|
Реферат: Оборудование производства ИУ (Технология)
Содержание
Содержание 1
Задание 2
Введение 3
1. Расчет основных параметров роторной линии 4
1.1. Определение конструктивных параметров 4
инструментального блока 4
1.2. Выбор шага ротора 5
1.3. Расчет числа позиций технологического ротора 5
1.4. Расчет конструктивных параметров роторов 8
2. Расчет элементов инструментального блока 11
3. Расчеты на прочность элементов конструкции 13
механического привода 13
3.1. Силы, действующие на элементы привода 13
3.2. Расчет ползуна 15
3.3. Расчет перемычек барабана 16
4. Расчет привода транспортного движения 19
4.1. Выбор схемы привода. 19
4.1. Определение крутящего момента на валу технологических и транспортных
роторов. 19
4.1.1. Технологический ротор с механическим приводом рабочего движения.
19
4.1.2 Транспортный ротор 20
4.2. Расчет мощности электродвигателя привода 21
4.3. Выбор электродвигателя 21
Список использованных источников 22
Задание
Разработать автоматическую роторную линию для сборки спортивного
патрона калибром 5.6 мм с производительностью 800 шт./мин.
Введение
В состав проектно-конструкторских задач, решаемых при проектировании
любой автоматической машины, в том числе и роторной линии (АРЛ), входит
параметрический синтез. Параметрический синтез решает задачу определения
основных конструкционных (геометрических и механических) параметров машины
в целом, ее отдельных механизмов, устройств и рабочих органов.
Применительно к проектированию автоматических роторных линий
параметрический синтез включает определение конструктивных размеров
инструментальных блоков, установление шага ротора, расчет числа позиций
(блоков, гнезд) рабочих роторов, радиусов начальных окружностей
технологических и транспортных роторов, расчет транспортной скорости и
частоты вращения роторов.
В большинстве случаев параметрический синтез является задачей
оптимизационного типа: параметры роторной линии должны быть определены
таким образом, чтобы заданный или выбранный критерий эффективности имел
оптимальное значение. Руководствуясь определенными из расчетов параметрами
машины, конструктор осуществляет эскизную, техническую и затем рабочую
разработку.
1. Расчет основных параметров роторной линии
1.1. Определение конструктивных параметров
инструментального блока
Инструментальный блок (ИБ) это сменный узел технологического ротора
для установки инструмента и обеспечения основных и вспомогательных
переходов технологических операций. Инструментальный блок должен
обеспечивать заданную точность взаимного расположения рабочего инструмента
и обрабатываемой детали, обладать необходимыми прочностью и жесткостью,
иметь минимальную массу, допускать быстрый съем из гнезда технологического
ротора.
Типовая схема инструментального блока для штамповочной операции (см.
рис.1) позволяет оценить его основные размеры.
Диаметр Dбл блока определяется с учетом максимальных поперечных
размеров деформирующего инструмента
Dбл= (1.3… 2.5)*Dм, (1)
где Dм– диаметр поперечного сечения матрицы, мм.
Расчетные зависимости для определения геометрических размеров матриц
для различных технологических операций приведены в таблице 1. [1]
Диаметр матрицы: Dм = 3*dd = 3*5,6 = 16,8 мм
Диаметр блока: Dбл = 2*16,8 = 33,6 мм
Принимаем диаметр блока равный 36 мм
Длина блока:
Lбл = Lт + Lкр + Lзх, (2)
где Lт– технологическое перемещение инструмента, включающее подвод
инструмента, рабочее перемещение и проталкивание детали из матрицы., мм;
Lкр, Lзх– размеры элементов ИБ, мм.
Технологическое перемещение на стадии эскизной проработки можно
определить по формуле:
Lт = Н0 + Нд + Нм +(20...40)
где Hо– высота заготовки, мм;
Hд– высота детали, мм;
Hм– высота матрицы, мм.
Lт = 60 мм
Величина Lкр определяется из соотношения:
Lкр> Lт
Lкр = 80 мм
Величина Lзх определяется из конструктивных соображений.
Lбл = 60 + 80 + 40 + 180 мм
Максимальная длина блока:
Lбл мах = Lбл + Lт
Lбл мах = 180 + 60 = 240 мм
1.2. Выбор шага ротора
Шаг между гнездами ротора hр выбирается в зависимости от размеров
детали, инструментальных блоков и зазоров между ними (см. рис.2 [1]).
Для роторов штамповочного производства шаг ротора:
hp = Dбл + (h
где (h– зазор между инструментальными блоками, мм.
Величина (h определяется размерами ИБ, их конструкцией и системой
крепления в гнездах ротора (для роторов с механическим приводом (h= (0.1…
0.4)( Dбл ):
hp = 36 + 0,3*36 = 46,8 мм
Рассчитанную величину шага роторов с механическим и гидравлическим
приводом округляем до ближайших значений
(см. табл. 3 [1]):
hp = 47,1 мм
1.3. Расчет числа позиций технологического ротора
Общее число позиций (инструментальных блоков, гнезд) ротора
определяем по минимально необходимой длительности технологического Тт и
кинематического Тк циклов:
up = Пт * Тк/60 < 1,33* Пт * Тт/60 (3)
где Пт– теоретическая производительность ротора, шт/мин.
Теоретическую производительность выбираем по заданной фактической
производительности Пф с учетом цикловых потерь:
Пт = Пф/(
Для проектных расчетов коэффициент цикловых потерь
(= 0,7… 0,9.
Пт = 800 / 0,8 =1000 шт
Длительность технологического цикла должна обеспечивать выполнение
технологической операции, включая вспомогательные переходы (загрузку
детали, ее закрепление и выдачу из ротора). Длительность кинематического
цикла определяется, в основном, характеристиками привода рабочего движения
ротора. На рис. 1 приведена цикловая диаграмма технологического ротора,
показывающая соотношение технологического и кинематического циклов. Для
роторных машин, осуществляющих вращение ротора с постоянной скоростью,
время обработки tр соответствует углу поворота (р, а t1– углу (1 и т.д.
[pic]
Рис. 1. Цикловая диаграмма технологического ротора.
