Проектирование сварных рам

Проектирование рамы производится после второй компоновки привода.

Конфигурация и размеры рамы зависят от типа и размеров редуктора и электродвигателя. Расстояние между ними зависит от подобранной соединительной муфты.

Проектирование рамы выполняется в выбранном масштабе в следующем порядке:

- на листе бумаги вычерчивают тонкими линиями контуры муфты в разрезе (рис. 10);

- одну часть муфты соединяют с валом электродвигателя, другую – с валом редуктора.

Размеры валов редуктора и электродвигателя принимают по каталогам. Торцы ступиц муфт должны упираться в буртики на концах валов. Если длина ступицы стандартной муфты меньше длины посадочного конца вала электродвигателя, тогда между торцом ступицы и буртиком вала устанавливают распорную втулку. Если ступица полумуфты длиннее вала, то ее можно обрезать, проверив предварительно прочность шпоночного соединения. Затем определяют размер a между торцами валов;

- наносят тонкими линиями контуры электродвигателя и редуктора, а также размеры l ₁, l ₂, l ₃ и l ₄;

- вычерчивают контур рамы и наносят на чертеже размер, равный разности высот h опорных поверхностей двигателя и рамы;

Рис. 10

- вид сверху размещают под главным видом рамы (рис. 11). На виде сверху проводят осевые линии вала электродвигателя и входного вала редуктора;

- изображают отверстия в лапах электродвигателя d _э и лапах редуктора d _р, указывают координаты расположения отверстий с _э, с _2э, с _р, с _2р и с _3р;

- определяют размеры опорных поверхностей электродвигателя b _э, b ₁, с _1э, l _э и редуктора b _р, b ₂, с _1р, l _р, которые наносят тонкими линиями на виде сверху. Перечисленные размеры определяют по каталогу электродвигателей и каталогу редукторов (возможно из чертежа спроектированного редуктора);

- для создания базовых поверхностей под элементы привода на раме размещают металлические платики в виде отдельных прямоугольных пластин. Высоту платиков принимают 4…8 мм (до 20 мм для выравнивания по высоте осей сборочных единиц привода). Платики редуктора и электродвигателя часто проектируют с разными высотами, это позволяет в некоторых случаях компенсировать разность высот горизонтально расположенных осей валов редуктора и электродвигателя. Размеры платиков в плане можно принимать равными размерам опорных поверхностей элементов привода либо на 3…5 мм больше соответствующих размеров опорных поверхностей двигателя и редуктора. Возможно использование сварных рам без платиков, так как поверхность проката достаточно чистая и ровная. Назначение платиков – компенсация ошибок размеров и других дефектов сварной конструкции. При отсутствии платиков эти дефекты компенсируют с помощью комплекта прокладок. Однако монтаж оборудования на неровной поверхности значительно сложнее. Обязательно применение платиков на рамах сложной конструкции с разностью уровней присоединительных поверхностей и большим количеством сварных швов;

Рис. 11

- определяют основные размеры рамы в плане B и L. Для этого b ₀, b ₃ и b ₄ принимают конструктивно не менее 8…10 мм. Размеры B и L округляют до стандартных значений;

- предварительно определяют высоту нижнего пояса рамы (см. рис. 12)

Н = (0, 1…0, 15) L.

Наипростейшее изображение рамы, для которой характерно наличие общей продольной оси элементов привода и платиков, показано на рис. 12. Такие рамы состоят из двух продольных швеллеров 1 и трех-четырех поперечных швеллеров 2 одного номера профиля, сваренных между собой. При этом желательно иметь одинаковые высоты осей редуктора и электродвигателя, вследствие чего уровень платиков всех присоединительных мест будет одинаковым, что значительно упрощает конструкцию рамы и обработку платиков. Для удобства крепления узлов к раме целесообразно продольные швеллеры располагать полками наружу с продольным расположением платиков 3 под электродвигатель и 4 – под редуктор параллельно оси.

