Проект вибрационного загрузочного устройства

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Марийский Государственный Технический университет

Механико-машиностроительный факультет

 

 

 

 

 

Кафедра МиМ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проект  вибрационного загрузочного устройства

 

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине:

«Автоматизация  производственных процессов в машиностроении»

Вариант №36

(КНФУ 151001.36.11.000 ПЗ)

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент гр. ТМ-51

     Иванов Г.О.

 

           Проверил: доцент Ротт А.Р.

 

 

 

 

 

 

 

Йошкар-Ола

2011

Содержание

 

Задание на курсовой проект по дисциплине «Автоматизация производственных процессов в машиностроении»
1.Введение …………………………………..…………………………………………………………………..	4
2. Определение  геометрических параметров чаши  вибробункера ……………	5
3. Определение  геометрических параметров, веса и массы нижнего основания (диска) …………………………………………………………………………………………………	9
4. Расчет кинематических  параметров упругой системы бункера …………..	10
5. Расчет параметров  вибробункера в виде электромагнитного  вибратора …………………………………………………………………………………………………………….	12
6. Расчет амортизационных  пружин ……………………………………………………………	13
Список использованной литературы ……………………………………………………………	15
Приложение: комплект чертежей и спецификаций

 

1. Введение

 

Вибрационные  механизмы ориентации являются наиболее универсальными и совершенными; во многих случаях они вытесняют механизмы ориентации с движущимися захватноориентирующими органами для подачи заготовок к металлорежущим станкам и станкам автоматической сборки.

Основными достоинствами  вибрационных механизмов ориентации (вибробункеров) являются компактность и простота конструкции, возможность использования их для разнообразных симметричных и несимметричных заготовок, в том числе заготовок из малопрочных и хрупких материалов, возможность быстрой переналадки с затратой относительно небольших средств, возможность регулирования производительности, бесступенчатое регулирование скорости движения заготовок, долговечность и надежность в работе.

Работа вибробункера, или вибролотка, основана на движении заготовок по лотку под действием вибрации, т.е. колебаний малой амплитуды и большой частоты.

 

 

2. Определение геометрических параметров чаши вибробункера

 

Чаша - верхняя колеблющаяся масса бункера, служит ёмкостью для разовой засыпки  запаса заготовок хаотическим навалом. При работе вибробункера в чаше происходит ориентирование и подача заготовок. Чаша имеет цилиндрическую форму и выполняется точёной или (при больших диаметрах) сварной из листовой стали.

1. Расчетный диаметр чаши:

D = (10-15) * l_заг = 12,5 * 40 = 500 мм.

Расчетный диаметр чаши необходимо округлить в соответствии с нормализованным рядом:

D = 500 мм;

R = = = 250 мм.

Для взятого  значения диаметра чаши подбираем некоторые  другие показатели:

допустимый  вес разовой засыпки G = 30 кг = 30000 г;

радиус заделки  рессор r = 190 мм.

2. Рабочая ширина лотка:

B = d_заг + (3-10) мм = 12 + 3 = 15 мм.

Проверим, отвечает ли ширина лотка B условию:

B = a + d + Δ;

R² = (R - a)² + , где

а – величина сегмента;

Δ – величина зазора.

В результате алгебраических преобразований получаем:

а = R - = 250 - ≈ 1 мм.

15 = 1 + 12 + Δ => Δ = 2 мм.

Это значение Δ удовлетворяет условию, что Δ = (0,5-3) мм.

3. Средний  диаметр чаши:

D_ср = D – 2 * = 500 – 2 * = 485 мм.

R_ср = = = 242,5 мм.

4. Внутренний  диаметр чаши:

D_вн = D – 2 * B = 500 – 2 * 15 = 470 мм.

R_вн = = = 235 мм.

 

5. Примем:

δ = 1 мм – толщина стенки чаши, материал стенки чаши – сталь;

δ ₁ = 2 мм – толщина стенки лотка, материал стенки лотка – сталь;

f = 0,15 - коэффициент трения скольжения детали о лоток.

6. Внешний  диаметр чаши:

D_Н = D + 2 * δ = 500 + 2 * 1 = 502 мм.

7. Шаг винтового  лотка:

t = δ ₁ + d + Δh = 2 + 12 + 6 = 20 мм.

Зазор по шагу Δh ≤ 0,5d => принимаем Δh = 6 мм.

8. Угол подъема лотка  а рекомендуется брать из интервала:

а = 0⁰30’ - 3⁰.

При а ≥ 2⁰ производительность бункера начинает уменьшаться.

tg а < f.

