книги из ГПНТБ / Милевский Э.Б. Автоматизация процессов индексирования учеб. пособие для студентов машиностроит. специальностей
.pdfТочность фиксации храповых поворотных механизмов весьма низ кая, поэтому необходимо использовать дополнительные фиксирующие устройства.
б) Кулачково-рычажные (рис. 11, б). Применяются в автоматах с одним распредвалом, вращающимся с постоянной скоростью, для пово рота качающихся приспособлений: поворот осуществляет дисковый кула чок при силовом замыкании пружиной.
в) Кулачково-цевочные (рис. 11, в). Применяются в неметаллорежу щих автоматах с одним распредвалом для поворота многопозиционных каруселей и столов, а также для поворота револьверных головок с не большим моментом инерции. Поворот осуществляется цилиндрическим кулачком — улитой, который вращается непрерывно и зацепляется с од ной из цевок, закрепленных на цевочном диске или непосредственно на столе: диск или стол вращаются прерывисто.
По принципу действия кулачково-цевочный механизм идентичен чер вячной паре. Поэтому кулачок иногда выполняют в виде двухзаходного червяка. Оси цевок располагаются по радиусу стола или диска, при чем смещение их в радиальном направлении дает незначительную погрешность.
Профиль улитного кулачка соответствует данному закону переме щения узла. В качестве самих цевок используют подшипники качения, что увеличивает точность фиксации узла в период останова.
Примечание. Кулачково-цевочные механизмы используют при небольшом числе по зиций (число цевок равно числу остановок) и в нашей стране на их базе (а также мальтийских механизмов) разработаны типоразмерные ряды приводов для столов и блоков с диаметром 500-Н2500 мм.
Преимущество кулачково-цевочных механизмов поворота: отсут ствие специального механизма фиксации, т. к. стол во время останов ки фиксируется самой улитой. Однако точность такой фиксации неве лика, поэтому такие механизмы не получили широкого распростране ния в металлообрабатывающих станках и автоматах.
Для периодического поворота карусели многочисленных сбороч ных автоматов, особенно в электровакуумной промышленности, широ кое распространение получил кулачково-цевочный механизм благода ря целому ряду его преимуществ: возможностью выполнения различ ных законов движения карусели; возможностью получения выгодного
соотношения между временем выстоя карусели и временем |
ее движе |
ния; возможностью фиксирования карусели самой улитой |
(кулаком) |
без дополнительных фиксирующих устройств. |
|
Время рабочего цикла сборочного автомата (Гц) определяется требуемой производительностью Q шт/мин:
где q — число параллельно обрабатываемых деталей.
Часть рабочего цикла уходит на транспортирование tTр карусели (перевод из одной рабочей позиции в другую). Это время trp соответ
31
ствует повороту кулака на угол а; в это время один из роликов цевочдого диска находится в пазу кулака:
*ТР = ГЦ— — 360°
Чаще всего автоматы имеют а=60-М 20°.
Кроме fTp, часть Гц уходит на выстой карусели ta; при этом фик сирующая часть кулака находится между двумя роликами цевочного диска:
ів —Тц—tfp., ав = 360°—а.
Примечание. Как правило, плавная работа механизма поворота карусели обеспе чивается при времени движения tTp не менее 0,6н-0,8 сек, однако применение специ
альных тормозных устройств позволяет сократить время движения карусели до
0,3 сек.
На рис. 12, а показана схема узла подобной конструкции карусе ли автомата сборки крупных цоколей осветительных ламп, где для осу ществления плавного останова карусель 5 притормаживается двухко лодочным тормозом 2 (управляется кулачком распредвала).
Тормозные колодки 2 установлены на эксцентричных осях 3 для возможности регулировки при износе колодок зазора между ними и внутренней поверхностью цевочного диска 7. Противоположные от осей 3 концы колодок соединены с диском 8 регулируемыми тягами 1. Диск 8 через шестерню 6 и систему рычагов кинематически связан с распред валом автомата.