Рис. 12

Пример более сложной рамы представлен на рис. 13. Рама состоит из двух продольных швеллеров 1 (нижний пояс рамы), двух пар поперечных швеллеров 2 и 3. Пары поперечных швеллеров 2 и 3 углублены в нижний пояс рамы на разные высоты и выполнены с подрезом для опоры на продольные швеллера 1. Поперечный швеллер 4 установлен между продольными швеллерами 1 для дополнительной жесткости конструкции. На швеллерах 1, 2 и 3 установлены платики 5, 6 и 7, которые служат опорными поверхностями, соответственно, для электродвигателя, редуктора и опор исполнительного механизма.

Рис. 13

Узлы привода будут закреплены на полках швеллеров, образующих раму. Ширину рамы необходимо проверять на возможность размещения и монтажа узлов с обязательным определением разности уровней h (см. рис. 10) между опорными поверхностями. Для нахождения h за базовый уровень, от которого ведется отсчет, принимают опорную поверхность под электродвигатель. Нижний пояс рамы усилен ребрами жесткости 8. К нижним полкам швеллеров 1 приварены косые шайбы 9. Рама будет закреплена на основании фундаментными болтами.

В сварной раме можно выделить элементы базовой конструкции и элементы надстройки.

К элементам базовой конструкции относится нижний пояс, свариваемый обычно из швеллеров. Размер швеллеров выбирается по ГОСТ 8240-89 (табл. П. 22) в зависимости от ширины b полки, либо с учетом размеров крепежных отверстий в полке швеллера. Для обеспечения возможности размещения на их полках отверстий под фундаментные болты ширина b полки швеллера должна быть равна

b ≥ 3, 2 d _б,

где d _б – диаметр фундаментных болтов.

Диаметр d _{б .}фундаментных болтов должен быть не менее наибольшего диаметра болтов, присоединяемых к раме сборочных единиц.

Высота h швеллера нижнего пояса рамы

h ≥ (0, 1…0, 15) L,

где L – габаритный наибольший размер (длина) рамы.

Нижний пояс должен быть оформлен как самостоятельная, технологически законченная конструкция в виде жесткой рамы. Нижний пояс удобно конструировать из двух продольно расположенных швеллеров и трех-четырех поперечно расположенных швеллеров, приваренных к первым. Швеллеры располагаются полками наружу. Такое расположение удобно для крепления узлов к раме, выполняемого как болтами, так и винтами. Для увеличения жесткости длинных рам добавляют диагонально установленные балки из уголков. На внутренние поверхности полок продольных швеллеров приваривают или накладывают косые шайбы, выравнивающие опорные поверхности рамы под гайками и головками болтов. Иногда для изготовления косых шайб используют полки швеллеров. Размеры косых шайб подбираются по диаметру болтов (табл. П. 28).

Для того чтобы можно было использовать муфту при соединении валов двигателя и редуктора (либо выходного вала редуктора и исполнительного механизма), оси валов должны быть расположены на одной горизонтальной прямой. Если расстояния от этой прямой до опорных плоскостей двигателя и редуктора (редуктора и исполнительного механизма) разные, то конструкция рамы несколько усложняется.

Небольшую разность высот устраняют привариванием полос толщиной до 20 мм. К нижнему поясу привариваются элементы надстройки, если перепад размеров больше 20 мм. Надстройку чаще выполняют из профилей таких же номеров, что и при проектировании нижнего пояса рамы. Если высота надстройки велика, то высоту понижают применением швеллеров (рис. 14, а) с вырезами на вертикальной стенке. Швеллеры, положенные на ребра (рис. 14, б) или установленные на полки (рис. 14, в), а также сваренные из листа конструкции (рис. 14, г), образуют надстройку. Чтобы при затяжке болтов не прогибались полки швеллеров, их усиливают ребрами жесткости 1. После сварки рамы обязательны операции правки с последующей механической обработкой базовых поверхностей платиков.

