ВВЕДЕНИЕ Данные методические указания и задания предназначены для студентов очного и заочного отделений при выполнении практических работ по дисциплине «Проектирование технологических приспособлений». В методические указания включены задания, направленные на формирование умения выполнять силовой расчет комбинированного зажимного механизма. Приведена методика выполнения практических работ, которая сопровождается конкретными примерами. Рекомендована техническая литература, необходимая для выполнения заданий. Практические работы должны выполняться по варианту (указывается преподавателем). Работы, выполненные не по своему варианту не зачитываются и возвращаются студенту без проверки. Оформление работ необходимо начинать с указания варианта, описания исходных данных, графической схемы и указания искомых величин. Все расчеты, требующие пояснения, нужно сопровождать расчетными схемами, а формулы – описанием входящих в неё величин. 3 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИЛОВОМ РАСЧЕТЕ ЗАЖИМНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ 1.1 Основные виды зажимных механизмов В этой работе необходимо определить усилия, которые приводят в действие зажимные механизмы приспособлений. Зажимные механизмы обеспечивают непрерывный контакт заготовки с установочными элементами приспособления на время обработки заготовки. Они бывают простые, или элементарные, и комбинированные. Элементарный – это один зажимной механизм, например: винтовой, клиновой, рычажный. Комбинированный зажим включает два и более простых. В зависимости от источника энергии, которая приводит их в действие, различают ручные и механизированные зажимные механизмы. Ручные механизмы перемещаются от мускульной силы человека. Механизированные – от специального силового привода. Ручные механизмы просты и надежны при малых и средних силах зажима, но требуют больших затрат времени на закрепление и открепление. Поэтому они эффективны чаще всего в индивидуальном и мелкосерийном производстве. Механизированные зажимы дороже, но обеспечивают большие и стабильные силы, быстродействие, что важно при больших размерах партий деталей в серийном производстве. В практической работе предлагается методика и варианты заданий для расчета комбинированных зажимов с ручным и механизированным приводами. 1.2 Значение умения выполнять силовой расчет зажимных механизмов Специалист в области технологии машиностроения умеет проектировать технологию изготовления детали. В структуру этого комплексного умения входит проектирование специальных или выбор универсальных приспособлений для установки заготовки на операциях. Умея выполнять силовой расчет зажима, Вы сможете принять грамотное решение по выбору зажимного механизма при проектировании или выборе приспособления. 1.3 Место силового расчета в структуре технологических умений При проектировании или выборе приспособления к силовому расчету зажима приступают после того, как выбраны или определены следующие исходные данные: а) схема базирования заготовки; б) одна из двух сил: усилие, которое приложено к зажиму со стороны 4 привода, или требуемая сила зажима заготовки; в) принципиальная схема зажимного механизма; г) размеры механизма, влияющие на усилия. В свою очередь силовой расчет, т.е. определение усилий в звеньях зажимного механизма, позволяет выбрать или проверить размеры звеньев из условия их прочности, а также выбрать и приступить к расчету привода. 5 2 Практическая работа №1 СИЛОВОЙ РАСЧЕТ ЗАЖИМНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ С РУЧНЫМ ПРИВОДОМ 2.1 Задание на практическую работу Заготовка крепится в приспособлении или к столу металлорежущего станка с помощью зажимного механизма (одного или нескольких). Зажим заготовки выполняют вручную гаечным ключом или рукояткой. Известно требуемое усилие закрепления заготовки всеми зажимами. Проверьте, позволяет ли ручной зажим обеспечить заданную силу закрепления детали при заданных конструктивных параметрах. При отрицательном результате расчета определите, какими должны быть исходные размеры зажима, позволяющее обеспечить усилие зажима. 