11. Требования, предъявляемые к мехатронным модулям подач, и способы их обеспечения. |
Обеспечение требуемых скоростей перемещения рабочего органа.
Для повыш-я произ-ти одр-ки необходимо обеспечить пер-е раб. органа со скор-ю х\х Sх\х 5…20 м/мин. Для точной уст-ки рабочего органа необходимо также обесп-ть малые подачи (п-чи позиционирования Sп) – менее 1 мм/мин. Хар-ся диапазоном регулирования
2) Обеспечение необходимого кол-ва ступеней рабочих подач.
В станках с ЧПУ прим-ся бесступенчатое регулирование подач, а для ручных станков рег-е ступенчатое в соответствии со стандартными геометрическими рядами.
3) Обеспечение необходимой тяговой силы
4) Высокая жесткость привода.
Определяет т-ть перемещения и установки рабочего органа.
5) Особая кинематическая точность.
Обеспеч-ся т-тью изготовления и установки механических эл-тов (з/передач, валов и т.д.).
6) Высокая надежность привода.
7) Простота изготовления, сборки и обслуживания
12.Особенности разработки структуры мехатронного модуля подачи.
Общая методика та же, что и для модуля главного движения:
- определение технических характеристик
- выбор компоновки
- разработка структуры
- разработка кинематической схемы
- разработка конструкции
Дополнительные требования:
- обеспечение необходимого характера нагружения (режима работы)
- повышенная точность позиционирования
- обеспечение необходимого режима разгона и торможения
Недостаток комбинированного модуля – усложнение конструкции
13.Типовые схемы опор передачи винт-гайка качения и особенности их применения
Особенности проектирования привода модуля подач:
Сначала проектируем предварительную конструкцию. Для этого выбираем схему опор ходового винта:
а) в станках с ЧПУ наиболее распространен двухсторонний радиально-упорный подшипник. Опора обозначается как F-F (жесткая заделка обоих опор, подшипник может обеспечить создание предварительного натяга)
б) в тяжелых станках с ЧПУ – опорная заделка характеризуется тем, что винт можно предварительно нагрузить растягивающим осевым усилием, что уменьшит его провисание и увеличит точность работы:
при небольшой длине рабочего хода
Типы опор
С жёсткой заделкой в опорах, позволяет осуществить предварительное нагружение винта.
14.Конструктивные особенности передачи винт-гайка качения
МАТЕРИАЛ – для винтов – азотируемые станки 30Х3НВА объемная закалка ХВГ - для гаек – ХВГ, ШХ15
1- корпус; 4- зубчатое колесо с нарезкой зубьев. Натяг производят так: гайку 2 вращают вправо, затем колесо 4 вместе с гайкой 2 вправо
15.Методы регулирования передачи винт-гайка качения.
ВАРИАНТ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАТЯГА:
1- корпус; 4- зубчатое колесо с нарезкой зубьев. Натяг производят так: гайку 2 вращают вправо, затем колесо 4 вместе с гайкой 2 вправо.
16.Последовательность проектирования устройства «винт-гайка качения».
1) Предварительный выбор передачи «винт-гайка качения»
В зависимости от конструктивных и технологических требований и с учетом конструкции модуля подачи станка-аналога определяется схема монтажа, основные размеры передачи винт-гайка качения (ВГК) и принципиальная конструкция составных частей. На основании этих данных находится расстояние между центрами опор винта.
Шаг винта выбирается с учетом требуемого диапазона рабочих и ускоренных подач, диапазона регулирования частоты вращения двигателя и необходимой величины дискреты перемещения.
Са – динамическая грузоподъемность, daH
Qстат – статическая грузоподъемность
Qj – тяговое усилие
lx – длина хода рабочего органа, мм;
m – масса перемещаемого узла, кг;
f0 – минимально допустимая собственная частота колебаний механической части привода подачи, Гц;
j – порядковый номер различных режимов работы винтового механизма (j=1, 2, … );
tj – продолжительность работы винтового механизма в каждом режиме в процентах от общего времени цикла работы винтового механизма, при этом S tj = 100%;
nj – частота вращения винта (гайки) в каждом j-ом режиме, об/мин, в том числе nj max , об/мин;
для вертикальных многоцелевых станков ,
Fmp=G*f, где G – вес, f=0,1 (если направляющие скольжения), f=0,05÷0,1 (если направляющие качения)
2) Определение конструкции составных частей:
- опоры
- корпус
- гайка
Также определяется конструкция других элементов привода (крепления электродвигателя, соединительной муфты, крепления шариковой гайки, направляющих устройств и др.)
