Реферат: Оборудование производства ИУ

Содержание.............................................................................................. 1

Задание..................................................................................................... 2

Введение................................................................................................... 3

1. Расчет основных параметров роторной линии.................................. 4

1.1. Определение конструктивных параметров.................................. 4

инструментального блока.................................................................... 4

1.2. Выбор шага ротора...................................................................... 5

1.3. Расчет числа позиций технологического ротора........................ 5

1.4. Расчет конструктивных параметров роторов............................. 8

2. Расчет элементов инструментального блока.................................... 11

3. Расчеты на прочность элементов конструкции................................ 13

механического привода......................................................................... 13

3.1. Силы, действующие на элементы привода................................ 13

3.2. Расчет ползуна............................................................................ 15

3.3. Расчет перемычек барабана....................................................... 16

4. Расчет привода транспортного движения........................................ 19

4.1. Выбор схемы привода................................................................ 19

4.1. Определение крутящего момента на валу технологических и транспортных роторов............................................................................................... 19

4.1.1. Технологический ротор с механическим приводом рабочего движения.         19

4.1.2 Транспортный ротор............................................................ 20

4.2. Расчет мощности электродвигателя привода............................ 21

4.3. Выбор электродвигателя............................................................ 21

Список использованных источников.................................................... 22

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.

1.1. Определение конструктивных параметров

инструментального блока

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 Dбл блока определяется с учетом максимальных поперечных размеров деформирующего инструмента

Dбл= (1.3… 2.5)*Dм,       (1)

где Dм­­­– диаметр поперечного сечения матрицы, мм.

Расчетные зависимости для определения геометрических размеров матриц для различных технологических операций приведены в таблице 1. [1]

Диаметр матрицы: Dм  = 3*dd = 3*5,6 = 16,8 мм

Диаметр блока: Dбл = 2*16,8 = 33,6 мм

Принимаем диаметр блока равный 36 мм

Длина блока:

Lбл = Lт + Lкр + Lзх,        (2)

где Lт– технологическое перемещение инструмента, включающее подвод инструмента, рабочее перемещение и проталкивание детали из матрицы., мм;

Lкр, Lзх– размеры элементов ИБ, мм.

Технологическое перемещение на стадии эскизной проработки можно определить по формуле:

Lт = Н0 + Нд + Нм +(20...40) 

где Hо– высота заготовки, мм;

Hд– высота детали, мм;

Hм– высота матрицы, мм.

Lт = 60 мм

Величина Lкр определяется из соотношения:

Lкр> Lт

Lкр = 80 мм

Величина Lзх определяется из конструктивных соображений.

Lбл = 60 + 80 + 40 + 180 мм

Максимальная длина блока:

Lбл мах = Lбл + Lт

Lбл мах = 180 + 60 = 240 мм

1.2. Выбор шага ротора

Шаг между гнездами ротора hр выбирается в зависимос­ти от размеров детали, инструментальных блоков и зазоров между ними (см. рис.2 [1]).

Для роторов штамповочного производства шаг ротора:

hp = Dбл + 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)× Dбл ):

hp = 36 + 0,3*36 = 46,8 мм

Рассчитанную величину шага роторов с механическим и гид­равлическим приводом округляем до ближайших значений

(см. табл. 3 [1]):

hp = 47,1 мм

1.3. Расчет числа позиций технологического ротора

Общее число позиций (инструментальных блоков, гнезд) рото­ра определяем по минимально необходимой длительности техноло­гического Тт и кинематического Тк циклов:

up = Пт * Тк/60 < 1,33* Пт * Тт/60   (3)

где Пт– теоретическая производительность ротора, шт/мин.

Теоретическую производительность выбираем по заданной факти­ческой производительности Пф с учетом цикловых потерь:

Пт = Пф/b

Для проектных расчетов коэффициент цикловых потерь

b= 0,7… 0,9.

Пт = 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  tр соответствует углу поворота jр, а t1– углу j1 и т.д.

Рис. 1. Цикловая диаграмма технологического ротора.