Уравнения циклов имеют вид:
TT = t1+ t2+ tp+ t3+ t4,
Tk= tпд+ tp+ tотв+ tх,
где t1, t4– соответственно время на подачу детали и выдачу ее из
ротора, с;
t2, t3– время, затрачиваемое на закрепление и освобождение детали при
обработке, с;
tр– технологическое время обработки детали, с;
tпд,tотв– интервалы времени подвода инструмента к детали и отвода, с;
tх– время простоя инструментов в исходном положении (холостой ход),
с.
Точные значения интервалов кинематического и технологического циклов
можно определить только при расчете механизмов привода рабочего движения и
механизмов захвата. На этапе параметрического синтеза эти интервалы
определяются приближенно с учетом рекомендаций, полученных на основе
практики конструирования роторных линий.
Для механического (кулачкового) привода рабочего движения интервал
tр, соответствующий обработке детали инструментом, определяем по следующим
формулам:
для операций чеканки, гибки, сборки принимаем закон изменения
ускорения по синусоиде, обеспечивающий к концу интервала плавное снижение
скорости и ускорения рабочего органа до нуля:
tp= 2Lp/ Vp max =[pic] (4)
tp = 0,08 с
где Lр, Vр max, aр max– соответственно путь, допустимые скорость и
ускорение за время обработки детали инструментом, м, м/с, м/с2;
Ориентировочно для указанных операций можно принимать ар max( g, где
g– ускорение свободного падения, м/c2.
Время подачи изделий в ротор t1 принимаем равным времени удаления из
него t4, а при определении числовых значений исходим из того, что угол
сопровождения подающими и съемными устройствами не превышает 20°:
Величины интервалов t2 и t3 рассчитываем в зависимости от скорости
срабатывания зажимных приспособлений, центрирующих и съемных механизмов. В
первом приближении принимаем:
t2 = t3 [pic]t1 = t4
Время подвода и отвода инструмента определяем в зависимости от типа
привода рабочего движения. Для механического привода:
tпд = 1,57Lпд / Vмах = [pic] (5)
tотв = 1,5Lотв / Vмах = [pic] (6)
где Lпд,Lотв– соответственно перемещение инструмента при подводе к
детали и отводе инструмента в исходное положение, м;
Vmax, аmax– максимальные скорость и ускорение на участках
подвода и отвода, м/с, м/с2.
Для обеспечения максимальной синхронности работы приводных механизмов
технологического и транспортного движений следует соблюдать неравенства
tпд( t1+ t2, tотв( t3+ t4:
tпд = 0,157 с
tотв = 0,173 с
TT = 0,48 c
Tk = 0.46 c
После определения интервалов кинематического и технологического
циклов и проверки соблюдения неравенств определяем общее число позиций
ротора
uр= Пт( Тк / 60( 1,33( Пт( Тт / 60
uр = 7.66
Полученное число позиций технологического ротора uр округляем в
большую сторону и принимаем соответственно параметрическому ряду 4, 5, 6,
8, 9, 10, 12, 16, 18, 20, 24 (см. таблицу 3 [1])
Принимаем количество инструментальных блоков uр = 8
Число инструментальных блоков, находящихся одновременно в рабочей
зоне ротора, определяем по формуле:
uo= Пт*tр / 60
uo= 1,33
D = 120 мм
1.4. Расчет конструктивных параметров роторов
Радиус начальной окружности технологического ротора:
Rp= (1/ 2()*uр*hp (7)
Rp= 60 мм
Величину радиуса Rр проверяем с учетом конструктивных размеров вала
ротора и инструментальных блоков (см. рис.2):
[pic]
Рис. 2. Схема к расчету свободного пространства технологического ротора
Rp[pic] 0,5(dв+ Dбл) + с
В первом приближении принимаем:
dв = 0,5 Dбл: с = 30...40 мм
dв= 18 мм
60[pic]57, условие выполняется
Частота вращения ротора (об/мин):
np= Пт / uр
np = 125 об/мин
Окружная (транспортная) скорость:
Vтр = Пт*hp /60 = (* np* Rp/30
Vтр = 78,5 м/мин
Для удобства компоновки и обеспечения установленной окружной скорости
роторов рекомендуется принимать диаметры начальных окружностей зубчатых
колес привода транспортного движения равными диаметрам начальных
окружностей роторов. Поэтому полученное значение диаметра начальной
окружности ротора Dр уточняем с учетом параметров зубчатого зацепления
Конструктивные параметры транспортных роторов определяем аналогично
технологическим. С целью удобства размещения технологических роторов,
обеспечения доступа к рабочей зоне, простоты ремонта и обслуживания число
позиций и диаметры транспортных роторов рекомендуется брать больше
технологических (uтр= (1,25… 1,33)( uр).
Принимаем uтр= 10
Для всех технологических и транспортных роторов, входящих в роторную
линию, соблюдаем основное условие компоновки:
Dp/Dтр= Rp/Rтр= uр/uтр= nр/nтр= const (8)
Из соотношения (8) определяются радиус начальной окружности Rтр и
частота вращения nтр транспортного ротора:
Rтр= uтрRp/uр ;
nтр= nрuр/uтр
Rтр= 75 мм
nтр= 100 об/мин
2. Расчет элементов инструментального блока
[pic]
Рис. 3. Расчетная схема инструментального блока:
1– ползун; 2– корпус; 3– пуансон; 4– заготовка;
5– матрица
Элементы инструментальных блоков (ИБ) рассчитываются на прочность в
опасных сечениях от действия растягивающих (сжимающих) сил и изгибающих
моментов. Расчетная схема ИБ для штамповочных операций представлена на рис.
3.
Корпус блока рассчитывается на растяжение и изгиб в сечении А-А:
[pic] (9)
где Рт – номинальное технологическое усилие, Н;
F – площадь расчетного сечения А–А, мм2;
Ix – момент инерции сечения, мм ;
yc – координата центра тяжести сечения, мм;
ymax – расстояние от центра тяжести до наиболее удаленной точки
сечения, мм;
(((– допускаемые напряжения материала корпуса блока, МПа.
