

мм, (4.34)

где - крутящий момент на тихоходном валу Н^.м

Подставляем в формулу:

мм.

В конечном итоге выбирается требуемая толщина стенок, учитывая при этом конструктивные особенности.

Таким образом, приведённый расчёт подтвердил правильность выбора направления модернизации по приводу.

3.10 Расчет муфты

Расчет муфты ведется на критический передающий крутящий момент, т.е. определением допускаемого крутящего момента по формуле /4/:

, (4.35)

где - крутящий момент на особо нагруженном валу Н^.м;

- коэффициент режима работы, учитывающий условия эксплуатации, для вращательного движения на МРС =1,5.

Н^.м.

Определяем габарит по усилию сцепления фрикционных дисков.

3.11 Расчет детали методом конечных элементов

Проведен расчет детали «Шток» методом конечных элементов, как задано. Для этого используем программу, установленную на кафедре АОМП.

Система SOLID WORKS работает по принятым Windows правилами, к которым относятся многооконный режим работы, настраиваемый пользователем интерфейс, использованием буфера обмена и полная поддержка технологии OLE.

Процесс моделирования в системе начинается с выбора конструкционной плоскости, в которой будет построен двухмерный эскиз детали. Потом данный эскиз может быть преобразован с помощью ряда операций в объёмное тело. При создании эскиза доступен полный набор геометрических построений и операций редактирования.

Эскиз конструктивного элемента может быть отредактирован в любой момент времени работы над моделью. Можно вложить в размер требуемые связи. Пользователю предоставляется несколько различных средств создания объёмного изображения моделей.

Основными формообразующими операциями является команда добавления и снятия материала. Система позволяет выдавливать контур с различными конечными условиями, в том числе, на заданную длину до указанной поверхности или на другие различные условия.

Возможно создание тела по заданным контурам с использованием нескольких образующих кривых (или выдавливанием контура по заданной траектории).

В системе SOLID WORKS строятся литейные уклоны на выбранных гранях модели, полости в твердых телах, фаски и скругления, а также любые отверстия, даже сложной формы.

Характеристикой системы является возможность получения формы разверток, используемых для проектирования деталей из листового металла.

Создание твердотельной параметрической модели системы поддерживает средства твердотельного моделирования, основывающегося на постепенным добавлении или вычитании базовых конструктивных тел. Эскиз для получения базового тела может быть построен на произвольной плоскости.

Типовые инструменты для получения базовых тел изделий таковы.

- выдавливание заданного контура с возможностью указания угла наклона образующей;

- вращение контура вокруг оси;

- создание твердого тела, ограничиваемого поверхностью перехода между заданными контурами;

- выдавливание контура вдоль заданной кривой (например, построение трубопровода;

- построение скруглений и фасок различного вида;

- построение уклонов;

- создание различного типа отверстий;

- получение развертки тел равномерной толщины и другие.

После создания модели имеется возможность для автоматического построения с изображениями основных видов проекции сечений и разрядов, а также автоматическое нанесение размеров.

Система поддерживает обмен данных через следующие форматы:

IGES - для переноса в 3D изображение;

DXF - для совместимости систем AutoCad;

DWG - для передачи 2D изображения;

XT - формат ядра.

Поддержка технологии OLE позволяет связывать твердотельные модели сборки и чертежи с помощью системы SOLID WORKS с файлами других приложений.

Анализ усилия детали «шток», согласно программы расчета, предусматривает следующие этапы.

Введение

Информация о файле

Материалы

Информация о нагрузке

Свойство упражнения

Контакт

Результаты усилия

Результаты напряжения

Результаты перемещения

Результаты деформации

Результаты проверки проектирования

Приложение

В результате работы проведен анализа FEM на деталь «Шток». Сделаны проектные решения исключительно на данных, представленных в дипломе. Эта информация используется как совместно с экспериментальными данными, так и практическим опытом.

Испытания в условиях эксплуатации обязательны для утверждения окончательного проекта COSMOS Works. Это помогает уменьшить время продвижения проекта, но не упразднения испытаний в условиях эксплуатации.

Общая информация о файле. Имя модели: Шток

Местоположение модели C:\Documents and Settings\ cmen\ Рабочий стол\ Пискарев\ Шток SLDPRT

На рисунке 4.3 представлены распечатки результатов численного и графического отображения результатов моделирования с использованием метода конечных элементов в программах проекта COSMOS Works.

Их развернутое отображение дано на листе 7 графической части проекта.

а)

б)

в)

г)

д)

е)

Рисунок 4.4 - Виды результатов анализа детали «шток» при МКЭ

4. РАСШИРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СТАНКА

1. Приспособление для обработки фасонных поверхностей.

АС № З10735 МПК В 23 В 11/00 В 23 В 6/36.

Изобретение относится к станкостроению.

Известны приспособления для обработки фасонных поверхностей.

