СтудБаза - Робота - Розрахунок та проектування мембранного патрона
Назва: Розрахунок та проектування мембранного патрона
- 2 Розрахунок та проектування мембранного патрона
- 2.1 Службове призначення та опис мембранного патрона
Мембранні механізми, що самоцентрують, використовуються для точного центрування заготовки по короткій внутрішній або зовнішній циліндричній поверхні. Закріплення заготовки здійснюється силами пружності мембрани, оскільки діаметр, який встановлено кулачки, трохи менше базового діаметра заготовки. Мембранні набої мають високу точність центрування, завдяки чому застосовуються на чистових операціях.
Проектований одномісний настановно-затискний пристрій мембранний патрон, що працює на стиск, використовується для установки геометрично подібних заготовок, в даному випадку, для установки заготовки фланця даного типорозміру. Даний пристрій застосовується при врізному шліфуванні пояска на правому торці фланця (спеціальна шліфувальна операція 045). Патрон приводиться у дію пневматичним приводом. Зв'язок його із приводом відбувається за допомогою штока. При русі штока право сила приводу передається на мембрану, яка прикріплена до планшайби патрона із симетрично розташованими затискними кулачками. Кулачки розтискаються. Заготівля встановлюється в затискні кулачки до упору з опорами, які закріплені гвинтами на планшайбі. При відході штока назад мембрана, прагнучи повернутися у вихідне положення, стискає своїми кулачками заготовку. Матеріал мембрани – сталь 65Г, загартована до твердості HRC 40-45. Пневмопривід пристрою працює при тиску до 15 МПа. При використанні даного пристрою реалізується багатоточкова схема закріплення заготовки.
Мембранний патрон забезпечує високу точність взаємного розташуванняоброблюваних поверхонь щодо базових.
Мембранний патрон забезпечує точність центрування 0003-0005 мм. Для підвищення точності кулачки патрона шліфують після їх встановлення мембранний патрон.
Розрахунок сил затиску зводиться вирішення завдання статики на рівновагу твердого тіла під впливом зовнішніх сил. Величина сил затиску визначається з умови рівноваги всіх сил при повному збереженні контакту технологічних баз оброблюваної заготовки з установочними елементами пристосування і неможливості її зсуву або повороту в процесі обробки.
Заготівля з діаметром бази Ø 250 мм закріплена в самоцентруючому мембранному затискному пристрої. На неї діють радіальні затискні сили, число яких дорівнює числу кулачків, і момент, що крутить.
На затискання заготовку при обробці діють різні складові сили різання.
Тангенційна сила має найбільший вплив. Вона прагне провернути заготівлю навколо осі. Цьому перешкоджають сили тертя, що виникають між кулачками та циліндричною поверхнею заготовки при їхньому контакті.
Також виникає сила, яка прагне перекинути заготівлю в кулачках. Перекидання можливе при нежорсткому, ненадійному закріпленні. Однак ця сила набагато менша за тангенційну силу і перекидання в даному випадку малоймовірне.
Сила, що діє в осьовому напрямку, прагне змістити заготовку вліво. Лівим торцем заготовка встановлена в упор. Тому реакції упору компенсують будь-які осьові сили та перешкоджають зміщенню.
Вихідними даними для розрахунку патрона є: момент різання Мрез, що прагне провернути заготовку в кулачках патрона, діаметр поверхні заготовки бази рівний d, а також відстань l від середини кулачків до середньої площини мембрани.
Проведемо розрахунок необхідних сил затиску заготовки та конструктивних параметрів мембранного патрона за методикою [1].
Рисунок 2.4 – Схема дії сил
- Крутний момент при врізному шліфуванні
З цією метою визначимо ефективну потужність різання при врізному шліфуванні поверхні Ø208 мм.
де = 0,14; r=0,8; y=0,8; q=0,2; z=1;
м/хв; мм/про; d=208 мм; b = 10 - ширина шліфування, мм.
Зважаючи на те, що потужність різання витрачається на складову Pz сили різання та пов'язаний з нею момент:
2. Необхідне радіальне зусилля затискання деталі на одному кулачку:
де n = 6 – число кулачків;
f – коефіцієнт тертя між кулачками та заготівлею; f = 0,15 ... 0,18;
d – діаметр базової поверхні заготівлі, d=25 см;
k - коефіцієнт запасу, k = 2,5;
3. Згинальний момент, прикладений до диска мембрани для створення необхідної сили затиску:
де l - Виліт від середини кулачка до середньої площини мембрани, l = 10,5 см;
4. При діаметрі базової поверхні d=25 см приймаємо діаметр мембрани D=28 см та її товщину s=1 см.