Площадь сечения F, момент инерции Ix, координата центра тяжести yc и
координата ymax рассчитываются по формулам:
F= (/8 (Dбл2 - dпр2) (/180;
Jx = (Dбл4 - dпр4)/128 (((/180+sin ();
yc = 120/(( ((Dбл3 - dпр3)/ (Dбл2 - dпр2) sin ((/2));
yмах = yc - Dбл/2 cos ((/2),
где Dбл – диаметр инструментального блока, мм;
dпр – диаметр приемника детали, мм.
F= 650,68 мм2
Jx = 5164640,98 мм4
yc = 7,51 мм
yмах = 10,64 мм
( = 0,31 МПа < [(доп]
Условие прочности выполняется.
Размеры Dбл и dпр определяются по чертежу инструментального
блока.
Опорные поверхности крепления ИБ в блокодержателе рассчитываются на
смятие в сечении Б–Б:
(см=Pт/2Fоп [pic] [(см]
где Fоп– площадь опорных поверхностей, мм;
((см(– допускаемое напряжение на смятие материала корпуса, МПа.
Площадь опорных поверхностей определяется по приближенной формуле:
Fоп=2/3 аb
Fоп = 58.66 мм
(см = 1,7 < [(доп]
Условие прочности выполняется.
3. Расчеты на прочность элементов конструкции
механического привода
3.1. Силы, действующие на элементы привода
Для определения напряжений, возникающих в элементах механического
(кулачкового) привода рабочего движения роторных машин под действием
заданной технологической силы Рт (см. рис. 4.а.), необходимо установить
величины полной реакции R и ее осевой и окружной составляющих Rz и Rx.
Полная реакция R необходима для расчета на срез и смятие оси ролика
ползуна. Составляющая Rx необходима для расчета ползуна на изгиб.
Составляющая Rz воспринимается осевыми опорами вала ротора и необходима для
выбора осевых подшипников ротора. Конструктивными размерными элементами, от
которых при заданной величине технологической силы Рт зависят значения R,
Rx, Rz являются: вылет ползуна а, длина направляющей барабана b и угол
подъема копира (.
Полная реакция копира R нагружает ползун изгибающим моментом,
вызывающим нормальные к оси ползуна силы N1 и N2 (рис. 4.а). Эти силы
являются реакциями направляющей поверхности барабана и учитываются при
расчете на прочность перемычки между направляющими отверстиями.
Значения сил R, Rx, Rz, N1 и N2 определяются формулам:
R=PтКт; Rx=PтKx; Rz=PтKz
N1=3/2 PтКх(a/b+5/6)
N2=3/2 PтKх(a/b+1/6)
где Кт, Кх, Кz– коэффициенты пропорциональности,учитывающие
[pic]
[pic]
конструктивные особенности крепления ролика.
Рис. 4. Расчетная схема элементов механического привода:
а– силы, действующие в элементах кулачкового привода;
б– схема с консольным расположением ролика;
в– схема с торцевым расположением ролика
.
В механическом (кулачковом) приводе применяются два типа конструкций
ползуна – с консольным расположением ролика (рис. 4.б) и торцевым
расположением (рис.4.в). Консольное крепление рекомендуется применять при
технологическом усилии не более 1000 Н, а торцевое– для усилий до 10 кН.
Коэффициенты Кт, Кх, Кz определяются по формулам:
[pic] ;
[pic]
[pic]
где fпр– приведенный коэффициент трения (fпр= 0,15), учитывающий трение
качения ролика по копиру и трение скольжения отверстия ролика относительно
его оси.
Для привода с пазовый (консольным) кулачком значение коэффициента В
рассчитывается по формуле:
B = 2.3*f1*(1-3*(e/b)*f1)*(1-fпр*tg()-(tg(+ fпр)
где е– величина консоли в расположении ролика, мм;
f1– коэффициент трения ползуна о направляющие барабана (f1= 0,2).
B = 0.5
Kт= 2.05
Кz = 1.948
Kx = 0.65
R = 410 H
Rx = 130 H
Rz = 389.6 H
N1 = 260 H
N2 = 129 H
Так как полная реакция и ее составляющие быстро возрастают с
увеличением отношения а/b, это отношение следует выбирать достаточно малым.
Практически отношение а/b для приводов с торцовым копиром не должно
превышать 1/3. При этом величина а является заданной самим значением
технологического перемещения рабочего инструмента Lт, т. е. а= Lт и b( 3(
Lт.
3.2. Расчет ползуна
При консольном расположении ролика (рис. 4.б) диаметр оси
определяется из условия прочности на изгиб:
[pic] (10)
d0 = 5.7 мм
Принимаем d0 = 6 мм
Допускаемое напряжение изгиба:
[(u]=[pic] (11)
где [n]– допускаемый коэффициент запаса ([n] = 1,5...2,0);
К(– эффективный коэффициент концентрации напряжений (К(= 1,8...2,0);
(–1– предел выносливости при симметричном цикле нагружения
((–1= (0,4... 0,45)((в, МПа);
(в - предел прочности материала оси, МПа.
Наружный диаметр ролика определяется из условия проворачиваемости
(dр( 1,57( d0).
Принимаем dp= 10 мм
После определения параметров ползуна необходима проверка условий
контактной прочности ролика и проверка на удельное давление и нагрев
кинематической паре ролик-ось.
Наибольшее контактное напряжение при цилиндрическом ролике и выпуклом
профиле кулачка определяется по формуле Герца:
(к = 0,418 [pic],
где (д– радиус кривизны действительного профиля кулачка, мм;
Е– модуль упругости, МПа.
(к= 383,21 МПа
Условие контактной прочности выполняется
Проверка кинематической пары ролик-ось на удельное давление и нагрев
производится по формулам:
R/(d0lp)[pic][p];
R/(d0lp) = 4,1 Мпа
Условие выполняется
[pic]
где D0 и Dк– начальный диаметр ротора и средний диаметр кулачка, мм;
Пт– теоретическая производительность ротора шт/мин,
hр– шаг ротора, мм;
[р]– допускаемое удельное давление для трущихся поверхностей, МПа;
[р( Vи]– допускаемое значение износо- и теплостойкости трущихся
поверхностей, МПа( мм/с.
