Расчет станочных приспособлений с рычажными и винтовыми зажимами

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Получить практические навыки применения и расчета станочных приспособлений с рычажными и винтовыми зажимами.

2.теоретический раздел

Рычажные зажимы. Для определения соотношения между исходной силой Q механизированного привода и силой зажима W заготовки рассмотрим их действие на прямой рычаг (рисунок 1, а). Сила Q от механизированного привода действует на левый конец рычага на расстоянии L от оси качения О. Сила Q поворачивает рычаг на оси около точки 0, а правый конец рычага зажимает обрабатываемую заготовку с силой W, находящейся на расстоянии L₁ от точки 0. Вследствие различия плеч L и L₁ рычага, а также учитывая потери на трение на его оси при повороте, можно утверждать, что величины сил Q и W будут различными [1, 2].

Рисунок 1 – Схема действия сил рычажных прихватов в приспособлениях

Реакцию на оси рычага обозначим через N. От силы N возникает сила трения N_f, действующая навстречу вращению рычага. для определения силы N напишем уравнение равновесия рычага относительно точки 0₁ без учета силы трения:

,

но

.

Для определения соотношения между исходной силой Q механизированного привода и силой зажима W детали найдем уравнение равновесия рычага относительно оси вращения 0 с учетом трения от силы N на его оси (см. рисунок 1, а):

,

откуда

.

Подставив в формулу вместо N ее значение, получим:

, , ,

Откуда:

, .

Передаточное отношение:

.

Для рычагов, представленных на рисунках 1, б и в, с учетом дополнительных сил трения Q_f и W_f в местах действия сил при L₁ ≥ L и W ≥ Q сила

.

для рычагов, показанных на рисунках 1. г, д, силу на штоке привода определяют при L₁ ≥ L и f, равном для всех поверхностей:

.

При L₁≥ L:

.

Винтовые зажимы. Винтовые ручные зажимы находят большое применение в станочных приспособлениях вследствие их простоты и надежного закрепления заготовок. Недостатки винтовых зажимов: значительное вспомогательное время, необходимое для разжима и зажима детали, большая затрата рабочим мускульной силы, непостоянство силы зажима и возможность смещения заготовки от силы трения на торце винта.

Винтовые зажимы применяют при ручном закреплении заготовок в приспособлениях, а также в приспособлениях механизированного типа и при зажиме заготовок в приспособлениях — спутниках, применяемых для деталей, изготавливаемых на автоматических линиях.

Закрепление заготовок винтовыми зажимами в приспособлениях производится ключами, ручками, гайками, гайками-головками, установленными на конце винта. Зажимные винты и гайки изготовляют из стали 35 и 45 с твердостью НRС 30-35 [2, 3].

Рисунок 2 - Винтовые зажимные устройства

Сила, с которой зажимают заготовку винтовым зажимом, зависит от длины рукоятки и величины приложенной к ней силы, формы зажимного торца и вида резьбы.

Сила создаваемая резьбовым зажимом со сферическим торцом 1 (рисунок 2, а).

.

Момент М_Q, который нужно развить на винте (гайке) для обеспечения заданной зажимной силы W:

.

Сила создаваемая резьбовым зажимом с плоским торцом (рисунок 2, б).

.

Момент М_Q, который нужно развить на винте (гайке) резьбового зажима с плоским торцом, для обеспечения заданной зажимной силы W:

.

Сила создаваемая резьбовым зажимом со сферическим торцом, упирающимся в конусное гнездо зажимного башмака (рисунок 2, в),

.

Момент М_Q, который нужно развить на винте (гайке) резьбового зажима с башмаком, для обеспечения заданной зажимной силы W:

.

В приведенных формулах приняты следующие обозначения:

Q = 10÷ 15 — искомая сила на рукоятке или ключе резьбового зажима, прикладываемая рабочим, н; W - требуемая сила зажима винтом (она определяется по приведенным формулам), н; L — расстояние от оси винта до точки приложения сил Q, мм, d — номинальный наружный диаметр резьбы, мм; r_ср — средний радиус резьбы винта (можно принимать r_cp =0, 45d), мм; α = 2°30-3°30 — угол подъема витка резьбы; для создания условия самоторможения резьбового зажима α ≤ 6°30´; ; φ — приведенный угол трения в резьбовой паре (φ ≈ 6°40); ; f = 0, 1- 0, 15 - коэффициент трения при плоском контакте двух сопрягаемых деталей (на нижнем торце гайки или винта); r — радиус цилиндрической части нижнего конца винта, мм; S - шаг резьбы, мм; R - радиус сферического конца винта в гнезде башмака, мм; β ≈ 120° - угол между касательными к сферической поверхности винта в гнезде башмака; ‚ f_пр - приведенный коэффициент трения.

