книги из ГПНТБ / Прошков А.Ф. Машины для производства химических волокон. Конструкции, расчет и проектирование учеб. пособие

Следовательно, при перемещении центра пальца по дуге T 2T t кинематические параметры нитеводителя можно подсчитать по

выведенным выше формулам, заменяя радиус R на R1=-^~.

При перекатывании ролика через мысок Е центр пальца перемещается по дуге /С2Р 2 с радиусом

Действительная траектория движения центра пальца при си­ ловом аамыкании описывается кривой Т йТ гК 2Р 2Т 2Т 0 при усло­ вии отсутствия зазоров и люфтов в червячной передаче к цилин­ дрическому кулачку.

Таким образом, на центрифугально-формовочных машинах в момент смены направления движения нитеводителя в нижнем положении возникает ускорение, во много раз большее, чем в мо­ мент смены направления в верхнем положении. Это обстоятель­ ство обязательно следует учитывать при силовом исследовании механизма.

В подавляющем большинстве случаев в кинематических парах привода к мотальному кулачку имеются зазоры и даже люфты. Нетрудно видеть, что в момент смены направления движения ните­ водителя эти зазоры и люфты будут выбираться: при подъеме ните­ водителя — в одном направлении, а при опускании — в противо­ положном.

Время выбора зазоров и люфтов можно определить аналити­ чески или экспериментально; суммарная величина зазоров и люф­ тов и время их выбора влияют на закон перемещения нитеводителя.

При горизонтальном расположении штанги нитеводителя дей­ ствительная траектория движения центра пальца зависит от соот­ ношения между силой трения и силой инерции штанги.

Если сила инерции U штанги меньше силы F трения в ее опо­ рах, то ролик соприкасается с обоими мысками профиля паза

Если U > F, то в крайних положениях ролик со штангой по инерции продолжает движение до встречи с противоположной стороной паза. В этом случае определить теоретически траекто­ рию движения пальца в крайних положениях чрезвычайно трудно. Обычно, если в этом есть необходимость, траектории движения пальца изучают экспериментально.

350

При переходе ролика с ветви подъема на ветвь опускания (и наоборот) меняется направление момента от силы N нормаль­ ного давления относительно оси вращения плоского кулачка. Как только величина этого момента превзойдет момент от сил тре­ ния в кинематических парах привода, сразу начинают выбираться зазоры и люфты. Если этот выбор происходит при работе кулачка, то при выборе зазоров и люфтов нитеводитель выстаивает. Если выбор зазоров и люфтов происходит при перекатывании ролика

Рис. 218. Схема к определению времени смены направления движения и выстоя нитеводителя в крайних положениях

через мысок кулачка, то движение нитеводителя ускоряется и напоминает по характеру свободное падение груза. Это ускорен­ ное движение особенно заметно при большом износе зубьев зуб­ чатых колес привода к кулачку, больших люфтах и высокой ча­ стоте вращения мотального кулачка.

При перекатывании ролика по мыску возможно даже наруше­ ние контакта между роликом и кулачком, — происходит так назы­ ваемый отрыв ролика от кулачка. Это явление нежелательно по­ тому, что в этот момент на некоторой длине намотки нарушается закон перемещения нитеводителя, а главное, происходит удар ролика по кулачку в момент вхождения их в контакт. Ударные нагрузки ведут к интенсивному износу кулачка в местах соударе­ ния его с роликом и к еще большему нарушению закона движе­ ния нитеводителя.

Силовое замыкание обычно обеспечивают кольцевыми и ните­ направительными планками, веретенными брусьями со всеми за­ крепленными на них деталями.

Для примера рассмотрим отрыв ролика на кольцевых машинах. В верхнем положении кольцевой планки ее скорость равна нулю,

351

а разность между весом планок и силами инерции, действующими на планку, положительная, т. е. выполняется условие силового замыкания. Опускание нитеводителя происходит под действием его собственного веса.

