Пример силового расчета станочного приспособления, проектируемого вновь

Пункт 2.4.1 Назначение режимов резания, расчет усилий резания и Т_м (Т_о)

Силы и моменты резания рассчитываются по известным эмпирическим формулам (11).

При токарной обработке определяются усилия Р_х, Р_y, Р_z, т.е. осевая, радиальная и тангенциальная составляющие силы резания.

При сверлении, рассверливании, зенкеровании и развертывании рассчитываются крутящий момент М_кр и осевая сила Р_ос.

При фрезеровании и шлифовании определяется наибольшая составляющая – окружная сила Р_z.

Пункт 2.4.2 Расчет коэффициента запаса надежности закрепления k (Приложение Д)

Поскольку при обработке заготовки возникают неизбежные колебания величин сил и моментов резания, вызываемые различными факторами, при составлении уравнений равновесия заготовки величины сил и моментов резания необходимо увеличить в k раз. k – коэффициента запаса надежности закрепления. В общем случае величина этого коэффициента может находиться в пределах k = 1,5…8,0. Его величина зависит от конкретных условий обработки и может быть определена по формуле

k=k₀k₁k₂k₃k₄k₅k₆

где k₀=1,5 – гарантированный коэффициент запаса надежности закрепления;

k₁=1,2 – коэффициент, учитывающий увеличение силы резания из-за случайных неровностей на заготовках(для черновой обработки);

k₂=1,0 – коэффициент, учитывающий увеличение силы резания вследствие затупления инструмента (предварительное точение и тангенциальная сила P_z);

k₃=1,2 – коэффициент, учитывающий увеличение силы резания при прерывистом резании;

k₄=1,0 – учитывает непостоянство зажимного усилия (для пневматических и гидравлических зажимов);

k₅= 1,0 – степень удобства расположения рукояток в ручных зажимах (при удобном расположении и малой длине рукоятки);

k₆=1,5 – учитывает неопределенность из-за неровностей места контакта заготовки с опорными элементами, имеющими большую опорную поверхность (учитывается только при наличии крутящего момента, стремящегося повернуть заготовку) – для опорного элемента с большой площадью контакта;

k =1,51,21,01,21,01,01,5=3,24

Принимаем К = 4

Пункт 2.4.3 Расчетная схема приспособления (18,19)

– изображение заготовки в рабочем положении с размерами обрабатываемых поверхностей (Рисунок 5.1);

– установочные, направляющие и упорные элементы;

– зажимное устройство, если оно имеется;

– передаточные устройства с размерами, необходимыми для расчетов, их номеров (I, II, III и т.д.) и номеров трущихся поверхностей (,, и т. д.);

– элементы привода с размерами, обозначенными буквами (D, d и др.);

– режущего инструмента (РИ);

– векторов сил резания, силы зажима заготовки, усилия привода Q.

Рисунок 2.4 – Расчетная схема приспособления

Пункт 2.4.4 Расчет усилий зажима заготовки в приспособлении.

В многих случаях для точного решения задачи расчета усилий закрепления требуется составление и решение сложных дифференциальных уравнений движения. Из шести возможных уравнений статики (F_ix=0, F_iy=0, F_iz=0 и М_x (F_i)=0, М_y(F_i)=0, М_z (F_i)=0) выбираются те, которые применимы к рассматриваемому случаю. Уравнения равновесия записываются в общем виде с использованием условных обозначений сил, моментов и расстояний, указанных на расчетной схеме.

Пример:

– Рассматривается заготовка в равновесии

М_y(F_i)=0

(2)

где

ƒ₁ = 1 – контактный элемент острые рифления кулачков (Приложение Ж)

Рисунок 2.2– Заготовка в равновесии

(3)

3333 Н = 3,3 кН

– Рассмотривается в равновесии первое (I) передаточное устройство – кулачок (как одноопорный перекашиваемый плунжер).