9. Проверка  условия развертки стенки чаши  бункера:

tg а = ;

tg а = = 0,0131 => а = 0,75⁰, что меньше 2⁰.

Проверка по условию tg а < f выполняется:

tg 0,75⁰ < 0,15;

0,013 < 0,15.

10. Толщина днища чаши h₁ = 7 мм, материал - сталь.

Высота чаши определяется из объема допустимой по весу разовой засыпки заготовок.

Допустимый  вес разовой засыпки:

Р_зас = G_зас = q * Р_заг;

Р_заг = G_заг = γ * U₀ , где

U₀ - чистый (за вычетом пустот и отверстий) объём одной заготовки,

U₀ = 4,5 см³;

g - удельный вес материала заготовки, g = 7,6 г/см³ - для сталей;

P_заг - вес одной заготовки;

q - количество заготовок в одной разовой засыпке.

Р_заг = G_заг = γ * U₀ = 7,6 * 4,5 = 34,2 г.

q = = = 877 шт.

Производительность  загрузочного устройства:

Q_б = = = 17 шт/мин.

Проверим время  расходования запаса заготовок разовой  засыпки:

Т₁ = = = 52 мин.

Установим объём  разовой засыпки:

V_0зас = q * U₀’ *

, где

U₀’ - внешний объём одной заготовки (по внешнему контуру) U₀’ = 4,5 см³;

K - экспериментальный коэффициент заполнения объёма заготовками (берётся из таблиц), К = 0,56.

V_0зас = 877 * 4,5 * = 7047 см³.

Высота чаши Н определяется из условия:

V_0зас = Н * ;

Н = = = 36 мм.

11. Определим параметры чаши, необходимые для дальнейших расчётов упругой системы и привода: вес, массу и моменты инерции основных деталей чаши (цилиндрической стенки, лотка, днища) относительно центральной оси чаши бункера:

1) цилиндрическая стенка:

вес: Р₁ = V₀₁ * γ;

объем: V₀₁ = π * D_ср * H * δ = π * (D + 2 * ) * H * δ;

масса: m₁ = ;

момент инерции: J₀₁ = (R² + r²) * = * .

V₀₁ = π * (50 + 2 * ) * 3,6 * 0,1 = 56,6 см³;

Р₁ = 56,6 * 7,6 = 430,2 г;

m₁ = = 0,44 ;

J₀₁ = * = 276 г*см*сек².

2) ориентирующий лоток:

вес: Р₂ = V₀₂ * γ;

объем: V₀₂ = π * D_ср * B * δ₁ ;

масса: m₂ = ;

момент инерции: J₀₁ = (R_ср² + ) * m = * m₂.

V₀₂ = π * 48,5 * 1,5 * 0,2 = 45,7 см³;

Р₂ = 45,7 * 7,6 = 347,3 г;

m₂ = = 0,35 ;

J₀₂ = * 0,35 = 206 г*см*сек².

Полученные  параметры P₂, m₂, J₀₂ умножаются на число витков  Z = = = 1,8:

P₂ = 347,3 * 1,8 = 625,14 г;

m₂ = 0,35 * 1,8 = 0,63 ;

J₀₂ = 206 * 1,8 = 370,8 г*см*сек².

3) днище:

вес: Р₃ = * h₁ * γ;

масса: m₃ = ;

момент инерции:   J₀₃ = .

Р₃ = * 0,7 * 7,6 = 10440,5 г;

m₃ = = 10,6 ;

J₀₃ = = 3312,5 г*см*сек².

4) параметры всей чаши:

вес чаши: P₄ = P₁ + P₂ + P₃ = 430,2 + 625,14 + 10440,5 = 11495,84 г.

масса чаши: m₄ = m₁ + m₂ + m₃ = 0,44 + 0,63 + 10,6 = 11,67 .

момент инерции: J₀₄ = J₀₁ + J₀₂ + J₀₃ = 276 + 370,8 + 3312,5 = 3959,3 г*см*с².

Мелкие элементы чаши (вкладыши, башмаки, крепёж и пр.) учитываем увеличением полученных параметров на 20%. В результате параметры чаши, как верхней массы, определятся из соотношений:

m_В = 1,2 * m₄ = 1,2 * 11,67 = 14 ;

J_0В = 1,2 * J₀₄ = 1,2 * 3959,3 = 4751,16 г*см*с²;

Р_в = 1,2 * P₄ = 1,2 * 11495,84 = 13795 г.

 

3. Определение геометрических параметров, веса и массы нижнего основания (диска)

 

1. По производственным рекомендациям вес и масса нижнего основания обычно принимается в 4…9 раз больше верхней массы.

Величина К  принимается тем больше, чем меньше диаметр чаши. Для D 500 мм обычно принимают K = 4 – 5.

P_H = K * P_B = 5 * 13795= 68975 г.

m_H = K * m_B = 5 * 14 = 70 .

2. По принятому  P_H = K * P_B  определим объём нижнего диска:

V_он = = = 9075,7 см³.

3. По объёму V_он нижнего диска и принятому диаметру D₂ = 500 мм определим высоту диска:

V_он = ;

h₂ = = = 4,6 см.

Обычно h₂ 20 - 50 мм, что необходимо для размещения амортизаторов и прочной заделки крепёжных винтов.

4. Определим массу нижнего диска:

m = = = 70,4 .

и момент инерции  массы относительно центральной оси:

J_c = = = = 22000 г*см*с².

5. Определим вес, массу и момент инерции массы нижнего диска с учётом добавления 20 % мелких неучтённых деталей (крепежа и пр.).

Р₂ = 1,2 * P_H = 1,2 * 68975 = 82770 г;

m_н = 1.2 * m = 1,2 * 70,4 = 84,48 ;

J_ОН = 1.2 * J_с = 1,2 * 22000 = 26400 г*см*с².

 

4. Расчет кинематических параметров упругой системы бункера

 

1. Установим угол вибраций лотка с заготовками, обеспечиваемый пружинными подвесками:

tg β_max = , где

f = 0,2 - 0,3 - коэффициента трения (сталь по стали).

tg β_max = = 0,1455 => β_max =8,3⁰.

Принять рабочий  угол вибрации β несколько меньше β _max (обычно β = 8 - 16⁰). Чем больше угол β , тем ниже производительность бункера и плавность скольжения заготовок.

Принимаем β = 8⁰.

Проверим условие  несползания заготовок по лотку

< ;

 

< ;      0,30 < 0,92.

Условие выполняется.

2. Определим угол наклона ψ пружинных подвесок-рессор:

tg ψ = * tg β * * К_ψ, где

R - радиус заделки рессор в диске, R ≈ при условии  R r;

К_y - коэффициент отличия кинематического угла от статического (примем К_y ≈ 0,7).

tg ψ = * tg 8⁰ * * 0,7 = 0,13;

ψ = 7,4 ^О_.

3. Примем частоту вибрации питающей сети n = 50 Гц (1/сек).

Частота собственных  колебаний рессор (чаши, лотков):

n_соб = 1,1 * n = 1,1 * 50 = 55 Гц.

4. Установим среднюю скорость движения V_ср заготовок по лоткам вибробункера из условия:

Q_в = => V_ср = , где

l – размер детали в направлении движения; 

К_зап - коэффициент заполнения лотка заготовками, К_зап = 0,8.

V_ср = = 9 мм/сек.

5. Средняя скорость V_ср заготовки обеспечивается средней скоростью движения колеблющегося лотка V_ср.л или, проще, V_л за счет сил трения:

V_заг = V_л  * К_ск * cos β =  9 * 0,6 = 5,4 мм/сек.

Амплитуда колебаний лотка:

А_л = = = 0,06 мм.

Обычно в  первом приближении в расчётах принимается  К_ск= 0,6 - 0,7. При этом величина cos β не учитывается.

6. Поскольку бункер является двухмассовой системой, нижняя масса которой отражается на расчётной амплитуде верхней массы (чаши), используем соотношение:

А_о = А_л * (1 + m_в/m_н) = 0,06 * (1 + 14/70) = 0,072 мм.

7. Определим прогиб y пружинной рессоры для обеспечения размаха колебаний А_о.:

y ≈ 0,8 * А₀ = 0,8 * 0,072 = 0,058 мм.

8. Определим приведённые массы элементов бункера из соотношений верхней чаши:

m_пр.в. = ;

m_пр.в. = = 30,2 ;

нижнего диска – основания:

m_пр.н = ;

m_пр.н = = 42,9 ;

всей системы  вибробункера:

М_пр = = =17,8 .

9. Определим рабочую длину упругих пружинных подвесок (рессор) между заделками:

l_min = 4,48 * , где

E = 2,1 * 10⁶ кг/см²;

М_пр - в кг*сек²/см;

y - в cм;

|G_-1 | - допускаемое напряжение (предел) на выносливость пружинных рессор.

l_min = 4,48 * = 2,5 см.

10. Определим размеры поперечного сечения пружинных подвесок (рессор):

d = ;

d = = 0,2 см.

 

5. Расчет параметров вибробункера в виде электромагнитного вибратора