2.2 Исходные данные к работе Для выполнения работы используются следующие приведенные ниже параметры. № схемы зажимного механизма. Схемы зажимных механизмов приведены в приложении А. Требуемое усилие зажима заготовки всеми прихватами 𝑊З , Н. Число точек крепления заготовки 𝑍. Конструктивные размеры элементов зажимного механизма: а) диаметр резьбы винтового зажима 𝑑, мм. б) длина рукоятки или гаечного ключа 𝐿, мм (для гаечного ключа она составляет (12...15) 𝑑 диаметров резьбы болта); в) диаметр эксцентрикового зажима 𝐷, мм; г) длины плеч рычага 𝐿 и 𝐿 , мм. Коэффициенты трения tg, tg между контактирующими поверхностями зажимов и заготовки. Значение коэффициентов трения приведены в приложении Б. Углы трения , , град. Их находят из выражения arctg. Максимально допустимое усилие на рукоятке приспособления или гаечного ключа 𝑄 150 Н. – Усилие 𝑄, приложенное к рукоятке приспособления или гаечного ключа не должно принимать значение из интервала 25... 150 Н для ручных зажимов; Необходимые в расчетах размеры стандартных элементов винтовых и рычажных зажимов приведены в приложениях В, Г, Д. № схемы зажимного механизма, сила зажима 𝑊З , число зажимов 𝑍 и конструктивные размеры элементов зажимного механизма задаются преподавателем согласно индивидуальным вариантам. 6 2.3. Методические указания к выполнению задания Чтобы выполнить требования задания, то есть проверить, позволяет ли ручной зажим обеспечить заданную силу закрепления заготовки 𝑊, рассчитайте минимально необходимое усилие на рукоятке приспособления или гаечного ключа 𝑄, которое обеспечит зажим детали с заданной силой 𝑊. Затем сравните рассчитанное усилие 𝑄 с максимально допустимым для ручных зажимов (150 Н). Если рассчитанное усилие на рукоятке больше допустимого, пересчитайте размеры зажимного устройства, позволяющие снизить усилие 𝑄 до 150 Н. Решите это задание в следующей последовательности: 1) Изучите раздел «Расчет зажимных усилий в станочных приспособлениях» по учебным материалам. Выполнение задания потребует от вас знания следующих основных сведений: а) о назначении зажимных устройств; б) о конструкции и работе клиновых, винтовых, эксцентриковых, рычажных зажимных устройств; в) о конструкции и работе комбинированных зажимов; г) о силовом расчете перечисленных элементарных механизмов. 2. Выполните анализ исходных данных в три этапа: а) определить вид зажимного устройства, его состав и принцип действия из анализа графической схемы своего варианта; б) проанализируйте силы взаимодействия между элементами зажимного механизма (силовой анализ); в) проанализируйте численные значения исходных данных. 3. Выполните силовой расчет механизма. В разделах 2.4, 2.5 представлена подробная методика выполнения всех этапов решения задачи. Каждый раздел заканчивается конкретным примером выполнения определенного этапа работы. 2.4 Анализ исходных данных Анализ графической схемы Цель этого этапа – определить вид и название зажимного механизма и описать его работу. Последовательность анализа: 1. На графической схеме своего варианта задачи найдите: а) контуры заготовки, которую необходимо закрепить; б) зажимной механизм; в) неподвижные части приспособления, то есть элементы базирования заготовки и части корпуса. 7 2. Определите принадлежность зажимного механизма к элементарным или комбинированным. 3. Разбейте комбинированный на элементарные зажимы, определите их тип (винтовой, клиновой и т.д.) и то, как они взаимодействуют между собой. 4. Для рычага и эксцентрика найдите неподвижную ось, вокруг которой они поворачиваются при работе. 5. Уясните работу механизма. Для этого найдите элемент, который перемещается от источника движения, то есть от привода. Проследите перемещение частей механизма при зажиме и разжиме заготовки. 6. Запишите результаты анализа. 