.

где: β ₁ — половина угла при вершине профиля метрической резьбы при f = 0, 1;, f_пр = tgφ _пр= 0, 115, откуда φ _пр = агсtg 0, 115≈ 6°30;

В зависимости от требуемой силы зажима W и допускаемого напряжения винта на растяжение определяют номинальный наружный диаметр винта:

,

откуда диаметр (мм):

.

где [σ ]_р — допускаемое напряжение на растяжение материала винта при переменной нагрузке, для винтов из стали 45 с учетом износа резьбы можно принимать [σ ]=80...100 МПа.

Полученное значение d округляется до ближайшего большего стандартного значения.

Момент открепления винтового зажимного устройства (при φ ′ > α)

.

С учетом того что при откреплении преодолевается трение покоя, φ ’ (коэффициент трения покоя в резьбе) следует брать на 30...50 % большим, чем в случае закрепления заготовки.

Момент трения на опорном торце гайки или в месте контакта торца нажимного винта М_тр рассчитывается по формуле:

.

где: r_пр - приведенный радиус кольцевого торца, для гаек ; D - наружный диаметр кольцевого торца гайки.

Затем выявляется длина рукоятки (ключа) L по заданной силе воздействия из условия равновесия гайки (винта): Q=М_Q∙ L. Отсюда L=М_Q/Q. Если длина рукоятки известна, из условия равновесия находится Q, т. е. , и сравнивается с силой, прикладываемой рабочим или развиваемой механическим приводом.

Комбинированные зажимы. К комбинированным зажимным устройствам относятся винтовые прихваты, состоящие из винтового и рычажного зажимов; эксцентриковые прихваты, состоящие из эксцентрикового и рычажного зажимов и т.д [2]. Рычаги прихватов ддя удобства установки заготовок выполняют передвижными и откидными. Детали прихватов, в основном, стандартизированы или нормализованы. На рис. 1.а, показан один из видов нормализованных винтовых прихватов с передвижной прижимной планкой 1 и регулируемой опорой 2. Прихват применяют для крепления заготовок 3 с различными размерами Н. При завинчивании гайки 4 планка 1 зажимает заготовку 3. Из равенства моментов сил (рисунок 1, а) относительно неподвижных опор находим величину исходной силы, развиваемой винтом:

, откуда сила зажима .

где η = 0, 95 - к.п.д., учитывающий потери на трение между прижимной планкой 1 и ее опорой; при L₁ = L₂ и η = 1.

W=0.5Q.

На рисунке 3, б показан один из нормализованных винтовых прихватов с закрепленной им заготовкой 3. В случае завинчивания винта 5 правый конец прихвата 6 поднимается, а левый спускается и зажимает заготовку 3, установленную на опорах 2, запрессованных в корпус 1 приспособления. При разжиме детали пружина 7 поднимает прихват, удерживаемый головкой 4.

Рисунок 3. Нормализованные винтовые прихваты и схема действия сил при зажиме деталей.

Из равенства моментов сил относительно неподвижных опор находим величину исходной силы, развиваемой винтовым прихватом:

,

Откуда сила зажима

.

3. Порядок выполнения работы

3.1. Изучить настоящее методическое пособие

3.2. Получить у преподавателя схему закрепления заготовки в приспособлении и значение силы резания.

3.3. Рассчитать потребное усилие закрепления заготовки W.

3.4. Рассчитать конструктивные размеры силового привода приспособления.

3.5. Сформулировать выводы по работе

4. Содержание отчета

4.1. Цель работы.

4.2. Схема закрепления заготовки в приспособлении.

4.3. Исходные данные.

4.4. Расчет потребного усилия закрепления заготовки.

4.5. Расчет конструктивных размеров силового привода

4.6. Вывод

5. Контрольные вопросы

5.1. Область применения рычажных зажимных устройств.

5.2. Конструктивные исполнения рычажных зажимных устройств.

5.3. Порядок расчета рычажных зажимных устройств.

5.4. Область применения винтовых зажимных устройств.

5.5. Конструктивные исполнения винтовых зажимных устройств

5.6. Порядок расчета винтовых зажимных устройств

5.7. Конструктивные исполнения комбинированных зажимных устройств.

5.8. Материалы, применяемые для изготовления деталей винтовых и комбинированных зажимных устройств.