3) Уточнение типа-размера по ЭНИМС
4) Расчет передачи винт-гайка качения
- расчет осевой жесткости
jcдейств>jc jc соответствует положению гайки посередине между опорами винта - расчет долговечности:
L=(Ca/Pa)^3
где Ca –динамическая грузоподъемность передачи, dаН
Pa – эквивалентная динамическая нагрузка на передачу, dаН;
nm – средняя частота вращения при работе передачи в цикле, об/мин;
- расчет на отсутствие резонансов по частоте вращения
, где dср – средний диаметр резьбы винта (можно принять dср = d0 ),
мм; lН1 – неопорная длина винта, мм; Е=2,1×104 dаН/мм2 – модуль упругости; r=7,8×10-6 dаН/мм3 – плотность материала винта; l - коэффициент заделки; a1 – коэффициент запаса (a1=0,8, то есть максимальная частота вращения винта не должна превышать 0,8nкр);
g = 9,8×103 мм/с2 – ускорение силы тяжести.
Неопорная длина винта принята равной расстоянию между торцами противоположных опор: lН1 = l – lш – 2lу, где lш – длина опорных шеек винта; мм; lу – ширина уплотнений (манжет) винта – обычно (5 – 10 мм ), мм;
nкр ³ nij мах , что соответствует работе передачи винт-гайка качения в докритической области и резонансы при ее эксплуатации не должны возникать.
- расчет на устойчивость под действием осевой силы
Неопорная длина винта lН2 принята как максимальное расстояние между центром гайки в ее крайнем положении и центром опоры: lН2 = l – 0,5lш – 0,5lк – lп, где lк – длина корпуса гайки; lп – перебег (lп = 30 мм при d0£63 мм и lп = 50 мм при d0>63 мм ).
Если величина критической силы Ркр удовлетворяет условию Рij max (Qij max ) < Ркр ,
то изгибные нагрузки, воздействующие на винт передачи, не достигают опасных пределов, вызывающих её поломку вследствие потери устойчивости.
Величина требуемой суммарной жесткости винтового механизма (ВМ) связана с собственной частотой колебаний привода соотношением [1]:
Выбор типоразмера передачи винт-гайка качения и подшипников опор рекомендуется вести с помощью зависимостей (рис. 4 – это, где на графике куча разных жесткостей, мы выбирали там одну) для жесткости ВМ при определенной схеме монтажа. Представленные графики охватывают основные типы шариковых передач винт-гайка качения, применяемых в станкостроении, а также упорных и комбинированных роликовых подшипников. При использовании монтажа по схеме 1 предполагается, что опоры винта идентичны по жесткости, и в качестве l берется расстояние между серединами обеих опор (как и для схемы монтажа 2). При этом полученное значение жесткости jc соответствует положению гайки посередине между опорами винта. При использовании схемы монтажа 3 в качестве длины l следует брать максимальное расстояние от середины корпуса гайки до середины корпуса опоры.
Винтовые механизмы, графики которых проходят выше точки с координатами l и jc, будут обеспечивать требуемую жесткость
jcдейств>jc Шаг выбираемой передачи должен соответствовать требуемому шагу p
Рис. 1. Схема передачи ВГК (не определяет конструкцию)
Рис. 3. Схема опоры ВМ с упорным роликоподшипником:
1 – подшипник; 2 – корпус опоры; 3 – винт; 4 – втулка;
5 –проставочное кольцо;
18.Методика расчета передачи винт-гайка качения на долговечность
Расчет долговечности L (в млн. об.) передачи винт-гайка качения производится по формуле:
где Ca –динамическая грузоподъемность передачи, dаН, Pa – эквивалентная динамическая нагрузка на передачу, dаН; nm – средняя частота вращения при работе передачи в цикле, об/мин
Pij – усилие, действующее на гайку (I=1,2) и возникающее в результате приложения к передаче осевого усилия Qij, даН.
Если внешнее усилие Qij действует со стороны гайки 1, то усилия Pij определяются по формулам:
P1j = PН +0,55 Q1j; P2j = PН +0,55 Q2j
(6) (7)
P2j = PН –0,45 Q1j; P1j = PН –0,45 Q2j.
Если внешнее усилие Qij действует со стороны гайки 2, то усилия Pij определяются по формулам. Здесь PH – сила предварительного натяга.