7. Укажите на схеме ее основные элементы: а) назовите элементарные и комбинированные зажимы; б) напишите, как работает устройство, то есть, как усилие от привода последовательно преобразуется в силу зажима заготовки. Анализ силовых параметров Силовой анализ механизма – это определение сил взаимодействия между звеньями механизма. Его цель – обнаружить все силы, действующие на каждый простой зажимной механизм. Этот этап необходим для выполнения силового расчета. Выполните анализ в следующей последовательности: 1) Изобразите схему своего варианта и проставьте на ней: а) силу 𝑊, с которой зажим действует на заготовку; б) усилие от привода 𝑄, то есть внешнюю силу, которая приводит зажим в действие. 2) Определите, какая из этих сил известна по условию задачи, и какую надо найти. 3) Изобразите графическую схему каждого элементарного механизма, изолировав его от остальных элементов системы. 4) Изобразите на схеме элементарного механизма все силы, действующие на него, в том числе со стороны отброшенных элементов системы; обозначьте эти силы. Линия действия сил всегда перпендикулярна к контактирующим поверхностям. Обозначьте на схемах элементарных механизмов известные размеры звеньев. Результаты анализа представьте в работе после исходных данных задачи. Приводим пример оформления этого этапа работы. Пример анализа исходных данных задачи для варианта №1 (рис. 2.1). 8 Рис. 2.1 2 – Схем ма креплеения заготовки 1) 𝑊з 19 кН к сила зажима загготовки двумя д при ихватами;; 2) 𝑍 2 чиссло зажим мов; 3) 𝑑 – диамеетр резьбы ы болта, 𝑑 М20;; 4) 𝐿 и 𝐿 , мм м – длин ны плеч ры ычага: 𝐿 50 мм м, 𝐿 70 0 мм; 5) 𝐿 12. . .15 ∙ 𝑑, мм м – длин на рукояттки гаечно ого ключаа; 6) 𝑄 25. . .150 . Н, до опустимоое усилие,, на рукояятке ручнного зажим ма. Ан нализ граафической схемы задачи В схеме даанного ваарианта и использовван комб бинированнный рыч чажновинтоввой зажим. Он состоит из двух элеементарны ых механнизмов. Первый П (винтоовой) – вкключает гайку г (пооз. 1, рис. 2.1) и бо олт (поз. 2). Второ ой (рычажны ый механизм) – реализова р ан планко ой (поз. 3, рис. 11) и ее опорой о (поз. 44). Загготовка кррепится к столу дввумя план нками (𝑍 2) с сиилой 𝑊з , значит, з усилиее зажима одной пл ланкой сооставит: 𝑊 𝑊з /2 2. Сила 𝑊 обееспечиваеется тем, ччто при закреплен нии деталии к рукояятке гаечногоо ключа, которым м повораччивают гаайку, прил ложено уусилие ру уки рабочегоо 𝑄 на рассстоянии 𝐿 12. . .15 𝑑, мм от оси болта (риис. 2.2). Гай йка при зажиме давит д на планку с силой,, которую ю обознаачим 𝑅 (рис. 22.2) и, повворачиваяя планку относительно точк ки «0» оппоры по часовой стрелкке, зажимает загото овку с си илой 𝑊. Сила С 𝑊 иззвестна. У Усилие наа рукоятке 𝑄 необход димо найтти и сравн нить с доп пустимым м. 9 б) а) в) Рис. 2.2. Силы ы, действующие наа механиззмы комб бинированнного заж жима: а) ррычажный зажим; б) винтоввой зажим м; в) комб бинироваанный заж жим Ан нализ сил л На планку, изолиров и анную отт заготовкки и винтового заж жима дейсствуют силы: 𝑊 – реаккция заго отовки (𝑊 𝑊′ 𝑊) и 𝑅 – силаа давлениия гайки (у усилие винтоввого зажи има). На рис. р 2.2 п планка нее изолирована от ш шарнирно ой опоры, такк как задаачу можн но решитьь, не определяя реаакцию опооры. На винтовой й зажим, изолировванный отт рычажного, кром ме усилияя на рукояткее 𝑄 дейсттвует реаакция плаанки (рыч чага) 𝑅′, равная ппо модул лю 𝑅 и противвоположн но направвленная (ссм. рис. 2.2). 2.55 Методик ка выпол лнения си илового расчета зажимно з го механ низма Пооследоваттельность ь расчетта комби инирован нного заж жимного механизмаа. Силовой раасчет вып полняют н на основе анализаа исходнных данны ых для опредееления си ил, с котторыми ввзаимодей йствуют звенья з заажимного о механизма.. В этой задаче егго цель – определ ление мин нимальноо необход димого усилияя 𝑄 на руккоятке пр риспособлления. Вы ыполните силовой расчет ккомбинированного о зажима как посл ледовательны ый силовоой расчетт каждогоо из элем ментарных х механиззмов, вхо одящих в состаав комбин нированн ного. Наччните рассчет с тогго механи изма, дляя которого о известнно действующее на негго усилие. В данно ой задаче это тот элементар э рный мехханизм, ко оторый контакктирует с заготовк кой, так каак на него о действу ует реакциия (проти иводействие)) заготовкки, равнаяя и противвоположн ная известтной силее зажима 𝑊. Из этого раасчета най йдите силлу взаимо одействияя данногоо механи изма со следую ющим заж жимом, т.