Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Практикум по конструированию сварочных приспособлений. Учебное пособие
.pdf
ющий непостоянство установки, отклонения формы и размеров загото-
b1b
b1b
b1b
вок, износ опорных и зажимных элементов приспособления.
Если принимать в расчетах граничное условие прилегания пояса
балки к кондуктору, то необходимое усилие прижатия будет находиться
ff
из условия
.
0
Усилие прижатия при осевой деформации. На рис. 3.4. представ-
лены три схемы закрепления свариваемого тавра для устранения осевого изгиба.
а б в
2
2
2
с
P
2
e
l
q
l
e
P
1
e
l
l/2
Рис. 3.4. Схемы закрепления изделия при осевом продольном изгибе:
а – прижатие равномерно распределенной нагрузкой;
б – прижатие одним прижимом; в – прижатие двумя прижимами
Для сравнительно коротких балок используются схемы, представленные на рис. 3.4,
При закреплении в центре одним прижимом, развиваемое им усилие будет равно
б, в.
Pl
1
6Pe
у
. (3.18)
P
2
с
При закреплении двумя прижимами, равномерно отстоящими от
краев соединения, усилие прижатия двумя сосредоточенными силами
будет равно
2
3
Pel
P
2
cl c
у
2
34
. (3.19)
В балочных конструкциях после сборки и сварки тавра со вторым
поясом возникает изгиб в противоположном направлении, величину ко-
31
торого можно определить по этим же формулам, подставляя значение
нового эксцентриситета
e.
Содержание работы
Рассчитать требуемое усилие закрепления полки и стенки при
сборке в приспособлении, предусматривающем поворот и вращение
свариваемой конструкции.
Исходя из полученных данных по величине сварочных деформаций
при сварке двутавра, рассчитать требуемые усилия закрепления полки
и стенки. Провести проверочные расчеты и при необходимости произвести корректировку величины усилия закрепления балки.
Результаты работы представить
в виде отчета, оформленного на
листах формата А4. В отчете отразить цель и задачи работы. Привести
подробное описание решения поставленных задач в порядке их выполнения.
В выводах привести рассуждения по назначению усилий прижатия
заготовок к опорам стенда, а также обосновать выбор схемы закрепления деталей.
4. ЗАЖИМНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Практическое занятие № 1. Винтовые зажимы
Цель работы:
приспособления для сборки и сварки балки двутавровой, а также усилий, возникающих в приспособлении, рассчитать винтовые прижимы.
Задачи работы:
1. Назначить тип винтового прижима (с пятой или без пяты) в зави-
симости от необходимости предохранения изделия от деформации.
2.
По заранее рассчитанному усилию закрепления деталей произ-
вести расчет элементов винтового прижима.
Пояснения к работе
При расчете винтовых прижимов по требуемому усилию прижатия
заготовки Р определяют винт, гайку, корпус и элементы крепления
прижима к корпусу приспособления (рис. 4.1).
Из условий прочности находится внутренний диаметр винта:
с учетом разработанной принципиальной схемы
вн
1, 2 7 Pz
d
доп
, (4.1)
32
где Р – необходимое усилие прижатия заготовки или детали, действую-
f
щее по оси винта, Н;
винта с пятой 1,4, для винта без пяты 2; [
на сжатие для винта, Н/мм
Полученное значение
z – поправочный коэффициент, принимаемый для
σ]
– допускаемое напряжение
2
.
d
округляют до ближайшего большего по
вн
доп
государственным стандартам на винты нажимные с рукояткой и концом
под пяту (ГОСТ 13431–68). Далее по стандарту находят все остальные
размеры винта (табл. 4.1). Длина винта будет зависеть от необходимого
хода.