[pic]= 21,3 Мпа
Условие выполняется
Для материалов сталь по стали [р]= 15…18 МПа, [р( Vи]= 30…40 МПа(
мм/с.
3.3. Расчет перемычек барабана
Для практически наиболее важного случая, когда одновременно с копиром
взаимодействует только один ползун, к одной перемычке приложено по одной
силе: к передней по направлению вращения ротора перемычке приложена сила
N2, а к задней– N1 (см. рис. 5). N1( N2, поэтому более нагруженной является
перемычка, к которой приложена сила N1.
Составляющая Nх силы N1, направленная параллельно линии, соединяющей
центры направляющих отверстий, вызывает в перемычке напряжения изгиба (1,
кручения (1 и среза (2. Соответствующие нормальные и касательные
напряжения определяются из соотношений:
[pic] (12)
[pic] (13)
[pic] (14)
где dп– диаметр направляющего отверстия для ползуна, мм;
с– ширина перемычки, мм;
b– высота перемычки (длина направляющего отверстия барабана), мм.
[pic]
Рис. 5. Расчетная схема барабана
Сила Nу вызывает в перемычке изгиб в горизонтальной и вертикальной
плоскостях и растяжение. Нормальные напряжения этих деформаций составят:
[pic] (15)
[pic]; [pic] (16)
(1= 0,17 МПа
(2 = 0,117 МПа
(3 = 3,78 МПа
(4 = 3,49 МПа
(1= 6,47 МПа
(2=4,31 МПа
Суммарное нормальное напряжение будет максимальным в точке А, где все
составляющие имеют один знак: ((A= (1+ (2+ (3+ (4.
((A= 7,56 МПа
Касательное напряжение в этой точке равно (2.
Суммарное касательное напряжение максимально в точке В, где ((B= (1+
(2. Суммарное нормальное напряжение в точке В составит ((B= (1+ (2+ (4.
((B= 3,777 МПа
Расчет перемычки на прочность, поскольку барабаны изготавливаются из
чугуна, следует вести по I теории прочности, принятой для хрупких
материалов:
[pic];
[pic],
где (((– допускаемое напряжение материала барабана, МПа ((((=
(0,16...0,18)( (в).
[pic]=11,27 МПа
[pic]=24,55 МПа
Условие выполняется
Материалы элементов конструкции роторной машины выбираем по таблице
8 [1]
|Элемент конструкции |Материал |Термообработка |
|Инструментальные | | |
|Блоки: | | |
|корпус |40Х |Закалка, НВ 240…300|
|втулка |Ст.30 | |
|захват крепления |Ст.40, 20Х| |
|Механический привод: | | |
|барабан | | |
|ползун |СЧ20 | |
|ролики |Ст.45 |Закалка, НRC 45…50 |
|- оси консольных роликов|40Х |Закалка, НPC 48…52 |
| |20Х | |
|– копиры |ШХ15 |НRC 56…60 |
|Главные валы роторов |Ст.45 | |
|Блокодержатель |Ст.45 | |
|Шпильки гидроблока |Ст.45 | |
|Диски транспортных роторов |Ст.45 | |
4. Расчет привода транспортного движения
4.1. Выбор схемы привода.
В автоматических роторных линиях реализуются четыре
принципиально различных конструктивных варианта схем привода вращения
технологических и транспортных роторов.
Первый вариант характерен для АРЛ с небольшим числом слабо
нагруженных роторов, выполняющих операции небольшой энергоемкости
(запрессовка, сборка, термохимическая обработка, контроль, таблетирование
порошковых материалов). В этом случае вращение роторов осуществляется от
электродвигателя посредством редуктора через ведущий (наиболее нагруженный
или средний по расположению) технологический ротор Остальные
технологические и транспортные роторы кинематически соединяются между собой
зубчатыми колесами. Эта схема наиболее проста, но неосуществима в случае
различных шаговых расстояний роторов входящих в линию. Кроме того, возможен
неравномерный износ зубчатых колес привода при существенно отличающихся
нагрузках на главных валах роторов.
Более распространенной является схема привода технологических групп
роторов, объединяемых в линии, посредством червячных редукторов (рис.6 б.)
. Входы редукторов связаны с приводным валом 6, а выходы– с наиболее
нагруженными роторами технологических групп либо непосредственно, либо
через зубчатую передачу. Внутри каждой технологической группы вращение
передается цилиндрическими зубчатыми колесами. Настройка взаимного углового
расположения групп роторов производится зубчатыми муфтами 5,
устанавливаемыми на приводном валу. Этот вариант привода широко применяется
в АРЛ с восемью-десятью технологическими роторами и производительностью
линии до 200 шт / мин.
Недостатки схемы: неравномерная нагруженность элементов привода,
низкий КПД привода (0,6...0,7), сложность защиты привода линии от
перегрузок. Наличие одного скоростного режима затрудняет использование
привода в высокопроизводительных АРЛ.
4.1. Определение крутящего момента на валу технологических и транспортных
роторов.
4.1.1. Технологический ротор с механическим приводом рабочего движения.
Суммарный момент M на валу технологического ротора с механическим
(кулачковым) приводом складывается из момента технологических сил Мт,
момента сил трения Мтр, момента на преодоление инерции вращающихся масс
ротора при пуске линии Ми.
M= Мт + Мтр + Ми (17)
Момент технологических сил определяется по формуле:
Мт = PтRpuоснtg (k
где Рг– технологическое усилие, Н;
aк–угол подъема профиля кулачка;
Rр– радиус начальной окружности ротора, м;
uосн– число инструментальных блоков в рабочей зоне ротора.
Мт = 2.12 Н/м
Момент сил трения:
Мтp= GpRn(n/cos (n,(18)
где Gр– вес ротора, Н;
Rп– средний радиус подшипников ротора, м;
mп– коэффициент трения в подшипниках (mп= 0,06…0,1);
aп– угол, определяющий направление усилия в подшипниках
(aп= 12 °).
