Модернизация станка Nagel (стр. 12 из 16)
Для изменения усилия зажима обрабатываемой детали предлагается применить схему дифференциально-дроссельного регулирования [11]. Такая схема характеризуется постоянным подводом расхода масла и в этом случае применяется параллельный монтаж дросселя и гидроцилиндра. Дроссель для малых скоростей перемещения (до 1 м/мин) монтируют на выходе гидроцилиндра, в таком случае обеспечивается более равномерное изменение регулируемых параметров. Давление в цилиндре изменяется соответственно профилю проходного отверстия дросселя, при этом от нуля до максимума изменяется и мощность гидроцилиндра. Особенность дифференциально-дроссельного регулирования в том, что используют золотник с двумя сопротивлениями или два дросселя. Это необходимо для реверсирования гидроцилиндра сопротивлением дросселя. При наибольшем сопротивлении дросселя поршень будет перемещаться с наибольшей скоростью (быстрый отвод), при среднем положении поршень находится в равновесном состоянии, при минимальном сопротивлении будет достигаться максимальное давление. Такая схема широко распространена в агрегатных, копировальных станках, имеющих системы автоматического регулирования, а также в гидроустройствах, где требуется периодическое изменение подводимого давления к гидроприводу – зажимные устройства, фрикционные муфты [11].
Достоинства применяемой схемы – малое влияние объемных потерь: поскольку обе полости поршня находятся под давлением, нет надобности в реверсирующем механизме, исключено образование вакуума.
4.2.5 Расчет опорной роликовой головки
В качестве опорных роликов в опорной роликовой головке принимаем игольчатые подшипники, вращающиеся с частотой вращения обрабатываемой детали. Их необходимо рассчитать на динамическую грузоподъемность (рис. 5).
Исходные данные:
- необходимо подобрать радиальный игольчатый роликоподшипник с номинальной долговечностью Lh = 15000 ч;
- усилие обкатывания Робк = 7250 Н;
- характер нагрузки на подшипник – толчки и вибрация;
- частота вращения n = 127 об/мин.
Рис. 5 - Расчетная схема
Эквивалентная нагрузка на подшипник:
,где n – число подшипников в роликовой головке, n = 2 шт.
(Н).Требуемая динамическая грузоподъемность по формуле:
С = Кс × Рд, (86)
где Кс – коэффициент грузоподъемности, Кс = 2,2.
С = 2,2 × 5130 = 11286 (Н).
Принимаем подшипник сверхлегкой серии 4 074 904 ГОСТ 4657-71, динамическая грузоподъемность которого С = 12000 Н.
Действительная долговечность подшипника по формуле (84):
, 
(млн.об).Долговечность подшипника в часах по формуле (85):
, 
(тыс.ч).4.2.6 Расчет накатной роликовой головки
В качестве опорных роликов в головке накатной аналогично головке опорной используются игольчатые подшипники, вращающиеся с частотой вращения обрабатываемой детали. Необходимо составить расчетную схему и показать зависимость между действующими силами, после чего проверить подшипники на динамическую грузоподъемность (рис. 6).
Рис. 6 - Расчетная схема
Уравнения действующих сил таковы:
, (87)где Рз – усилие, с которым рычаг действует на накатную головку, Н;
Рд – усилие, с которым опорный ролик действует на накатной ролик, Н.
, (88)где Робк – усилие, с которым накатной ролик действует на заготовку (усилие обкатывания), Н.
Подставив уравнение (87) в уравнение (88), имеем:
Таким образом, получаем, что накатной ролик действует на деталь с тем же усилием, что и рычаг на накатную головку. Головка роликовая накатная конструктивно подобна головке опорной, поэтому в качестве подшипников принимаем игольчатые роликоподшипники 4 074 904 ГОСТ 4657-71.
Эквивалентная нагрузка на подшипник по формуле (87):
, 
(Н).Требуемая динамическая грузоподъемность по формуле (86):
С = Кс × Рд,
где Кс – коэффициент грузоподъемности, Кс = 1,7.
