Оборудование производства ИУ

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 D_бл блока определяется с учетом максимальных поперечных размеров деформирующего инструмента

D_бл = (1.3… 2.5)_* D_м , (1)

где D_м ­­­– диаметр поперечного сечения матрицы, мм.

Расчетные зависимости для определения геометрических размеров матриц для различных технологических операций приведены в таблице 1. [1]

Диаметр матрицы: D_м = 3_* d_d = 3_* 5,6 = 16,8 мм

Диаметр блока: D_бл = 2_* 16,8 = 33,6 мм

Принимаем диаметр блока равный 36 мм

Длина блока:

L_бл = L_т + L_кр + L_зх , (2)

где L_т – технологическое перемещение инструмента, включающее подвод инструмента, рабочее перемещение и проталкивание детали из матрицы., мм;

L_кр , L_зх – размеры элементов ИБ, мм.

Технологическое перемещение на стадии эскизной проработки можно определить по формуле:

L_т = Н₀ + Н_д + Н_м +(20...40)

где H_о – высота заготовки, мм;

H_д – высота детали, мм;

H_м – высота матрицы, мм.

L_т = 60 мм

Величина L_кр определяется из соотношения:

L_кр > L_т

L_кр = 80 мм

Величина L_зх определяется из конструктивных соображений.

L_бл = 60 + 80 + 40 + 180 мм

Максимальная длина блока:

L_{бл мах} = L_бл + L_т

L_{бл мах} = 180 + 60 = 240 мм

1.2. Выбор шага ротора

Шаг между гнездами ротора h_р выбирается в зависимос­ти от размеров детали, инструментальных блоков и зазоров между ними (см. рис.2 [1]).

Для роторов штамповочного производства шаг ротора:

h_p = D_бл + Dh

где Dh– зазор между инструментальными блоками, мм.

Величина Dh определяется размерами ИБ, их конструкцией и системой крепления в гнездах ротора (для роторов с механическим приводом Dh= (0.1… 0.4)× D_бл ):

h_p = 36 + 0,3_* 36 = 46,8 мм

Рассчитанную величину шага роторов с механическим и гид­равлическим приводом округляем до ближайших значений

(см. табл. 3 [1]):

h_p = 47,1 мм

1.3. Расчет числа позиций технологического ротора

Общее число позиций (инструментальных блоков, гнезд) рото­ра определяем по минимально необходимой длительности техноло­гического Т_т и кинематического Т_к циклов:

u_p = П_{т *} Т_к /60 < 1,33_* П_{т *} Т_т /60 (3)

где П_т – теоретическая производительность ротора, шт/мин.

Теоретическую производительность выбираем по заданной факти­ческой производительности П_ф с учетом цикловых потерь:

П_т = П_ф /b

Для проектных расчетов коэффициент цикловых потерь

b= 0,7… 0,9.

П_т = 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 t_р соответствует углу поворота j_р, а t₁ – углу j₁ и т.д.

Рис. 1. Цикловая диаграмма технологического ротора.

Уравнения циклов имеют вид:

T_T = t₁ + t₂ + t_p + t₃ + t₄ ,

T_k = t_пд + t_p + t_отв + t_х ,

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;

t_р – технологическое время обработки детали, с;

t_пд ,t_отв – интервалы времени подвода инструмента к детали и отвода, с;

t_х – 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 t_р , 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:

t_p = 2L_p / V_{p max} = (4)

t_p = 0,08 с

где L_р , V_{р max} , a_{р max} – соответственно путь, допустимые ско­рость и ускорение за время обработки детали инструментом, м, м/с, м/с² ;

Ориентировочно для указанных операций можно принимать а_{р 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 t₁ = t₄

Время подвода и отвода инструмента определяем в зависимости от типа привода рабочего движения. Для механического привода:

t_пд = 1,57L_пд / V_мах = (5)

t_отв = 1,5L_отв / V_мах = (6)

где L_пд ,L_отв – соответственно перемещение инструмента при подводе к детали и отводе инструмента в исход­ное положение, м;