е. силу 𝑅 𝑅, что поззволит пеерейти к ррасчету второго в зажим ма. Приложите найденн ную силу ко втор рому зажи иму в вииде реакц ции со cсторооны первоого механ низма и оп пределитее усилие на рукояттке 𝑄. Си иловой раасчет элементарн ного меха анизма Дляя определления неи известныхх сил, деействующ щих на эллементарн ный за10 жим, ззаписываают и реш шают ураавнение статики. В конце ззажима каждый к элемен нт механи изма непо одвижен под дейсствием всех прилооженных к нему сил и их момен нтов. Равновесие н неподвиж жного элемента моожно запи исать в виде ууравнений й статики и: сумма проекций й всех сил на оси 𝑋 и У и сумма момен нтов этих сил относсительно любой то очки равн на нулю: ⎧ ⎪ ⎨ ⎪ ⎩ 𝐹 0; 𝐹у 0; 𝑀 𝐹 0. Реаально в данной д заадаче этим м приемо ом вы восспользуеттесь только при расчетте рычажного мех ханизма, ттак как для д клино овых, виннтовых, эксценэ триковвых удобнее испол льзовать эту зависсимость между м силлами в ви иде готовой расчетноой формул лы. Форм мулы имею ются в уч чебной и справочн ной литератууре для вссех зажим мных мехханизмов и приведены в слеедующем разделе этой й главы. Расссмотрим м, как реш шается си стема ураавнений для д рычаж жного мееханизма. Си иловой раасчет рыч чажного механизма. Расссмотрим м условие равновессия рычаага на при имере изоображенн ного на рис. 2..2, чтобы найти нееизвестны ые силы. Рычаг Р нео обходимо изолироввать от другихх элементтов систем мы и прилложить к нему всее действую ющие сил лы. В кконце заж жима рыч чаг неподдвижен под п действием мом ментов отт силы реакци ии заготоввки 𝑊 и усилия у соо стороны ы гайки 𝑅 (рис. 2.3)). Рисун нок 1.3 – Р Расчетнаяя схема рычага Чтообы найти неизвесстную силлу 𝑅 давл ления гай йки на ры ычаг, равн новесие неподввижного рычага р можно запи исать в ви иде уравн нения статтики. Нап пример, отсутстви ие повороота рычаага относи ительно тточки 𝑂 опоры должн но быть зааписано следующи им образо ом: 𝑀 𝐹 11 0; 𝑊∙ 𝐿 𝑅 𝐿 𝑅∙𝐿 𝑊∙ 𝐿 𝐿 𝐿 0; . Чтообы состаавлять дляя рычага уравнени ия в проек кциях илии рассматтривать суммуу моментоов всех сил с относсительно любой др ругой точчки кроме шарнирной опоры, необходи имо осво бодить ры ычаг и отт опоры, ззаменив ее е действие рреакциям ми связи. 2.66 Формул лы для си илового р расчета элементар рных заж жимных механизм м мов Наи иболее чаасто в приспособллениях используютт клиновоой (а), вин нтовой (б), эксцентрикковый (в), рычажны ый (г) элеементарны ые зажим мы (рис. 2..4). а) б) в) г) Риссунок 2.4 – Элемен нтарные зажимные з е механиззмы Каж ждый из этих мех ханизмов обеспечи ивает зажи им заготоовки с си илой 𝑊 котораая зависи ит от усил лия привоода (источ чника энеергии) 𝑄 и констр руктивных паараметровв зажима (напримеер, от угл ла клина, размеров р плеч рыч чага). Коггда к заж жимному механизм му прикл ладываютт внешню юю силу 𝑄, она трансф формируеется в сил лу зажимаа заготовкки 𝑊, котторая обы ычно больше 𝑄 в несколлько раз (в ( «𝑖» разз). 𝑊 𝑖 𝑄, или 𝑄 𝑖𝑊. Коэффици К иент 𝑖 наззывают коэфф фициентом м усилени ия зажим ма, его ваарьируют, меняя кконструкттивные парамеетры механизма. 12 Рассчетные формулы ы для вин нтовых зажимны з ых механи измов Винтовой зажим з с неподвиж н жной гайккой (рис.. 2.5, а) и сферич ческим торцем м 𝑊 𝑄𝐿 . tg α φ 𝑟ср Винтовой заажим с по одвижной й гайкой (рис. ( 1.5, б) 𝑊 𝑄𝐿 ∙ 𝐷 tg α 𝑑 ппр 𝑟ср ∙ 0,3 33 ∙ μ 𝐷 𝑑 а . б Рис. 2.55. Винтовые зажим мы Принятые условные у обозначен ния в фор рмулах дл ля винтоввых зажим мов: 𝑊 – сила заж жима заго отовки ви интом или и гайкой, Н; 𝑄 – усилие, приложенное к руукоятке, Н; Н 𝐿 12 … 15 ∙ 𝑑 – дл лина рукооятки заж жима или гаечного ключа, мм; м 𝑑, м мм – диам метр резььбы винтоового зажи има; 𝑟ср – средний й