С = 1,7 × 6320 = 10744 (Н).
Принимаем для эксплуатации подшипник сверхлегкой серии 4 074 904 ГОСТ 4657-71, динамическая грузоподъемность которого С = 12000 Н.
Действительная долговечность подшипника по формуле (84):
, 
(млн.об).Долговечность подшипника в часах по формуле (85):
, 
(тыс.ч).4.3. Расчет устройства подъема заготовки
4.3.1 Силовой расчет
Уравнение моментов относительно т. О для положения 1:
G×R×cos45°+Mтр1-Fт1×96=0, (89)
где G – вес перемещаемых частей устройства подъема, приблизительно G=500 Н;
Мтр1 – момент трения, возникающий в опорах скольжения, Н∙м;
R – конструктивный размер устройства подъема, R=172 мм;
Fт1 – тяговое усилие, Н.
Уравнение моментов относительно т.О для положения 2:
G×R×cos65°+Mтр2-Fт2×63=0 (90)
Момент трения в опорах скольжения:
, (91)где n – число точек приложения силы нормального давления, n=2 точки;
r – радиус опоры в месте приложения силы, принимается r=30×10-3 м;
N – сила нормального давления, в худшем случае N=G=500 Н;
fк – коэффициент трения скольжения, fк=0,02.
Решая уравнения (89) и (90) относительно Fт и сравнив результат, определим минимально необходимое тяговое усилие на штоке гидроцилиндра.
Используя уравнение (89), имеем:
(Н)Используя уравнение (90), имеем:
(Н)Т.о. принимается за минимально необходимое тяговое усилие Fт=700 Н.
4.3.2 Погрешность позиционирования
Допустимая погрешность установки заготовки:
, (92)где B – ширина шейки коленчатого вала, B=28,6 мм;
b – ширина роликовой головки, b=26,5 мм;
k – коэффициент запаса, k=1,2.
(мм).Точность позиционирования устройства подъема зависит от технических характеристик применяемого датчика положения, в том числе от его разрешающей способности. За последнее время разработано несколько новых типов потенциометрических датчиков, обладающих следующими достоинствами:
- отсутствием ступенчатого выходного напряжения;
- большим сроком службы и надежностью в работе (т.к. отсутствует скользящий токосъемный контакт);
- большой точностью;
- возможностью эксплуатации при больших температурах.
Принцип действия фотоэлектрического потенциометра основан на поверхностном эффекте фотоэлектрической проводимости. Предназначен датчик для регистрации механического перемещения и преобразования его в электрический сигнал. Разрешающая способность потенциометрических бесконтактных датчиков составляет ∆=0,1 мм, что вполне удовлетворяет рассчитанной погрешности установки.
Т.о. принимаем в качестве датчика положения бесконтактный потенциометрический выключатель ВКБП 05 ТУ 37.459.088-86.
4.3.3 Кинематический расчет
Допустимая скорость перемещения [28]:
, (93)где Vдоп – скорость перемещения устройства в точке Б (ось заготовки), м/с;
S – линейный ход устройства, конструктивно принимается S=0,4 м;
∆ - погрешность позиционирования, ∆=0,1 мм;
m – масса перемещаемых частей, m=50 кг.
(м/с).Принимаем скорость движения заготовки Vз=0,03 м/с.
Угловая скорость устройства подъема:
, (94) 
(с-1)Скорость устройства в т.А (движущая скорость на штоке гидроцилиндра):
Vд1=Vд2=w×r, (95)
Vд1=Vд2=0,174×0,115=0,02 (м/с).
4.3.4 Расчет силового гидроцилиндра
Исходные данные для расчета:
конструкция – двухсторонний, не симметричный;
тяговое усилие F=700 Н;
скорость прямого хода – V=1,8 м/мин = 0,03 м/с;
длина хода – 400 мм.
В качестве рабочей жидкости для гидропривода всей системы выбрано масло ИГП-18, кинематическая вязкость ν=18,5 сСт.
Выбор рабочего давления в штоковой полости гидроцилиндра.