V_max , а_max – 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 t_пд £ t₁ + t₂ , t_отв £ t₃ + t₄ :

t_пд = 0,157 с

t_отв = 0,173 с

T_T = 0,48 c

T_k = 0.46 c

После определения интервалов кинематического и технологического циклов и проверки соблюдения неравенств определяем общее число позиций ротора

u_р = П_т × Т_к / 60£ 1,33× П_т × Т_т / 60

u_р = 7.66

Полученное число позиций технологического ротора u_р 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 u_р = 8

Число инструментальных блоков, находящихся одновременно в рабочей зоне ротора, определяем по формуле:

u_o = П_{т *} t_р / 60

u_o = 1,33

D = 120 мм

1.4. Расчет конструктивных параметров роторов

Радиус начальной окружности технологического ротора:

R_p = (1/ 2p)_* u_{р *} h_p (7)

R_p = 60 мм

Величину радиуса R_р проверяем с учетом конструктивных размеров вала ротора и инструментальных блоков (см. рис.2):

Рис. 2. Схема к расчету свободного пространства технологического ротора

R_p 0,5(d_в + D_бл ) + с

В первом приближении принимаем:

d_в = 0,5 D_бл : с = 30...40 мм

d_в = 18 мм

6057, условие выполняется

Частота вращения ротора (об/мин):

n_p = П_т / u_р

n_p = 125 об/мин

Окружная (транспортная) скорость:

V_тр = П_т* h_p /60 = p_* n_p* R_p /30

V_тр = 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 D_р 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 (u_тр = (1,25… 1,33)× u_ð ).

Ïðèíèìàåì u_тр = 10

Для всех технологических и транспортных роторов, входящих в роторную линию, соблюдаем основное условие компоновки:

D_p /D_тр = R_p /R_тр = u_р /u_тр = n_р /n_тр = const (8)

Из соотношения (8) определяются радиус начальной окружности R_тр и частота вращения n_тр транспортного ротора:

R_тр = u_тр R_p /u_р ;

n_тр = n_р u_р /u_тр

R_тр = 75 мм

n_тр = 100 об/мин

2. Расчет элементов инструментального блока

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:

(9)

где Р_т – номинальное технологическое усилие, Н;

F – площадь расчетного сечения А–А, мм² ;

I_x – момент инерции сечения, мм ;

y_c – координата центра тяжести сечения, мм;

y_max – ðàññòîÿíèå от центра тяжести до наиболее удаленной точки сечения, мм;

[s]– допускаемые напряжения материала корпуса блока, МПа.

Площадь сечения F, момент инерции I_x , координата центра тяжести y_c и координата y_max рассчитываются по форму­лам:

F= p/8 (D_бл ² - d_пр ² ) a/180;

J_x = (D_бл ⁴ - d_пр ⁴ )/128 (pa/180+sin a);

y_c = 120/pa ((D_бл ³ - d_пр ³ )/ (D_бл ² - d_пр ² ) sin (a/2));

y_мах = y_c - D_бл /2 cos (a/2),

где D_бл – диаметр инструментального блока, мм;

d_пр – диаметр приемника детали, мм.

F= 650,68 мм²

J_x = 5164640,98 мм⁴

y_c = 7,51 мм

y_мах = 10,64 мм

s = 0,31 МПа < [s_доп ]

Условие прочности выполняется.

Размеры D_бл и d_пр определяются по чертежу инструменталь­ного блока.

Опорные поверхности крепления ИБ в блокодержателе рассчитываются на смятие в сечении Б–Б:

s_см =P_т /2F_оп [s_см ]

где F_оп – площадь опорных поверхностей, мм;

[s_см ]– допускаемое напряжение на смятие материала корпу­са, МПа.

Площадь опорных поверхностей определяется по приближенной формуле:

F_оп =2/3 аb

F_оп = 58.66 мм

s_см = 1,7 < [s_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 Р_т (см. рис. 4.а.), необходимо установить величины полной реакции R и ее осевой и окружной составляющих R_z è R_x . Полная реакция R необходи­ма для расчета на срез и смятие оси ролика ползуна. Составляю­щая R_x необходима для расчета ползуна на изгиб. Составляющая R_z 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, R_x , R_z являются: вылет ползуна а, длина направляющей барабана b и угол подъема копира b.