При повороте карусели колодки 2 тормозов отведены. Перед оста
новкой карусели кулак (улита) |
через рычаги и шестерню 6 поворачи |
вает диск 8\ при этом колодки |
прижимаются к внутренней поверхности |
4 цевочного диска, и инерционные силы карусели плавно гасятся. |
|
Время транспортирования |
tTp карусели желательно сокращать, и |
оно определяется из циклограммы, хотя увеличение времени /Тр обес печивает плавность работы индексирующего устойства и его долговеч ность.
Возможность использования кулака /улиты) заданного наружного диаметра DKопределяется допустимым углом давления Ѳдоп (рис. 12, б).
Для кулака с наиболее распространенным косинусоидальным про филем значение угла Ѳ в середине кривой будет максимальным:
180° |
Н _ |
Гц |
Н |
tg/Ѳтах — |
D\; |
2tTp |
DIf |
а |
Обычно Ѳ<40°.
Шаг между центрами соседних цевочных роликов равен:
„ n . ß |
л . 180° |
Н —Dsin — = |
Dsin------ |
где D — диаметр цевочного диска по центрам роликов,
.32
ß— угол между центрами двух соседних роликов;
п— число роликов.
Ширина фиксирующего диска кулака
В = н - а ц,
где dц— наружный диаметр роликов цевочного диска.
Крутящий момент /Икр, необходимый для поворота вала с кулаком,
определяется по формуле: |
|
Мкр= А1сопр ^ K--tg Ѳ |
, |
где Мсопл — момент сопротивления, который |
преодолевается при по |
вороте цевочного диска (с учетом статического и динамического момен тов сопротивления).
Для уменьшения угла давления при заданных величинах Гц, Н н DKприменяется привод с выключаемым кулаком (рис. 12, в).
Карусель 6 получает движение от кулака (улиты) 4, установлен ного на вспомогательном валу 5 автомата. Вал 5 вращается быстрее распредвала 2 и оба они приводятся в движение от одного электродви гателя, но через разные кинематические цепи. Включение вала 5 осу ществляется однооборотной муфтой 3 от кулакаустановленного на рас предвале 2.
Время выстоя карусели 6 определяется разностью между вре менем одного оборота распредвала Гц и временем транспортирования Кр. карусели:
60 |
60 |
а |
f В — Гц К р. — |
Лив |
360е |
прв |
где прв п Пвв — число оборотов в минуту распределительного и вспо могательного валов.
Примечание. Для приведенном схемы автомата принимают а = 270-^330°, что по зволяет значительно уменьшить величину угла Ѳ.
В ряде случаев, когда необходимо регулировать время выстоя кару сели, привод вспомогательного вала с кулаком поворота осуществляет ся от отдельного электродвигателя.
Погрешности изготовления деталей кулачково-цевочного механизма приводят к ошибке индексирования карусели. Такие погрешности изго
товления можно объединить в три группы: |
I) |
приводящие к ошибке |
|||
взаимного положения осей отверстии цевочного диска; |
2) |
приводящие |
|||
к перемещению цевочного диска во время его выстоя; |
3) приводящие к |
||||
перемещению цевочного диска во время выстоя вследствие |
биения за |
||||
порной части кулака. |
|
|
|
|
|
1) |
О ш и б к а у г л о в о г о п о л о ж е н н я в е д о м о г о з в е н а Асра |
||||
представляет собой угловую ошибку положения центров отверстий це |
|||||
вочного диска под осп роликов, возникшую |
от |
погрешностей расточки |
|||
этих отверстий. |
|
|
|
|
3 -io n |
33 |
При обработки отверстий под осп роликов на координатно-расточ ном станке с поворотным столом эта ошибка определяется погрешнос тью делительного устройства поворотного стола Дсрде.-ь
А<р= АсгДРЛ.
Погрешность радиуса расположения центров отверстии под ролики непосредственно на ошибку углового положения ведомого звена не вли яет, но приводит к увеличению зазора в соединении роликов и фиксиру ющего диска кулака.