Рис. 14

Иногда необходимо раму существенно поднять над уровнем пола. В этом случае к продольным швеллерам базовой конструкции рамы приваривают стойки. Число стоек выбирают не менее шести. Жесткость рам на высоких стойках увеличивают привариванием косынок (рис. 15, а) и диагональных уголков (рис. 15, б). Стойки проверяют на продольную устойчивость, а базовую конструкцию рамы – на изгибную прочность и виброустойчивость.

Рис. 15

Взаимное расположение электродвигателя и элементов привода определяет конструкцию рамы. Если осевые линии валов каких-либо сборочных единиц взаимно перпендикулярны на виде сверху, то нужна рама с Г-образным видом в плане. Платики такой рамы могут располагаться в одной или двух-трех плоскостях.

Пример такой рамы предложен на рис. 16. Нижний пояс выполнен из профилей 1 одного номера полками наружу. Перпендикулярно к профилям, образующим наружный контур нижнего пояса рамы, установлены три пары швеллеров 2, 3 и 4 того же номера. К швеллерам пары 2 приварены два уголка 5, усиленные ребрами жесткости 6, а швеллеры пары 4 установлены с превышением над уровнем нижнего пояса рамы. В трех плоскостях получены опорные поверхности рамы. На этих поверхностях размещены три пары платиков 7, 8 и 9, в которых выполнены сквозные отверстия для крепления элементов привода к раме. В местах расположения сквозных отверстий в полках нижнего пояса рамы для увеличения жесткости рамы к верхним и нижним полкам с внутренней стороны приварены накладки 10 и ребра жесткости 11. Эта рама сконструирована так, что фундаментные болты пропускают через обе полки швеллеров 1 и гайки опирают о верхнюю полку.

В процессе эксплуатации приводов с ременной передачей для компенсации вытяжки ремней в процессе их эксплуатации и удобства смены ремней должна быть предусмотрена периодическая регулировка межосевого расстояния ременной передачи. Удобно регулировать натяжение ремня перемещением электродвигателя. Предусмотрен вариант (рис. 17) прямолинейного перемещения электродвигателя по направляющим (двум пазам с помощью регулировочных винтов). Выходной вал редуктора при фланцевом креплении редуктора к сварной раме может иметь вертикальное расположение, что удобно, когда согласно техническому заданию на проектируемую установку или из-за ее конструктивных и эксплуатационных особенностей механизм не может непосредственно монтироваться на установочную плиту. Этим условиям работы соответствует сварная рама, выполненная из листовой стали.

Рамы к основанию крепятся фундаментными болтами, диаметр и число которых выбирается в зависимости от длины рамы. Ориентировочные диаметры и минимальное число фундаментных болтов указаны в табл. 25, размеры болтов – в табл. П. 29.

Таблица 25

Выбор фундаментных болтов

Рис. 16

Рис. 17

Наружный диаметр резьбы болта должен округляться до стандартного ближайшего размера по ГОСТ 7798–70:

6, 10, 12, (14), 16, (18), 20, (22), 24, (27), 30, (33), 36, (39), 42, (45).

Диаметр отверстий под фундаментные болты на раме принимается на 1…3 мм больше наибольшего диаметра болта присоединяемых к ней сборочных единиц.

Очень часто на нижней опорной поверхности рамы в местах ее крепления к фундаменту приваривают платики. Крепление рамы к фундаменту можно выполнить разными способами, например пропусканием фундаментного болта через обе полки швеллера (см. рис. 18, а, б, в) базовой конструкции рамы. Такое крепление способствует более равномерному распределению затяжки по стыку рамы с фундаментом. Оно целесообразно, если расположенные на раме сборочные единицы не препятствуют размещению болтов с выступающими гайками и если гайки не мешают эксплуатации привода. Нижние и верхние полки в этом случае связывают либо ребрами жесткости, либо трубами, либо уголками. Иногда гайки размещают между полками швеллера (см. рис. 18, г, д, е).

Рис. 18

Наиболее простые варианты крепления рамы к фундаменту за нижнюю полку швеллера с привариванием высоких стоек или косых шайб в местах расположения фундаментных болтов предложены на рис. 18, д, е.