После выбора параметров винта необходимо провести проверочный расчет. Дополнительный проверочный расчет тяжелонагруженных
винтов с пятой проводится
по следующей схеме. Определяют усилие,
развиваемое винтовым прижимом по формуле
P
tg
rD
ср
Ql
1
2
, (4.2)
где Q – усилие, прикладываемое на рукоятке винта, обычно равное
10…15 Н;
угол наклона резьбы; ρ –
l – радиус рукоятки, мм; r
приведенный угол трения в резьбе; µ – коэф-
фициент трения скольжения на торце винта;
– средний радиус резьбы, мм; α –
ср
D – диаметр контактного
кольца между винтом и пятой, мм.
Угол трения в резьбе зависит от вида резьбы. Приведенный угол
трения определяется выражением
arctg
, (4.3)
cos
где f = 0,1 – коэффициент трения скольжения; β – половина угла при
вершине профиля резьбы.
Для метрической резьбы
β = 30
Для трапециевидной резьбы
Для прямоугольной резьбы
о
, тогда ρ = 6º40.
β = 15
β = 0
о
, тогда ρ = 6º.
о
, тогда ρ = 5º43.
33
l
Q
d
н
d
вн
d
н
В
1
l
r
ср
R
o
D
Р
Рис. 4.1. Элементы винтового прижима
Наибольший угол трения, характерный для метрической резьбы,
способствует её быстрому износу и необходимости применения большего усилия на рукоятке винта. Прямоугольная резьба, не смотря на
наименьший угол трения, обладает меньшей прочностью и технологичностью. Поэтому с точки зрения надежности лучше использовать трапецеидальную резьбу.
Для обеспечения
резьбы
α должен быть меньше привиденного угла трения ρ:
Напряжение сжатия будет определяться как
условия самоторможения винта угол наклона
.
1, 2 7 P
сж
. (4.4)
2
d
вн
l
Если свободная длина винта от пяты до гайки
больше 10dвн, то
1
винт подлежит проверке не только на сжатие, но и на продольный изгиб
и кручение.
Проверка на продольный изгиб осуществляется следующим образом:
zP
27,1
z
2
d
0
вн
34
, (4.5)
доп
где φ0 – коэффициент уменьшения основного допускаемого напряжения
M
на сжатие, определяемый по графику, представленному на рис. 4.2.
l/r
В соотношении
на при продольном изгибе, принимаемая равной 0,5
креплении винта,
r
0
, отложенном по оси абсцисс, l – расчетная дли-
0
l
при жестком за-
1
– радиус инерции:
2
05,0
d
r
0
вн
, (4.6)
F
где F – площадь сечения винта по внутреннему его диаметру.
1
o
0.8
0.6
0.4
0.2
40 80 120 160 200
Рис. 4.2. График определения коэффициента уменьшения
основного допускаемого напряжения на сжатие
Напряжение кручения определяется по формуле
Максимальный крутящий момент на винте M
тов от сил трения в резьбе и сил трения на опорной поверхности винта:
MP r PRf
кр ср 0
tg ctg
где f – коэффициент трения, равный 0,2.
кр
. (4.7)
W
равен сумме момен-
кр
1
3
0
, (4.8)
l/r
o
35
Если τ < σсж ,то полное напряжение на винте составит
22
Если
τ > σ
,то полное напряжение на винте будет равно
сж
Суммарное напряжение на винте не должно превосходить [
4
сж
22
сж
. (4.9)
3
. (4.10)
σ]
доп
.
Расчет гайки заключается в определении количества витков
резьбы:
P
22
ddp
нвн0
где
n
4
р
– удельное давление на поверхности ниток резьбы, принимаемое
о
для стального винта и чугунной гайки 49…59 кН/мм
2
ки 88…127 кН/мм
.
, (4.11)
2
, для стальной гай-
Высота гайки
nS
H
, (4.12)
m
где S – шаг винта; m – число заходов.
Гайку необходимо проверить на изгиб
dd
M
и
W
p
и
, (4.13)
внн
8
2
nrbd
н
3
4
1
ddP
внн
2
nrbd
1
н
6
где
b – расчетная высота нитки, равная 0,5S для квадратной резьбы,
0,65S – для трапецеидальной резьбы, 0,88
S – для треугольной.
Полученное значение напряжения изгиба не должно превышать
допускаемого для чугуна 392 МПа, для стали 588 МПа.
Необходимо иметь в виду, что корпус винтового прижима испытывает изгиб от момента, возникающего при поджатии детали, поэтому
его тоже необходимо рассчитывать на напряжение изгиба.
Изгибающий момент будет равен произведению усилия зажатия
детали на
плечо – расстояние от корпуса до оси винта (рис. 4.1):
PBM
и
. (4.14)
Момент сопротивления изгибу будет зависеть от формы сечения
корпуса и определяться как соотношение момента инерции сечения относительно горизонтальной оси к расстоянию от оси до наиболее удаленной точки поперечного сечения.
Содержание работы
Рассчитать диаметр винта прижима и подобрать размеры прижима,
конструкция которого указана на рис. 4.3, в соответствии со стандарт-
36
ными данными, приняв ближайший наибольший диаметр винта по
табл. 4.1.
Рис. 4.3. Конструкция нажимных винтов по ГОСТ 13431–68
Таблица 4.1
Размеры нажимных винтов в соответствии с ГОСТ 13431–68
№
п/п
1 М6 25, 32, 40, 50 10 12 5 50
2 М8 32, 40, 50, 60 12 16 6 60
3 М10 40, 50, 60, 80 14 18 8 80
4 М12 50, 60, 80, 100 18 20 10 100
5 М16 60, 80, 100, 120, 140 20 24 12 120
6
7
8
9
d, мм t, мм H, мм D, мм d
Тр. 164
Тр. 204
Тр. 265
Тр. 326
60, 80, 100, 120, 140 20 24 12 120, 125
80, 100, 120, 140, 160 28 30 16 160
80, 100, 120, 140, 160, 180 28 35 16 160
100, 120, 140, 160, 180, 200 35 40 20 200
, мм L, мм
1
Провести проверочный расчет винтового прижима, приняв, что
длина винта более 10
d
.
вн
Рассчитать гайку и корпус винтового прижима.
При расчете корпуса винтового прижима назначить его конструкцию и, исходя из условия прочности при изгибе, подобрать его размеры.
Результаты работы представить в виде отчета, оформленного на
листах формата А4. В отчете отразить цель и задачи работы. Привести
подробное описание решения поставленных задач в
порядке их выпол-
нения.
В выводах привести рассуждения по выбору винтового прижима
с учетом его достоинств и недостатков.
37
Практическое занятие № 2. Клиновые и эксцентриковые прижимы
Цель работы:
с учетом разработанной принципиальной схемы
приспособления для сборки и сварки балки двутавровой, а также усилий, возникающих в приспособлении рассчитать клиновые и эксцентриковые прижимы.
Задачи работы:
1. Для закрепления полок двутавра назначить односторонний или
двусторонний клиновой прижим.
2.
По заранее рассчитанному усилию закрепления деталей произ-
вести расчет элементов клинового прижима.
3.
Произвести расчет элементов эксцентрикового прижима.
Пояснения к работе.
Клиновые прижимы
в основном используются для прижатия одного элемента к другому, для выравнивания кромок и как стяжное
устройство.
б
а
Рис. 4.4. Клиновой прижим:
а – с двусторонним скосом клина; б – с односторонним скосом клина
Для необходимого зажатия детали усилие, прикладываемое к кли-
ну, определяется по формуле
1
tg tgQP
,
(4.15)
где Р – требуемое усилие прижатия детали, Н; – угол скоса клина; –
угол трения клина и детали, равный арктангенсу коэффициента трения
скольжения.
