Разработка гидропривода главного вращательногодвижения металлорежущих станков

При расчете профиля кулачка исходим из синусоидального закона движения клапанов, при котором в кулачковом механизме нет ударов [12].



Рисунок 6.1-Cхема механизма поворота кулачка

Ускорение клапана подчиняется закону:

мЧ (6.4)

где - время удаления или сближения клапана, т. е. время поворота вала машины на угол .

. (6.5)

Интегрируем дважды это выражение и получаем формулы для скорости и перемещения клапана:

м/с, (6.6)

где -угловая скорость, м/c;

- угол поворота вала машины, градусы;

-скорость клапана, м/c.

м, (6.7)

где S-перемещение клапана, м;

t-время, c;

-угловая скорость, м/c.

Постоянные интегрирования определим на начальных условиях:

При t=0, S=0 , .

Из уравнения (6.6) находим:

м/c, (6.8)

м, (6.9)

Из уравнения (6.7) получаем:

м/с, (6.10)

где - скорость клапана, м/c;

-угловая скорость, м/c;

- угол поворота вала машины, градусы;

м. (6.11)



Неизвестную амплитуду А находим из условий:

, (6.12)

S=h, (6.13)

где h-ход клапанов без учета перемещения кулачка в направляющих, мм;

- угол поворота вала машины, градусы.

мм, (6.14)

где h-ход клапанов без учета перемещения кулачка в направляющих, мм;

-начальный объем клапана,

-угловая скорость, м/c;

А-неизвестная амплитуда;

р-3,14.

м, (6.15)

где h-ход клапанов без учета перемещения кулачка в направляющих, мм;

-начальный объем клапана,

-угловая скорость, м/c;

А-неизвестная амплитуда,м ;

р-3,14.

Окончательно получаем:



м, (6.16)

где S-перемещение клапана, м;

где h-ход клапанов без учета перемещения кулачка в направляющих, мм;

-начальный объем клапана,

-угловая скорость, м/c.

Или:

м, (6.17)

м/с, (6.18)

где - скорость клапана, м/c;

где h-ход клапанов без учета перемещения кулачка в направляющих, мм;

-начальный объем клапана,

-угловая скорость, м/c;

- угол поворота вала машины, градусы.

(6.19)

где h-ход клапанов без учета перемещения кулачка в направляющих, мм;

-начальный объем клапана,

-угловая скорость, м/c.

- угол поворота вала машины, градусы.

Показана зависимость перемещения от угла поворота вала машины.

Графики ускорений, скоростей и перемещений клапана приведены на рисунке 6.2.

Рисунок 6.2-Графики ускорений, скоростей и перемещений клапана



На графиках по оси абсцисс откладывается угол поворота вала машины жидкости в цилиндре.

Закон движения плунжера:

м, (6.20)

где -угол поворота вала в машине, градусы;

-угол рассоглосования, градусы.

Скорость плунжера:

м/с, (6.21)

где V-скорость плунжера, м/c;

-угол поворота вала в машине, градусы;

d-диметр вала, v;

-угловая скорость, м/c.

Расход жидкости:

, (6.22)

где - площадь плунжера ;

Q-расход жидкости, ;

-угловая скорость, м/c;

-эксцентриситет диска, мм;

t-время, c.

Во избежание стука клапанов, необходимо обеспечить согласованность работы плунжера с клапанами. Условие согласованной работы плунжера и клапана, исходя из равенства расходов рабочей жидкости, нагнетаемой (всасываемой) плунжером и проходящей через клапан, записывается уравнением:

м/с, (6.23)

где -скорость плунжера, м/c;

-площадь проходного сечения клапана, .

Клапан будет садиться на седло без стука, если при приближении скорости поршня к нулю скорость клапана также стремится к нулю.

Так как угол рассогласования имеет небольшую величину, исходя из графиков (рисунок 6.2) можно сделать вывод, что при посадке клапанов и расход жидкости, нагнетаемой плунжером, а, следовательно, и скорость плунжера, приближается к нулю, то есть условие согласованной работы клапана и плунжера выполняется.

