книги из ГПНТБ / Милевский Э.Б. Автоматизация процессов индексирования учеб. пособие для студентов машиностроит. специальностей

а клин 7 запирает деталь 2— поворачивает ее в обратном направлении до упора п фиксатор 9.

На рис. 25, е показана схема двойной фиксации, обычно применя­ емая в многошпиндельных автоматах токарных отечественных типов для фиксации шпиндельных барабанов. После поворота барабана 2 го­ ловки фиксирующего рычага 10 и запирающего рычага 12 свободно вхо­

дят в пазы фиксаторных гнезд. Затем при помощи системы рычагов с приводом от кулачка И запирающий рычаг 12 поворачивает барабан в

обратном направлении, прижимая друг к другу фиксирующие поверх­ ности гнезда и рычага 10\ вследствие этого барабан фиксируется. При освобождении барабана оба рычага отводятся, н барабан при наладке станка можно поворачивать в любую сторону. Вариант механизма, при­ веденный на рис. 25, д, имеет два последовательно включенных рычаж­ ных механизма для передачи усилия запирающему рычагу 12 от кулач­ ка 11 через упругое звено.

II.РАБОТА ОДНОГО ФИКСАТОРА И ЕГО РАСЧЕТ

1.Удельное давление по длине фиксатора

Работу одинарного фиксатора с одной прямой п одной скошенной гранями, ось которого перпендикулярна оси поворачиваемого узла, можно представить следующим образом (рис. 26).

Перед началом поворота блока пли стола (заштрихованный левый узел) фиксатор принудительно выводится из гнезда делительного диска при помощи управляющего механизма — кулачка распредвала или гидроцилнндром (фиксатор-упор чаще всего просто выжимается скосом из гнезда). В таком положении фиксатор удерживается в течение большей части поворота блока или стола. Перед окончанием индексирования фиксатор освобождается и под действием пружины 5 прижимается к цилиндрической (реже — к торцевой) поверхности диска, блока пли сто­ ла. По ней фиксатор скользит до тех пор, пока под ним не окажется следующее гнездо, в которое он заскакивает под действием той же пру­ жины. Конец фиксатора имеет наклонную 7-стопорящую и прямую 2-

фиксируіощую грани.

Если блок или стол поворачивается на угол больше угла индексиро­ вания, т. е. обеспечивается некоторый «перебег» по отношению к задан­ ному положению (пунктирная стрелка), то фиксатор, воздействуя на гнездо только наклонной гранью, начнет доворачивать («дожимать») блок в противоположную сторону, за счет силы пружины, постепенно углубляясь в гнездо, д'оворот заканчивается, когда прямая — фиксиру­ ющая грань фиксатора прижимается к прямой грани гнезда. Этны фик­ сируется точное положение поворотного узла.

Прямая грань фиксатора вступает в работу в последний момент доворота, являясь жестким упором, и поэтому изнашивается незначи­ тельно, что повышает точность фиксирования.

Поскольку механизм фиксации доводит фиксируемый узел до точ­ ного положения, то при одинарной фиксации избежать скольжения

70

фиксирующей поверхности невозможно. Уменьшить износ можно путем увеличения этой поверхности, снижения кинетической энергии удара узлов, подбором соответствующего материала фиксатора и его термо­ обработки.

Расчет одинарного фиксирующего механизма для поворотных сто­ лов, блоков и каруселей весом G с диаметром D осуществляется в сле­ дующем порядке (рис. 26, а).

При поворотах узла в моменты его останова и начала фиксации на ско­ шенный конец фиксатора действует окружная тангенциальная сила (действует перпендикулярно оси фиксатора) Р, которая вызывает не­ равномерное распределение удельных давлений по всей длине фиксато­ ра, находящейся в корпусе, т. е. на длине в.

Пренебрегая зазорами между направляющими фиксатора и корпу­ сом, [ложно изобразить линейным характер эпюры давления по длине в направляющей фиксатора; распределение давления подчиняется закону прямой.

Определение наибольшего удельного давления q% (у рабочего конца фиксатора) и у\ (у нерабочего конца фиксатора), где д2><?і. осущест­ вляется по следующим формулам:

________ 2Р (1- а )_______

qi~ Н[(1—а )2— {Ь + а—/)2]

71

____ 2P {g + b—l)

где H — высота или диаметр фиксатора;

Ь— длина направляющей фиксатора;

а— расстояние от точки приложения тангенциальной силы Р до

начала направляющей (точка Оі); / — расстояние от точки приложения силы Р до точки О, где зна­

копеременная нагрузка на фиксатор равняется нулю.

ции а и Ь, которые берутся из предварительных конструктивных построе­ ний и расчетов.