Мтp= 0,62 Н/м
Момент инерции масс ротора можно приближенно определить по формуле:
Ми= GpRn2(/2g (19)
где e– среднее угловое ускорение ротора при пуске линии, с-2;
g– ускорение свободного падения, м / с-2.
Среднее угловое ускорение ротора:
( = (np/30Tn
где nр– число оборотов ротора, об / мин;
Тп– время пуска линии, с.
По рекомендациям [4] ТпЈ 0,5 с.
( = 25,9
Ми= 2,33 Н/м
M = 5,07 Н/м
4.1.2 Транспортный ротор
Момент на валу транспортного ротора приближенно определяется как
сумма моментов сил трения в подшипниках Мтр и момента инерции Ми:
M= Мтр + Ми (20)
Моменты Мтр и Ми определяются по формулам (18) и (19)
M= 1.52 Н/м
4.2. Расчет мощности электродвигателя привода
Мощность электродвигателя (кВт) привода транспортного движения
роторной линии, включающей несколько технологических групп роторов можно
определить по формуле:
Nэ.д.= 0,105*10-4[pic][(Мпрjnбj)/((4m(рем)] (21)
где m– количество кинематически объединенных групп роторов;
Мпр– момент, приведенный к валу базового ротора, НЧм;
nб– угловая скорость вращения базового ротора, об / мин;
hрем, hч– КПД, учитывающие потери в клиноременной передаче
и червячном редукторе.
Приведенный момент на валу базового ротора определяется выражением:
Мпр = М0+M1*i01/(01+ M2*i02/(02+... Mk-1*i0,k-
1/(0,k+1
где k– число роторов в группе;
i– передаточное отношение от i-ого ротора к базовому;
h– КПД зубчатой передачи от i-ого ротора к базовому;
М1, М2– моменты на валу роторов, НЧм;
М0– момент на валу базового ротора, НЧм.
Мпр= 63,9 Н/м
Nэ.д = 0,88 кВт.
4.3. Выбор электродвигателя
Из стандартного ряда трехфазных асинхронных двигателей серии 4А по
расчетным данным выбираем электродвигатель 80А с номинальной мощностью 1,1
кВт. Определяем суммарное передаточное число привода:
iz=nэ.д./nб
iz = 11,36
Выбираем передаточное число редуктора iр= 12 (РЧ 12-8)
iр= 0,94
Список использованных источников
1. Автоматические роторные линии / И. А. Клусов, Н. В. Волков, В.
И. Золотухин и др. – М. : Машиностроение, 1987.
2.Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя. – М.:
Машиностроение, 1982.
3.Клусов И.А.., Сафарянц А.Р. Роторные линии. – М.:
Машиностроение, 1969.
4.Кольман-Иванов Э.Э. Машины-автоматы химических производств. –М.:
Машиностроение, 1972.
5.Кошкин Л. Н. Комплексная автоматизация производства на базе
роторных линий. – М. Машиностроение, 1972.
6.Кошкин Л.Н. Роторные и роторно-конвейерные линии. – М.
Машиностроение, 1986.
7.Расчет на прочность деталей машин / И. А. Биргер, Б. Ф. Шорр, Г.
Б. Иосилевич. – М. : Машиностроение, 1979.
8.Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. –
Л.:Машиностроение, 1979.
Реферат на тему: Обработка давлением
Глава 4. ОБРАБОТКА ДАВЛЕНИЕМ
Введение. Обработка давлением один из основных способов получения
заготовок и деталей в приборостроении. Широкое применение заготовок и
деталей, полученных обработкой давлением, объясняется прежде всего их малой
стоимостью, большой производительностью изготовления, малой
материалоемкостью, высокой точностью и высоким качеством поверхности.
При обработке давлением происходит частичное или полное изменение
формы заготовки за счет перераспределения объема под действием внешних сил.
К этому виду обработки относят горячую и холодную ковку, листовую и
объемную штамповку, прокатку, волочение, ротационное выдавливание,
штамповку взрывом взрывчатых веществ и газовых смесей, импульсным магнитным
полем, электрогидравлическую, эластичными рабочимии средами и др. - десятки
различных операций. *
В основе физической сущности различных видов обработки давлением лежат
общие закономерности, на основании которых возможно управление физическими
свойствами деталей и процессом формообразования.
4.1. Физические основы обработки давлением
Строение деформируемого металла. Все применяемые в промышленности
металлы и сплавы имеют поликристаллическое строение, то-есть состоят из
множества произвольно ориентированных в объеме кристаллов. В некоторых
случаях кристаллы имеют преобладающую ориентацию, обусловленную технологией
производства. Расположение атомов в' кристалле определяется условиями
кристаллизации.
Пластическая деформация. Под действием внешних сил расстояние между
атомами меняется и при переносе атомов в новые положения устойчивого
равновесия изменяется форма заготовки - возникает пластическая деформация.
Пластическое деформирование происходит за счет двух механизмов: скольжения
и двойникования. Скольжение представляет собой параллельное смещение тонких
слоев кристалла относительно смежных (рис.1). Обычно плоскостями скольжения
являются плоскости наибольшей упаковки атомов. Пересечение плоскостей
скольжения с поверхностью кристалла называют полосой скольжения.
Скольжение начинается в одном или нескольких участках плоскости
скольжения и затем распространяется на всю поверхность.
При сдвиге атомов одного слоя относительно другого величина
необходимого касательного напряжения равна
?max=(b/a)*(G/2п)
где (a , b - расстояние между атомами соответственно в вертикальном и
горизонтальном направлении, G - модуль сдвига (кГ/мм2) MПa
Из формулы следует, что сопротивление сдвигу на несколько порядков
больше действительных значений. Эти расхождения объясняются наличием
дислокаций.
Дислокации - это искажение кристаллической решетки (рис.2 ), причинами
которых являются: наличие примесей, отсутствие в узлах решетки атомов,
излишние атомы, граница зерна между деформированной и недеформированной
частью в плоскости скольжения. Искажения в реальных кристаллах ослабляют
межатомные связи; это и уменьшает прочность металлов во много раз.