Механизм распределения жидкости работает следующим образом (рисунок 6.1)

При повороте вала машины на угол открывается выпускной клапан 9 (рисунок 6.1). Плунжер начинает двигаться вверх. При когда плунжер еще не дошел до ВМТ, выпускной клапан закрывается кулачком. Плунжер продолжает двигаться до ВМТ.

На этом участке (3-4) оба клапана закрыты и срабатывает упругое звено. В момент прихода плунжера в ВМТ при давление в рабочей клетке цилиндра повышается и, преодолев давление жидкости в напорной магистрали и усилие пружин, открывает впускной клапан 8. Плунжер начинает двигаться вниз. При выпускной клапан закрывается пружиной 6 (рисунок 6.2). Плунжер продолжает двигаться вниз до НМТ. Давление в цилиндре падает, и под действием пружины 7 (рисунок 6.1) открывается выпускной клапан 9. Процесс повторяется. Для построения профиля кулачка необходимо преобразовать выражение (6.9), учитывая неравномерность вращения кулачка [13].

Из выражения (6.11) находим:

c, (6.24)

Подставляем выражение (6.20) в выражение (6.17) и получаем:

м, (6.25)

где S-профиль кулачка, м;

-угловая скорость, м/c;

- длина плеча поводка, м;

h- ход клапанов без учета перемещения кулачка в направляющих, мм;

e- эксцентриситет диска, мм.

Критерием безударной работы клапанов является условие:

?60мм/с, (6.26)

где -скорость клапана в момент посадки, мм/с.

Исходя из этого условия принимаем:

=50 мм/с.

Исходные данные для расчета профиля кулачка:

=1,25 мм;

=15 мм;

=6 мм;

=;

=418 .

Эксцентриситет диска определяем из выражения (6.3) для=2,

град. (6.27)

(6.28)

Подставляем исходные данные в выражение (6.25) и получаем:

м. (6.29)

Учитывая необходимый угол регулирования расчет профиля кулачка ведем, исходя из следующих значений:

а) При повороте кулачка против часовой стрелки (рисунок 6.3).

Наибольший расчетный угол профиля принимаем равным .

Ход клапана при принимаем равным:

(6.30)

Преобразуем формулу (6.22) и получаем:

мм. (6.31)



Тогда величина h для расчета профиля кулачка на данном участке будет равна:

(6.32)

Подставляем в выражение (6.22) и получаем формулу для расчета:

м, (6.33)

б) При повороте кулачка по часовой стрелке (+).

Наибольший расчетный угол профиля принимаем равным :

(6.34)

Тогда величина h для расчета профиля кулачка на данном участке будет равна:

(6.35)

Расчет сводим в таблицу 6.1.

По данным таблицы строим эквидистантную кривую, которая представлена на рисунке 6.3. По ней профиль кулачка, учитывая, что радиус ролика равен 2,5 мм.

На участках б= и б=+ профиль кулачка строим одинаковым с участком регулирования б=, а на участках б=- и б=+ и одинаковым с участком б=.

Строим профиль кулачка и рабочую клетку. Рабочая клетка представлена на рисунке 6.4. Для построения профиля кулачка необходимо преобразовать выражение (6.9), учитывая неравномерность вращения кулачка.

Таблица 6.1-Расчет профиля кулачка

б град.					, мм
			град.	рад.
	-0,0349	-0,0956		-0,096	-0,374	-0,014
	-0,0696	-0,192		-0,192	-0,694	-0,040
	-0,105	-0,268		-0,292	-0,917	-0,099
	-0,123	-0,337		-0,343	-0,98	-0,138
	-0,140	-0,382		-0,393	-1,00	-0,180
	-0,176	-0,482		-0,503	-0,903	-0,315
	-0,212	-0,582		-0,621	-0,610	-0,506
	-0,249	-0,682		-0,751	-0,139	-0,750
	-0,287	-0,786		-0,908	-0,47	-1,053
	-0,306	0,838		-0,995	-0,743	-1,228
	0,0349	0,0956		0,096	0,374	0,014
	0,0349	0,0956		0,096	0,374	0,014
	0,0696	0,192		0,192	0,694	0,060
	0,105	0,268		0,292	0,917	0,152
	0,14	0,382		0,393	1,00	0,307
	0,176	0,482		0,503	0,903	0,558
	0,212	0,582		0,621	0,610	0,912
	0,230	0,631		0,681	0,407	1,112



Рисунок 6.3-Построение профиля кулачка

Для построения профиля кулачка необходимо преобразовать выражение (6.9), учитывая неравномерность вращения кулачка.



