Агрегатный станок по нарезанию гаек с мелкими шагами

     Системы управления можно разделить на ручные и автоматические. При ручном управлении все переключения цикла осуществляются рабочим при помощи рукояток, рычагов, штурвалов или кнопок. Переключения цикла осуществляются при помощи рукоятки и переключателя.

     В проектируемой коробке скоростей  ручной механизм переключения скоростей. Переключение диапазона скоростей  осуществляется посредством рукояток, которые перемещают передвижные  блоки колес. В качестве исполнительного  органа для переключения блока используется ползун с вилкой. При этом ползун с вилкой движется по направляющей скалке и с помощью вилки перемещает блок. В этой конструкции при повороте рукоятки поворачивается зубчатый сектор, который в свою очередь через  ползун перемещает блок зубчатых колес (рисунок 2.19).

       

     Рис. 2.19 – Ручной механизм переключения скоростей 

     Определим радиус зубчатого сектора по формуле:

      ,

     где L – длина хода ползуна,

     α – угол сектора в радианах.

     Зная  величины L и α , находим R:

      мм.

     Рассчитали  зубчатый сектор, осуществляющий передвижение первого блока колес. Рассчитаем зубчатый сектор для передвижения второго  блока колес.

      ;

      .

     Механизм  переключения скоростей приведен в  приложении. 

     2.3.10 Расчет муфт 

     Муфты служат для соединения валов или  валов с деталями, свободно вращающимися на них (зубчатыми колесами, шкивами  и т.п.), с целью передачи вращения без изменения скорости. Известно, что большинство устройств, систем компонуют из отдельных узлов  с входными и выходными валами.

     Соединение  валов является основным, но не единственным назначением муфт. Муфты применяют  для включения и выключения исполнительного  органа при непрерывно работающем двигателе, для предохранения рабочих органов  от перегрузок и чрезмерно больших  скоростей, для передачи движения между  валами только в одном направлении, для остановки в качестве тормоза  и других функций.

     Глухие  жесткие муфты используют при передаче движения между соосными валами, которые должны работать как единый вал. Компенсирующие подвижные муфты применяют при передаче движения между несоосными валами при наличии небольших радиальных, осевых, угловых или комбинированных смещений осей валов. Упругими муфтами пользуются для смягчения толчков, динамических нагрузок при передаче вращающегося момента между валами. Предохранительные муфты применяют во избежание поломок деталей механизма из-за перегрузок. Обгонные муфты используют для передачи движения только в одну сторону.

     Муфты по управляемости передачей вращения между соединяемыми валами делят  на три группы:

1. муфты постоянные, осуществляющие постоянное соединение валов, – глухие, компенсирующие, упругие;
2. муфты управляемые, обеспечивающие режим «включено-выключено» с помощью: дистанционного (электрического) управления – электромагнитные, магнитопорошковые (магнитожидкостные), пьезокристаллические; ручного (механического) управления – зубчатые, кулачковые, фрикционные;
3. муфты самоуправляемые, осуществляющие автоматическое разъединение или соединение валов: по величине передаваемого момента – предохранительные; по скорости вращения – центробежные; по направлению вращения – обгонные.

     В данном проекте произведем расчет муфты  упругой втулочно-пальцевой. Эти  муфты применяются для соединения валов и передачи крутящих моментов от электродвигателей. Смягчают удары  посредствам упругих втулок, компенсируют небольшие перекосы валов и несоосности  валов.

       Расчет данного вида муфт сводится  к проверке упругих элементов  на смятие рабочих поверхностей  по формуле [2]:

      ,

     где М_р – расчетный крутящий момент,

           d_п – диаметр пальца;

           z – число пальцев;

           l₂ – длина упругой втулки;

           – допускаемое напряжение на смятие резины, равное  кг/см².

     Все необходимые размеры устанавливает  ГОСТ 21424–93.

       кг/см².

     Данное  напряжение на смятие входит в диапазон допустимых.

     Также при расчете данного вида муфт проверяют пальцы на изгиб по уравнению:

      ,

     где кг/см² – допускаемое напряжение на изгиб для пальцев.

       кг/см².

     Данное  напряжение на изгиб для пальцев  входит в диапазон допустимых. 
 
 
 
 
 
 
 

     2.4. Система смазки в станке 

     В агрегатных станках кроме системы  управления имеются и другие, вспомогательные  системы.

     В агрегатных станках применяется  комбинированная система смазки: индивидуальная смазка агрегатов, централизованная импульсная система  направляющих многошпиндельных насадок, кондукторов, направляющих силовых  столов.

     Система смазки агрегатного станка состоит  из бака, плоской установки, фильтров, трубопроводов с кранами, клапанов и других элементов.

     Система охлаждения должна обеспечивать   подачу смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) по всем режущим инструментам одновременно в количестве необходимом  для данного инструмента и  соответствующего качества.

     Объем бака смазочно-охлаждающей жидкости должен обеспечивать не менее чем  пятиминутную работу насосов.

     Смазочно-охлаждающая  жидкость выбирается в зависимости  материала детали, способа, вида и  режимов резания.

