Методика расчёта вибрационного загрузочного устройства

Задаётся: тип заготовки

производительность станка Q_ст

материал заготовки и станка

длина заготовки l_з

диаметр (ширина) заготовки d_з.

Требуется: Разработать загрузочное устройство поштучной выдачи ориентированных заготовок. Начертить общий вид устройства и механизмы ориентации.

1. Определяется фактическая производительность БЗУ

, шт/мин

где Q_ст – плановая производительность станка; К_П – коэффициент переполнения, который необходим, чтобы обеспечить бесперебойную работу станка-автомата (К_П = 1,1-1,3).

2. Определяется необходимая для достижения этой производительности скорость движения заготовок по лотку

, м/с,

где l_З – длина заготовки, м; K_З – коэффициент заполнения, определяется по таблице 1.

Таблица 1

Тип заготовки	Отношение	KЗ
1. Валик	l/d > 1	0,9 – 0,98
2. Диск	l/d < 1	0,7 – 0,9
3. Ролик	l/d = 1	0,35 – 0,45
4. Болт	l/d > 1	0,5 – 0,54

При расчёте скорость можно принять в соответствии с ГОСТ 20795-75 и ГОСТ 20796-75:

Dвн, 10^-3,м	40	63	100	125	160	200	250	320	400	500	630	800
Vmax, 10^-3,м/c	20	32	45	56	71	85	100	110	120	130	140	160

3. Определение размеров бункера.

3.1 Шаг спирального лотка (должен быть таким, чтобы на лоток не могли попасть одновременно две заготовки) выбирают из условия

, м

где h – размер заготовки, измеряемый перпендикулярно плоскости лотка (высота, диаметр); δ – толщина лотка, м (, м).

Шаг лотка при нарезке на станке округляют до ближайшего большего числа из ряда: (6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 16, 18, 22, 24, 26, 28, 32, 36, 38) 10^{-3, м.}

3.2 Средний диаметр чаши бункера (минимальный)

, м

где t – шаг лотка; α – угол наклона вибродорожки к обечайке чаши выбирают, исходя из способа ориентирования и конфигурации детали (α = 0,2 - 5°). Увеличение угла допускается для заготовок с высоким коэффициентом трения.

3.3 Наружный диаметр чаши бункера (минимальный)

, м

С другой стороны для обеспечения высокого коэффициента заполнения

, м

или

, м.

Выбранный D_н округляют до большего числа из ряда:

(63, 100, 125, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800) 10^{-3, м}

3.4 Внутренний диаметр чаши бункера

, м

3.5 Ширина лотка

, м

где b – диаметр или ширина детали, м.

3.6 Размер нижней плиты основания

, м.

Необходимо учесть, что вес нижней части ВЗУ должен быть в 5-7 раз больше веса верхней части.

3.7 ВЗУ снабжают предбункером в случае, когда необходимо загружать в него большие партии заготовок сравнительно крупных размеров. Размеры предбункера определяются объёмом одновременно загружаемых заготовок. Для того, чтобы в предбункере не образовывались своды, он должен иметь диаметр воронки на выходе

, м

где d – диаметр плоских заготовок (типа колец). Расстояние между торцом воронки и днищем бункера должно быть примерно равно диаметру заготовки или несколько меньше.

3.8 Высота чаши бункера

, м

или

, м

где H_заг – высота засыпаемых в чашу заготовок.

, м

3.9 Буртик лотка делают меньше высоты заготовки

, м

где h – высота заготовки.

3.10 Толщина обечайки(Δ)

для точеных чаш: , м

для сварных чаш: , м

3.11 Частота колебаний движения бункера. Наиболее просто осуществлять колебания БЗУ с помощью электромагнитных вибраторов с частотой:

ν = 100 Гц при диаметре чаши (D_н) до 0,2 м

ν = 50 Гц до 0,5 м

ν = 16; 25 Гц свыше 0,5 м

3.12 Угол конуса выбирают в диапазоне:

γ = 150-170°

3.13 Диаметр конуса (днище чаши).

, м

4. Определение оптимального режима работы.

Коэффициент режима работы ε определяется по графику 1 (рис. 13) в зависимости от скорости соударения, которая берётся из таблицы 2.

Таблица 2

Материал заготовки и лотка	Скорость соударения, м/с
1. Твёрдая сталь по стали	0,07 – 0,09
2. Алюминий по стали	0,1 – 0,12
3. Бронза по стали	0,06 – 0,07
4. Сталь по резине	0,14

Таблица 3

Материал заготовки	Материал лотка
Ст. констр. HB < 170	Ст. констр. HB > 170	Резина
Коэффициент трения
Твёрдая сталь	0,410	0,393	0,721
Мягкая сталь	0,413	0,410	0,695
Бронза	0,533	0,548	0,873
Латунь	0,508	0,535	0,820
Аллюминий	0,605	0,649	0,845

Угол бросания β определяют по формуле

,

где f – коэффициент трения, определяется из таблицы 3; K_β - определяют по графику 2 (рис.13) в зависимости от K_α и П – параметра режима работы:

5. Определение угла наклона подвесок.