Целью изобретения является упрощение конструкции приспособления. Это достигается тем, что копир закреплен на шпинделе станка и снабжен отверстием для установки заготовки, а механизм подачи выполнен в виде двуплечего рычага с режущим инструментом на одном конце и роликом, взаимодействующим с копиром, на другом.

На рисунке 5.1 (фиг. 1) изображено предлагаемое приспособление, общий вид; на фиг. 2 - разрез по А--А фиг. 1.

Копир 1 закреплен на шпинделе станка и зажат в патроне. В копире крепится обрабатываемая деталь 2. Корпус 3 приспособления имеет прямоугольную форму и зажат в резцедержателе станка.

Угловой рычаг 4 средней частью при помощи винтов 5 и контргайки 6 шарнирно прикреплен к корпусу. На одном конце углового рычага при помощи клиновой прокладки 7 и винта 8 зажат резец 9, а на другом-- болтом 10 укреплен ролик 11. Ограничивающая планка 12 прикреплена болтом 13 и опирается на пружину 14.

В шпинделе станка закрепляется копир с обрабатываемой деталью. Корпус приспособления зажимается в резцедержателе суппорта станка, и суппорт станка перемещается к шпинделю с обрабатываемым изделием до тех пор, пока ролик войдет в контакт с копиром, при этом резец не соприкасается с обрабатываемой деталью.

После этого включается привод вращения шпинделя, и ролик, обкатываясь по копиру, сообщает резцу качательное движение по заданной программе. Механизм продольной подачи суппорта резец вводится в соприкосновение с обрабатываемой деталью и начинается процесс обработки отверстия.

Форма копира может иметь любую требуемую конфигурацию (многогранную, конусную, 15 криволинейную и т. л.).

Предмет изобретения

Приспособление для обработки фасонных поверхностей по копиру с механизмом подачи режущего инструмента, отличающееся тем, что-с целью упрощения конструкции, копир закреплен на шпинделе станка и снабжен отверстием для установки заготовки, а механизм подачи выполнен в виде двуплечего рычага с режущим инструментом на одном конце и рол ком, взаимодействующим с копиром, на другом.

Рисунок 5.1 - Приспособление для обработки фасонных поверхностей

2. Устройство для крепления патрона к шпинделю станка. АС 1357147. В23В 25/06.

Изобретение относится к устройствам для установки зажимного патрона на шпинделе станка с коррекцией его радиального положения. Целью изобретения является повышение производительности путем сокращения времени коррекции положения патрона.

Устройство содержит корпусы 1 и 2 причем корпус 1 крепится на шпинделе станка, а в корпусе 2 устанавливается кулачковый патрон. Между корпусами 1 и 2 расположены эксцентриковые втулки 3 и 4, а также кольцо, в которое входят две пары пальцев, связанные соответственно с корпусами I и 2 и расположенные во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Концы пальцев входят в отверстие кольца по посадке движения, что обеспечивает радиальное смещение корпуса 2 относительно корпуса 1 при фиксированном угловом положении. Поворотом втулок 3 и 4 можно установить патрон с закрепленной деталью соосно со шпинделем станка, что регистрируется соответствующими шкалами. Введение кольца и пальцев позволило существенно сократить время коррекции положения патрона и повысить производительность. Корпусы 1 и 2 по наружному цилиндру снабжены одинаковыми шкалами из 600 делений.

Компенсация радиального биения на обрабатываемой детали, зажатой в патроне, производится следующим образом. Совмещением дополнительных рисок Е эксцентриситеты (риски Д ) втулок 3 и А располагают в диаметрально противоположных местах, в результате чего патрон устанавливается со-осно шпинделю станка.

Обрабатываемую деталь зажимают в патроне и с помощью индикаторной стойки определяют величину максимального биения на соответствующей поверхности детали. Место максимального биения отмечают на детали мелом. Вращением планшайбы располагают отметку максимального биения в горизонтальной плоскости «от себя» (или «к себе»).

Удерживая планшайбу, поворачивают спецключом эксцентриковые втулки 3 и А вместе так, чтобы риски Д расположились в вертикальной плоскости. Производя отсчеты по шкалам, спецключом поворачивают относительно корпусов каждую эксцентриковую втулку на одно и то же число делений «на себя» (или «от себя»), соответствующее величине замеренного ранее биения.

При повороте втулок в пределах до 50 делений (30°) зависимость радиального смещения от угла поворота линейная с точностью, приемлемой для технических целей, на которые планшайба предназначается (погрешность составляет не более 0,01 мм).

При повороте эксцентриковых втулок на 50 делений радиальное смещение равно 0,5 мм, т.е. одному делению шкалы соответствует радиальное смещение 0,01 мм.

Рисунок 5.2 - Устройство для крепления патрона к шпинделю

Максимальное радиальное смещение равно удвоенному эксцентриситету, т.е. 1 мм. При повороте эксцентриковых втулок более, чем на 50 делений необходимую величину радиального смещения следует устанавливать с помощью индикаторной стойки. На рисунке 5.2 дано устройство. Полностью оно приведено на листе графической части.

