2.5. Методические указания к выполнению задачи
Чтобы выполнить требования задачи, 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(150Н).
Если рассчитанное усилие на рукоятке больше допустимого, пересчитайте размеры зажимного устройства, позволяющие снизить усилие Q до 150 Н.
Решите эту задачу в следующей последовательности:
1. Изучите раздел «Зажимные устройства приспособлений» по литературе /1,с.39...55; 2, С.39...64; 4, с.87.,.97; 7, с.43.,.55/. Изучение данного руководства и выполнение задания потребует от вас знания следующих основных сведений:
- о назначении зажимных устройств;
- о конструкции и работе клиновых, винтовых, эксцентриковых, рычажных зажимных устройств;
- о конструкции и работе комбинированных зажимов;
- о силовом расчете перечисленных элементарных механизмов.
2. Выполните анализ исходных данных в три этапа:
- определить вид зажимного устройства, его состав и принцип действия из анализа графической схемы своего варианта;
- проанализируйте силы взаимодействия между элементами зажимного механизма (силовой анализ);
- проанализируйте численные значения исходных данных.
3. Выполните силовой расчет механизма.
В разделах 2.6, 2.7 представлена подробная методика выполнения всех этапов решения задачи.
Каждый раздел заканчивается конкретным примером выполнения определенного этапа работы.
2.6.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:
- контуры заготовки, которую необходимо закрепить;
- зажимной механизм;
- неподвижные части приспособления, то есть элементы базирования заготовки и части корпуса.
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:
- назовите элементарные и комбинированные зажимы;
- 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:
- силу W, с которой зажим действует ан заготовку;
- 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
Рисунок 2.1 - Схема крепления заготовки
1. W* = 14 кН сила зажима заготовки двумя прихватами;
2. Z = 2 число зажимов;
3. d - диаметр резьбы болта, d = М12;
4. L1 и L2, мм - длины плеч рычага; L1= 50мм, L2 = 70мм;
5. L= (12.. .15)d, мм - длина рукоятки гаечного ключа;
6. Q = 25... 150 Н, допустимое усилие, на рукоятке ручного зажима.
Анализ графической схемы задачи
В схеме данного варианта использован комбинированный рычажно-винтовой зажим. Он состоит из двух элементарных механизмов. Первый -винтовой - включает гайку (поз.1, рис.2.1) и болт (поз.2). Второй - рычажный механизм, реализован планкой (поз.3, рис.2.1) и ее опорой (поз.4).
Заготовка крепится к столу двумя планками (Z = 2) с силой W*, значит усилие зажима одной планкой составит:
W = W*/2
2 Сила W обеспечивается тем, что при закреплении детали к рукоятке гаечного ключа, которым поворачивают гайку, приложено усилие руки рабочего Q на расстоянии L = (12... 15)d, мм от оси болта (рис.2.2).
Гайка при зажиме давит на планку с силой, которую обозначим R (рис.2.2) и, поворачивая планку относительно точки «0» опоры по часовой стрелке, зажимает заготовку с силой W. Сила W известна. Усилие на рукоятке Q необходимо найти и сравнить с допустимым.
а) Рычажный зажим
б) Винтовой зажим
в) Комбинированный зажим
Рисунок 2.2 - Силы, действующие на механизмы комбинированного зажима
Анализ сил
На планку, изолированную от заготовки и винтового зажима действуют силы: W! - реакция заготовки (W' = W) и R- сила давления гайки (усилие винтового зажима). На рисунке 2.2 планка не изолирована от шарнирной опоры, так как задачу можно решить, не определяя реакцию опоры.
На винтовой зажим, изолированный от рычажного, кроме усилия на рукоятке Q действует реакция планки (рычага) R', равная по модулю R и противоположно направленная (рис. 2.2).
2.7. Методика выполнения силового расчета зажимного механизма
Последовательность расчета комбинированного зажимного механизма.
Силовой расчет выполняют на основе анализа исходных данных для определения сил, с которыми взаимодействуют звенья зажимного механизма. В этой задаче его цель - определение минимально необходимого усилия Q на рукоятке приспособления.
Выполните силовой расчет комбинированного зажима как последовательный силовой расчет каждого из элементарных механизмов, входящих в состав комбинированного.
Начните расчет с того механизма, для которого известно действующее на него усилие. В данной задаче это тот элементарный механизм, который контактирует с заготовкой, так как на него действует реакция (противодействие) заготовки, равная и противоположная известной силе зажима W.
Из этого расчета найдите силу взаимодействия данного механизма со следующим зажимом, т.е. силу R, что позволит перейти к расчету второго зажима.
Приложите найденную силу ко второму зажиму в виде реакции со cстороны первого механизма и определите усилие на рукоятке Q.