2) |
О ш и б к а у г л о в о г о п о л о ж е н ня ц е в о ч н о г о д и с к а А |
(рис. 12, в) |
из-за наличия зазоров в соединении роликов с фиксирую |
щей частью кулака.
С учетом центрального укіа © между центрами расточек под оси роликов, радиуса цевочного диска по центрам роликов R и числа роли ков п ошибка 2ufопределяется из выражения:
|
R sin |
18СГ |
|
|
|
|
- 12 |
|
|
sin( |
|
|
п |
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
где Az — величина суммарного зазора, |
|
|
|
|
S — размер хорды, соединяющей |
центры |
соседних |
роликов. |
|
Для практических расчетов более удобна |
приближенная формула, |
|||
которая дает погрешность менее 1% при малых величинах |
углов, т. е. |
|||
при малых ошибках углового положения карусели (Дср2 Z |
2°). |
|||
-МГ,- |
R cos |
180° |
|
|
R ссз |
|
|||
|
|
|
и |
|
Величина суммарного зазора A z (рис. 12, |
г) |
представляет собой за |
зор в соединении цевок п фиксирующего диска кулака Azi и зазор вви ду осевого смещения кулака на валу Aza вследствие имеющихся люфтов:
Дг = Ат, -f Az,.
Величина зазора Az» является величиной вероятностной и опреде ляется фактическими размерами детален, сходящими в размерную цепь.
Примечание. Расчет |
размерной |
цепи для наиболее часто применяемого |
диапазона |
|||||
размеров (для d, и rf. = |
10-т-18 мм при dn = 30—50 мм) показал, |
что при |
выполнении |
|||||
сопрягающих размеров осей п роликов по ходовом |
посадкам 2-го |
класса |
точности н |
|||||
допуске па |
фиксирующую |
часть |
кулака 1> .-.пс |
максимальное |
значение |
зазора |
||
0.106 |
мм. При выполнении сопрягающих размеров осей и роликов |
по |
скользя |
|||||
щим посадкам 2-го класса точности максимальное значение зазора |
Azi = 0,054 мм. |
|||||||
Влияние диаметра цевочного диска D и числа роликов п на ошибку углового по |
||||||||
ложения цевочного диска Дгр |
при зазоре Дг, = 0,1 |
мм и Д22 =0,02 иск иллюстриру |
||||||
ется па графике рис. 12, |
д. |
|
|
|
|
|
|
34
Для снижения зазора Дг2 (вызывает дополнительную люфтовую
ошибку диска) монтаж вала кулака поворота |
карусели осуществляется |
||||
не на радиально-упорных подшипниках, а па |
упорных шарикоподшип |
||||
никах пли подшипниках скольжения. |
|
|
|
||
3) |
С м е щ е н и е ц е в о ч н о г о д и с к а А в о в р е м я в ы с т о я оп |
||||
ределяется |
перекосом фиксирующего |
диска |
кулака |
относительно оси |
|
его вращения, зависит от наличия зазора б и определяется из выраже |
|||||
ния (рис. 12, е ) : |
|
|
|
|
|
|
Дф = ------------------ |
■’ А, |
А |
= Аі + |
До. |
|
R cos |
180° |
|
|
|
Величина зазора б определяется погрешностью обработки отверс тия кулака и посадочного диаметра вала:
где D — наружный диаметр кулака, |
|
|
|
||
/ |
— длина посадочной поверхности кулака. |
|
|
||
Обычно величина 6 = 0у-0,044 мм. |
|
|
|
г, д ). Обгон |
|
г) |
Кулачково-роликовые |
(обгонные |
муфты, рис. |
11, |
|
ные муфты получили широкое распространение в средствах автомати |
|||||
зации кузнечно-штамповочного производства и различаются как роли |
|||||
ковые и клиновые. |
|
работают |
при |
вращении |
|
Роликовые обгонные муфты (рис. 11, г) |
|||||
внешней обоймы ! и неподвижной |
внутренней 3 или наоборот. Если |
внешняя обойма 1 вращается по направлению стрелки А, то ролики 2 силой трения затягиваются в узкую выемку между обоймами 1 и 3. за клиниваются в ней и приводят во вращение внутреннюю обойму 3. С. целью надежности заклиниваний ролик поджимается пружиной 4 че рез выдвижной штифт 5. При вращении обоймы 1 в обратном направ лении, происходит расклинивание ролика и сжатие пружины 4; при этом фрикционная связь обоймы 3 с обоймой 1 прекращается, т. е. обойма 3 не вращается.
Клиновая обгонная муфта (рис. 11, д) имеет внешнюю 6 и внут реннюю 9 обоймы, с цилиндрической поверхностью, между которыми размещены эксцентриковые ролики 7. Эти ролики связаны спиральной пружиной 8, установленной в ее торцовых пазах.
Муфта работает следующим образом. При вращении наружной обоймы по стрелке А ролики поворачиваются (размер а ролика меньше размера в) и заклиниваются между рабочими поверхностями обоих обойм. В нерабочем положении механизма пружина 8, связывающая ролики, поджимает их к обоим обоймам, т. к. рабочие поверхности обойм выполнены под некоторым углом, то пружины стремятся по вернуть ролики так, чтобы они постоянно контактировали с этими по верхностями. При вращении наружной обоймы в обратном иаправле-
3* |
35 |
шш, ролики наклоняются и скользят по наружной обойме без переда чи ей движения.
Примечание. Роликовые обгонные муфты |
получили широкое |
распространение |
|
благодаря своей простоте. Угол заклинивания |
обеспечивается |
при |
повороте обоймы |
на а = 6-М0°. Однако роликовые муфты с течением времени |
начинают работать не |
стабильно, т. к. односторонняя выработка площадок, по которым перекатываются ролики, меняет угол заклинивания. Усложнение профиля рабочих поверхностей с целью снижения уменьшения угла заклинивания приводит к удорожанию изготовле ния муфт.
Клиновые обгонные муфты не имеют недостатков роликовых муфт, т. к. точки
соприкосновения роликов с рабочими поверхностями |
беспрерывно меняются. Угол |
||
заклинивания здесь а=2н-4°. Кроме того, из-за значительного |
увеличения |
количе |
|
ства заклинивающих роликов и их радиусов в месте |
контакта |
(размер г) |
габарит |
ные размеры клиновых муфт значительно больше роликовых. |
|
|
Расчет обгонных муфт основан на определении контактных на пряжений и угла заклинивания, а надежность работы— допустимым числом их переключений. При расчете п конструировании обгонных муфт угол заклинивания а при зажатых роликах делается равным примерно двойному углу трения: а=2р.
Расстояние Я от оси вращения роликов до плоскости их качения и диаметр ролика d выбираются в зависимости от габарита муфты, особенно радиуса качения /?, по соотношению:
,2(R -cosa—Я)
(I — |
, |
1 + cosa |
|
Я =Я со5а---- (1 + cosa). |
|
4, МАЛЬТИЙСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ПОВОРОТА |
|
М а л ь т и й с к и е м е х а н и з м ы (рис. |
13 и 5, е) получили наи |
большее распространение в металлообрабатывающих автоматах, для периодического поворота револьверных головок, блоков и столов, т. к. отличаются высоким КПД, простотой конструкции и обеспечивают до статочную плавность поворота.
Одним из основных преимуществ мальтийских механизмов (а так же кулачково-цевочных) является то, что они не требуют специальных устройств для расцепления кинематической цепи (обгонных, кулачко вых и фрикционных муфт, храповых механизмов и т. д.), а также то обстоятельство, что сама структура мальтийского механизма обеспечи вает периодические (прерывистые) движения поворотных узлов при непрерывном вращении ведущих звеньев.
В автоматах с одним распредвалом, вращающимся с переменной скоростью, широко применяются механизмы с 4ч-6 пазами для пово рота шпиндельных блоков, причем поворот осуществляется от распред вала. Они применяются в неметаллорежущих автоматах с одним рас предвалом, вращающимся с постоянной скоростью, особенно там, где
36
время поворота можно совместить с какими-либо технологическими операциями.