3. Приспособление для обработки эксцентричных поверхностей на токарных автоматах. А.С. 396184, МКИ В23В 5/44.

Известны приспособления для обработки эксцентричных поверхностей, в корпусе которых установлена циклическая передача. Инструмент получает движение подачи от шпинделя станка.

Предлагаемое приспособление предназначено для токарных автоматов и позволяет быстро переналаживать инструмент па обработку эксцентричных поверхностей.

Для этого корпус, сцепленный со шпинделем и с помощью переходной втулки установленный в гнезде револьверной головки токарного автомата, выполнен переставным относительно центра шпинделя детали, для чего он снабжен хвостовиком, входящим в эксцентричное отверстие поворотной регулировочной втулки, которая связана с приводной шестерней планетарного редуктора и установлена в переходной втулке приспособления соосно обойме с резцами, а солнечное кольцо планетарного редуктора, сопряженное с корпусом, выполнено так же, как и корпус, переставным относительно центра шпинделя детали и снабжено пазом для установки поводка, осуществляющего его связь с переходной втулкой в гнезде револьверной головки автомата.

Приспособление состоит из обоймы 1 с резцами, корпуса 2. двух подпружиненных штырей 3, центрального солнечного колеса плане тарного редуктора 4, паразитной шестерни 5 поводка 6, регулировочной втулки 7 и переходной втулки 8 для установки в револьверную головку автомата.

Вращение шпинделя детали 9 передаете корпусу 2. На корпусе установлена шестерня 5, которая, обкатываясь по неподвижном солнечному колесу планетарного редуктора зацепляется с зубчатым хвостовиком обойм 1 и сообщает ей вращение. Обойма 1 установлена в корпусе 2 эксцентрично относительно оси шпинделя детали 9.

Величина эксцентриситета может изменяться путем взаимно разворота хвостовика корпуса 2 в эксцентричном отверстии регулировочной втулки 7. Взаимное расположение фиксируется зубьям выполненными па их торцах после чего хвостовик корпуса регулировочную втулку стягивают гайкой 1 Регулировочная втулка 7 при работе вращается вместе с корпусом 2 в гнезде переходной втулки 8.

Резцы получают движение форм образования от планетарного редуктор, а продольная подача осуществлена револьверной головкой автомата, перемещающей корпус 2 с обоймой 1 по штырям 3.

Предмет изобретения

Приспособление для обработки эксцентричных поверхностей на отличающееся тем, что, с целью регулировки эксцентриситета обоймы с резцами, корпус выполнен переставным относительно центра шпинделя детали, для чего он снабжен хвостовиком, входящим в эксцентричное отверстие поворотной регулировочной втулки, которая связана с приводной шестерней планетарного редуктора и установлена в переходной втулке приспособления соосно обойме с резцами, а солнечное колесо планетарного редуктора, сопряженное с корпусом, выполнено так же, как и корпус, переставным относительно центра шпинделя детали и снабжено пазом для установки поводка, осуществляющего его связь с переходной втулкой в гнезде револьверной головки автомата.

Рисунок 5.3 - Приспособление для обработки эксцентричных поверхностей

4. Устройство для обработки сферических поверхностей. АС.611721.

В 23 В 5/40. Изобретение относится к обработке металлов резанием, в частности к обработке на токарных станках сферических поверхностей.

Известно устройство для обработки сферических поверхностей, содержащее резцедержатель с приводом его вращения. С целью расширения технологических возможностей в предлагаемом устройстве резцедержатель выполнен грибовидной формы с кольцеобразным пазом и установлен на связанной с приводным вялом направляющей, в которой выполнены прорезь для резцов и отверстия для их шарнирного крепления.

На фиг. 1 изображено устройство для обработки сферических поверхностей типа шара, вид сверху; на фиг. 2 - то же, вид сбоку; на фиг. 3 направляющая.

Направляющая 1 устройства снабженарезьбой 2. На одном конце направляющей 1 выполнены паз 3 и поперечное сквозное отверстие 4, а другой конец соединен с валом 5 электропривода 6. На направляющую 1 навинчивается грибовидный держатель 7, имеющий кольцеобразный паз 8, Симметричные резцы 9 с одного конца имеют режущие грани 10, а с другого - круглые утолщения 11.входящие в паз 8. Резцы 9 расположены в пазу 3 направляющей 1 и посредством шпильки 12 закреплены в направляющей шарнирно. Держатель 7 фиксируется контргайкой 13.

Деталь 14 устанавливают в патрон токарного станка. Перед началом работы перемещением грибовидного держателя 7 устанавливают расстояние между режущими гранями резцов 9, определяющее размеры получаемой шаровидной детали 14. Затем включают токарный станок» обеспечивая вращение детали 14, и привод 6, закрепленный на верхних салазках суппорта токарного станка. При перемещении устройства поперек вращающейся детали 14 режущие грани 10 резцов 9 обрабатывают деталь, обтачивая шаровую поверхность.