радиус резьбы ви инта, мм; 𝑟ср 𝑑ср/2, / где (𝑑сср – средн ний диамеетр резьбы ы (см. при иложениее В); – угол под дъема реззьбы, градд; tg 𝑃/ 𝑃 𝑑ср , где 𝑃 – шаг резьбы, мм (см. ( прилоожение В); В прр – привед денный угол у трени ия в резьб бе, град; tgпр cos 1,15, где – половвина углаа при вер шине про офиля меетрическоой резьбы ы, 30°; – коэффиц циент треения в реззьбе (см. приложен п ние Б). Коээффициен нт тренияя между тторцем гаайки и контактируующей с ней н по13 верхноостью 0,1. . .0,1 15. При 0,1 1, tgпр 0,115, пр 6°40 0′; 𝐷н , 𝐷в – нарружный и внутрен нний диам метры шайбы или опорного о торца гайки, мм (см. приложен п ние Г и ри ис. 2.5, б). Рассчетные формулы ы для экссцентрик кового заж жима Фоормула длля расчетаа усилия н на рукояттке Q, Н (р рис. 2.6) 𝑊 𝑄𝐿 𝑅срр tg α φ ∙ tgφ . Рисун нок 2.6 – Эксцентр риковый зажим з Принятые условные у обозначен ния: 𝑊 – сила заж жима заго отовки ви интом или и гайкой, Н; 𝑄 – усилие, приложенное к руукоятке, Н; Н 𝐿 – длина руукоятки, мм; м и φ – угллы тренияя соответсственно на н площад дке контаакта заготтовки и эксцен нтрика и в цапфе эксцентри ика. и 1 – кооэффициеент трени ия между у заготовк кой и экссцентрико ом и в цапфе эксцентррика (см. Приложеение Б); 𝑅ср – радиусс эксцентр рика, мм; 𝑅ср 𝐷//2, где 𝐷 – диаметрр эксценттрика, мм; срр – средни ий угол кл лина эксц центрика, град; срр 4°. 2.77. Пример р силовогго расчетта комбин нированн ного заж жима Зад дание. Загготовка коорпусной й детали ккрепится к столу фрезерног ф го станкаа двумя планкаами с пом мощью ви интового зажима (рис. ( 2.7). Зажим ввыполняю ют, поворачи ивая гайкку с бурти иком с п помощью гаечного о ключа, ддлина рукоятки котороого (𝐿) прриблизиттельно сооставляет 12…15 диаметро д ов резьбы ы болта 14 (𝑑). У Усилие руки р раб бочего наа рукояттке гаечн ного клю юча состтавляет 𝑄 25. . .150 Н. Болтт имеет ррезьбу 𝑑 М20. Длины пплеч заж жимной планки и равны 𝐿 50 мм м и𝐿 70 мм, общее о чи исло зацепплений зааготовки 𝑍 2. Опрееделить, позволяет п т ли ручн ной зажим м закрепиить деталь с силой 𝑊З 19 кН. Рис. 2.7. 2 Схем а зажимн ного механ низма Пооследоваттельность ь расчетаа Дляя того чтообы реши ить, можн но ли зажаать загото овку с силлой 𝑊З 19 кН с помоощью руч чного заж жима, опрределим минималь м ьно необхходимое усилие у на руккоятке 𝑄 гаечного о ключа и сравним м его с до опустимы ым усилием для ручны ых зажимоов(𝑄 25 5 … 50 Н).. Раззделим заадачу на этапы: э 1) А Анализ иссходных данных; 2) Р Расчет си илы 𝑅, действующ щей на рыч чаг (план нку) со стоороны ви интового заж жима; 3) О Определеение требу уемой силлы 𝑄 на рукоятке р гаечного г ключа; 4) С Сравнени ие требуем мой силы ы 𝑄 с пред дельно до опустимы ыми значеениями и форм мулировкка выводаа о пригоддности заж жима; 5) П Перерасч чет исходн ных данн ных в случ чае, когда ручной зажим нее обеспечиваает закреп пления деетали с си илой 𝑊. Ан нализ исхходных да анных Реззультаты этого этаапа задачи и для дан нной схем мы (см. риис. 2.2) пр риведены в 22.4 и здесьь не дубли ируются. Дляя одной планки п 𝑊З 19 𝑊 9,5 кН. 2 2 Си иловой раасчет рыч чажного зажима Оп пределим силу 𝑅, с которой й должнаа действов вать гайкка на план нку, из 15 услови ия равноввесия плаанки. Для этого освободим мысленнно планку у от детали и винтового зажим ма и замен ним их деействие наа планку силами реакцир ей загоотовки 𝑊 𝑊 𝑊 9500 Н и усилием м винтово ого зажим ма 𝑅. На рис. р 2.8 предсттавлена расчетная схема плланки. Рисун нок 2.8 – Р Расчетнаяя схема планки Из условия равновесия планки и следуетт, что сум мма моменнтов сил 𝑅 и 𝑊 относи ительно оси о опоры ы планки ((точки 0) равна ну улю: 𝑀 𝐹 𝑊∙ 𝐿 𝐿 0; 𝑅∙𝐿 0. Реш шая уравн нение отн носительн но силы 𝑅, 𝑅 получим м 𝐿 𝐿 𝑅 𝑊∙ 22,8 кН. 