Пренебрегая трением в опорах колонки и трением движущихся деталей о воздух, с некоторым приближением можно принять, что нитеводитель при опускании совершает свободное падение, кото­

кулачка при уменьшении его радиуса-вектора как бы удаляется от верхнего положения нитеводителя. Если скорость удаления профиля кулачка больше скорости падения нитеводителя, то ветвь опускания кулачка не может сообщить нитеводителю за­ данный закон движения.

Следовательно, необходимым условием силового замыкания является наличие положительной разности между скоростью падения ролика, работающего с кулачком, и скоростью удаления центрового профиля ветви опускания кулачка.

За время свободного падения нитеводителя кулачок повора­ чивается на угол ер, а его радиус-вектор изменяется до величины р, т. е. профиль ветви опускания кулачка удаляется от верхнего

где т — передаточное число кинематической схемы мотального механизма.

Для определения т необходимо найти зависимость радиуса р ветви опускания кулачка от ф или t.

В производстве химических волокон на кольцевых машинах применяют цилиндрическую намотку, причем профилем кулачка является архимедова спираль. В этом случае

РРтах

где

Ртах — Ртіп

t,on

т

здесь /on— время, в течение которого р изменяется от ртах до

Ртіп> Е — эксцентриситет кулачка.

Таким образом,

Е

Р — Ртах *

*оп

а условие силового замыкания принимает вид

gx2 Ex 2т ' ten ‘

Отсюда найдем минимально возможное значение времени свобод­ ного падения нитеводителя

здесь H — амплитуда колебания нитеводителя. За это время нитеводитель пройдет путь

Упад :

gn &1п

а соударение ролика с кулачком произойдет в точке, где

При равномерном вращении кулачка соударения происходит при повороте кулачка на угол

Таким образом, при силовом замыкании под действием веса движущихся деталей происходит отрыв ролика от ветви опуска* ния кулачка при скорости со >> 0.

Для уменьшения или полного устранения удара ролика по

При увеличении со и уменьшении времени ton опускания ните­

с более пологой ветвью опускания, т. е. наматывать прослойки при опускании нитеводителя с меньшим шагом, чем при его подъеме.

При проектировании мотальных механизмов с силовым замы­ канием для кольцевых машин, работающих со скоростью кулачка до 0,5 ра'д/с, желательно профиль кулачка делать симметричным. При скорости кулачка выше 0,5 рад/с ветвь опускания должна быть более пологой, чем ветвь подъема.

При увеличении сил трения в кинематических парах передач движения от мотального кулачка к нитеводителю время падения и Упад, увеличиваются.

Если для силового замыкания используют спиральные пру­ жины, то для уменьшения времени отрыва ролика от кулачка

U — сила инерции нитеводителя со всеми закрепленными на нем деталями;

б) период Т собственных колебаний пружины с учетом массы нитеводителя должен быть в 3—5 раз меньше времени свободного

Силовое исследование мотальных механизмов

При силовом исследовании определяют усилие, напряжение или деформацию в выбранном сечении любого звена мотального меха­ низма.

Методика силового исследования аналогична для всех моталь­ ных механизмов, независимо от схемы и принципа работы.

Силовое исследование всегда начинают с ведомого звена. Та­ ким звеном в мотальном механизме кольцевых машин является, как правило, колонка кольцевой планки и колонка нитенаправи-

силы (рис. 219):

G — вес колонки со всеми закрепленными на ней деталями,

354

В общем виде центр тяжести $ рассматриваемой конструкции смещен относительно оси колонки на величину е.

Из перечисленных сил должны быть известны силы G и U. Значения остальных сил зависят от конструктивных размеров и

Знак плюс при е ставим в случае, если общий центр тяжести s находится слева от оси колонки, а знак минус — если он нахо­ дится справа от оси колонки.

В выражении (364) произведение — (А -j- fd -)- 2у) очень

Гр л

мало по сравнению не только со слагаемым Л, но и с величиной 2/Хшах. поэтому в -практических расчетах этим произведением сле­ дует пренебрегать. Кроме того, смещение е общего центра тяжести относительно оси колонки обычно мало по сравнению со слагае­ мым А.