Устройство может быть установлено и под углом к обрабатываемой детали при обработке деталей типа рукояток с шаровидными головками или внутренних сфер. Устройство позволяет, легко настраивать резцы на необходимый размер, не требуя сложного копирующего приспособления или набора трудно затачиваемых фигурных резцов.

Формула изобретения. Устройство для обработки сферических поверхностей, содержащее резцедержатель с приводом его вращения, отличающееся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, резцедержатель выполнен грибовидной формы с кольцеобразным лазом и установлен на связанной с приводным валом направляющей, в которой выполнены прорезь для резцов и отверстия для их шарнирного крепления.

5. Самоцентрирующий патрон для закрепления эксцентричных деталей. АС № 1572759 А1 В 23 В 31/00.

Изобретение относится к области станкостроения, а именно к устройствам для закрепления эксцентричных деталей типа коленчатых валов на шпинделе металлорежущего станка.

Целью изобретения является повышение производительности труда путем повышения жесткости и надежности закрепления при скоростной обработке.

Рисунок 5.4 - Устройство для обработки сферических поверхностей

В корпусе I размещены основные кулачки 3, 4 и дополнительный зажимной кулачок 14, а также механизмы их перемещения. Кулачок 14 расположен параллельно оси симметрии кулачков 3 и 4, проходящей через диаметральную плоскость патрона Д.

Призма 15 с базовыми поверхностями 16 и 17 закреплены на корпусе так, что поверхность 16 расположена параллельно направлению перемещения кулачка 14. Для удобства установки детали в корпусе 1 выполнены паз 22. В процессе загрузки одна из коренных реек детали коленвала проходит по пазу 22 и попадает на опорную призму 15, а базовое отверстие шатунных шеек детали располагается напротив центром патрона, затем выводится центр 5, а кулачки 3 и 4 сводятся к центру и зажимают деталь-коленвал за шатунные шейки. После этого перемещается кулачок 14, прижимая детали к опорной призме 15,

На фигуре показан патрон, общий вид с частичным разрезом; на фиг,2 -вид А на фиг.1; на фиг. З - разрез В-В на фиг.1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг.2; на фиг.5 - вид Г на фиг.1, частичный разрез.

Самоцентрирующий патрон для закрепления эксцентричных деталей содержит корпус 1, закрепляемый на шпинделе 2 станка, В диаметральной плоскости Д корпуса I и наклонно к продольной оси Е патрона размещены основные зажимные кулачки 3 и 4, причем продольные оси их симметрии лежат в этой плоскости. По оси патрона расположен выдвижной подпружиненый центр 5,

Кулачки 3 и 4 и центр 5 предназначены для центрирования и прижима изделия к базовой поверхностно Кулачки 3 и 4 посредством рычагов 6 и 7, поворотных на осях 8, взаимодействуют с самотормозящимися клиньями 9 и 10, установленными подвижно в ползуне По Клинья 9 и 10 и выдвижной подпружиненный центр 5 связаны между собой серьгой 12, соединенной шарнирно с тягой 13.

Самоцеитрирующий патрон снабжен, дополнительным зажимным кулачком 14, установленным подвижно в ползуне 11 параллельно плоскости Д, и опорной, призмой 15 с базовыми поверхностями 16 и 17. Причем поверхность 16 параллельна направлению перемещения кулачка 14, т.е линии Ж кулачка 14.

Кулачок 14 посредством рычага 18, поворотного на оси 19, взаимодействует с самотормозящимся клином 20, который тягой. 21 соединен с гидроприводом механизма зажима (не показан).

Дополнительный зажимной кулачок 14 и опорная призма 15 предназначены для базирования и зажима эксцентричного изделия по поверхности, наиболее приближенной к центру его тяжести. На корпусе патрона выполнен паз 22 перпендикулярный линии Ж дополнительного кулачка 14.

Рисунок 5.5 - Общий вид патрона (фиг. 1)

Работа патрона описана на примере установки и закрепления коленчатого вала.

Патрон работает в паре с патроном аналогичной конструкции, имеющим базовую поверхность в виде торцового упора в центре.

Для установки обрабатываемой детали 23 патрон ориентируется так, чтобы паз 22 был расположен вертикально. Кулачки 3 и 4 отведены в корпус 10.

В процессе загрузки одна из базовых коренных шеек детали - коленвала 21 проходит по пазу 22 и попадает в опорную призму 15, а базовое отверстие шатунных шеек располагается напротив выдвижного подпружиненного центра 5.

После этого тяга 13 перемещается справа налево, выдвигается центр 5 и после его упора в деталь 23 перемещаются клинья 9 и 10, рычаги 6 и 7 поворачиваются и выводят кулачки 3 и 4, которые зажимают деталь - коленвал за шатунные шейки.