Используя минимальное значение нагрузки Pa1 или Pa2, определенное по формуле (4), рассчитаем по формуле (3) величину долговечности, которая должна быть не менее требуемой:L ³ Lтр (8)
Для выбранной передачи винт-гайка качения нагрузки Pij и Qij в различных режимах работы привода не должны превышать допустимого значения Qст для данного типоразмера:
Pij<= Qст ;
(9)
Qij<= Qст ,
где Qст – допустимая статическая нагрузка (грузоподъемность), учитывающая число рабочих шариков, даН. Выражение (9) соответствует условию обеспечения статической прочности передачи. В тех случаях, когда необходимы высокая плавность хода и малая величина трения, в выражение (9) вводится коэффициент запаса kп=1,5 – 2,5 и оно принимает вид:
kп Pij<= Qст ;
(10)
kп Qij<= Qст ,Qij – осевые усилия, действующие на первую I=1 и вторую I=2 гайки передачи винт-гайка качения в каждом j-ом режиме работы, в том числе и максимальное осевое усилие Qij max ,
nj – частота вращения винта (гайки) в каждом j-ом режиме, об/мин, в том числе nj max , об/мин;
Комбинированный радиально-упорный подшипник двухсторонний характеризуется высокой грузоподъемностью, ??? обеспечивается создание предварительного натяга в опоре (освевой и радиальный натяг). Радиальный натяг создается за счет размеров роликов 8, а осевой за счет нагружения роликов 6 и 9.
3 - ??? уплотнитель → левое кольцо подшипника 4 → ролики в кольцо 7 → ролик 9 → правое кольцо упорного подшипника 14 → кольцо 12 → ходовой винт 13.
Ограничивают натяг за счет момента затяжки, а гайке устанавливается специальная втулка для ограничения натяга – под кольцо 8.
14 – ограничитель натяга для осевого подшипника (???)
при работе: 12 – 11 – 9 – 7 – 5 (болты) – корпус (←)
от ходового винта на корпус: 2 – 3 – 4 – ролик – центральное кольцо – корпус (→)
19.Требования, предъявляемые к направляющим устройствам, и способы их обеспечения.
Направляющие устройства станков предназначены для осуществления точного относительного перемещения обрабатываемой детали и инструмента, точность перестановки узлов и восприятие внешних сил.
Основные требования:
- точность работы, характеризующаяся точностью перемещения, точностью траектории (отклонения траектории от требуемой)
- жесткость – точность работы под нагрузкой, характеризующаяся контактными деформациями. Для повышения жесткости применяют конструкции с предварительным натягом.
- малые силы трения, их постоянство – влияют на точность и плавность работы, обеспечивающаяся типом направляющих и смазкой
- износостойкость – определяется контактными давлениями
- надежное закрепление после перемещения
Конструктивные требования:
- простота конструкции и изготовления;
- близость тягового устройства к центру тяжести;
- возможность регулировки зазора-натяга;
- благоприятное расположение в рабочем пространстве
Часто направляющие выполняют как одно целое с базовыми деталями. Но эта классическая система пришабренных направляющих чугун по чугуну быстро уступает место другим направляющим из-за высокой трудоемкости и сложности шабрения, а также из-за относительно плохих характеристик пары трения чугун-чугун по износостойкости.
В металлорежущих станках применяются направляющие скольжения, качения и комбинированные. По характеру трения направляющие скольжения делятся на направляющие полужидкостного трения, жидкостного трения и аэростатические направляющие. Полужидкостное трение возникает на смазанных направляющих станков, при этом суммируется сила от взаимодействия контактирующих поверхностей деталей и сила вязкого сопротивления смазки, не разделяющей полностью эти поверхности. Если смазка разделяет поверхности полностью, то трение становится жидкостным. Жидкостное трение имеет место в гидростатических и гидродинамических направляющих. Направляющие качения различаются по виду тел качения на шариковые и роликовые. В зависимости от траектории движения подвижного узла направляющие делятся на прямолинейные и круговые. Они делятся также на горизонтальные, вертикальные и наклонные. По форме поперечного сечения наиболее распространены прямоугольные, треугольные, трапециевидные (ласточкин хвост) и цилиндрические направляющие.
Все типы направляющих имеют свои достоинства и недостатки, что и определяет их целесообразную область применения. Часто делают комбинированные направляющие, используя достоинства разных типов и достигая тем самым суммарного эффекта.
Комментариев нет:
Отправить комментарий