Таким образом, в практических расчетах с большой точностью

Исследование полученных выражений показывает, что с уве­ личением X резко возрастают реакции N, N х и N 2. Минимальные значения эти реакции имеют при х — 0, т. е. когда точка контакта М лежит на оси колонки.

При удалении точки контакта М от оси колонки вправо урав­

Сравнивая выражения (364) и (371), замечаем, что при е = 0 и прочих равных условиях значение N во втором случае немного больше, чем в первом.

356

Впрактических расчетах при подъеме кольцевой планки зна­ чения N, F, АД и ЛД следует определять по упрощенным формулам (368—370). В этих формулах знак плюс при U берут в том случае, если сила инерции направлена вниз, а знак минус — если она направлена вверх.

Вначале подъема колонки сила инерции имеет максимальное значение и направлена вниз. Следовательно,

Для облегчения начала подъема кольцевых планок, а также во избежание заклинивания колонок необходимо устанавливать как можно меньшее значение х.

Если максимальное значение силы инерции U составляет 3—5% от G, то силой инерции при расчете можно пренебречь.

Исследование выражения (375) показывает, что значение N равно бесконечности, когда знаменатель дроби равен нулю (яв­ ление самоторможения):

при подъеме кольцевой планки самоторможения колонки не должно происходить. Однако на практике возможно заклинива­ ние колонок, которое происходит вследствие перекоса опор ко­ лонок, нарушения формы колонки при ее обработке или монтаже или из-за сильного загрязнения опор. Кроме того, заклинивание возможно и от деформации (изгиба) колонки, которая резко уве­ личивается при скольжении ролика по башмаку. В этом случае формула (371) принимает вид

357

Силовой расчет колонки нитенаправителей аналогичен рас­ чету колонки кольцевой планки, поэтому формулы (364—380) пригодны для расчета колонок нитенаправителей.

Расчет мотального рычага. Мотальный рычаг является одним из основных звеньев мотального механизма. Конструктивное оформление мотальных рычагов зависит от вида и принципа фор­ мирования заданной формы намотки.

В общем случае на мотальный рычаг АО действуют следующие силы (рис. 220):

S — натяжение в тяговой цепи; G — вес рычага;

N — нормальное давление между роликом и мотальным кулач­ ком;

F — сила трения качения между роликом и мотальным ку­ лачком;

М = Ѳ0е — момент инерционных сил (0о — момент инерции массы рычага со всеми закрепленными на нем деталями, в — угловое ускорение рычага);

Ro — реакция в опоре О; U — сила инерции рычага.

Максимальная нагрузка действует на рычаг в самом начале подъема кольцевых планок, т. е. при прохождении ролика по выемке кулачка.

В первом приближении, пренебрегая трением в кинематических

358

Реакцию Ro в опоре О найдем из плана сил, построенного по уравнению

S + G + U + N + R = 0.

Во втором приближении находим

дт__ Sh, 4- Ѳре Rprf — Gh2

где k — коэффициент трения-качения; /•„ — радиус ролика.

Мотальный рычаг в месте крепления оси ролика подвергается воздействию наибольшего изгибающего момента от силы S, при­

Если линии действия перечисленных сил расположены в раз­ ных плоскостях, то рычаг подвергается кручению.

На кручение следует рассчитывать рычаги, на которых кре­ пятся дополнительные устройства для смещения кольцевых пла­ нок с целью формирования конусов на теле намотки. При проек­ тировании необходимо так располагать эти устройства, чтобы рычаг подвергался минимальному кручению. Практически это нетрудно осуществить.

Расчет кулачка на контактное напряжение« Контактное напря­ жение сдвига по линии контакта ролика с кулачком определяют по формуле Беляева—Герца (при коэффициенте трения f = 0,2):

контакта, р2 — радиус ролика).

359