После окончания этого движения включается гидроцилиндр привода, дополнительного кулачка 14, тяга 2t и клин 20 перемещаются справа налево, рычаг 18 поворачивается и выводит кулачок 14, который прижимает дополнительно деталь 23 за коренную шейку к базовым поверхностям 16 и 17 опорной призмы 15.

После окончания обработки изделия тяги 21 и 13 перемещаются вместе с клиньями 20, 9, 10 и выдвижным центром 5 слева направо, рычаг 18 отводит дополнительный кулачок 14, рычаги 6 и 7 отводят кулачки 3 и 4 и утапливают их в корпусе 1, освобождая путь противовесу заготовки коленчатого вала при выгрузке.

Формула изобретения

1. Самоцентрирующий патрон для закрепления эксцентричных деталей, содержащий корпус с двумя основными зажимными кулачками, геометрические оси которых расположены в диаметральной плоскости патрона, и смещенную относительно центра патрона дополнительную опору, отличающийся тем, что с целью повышения производительности путем повышения жесткости и надежности закрепления при скоростной обработке, он снабжен установленным с возможностью возврат-поступательного перемещения параллельно упомянутой диаметральной плоскости патрона дополнительным зажимным кулачком, а дополнительная опора выполнена в виде призмы с базовыми поверхностями, одна из которых расположена параллельно направлению плоскости расположения дополнительного зажимного кулачка.

Патрон по п. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения удобства установки детали в корпусе ось симметрии которых расположена в диаметральной плоскости патрона, перпендикулярной диаметральной плоскости, проходящей через продольные оси симметрии основных зажимных кулачков.



Рисунок 5.6 - Разрезы и виды общего вида патрона (фиг. 2-7)

5.ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ЭКОЛОГИЯ

Цехи современных машиностроительных заводов оснащены самыми различными видами технологического оборудования. Его использование облегчает труд человека, делает его производительным. Однако в ряде случаев работа этого оборудования связана с возможностью воздействия на работающих опасных или вредных производственных факторов

В разделе рассмотрены общие методы обеспечения безопасности производственного оборудования, включая работу на станке с ЧПУ модели 16К20Ф3 и процессов механической обработки деталей.

Основным направлением облегчения и оздоровления условий труда, повышения его производительности является механизация и автоматизация работ и технологических процессов и использование роботов и манипуляторов.

Механизация способствует ликвидации тяжелого физического труда, снижению травматизма, уменьшает численность персонала. Особое значение с точки зрения охраны труда имеет механизация подачи заготовок в рабочую зону при обработке.

При эксплуатации особо опасных видов оборудования, таких, как кузнечно-прессовые машины, установки с использованием радиоактивных веществ, для подачи этих веществ используются роботы и манипуляторы.

При комплексной автоматизации технологические процессы выполняются последовательно без вмешательства человека.

Применение управляющих машин экономит усилия работника, ускоряет выполнение операции и значительно облегчает труд даже по сравнению с автоматизированными устройствами.

Ведение производственного процесса при помощи управляющих машин исключает ошибки, всегда возможные при непосредственном управлении. Применение управляющих машин не только облегчает труд, но делает его безопасным /30/.

В неавтоматизированных производствах безопасность труда обусловлена степенью безопасности оборудования и технологических процессов.

5.1 Требования безопасности, предъявляемые к оборудованию

Основными требованиями охраны труда, предъявляемыми при создании станков, машин и механизмов, являются: безопасность для человека, надежность и удобство эксплуатации. Требования безопасности определяются системой стандартов безопасности труда.

Безопасность производственного оборудования обеспечивается правильным выбором принципов его действия, кинематических схем, конструктивных решений (в том числе форм корпусов, сборочных единиц и деталей), рабочих тел, параметров рабочих процессов, использованием различных средств защиты. Последние должны вписываться в конструкцию машин и агрегатов.

Средства защиты должны быть многофункционального типа, т. е. решать несколько задач одновременно. Так, конструкции машин и механизмов, станин станков должны обеспечивать не только ограждение опасных элементов, но и снижение уровня их шума и вибрации, ограждение абразивного круга заточного станка должно конструктивно совмещаться с системой местной вытяжной вентиляции.

Установки повышенной опасности должны быть выполнены с учетом специальных требований органов Госгортехнадзора России.

При наличии у агрегатов электропривода последний должен быть выполнен в соответствии с Правилами устройства электрических установок; в случае использования рабочих тел под давлением, не равным атмосферному, а также при конструировании и эксплуатации грузоподъемных машин должны соблюдаться требования Госгортехнадзора России.

Должны предусматриваться средства защиты от электромагнитных и ионизирующих излучений, загрязнений атмосферы парами, газами, пылями, воздействия лучистого тепла и т. п.

Надежность машин и механизмов определяется вероятностью нарушения нормальной работы оборудования. Такого рода нарушения могут явиться причиной аварий, травм. Большое значение в обеспечении надежности имеет прочность конструктивных элементов.