     Наиболее  универсальным является эмульсия “Укринол - 1”, применяемый при обработки деталей из сталей и чугуна.

 

III. РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ УСИЛИЕМ РЕЗАНИЯ АГРЕГАТНОГО СТАНКА

      3.1 Описание схемы  САУ

     На  рисунке 3.1 показана принципиальная схема автоматической системы регулирования усилием резания.  На схеме 1 – заготовка, ДМ_кр – магнитоупругий датчик крутящего момента, 2 – усилитель, 3 – преобразователь частоты тока, 4 – суммирующее устройство, 5 – исполнительный орган (асинхронный трехфазный электродвигатель)

     Принцип работы.

Рис. 3.1 Автоматическая система 

     В процессе обработки заготовки инструментом возникают реактивные усилия резания, которые в свою очередь создают  неравномерную нагрузку на систему  СПИД, что приводит к вибрациям  в станке, нарушениям точности и  поломке инструмента. Решение этой проблемы – установка автоматической системы контроля и регулирования  этими усилиями резания. Разработанная  система имеет: магнитоупругий датчик крутящего момента, который установлен на главном валу ( шпиндель) агрегатного станка и замеряющий показания крутящего момента резания (усилия) за счет изменения электромагнитного поля на валу шпинделя, полученный сигнал усиливается в усилителе 2 и подается на ход преобразователя частоты тока 3, где автоматический изменяется частота и напряжение тока необходимого для регулирования питанием исполнительного органа 5, преобразованный сигнал суммируется с сетевым током в трансформаторе 4.

 На  рисунке 3.2 показана функциональная  схема автоматической системы

Рис. 3.2 Функциональная схема САУ  

3.2.Математические модели отдельных элементов и звеньев САУ

     Технологический процесс.

      К технологическому процессу, для удобства решения включаем механические части  станка – коробка скоростей, коробка  подачи, а также сам процесс  резания.

     Для построения математической модели всей автоматической системы целесообразно вначале отдельно рассмотреть её каждое звено.

      Рассмотрим  технологический процесс с целью определения в нём возникающих нагрузок.

     Момент  резания равен:

,

     где µ_р – постоянный коэффициент, зависящий от геометрии режущей части инструмента и обрабатываемого материала.

      Уравнение динамики привода:

            (2.1)

      где J – момент инерции движущихся частей;

            ω – угловая скорость инструмента;

            α – коэффициент вязкого трения;

            М_р – момент от силы резания. М_р = 20 ÷ 65 H·м.

      Преобразуем (2.1): 

     или 

     отсюда: 
 

     где:    

     Решение данного дифференциального уравнения  имеет вид:

 

следовательно, переходной процесс осуществляется по экспоненте (рис.3.6).

     Рис. 3.3. Переходной процесс электропривода 

     Передаточная  функция звена: 

     где:    

     Измерение крутящего момента на шпинделе дает больше преимуществ, отпадает необходимость  установки отдельных датчиков на отдельные инструменты и упрощается установка самого датчика. 

     Магнитоупругий  датчик крутящего  момента.

     На  рис. 3.4 показана структурная схема датчика, из которой видно, что конструкция его состоит из множества звеньев соединённых между собой последовательно.

Рис. 3.4. Структурная схема МДМ датчика

В –  измеряемый вал; ТП – трансформаторные преобразователи; ВП – полупроводниковые  выпрямители; Ф – фильтр. 

     Передаточная  функция датчика с учётом последовательного  соединения его звеньев: 

       – передаточное отношение, зависящее от загруженности  измеряемого вала. Так как вал работает в упругой зоне деформации, то здесь согласно закону Гука справедливо линейная зависимость передаточного отношения.  

     где – модуль упругости вала.

     Трансформаторный  преобразователь при условии, что  частота тока возбуждения значительно  больше частоты изменения преобразуемой  входной величины, можно считать безинерционным усилителем. Его передаточная функция:

,

где:      _,

где:  u₀ – магнитная постоянная;

      ω_В, ω_И – число витков катушек измерения и возбуждения;

      Р_В – число пар полюсов возбуждения;

      S_B, S_И – площади проекции на поверхность вала полюсов возбуждения и измерения соответственно;

      I_B – действующее значение тока в полюсной катушке обмотки возбуждения;

      h – некоторая средняя глубина проникновения магнитного потока в тело вала.

      Выпрямитель также является безинерционным звеном с передаточной функцией: 

где:      ,

где: r – сопротивление измерительной схемы дифдуктора;

      r_H – активное сопротивление нагрузки;

      x_И – индуктивное сопротивление измерительной обмотки.

     Таким образом, можно считать, выходную характеристику датчика линейной, и его математическая модель имеет вид:

  (2.3)

где: ΔU – изменение напряжения датчика;

      ΔМ_р – момент резания;

      К_Д – коэффициент усиления датчика.

Коэффициент усиления датчика: 

Передаточная  функция датчика:

            (2.4)

Рис.3.5. Зависимость выходного сигнала от крутящего момента