М_О(F_i) = 0

(4)

Р_Ι = W_Ι · tg(φ₃ – α)

Р₁ = R – N =W tgφ₃ – W tgα (5)

(6)

F_{i z} = 0

(7)

F₂ = N_I · tgφ₂ = N_I · ƒ₂ (8)

4 · N_I · ƒ₂ – W_I + = 0 (9)

В уравнение 9 подставим уравнения 5 и 6 получим:

Рисунок 2.3 – Кулачок в равновесии

кН = 1330 Н

где: α > 10º

tgφ₃ = 0,1 так как соприкасаемые поверхности шлифуются

φ₁ = arc tg φ₃ = arc tg 0,1 = 5,7º

– Рассматривается в равновесии второе () передаточное устройство – клин с тягой.

Р_I – Q = 0

Р_I = Q

Р_I = W_Ι (tgφ + α)

Q = 3 · W_Ι (tgφ+ α)

Q = 3 · 1330 · tg(5.7º + 10º) = 1117,2 H

Рисунок 2.4 – Клин с тягой в равновесии

Пункт 2.4.5 Расчет основных параметров привода

– Рассматриваются в равновесии подвижные элементы пневмоцилиндра

Рисунок 2.5 – Поршень со штоком в равновесии

F_{i у} = 0

(10)

где Р_в = 0,4…0,6 МПа – давление воздуха

η_в = 0,85

мм

мм

– Приниматся диаметр поршня и штока по стандарту (1)

d_прин =

D_прин =

Пункт 2.4.6 Расчет элементов приспособления на прочность могут быть произведены расчеты на прочность винтов, шпилек крышек, пневмо-, гидроприводов, шпоночных, заклепочных, сварных соединений, валов, осей, пружин и других элементов приспособления.(1)

При действии давления воздуха (жидкости) опасным сечением при этом будет являться сечение по внутреннему диаметру резьбы. Практикой установлено, что число крепежных изделий достаточно z = 4 при D  300 мм поршня пневмоцилиндра. Если винты (шпильки, болты) по расчету окажутся большего диаметра, то можно принять (пересчитать d₁) для z = 6 и z = 8. увеличенное число крепежных изделий обеспечит равномерность прижатия крышки к корпусу цилиндра. Расчет производится в следующей последовательности:

– выполняется расчетная схема

Рисунок 2.6 – Расчетная схема пневмоцилиндра

- условие прочности винтов на растяжение выражается формулой:

, (11)

где _р – рабочее напряжение на растяжение винта;

[_р] – допустимое напряжение на растяжение.

– Q_{толк.(нб)} = ? Q_тян = ? – принимается то значение усилия в зависимости от того, какую полость привода закрывает крышка.

– внутренний диаметр резьбы резьбового изделия d₁ = ?;

– принимается резьба стандартная М dР (7,9);

– выводы по расчету на прочность;

– параметры резьбового отверстия на штоке пневмопривода (1,стр. 317).

Пункт 2.5 Конструкция приспособления

При изложении вопроса 2.5.1 Описание устройства и принцип работы приспособления необходимо делать ссылку на номера позиций, согласно спецификации, подробно описать зажим и разжим обрабатываемой детали.

После описании спроектированного приспособления рассматривается пункт 2.5.2 Схема сборки приспособления. Схема сборки приспособления будет характеризовать последовательность сборки приспособления, что позволит проектировщику более глубоко разобраться в устройстве приспособления (10)

Убедившись, что разработанное приспособление обеспечивает нормальную работу по изготовлению детали на данной операции производиться окончательное оформление сборочного чертежа.

Рисунок 7.1 – Схема сборки приспособления.

Пункт "2.5.3 Определение коэффициента стандартизации"

Коэффициент стандартизации станочных приспособлений представляет собой один из показателей уровня изделия.