Конструкционная прочность машин и агрегатов определяется прочностными характеристиками как материала конструкции, так и его крепежных соединений (сварные швы, заклейки, штифты, шпонки, резьбовые соединения), а также условиями их эксплуатации (наличие, смазочного материала, коррозия под действием окружающей среды, наличие чрезмерного изнашивания и т. д.).

Большое значение в обеспечении надежной работы машин и механизмов имеет наличие необходимых контрольно-измерительных приборов и устройств автоматического управления и регулирования.

При несрабатывании автоматики надежность работы технологического оборудования определяется эффективностью действий обслуживающего перервала. Поэтому производственное оборудование и рабочее место оператора должны проектироваться с учетом физиологических и психологических возможностей человека и его антропометрических данных.

Необходимо обеспечить возможность быстрого правильного считывания показаний контрольно-измерительных приборов и четкого восприятия сигналов. Наличие большого числа органов управления и его антропометрических данных.

Необходимо обеспечить возможность быстрого правильного считывания показаний контрольно-измерительных приборов и четкого восприятия сигналов. Наличие большого числа органов управления и приборов (шкал, кнопок, рукояток, световых и звуковых сигналов) вызывает повышенное утомление оператора.

Органы управления (рычаги, педали, кнопки и т. д.) должны быть надежными, легкодоступными и хорошо различимыми, удобными в пользовании. Их располагают либо непосредственно на оборудовании, либо выносят на специальный пульт, удаленный от оборудования на некоторое расстояние.

Все виды технологического оборудования должны быть удобны для осмотра, смазывания, разборки, наладки, уборки, транспортировки, установки и управления ими в работе.

Степень утомляемости работающих на основных видах оборудования в цехах машиностроительных заводов обусловлена не только нервной и физической нагрузкой, но и психологическим воздействием окружающей обстановки, поэтому большое значение имеет выбор цвета внешних поверхностей оборудования и помещения.

Важнейшим условием обеспечения безопасности машин и механизмов является учет и выполнение требований без опасности на всех этапах их создания, начиная с разработки технического задания на проектируемое оборудование и кончая сдачей опытных образцов в серийное производство. Перечень такого рода требований определяется на основе анализа опасной зоны производственного оборудования /30/.

5.2 Опасные зоны оборудования и средства защиты

Наличие опасной зоны может быть обусловлено опасностью поражения электрическим током, воздействия тепловых, электромагнитных и ионизирующих излучений, шума, вибрации, ультразвука, вредных паров и газов, Пыли, возможностью травмирования отлетающими частицами материала заготовки и инструмента при обработке, вылетом обрабатываемой детали из-за плохого ее закрепления или поломки /30/.

Размеры опасной зоны в пространстве могут быть постоянными (зона между ремнем и шкивом, зона между вальцами и т. д.) и переменными (поле прокатных станов, зона резания при изменении режима и характера обработки, смена режущего инструмента и т. д.).

При проектировании и эксплуатации технологического оборудования необходимо предусматривать применение устройств либо исключающих возможность контакта человека с опасной зоной, либо снижающих опасность контакта (средств защиты работающих).

Средства защиты работающих по характеру их применения делятся на две категории: коллективные и индивидуальные.

Средства коллективной защиты в зависимости от назначения подразделяются на следующие классы: нормализации воздушной среды производственных помещений и рабочих мест, нормализации освещения производственных помещений и рабочих мест, средства защиты от ионизирующих излучений, инфракрасных излучений, ультрафиолетовых излучений, электромагнитных излучений, магнитных и электрических полей, излучения оптических квантовых генераторов, шума, вибрации, ультразвука, поражения электрическим током, электростатических зарядов, от повышенных и пониженных температур поверхностей оборудования, материалов, изделий, заготовок, от повышенных и пониженных температур воздуха рабочей зоны, от воздействия механических, химических, биологических факторов.

Средства индивидуальной защиты в зависимости от назначения подразделяются на следующие классы: изолирующие костюмы, средства защиты органов дыхания специальная одежда, специальная обувь, средства за щиты рук, головы, лица, глаз, органов слуха, средства защиты от падения и другие аналогичные средства, защитные дерматологические средства.

Все применяющиеся в машиностроении средства коллективной защиты работающих по принципу действия можно разделить на оградительные, предохранительные, блокирующие, сигнализирующие, а также системы дистанционного управления машинами и специальные. Каждый из перечисленных подклассов, как будет показано ниже, имеет несколько видов и подвидов.

Общими требованиями к средствам защиты являются: создание наиболее благоприятных для организма человека соотношений с окружающей внешней средой и обеспечение оптимальных условий для трудовой деятельности; высокая степень защитной эффективности; учет индивидуальных особенностей оборудования, инструмента, приспособлений или технологических процессов; надежность, прочность, удобство обслуживания машин и механизмов, учет рекомендаций технической эстетики.

Оградительные средства защиты препятствуют появлению человека в опасной зоне. Применяются для изоляции систем привода машин и агрегатов, зон обработки заготовок, для ограждения токоведущих частей, зон интенсивных излучений (тепловых, электромагнитных, ионизирующих), зон выделения вредных веществ, загрязняющих воздушную среду, и т. д. Ограждаются также рабочие зоны, расположенные на высоте (леса и т. п.).

