Силовой расчёт приспособления

Потребная сила зажима заготовки определяется из условия равновесия заготовки с учётом коэффициента запаса k. В рассматриваемом случае осевая сила Р₂ и момент резания М₂ (рис. 2) уравновешиваются реакциями призм и прихвата. Смещению заготовки от действия осевой силы Р₁ и момента М₂ будут противодействовать силы трения, создаваемые силами зажима W (рис. 4).

Рисунок 4 – Схема для расчёта потребной силы зажима W:

а – вид заготовки спереди;

б – вид слева

Условия равновесия заготовки с учётом коэффициента k можно выразить уравнениями:

(7)

(8)

где k — коэффициент запаса,

F₁ ‑ сила трения между поверхностью Б радиусом r_Б (рис. 4) заготовки и поверхностью прихвата, F₁ = R₁f₁ (здесь R₁ ‑ реакция заготовки на зажимной элемент, f₁ ‑ коэффициент трения в контакте заготовки с зажимным элементом);

‑ силы трения соответственно между поверхностями А радиусом r_А и В радиусом r_В и гранями призм. Из условия симметричности схемы закрепления заготовки относительно W и Р₂ реакциипризм и реакции граней каждой призмы равны:

(9)

f₂ ‑ коэффициент трения в контакте заготовки с уста­новочными элементами (гранями призм), принимается f = f₂ = 0, 16;

α ‑ угол призмы, α = 90^O;

f_np ‑ приведённый коэффициент трения,

Зажимное устройство следует отнести к первой группе, так как в нём предусмотрен самотормозящийся механизм (эксцентриковый). Поэтому в расчёте нужно учитывать упругие характеристики систем зажимного и установочного элементов. Тогда:

(10)

(11)

j₁, j₂ ‑ жесткости систем соответственно зажимного и установочного элементов.

Принимается:

После подстановки приведённых выше значений уравнения равновесия примут вид:

(12)

(13)

Решением этих уравнений относительно W' и W" и под­становкой цифровых значений (из исходных данных и чер­тежа детали Р₁ = 1130 Н; Р₂ = 3070 Н; М₁ = 3450 Н·мм; r_А = 20 мм; r_Б = 19 мм; r_В = 17, 5 мм) определяется потребная сила зажима W:

Для дальнейших расчётов принимается наибольшее зна­чение из W' и W", т.е. W = 5571 Н.

Схема зажимного устройства показана на рисунке 5.

Рисунок 5 – Схема для расчёта зажимного устройства с приводом: 1 — прихват; 2 — шпилька; 3 — эксцентрик; 4 — рукоятка

Из схемы следует, что конструктивно выбран рычажный зажим, имеющий прихват (рычаг) с одинаковыми плечами l. Размеры сечения прихвата (изготовлен из стали 45) можно определить из формулы:

(14)

где σ _из ‑ напряжение при изгибе (допускаемое напряжение для стали 45 после нормализации [σ _из ] =125 МПа);

W ‑ обеспечиваемая сила зажима (W = 5571 Н);

l₁ ‑ плечи рычага (принимается длина рычага 120 мм; l₁ = 60 мм);

b_{n ‑} ширина (без паза) опасного сечения прихвата, мм;

h_n ‑ высота сечения прихвата (принимается h_n = 25 мм);

Z ‑ момент сопротивления сечения прихвата:

(15)

Путём приравнивания σ _из = [σ _из ] и решения приведённого уравнения определяется ширина сечения:

По выявленным данным выбирается прихват передвижной шарнирный из стали 45 с размерами: длина l_п = 125 мм; ширина В_п = 50 мм; h_n = 25 мм и площадь опасного сечения b_nh_n = 30·25 мм². Прихват дорабатывается с целью получения рабочего зажимного элемента в виде вилки.

Затем осуществляется расчёт эксцентрикового зажима. Принят круглый эксцентрик.

Для расчёта эксцентриситета е принимаются следующие значения величин: зазор s₁ = 0, 3 мм; допуск размера заготовки 5 в данном случае будет представлять собой величину колебания по высоте положения линии контакта заготовки с прихватом, состоящую из половины допуска размера Ø 38 (0, 5·0, 62 = 0, 31 мм) и просадки оси заготовки в призмах

где δ ₁ – допуск размеров Ø 40f7 и Ø 35h7;

α – угол призмы, α = 90°, т.е. δ = 0, 31+ 0, 017 = 0, 327 мм;

W= 5571 Н;

жёсткость системы зажима заготовки в приспособлении j₁ = 12000 Н/мм;

угол поворота эксцентрика из условий удобства зажима α _э = 123 °, тогда α ' = 180 ° - α _э = 57 ° (cosα _э, = cosa' = 57 °).

Расчёт осуществляется по формуле:

Принимается e = 2, 5 мм.

Радиус цапфы r = d/2 эксцентрика при ширине цапфы b_э = 18 мм и значении [σ _см] = 25 МПа определяется по формуле:

Устанавливается r = d/2 = 6, 5 мм.

Диаметр эксцентрика можно определить по зависимости D_э = 18 е = 18·2, 5 = 45 мм. Более точно радиус эксцентрика r_э (при р = rf = 6, 5 · 0, 12 = 0, 78 мм; φ = 6°) можно рассчитать по формуле:

Принимается D_э=2r_э = 50 мм. При этом условие самоторможения будет также обеспечиваться. Ширина эксцентрика В_э (при W = 5571 Н, Е = 2, 1·10³ МПа; r_э = 25 мм; для стали 20 после цементации и закалки σ _т = 350 МПа, [ σ _Т ] = 2σ _Т = 700 МПа) определяется по формуле:

Устанавливается В_э = b_э = 18 мм.

В соответствии с ГОСТ 9061-68 выбирается эксцентрик круглый 18x50 из стали 20; с эксцентриситетом е = 2, 5 мм; шириной В_э = b_э = 18 мм; диаметром D_э = 50 мм и диаметром цапфы d = 13 мм.

Затем решается вопрос о приводе эксцентрика для обеспечения потребной силы зажима W. Устанавливается угол α = 53^◦ , φ = 6^◦ сила, которую рабочий может прикладывать к рукоятке, Р_пр = 150 Н (рис. 5).

Определяется длина рукоятки [3]:

По ГОСТ 8923 выбирается рукоятка 7061-0077 (исполне­ние 1) общей длиной 175 мм, диаметром 16 мм и диамет­ром хвостовика Ø 12u8.