Уравнения циклов имеют вид:

TT = t1+ t2+ tp+ t3+ t4,  

Tk= tпд+ tp+ tотв+ tх,

где t1, t4– соответственно время на подачу детали и выдачу ее из ротора, с;

t2, t3– время, затрачиваемое на закрепление и освобож­дение детали при обработке, с;

tр– технологическое время обработки детали, с;

tпд,tотв– интервалы времени подвода инструмента к детали и отвода, с;

tх– 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 tр, 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:

tp= 2Lp/ Vp max =   (4)

tp = 0,08 с

где Lр, Vр max, aр max– соответственно путь, допустимые ско­рость и ускорение за время обработки детали инструментом, м, м/с, м/с2;

Ориентировочно для указанных операций можно принимать ар max£ g, где g– ускорение свободного падения, м/c2.

Время подачи изделий в ротор t1 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 t2 и t3 рассчитываем в зависимости от скорости срабатывания зажимных приспособлений, центрирующих и съемных механизмов. В первом приближении принимаем:

t2 = t3 t1 = t4

Время подвода и отвода инструмента определяем в зависимости от типа привода рабочего движения. Для механического привода:

tпд = 1,57Lпд / Vмах =     (5)

tотв = 1,5Lотв / Vмах =      (6)

где Lпд,Lотв– соответственно перемещение инструмента при подводе к детали и отводе инструмента в исход­ное положение, м;

       Vmax, аmax– 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 tпд£ t1+ t2, tотв£ t3+ t4:

tпд = 0,157 с

tотв = 0,173 с

TT  = 0,48 c  

Tk = 0.46 c

После определения интервалов кинематического и технологического циклов и проверки соблюдения неравенств определяем общее число позиций  ротора

 uр= Пт× Тк / 60£ 1,33× Пт× Тт / 60    

uр = 7.66

Полученное число позиций технологического ротора uр 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 uр = 8

Число инструментальных блоков, находящихся одновременно в рабочей зоне ротора, определяем по формуле:

uo= Пт*tр / 60

uo= 1,33

D = 120 мм

1.4. Расчет конструктивных параметров роторов

Радиус начальной окружности технологического ротора:

Rp= (1/ 2p)*uр*hp     (7)

Rp= 60 мм

Величину радиуса Rр проверяем с учетом конструктивных размеров вала ротора и инструментальных блоков (см. рис.2):

Рис. 2. Схема к расчету свободного пространства технологического ротора

Rp 0,5(dв+ Dбл) + с           

В первом приближении принимаем:

dв = 0,5 Dбл:  с = 30...40 мм

dв= 18 мм

6057, условие выполняется

Частота вращения ротора (об/мин):

np= Пт / uр

np = 125 об/мин

Окружная (транспортная) скорость:

Vтр = Пт*hp /60 = p* np* Rp/30

Vтр = 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 Dр 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 (uтр= (1,25… 1,33)× uð).

Ïðèíèìàåì uтр= 10

Для всех технологических и транспортных роторов, входящих в роторную линию, соблюдаем основное условие компоновки:

Dp/Dтр= Rp/Rтр= uр/uтр= nр/nтр= const    (8)

Из соотношения (8) определяются радиус начальной окружности Rтр и частота вращения nтр транспортного ротора:

Rтр= uтрRp/uр ;     

nтр= nрuр/uтр

Rтр= 75 мм

nтр= 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  Рт – номинальное технологическое усилие, Н;

F – площадь расчетного сечения А–А, мм2;

Ix – момент инерции сечения, мм ;

yc – координата центра тяжести сечения, мм;

ymax – ðàññòîÿíèå от центра тяжести до наиболее удаленной точки сечения, мм;

[s]– допускаемые напряжения материала корпуса блока, МПа.

Площадь сечения F, момент инерции Ix, координата центра тяжести yc и координата ymax рассчитываются по форму­лам:

F= p/8 (Dбл2 - dпр2) a/180;

Jx = (Dбл4 - dпр4)/128 (pa/180+sin a);

yc = 120/pa ((Dбл3 - dпр3)/ (Dбл2 - dпр2) sin (a/2));

yмах = yc - Dбл/2 cos (a/2),

где Dбл – диаметр инструментального блока, мм; 

dпр – диаметр приемника детали, мм.