Рис. 13. Мальтийские механизмы поворота
Наиболее распространены плоские мальтийские механизмы с на ружным (рис. 13, я, б) и внутренним. заі{вплением (рис. 13, г) и с рав номерно расположенными на кресте радиальными пазами. Ролик кри вошипа входит в паз креста и выходит из него в положениях, в г. іто-
3?
рых ось пазов касается траектории движения центра ролика. После выхода ролика из паза крест останавливается и его положение фик сируется каким-либо устройством (рис. 13, б).
Для этой цели широко применяется фиксирующее устройство в виде сектора 3 радиусом гс, жестко связанного с кривошипом 1 ради усом R. Одновременно с выходом ролика из паза креста сектор вхо дит в одну из сферических выемок креста и фиксирует его до момен та входа ролика кривошипа в следующий паз креста. Такие же уст ройства применяют и в других типах мальтийских механизмов.
Механизмы с зацеплением ролика рычага с пазами ползуна (рис. 13, в) применяют сравнительно редко; этот механизм можно рассмат ривать как мальтийский с бесконечно большим числом пазов. Ползун движется по косинусоидальному закону изменения ускорения. Этот за кон движения является промежуточным между законами движения креста с внешним и внутренним зацеплением.
В механизмах с внешним зацеплением при малом числе пазов тре буются значительно меньшие углы поворота кривошипа для соответ ствующего поворота креста, чем в механизмах с внутренним зацепле нием или в сферических механизмах. Поэтому механизмы с наружным зацеплением и малым числом пазов применяют в тех случаях, когда угол поворота креста должен соответствовать возможно меньшему уг лу поворота кривошипа. В случае, когда кривошип получает движение от отдельного привода и угол его поворота не ограничен, можно вы брать любой тип мальтийского механизма; при этом следует исходить из условий получения возможно меньших динамических нагрузок, ус ловий компановки и др.
Сферические механизмы могут быть построены с различными угла ми уо между валами кривошипа и креста (рис. 13, д). Обычно этот угол берется равным 90° (рис. 13, е). В сферическом механизме воз никают меньшие динамические нагрузки, чем в механизмах с внешним зацеплением. Иногда применение сферического механизма позволяет
избежать |
дополнительной конической |
зубчатой |
передачи |
(например, |
|
в механизме поворота барабана агрегатного станка). |
|
||||
Недостатки мальтийских механизмов: 1) |
большие пики |
кривой ус |
|||
корения |
(особенно при малом числе |
пазов), |
что |
вызывает |
значитель |
ные инерционные нагрузки при большой скорости поворота или боль ших моментах инерции при повороте тяжелых узлов; 2) имеют срав нительно большой угол поворота ведущего звена, особенно при боль шом числе пазов креста; это ограничивает их применение в автоматах
содним распредвалом, вращающимся с постоянной скоростью.
Сцелью уменьшения угла поворота между ведущим звеном и по водком вводятся дополнительные механизмы (зубчатые колеса, рычаж ные передачи, кулачки и т. д.), которые усложняют конструкцию и
увеличивают ее габариты.
В механизмах с внешним зацеплением при малом числе пазов тре буются значительно меньшие углы поворота кривошипа для соответ ствующего поворота креста, чем в механизмах с внутренним зацепле нием или в сферических механизмах. Поэтому они применяются с ма
38
лым числом пазов, когда угол поворота креста соответствует минималь ному углу поворота кривошипа.
В мальтийских крестах с внутренним зацеплением угловые уско рения ек достигают максимальной величины в моменты входа и выхо да цевки из зацепления; они по сравнению с механизмами с внешним зацеплением при прочих равных условиях характеризуются меньшими значениями ею т. е. меньшими динамическими нагрузками.
Мальтийские механизмы с внутренним зацеплением более слож ны в изготовлении и в монтаже и более дороже, чем с внешним зацеп лением,,
В тех случаях, когда кривошип имеет отдельный привод и угол его поворота не ограничен, можно применить любой тип мальтийского ме ханизма с учетом минимальных динамических нагрузок, точности, ком пановки и т. д.