На основании q\ и q2 осуществляется расчет фиксатора и его на­

правляющих на контактную прочность и износ.

Для уменьшения износа и сохранения необходимой точности фикса­ ции детали механизма фиксации выполняются из высокопрочных и износо­ стойких сталей, а их контактирующие поверхности подвергаются специа­ льной термообработки.

2. Определение величины окружной силы

Величина окружной (тангенциальной) силы Р находится из усло­ вия равновесия поворотного стола. При этом пренебрегаем изменением радиуса R приложения сила Р и изменением угла ß в процессе фикси­ рования.

водится фиксация; Мдв — суммарный движущий момент, необходимый для поворота

узла:

72

делительного диска или поворотного узла уменьшает нагрузку на фик­ сирующий механизм. Поэтому с целью увеличения долговременной на­ дежности, прочности и точности фиксирующего механизма целесооб­ разно применять на поворотных узлах специальные тормозные устрой­ ства., которые обеспечат нулевую скорость поворота узла в момент его подхода к очередной рабочей позиции, т. е. к фиксатору.

Для захода фиксатора в гнездо делительного диска или поворотно­ го узла, предварительного останова узла, дополнительного его доведе­ ния («дожития») на необходимую величину до точного заданного ра­ бочего положения и точной фиксации узла в этом положении необходи­ мо приложить усилие пружины фиксатора (горизонтальная сила Рпр, действующая вдоль длины фиксатора).

Поэтому пружина фиксатора должна быть рассчитана на соответст­ вующую тангенциальную окружную силу Р, создающую суммарный движущий момент Л4ДВ, достаточный для преодоления момента сил соп­ ротивления (трения) поворота узла Мтр п момента сил инерции пово­ ротного узла М„и.

Необходимо также определить продолжительность дополнительного доворота («дожима») поворотного узла данным фиксатором, т. е. время срабатывания пружины фиксатора т.

Суммарный движущий момент, необходимый для поворота узла

(рис. 26, а).

•Мдп = 2?Л4Тр + МІШ,

где ІМ ТР — момент сил сопротивления повороту узла, который пред­ ставляет собой сумму моментов сил трения в опорах поворот­ ного узла М' и рабочих шпинделей М", при этом необходимо также учитывать силы трения в направляющих фиксатора и в

73

метр шейки шпинделя; (.1 и рі — коэффициенты трения в опоре блока или стола и на

шейках шпинделя; 2 , и г2 — число зубъев шпиндельного и центрального зубчатых

колес; т — количество шпинделей в блоке или на карусели.

3. Расчет усилия пружины фиксатора

Итак, пружина фиксатора должна обеспечить поворот и предвари­ тельный останов поворотного устройства, а также его доводку до задан­ ного точного положения.

Рассмотрим основные три силы, приложенные к фиксатору пово­ ротного стола в конце его хода: 1) сила упругости пружины Рир\ 2) си­ лы трения в направляющих и в гнезде стола или делительного диска — F, Fi п F2; 3) реакция на направляющую грань фиксатора Q или нор­ мальное давление /V (см. рис. 26).

Реакция Q в отличии от силы N рассчитывается с учетом угла се и угла трения д. Для упрощения приравниваем эти две силы. Если разло­ жить нормальную силу N на составляющие — тангенциальную окруж­ ную силу Р и радиальную силу F' — то можно определить силу Р.

Следовательно, для доворота (дожатия) поворотного стола в об­ ратном направлении до заданного точного положения необходимая си­ ла (реакция Q или сила (V) рассчитывается из условия равновесия пово­ ротного устройства:

Q cos а-Д = МДП; Q-cos а = Р.

Расчет усилия пружины Рпр фиксатора можно вести несколькими путями (рис. 26, а ).

Рассматривая фиксатор в равновесии в конце его хода под дейст­ вием приложенных сил, можно написать уравнение равновесия:

Рпр—F ■cos се + F' + F1 —|- а,

где F' ■— составляющая нормального давления /V, направленная вдоль оси фиксатора:

F' = P- tg ос;

/•’•cos се — горизонтальная составляющая силы трения F в гнезде пово­ ротного устройства:

F-cos а= N-fr - cos а = P-f,-

74

Так как приведенное уравнение составлено без учета инерционных нагрузок, то для надежного и быстрого гарантированного доворота уз­ ла, действительное усилие пружины Р'„р следует применять несколько больше Рпг с учетом коэффициента запаса ß= 1,2-М ,5, т. е.

Р'пр = ß■Ргр

Второй путь расчета Рпр основан на том обстоятельстве, что для

возможности доворота узла фиксатором необходимо выдержать условие

-У і = О-

Получаем систему уравнений равновесия фиксатора с учетом всех сил, действующих на него:

T— Nfn-cos a + iV sin a = 0

Q —Nfn-cosa —N cos“ = 0.