Силовой расчет элементарного механизма
Для определения неизвестных сил, действующих на элементарный зажим, записывают и решают уравнение статики. В конце зажима каждый элемент механизма неподвижен под действием всех приложенных к нему сил и их моментов. Равновесие неподвижного элемента можно записать в виде уравнений статики: сумма проекций всех сил на оси X и У и сумма моментов этих сил относительно любой точки равна нулю:
 Fiz = 0
Fiу = 0
Mо(Fi) = 0
Реально в данной задаче этим приемом вы воспользуетесь только при расчете рычажного механизма, так как для клиновых, винтовых, эксцентриковых удобнее использовать эту зависимость между силами в виде готовой расчетной формулы. Формулы имеются в учебной и справочной литературе для всех зажимных механизмов и приведены в следующем разделе этой главы.
Рассмотрим, как решается система уравнений для рычажного механизма.
Силовой расчет рычажного механизма
Рассмотрим условие равновесия рычага на примере изображенного на рисунке 2.2, чтобы найти неизвестные силы. Рычаг необходимо изолировать от других элементов системы и приложить к нему все действующие силы.
Рисунок 2.3 – Расчетная схема рычага
В конце зажима рычаг неподвижен под действием моментов от силы реакции заготовки W и усилия со стороны гайки R. (см. рис.2.3).
Чтобы найти неизвестную силу R давления гайки на рычаг, равновесие
неподвижного рычага можно записать в виде уравнения статики.
Например, отсутствие поворота рычага относительно точки О опоры
должно быть записано следующим образом:
Mо(Fi) = 0
W (L1+L2) - RL1 = 0
R = W(L1+L2)/ L1
Чтобы составлять для рычага уравнения в проекциях или рассматривать сумму моментов всех сил относительно любой другой точки кроме шарнирной опоры, необходимо освободить рычаг и от опоры, заменив ее действие реакциями связи.
2.8. Формулы для силового расчета элементарных зажимных механизмов
Наиболее часто в приспособлениях используют клиновой (а), винтовой (б), эксцентриковый (в), рычажный (г) элементарные зажимы (см. рис.2.4).
Рисунок 2.4 - Элементарные зажимные механизмы
Каждый из этих механизмов обеспечивает зажим заготовки с силой W которая зависит от усилия привода (источника энергии) Q и конструктивных параметров зажима (например, от угла клина, размеров плеч рычага).
Когда к зажимному механизму прикладывают внешнюю силу Q, она трансформируется в силу зажима заготовки W, которая обычно больше Q в несколько раз (в «i» раз). W = iQ, или Q = iW. Коэффициент i называют коэффициентом усиления зажима, его варьируют, меняя конструктивные параметры механизма.
Расчетные формулы для винтовых зажимных механизмов
Рис.2.5. Винтовые зажимы
Винтовой зажим с неподвижной гайкой и сферическим торцем (рис.2.5,а)
2.Винтовой зажим с подвижной гайкой (рис.2.5,б)
Принятые условные обозначения в формулах для винтовых зажимов:
- W - сила зажима заготовки винтом или гайкой, Н;
- Q - усилие, приложенное к рукоятке, Н;
- L = (12.. .15)d - длина рукоятки зажима или гаечного ключа, мм;
- d, мм - диаметр резьбы винтового зажима;
- rср - средний радиус резьбы винта, мм; rср = dср/2, где (dср - средний диаметр резьбы (см. Приложение 1);
- угол подъема резьбы, град; tg = Р / dср,
где Р - шаг резьбы, мм (см. Приложение 1);
пр - приведенный угол трения в резьбе, град; tg пр = , / cos1 = 1,15
где 1- половина угла при вершине профиля метрической резьбы, 1=30°;
- коэффициент трения в резьбе (см. Приложение 2).
При =0,1, tg пр = 0,115, пр = 640';
1- коэффициент трения между торцем гайки и контактирующей с ней поверхностью, 1 = 0,1...0,15;
Dн, Dв - наружный и внутренний диаметры шайбы или опорного торца гайки, мм (см. Приложение 2, и рис. 2.5, б).
Расчетные формулы для эксцентрикового зажима
Рисунок 2.6 - Эксцентриковый зажим
Формула для расчета усилия на рукоятке Q, Н
Принятые условные обозначения:
- W - сила зажима заготовки винтом или гайкой, Н;
- Q - усилие, приложенное к рукоятке, Н;
- L - длина рукоятки, мм;
- и 1 - углы трения соответственно на площадке контакта заготовки и эксцентрика и в цапфе эксцентрика.
- и 1 - коэффициент трения между заготовкой и эксцентриком и в цапфе эксцентрика (см. Приложение 2);
- Rср – радиус эксцентрика, мм; Rср = D/2,
Где D-диаметр эксцентрика, мм;
- ср - средний угол клина эксцентрика, град; ср
4°.
2.9. Пример силового расчета комбинированного зажима
Задание
Заготовка корпусной детали крепится к столу фрезерного станка двумя планками с помощью винтового зажима. Зажим выполняют, поворачивая гайку с буртиком с помощью гаечного ключа, длина рукоятки которого (L) приблизительно составляет 12…15 диаметров резьбы болта (d). Усилие руки рабочего на рукоятке гаечного ключа составляет Q = (25...150)Н. Болт имеет резьбу d = М20. Длины плеч зажимной планки равны L1 = 50мм и L2 = 70мм, общее число зацеплений заготовки Z = 2.
