Оборудование производства ИУ

метки: Оборудование, Производственный, Изготовление, Производство, Ротор, Технологический, Прочность, Инструментальный

Разработать автоматическую роторную линию для сборки спортивного патрона калибром 5.6 мм с производительностью 800 шт./мин.

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.

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

Курсовая №3844 Синтез аммиака

... исходного сырья и готового продукта а также физико-химические основы процесса синтеза аммиака рассмотреть технологическую схему производства и провести материальные и тепловые расчеты. 1. Обзор ... без циркуляции газа. Первоначально на установках системы Клода применялись конверторы небольших размеров внутренний диаметр 100 мм высота 2100 мм. Конструкция насадки весьма примитивна. Входящий ...

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

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

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.

Выпускной квалификационной работы «Анализ конструкции привода ...

... СБШ (станок буровой шарошечный), СБР (станок бурения резанием), СБУ (станок буровой ударно-вращательного действия) и комбинированные (в типаже обозначенные СБУШ), рассчитанные на использование шарошечных, режущих, пневмоударных и других буровых инструментов. Есть также станки СБШ ... питание приводов станка на высокое напряжение, широкое применение гидроприводов механизмов, совершенствование приводов ...

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 t ₁ , t₄ – соответственно время на подачу детали и выдачу ее из ротора, с;

t ₂ , 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 t ₁ 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 t ₂ и t₃ рассчитываем в зависимости от скорости срабатывания зажимных приспособлений, центрирующих и съемных механизмов. В первом приближении принимаем:

t ₂ = 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

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

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, мм ² ;

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 мм ²

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.

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 N ₁ 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

N ₁ =3/2 P_т К_х (a/b+5/6)

N ₂ =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;

f ₁ – 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

N ₁ = 260 H

N ₂ = 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 .

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

(10)

d ₀ = 5.7 мм

Принимаем d ₀ = 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/(d ₀ l_p )[p];

R/(d ₀ l_p ) = 4,1 Мпа

Условие выполняется

где D ₀ 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.

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 N ₂ , 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)

s ₁ = 0,17 МПа

s ₂ = 0,117 МПа

s ₃ = 3,78 МПа

s ₄ = 3,49 МПа

t ₁ = 6,47 МПа

t ₂ =4,31 МПа

Суммарное нормальное напряжение будет максимальным в точке А, где все составляющие имеют один знак: s _{å A} = s₁ + s₂ + s₃ + s₄ .

s _{å A} = 7,56 МПа

Касательное напряжение в этой точке равно t ₂ .

Суммарное касательное напряжение максимально в точке В, где t _{å B} = t₁ + t₂ . Суммарное нормальное напряжение в точке В составит s_{å B} = s₁ + s₂ + s₄ .

s _{å B} = 3,777 МПа

Расчет перемычки на прочность, поскольку барабаны изготав­ливаются из чугуна, следует вести по I теории прочности, приня­той для хрупких материалов:

;

• где [s]– допускаемое напряжение материала барабана, МПа ([s]= (0,16…0,18)× s _в )_.

=11,27 МПа

=24,55 МПа

Условие выполняется

Материалы элементов конструкции роторной машины выбираем по таблице 8 [1]

Элемент конструкции	Материал	Термообработка
Инструментальные Блоки: 1. корпус 2. втулка 3. захват крепления Механический привод: 4. барабан 5. ползун 6. ролики — оси консольных роликов – копиры Главные валы роторов Блокодержатель Шпильки гидроблока Диски транспортных роторов	40Х Ст.30 Ст.40, 20Х СЧ20 Ст.45 40Х 20Х ШХ15 Ст.45 Ст.45 Ст.45 Ст.45	Закалка, НВ 240…300 Закалка, НRC 45…50 Закалка, НPC 48…52 НRC 56…60

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.

Суммарный момент M на валу технологического ротора с механическим (кулачковым) приводом складывается из момента тех­нологических сил М _т , момента сил трения М_тр , момента на преодоление инерции вращающихся масс ротора при пуске линии М_и .

M= М _т + М_тр + М_и (17)

Момент технологических сил определяется по формуле:

М _т = P_т R_p u_осн tg a_k

где Р _г – технологическое усилие, Н;

a _к –угол подъема профиля кулачка;

R _р – радиус начальной окружности ротора, м;

u _осн – число инструментальных блоков в рабочей зоне ротора.

М _т = 2.12 Н/м

Момент сил трения:

М _{т p} = G_p R_n m_n /cos a_n ,(18)

где G _р – вес ротора, Н;

R _п – средний радиус подшипников ротора, м;

m _п – коэффициент трения в подшипниках (m_п = 0,06…0,1);

a _п – угол, определяющий направление усилия в подшипниках

(a _п = 12 °).

М _{т p} = 0,62 Н/м

Момент инерции масс ротора можно приближенно определить по формуле:

М _и = G_p R_n ² e/2g (19)

где e– среднее угловое ускорение ротора при пуске линии, с ^-2 ;

g– ускорение свободного падения, м / с ^-2 .

Среднее угловое ускорение ротора:

e = pn _p /30T_n

где n _р – число оборотов ротора, об / мин;

Т _п – время пуска линии, с.