Окончательное значение Р'пр, которую должна развить пружина (с учетом отсутствия заклинивания фиксатора в направляющих корпуса):

2а P,np = ßP tg(a + Q)+Цпг(---- Н

е

где р — угол трения;

Pup — приведенный коэффициент трения в направляющих фикса­ тора.

75

Аналогичное решение для определения основных размеров фикса­ тора и его механизмов находим при расположении оси фиксатора парал­ лельно оси поворотного узла, что имеет место в поворотных столах

(рис. 27).

Рис. 27. Схема расчета механизма фиксации поворотного стола

Если координата х определяет вертикальное текущее значение пе­ ремещения фиксатора (деформацию пружины) и начало координат рас­ полагается в положении фиксатора со свободным состоянием пружины,

оси фиксатора 4-Етр (направленная против скорости перемещения фик­

сатора — х), 3) сила инерции Q = mnp-x, где пгпр — приведенная масса

всех движущихся частей к оси фиксатора, х — ускорение движение фик­ сатора.

Следовательно, уравнение движения можно записать следующим образом:

—c-x + F = mnp-x.

Если ускорение фиксатора х, то тангенциальное ускорение повора­ чиваемой массы іпир, расположенной на расстоянии R от оси поворота.

будет равно x-'tg о. (где а — угол скоса фиксатора), а ее угловое уско­ рение

_ X■tg а

Следоватлыю, окружная сила Р инерции, приложенная к фиксато­ ру, равна

76

Если фиксатор отклоняется от равновесного положения на величи­ ну х0 вследствие воздействия внешней силы, то после прекращения ее

действия фиксатор под действием пружины начинает свободно колебать­ ся с частотой со по гармоническому закону, но с уменьшающейся ампли­ тудой до тех пор, пока сила трения Frp не окажется больше силы упру­ гости ПруЖИНЫ Рпр-

4. Полное время срабатывания фиксатора

77

П о л н а я п р е д в а р и т е л ь н а я д е ф о р м а ц и я х т л * п р у ж и н ы б у д е т р а в н а

с<р— 1

Расчет полного времени срабатывания т фиксатора основан на оп­ ределении двух интервалов времени Т[. и т^ на ход фиксатора Хтах= a''?

г. е. т= ті + т 2,

где ті — соответствует свободному перемещению фиксатора на ход х' до встречи фиксатора с гнездом узла;

тз — соответствует собственно фиксированию узла.

Расчет времени ті можно осуществить по формуле, определяющей время срабатывания двухзвенного пружинного механизма, которая ос­ нована на использовании уравнения динамики машин в форме закона изменения кинетической энергии.

Полагая, что силон сопротивления Q можно пренебречь в виду ее незначительной величины (Q = 0), можно записать

Незначительность силы сопротивления объясняется тем, что трение в направляющих от силы тяжести фиксатора ничтожно.

Расчет интервала времени та ведется на основе приведенной массы пгаР и приведенной силы сопротивления (нормальной силы) Q„p. Вели­ чина mgр определяется по условию равенства кинетической энергии звеньев механизма кинетической энергии массы mlip, имеющей в данный момент скорость, равную скорости фиксатора.

Впервом приближении

Всвою очередь Qnp постоянна по величине и равна Рпі>.

Расчет та возможно вести по формуле для определения ті, если за начальное положение фиксатора принять то, которое он займет после перемещения на х' из крайнего правого положения, а также если под­ ставить следующие значения:

m — ш Пр\ Р пр(щах) — Р ' \ Q — Q n p ( / V ITp ) ; X — Хѵ — x ' ;

полная деформация пружины xmax— х'.

В качестве примера рассмотрим определение времени срабатывания т двухзвенного механизма с приводом от пружины 1 (рис. 27, б).

Примем, что в начальном положении пружина сжата и на ведомое звено 2 со стороны пружины действует сила Pnptmax), закон изменения

78

Определим величину движущей силы пружины Рпр, действующей на ведомое звено (положение звена определяется расстоянием х от левого крайнего положения).

Из диаграммы пружины (см. рнс. 26, б)

Обычно, время срабатывания ведомого звена т легко определяется, если известна зависимость изменения скорости точки ведомого звена от его положения Ѵ=Ѵ(х), а также начальное и конечное положение звена -V) и х2.

в форме закона изменения кинетической энергии

У.

откуда

Ѵ =

Так как в начальный момент звено неподвижно (Ѵ’і —0), то

На основе уравнения для определения т, имеем:

т =

79