F= 650,68 мм2

Jx =  5164640,98 мм4

yc =  7,51 мм

yмах = 10,64 мм

s =  0,31 МПа < [sдоп]

          Условие прочности выполняется.

             Размеры Dбл и dпр определяются по чертежу инструменталь­ного блока.

 Опорные поверхности крепления ИБ в блокодержателе рассчитываются на смятие в сечении Б–Б:

sсм=Pт/2Fоп  [sсм]

где Fоп– площадь опорных поверхностей, мм;

[sсм]– допускаемое напряжение на смятие материала корпу­са, МПа.

Площадь опорных поверхностей определяется по приближенной формуле:

Fоп=2/3 аb

Fоп = 58.66 мм

sсм = 1,7 < [sдоп]

          Условие прочности выполняется.

3.1. Силы, действующие на элементы привода

Для определения напряжений, возникающих в элементах ме­ханического (кулачкового) привода рабочего движения роторных машин под действием заданной технологической силы Рт (см. рис. 4.а.), необходимо установить величины полной реакции R и ее осевой и окружной составляющих Rz è Rx. Полная реакция R необходи­ма для расчета на срез и смятие оси ролика ползуна. Составляю­щая Rx необходима для расчета ползуна на изгиб. Составляющая Rz 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, Rx, Rz 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 N1 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, Rx, Rz, N1 и N2 определяются формулам:

R=PтКт; Rx=PтKx; Rz=PтKz

N1=3/2 PтКх(a/b+5/6)

N2=3/2 PтKх(a/b+1/6)

где Кт, Кõ, Êz– 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 Кт, Кõ, Êz определяются по формулам:

 ;

где fпр– приведенный коэффициент трения (fпр= 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*f1*(1-3*(e/b)*f1)*(1-fпр*tgb)-(tgb+ fпр)

где е– величина консоли в расположении ролика, мм;

f1– коэффициент трения ползуна о направляющие барабана (f1= 0,2).

B = 0.5

Kт= 2.05

Кz = 1.948

Kx = 0.65

R = 410 H

Rx = 130 H

Rz = 389.6 H

N1 = 260 H

N2 = 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 Lò, ò. å. à= Lò è b³ 3× Lò.

3.2.   Расчет ползуна

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

        (10)

d0 = 5.7 мм

          Принимаем d0 = 6 мм

Допускаемое напряжение изгиба:

[su]=    (11)

где [n]– допускаемый коэффициент запаса ([n] = 1,5...2,0);

Ês– эффективный коэффициент концентрации напряжений (Ês= 1,8...2,0);

s–1– предел выносливости при симметричном цикле нагружения                                (s–1= (0,4... 0,45)×sв, МПа);

sв - предел прочности материала оси, МПа.

Наружный диаметр ролика определяется из условия проворачиваемости    (dð³ 1,57× d0).

Принимаем dp= 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:

sк = 0,418 , 

где rд– радиус кривизны действительного профиля кулачка, мм;

Е– модуль упругости, МПа.

sк= 383,21 МПа

          Условие контактной прочности выполняется

Проверка кинематической пары ролик-ось на удельное давление и нагрев производится по формулам:

R/(d0lp)[p];

R/(d0lp) = 4,1 Мпа

          Условие выполняется

где D0 и Dê– начальный диаметр ротора и средний диаметр кулачка, мм;

Пт– теоретическая производительность ротора шт/мин,

hð– øàã ðîòîðà, ìì;

[ð]– допускаемое удельное давление для трущихся поверхностей, МПа;

[ð× Vè]– 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× Vè]= 30…40 МПа× ìì/с.

3.3.   Расчет перемычек барабана

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 N2, а к задней– N1 (см. рис. 5). N1> N2, поэтому более нагруженной является перемычка, к кото­рой приложена сила N1.

Составляющая Nõ 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 dп– диаметр направляющего отверстия для ползуна, мм;

с– ширина перемычки, мм;

b– высота перемычки (длина направляющего отверстия барабана), мм.

Рис. 5. Расчетная схема барабана

Сила Nó вызывает в перемычке изгиб в горизонтальной и вертикальной плоскостях и растяжение. Нормальные напряжения этих деформаций составят: