Силовой анализ механизма закрепления

Величину сил зажима в приспособлении определяем, решая задачу статики на равновесие твердого тела, находящегося под действием всех приложенных к нему силы моментов, возникающих от этих сил – резания, зажима, реакций опор и других, стремящихся свернуть установленную деталь.

На первом этапе силового расчета вычерчивается упрощенная схема установки заготовки, затем выявляются силы, действующие на заготовку и места их приложения. На схеме установки заготовки в соответствующих местах прикладываются эти силы и составляется уравнение равновесия под их действием на основе одного из уравнений статики. Затем это уравнение равновесия решается относительно усилия закрепления.

Силу Q на штоке пневмоцилиндра определяем в зависимости от требуемой силы зажима обрабатываемой детали. На деталь, закрепленную в трехкулачковом патроне действуют составляющие силы резания P_x, P_y, P_z.

Сила P_z создает на обрабатываемой детали крутящий момент M_рез, сила P_х – осевой сдвиг и сила P_y – опрокидывающий момент. Величина крутящего момента M_рез зависит от силы P_z и радиуса R обрабатываемой поверхности и отношения D/D₀, где D и D₀ – диаметры детали до и после обработки.

Рисунок 4.2 - Силы резания, действующие на обрабатываемую деталь

Сила зажима W_сум детали всеми кулачками патрона в основном зависит от крутящего момента M_рез и коэффициента трения (сцепления) между поверхностями обрабатываемой детали и кулачками патрона.

Рисунок 4.3 - Схема к расчету силы зажима

(4.3)

где: n – количество кулачков;

W – сила зажима одним кулачком, Н;

W_сум – сила зажима всеми кулачками патрона, Н;

К – коэффициент запаса, принимаемый в пределах 1, 3 – 1, 6;

R – радиус зажатой кулачками части детали, мм;

R₀ – радиус обработанной части детали, мм;

f – коэффициент трения, для гладкой поверхности кулачков принимаем f = 0, 2.

Силу резания P_z, Н, при точении определяем по эмпирической, то есть найденной опытным путем, формуле:

(4.4)

где: С_Р – эмпирический коэффициент, равный 339;

х, y, n – показатели степени, равные 1, 0, 0, 5 и -0, 4 соответственно;

t – глубина резания, мм;

S – подача, мм;

V – скорость резания, м/мин;

К_Р – поправочный коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала и равный 0, 75.

В патронах с рычажным перемещением кулачков осевая сила на штоке механизированного привода определяется по формуле:

(4.5)

где: - коэффициент трения между направляющей поверхностью кулачка и пазом корпуса патрона, принимаемый в пределах 0, 15 – 0, 2;

а - вылет кулачка от середины его опоры в пазу патрона до центра приложения силы зажима на одном кулачке, мм;

l₁ и l – длины короткого и длинного плеч двуплечного рычага;

h – длина направляющей части кулачка, соприкасающаяся с корпусом патрона, мм.

К₁ – коэффициент, учитывающий дополнительные силы трения в патроне, принимаемый в пределах 1, 02 – 1, 2.

Расчет силы резания производим для наибольшего обрабатываемого диаметра, при этом имеем следующие значения:

t = 4, 5 мм;

S = 0, 35 мм;

V = 90 м/мин;

R₀ = 4, 5 мм;

R = 9 мм.

Итого получаем:

1097 Н

Н

На предварительном этапе все компоновочные размеры принимаем приближенно:

а = 5 мм;

l₁ /l = 1 / 3;

h = 20 мм.

Итого расчетная сила на штоке механизированного привода равна:

Н

По известной силе зажима обрабатываемой детали определяем размеры пневмокамеры силового устройства. Диаметр пневмоцилиндра определяем по формуле:

(4.6)

где: Q – сила на штоке пневмоцилиндра;

р – удельное давление воздуха в пневмосистеме, МПа. Принимаем равным р = 0, 4 МПа;

– коэффициент полезного действия, = 0, 85.

Для увеличения надежности исходную силу на штоке привода увеличиваем в 1, 5 раза и получаем:

мм.

Исходя из ряда предпочтительных диаметров цилиндров, диаметр пневмоцилиндра принимаем равным 80 мм.