Угол наклона пружинных элементов вибробункера определяется по формуле

,

где m_В – суммарная верхняя масса; m_Н – суммарная нижняя масса, m_Н = Σm_Нi; I_В – суммарный верхний момент инерции; I_Н – суммарный нижний момент инерции, I_Н = ΣI_Нi.

Массы деталей верхней и нижней частей ВЗУ выбираются из таблицы 4 в зависимости от диаметра чаши вибробункера.

Таблица 4

Dнар, мм
Масса бункера, кг
Масса деталей верхней части, кг
Обечайка	0,05	0,2	0,3		1,2
Днище	0,1	0,5	0,6	2,3	2,8
Якорь	0,05	0,08	0,8	0,2	0,35
Масса деталей нижней части, кг
Основание	0,7	1,1	1,8
Башмаки	0,03	0,05	0,07	0,1	0,2
Катушка	0,07	0,07	0,15	0,4	0,45

Момент инерции обечайки

, кг·м²

где R, r – наружный и внутренний радиусы чаши.

Момент инерции днища

, кг·м^2.

Моменты инерции остальных деталей верхней части вибробункера необходимо взять в такой же пропорциональной зависимости от момента инерции обечайки, в какой находятся их массы.

Моменты инерции нижней части питателя.

Момент инерции основания

, кг·м^2,

где r_осн – радиус основания, м.

Моменты инерции остальных деталей нижней части ВЗУвзять ориентировочно пропорционально их массам.

Необходимо иметь ввиду, что при одном электромагните в приводе выгодно принимать углы наклона подвесок наибольшими, близкими к 45°.

Один электромагнит целесообразно применять в бункерных загрузочных устройствах с небольшим бункером (диаметр не более 0,4 – 0,5 м) для подачи мелких и лёгких заготовок.

Привод с тремя электромагнитами – с бункерами средних и крупных размеров (диаметр 0,3 – 1 м) для подачи тяжёлых (металлических) заготовок, т.к. тремя магнитами можно создать большую тяговую силу.

Определение минимальной длины пружин

для ν = 50 Гц , м

ν = 100 Гц , м

ν = 16-25 Гц , м

где A₁ – размах колебаний лотка чаши питателя, м; А₀ – относительный размах колебаний приведённой массы, м

;

,

K_C – коэффициент скорости, обеспечивающий оптимальный режим работы при малых углах (K_C = 0,7); M_пр – масса, приведённая к точкам крепления упругих элементов

.

Здесь M_прВ и M_прН – приведённые массы чаши бункера и нижней плиты

;

;

.

Общая приведённая масса чаши бункера и трёх башмаков с подвижными частями вибратора

.

Общая приведённая масса нижней плиты с учётом трёх электромагнитов

.

Масса системы

.

Определяем диаметр подвесок (пружин), если питатель установлен на круглых цилиндрических стержнях

,

где υ = (1,0 - 1,1)· υ_B; (υ_B – частота вибратора 50 или 100 Гц); l_min – длина части пружин стержня между башмаками крепления; E – модуль упругости материала стержня (2·10¹⁰ МПа (пруж. сталь).

Расчёт амортизаторов

Определяется жёсткость из условия

,

где m_заг – масса партии заготовок; δ – максимально допустимое вертикальное смещение амортизаторов (0,2 см).

Число витков пружин

,

где d – диаметр проволоки, принимается конструктивно (3 мм); D – средний диаметр пружин (20 мм); n – число пружин в амортизационной системе (3-4); G – модуль сдвига, 8·10⁵ кг/см^2.

Шаг витков пружины

,

где G₁ – общий вес питателя; C – жёсткость.

Определяем максимальное возмущающее усилие вибратора

,

где μ – динамический коэффициент, зависящий от близости настройки системы к состоянию резонанса и величины затухания.

Для вибрационных ЗУ с подвеской чаши на цилиндрических стержнях можно принять μ = 3 – 4.

Если M_пр была рассчитана для трёхвибраторного ЗУ, то для одновибраторного

.

При установке одного центрального вибратора усилие вибратора в направлении движения якоря

.

При установке трёх тангенциальных вибраторов с направлением возмущающего усилия перпендикулярно подвеске усилие определяется

.

При установке трёх тангенциальных вибраторов с горизонтальным направлением возмущающего усилия

,

где i – число вибраторов.

Необходимая мощность вибратора определяется

,

где n – коэффициент затухания колебаний (n = 0,05).

