Ви є тут

Синтез високошвидкісних затискних патронів токарних верстатів

Автор: 
Фарук Вахід Ель-Дахабі
Тип роботи: 
Дис. канд. наук
Рік: 
2006
Артикул:
3406U002815
129 грн
Додати в кошик

Вміст

ГЛАВА 2
ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ
ЗАЖИМНЫХ ПАТРОНОВ (ВСЗП)
2.1. Обоснование направлений поиска новых схем ВСЗП
Для обеспечения основной характеристики ВСЗП – радиальной силы зажима Т при
ручном или механизированном приводе необходимо обеспечить высокий коэффициент
усиления патрона Кп в статике и сохранить его при вращении, уменьшив или
исключив влияние центробежных сил неуравновешенных зажимных элементов –
кулачков. Для этого необходимо выполнить анализ влияния различных факторов, а
именно:
типа передаточно-усилительного звена (ПУЗ), которое может быть рычажным,
клиновым, клино-рычажным и др.;
типа силового контура патрона, который может быть замкнутым, разомкнутым и
комбинированным (в свою очередь замкнутый силовой контур может быть открытым,
т.е. не охваченным корпусом, и закрытым, т.е. охваченным корпусом);
геометрических параметров;
жесткости звеньев и стыков;
сил трения в подвижных стыках и соединениях.
Рассмотрим на худшем варианте зажимного патрона – рычажного кулачкового с
открытым замкнутым контуром (рис. 2.1), пренебрегая трением в опоре рычага
радиусом r.
Коэффициент усиления патрона будет
(2.1)
где Кр – коэффициент усиления рычажной передачи (ар, bр – плечи рычага),
равный
(2.2)
Кпл – коэффициент усиления ползуна - постоянного кулачка, равный [77]
(2.3)
В формуле (2.3) обозначены: а – плечо силы Q относительно оси направляющих
постоянного кулачка; b – плечо силы Т относительно оси направляющих постоянного
кулачка; l – расстояние между реакциями NA и NB вдоль оси ползуна, равная 2/3L
(L – длина ползуна).
Подставив (2.2) и (2.3) в формулу (2.1), получим:
(2.4)
Рис. 2.1. Расчётная схема для определения силовых характеристик рычажного
кулачкового патрона с открытым замкнутым контуром в статике (n=0)
Примем ар=bр и получим
(2.5)
Из формулы (2.5) видно на уменьшение коэффициента усиления и возможность
заклинивания влияет коэффициент трения f и плечо а.
Коэффициент усиления Кп будет равен нулю (кулачки заклинят) при условии
или .
Поэтому необходимо уменьшать плечо а, а увеличивать длину l. Тоже касается и
уменьшения вылета b.
Тенденцию изменения коэффициента усиления патрона от вылета b можно проследить
из графика (рис.2.2) при условии а=b и разных коэффициентах трения f и
соотношениях b/l:
(2.6)
Рис. 2.2. Зависимость коэффициента усиления рычажнго кулачкового патрона Кп от
соотношений размеров ползуна 2b/l (при а=b)
При поиске новых схем зажимных патронов с точки зрения высокого коэффициента
усиления (или КПД) необходимо уменьшать вылет а (лучше а=0) и соотношение 2b/l
(лучше до единицы).
При вращении зажимного патрона возникает центробежная сила Fщк
неуравновешенных зажимных элементов
, (2.7)
где m – масса неуравновешенного зажимного элемента (постоянного и сменного
кулачка);
w – частота вращения патрона;
RК – расстояние между центром тяжести неуравновешенного зажимного элемента и
осью вращения.
Из формулы (2.7) видно, что для уменьшения центробежной силы необходимо:
уменьшать массу m [109] и расстояние RК (однако это возможно до определенного
предела).
Что же касается частоты вращения w, то она в квадрате влияет на увеличение
центробежной силы, а следовательно, существенно на снижение радиальной силы
зажима.
Поэтому основной путь создания ВСЗП – это компенсация центробежной силы или
существенное снижение её влияния на потерю силы зажима. Для этого рассмотрим
упрощенную упруго-фрикционную модель подсистемы зажимной элемент (ЗЭ) – деталь
(Д) при сведении входной силы Q, центробежной силы Fщк и радиальной силы Т к
одной плоскости (рис. 2.3).
При действии центробежной силы Fщк зажимной элемент получает упругое смещение
на величину
, (2.8)
где Fтр – сила трения, препятствующая упругому перемещению зажимного элемента;
Сп – жесткость патрона со стороны входной от привода силы Q. В то же время в
месте контакта зажимного элемента (кулачка) с деталью снимался
натяг на ту же величину d, пропорциональную уменьшению радиальной силы зажима
на величину

Рис. 2.3. Упрощенная упруго-фрикционная модель подсистемы зажимной
элемент-деталь вращающегося зажимного патрона
(2.9)
где Скзэ-д – приведенная (суммарная) контактная жесткость стыка зажимной
элемент – деталь, равная
(2.10)
где Скзэ – контактная жесткость зажимного элемента; Скд – контактная жесткость
детали.
Подставив (2.8) в (2.9), получим (2.11)
Введём относительные показатели:
- потери силы зажима при действии центробежной силы;
- соотношение жёсткостей подсистемы зажимной элемент-деталь и патрона (корпуса
патрона).
Тогда относительная потеря радиальной силы зажима составит
(2.12)
Полная потеря радиальной силы зажима соответствует aТ=1, а при aТ=0
отсутствует влияние центробежной силы, т.е. для уменьшения aТ необходимо поиск
новых схем ВСЗП вести в следующих направлениях:
уменьшать соотношение aс за счет уменьшения жёсткости подсистемы зажимной
элемент-деталь Скзэ-д (очевидно, что при зажиме деталей низкой жёсткости –
тонкостенных или мягких влияние центробежной силы уменьшается);
уменьшать соотношение aс за счет увеличения жесткости патрона Сп (закрытые
контура, дополнительный натяг системы);
уменьшать силу Fщk за счет её компенсации, не увеличивая силы трения Fтр, так
как это влечёт к снижению статического коэффициента усиления патрона Кп (рис.
2.2).
Вышеизложенные соображения будут учтены при использовании
системно-морфологического подхода из группы современных методов поиска новых
технических решений для синтеза ВСЗП.
2.2. С