Модернизация приемной коробки станка СТБ 2-250 (стр. 8 из 14)

1.9 МЕТОДИКА ОЦЕНОЧНЫХ ПРОЧНОСТНЫХ РАСЧЕТОВ ДЕТАЛЕЙ МЕХАНИЗМА ВОЗВРАТЧИКА

1.9.1 РАСЧЕТ КОНТАКТНЫХ НАПРЯЖЕНИЯ В ПАРЕ ПАЗОВЫЙ КУЛАК - РОЛИК

Расчетные усилия для нахождения контактных напряжений в паре пазовый кулак - ролик вычислялись на основе нагрузок в рычаге и шпинделе, измеренных во время эксперимента. Для чего рычаг был представлен в виде балки, лежащей на двух опорах. Расчетная схема приведена ниже на рис. 22.

Контактные рабочие напряжения s_кр в паре пазовый кулак-ролик для пространственного механизма находятся:

где: N - нормальное усилие, действующее на паз кулачка, кг

Е - модуль упругости, (2,05 х 10 кг/см )

r_пр - приведенный радиус кривизны, см

n_r- табличный коэффициент, зависящий от r,R и являющийся функцией W.

Зависимость между n_r и W в табличной форме приведена в ( 6 ).

Приведенный радиус кривизны r_пр находится:

где:r - радиус ролика (r = 1,25 см),

R - радиус кривизны ролика в осевом сечении, см (при изготовлении ролика с цилиндрическим пояском),

r - радиус кривизны центрового профиля паза, определяемый по формуле:

где: R₁ - расчетный радиус паза цилиндрического кулачка (R₁ = 5,15см). y - угол поворота водилки, соответствующий максимальной нагрузке, устанавливается по осциллограмме нагрузок в рычаге,

l₁ - расстояние от оси шпинделя до оси ролика.

где: С - расстояние от левой плоскости пазового кулака до оси шпинделя (С = 3,6см),

r₁ - минимальный радиус-вектор кулака (r₁ = 2,317 см),

r_i - радиус-вектор пазового кулака, соответствующий углу поворота главного вала, при котором в рычаге возникают наибольшие нагрузки, берется из расчетных таблиц на пазовый кулак,

- аналоги угловых скорости и ускорения рычага для максимальных значений нагрузки в нем, берутся из расчетных таблиц на пазовый кулак.

Исходная расчетная схема механизма возвратчика представлена на рис. 21

Величина силы N нормального давления найдется из эксперимента. Расчетная схема для ее определения представлена на рисунке

рис. 22

где: Р - максимальная нагрузка, действующая на конце рычага , принимается из осциллограммы нагрузок на рычаге.

R - сила реакции в паре ролик-кулак,

N - расчетная сила нормального давления в паре кулак-ролик,

d - угол давления.

Используя известные формулы моментов сил получим:

N = Р * l / (l₁ * cos d)

Угол давления d для пространственного кулачкового механизма находится

Подставляя найденные исходные данные: N, n_r, r_пр в формулу для s_кр получим расчетное значение рабочего контактного напряжения.

Допускаемое контактное напряжение [s]_к для термообработанных сталей находится:

[s]_к = (230.... 300) HRC_э

Сравнивая s_кр и [s]_к можно оценить долговечность рабочей пары пазовый кулачок-ролик.

1.9.2 РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ РЫЧАГА

РЫЧАГ работает на усталость в условиях знакопеременного изгиба, поэтому расчет коэффициента запаса прочности целесообразно проводить по максимальным значениям изгибающих сил Р⁺, Р^-, которые берутся из осциллограмм с соответствующим знаком. Для нашего случая изгибающее усилие, возникающее при движении рычага к правой кромке ( выталкивание прокладчика ) принимаем со знаком "+", т.е. Р⁺, а при движении в исходное положение со знаком "-" , т.е. Р^-.

Коэффициент запаса прочности n_s для знакопеременного цикла нагружения находится:

где: s_-1 - предел выносливости при симметричном цикле нагружений,

s_В - предел прочности,

s_ср - среднее напряжение цикла от рабочих нагрузок,

К_s - коэффициент концентрации напряжений,

e_n - коэффициент учитывающий состояние поверхности,

e_m - масштабный фактор.

s_ср = (s_{max i} + s_{min i}) / 2

s_{a i} = (s_{max i} - s_{min i}) / 2, где:

s_{max i} , s_{min i} - максимальное (со знаком "+") и минимальное (со знаком "-") напряжения нагружения, возникающие в i сечении рычага.

s_{max i} = P_i⁺ * l_i / W_i;s_{min i} = P_i^- * l_i / W_i;

где:l_i - расстояние от точки приложения силы Р⁺ или Р^- до i сечения рычага. Так как датчики, регистрирующие изгиб рычага наклеиваются на расстоянии 100 мм от точки приложения силы Р⁺ или Р^- то 0 < l < 80 (т.к. база датчика 20 мм), W_i - момент сопротивления i сечения.

