Проектирование роликового конвейера для подачи крупногабаритного литья к агрегатному станку

 

По величине Р_А/C₀ = 0,537 определяем значение коэффициента осевого нагружения, используя метод линейной интерполяции e = 0,437 [1, с. 212, таблица 9.18]

Определяем  отношение

 

Р_a / R₁ = 7843 / 12116 = 0,65 > e = 0,437

 

тогда Х = 0,56; Y = 1,001 [1, с. 212, таблица 9.18].

Эквивалентная нагрузка определяется по формуле

 

Р_Э = (Х·V·R₁ + Y·P_a) · К_б · К_Т =

= (0,56·1,2·12116 + 1·7843) · 1 · 1 ≈ 15985 Н

 

Вычислим частоту вращения ролика

 

 

Определяем  расчетную долговечность (ресурс)

 

Сравниваем  расчетную долговечность с установленной  в техническом задании

L_h = 17080 ч > [L_h] = 16820 ч

 

Делаем вывод о пригодности предварительно выбранных подшипников для любого из расчетных случаев размещения отливки.

Проверяем прочность  оси ролика (рисунок 5).

Для первого  расчетного случая (рисунок 5) составляем уравнение статического равновесия для определения реакции R₁

 

Тогда

 

 

Составляем  уравнение статического равновесия для определения реакции R₂

Тогда

 

 

Рисунок 5 –  Расчетная схема оси ролика

(первый расчетный  случай)

 

Проверяем правильность определения реакций, составив уравнение проекций сил на вертикальную ось

 

R₁ + R₂ – F₁ – F₂ = 1761 + 2409 – 1369 – 2801 = 0

Определяем  изгибающие моменты в потенциально опасных сечениях оси

- в середине  посадочной поверхности левого подшипника

 

М₁ = R₁ · ℓ = 1761 · 40,5 = 71320,5 Н·мм

 

- в середине  посадочной поверхности правого  подшипника

 

М₂ = R₂ · ℓ₂ = 2409 · 40,5 = 97564,5 Н·мм

 

Определяем  нормальные напряжения в сечении  под правым подшипником

 

где W – момент сопротивления изгибу сечения оси под подшипниками

 

 

d = 30 мм – посадочный диаметр подшипника 306.

В качестве материала  оси принимаем качественную углеродистую сталь 20 ГОСТ 1050-88 с механическими  характеристиками:

- временное  сопротивление разрыву σ_В = 410 МПа;

- предел текучести  σ_Т = 245 МПа.

 

Определяем  допускаемые напряжения для выбранного материала при запасе прочности n = 2,0

 

Расчетное напряжение сравниваем с допускаемым напряжением

 

σ = 37 МПа < [σ] = 122,5 МПа

 

Для второго  расчетного случая (рисунок 6) составляем уравнение статического равновесия для определения реакции R₁

 

Тогда

 

 

Составляем уравнение статического равновесия для определения реакции R₂

Тогда

 

 

Проверяем правильность определения реакций, составив уравнение проекций сил на вертикальную ось

 

R₁ – R₂ – F₁ + F₂ = 6626 – 2456 – 12116 + 7946 = 0

 

Рисунок 6 –  Расчетная схема оси ролика

(второй расчетный случай)

 

Определяем  изгибающие моменты в потенциально опасных сечениях оси

- в середине посадочной  поверхности левого подшипника

 

М₁ = R₁ · ℓ = 6626 · 40,5 = 268353 Н·мм

- в середине  посадочной поверхности правого  подшипника

 

М₂ = R₂ · ℓ₂ = 2456 · 40,5 = 99468 Н·мм

 

Определяем  нормальные напряжения в сечении  под левым подшипником

 

Расчетное напряжение сравниваем с допускаемым напряжением

 

σ = 101,5 МПа < [σ] = 122,5 МПа

 

Таким образом, выбранные размеры и материал оси обеспечивают требуемую статическую прочность при любом варианте нагружения.

Катки (рисунок 7) необходимы для облегчения перемещения каретки относительно неподвижной части рольганга.

Поверхности катания  представляют собой комбинацию цилиндрической, торцевой и сферической поверхностей. Торцевая поверхность препятствует сходу каретки с рольганга, а сферическая поверхность обеспечивает центрирование каретки относительно роликовых балок.

Плавность хода обеспечивается за счет спаренных подшипников, запрессованных в расточку катка. Внутренние кольца базируются на валу, выходной конец которого жестко фиксируется на каретке.

Фиксация колец  подшипника относительно катка осуществляется за счет уступа, расточенного в корпусе  катка, и торцевой крышки, закрепленной на корпусе катка винтами.

 

 

Рисунок 7 –  Каток

 

Чтобы внутрь ролика не проникала пыль, в торцевой крышке вмонтирована манжета. Подшипниковые полости необходимо заполнить густой смазкой при сборке ролика. При эксплуатации установки ролики воспринимают вертикальную нагрузку, равную собственному весу каретки, при этом поворачиваясь относительно неподвижной оси.

Особенностью  выбранной схемы рольганга является раздельное восприятие нагрузок: роликовые  балки нагружены весом отливки, а каретка служит только для приведения отливки в поступательное движение.

Критерием качества проектирования является достаточная  долговечность шарикоподшипников.

Расчетная схема  Катковых опор приведена на рисунке 8.

 

 

Рисунок 8 –  Расчетная схема опор катка

 

Определим вертикальную нагрузку на каток

 

 

где G_К = 280 кг = 2800 Н – собственный вес каретки (ориентировочно);

n = 3 – минимальное количество рабочих катков.

Осевая нагрузка на каток

 

P_а = P_r / tg α = 935 / tg 6,5° = 107 Н

 

где α = 6,5° – угол уклона полки стандартного горячекатаного швеллера.

Предварительно  намечаем радиальные шариковые подшипники легкой серии 208 и выписываем его  характеристики [1, с. 394, таблица П3]:

- внутренний  диаметр d = 40 мм;

- наружный диаметр D = 80 мм;

- статическая  грузоподъемность С₀ = 17800 Н;

- динамическая  грузоподъемность С = 32000 Н.

Для оценки долговечности  радиальных подшипников, допускающих восприятие осевой нагрузки, определяем отношение осевой нагрузки к статической грузоподъемности подшипника

 

Р_а / C₀ = 107 / 17800 = 0,006

 

По величине Р_А/C₀ = 0,006 определяем значение коэффициента осевого нагружения, используя метод линейной интерполяции e = 0,17 [1, с. 212, таблица 9.18]

Определяем отношение

 

Р_a / Р_r = 107 / 935 = 0,11 < e = 0,17

 

При e = 0,17 коэффициенты: Х = 1,0; Y = 0 [1, с. 212, таблица 9.18].

Эквивалентная нагрузка определяется по формуле

 

Р_Э = (Х·V·Р_r + Y·P_a) · К_б · К_Т = (1,0·1,2·935 + 0·107) · 1 · 1 ≈ 1122 Н

 

Вычислим частоту  вращения ролика

 

 

Определяем  расчетную долговечность (ресурс)

 

 

На основании  проведенных расчетов делаем вывод  о пригодности предварительно выбранных подшипников.

Проверяем прочность  оси катка. Расчетная схема оси катка приведена на рисунке 9. Определяем изгибающие моменты в опасном сечении оси

М = P_r · ℓ = 935 · 67,5 = 63112,5 Н·мм

 

Определяем  нормальные напряжения в сечении

 

< [σ] = 122,5 МПа

 

где W – момент сопротивления изгибу сечения оси

 

d = 40 мм – посадочный диаметр оси.

 

 

Рисунок 9 – Расчетная схема оси катка

 

Таким образом, выбранные размеры и материал оси обеспечивают требуемую статическую прочность.

1.4 Расчет и проектирование балок роликовых

 

Роликовые балки (рисунок 10) состоят из двух швеллеров №16, соединенных поперечными диафрагмами. К внутренним поверхностям швеллеров приварены планки с пазами, в которые устанавливаются цапфы роликов.

Крепление роликовой  балки к консоли осуществляется посредством шести болтов М16 через два опорных листа, приваренных к нижним полкам швеллеров.

 

 

Рисунок 10 – Роликовая балка

 

Расчетная схема  роликовой балки приведена на рисунке 11.

 

Рисунок 11 – Расчетная схема балки роликовой

 

Вертикальная  нагрузка на роликовую балку передается через ролики и катки, причем нагрузка перемещается вдоль балки в процессе движения каретки с грузом.