Для поджатия детали на величину
величину
l
l
tg
с
клин должен переместиться на
c
. (4.16)
Раскрепление сваренного узла выполняется через усилие выкола-
чивания клина, которое определится по формуле
2
tg tgQP
. (4.17)
38
Если угол скоса клина будет равен 2ρ , то для выколачивания клина
Q
не потребуется никакого усилия, так как
= 0 Н. В этом случае закрепить
2
деталь не представляется возможным, так как будет происходить самораскрепление прижимаемой детали. Поэтому при проектировании клиновых
прижимов необходимо соблюдать условие самоторможения:
α ≤ 2ρ – для одностороннего клина;
α1 + α2 ≤ 2ρ – для двустороннего клина.
Коэффициент трения стали при сухой и чистой поверхности составляет 0,8, при смазанной поверхности 0,16. Тогда угол трения в зависимости от вида поверхности будет варьироваться в пределах 9º…38º.
Угол скоса клина в этом случае принимается в пределах 4,5º…19º.
Ширину клина обычно принимают 30 мм. Толщину клина определяют из условия прочности
Р – требуемое усилие зажатия детали, Н; F – площадь поперечного
где
сечения клина в месте приложения сжимающей нагрузки, мм
σ
]=0,5..0,6σт – допускаемое напряжение на смятие, МПа.
[
см
на смятие рабочих поверхностей клина:
P
, (4.18)
F
см
2
;
Опаснее будет смятие той части, где площадь сечения меньше, поэтому толщину и ширину клина необходимо рассчитывать с учетом
наименьшей площади поперечного сечения в месте действия сжимающего напряжения.
Эксцентриковые прижимы могут применяться самостоятельно
или в комбинации с другими звеньями, рычагами, винтами или пневматикой.
Эксцентриковый зажим развивает усилие прижатия детали Р,
в 10..12 раз превосходящее усилие, прикладываемое на рукоятке эксцентрика
Q. Усилие, прикладываемое на рукоятке эксцентрика прини-
мается равным 150…200 Н.
Для надежного закрепления детали должно выполняться условие
самоторможения эксцентрика:
Pe F F
Dd
тр тр
22
'
, (4.19)
где е – эксцентриситет, мм; D – диаметр эксцентрика, мм; d – диаметр
F
оси вращения кулачка, мм;
'
F
таль, Н;
– сила трения на оси вращения кулачка, Н.
тр
– сила трения в контакте, кулачок – де-
тр
На рис. 4.5 представлена схема эксцентрикового прижима.
Сила трения равна произведению коэффициента трения
f на усилие
Р в контакте. Таким образом,
FfP
тр
. (4.20)
39
Силой трения на оси вращения кулачка можно пренебречь, тогда
условие самоторможения будет выражаться следующим образом:
D
. (4.21)
fPPe
2
Коэффициент трения для стали по стали при сухой и чистой поверхности равен 0,8, при мокрой – 0,16.
Рис. 4.5. Схема эксцентрикового прижима
При зажатии детали с чистой и сухой поверхностью условие самоторможения будет выглядеть следующим образом:
e
. (4.22)
2
D
8,0
При зажатии детали, имеющей на поверхности следы масла или
влаги, условие самоторможения будет иметь вид
e
. (4.23)
2
D
16,0
Величина эксцентриситета обычно задается в пределах 3…6 мм,
L
а диаметр эксцентрика 40…80 мм. Длина плеча
в зависимости от кон-
струкции приспособления обычно принимается равной 250…350 мм.
Рабочая поверхность эксцентриков должна быть износостойкой, так как
она подвержена сильному истиранию, поэтому эксцентрики изготавливают из закаленной стали.
Ширину эксцентрика можно найти из формулы
638,0
где [
b
σ
] – допускаемое напряжение на смятие в месте контакта эксцентрика
2
D
P
2
1
11
1
, (4.24)
2
2
EE
2
с заготовкой, принимаемое для закаленных сталей 800…1200 МПа;
E
,
Е
– упругости материалов эксцентрика и прижимаемой детали (для
1
2
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]