Двойникование - это механизм пластической деформации, приводящий к
симметричному изменению ориентировки одной части кристалла относительно
другой (рис.3). Иногда плестическая деформация сопровождается при
двойниковании увеличением объема (например у Fe на 50%).
[pic]
Пластическая деформация поликристалла. У поликристалла плоскости
скольжения в отдельных зернах ориентированы не одинаково. И при приложении
внешних сил деформация в зернах будет происходить не одновременно; сначала
в зернах с наиболее благоприятной ориентировкой по отношению к действующему
напряжению, а затем во всех остальных, когда величина напряжения и для их
положения достигает максимального значения. В результате скольжения в
поликристаллическом теле на поверхности появляются линии скольжения (рис.4)
След скольжения ухудшает внешний вид деталей. При дальнейшем увеличении
степени деформации вся поверхность тела покрывается линиями скольжения и
поэтому их следов нельзя заметить.
Дальнейшее увеличение степени деформации приводит к вытянутости зерна
в направлении течения и повороту кристаллографических осей зерен. При
некоторой (значительной) деформации разница в направлениях
кристаллографических осей уменьшается: возникает преимущественная
ориентировка осей поликристалла, которую называют текстурой. Возникновение
текстуры ведет к анизотропии всех свойств тела. Анизотропия механических
свойств отрицательно сказывается на качестве, расходе металла, трудоемкости
изготовления изделия.
Влияние холодной пластической деформации на физико-механические
свойства. При пластическом деформировании тела с увеличением деформации:
а) изменяются механические характеристики - увеличивается предел
упругости, текучести, прочности, твердость; уменьшается - относительное
удлинение (рис. 5), сужение, ударная вязкость ,
[pic]
б) изменяются физические характеристики - увеличивается электрическое
сопротивление (у вольфрамовой проволоки на 30-50%), коэрцитивная сила и
гистерезис, уменьшается - магнитная проницаемость, магнитная
восприимчивость, магнитное насыщение и остаточный магнетизм, уменьшается
теплопроводность, сопротивление коррозии.
Упрочнение. Совокупность всех явлений, связанных с изменением
механических и физико-химических свойств материалов называется упрочнением
(пакленом).
С увеличением деформации сопротивление деформированию увеличивается по
сравнению с начальным в два и более раза (рис . 5) .
Степень деформации. Показателем степени деформации в обработке
давлением наиболее часто принимается относительная и логарифмическая
деформация. Наиболее распространено использование относительных деформаций,
например, для растяжения:
д=(l-lo)/lo
где lo и l - начальная и конечная длина образца при растяжении.
Деформирование при повышенных температурах. С целью уменьшения
деформирующего усилия и повышения пластичности обрабатываемый металл
нагревают. При повышении температуры деформируемого металла в нем возникают
процессы противоположные упрочнению - возврат и рекристаллизация.
При нагреве до температуры (0,25-0,30)К° абсолютной температуры
плавления металла амплитуда колебания атомов при деформировании настолько
увеличивается, что они могут занимать новые положения устойчивого
равновесия. Это явление называют возвратом. Возврат приводит к некоторому
уменьшению сопротивления деформированию, однако не влияет на величину,
форму и размеры зерна. Поэтому возврат не препятствует образованию
текстуры. С увеличением температуры скорость возврата увеличивается,
увеличение скорости деформирования может уменьшить скорость возврата.
Возврат происходит также и 'при нагреве ранее холоднодеформированного
металла.
При температуре 0,4К° и более в металле протекает процесс
рекристаллизации. Рекристаллизация заключается в появлении зародышей,
возникновении и росте новых зерен взамен деформированных. Возможность
рекристаллизации обусловливается при увеличении температуры повышением
энергетического баланса атомов, при котором атомы получают возможность
перегруппировок и интенсивного обмена местами. При рекристаллизации
получают равноосные зерна; величина образовавшихся зерен зависит от
температуры, степени деформации и скорости деформации (рис. 6 ).
[pic]
Процессу рекристаллизации можно подвергать холоднодеформированные
металлы.
Влияние горячей пластической деформации на свойства металла. Заготовки
с литой структурой обычно подвергают горячей обработке давлением. Литая
структура характеризуется крупными кристаллами первичной кристаллизации, по
границам которых располагаются прослойки, обогащенные примесями и
неметаллическими включениями.
Деформирование литой структуры приводит к дроблению кристаллитов и
вытягиванию их в направлении наиболее интенсивного течения металла.
Одновременно происходит и вытягивание в том же направлении межкристаллитных
прослоек, содержащих неметаллические включения. При достаточно большой
степени деформации неметаллические включения принимают форму прядей
вытянутых в направлении интенсивного течения металла, образуя полосчатость
макроструктуры (полосчатости микроструктуры при этом нет).
Полосчатость макроструктуры приводит к анизотропии металла. Показатели
пластичности (предел текучести и удлинение) вдоль и поперек волокон
значительно отличаются, причем разница их значений возрастает с увеличением
степени деформации. Прочностные характеристики металла вдоль и поперек
волокон отличаются незначительно, а увеличение степени деформации на их
величине практически не сказывается.
При горячей обработке металлов давлением стремятся вести процесс
деформирования таким образом, чтобы волокна макроструктуры были расположены
в направлениях наибольших нормальных напряжений в условиях работы детали.
Виды деформаций. В зависимости от возможности протекания в металле при
деформации процессов упрочнения или разупрочнения различают несколько видов
деформации.
Горячая деформация - деформация, при которой происходит полная
рекристаллизация деформируемого металла.
Холодная деформация - деформация при которой отсутствуют возврат и
рекристаллизация.
Различают и промежуточные виды деформаций: неполная горячая деформация
- деформация, при которой рекристаллизация проходит не полностью; неполная
холодная деформация - деформация, при которой происходит только возврат.
Основные закономерности пластической деформации
1. Закон постоянства объема: объем металла при его пластическом
деформировании остается неизменным.
2. Закон наличия упругой деформации при пластическом деформировании.