5. Визначимо момент закріплення Мз
При співвідношенні знаходимо;
Отримуємо Mз = 0,7 · 365,8 = 256,1 Н.
6. Визначимо циліндричну жорсткість мембрани:
де Е - модуль пружності, Е = МПа;
- Коефіцієнт Пуансона, = 0,3;
7. Кут розтискання кулачків при закріпленні заготівлі мінімального діаметра:
8. Кут максимального розтиску кулачків:
де - Допуск на базову поверхню заготівлі (для Ø250Н9): Td=0,115мм;
- Гарантований зазор для встановлення заготовки. Приймаємо 0,02 мм;
9. Визначимо необхідну силу на штоку для розтискання кулачків патрона:
Як силовий привод вибираємо пневмоциліндр(обертається) діаметром 180 мм. При подачі повітря в штокову область та при тиску 0,5 МПа він розвиває зусилля 12000 Н.
- 2.3 Розрахунок пристосування на точність
Мета розрахунку пристосування на точність полягає у визначенні необхідної точності виготовлення пристосування за вибраним параметром точності і завдання допусків розмірів деталей і елементів пристосування.
На спеціальній шліфувальній операції 035, для якої проектується спеціальне пристосування - мембранний патрон, проводиться врізне шліфування паска на правому торці, при цьому витримується допуск торцевого биття щодо осі внутрішнього отвору фланця рівний 20 мкм.
На точність розраховуватимемо упори, на які впирається заготівля в пристрої при установці. Допуск на торцеве биття завзятих поверхонь пристосування повинен бути меншим за допуск на торцеве биття пояска, вказаного на кресленні деталі.
Похибка їх виготовлення, допустиму для витримування допуску на биття, визначимо за формулою:
де δ=20 мкм - допуск на биття, що витримується;
Кт = 1,1 - коефіцієнт, що враховує відхилення розсіювання значень складових елементів від закону нормального розподілу;
Кm1=0,85 – враховує зменшення граничного значення похибки базування під час обробки на налаштованих верстатах;
Кm2=0,75 - коефіцієнт, враховує частку похибки обробки сумарної похибки, викликаної чинниками, які залежать від пристосування;
ω=7 мкм – економічна точність обробки; враховує биття осі пристосування (незалежно від упору);
εб =0 – похибка базування, т.к. вимірювальна та технологічна бази збігаються (лівий торець фланця);
εз=0 – похибка закріплення, сили затиску внапрямку витримуваного розміру відсутні;
εу=0,008 мм – похибка установки пристосування на верстаті (несоосність шпинделя щодо осі пристосування);
εі – похибка положення робочих поверхонь упорів внаслідок їх зношування в процесі експлуатації:
εпі – похибка перекосу інструменту через неточність виготовлення напрямних елементів:
εпі = 0, т.к. у конструкції відсутні напрямні елементи;
Отримане відхилення торцевого биття завзятих кулачків вказуємо в технічних вимогах на складальному кресленні пристосування.
- 2.4 Розрахунок пристосування на міцність
Проаналізувавши конструкцію пристосування, можна дійти висновку, що одними з найбільш навантажених елементів є гвинти М10х45, що з'єднують кулачки мембранного патрона безпосередньо з мембраною і зазнають впливу радіальних сил затиску Q. Дана сила навантажує з'єднання в площині стику деталей, відповідно гвинти працюють.
Матеріал гвинта - Ст 5; допустиме напруження зрізу [τср] = 80 МПа.
Гвинти розраховуємо на міцність під впливом сили Q=458,3 Н.
Розрахунок напруги зрізу здійснюємо за формулою [5]:
де Q - зрізна сила, Н;
d – діаметр стрижня гвинта, d=8,5 мм;
i– число стиків (кількість гвинтів) у поєднанні; у цьому випадку кожен із шести кулачків кріпиться на двох гвинтах, відповідно i=2;
[τср] – напруга зрізу, що допускається; для сталі 5 [τср] = 80 МПа.
Тоді мінімальний розмір небезпечного перерізу:
Оскільки діаметр стрижня гвинта, що використовується, 8,5 мм значно більше розрахованого мінімально допустимого розміру 1,9 мм, то можна зробити висновок про те, що гвинти М10х45 можна використовувати в конструкціїданого пристрою.