Силовые расчеты

Назначение зажимных механизмов (ЗМ) станочных приспособлений состоит в надежном закреплении, предупреждающем вибрации и смешение заготовки относительно опор приспособ­ления при обработке. Сила закрепления должна быть минимальной, но достаточной для надежного крепления заготовки. Если сила за­крепления окажется недостаточной, то заготовка может быть сдвину­та силами резания, что приведет к поломке инструмента, либо может возникнуть аварийная ситуация. Чрезмерное увеличение силы закре­пления также нежелательно, так как это приводит к неоправданному увеличению габаритов приспособления и перерасходу энергии.

Силу закрепления надо рассчитывать. Приблизительно силу закре­пления можно рассчитать, решая статическую задачу на равновесие заготовки под действием сил резания, реакции опор, сил трения и собственно силы закрепления.

Последовательность силовых расчетов показана на диаграмме:

P → W → Q → параметры привода

где Р - сила резания или её составляющая; W - сила закрепления (сила на ведомом звене); Q - исходная сила (сила на ведущем звене), параметры привода - это параметры, определяющие мощность привода, либо его габариты.

Силу резания Р можно определить по известным формулам теории резания, которые приведены в работах [21], [22], [23], [24].

Сила закрепления зависит от силы резания и схемы крепления заготовки.

Ниже изложена методика расчета силы закрепления для схемы, показанной на рис. 46.

Из условия равновесия заготовки: ∑Х=0 (сумма проекций сил на ось X равна нулю)

(50)

F₁=W × f₁ (51)

(52)

где - коэффициенты трения в местах контакта заготовки с за­жимом и опорами приспособления.

С учетом коэффициента запаса силу закрепления для схемы (рис46)можно определить по формуле

, (53)

где k- коэффициент запаса.

, (54)

где k1 - учитывает увеличение сил резания из-за случайных неровностей на обрабатываемой поверхности заготовок; k2 - учитывает увеличение сил резания вследствие затупления режущего инструмента; k3 - учитывает увеличение сил резания при прерывистом реза­нии; k4 - характеризует стабильность силы, развиваемой зажимным механизмом; k5 - характеризует удобство расположения рукояток в приспо­соблениях с ручным закреплением; k6 - учитывают только при наличии моментов, стремящихся по­вернуть заготовку, установленную плоской поверхностью.

При выборе значения коэффициентов следует пользоваться работой [6].

Если в результате расчёта коэффициент запаса окажется меньше 2.5, принимают k =2.5 [24, с. 384]. Коэффициент трения f между заготовкой, опорами и зажимным механизмом см. [6], [24].

Рисунок 46. Схема сил, действующих на обрабатываемую деталь

При расчётах силы закрепления следует учитывать упругую характе­ристику ЗМ.

Формулы для расчёта сил закрепления для типовых схем установки приведены в работах [6], [24].

После определения силы закрепления W необходимо сделать сле­дующий шаг — определить исходную силу Q (силу на ведущем звене). Сила может быть определена по формуле:

(55)

где i - передаточное отношение сил.

Если в приспособлении используется сложный зажимной механизм, то передаточное отношение сил такого механизма определяется по формуле:

(56)

На риc. 47показана схема сложного (комбинированного) зажимного механизма, состоящего из 2-х простых: рычажного и клиноплунжерного.

Рисунок 47. Схема комбинированного зажимного механизма

Схема рычажного механизма и действующих в нём сил показана на

рис. 48:

Рисунок 48. Схема рычажного механизма

Передаточное отношение сил рычажного механизма, изображённого на этом рисунке, определяется по формуле:

, (57)

где l1 и l2-плечи сил Q и W; р- радиус трения

, (58)

где r - радиус оси; f - коэффициент трения на оси.

Подробнее методика расчёта рычажных механизмов изложена в работе [6]. На рис. 49 изображена схема клиноплунжерного механизма. Передаточное отношение сил клиноплунжерного механизма:

(59)

где α - угол клина; φ - угол трения по наклонной поверхности клина (поз. 1); φ 2 - угол трения по поверхности плунжера (поз.2); l и а - конструктивные параметры; φ1 - угол трения на основании клина.

Рисунок 49. Схема клиноплунжерного механизма

Подробнее расчёт передаточного отношения сил клиноплунжерных механизмов, а также рычажно-шарнирных и других механизмов, ос­нованных на действии клина (в том числе винтовых, эксцентрико­вых) см. в работе [2]. В работе[24] приведены численные значения передаточного отношения сил клиновых и клиноплунжерных механизмов при различных значениях угла α наклона клина. В этой же работе приведены значения пе­редаточного отношения сил рычажно-шарнирных механизмов раз­личных конструкций.

Итак, передаточное отношение сил зажимного механизма, пред­ставленного на рис. 49.

. (60)

Исходная сила Q:

После определения исходной силы Q необходимо определить пара­метры привода. Например, можно определить диаметр D пневмоцилиндра. При подаче сжатого воздуха в бесштоковую полость

(61)

откуда

мм (62)

где Q - исходная сила в Н; Pв - давление сжатого воздуха в МПа; в расчетах можно принять Рв=0.4 МПа; η-КПД пневмопривода; можно принимать η = 0.85...0.9.

При использовании гидроприводов можно принимать давление масла Pг =5 МПа. В случае использования пневмогидравлического привода:

Pг = 10 МПаили Pг = 20 МПа(согласовать с паспортны­ми данными привода). Подробнее расчет параметров привода см. в работах [7], [22], [23], [24] и [26].

При выполнении силовых расчетов необходимо так же произвести расчет на прочность наиболее нагруженных деталей, которые выявляются из анализа действующих сил.