Расчет коэффициента стандартизации производиться в целях предварительного определения прогрессивности проектируемого приспособления, так как чем больше примерно стандартных изделий, тем выше долговечность, безотказность и ремонтопригодность приспособления.

где Q_ст – количество стандартных изделий в приспособлении (согласно спецификации);

Q – общее количество изделий в приспособлении (согласно спецификации);

К_СТб базовый коэффициент (К_СТб = 0,65)

Если К_ст > К_СТб , что доказывает прогрессивность проектируемого приспособления.

Пункт 2.6 Проектирование специальной детали приспособления

Пункт 2.6.1 Описание конструкции детали, технических требований, качества и точности поверхностей (на усмотрение руководителя курсового проекта)

При описании изделия, сборочной единицы, детали согласно заданию на курсовое проектирование необходимо указать назначение, условия работы, краткую характеристику изделия и эксплуатационную характеристику составных его частей.

Необходимо указать, каким факторам подвергается данное изделие в процессе эксплуатации (условия рабочего места, среда, динамические нагрузки и др.).

Необходимо выполнить подробное описание детали, ее эксплуатационное назначение, характер соединения (подвижное, неподвижное), конструктивную особенность. Анализ детали необходимо производить по всем ее обрабатываемым поверхностям. Анализу подвергаются степень точности и шероховатость обрабатываемых поверхностей, технические требования на изготовление детали, допусков формы и расположения поверхностей.

Пункт 2.6.2 Выбор марки материала детали (химический состав, твердость, механические, технологические свойства)

При описании материала, из которого изготовлена деталь, должны быть показаны его свойства, обрабатываемость в холодном и горячем состоянии. Необходимо указывать назначение и область применения материала в деталях машиностроения, например: «Сталь 20Х ГОСТ 4543-71 легированная конструкционная применяется для деталей средних размеров с твердой износоустойчивой поверхностью при достаточно прочной и вязкой сердцевине, работающей при больших скоростях и средних давлениях. Из стали 20Х рекомендуется изготовлять зубчатые колеса, кулачковые муфты, втулки, плунжеры, копиры, шлицевые валы, работающие в подшипниках скольжения и т.д.».

Необходимо указать химический состав, механические и другие свойства данного материала. Химический состав, механические свойства рекомендуется размещать в отдельных таблицах, например:

Таблица 2.1 – Химический состав легированной конструкционной стали

Марка	Содержание элементов, %
	Углерод	Марганец	Кремний	Хром	Никель	Другие элементы
20Х	0,17-0,23	0,5-0,8	0,17-0,37	0,7-1,0	–	–

Пункт 2.7 Технико-экономические расчеты

Пункт 2.7.1 Выбор приспособления – вариантб.

Необходимо учесть, что спроектированное приспособление

КП ТОСН 151001 43 _________ ПР студентом – это вариант а.

Для сравнения выбирается приспособление (Приложение И)

Пункт 2.7.2 Расчет нормы времени на заданную операцию, выполняемую на приспособлениях по вариантам а и б.

Определяется размер операционной партии (13, стр30)

Учитываются технические характеристики станков (11, стр.7…63)

Выполняется расчет нормы штучного времени на заданную операцию, выполняемую на приспособлениях по вариантам а и б (20).

В пояснительной записке оформляется расчет нормы времени для приспособления варианта а.

Аналогично производиться расчет норм времени на операцию, выполняемую на приспособлении ПР.СБ. б и расчетные данные сводятся в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 Нормы времени

П араметры Вариант ПР.СБ	П	n	Кtв	То	Тв	Топ	Тшт	Тпз	Тшк
	шт.			мин
ПРСБ а
ПРСБ б

где П – годовая программа выпуска;

n – количество деталей в партии.

Пункт 2.7.3 Расчет себестоимости операции, на спроектированном приспособлении – варианта и на приспособлении по варианту б.

Расчет себестоимости операции выполняется на приспособлениях по варианту а и б в последовательности, приведенной в таблице 2.3.