Для рычага эллиптического сечения:

W_x = p a² b / 4

где:а - большая полуось эллипса, см (а =1,8 см),

b- малая полуось эллипса, см (b = 0,6 см ).

1.9.3 РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ШПИНДЕЛЯ

Шпиндель, также как и рычаг, подвергается воздействию знакопеременных нагрузок, поэтому расчетная формула имеет аналогичный вид:

где:s_ср - среднее напряжение цикла от рабочих нагрузок,

s_ср = (s_max + s_min) / 2

s_a = (s_max - s_min) / 2

При вычислении максимального s_max и минимального s_min напряжений шпиндель рассматривается как консольная балка с защемленным концом, на которую посередине наклеенных датчиков (на расстоянии l от заделки) действуют знакопеременные усилия, регистрируемые при экспериментальных исследованиях.

M⁺ = P⁺ * l ;s_max = P⁺ * l / W ;

M^- = P^- * l ;s_min = P^- * l / W ;

где: W - момент сопротивления шпинделя, который для круга равен

W = 0,1 d , cм.

укладчик кинематический прокладчик движение

1.10 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ МОДЕРНИЗИРОВАННОЙ ПРИЕМНОЙ КОРОБКИ

Экспериментальные исследования приемной коробки с серийными и вновь разработанными в настоящем дипломном проекте деталями проводился в ткацкой лаборатории ВНИИЛТЕКМАШ на макете станка СТБ-250 при частоте вращения главного вала 250 мин^-1.

Для получения сравнительной оценки эффективности предложенных конструктивных усовершенствований механизмов и деталей регистрировались нагрузки в рычаге, приводящем в движение возвратчик прокладчика.

В результате обработки осциллограмм получено:

- наибольшие нагрузки возникают в момент контакта возвратчика прокладчика с прокладчиком; с учетом разброса пролета прокладчиков среднее значение угла поворота главного вала, соответствующее этому моменту, составляет 320 град.,

- величина нагрузки для механизмов с серийными деталями составила – 23,5 кгс, а с новыми деталями (тормозные пластины переднего и заднего тормозов из термообработанного полиуретана, возвратчик с вибродемпфирующими вкладышами) – 19,5 кгс, (Рис. 23, 24, 25)

- характер нагрузок с новыми деталями не носит явно выраженного удара за счет демпфирования,

- нагрузки при отходе возвратчика прокладчиков в исходное положение оказались одинаковыми для обоих механизмов и составили 10 кгс при угле поворота главного вала – 50 град.

На основе полученных экспериментальных данных выполним прочностные расчеты пары кулак - ролик, рычаг, шпиндель.

1.11 РАСЧЕТ КОНТАКТНЫХ НАПРЯЖЕНИЯ В ПАРЕ КУЛАК - РОЛИК

Из осциллограмм поучено максимальное усилие на рычаге с серийными деталями - 23,5 кгс, а с новыми деталями - 19,5 кгс при угле поворота главного вала 320 град. При движении рычага в исходное положение величина нагрузки составила - 10 кгс, а угол поворота главного вала - 50 град.

Проверку на контактную прочность проведем по максимальным усилиям.

1. Найдем угол поворота рычага, соответствующий положению главного вала - 320 град., радиус-вектор r_i кулака, соответствующий этому углу берем из таблиц на кулак r = 28,36. Подставив в формулу, получим y = 5,2 град.

2. Вычислим аналоги

,используя формулы численного дифференцирования табличных данных, получим

3. Вычислим радиус кривизны центрового профиля паза

см

4. Вычислим r_пр и найдем W и nr по таблицам ( 9 ).

; отсюда r_пр = 1,14 см, W = 1, n_r = 0,8

5. Найдем угол давления d

град

6. Найдем силу нормального давления N

N = 23,5 * 133 / (58 * cos 15,2) = 55,1 кгс

7. Вычислим контактные рабочие напряжения

отсюда: - для механизма с серийными деталями s_кр =13953 кг/см²

- для механизма с новыми деталями s_кр =13050 кг/см²

Для кулака и ролика, закаленных до твердости HRC_э = 55 имеем

[σ]_к = 250 • 55 = 13750 кг/см²