5. Проектирование механизмов переключения блоков

Блоки зубчатых колес перемещаются при смене механических диапазонов частот вращения шпинделя. Обычно блоки передвигаются с помощью переводки – вилки и гидроцилиндра. Типовая схема такого устройства приведена на рис. 8.1.

Р асчеты при проектировании производятся с целью определения требуемых параметров гидроцилиндра. Исходными данными являются сила веса перемещаемого блока F_бл, геометрические размеры и ориентация направления перемещения (горизонтальное или вертикальное).

Для блока, перемещаемого в горизонтальном направлении, требуемое усилие на переводке S (см. рис. 8.1.)

Здесь F_бл=120 Н – сила веса блока;

=0,25 – коэффициент трения;

h=65мм – расстояние от точки приложения силы S до оси вала;

l=92мм – длина ступицы.

Если блок перемещается в вертикальном направлении, формула для расчета усилия S принимает вид

.

Очевидно, что при проектировании следует стремиться к уменьшению соотношения h/l, т.е. увеличивать l и уменьшать h. С увеличением соотношения h/l, как видно из приведенных формул, знаменатель уменьшается, и требуемое усилие S растет. При h/l  1 возникает опасность заклинивания механизма.

Требуемое усилие на штоке гидроцилиндра Т (рис.8.1.)

Т=kS(1+2μ )=1,5∙63,8(1+2∙0,25 )=112Н.

Здесь: К=1,5…2,0 – коэффициент запаса; меньшее значение принимают при горизонтальном перемещении, большее – при вертикальном;

B=85мм – расстояние от точки приложения силы S до оси штока гидроцилиндра;

Е=250мм – расстояние между зонами направляющих втулок, воспринимающими опрокидывающий момент от усилия S.

Очевидно, что при проектировании следует стремиться к уменьшению соотношения B/E, а также к возможной меньшей величине межосевого расстояния А.

Требуемое давление в гидроцилиндре

где - площадь поршня в штоковой полости;

D=40мм, d=32мм – диаметры поршня и штока.

При дипломном проектировании требуемое давление следует определять с учетом сил трения в уплотнениях по рекомендациям [16].

Величина хода поршня гидроцилиндра должна обеспечивать требуемый ход перемещаемого блока.

5. Конструирование и расчет шпиндельного узла

9. Выбор основных параметров

Проектирование шпиндельного узла производится на базе станка-прототипа. Основными параметрами являются диаметр шпинделя под передней опорой и расстояние между опорами l.

С целью обеспечения максимальной жесткости величина d выбирается настолько большой, насколько допускает параметр [dn] предельной быстроходности опор качения, и уточняется по каталогу с учетом выбранного подшипника. Для подшипников качения [dn]=4∙10⁵ мм∙мин^-1 (специальные прецизионные высокоскоростные опоры допускают до 2,5∙10⁶ мм∙мин^-1).

Для нашего случая при требуемой максимальной частоте вращения шпинделя n_max=2500мин^-1

мм.

По аналогии с прототипом для обеспечения повышенной жесткости применяем двухрядный подшипник с короткими цилиндрическими роликами 3182132 d=160мм. Проверяем по каталогу (см. также прил. 6.2.) значение наибольшей частоты вращения. Она составляет 2200 мин^-1 при пластичной смазке и 2600мин^-1 при жидкой смазке – что допустимо.

Расстояние между опорами l ориентировочно принимают не менее l ≥(2,5…3)d_max и далее уточняют по конструктивным соображениям. Обычно l≈(3…5)d_max.

При d_max=1060мм l ≥(2,5…3)160=400…480мм. Принимаем по конструктивным соображениям l=3,5d_max=450 мм.

Методика выбора оптимальных величин расстояния между опорами шпинделя, рекомендуемая к применению при дипломном проектировании, дана в [7, 11].