При любом пластическом деформировании общая деформация складывается из
упругой и остаточной
3. Закон остаточных напряжений. При обработке давлением однородная
пластическая деформация практически не имеет места, хотя при решении она
принимается равномерной. Неоднородность деформаций обусловлена контактным
трением, неравномерным распределением температур, неоднородностью
химического состава и механических свойств, формой деформируемого тела и
деформирующего инструмента. При неравномерной деформации отдельные зерна
деформируются по-разному. Однако благодаря связи между собой они не могут
самостоятельно изменять размеры. В результате взаимного влияния возникают
напряжения со стороны более деформированных участков, которые будут
увеличивать деформацию менее деформированных участков и наоборот. Эти
напряжения называются дополнительными. Дополнительные напряжения бывают
трех видов:
напряжения первого рода - напряжения, уравновешивающиеся между
отдельными частями тела,
напряжения второго рода - напряжения уравновешивающиеся между
отдельными зернами,
напряжения третьего рода - напряжения уравновешивающиеся между
отдельными элементами зерна.
После снятия деформирующего усилия дополнительные напряжения остаются
в металла; в этом случае их называют остаточными, их характеристика
аналогична характеристике дополнительных напряжений. Остаточные напряжения
можно полностью или частично снять при
нагреве металла: при температуре возврата снимают остаточные
напряжения первого рода, при температурах выше температуры возврата и ниже
температуры рекристаллизации снимают остаточные напряжения второго и
первого родов* при температуре рекристаллизации снимают остаточные
напряжения третьего, второго и первого родов.
Механическим путем можно уменьшить статочные напряжения 1-го рода за
счет равномерного деформирования.
4.2. Основные операции обработки давлением
Операции обработки давлением классифицируют в зависимости от
используемого инструмента, оборудования, температуры обрабатываемого
металла и других признаков. В зависимости от применяемого инструмента,
деформирующего металл, различают:
1) штамповую обработку,
2) бесштамповую обработку.
При штамповой обработке на машине используют специальный инструмент -
штамп (отсюда и происходит название). С помощью штампа можно получать
изделия одинаковых размеров. При бесштамповой обработке на машине
используют универсальный деформирующий инструмент, позволяющий получать
различные размеры изделий одинаковой формы (круглый, квадратный,
прямоугольный пруток, лист, ленту). К операциям штамповой обработки
относят:
1) операции холодной листовой штамповки,
2) операции холодной объемной штамповки,
3) операции горячей (листовой и объемной) штамповки. При операциях
листовой штамповки исходная заготовка из листового металла и в процессе
пластического деформирования ее толщина не меняется или изменяется
незначительно. При операциях объемной штамповки размеры исходной заготовки
значитально изменяются по трем направлениям. Основными операциями
бесштамповой обработки являются:
1) прокатка,
2) волочение. Операции холодной листовой штамповки делятся на три основные
группы:
1) разделительные,
2) формообразующие,
3) комбинированные.
К разделительным операциям листовой штамповки относят: отрезку,
разрезку, обрезку, вырезку, надрезку, просечку, вырубку, пробивку, зачистку
и калибровку и др.
При разделительных операциях происходит отделение полное (отрезка,
разрезка, обрезка, вырезка, вырубка, пробивка, зачистка, калибровка) или
частичное (надрезка, просечка) металла от исходной заготовки.
Результатом этих операций являются или готовые детали или заготовки,
используемые для последующей обработки.
К формообразующим операциям относят: гибку, вытяжку, отбортовку,
обжим, формовку и др.
При формообразующих операциях исходная плоская заготовка деформируется
в пространственную деталь. При этом плоская заготовка или локально (гибка,
отбортовка, обжим, формовка) или полностью (вытяжка) деформируется.
К комбинированным операциям относят - различные комбинации
одновременно выполняемых в одной или нескольких позициях штампа различных
операций.
Операции холодной объемной штамповки: выдавливание, высадка, чеканка и
калибровка, накатка резьб и зубчатых колес и др.
4.3. Материалы, применяемые в холодной штамповке
В холодной штамповке применяют разнообразные как металлические, так и
неметаллические материалы. Наиболее широко применяют следующие металлы и их
сплавы: железо, медь, алюминий, магний, цинк, никель, титан; обрабатывают
штамповкой и менее распространенные металлы и их сплавы: молибден, тантал,
кобальт, бериллий, цирконий, золото, серебро, платину и др.
Неметаллические штампуемые материалы разделяют на две группы. К первой
группе относят: бумагу, картон, прессшпан, кожу, фетр, войлок, резину и
прорезиненную ткань, хлопчатобумажные и шерстяные ткани и другие
прокладочные материалы. Ко второй группе относят конструкционные,
электроизоляционные и теплоизоляционные материалы: 1) слоистые пластмассы -
текстолит, гетинакс, стекло- текстолит, асботекстолит, фибра,
древеснослоистые пластики и др.,
2) блочные пластмассы - органическое стекло, целлулоид, винилласт,
поливинилхлорид, полиэтилен, 3) асбестовые изделия - бумага асбестовая,
картон асбестовый, гидроизол, паронит, асбометалличес- кое армированное
полотно, 4) слюда и миканиты: слюда (мусковит, флагонит, биотит), миканиты
(коллекторный, прокладочный, формовочный и гибкий).
Номенклатура марок материалов и сортамент (форма и размеры)
установлены соответствующими Гостами. Наиболее распространенными являются
различные сортаменты черных и цветных металлов в виде листов, лент, полос,
круглых, квадратных и шестигранных прутков. В последние годы созданы новые
листовые материалы стальные и алюминиевые листы, покрытые цветной
пластмассой толщиной 0,36 мм.
Технологические свойства металла для штамповки характеризуют:
механические характеристики, химический состав, структура и величина зерна,
анизотропия, точность размеров заготовок.
Механические свойства металла характеризуют в основном: а)прочностными
показателями-пределом текучести (бт , пределом прочности бв , б)
пластическими показателями - относительным удлинением д и относительным
сужением. В зависимости от условий работы назначения и технологии штамповки
к штампуемому материалу
предъявляют определенные механические и технологические
требования. При разделительных операциях металлы с высоким пределом
текучести дают чистый срез; для формообразующих операций (гибки, вытяжки)
желателен низкий предел текучести - это способствует уменьшению упругой
деформации после штамповки. Особенно это важно для операций гибки, где
большой объем упругодеформируемого металла. Вытяжка листового металла
успешно протекает при большом относительном удлинении (?>28%) и малом
отношении предела текучести к пределу прочности - бт/бв90° R=(0,25-0,35)S
, при a(1-1,2)S (рис.14в).
7. Минимальное расстояние между пробиваемым отверстием и ранее
полученным контуром детали a2>(0,7-0,9)S (рис.14в).
8. Минимальное расстояние между одновременно пробиваемыми отверстиями
равно двум-трем толщинам металла. *
9. Точность размеров определяется в зависимости от толщины штампуемого
металла и конфигурации детали, для круглых контуров она находится в
пределах 11-14 квалитета.
10. Шероховатость поверхности среза по толщине неоднородна: в зоне
среза Rа = 2,5-0,32 мкм, в зоне скола - Rz=80-20 мкм. Технологический
маршрут вырубки*пробивки:
а) вырубка - укладка полосы в штамп и установка ее до упора, вырубка
детали, удаление детали из штампа (и подача полосы на шаг),
- галтовка (для снятия заусенцев),
- рассортировка деталей и абразивов,
- контроль,
б) пробивка - укладка заготовки в штамп,
- пробивка детали,
-удаление детали из штампа,
- контроль.
Чистовая вырубка и пробивка
Чистовую вырубку и пробивку применяют для исключения недостатков
вырубки-пробивки: получения перпендикулярности поверхности среза плоскости
детали, устранения прогиба, получения шероховатости поверхности с
параметром Ra = 2,5-0,32 мкм и точности 6-9 квали-
тета.
Зачистка
Зачистка и калибровка применяются для тех же целей, что и чистовая
вырубка и пробивка, т.е. достижения перпендикулярности поверхности среза
плоскости листа, шероховатости Rа = 2,5-0,32 мкм, точности 8-9 квалитета.
Зачистка (калибровка)производится на ранее полученных вырубкой (пробивкой)
заготовках. В этом случае после правки с обрабатываемой поверхности снимают
небольшой слой материала - припуск.
Зачистка выполняется по наружному или внутреннему контуру заготовки.
Минимальная величина припуска на зачистку равна зазору между пуансоном и
матрицей при вырубке или пробивке (рис.15). Зачистку применяют для деталей
с периметром до 300 мм и толщиной до 10 мм. Зачистка выполняется за один
проход для деталей толщиной менее 5 мм с плавным очертанием наружного
контура. Многократную зачистку применяют для деталей толщиной более 5 мм и
для деталей со сложной конфигурацией наружного контура независимо от
толщины. Качество зачистки зависит от величины припуска и распределения его
по периметру, а при многократной зачистке от распределения по переходам.
[pic]
Применяют также зачистку обжатием в матрице с заваленными кромками,
припуск в этом случае составляет 0,04-0,06 мм.
Формообразующие операции
Гибка. Гибка - это формообразующая операция, при которой изменяется
кривизна в одном или нескольких участках заготовки.
Изменение кривизны может происходить только при переменных деформациях
по толщине; эти переменные деформации вызваны переменными напряжениями по
толщине. Гибка производится под действием силы, момента или одновременно
силой и моментом. Наиболее часто используется гибка силой (рис.16а).
Исследование процесса гибки показывает, что по толщине напряжения и
деформации не только постепенно изменяются, но и различны
[pic]
по знаку: в участках, прилегающих к матрице, возникают растягивающие
напряжения и деформации растяжения, а участках, прилегающих к пуансону,
напряжения и деформации сжатия, что приводит к изменению поперечного
сечения (рис.16б). Между этими участками находятся слои с напряжениями и
деформациями равными нулю. В общем случае, слои нулевых напряжений и
деформаций (нейтральные слои) не совпадают. Практическое значение имеет
положение нейтрального радиуса деформаций, определяемого по формуле
r1=r+x*s (6)
где r - радиус пуансона, S - толщина металла, x - коэффциент смещения
нейтрального от серединного слоя, определяемой в зависимости от отношения
r/s , при r/s = 0,5 x=0,3 при r/s = 10, x=0,5. В дальнейшем r1 используется
для определения размеров заготовки.
В процессах гибки большое значение имеет радиус гибки. Величина его
ограничивается минимальным радиусом. Минимальный радиус гибки определяется
из условия отсутствия разрушения металла в зоне растяжения. Минимальная
величина этого радиуса зависит от пластических свойств материала и толщин
заготовки. Для материалов средней пластичности ( ? = 15-20%) минимальный
радиус гибки (пуансона) ориентировочно равен 0,5 * Для конкретных
материалов (условий*) уточняется по таблицам. Чем более пластичный металл,
тем меньше минимальный радиус гибки и наоборот. Минимальный радиус гибки
зависит и от расположения линии гибки относительно направления проката
(расположения волокон макроструктуры); при параллельных линию гибки и
направлении проката - минимально допустимый радиус больше, чем при
взаимноперпендикулярном расположении направления проката и линии гибки,
когда получают наименьшую величину минимально допустимого радиуса гибки.
При промежуточной величине угла наклона линии гибки к направлению проката
надо брать промежуточные значения радиуса гибки, пропорциональные величине
угла. Для предупреждения образования отпечатков на полочках детали
необходимо назначать на кромках матрицы, по которым втягивается материал,
радиус не менее трех толщин.
Так как напряжения и деформации по толщине неодинаковы по величине и
знаку, то на основе закона о разгрузке, происходит уменьшение растянутой
части, и увеличение размера сжатой части заготовки. Это приводит к упругому
изменению угла гибки - пружинению, приводящему к уменьшению угла гибки
(рис.17). Одновременно происходит и увеличение радиуса гибки.
[pic]
Пружинение зависит от относительной величины радиуса пуансона r/s ,
материала детали, угла гибки и других факторов. Величина пружинения для
данных условие гибки постоянна. Величина пружинения может быть уменьшена
путем сжатия (правки) детали в штампе. При радиусах гибки менее r/s | |