Рисунок 6.4-Рабочая клетка



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведённый мною анализ различных вариантов объёмного гидравлического привода, приведённых в литературных источниках, показал, что при обычных для гидроприводов станков давления 10-15 МПа ни один из способов регулирования скорости выходного звена не позволяет создать привод вращения шпинделя станков токарной группы, отвечающего современным требованиям, и, в первую очередь, не обеспечивает типовую предельную характеристику нагрузки с требуемым диапазоном регулирования 10-20 скорости при постоянной предельной мощности.

Одним из перспективных направлений является применение в гидроприводе главного движения станков токарной группы сверхвысоких давлений 70 МПа и более. Мною теоретически обосновано, что применение сверхвысоких давлений позволяет создать гидропривод вращения шпинделя, построенный на базе регулируемого насосе и нерегулируемого гидромотора с широким диапазоном регулирования скорости при постоянной предельной мощности нагрузки. Установлено, что несмотря на низкий коэффициент использования установленной мощности, такой привод значительно меньше по габаритам и весу по сравнению с другими, обладающими такими же характеристиками.

При сверхвысоких давления актуальным становится вопрос применения клапанного распределения жидкости, отличающегося высоким объёмным к.в.д.

Теоретические исследования процессов, происходящих в рабочей клетке, позволили получить выражение для угла сдвига фаз клапанного устройства и плунжера с учетом утечек, сжимаемости жидкости.

В исследовательской части произведен кинематический расчет клапанного механизма, то есть расчет профиля кулачка.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Осипов, А. Ф. О максимальном давлении объемного насоса / А. Ф. Осипов. - Москва: Вестник машиностроения, 1965. - Вып. 3. - 46 с.

2. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам / под ред. Б. Б. Некрасова. - Минск: Высш. школа, 1976. - 416 с.

3. Башта, Т. М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем / Т. М. Башта. - Москва: Машиностроение, 1974. - 608 с.

4. Башта, Т. М. Объемные гидравлические приводы / Т. М. Башта и др. - Москва: Машиностроение, 1969. - 628 с.

5. Лабораторный курс гидравлики, насосов и гидропередач / под ред. С. С. Руднева. - Москва: Машиностроение, 1974. - 608 с.

6. Свешников, В. К. Станочные гидроприводы: справочник / В. К. Свешников, А. В. Усов. - 2-е изд., перераб. и доп. - Москва: Машиностроение, 1988. - 464 с.: ил.

7. Зайцев, В. Н. Исследование работы клапана поршневого насоса: диссертация кандидата технических наук / В. Н. Зайцев. - Москва, 1954. - 197 с.

8. Горбацевич, А. Ф. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: учебное пособие для вузов / А. Ф. Горбацевич, В. А. Шкред. - 5-е изд., стереотип. - Москва: Альянс, 2007. - 256 с.

9. Малов, А. Н. Справочник технолога машиностроителя. Т. 2 / А. Н. Малов. - Москва: Машиностроение, 1972. - 568 с.

10. Обработка металлов резанием: справочник технолога / Г. А. Монахов, В. Ф. Жданович, Э. М. Радинский и др.; под ред. Г. А. Монахова. - Изд. 3-е. - Москва: Машиностроение, 1974. - 600 с.

11. Анурьев, В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3-х т. / В. И. Анурьев; под ред. И. Н. Жестковой. - Изд. 9-е, перераб. И доп. - Москва: Машиностроение-1, 2006. - Т. 1. - 927 с.; Т. 2. - 959 с.; Т. 3. - 927 с.

12. Дунаев, П. Ф. Конструирование узлов и деталей машин: учебное посо-

бие для студ. техн. спец. Вузов / П. Ф. Дунаев, О. П. Леликов. - 8-е изд., перераб. и доп. - Москва: Академия, 2004. - 496 с.

13. Корсилова, А. Г. Справочник технолога-машиностроителя / А. Г. Корсилова. - Москва: Машиностроение, 1985. - 656 с.

Размещено на Allbest.ru

...