𝐿 Такким обраазом, винттовой заж жим долж жен обесп печить сиилу давления на планкуу (рычаг)) равную ю 𝑅 22,,8 Н, чтобы зажим мать загоотовку с силой 𝑊 9 9,5 кН одн ной планк кой. Си иловой раасчет вин нтового ззажима На гайку ви интового зажима ссо стороны планки и действуует сила 𝑅′, 𝑅 равная поо модулю и противвоположн о направл ленная си иле 𝑅: 𝑅 𝑅′ 22 2,8 кН. Сд другой сттороны наа гайку деействует момент силы с 𝑄 (уусилие от руки), прилож женной на н плече, равном ддлине руккоятки гааечного кллюча 𝐿, то т есть 𝑀 𝑄 𝑄𝐿. Заввисимостьь между силами 𝑄 и 𝑅 дляя винтово ого зажим ма с подввижной гайкой й записыввается фор рмулой. 𝑊 𝑄𝐿 ∙ 𝐷 tg t α 𝑑 ппр 𝑟ср ∙ 0,3 33 ∙ 𝜇 𝐷 𝑑 . В ээтой форм муле силаа винтовоого зажим ма обознач чена букввой 𝑊, а примеп нителььно к дан нной задач че (то естть к комб бинирован нному заж жиму), бу укву 𝑊 в форм муле неообходимо заменитьь на симввол «𝑅», посколькку символ «𝑊» уже исспользоваан для обо означенияя другой силы. 16 Зная усилие 𝑅, можно определить какой должна быть сила 𝑄, чтобы обеспечить требуемую силу 𝑅: 𝑄 𝑅 tg α пр 𝑟ср ∙ 0,33 ∙ 𝜇 𝐷 𝑑 , 𝑑 𝐿∙ 𝐷 где 𝑟ср – средний радиус резьбы винта, мм 𝑟ср 𝑑ср 𝑑ср 2 ; 18,37 мм (см. приложение В); 18,37 9,19 мм; 2 – угол подъёма резьбы болта М20, 𝑟ср arctg 𝑃 𝑑ср , где 𝑃 – шаг резьбы М20 (см. приложение В), 𝑃 2,5 мм; 2,5 arctg 2°30 ; 3,14 ∙ 18,34 – коэффициент трения между планкой и торцом гайки, примем 0,1; пр arctg – угол трения в резьбе, примем tg 0,115, тогда пр 6°40′; 𝐷н , 𝐷в – наружный и внутренний диаметр буртика гайки (см. приложение Г), 𝐷н 37 мм, 𝐷в 21 мм. Подставим численные значения в формулу: 𝑄 22800 tg 2°30′ 6°40′ ∙ 9,19 ∙ 0,33 ∙ 0,1 37 15 ∙ 20 ∙ 37 21 21 166 Н. В результате получаем, чтобы зажать заготовку силой 𝑊 19 кН двумя рычажно-винтовыми зажимами данных размеров, необходимо завинчивать гайку с минимальным усилием 𝑄 166 Н на рукоятке гаечного ключа. Требуемое усилие больше допустимого 150 Н для ручных зажимов в 1,11 раз. Чтобы уменьшить 𝑃, можно изменить соотношение плеч рычага. Рассчитаем требуемое соотношение. Зная зависимость сил на рычаге от размеров плеч 17 𝑅 𝑊∙ 𝐿 𝐿 𝐿 , выразим величину 𝐿 𝐿 𝐿 через силы 𝑊′ и 𝑅 𝐿 𝐿 𝐿 𝑅 . 𝑊′ Из формулы, очевидно, что требуемое соотношение 𝐿 𝐿 𝐿 мы найдем, пересчитав силу давления гайки на планку 𝑅. Найдем модуль этой силы 𝑅 𝑅 из условия равновесия винтового зажима, нагруженного максимально допустимой силой 𝑄 150 Н на рукоятке гаечного ключа 𝑅 𝑅 tg α 𝑄𝐿 ∙ 𝐷 𝑑 φ 𝑟ср ∙ 0,33 ∙ 𝜇 𝐷 𝑑 20615 Н. Для зажима детали с силой 𝑊 9,5 кН при усилии винтового зажима 𝑅 20615 Н длины плеч рычага должны удовлетворять условию: 𝐿 𝐿 𝐿 𝐿 𝐿 Оставим плечо 𝐿 20615 2,17; 9500 𝐿 2,17. 50 мм без изменения и пересчитаем плечо 𝐿 2,17𝐿 где 𝐿 𝐿 𝐿 , 50 мм; 2,17 ∙ 50 50 𝐿 ,𝐿 58,5 мм. Заключение: для зажима заготовки с силой 𝑊 14 кН можно использовать два рычажно-винтовых зажима, если незначительно изменить размер плеча рычага 𝐿 58 мм. 18 3 Практическая работа №2 СИЛОВОЙ РАСЧЕТ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ ЗАЖИМНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ 3.1 Задание на практическую работу Определить параметры зажимного механизма для заданной схемы зажима. Номер схемы и исходные данные для расчета задаются преподавателем в соответствии с вариантом. Схемы зажимных механизмов приведены в приложении Е. 3.2 Методические указания к выполнению работы №2 1) Вычертить расчетную схему зажима детали. Указать силы, действующие на зажим от силового привода. 2) На основании исходных данных (усилия зажима детали) определить силы, действующие на зажим от силового привода. 3) Определить основные параметры силового привода (диаметр цилиндра, диаметр штока) по найденному усилию на штоке 𝑄. В работе №2 для всех вариантов следует принять: 1) силовой привод – двухсторонний одноштоковый; 2) КПД рычажного механизма ηр.м 0,85; 3) механический КПД пневмо-, гидроцилиндра ηц 0,8; 4) приведенный угол трения соответственно между клином и корпусом, клином и плунжером (роликом): φ φ 5°; 5) давление в пневмосистеме 𝑝 0,4 МПа или в гидросистеме 𝑝 4 МПа. 3.3 Краткие сведения по теории расчета поршневых пневмоприводов Пневматические силовые приводы применяются в приспособлениях для разнообразных типов металлорежущих станков. Быстрота действия, постоянство усилия зажима, возможность её регулирования и контроля, возможность дистанционного управления зажимом является основными преимуществами пневмоприводов для закрепления заготовок. Осевая сила 𝑄 на штоке пневмоцилиндра определяется в зависимости от его конструкции (рис. 3.1). 