Расчёт магнитопровода и катушки вибратора

Площадь сечения железа вибратора определяется по формуле

,

где B – индукция в зазоре (B = 6000 – 10000 гс), большие значения принимать для больших вибраторов.

Средняя величина воздушного зазора между якорем и статором вибратора для вертикальных вибраторов принимается

.

Для горизонтальных вибраторов, имеющих ход более одного мм

,

где S – ход якоря вибратора в мм.

Ход якоря вибратора для вертикальных вибраторов

,

для горизонтальных (тангенциальных)

.

Приведённый расчётный зазор вибратора:

для реактивного вибратора (υ = 100 Гц)

;

для вибратора с выпрямителем

,

где γ – глубина модуляции магнитного сопротивления.

В таблице 5 приведены данные для вертикальных вибраторов.

Таблица 5

S, мм	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
γ	0,25	0,28	0,33	0,36	0,37	0,38	0,4	0,6

Для тангенциальных вибраторов при

S = 1,25 – 4 мм

γ = 0,42 – 0,45

ε – угол сдвига фаз между перемещением массы и внешней силой (ε = 0).

Амплитудное значение магнитодвижущей силы (в ампер-витках)

.

Эффективное значение магнитодвижущей силы определяется для реактивного вибратора

,

для вибратора с выпрямителем

.

Минимальный размер окна сердечника

,

где ΔI – допускаемое значение силы тока на 1 мм² сечения провода (значение зависит от типа провода, для катушки вибратора принимается ΔI = 2 – 3 A/мм²); К_З – коэффициент заполнения окна сердечника, зависящий от толщины изоляции, размеров каркаса и способа намотки (К_З = 0,3 – 0,4).

Размеры пластин Ш-образного сердечника (см. рис. 14) выбираются, исходя из площади сечения среднего стержня железа

,

где a и c – размеры сердечника, набранного из пластин.

Рис. 14.

Для того, чтобы вертикальный вибратор имел удобную в поперечном сечении форму, вписываемую в квадрат, толщина набора пластин должна быть равна . Тогда площадь сечения среднего стержня железа будет . Откуда

.

По Q_ж и с учётом Q₀ определяем из таблицы 6 тип пластин Ш-образного сердечника и размеры пластин (b и h).

Необходимое число витков катушки вибратора

,

где U - эффективное значение напряжения на зажимах катушки вибратора; Q_Ж - действительная площадь сечения железа, получившаяся после выбора стандартных размеров пластин и толщины набора; - длина среднего магнитного пути железного сердечника; μ - магнитная проницаемость железа сердечника для вибратора, сердечники, которых набраны из листков электротехнической стали (); В_Д - действительная магнитная индукция в зазоре

, Гс.

Таблица 6

Тип пластин	Размеры	Тип пластин	Размеры
а, см	в, см	h, см	Qо, см	а, см	в, см	h, см	Qо, см
Ш-10		0,5	1,5	0,75	Ш-21	2,1	1,9	3,8	7,22
Ш-10		0,65	1,8	1,17	Ш-22	2,2	1,4	3,9	5,46
Ш-10		1,2	3,6	4,32	Ш-24	2,4	1,2	3,6	4,32
Ш-12	1,2	0,6	1,8	1,08	Ш-25	2,5	2,5
Ш-12	1,2	0,8	2,2	1,76	Ш-25	2,5	3,15	5,8	18,3
Ш-12	1,2	1,6	4,8	7,68	Ш-26	2,6	1,3	3,9	5,07
Ш-14	1,4	0,7	2,1	1,47	Ш-26	2,6	1,7	4,7	7,99
Ш-14	1,4	0,9	2,5	2,25	Ш-28	2,8	1,4	4,2	5,88
Ш-15	1,5	1,35	2,7	3,65	Ш-28	2,8	2,35		11,8
Ш-16	1,6	0,8	2,4	1,92	Ш-30		1,5	4,5	6,75
Ш-16	1,6		2,8	2,6	Ш-30		1,9	5,3	10,1
Ш-18	1,8	0,9	2,7	2,43	Ш-30		2,7	5,4	14,6
Ш-19	1,9	1,2	3,35	4,02	Ш-32	3,2	1,6	4,8	7,66
Ш-19	1,9	1,7	4,6	7,82	Ш-32	3,2	3,6	7,2	25,9
Ш-20					Ш-35	3,5	2,2	6,15	13,5
Ш-20		1,7	4,7	7,99	Ш-40
Ш-20		1,8		5,4	Ш-40		2,6	7,2	18,7
Ш-20		1,8	5,6	10,1	Ш-40

При В и В, определяется число витков катушки.

Эффективное значение тока, потребляемого вибратором из сети

.

Диаметр провода обмотки

.

В зависимости от значения диаметр провода может быть определен по следующим формулам:

при а/мм - ;

а/мм - ;

а/мм - .

Дата добавления: 2014-12-25