Для поворота столов и барабанов агрегатных станков в последнее время применяют сферические мальтийские механизмы, что упрощает схему привода, причем с отдельным электродвигателем.
Мальтийские механизмы с наружным и внутренним зацеплением широко применяются в револьверных автоматах и в автоматах с вспо могательным и распределительным валами, где не существует ограни чений на угол поворота ведущего звена.
Обязательным условием безударного индексирования при помоши мальтийских крестов является соблюдение кинематической зависимос
ти: a + ß= --- (рис. 5, в). При этом кривошип располагается перпенди
кулярно оси паза мальтийского креста в момент входа (начало поворо та) и выхода (конец поворота) ролика.
В зависимости от количества пазов z будет изменяться и угол а = Л ,
Следовательно, |
|
|
Z |
|
|
|
|
о = |
я___ я _ |
я (г—2) |
|
Р |
2 |
г |
2г |
Обычно при конструировании мальтийских механизмов для индек |
|||
сации блоков или столов исходными |
параметрами являются: 1) число |
||
пазов креста, определяемое |
|
числом |
позиций — z; 2) время останова |
(выстоя), определяемого продолжительностью самой трудной опера цией — ^ост; 3) время поворота (индексирования) узла для смены по зиций (его необходимо резко сокращать или совмещать с рабочими опе рациями ---<инд).
Для столов сборочных машин іИнд=0,3-^5 сек.: меньшее время для небольших столов, большее — для тяжелых столов.
При конструировании задается также угол поворота мальтийского креста (2а), который определяется углом поворота индексируемого уз ла 2аИцд и передаточным отношением і креста: 2-аИнД=2-а-г.
39
При повороте индексируемого узла за время tmm продолжитель ность поворота мальтийского креста на угол 2 -а составит:
*д= tnf '
При равномерном вращении кривошипа (со= const и н= const) про должительность полного оборота его составит
|
|
|
г |
60 |
сек. |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
= — |
|
|
|
||
т |
|
П |
ß |
п |
|
- 2 |
60 |
|
|
|
|
|
откуда |
||||||
1 ак, как |
— = — - |
, то /д= |
а |
||||||
|
|
Т |
- |
|
|
2z |
|
|
|
п = |
.:—2 30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
------------ —оо. мин (1/60 об/сек). |
|
|
|
|
|||||
Примечание. |
Если |
по конструктивным |
и |
технологическим соображениям |
заданы |
||||
сШІЛ и и, то приходится выбирать число пазов |
креста г=4-н8 и передаточное |
отноше |
|||||||
ние і= — г —- Увеличение числа пазов |
креста |
|
вызывает увеличение |
угла поворота по- |
|||||
5 |
I |
|
поворота креста, а |
|
также увеличивает |
габариты |
(радиус |
||
водка необходимого для |
|
||||||||
креста). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Периодический |
поворот является |
|
вспомогательной |
операцией, поэ |
тому для повышения производительности желательно снижать его про должительность, т. е. уменьшать число пазов креста 2 и увеличивать
число оборотов в минуту п водила. Однако эти мероприятия связаны с резким ухудшением динамических условий поворота (увеличиваются толчки в начале и в конце поворота креста).
Для первой половины поворота креста его ускорение ек возрастает, а для второй — падает; в точке перехода ек = 0, т. е. передаточное отно шение от кривошипа к кресту переменно.
Во избежание жесткого удара в момент входа ролика кривошипа в паз креста необходимо, чтобы скорость креста была равна нулю, т. е. при cp = ß должно быть выполнено условие:
cosß— — =0,
е
где г — радиус кривошипа, е — межцентровое расстояние.
г= с? - cosß; — = sin a = sin — (рис. 5, в).
еz
Для начала и конца поворота скорости креста равны нулю, а уско рения
Ек(цач)= £к(коц) = І СО2 ' t g ---- .
■у
Так как tg-_ всегда больше нуля, то ускорения креста в начале и
40