19 а) б) Рисс. 3.1. Схеемы пневмопривод дов: а) одноостороннеего пневм моприводаа с возвраатной пруужиной; б) двусторон д ннего пнеевмопривода Дляя одностоороннего пневмоц цилиндра (с возвратной прружиной) толкающее усилие (Н Н): 𝑄 𝑝𝑆η– 𝑄пр . п линдра то олкающеее усилие ((Н): Дляя двусторроннего пневмоцил 𝑄 𝑝𝑆η η тянущ щее усилиее: 𝑄 𝑆ппоршня – 𝑆штока 𝑝η, ш или 𝜋 𝐷 – 𝑑 𝑝η, 4 с воздуха в сети и; обычнно прин нимают где 𝑝 – даввление сжатого р 0,4 … 0,6 МПа; М ршня, мм м 𝑆пооршня – плоощадь пор 𝑄 𝑆 𝜋𝐷 ; 4 𝑆шттока – плоощадь што ока, мм 𝜋𝑑 ; 4 D, d – соотвветственн но диаметтры порш шня и што ока, мм (ддля расчеттов редуется прринимать 𝑑 0,5𝐷 𝐷); коменд η – коэффи ициент полезного действи ия пневмо опривода;; 𝑄пр – усилие у пределльно сжаттой пружи ины обраатного ход да, Н. 𝑆 д менных п пневмопр риводов 3.44 Расчет диафрагм Ди иафрагмен нные пнеевмопривооды (пнеевмокамер ры) прим меняются в тех случаяях, когда требуется небольш шой ход штока. По П констррукции их х делят на пнеевмокамерры односттороннегго и двусттороннего о действияя. Сила на штооке пневм мокамеры ы двусторо оннего деействия: 20 𝑄 0,26 𝐷п – 𝐷п 𝐷д 𝐷д 𝑝η η, где 𝐷п – диаметтр пневмо окамеры, мм; 𝐷д – диаметр диска, мм м. Об бычно 𝐷д 0,7𝐷п . Тогда 𝑄 0,58𝐷п 𝑝η, где 𝑝 – давлени ие сжатогго воздухаа в сети, МПа; М η – коэффицциент пол лезного действвия пневм мокамеры ы (η 0,85 … 0,90). Ди иаметры цилиндра ц ро- и пнев вмоцилинндров выб бирает𝐷 и штокка 𝑑 гидр ся из сстандартн ного ряда ГОСТ 65540-68. 3.55 Пример р выполнения рабботы № 2 Дан но: 𝑊 9800𝐻; 9 𝑙 120 м мм; 𝑙 100 1 мм, α 8°. Най йти: необ бходимыее размеры ы пневмоц цилиндра (𝐷 и 𝑑). Схема зажим много механизма п показана на рис. 3.2. Ри ис. 3.2. С Схема зажима детал ли шение. Реш Си иловой раасчет рыч чажного механизма Из условия равновессия рычаага под действием д м двух мооментов (𝑀 𝑄 𝑙 ) оттносителььно точки и опоры определяе о ем усилиее 𝑄 на 𝑀 илли 𝑊𝑙 правом м конце рычага, р нееобходим мое для со оздания усилия 𝑊 на левом м конце рычагаа (с учетоом КПД рычажногоо механиззма), Н 𝑊𝑙 𝑄 , 𝑙 η где 𝑊 – заданн ное усили ие зажим ма детали,, Н; 𝑙 – плечо сиилы 𝑊, мм; 𝑙 – плечо силы 𝑄 , мм; η – КПД К рычаажного механизма м а. Подставляя значенияя в формуулу (1), по олучим: 980 00 ∙ 100 𝑄 9608 Н. 120 0 ∙ 0,85 Си иловой раасчет одн ноплунжеерного кл линового о механиззма 21 Для одноплунжерного клинового механизма определяем необходимую силу 𝑄 , действующую на штоке пневмоцилиндра: 𝑄 𝑄 ∙ tg α φ tgφ , 1 tg α φ ∙ tgφ где φ – угол трения на наклонной поверхности клина, φ – угол трения на 5°50′; φ – угол трения на горизонтальной поверхности клина, φ φ 11°; α – угол скоса клина, α 8°. поверхности плунжера, φ Подставляя значения в формулу (2), получим: 𝑄 9680 ∙ tg 8° 5,83° tg5,83° 1 tg 8° 5,83° ∙ tg11° 3519 Н. Расчет пневмопривода Определяем необходимый диаметр поршня, который позволит создать расчетную силу 𝑄 , Н 𝐷 4𝑄 , 𝜋𝑝η где 𝑝 – давление в пневмосистеме, МПа; η – КПД привода. Подставляя значения в формулу (3), получим: 𝐷 4 ∙ 3519 𝜋 ∙ 0,4 ∙ 0,85 114,8 мм. Принимаем стандартные размеры пневмоцилиндра: диаметр поршня 𝐷 125 мм и диаметр штока 𝑑 32 мм. 22 Приложение А Схемы ы закрепления заго отовки ком мбинировванными зажимам ми к работте №1 Схема №1 №2 Схема № Схема №3 №4 Схема № Схема №5 №6 Схема № 23 Прод должениее приложения А Схема №7 Схема № №8 Схема №9 №10 Схема № Сххема №11 1 №12 Схема № 24 Окончаниее приложения А Сххема №13 3 Схема № №14 Сххема №15 5 №16 Схема № Схема №17 № Схемаа №18 25 Приложение Б Коэффициенты трения () Условия трения При контакте обработанных поверхностей заготовки с опорами и зажимным механизмом приспособления При контакте необработанных заготовок (отливок, поковок) с опорами в виде постоянных опор (штырей) со сферической головкой При контакте заготовок с зажимным механизмом и опорами, имеющими рифления, и при больших силах взаимодействия При закреплении в кулачковом или цанговом патроне с губками: гладкими с кольцевыми канавками с взаимно перпендикулярными канавками с острыми рифлениями 26 0,16 0,2...0,25 0,7 0,16.. .0,18 0,3. ..0,4 0,4... 