Конструктивные решения оградительных устройств многообразны. Они зависят от вида оборудования, рас положения человека в рабочей зоне, специфики опасных и вредных производственных факторов, сопровождающих технологический процесс.

Оградительные устройства делятся на три основные группы: стационарные (несъемные), подвижные (съемные) и переносные. Стационарные ограждения периодически демонтируются для осуществления вспомогательных операций (смены рабочего инструмента, смазывания, проведения контрольных измерений деталей и т. п.).

Их изготовляют таким образом, чтобы они пропускали обрабатываемую деталь, но не пропускали руки работающего из-за небольших размеров соответствующего технологического проема. Такое ограждение может быть полным, когда локализуется опасная зона вместе с машиной, или частичным, когда изолируется только опасная зона машины.

Примерами полного ограждения являются ограждения распределительных устройств электрооборудования, галтовочных барабанов, вентиляторов, корпуса электродвигателей, насосов и т. д.

Подвижное ограждение представляет собой устройство, сблокированное с рабочими органами механизма или машины. Оно закрывает доступ в рабочую зону при наступлении опасного момента. В остальное время доступ в указанную зону открыт. Широкое распространение такие оградительные устройства получили в станкостроении.

Переносные ограждения являются временными. Их используют при ремонтных и наладочных работах, например, на постоянных рабочих местах сварщиков для защиты окружающих от воздействия электрической дуги и ультрафиолетовых излучений (сварочные посты). Выполняются они чаще всего в виде щитов высотой 1,7 м.

Конструкция и материал ограждающих устройств определяются особенностями данного оборудования и технологического процесса. Ограждения выполняют в виде сварных или литых кожухов, жестких сплошных щитов (щитков, экранов), решеток, сеток на жестком каркасе. Размер ячеек в сетчатом и решетчатом ограждениях рассчитывают по формуле а=b/(6+5), где b - расстояние от ограждения до опасной зоны, мм.

В качестве материала ограждений используют металлы, пластмассы, дерево. При необходимости наблюдения за рабочей зоной кроме сеток и решеток применяют сплошные оградительные устройства из прозрачных материалов (оргстекла, триплекса и т. п.) /30/

Чтобы выдерживать нагрузки от отлетающих при обработке частиц и случайные воздействия обслуживающего персонала, ограждения должны быть достаточно прочными и хорошо крепиться к фундаменту или частям машины. При расчете на прочность ограждений, применяемых при обработке металлов и дерева, необходимо учитывать возможность вылета и удара об ограждение заготовок и режущего инструмента.

Предохранительные защитные средства предназначены для автоматического отключения агрегатов и машин при выходе какого-либо параметра оборудования за пределы допустимых значений, что исключает аварийные режимы работы.

На установках, работающих под давлением больше атмосферного, используют предохранительные клапаны и мембранные узлы.

В случае возможного выделения токсичных паров и газов, либо паров и газов, способных образовывать взрыво- и пожароопасные смеси, вблизи оборудования устанавливают стационарные автоматические газоанализаторы. При образовании концентрации токсичных веществ, равной ПДК, а концентрации горючих смесей в пределах 5 - 50% нижнего предела воспламенения включают аварийную вентиляцию. Ее основным функциональным звеном является датчик, в котором в зависимости от состава пробы газа возникает и формируется выходной сигнал, пропорциональный концентрации анализируемого компонента. Выходной сигнал датчика усиливается и поступает в измерительное устройство, где происходит оценка и фиксация значения сигнала.

Наряду с газоанализаторами с использованием электроэнергии в машиностроении применяют приборы аналогичного назначения без источников электроэнергии. Это газоанализаторы, использующие фотоколориметрический метод анализа, в основе которого - цветная избирательная реакция между индикатором в растворе или на ленте и компонентом газовоздушной смеси; термокондуктометрический метод, основанный на изменении теплопроводности анализируемой смеси в зависимости от содержания в ней определяемого компонента; оптический метод, использующий явление изменения оптических свойств анализируемых паров и газов при изменении их количественных характеристик; ионизационный метод, в основу которого положена зависимость величины ионного тока, возникающего при ионизации анализируемых смесей, от содержания в них определяемого компонента.

Для предохранения от взрыва ацетиленовых генераторов и трубопроводов при проскоке пламени газовой горелки, а также трубопроводов и аппаратов, заполненных горючими газами, при проникновении в них кислорода или воздуха используют водяные предохранительные затворы. По принципу действия и давлению рабочего газа различают предохранительные затворы открытого (низкого давления) и закрытого (среднего давления) типа.

Для предотвращения взрывов в ресиверах применяют тепловые реле, отключающие двигатель компрессора при повышении температуры сжимаемого воздуха сверх допустимого значения.