Таблица 2.3 Расчет параметров себестоимости операции

Т ип ПРСБ Расчетные параметры	ПРСБ а	ПРСБ б.
Разряд работы	Разряд (Nразряда) –	Разряд (Nразряда) –
Часовая тарифная ставка (руб) см. Приложение М	З «а» =	З «б» =
Заработная плата за минуту (руб.)	З «а» = tшт «а» см. Приложение М	З «б»= tшт «б»
Количество изделий в ПРСБ (штук)	N «а» = считается по спецификации из графы «количество»	N «б» = См. приложение И
Стоимость приспособления (5, стр. 237)	S «а» = с «а» · N«а» · Кв ,	S «б» = с «б» · N«б» · Кв
Себестоимость операции (руб.)
	С «а» =	С «б» =

В пояснительную записке оформляется только расчет себестоимости по варианту а

Пример: Расчет экономической эффективности спроектированного приспособления _______________ КП МДК03.01 ……..ПР.СБ осуществляется

наименование шифр

путем сравнения себестоимости выполняемой операции согласно технического задания на приспособлениях по вариантам а и б

Тот вариант приспособления, который обеспечит меньшую себестоимость и будет экономически выгодным для выполнения заданной годовой программы выпуска ____ штук.

Приводиться расчет себестоимости операции по формуле (12) выполняемой на приспособлении по варианту а

, (12)

где З_а = Т_шт – заработная плата рабочему (руб)

З_час – часовая тарифная ставка

Н = 180 – 200 % – цеховые накладные расходы на приспособление.

S = с · N · К_в – стоимость приспособления.

где с – коэффициент условной стоимости,

с = 15 – для простых приспособлений;

с = 30 – для приспособлений средней сложности;

с = 40 – для сложных приспособлений.

N – количество изделий в приспособлении по спецификации

К_в – коэффициент перерасчета стоимости основных фондов в восстановительную

А = 1 ÷ 5 лет – срок амортизации;

А = 1…2 года – простые приспособления;

А = 2…3 года – средней сложности приспособления;

А = 3…4 года – сложные приспособления;

q = 20 ÷ 40 % – коэффициент, учитывающий расходы связанные с эксплуатацией, обслуживанием приспособления.

Аналогично производиться расчет себестоимости операции выполняемой на ПР.СБ _«б», затем основные данные заносятся в таблицу 2.4 и делается вывод об эффективности спроектированного приспособления.

Таблица 15.2 Себестоимость операции

П араметры ПР.СБ	Разряд работы	Зчас	Зарплата За	N шт.	S руб.	Н %	А лет	q %	С руб.
		руб
ПР.СБ а
ПР.СБ б

Пункт 2.7.4 Вывод по эффективности спроектированного приспособления

После расчета себестоимости операции, необходимо определить П_к (5,стр237) – программу выпуска деталей, при которой оба сопоставляемых варианта приспособлений в экономическом отношении равноценны.

Вывод:

Так как С _«а» = _____ > С _«б» = _____ ,то: спроектированное приспособление экономически выгодно и эффективно для заданной программы выпуска изделий в год П = _____ .

Пункт 2.8 Обеспечение требований охраны труда при работе на спроектированном приспособлении

При описании требований охраны труда необходимо отразить:

– обеспечение безопасности, удобства при обслуживании приспособления, т.е. при установке, зажиме, отжиме и снятии заготовки;

– отсутствие острых углов, кромок и заусенцев;

– создание условий не возможности защемления пальцев, захвата частей одежды, головного убора;

– обеспечения возможности отвода стружки из зоны резания, ее уборки;

– создание защиты рабочего от разлетающейся, горячей, острой стружки – создание защиты внутренних частей приспособления от попадания в них стружки;

– предусмотрение элементов для удобства транспортировки приспособления большой массы (> 5кг);

– эстетичность конструкции и др. (1, стр.385)