0,5 0,7…1,0 Приложение В Основные размеры метрической резьбы с крупным шагом для диаметров от 6 до 68 мм (извлечение из ГОСТ 24705-2004). Диаметры резьбы винта, мм Номинальный Шаг резьбы, диаметр резьбы, наружный средний внутренний 𝑃, мм 𝑑, мм 𝑑 𝐷 𝑑 𝐷 𝑑 𝐷 6 1,00 6 5,350 4,917 7 1,00 7 6,350 5,917 8 1,25 8 7,188 6,647 9 1,25 9 8,188 7,647 10 1,50 10 9,026 8,376 11 1,50 11 10,026 9,376 12 1,75 12 10,863 10,106 14 2,00 14 12,701 11,835 16 2,00 16 14,701 13,835 18 2,50 18 16,376 15,294 20 2,50 20 18,376 17,294 22 2,50 22 20,376 19,294 24 3,00 24 22,057 20,752 27 3,00 27 25,051 23,752 30 3,50 30 27,727 26,211 33 3,50 33 30,727 29,211 36 4,00 36 33,402 31,670 39 4,00 39 36,402 34,670 42 4,50 42 39,077 37,129 45 4,50 45 42,077 40,129 48 5,00 48 44,752 42,587 53 5,00 52 48,752 46,587 56 5,50 56 52,428 50,046 60 5,50 60 56,428 54,046 64 6,00 64 60,103 57,505 68 6,00 68 64,103 61,505 Резьбы М6 не рекомендуются к применению в виду недостаточной прочности. Предпочтительны резьбы: М8, М10, М12, М16, М20, М24, М30, М36. 𝑑, 𝑑 , 𝑑 – для винтов, 𝐷, 𝐷 , 𝐷 – для гаек. В расчетах значения 𝑑 , 𝑑 , 𝐷 , 𝐷 округлять до десятых долей мм. 27 Приложение Г Шайбы нормальные (ГОСТ 11371-78) – основные размеры Номинальный диаметр резьбы крепежной детали Шайбы нормальные 𝐷в , мм 𝐷н , мм 𝑆, мм 1,0 1,1 3,5 0,3 1,2 1,3 4,0 0,3 1,4 1,5 4,0 0,3 1,6 1,7 4,0 0,3 2,0 2,2 5,0 0,3 2,5 2,7 6,5 0,5 3,0 3,2 7,0 0,8 4,0 4,3 9,0 1,0 5,0 5,3 10,0 1,6 6,0 6,4 12,5 1,6 8,0 8,4 17,0 2,0 10,0 10,5 21,0 2,5 12,0 13,0 24,0 2,5 14,0 15,0 28,0 2,5 16,0 17,0 30,0 3.0 18,0 19,0 34,0 3,0 20,0 21,0 37,0 3,0 22,0 23,0 39,0 3,0 24,0 25,0 44,0 4,0 27,0 28,0 50,0 4,0 30,0 31,0 56,0 4,0 36 37,0 66,0 5,0 42 43,0 78,0 7,0 28 Приложение Д Основные параметры круговых эксцентриков Диаметр Эксценэксцентрика триситет 𝐷, мм 𝑒, мм Угол поворота эксцентрика γ 60° γ 90° γ 120° ℎ, мм α, град ℎ, мм α, град ℎ, мм α, град 32 1,7 0,85 5°30′′ 1,70 6°04′′ 2,55 4°49′′ 40 2,0 1,00 5°13′′ 2,00 5°43′′ 3,00 4°43′′ 50 2,5 1,25 5°13′′ 2,50 5°43′′ 3,75 4°43′′ 60 3,0 1,40 5°13′′ 3,00 5°43′′ 4,50 4°43′′ 65 3,5 1,75 5°39′′ 3,50 6°10′′ 5,25 5°02′′ 70 3,5 1,75 5°13′′ 3,50 5°43′′ 5,25 4°43′′ 80 4,0 2,00 5°13′′ 4,00 5°43′′ 6,00 4°43′′ 80 5,0 2,5 5°34′′ 5,00 7°07′′ 7,50 5°49′′ 100 5,0 2,5 5°13′′ 5,00 5°43′′ 7,50 4°33′′ 100 6,0 3,0 5°17′′ 6,00 6°51′′ 9,00 5°56′′ 120 6,0 3,0 5°13′′ 6,00 5°43′′ 9,00 4°43′′ 140 7,0 3,5 5°13′′ 7,00 5°43′′ 10,50 4°43′′ В таблице: ℎ – ход кулачка; α – угол подъема кривой эксцентрика 29 Прилож жение Е Схемы ы закрепления заго отовки ком мбинировванными зажимам ми к работте №2 С Схема №1 1 Схема № №2 С Схема №3 3 Схема № №4 Схема №5 № Схем ма №6 С Схема №7 7 30 Продолжени ие прилож жения Е Схеема №8 Схема С №99 № Схема №10 ма №11 Схем Сххема №12 2 Схема № №13 31 Оккончание приложен п ния Е Сххема №14 4 Схема № №15 Схема №16 № Схемаа №17 Схема № №19 Сххема №18 8 32 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1 Блюменштейн, В. Ю. Проектирование технологической оснастки: учебное пособие для вузов / В. Ю. Блюменштейн, А. А. Клепцов. – 4-е изд., стер. – Санкт-Петербург: Лань, 2021. – 220 с. 2 Тарабарин, О. И. Проектирование технологической оснастки в машиностроении: учебное пособие / О. И. Тарабарин, А. П. Абызов, В. Б. Ступко. – 2-е изд., испр. и доп. – Санкт-Петербург: Лань, 2022. – 304 с. 3 Шишкин, В.П. Основы проектирования станочных приспособлений: теория и задачи: учебное пособие для вузов. [Электронный ресурс]: учеб. пособие / В.П. Шишкин, В.В. Закураев, А.Е. Беляев. – Электрон. дан. – М.: НИЯУ МИФИ, 2010. – 288 с. 4 Зубарев, Ю. М. Расчет и проектирование приспособлений в машиностроении: учебник / Ю. М. Зубарев. – Санкт-Петербург: Лань, 2022. – 320 с. 33