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, R_x , R_z , N₁ и N₂ определяются формулам:

R=P_т К_т ; R_x =P_т K_x ; R_z =P_т K_z

N₁ =3/2 P_т К_х (a/b+5/6)

N₂ =3/2 P_т K_х (a/b+1/6)

где К_т , К_õ , Ê_z – коэффициенты пропорциональности,учитываю­щие

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.á) 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 К_т , К_õ , Ê_z определяются по формулам:

;

где f_пр – приведенный коэффициент трения (f_пр = 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_* f_1* (1-3_* (e/b)_* f₁ )_* (1-f_{пр *} tgb)-(tgb+ f_пр )

где е– величина консоли в расположении ролика, мм;

f₁ – коэффициент трения ползуна о направляющие барабана (f₁ = 0,2).

B = 0.5

K_т = 2.05

К_z = 1.948

K_x = 0.65

R = 410 H

R_x = 130 H

R_z = 389.6 H

N₁ = 260 H

N₂ = 129 H

Так как полная реакция и ее составляющие быстро возрастают с увеличением отношения а/b, ýòî îòíîøåíèå ñëåäóåò âûáèðàòü äîñòàòî÷íî ìàëûì. Ïðàêòè÷åñêè îòíîøåíèå а/b äëÿ ïðèâîäîâ ñ òîðöîâûì êîïèðîì íå äîëæíî ïðåâûøàòü 1/3. Ïðè ýòîì âåëè÷èíà à ÿâëÿåòñÿ çàäàííîé ñàìèì çíà÷åíèåì òåõíîëîãè÷åñêîãî ïåðåìåùåíèÿ ðàáî÷åãî èíñòðóìåíòà L_ò , ò. å. à= L_ò è b³ 3× L_ò .

3.2. Расчет ползуна

При консольном расположении ролика (рис. 4.б) диаметр оси определяется из условия прочности на изгиб:

(10)

d₀ = 5.7 мм

Принимаем d₀ = 6 мм

Допускаемое напряжение изгиба:

[s_u ]= (11)

где [n]– допускаемый коэффициент запаса ([n] = 1,5...2,0);

Ê_s – эффективный коэффициент концентрации напряжений (Ê_s = 1,8...2,0);

s_–1 – предел выносливости при симметричном цикле нагружения (s_–1 = (0,4... 0,45)×s_в , МПа);

s_в - предел прочности материала оси, МПа.

Наружный диаметр ролика определяется из условия проворачиваемости (d_ð ³ 1,57× d₀ ).

Принимаем d_p = 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:

s_к = 0,418 ,

где r_д – радиус кривизны действительного профиля кулачка, мм;

Е– модуль упругости, МПа.

s_к = 383,21 МПа

Условие контактной прочности выполняется

Проверка кинематической пары ролик-ось на удельное давление и нагрев производится по формулам:

R/(d₀ l_p )[p];

R/(d₀ l_p ) = 4,1 Мпа

Условие выполняется

где D₀ и D_ê – начальный диаметр ротора и средний диаметр кулачка, мм;

П_т – теоретическая производительность ротора шт/мин,

h_ð – øàã ðîòîðà, ìì;

[ð]– допускаемое удельное давление для трущихся поверхностей, МПа;

[ð× V_è ]– допускаемое значение износо- и теплостойкости трущихся поверхностей, МПа× ìì/с.

= 21,3 Мпа

Условие выполняется

Для материалов сталь по стали [ð]= 15…18 МПа, [ð× V_è ]= 30…40 МПа× ìì/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 N_1.

Составляющая N_õ ñилы N₁ , направленная параллельно линии, соединяющей центры направляющих отверстий, вызывает в перемычке напряжения изгиба s₁ , кручения t₁ и среза t₂ . Соответствующие нормальные и касательные напряжения определя­ются из соотношений:

(12)

(13)

(14)

где d_п – диаметр направляющего отверстия для ползуна, мм;

с– ширина перемычки, мм;

b– высота перемычки (длина направляющего отверстия барабана), мм.

Рис. 5. Расчетная схема барабана

Сила N_ó вызывает в перемычке изгиб в горизонтальной и вертикальной плоскостях и растяжение. Нормальные напряжения этих деформаций составят:

(15)

; (16)

s₁ = 0,17 МПа

s₂ = 0,117 МПа

s₃ = 3,78


29-04-2015, 04:06