Сжатый воздух широко используют в различных станках и агрегатах для крепления обрабатываемых деталей с помощью эксцентриковых зажимов. Такие приспособления необходимо обеспечивать устройствами, предотвращающими самопроизвольное освобождение за жимов при отключении давления или при значительном силовом воздействий со стороны рабочих органов оборудования (резца, фрезы и т. п.).

В электромагнитных плитах для закрепления обрабатываемого материала, подъема и переноски различных изделий следует предусматривать запасную проводку для питания электромагнитов от запасного источника, который должен включаться автоматически при прекращении подачи электроэнергии от основной сети.

Одним из видов предохранительных средств, обеспечивающих сохранность машин и повышение техники безопасности, являются слабые звенья в конструкциях технологического оборудования, деталей и сборочных единиц, рассчитанные на разрушение (или несрабатывание) при перегрузках;

К слабым звеньям относятся: срезные штифты и шпонки, соединяющие вал с маховиком, шестерней или шкивом, фрикционные муфты, не передающие движения при чрезмерных крутящих моментах, плавкие предохранители в электрооборудовании, разрывные мембраны в установках с повышенным давлением и т. п. Срабатывание слабого звена приводит к останову машины на аварийных режимах.

Слабые звенья делятся на две основные группы: системы с автоматическим восстановлением кинематической цепи после того, как контролируемый параметр пришел в норму (например, муфты трения), и системы с восстановлением кинематической цепи путем замены слабого звена (например, предохранители электроустановок). Применение в цехе таких средств, как блокировочные устройства, исключают возможность проникновения человека в опасную зону либо устраняют опасный фактор на время пребывания человека в этой зоне.

Большое значение этот вид средств защиты имеет при ограждении опасных зон и там, где работу можно выполнять при снятом или открытом ограждении. По принципу действия блокировочные устройства делят на механические, электрические, фотоэлектрические, радиационные, гидравлические, пневматические, комбинированные.

Механическая блокировка представляет собой систему, обеспечивающую связь между ограждением и тормозным (пусковым) устройством. Например, для снятия ограждения кривошипно-шатунного механизма необходимо затормозить и полностью остановить привод механизма. Это осуществляется отключением электродвигателя или переводом ремня с рабочего на холостой шкив. При этом рычаг (направление движения которого показано стрелкой) дает возможность запорной планке выйти из направляющей.

При снятом ограждении агрегат невозможно запустить в работу. По такому принципу блокируют двери в помещениях испытательных стендов, а также в других, особо опасных помещениях, в которых пребывание людей во время работы оборудования запрещено.

Электрическую блокировку применяют на электроустановках с направлением от 500 В и выше, а также на различных видах технологического оборудования - с электроприводом. Она обеспечивает возможность включения оборудования только при наличии ограждения.

При электрической блокировке в ограждение встраивают концевой выключатель, контакты которого при закрытом ограждении включаются в электрическую схему управления оборудованием и допускают включение электродвигателя. При снятом или неправильно установленном ограждении контакты размыкаются, и электрическая цепь системы привода оказывается разорванной.

Радиочастотную электрическую блокировку также применяют для предотвращения попадания человека в опасную зону. Принцип работы блокировки в этом случае основан на применении электромагнитных полей высокой частоты, излучаемых в пространство генератором.

В момент попадания человека в опасную зону высокочастотный генератор подает импульс тока к электромагнитному усилителю и поляризованному реле. Контакты реле обесточивают схему магнитного пускателя, при этом обеспечивается электродинамическое торможение двигателя за десятые доли секунды. Время торможения регулируется при помощи переменного сопротивления.

Сигнализирующие устройства дают информацию о работе технологического оборудования, а также об опасных и вредных производственных факторах, которые при этом возникают. По назначению системы сигнализации делятся на три группы: оперативную, предупредительную и опознавательную.

По способу информации различают сигнализацию звуковую, визуальную, комбинированную (светозвуковую) и одоризационную (по запаху); последнюю широко используют в газовом хозяйстве.

Для визуальной сигнализации используют источники света, световые табло, подсветку шкал измерительных приборов, подсветку на мнемонических схемах, цветовую окраску, ручную сигнализацию. Для звуковой сигнализации применяют сирены или звонки.

Оперативная сигнализация находит применение при проведении разнообразных технологических процессов, а также на испытательных стендах. Чаще всего подача сигналов производится автоматически. Для этого используют различные приборы (вольтметры, гальванометры, манометры, и т. д.), снабженные контактами, замыкание которых происходит при определенных значениях контролируемых параметров.

Применяют также реле, срабатывающие на отклонение рабочих параметров данного технологического процесса (давление, температура и т. д.). Включение красных сигнальных ламп производится при подаче на оборудование цеха опасного напряжения. При снятии напряжения включаются зеленые сигнальные лампы. Оперативную сигнализацию используют также для согласования действий работающих, в частности крановщиков и стропальщиков. Двусторонняя сигнализация устраивается между насосной станцией и гидромониторами.

...