Из курса  сопротивления материалов известно, что для двухпролетной неразрезной балки наиболее неблагоприятной схемой приложения нагрузки является случай, когда сосредоточенная сила приложена в середине между средней и одной из крайней опорами. Учитывая симметричное расположение опор (рисунок 11) делаем вывод, что оба расчетных случая (когда каретка находится в середине правого пролета, и когда в середине левого) будут одинаковы. При расчете пренебрегаем собственным весом балки

Рассмотрим  схему приложения весовых нагрузок в середине правого пролета.

Определяем  нагрузку на балку

 

 

где Q = 10000 Н – вес отливки;

G_К = 280 кг = 2800 Н – вес каретки,

n = 2 – минимальное число одновременно работающих роликов.

Раскрываем  статическую неопределимость балки, определяя реакцию средней опоры

 

 

Составляем  уравнение статического равновесия для определения реакции R₁

Тогда

 

Составляем уравнение статического равновесия для определения реакции R₃

Тогда

 

 

Проверяем правильность определения  реакций, составив уравнение проекций сил на вертикальную ось

 

R₁ + R₂ + R₃ – Р = 115 + 2817 + 3468 – 6400 = 0

 

Определяем  изгибающие моменты в потенциально опасных сечениях балки

- под средней  опорой

 

М₁ = R₁ · ℓ = 115 · 2100 = 241500 Н·мм

 

- в середине  пролета между средней и правой  опорой

 

М₂ = R₃ · с = 3468 · 1000 = 3468000 Н·мм

 

Предварительно  назначаем сечение балки в  виде двух швеллеров №16 по ГОСТ 8240-97 с характеристиками сечения:

 

- площадь F = 1810 мм²;

- момент сопротивления  изгибу W_X = 9,34·10⁴ мм³;

- момент инерции  J_X = 7,47·10⁶ мм³.

Определяем  нормальные напряжения в сечении под левым подшипником

 

где W – момент сопротивления изгибу сечения балки

 

W = 2 · W_X = 2 · 9,34·10⁴ = 1,868·10⁴ мм³

 

Расчетные нормальные напряжения σ = 37 МПа сравниваем с  расчетным сопротивлением R = 163 МПа (материал марки ВСт3сп5)

 

 

где R_у – расчетное сопротивление материала балки на сжатие и изгиб по пределу текучести;

R_уn = 245 МПа – нормативное сопротивление материала балки на сжатие и изгиб по пределу текучести;

γ_m = 1,5 [2, с. 4, таблица 3.2] – коэффициент надежности по материалу.

Расчетное напряжение сравниваем с допускаемым напряжением

 

σ = 37 < R = 233 МПа  – условие прочности выполнено.

1.5 Конструирование путевых выключателей

 

Синхронизация работы системы управления станком  с подающим устройством достигается за счет установки на левой стороне одной из роликовых балок путевого выключателя (рисунок 12).

 

 

Рисунок 12 – Установка  путевого выключателя

 

При установке  отливки на роликовые балки, груз ложится на поверхности катания роликов и при этом взаимодействует с маятником, установленным между швеллерами балки. К нижней части маятника крепится груз, так, чтобы в свободном состоянии маятник занимал строго вертикальное положение. В верхней части маятника закреплена пластинка из магнитного материала, а на стенке швеллера – индуктивный бесконтактный датчик. Пока ролики не касаются груза, магнитная пластинка и датчик находятся на достаточном удалении друг от друга и сигнал от датчика на командоаппарат станка. Но как только отливка касается роликов, маятник поворачивается против часовой стрелки (положение маятника показано на рисунке 12 штриховыми линиями) и магнитная пластина становится на расстоянии около 5 мм от датчика, что вызывает его срабатывание.

 

1.6 Расчет рабочих параметров гидроцилиндра

 

В результате предварительного расчета и эскизной проработки проекта, установлены размеры, вес и скорость линейного перемещения каретки. Полученные данные служат для определения  параметров гидропривода подающего устройства.

Составляем расчетную схему гидроцилиндра (рисунок 13).

 

 

Рисунок 13 –  Расчетная схема гидроцилиндра

В рассматриваемом  гидроцилиндре шток шарнирно закреплен  к неподвижной раме, цапфа корпуса  шарнирно соединена с кронштейном  каретки. Выбору подлежат следующие геометрические параметры: диаметр поршня D_П, диаметр штока d_Ш и ход корпуса S.

Ход цилиндра должен соответствовать  ходу каретки  Н=1700 мм,

Записываем выражения  для расчета площадей поперечного  сечения:

- штоковой полости