Определить, позволяет ли ручной зажим закрепить деталь с силой W* = 14 кН.
Рисунок 2.7. – Схема зажимного механизма
Последовательность расчета
Для того чтобы решить, можно ли зажать заготовку с силой W* = 14 кН с помощью ручного зажима, определим минимально необходимое усилие на
рукоятке Q гаечного ключа и сравним его с допустимым усилием для ручных
зажимов(Q
25…50Н).
Разделим задачу на этапы:
1. Анализ исходных данных;
2. Расчет силы R, действующей на рычаг (планку) со стороны винтового зажима;
3. Определение требуемой силы Q на рукоятке гаечного ключа;
4. Сравнение требуемой силы Q с предельно допустимыми значениями и формулировка вывода о пригодности зажима;
5. Перерасчет исходных данных в случае, когда ручной зажим не обеспечивает закрепления детали с силой W.
Анализ исходных данных
Результаты этого этапа задачи для данной схемы (рис.2.2) приведены на странице 42 b здесь не дублируются. Для одной планки W = W*/2 = 14/2 = 7 кН.
Силовой расчет рычажного зажима
Определим силу R, с которой должна действовать гайка на планку, из условия равновесия планки в коще зажима. Для этого освободим мысленно планку от детали и винтового зажима и заменим их действие на планку силами реакцией заготовки W = W = 7000 Н и усилием винтового зажима R. На рис.2.8 представлена расчетная схема планки.
Рисунок 2.8 - Расчетная схема планки
Из условия равновесия планки следует, что сумма моментов сил R и W относительно оси опоры планки (точки 0) равна нулю:
Mо(Fi) = 0
W (L1+L2) - RL1 = 0
Решая уравнение относительно силы R, получим
R = W(L1+L2)/ L1 = 16,8 кН.
Таким образом, винтовой зажим должен обеспечить силу давления на планку (рычаг) равную R = 16,8 Н, чтобы зажимать заготовку с силой W = 7 кН одной планкой.
Силовой расчет винтового зажима
На гайку винтового зажима со стороны планки действует сила R', равная по модулю и противоположно направленная силе R: R = R' = 16,8 кН.
С другой стороны на гайку действует момент силы Q (усилие от руки), приложенной на плече, равном длине рукоятки гаечного ключа L, то есть M = QL.
Зависимость между силами Q и R для винтового зажима с подвижной
гайкой записывается формулой.
В этой формуле сила винтового зажима обозначена буквой W, а применительно к данной задаче (то есть к комбинированному зажиму), букву W в формуле необходимо заменить на символ «R», поскольку символ «W» уже использован для обозначения другой силы.
Зная усилие R, можно определить какой должна быть сила Q , чтобы обеспечить требуемую силу R:
где- rср - средний радиус резьбы винта, мм; rср = dср/2
dср = 18,37 мм (Приложение 1),
rср = 18,37/2 = 9,19 мм;
- угол подъёма резьбы болта М20,
= arctg P/ dср
где Р - шаг резьбы М20 (Приложение 1), Р=2,5 мм
= arctg 2,5/ 3,1418,34 = 2°30';
пр = arctg пр - угол трения в резьбе, примем пр = tgпр = 0,115 , тогда пр = 6°40';
2 - коэффициент трения между планкой и торцом гайки, примем 2
0,1 (Приложение 2);
Dн, Dв - наружный и внутренний диаметр буртика гайки (Приложение 2),
Dн = 37мм, Dв = 21мм.
Подставим численные значения в формулу:
Н
В результате получаем, чтобы зажать заготовку силой W = 14 кН двумя
рычажно-винтовыми зажимами данных размеров, необходимо завинчивать гайку с минимальным усилием Q = 168 Н на рукоятке гаечного ключа.
Требуемое усилие больше допустимого 150Н для ручных зажимов в 1,12 раз. Чтобы уменьшить Р можно изменить соотношение плеч рычага.
Рассчитаем требуемое соотношение.
Зная зависимость сил на рычаге от размеров плеч R = W(L1+L2)/ L1, выразим величину (L1+L2)/ L1 через силы W” и R:
Из формулы очевидно, что требуемое соотношение
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:
Для зажима детали с силой W = 7кН при усилии винтового зажима
R = 16,07 кН длины плеч рычага должны удовлетворять условию:
Оставим плечо L1 = 50мм без изменения и пересчитаем плечо L2:
2,3L1=L1+L2, где L1 = 50мм
2,350 = 50 + L2, L2 = 65мм.
Заключение: для зажима заготовки с силой W = 14кН можно использовать два рычажно-винтовых зажима, если незначительно изменить размер плеча рычага L1/L2= 65мм.
|
Скачать 5.01 Mb.