close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

2621.Основы проектирования сборочно-сварочных приспособлений.

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Пермский национальный исследовательский
политехнический университет»
Я.В. Лямин
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
СБОРОЧНО-СВАРОЧНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
Утверждено
Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
Издательство
Пермского национального исследовательского
политехнического университета
2012
УДК 621.791.03-043.61(075.8)
Л97
Рецензенты:
канд. техн. наук, проф. Э.В. Лазарсон
(Пермский национальный исследовательский
политехнический университет);
канд. воен. наук Д.М. Цимберов
(Пермский военный институт внутренних войск
МВД России)
Лямин, Я.В.
Основы проектирования сборочно-сварочных приспоЛ97
соблений : учеб. пособие. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 148 с.
ISBN 978-5-398-00962-0
Рассмотрены типы, назначение и классификация приспособлений сварочного производства и этапы их проектирования.
Особое внимание уделено вопросам теории базирования, практическим способам и особенностям базирования деталей в конструкции, разработке схем компоновки приспособлений.
Изложена методика расчета различного типа зажимных
устройств, силовых приводов, корпусов приспособлений. Представлены конструктивные схемы зажимных устройств и силовых
приводов, широко применяемых в приспособлениях, и формулы
для их расчета.
Для студентов направления 150400.62 – «Технологические
машины и оборудование», профиля – «Технологии сварочного
производства» дневной и заочной форм обучения.
УДК 621.791.03-043.61(075.8)
ISBN 978-5-398-00962-0
© ПНИПУ, 2012
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение .......................................................................................................6
Глава 1. Классификация приспособлений и типы сборочных
устройств сварочного производства ..............................................8
1.1. Классификация приспособлений..................................................8
1.2. Типы сборочных устройств.........................................................10
Глава 2. Этапы проектирования сборочных,
сборочно-сварочных приспособлений .........................................13
2.1. Техническое задание....................................................................13
2.2. Эскизный и технический проект ................................................16
Контрольные вопросы к главам 1 и 2................................................18
Глава 3. Основы базирования ...................................................................20
3.1. Общие сведения о базировании..................................................20
3.2. Базы. Комплект баз ......................................................................21
3.3. Классификация баз.......................................................................24
3.4. Погрешность базирования. Определенность
и неопределенность базирования ...............................................31
Контрольные вопросы к главе 3 ........................................................35
Глава 4. Типовые схемы и способы базирования деталей
в конструкции и приспособлении .................................................37
4.1. Типовые схемы базирования деталей в конструкции.
Рекомендации по их разработке .................................................37
4.1.1. Схема базирования деталей в рамной конструкции .......38
4.1.2. Схема базирования деталей в осесимметричной
конструкции .......................................................................40
4.1.3. Схема базирования трубной конструкции
типа тройника с фланцами ................................................41
4.2. Способы базирования деталей в приспособлении ....................43
4.2.1. Базирование деталей с плоскими базовыми
поверхностями ...................................................................43
3
4.2.2. Базирование цилиндрических, конических деталей.......45
Контрольные вопросы к главе 4 ........................................................55
Глава 5. Разработка принципиальной схемы и компоновка
приспособления ..............................................................................56
5.1. Разработка принципальной схемы приспособления.................56
5.2. Схема сборочного приспособления для рамы...........................59
5.3. Схема сборочного приспособления
для трубной конструкции............................................................60
5.4. Компоновка приспособления......................................................62
Контрольные вопросы к главе 5 ........................................................65
Глава 6. Основы методики определения усилий зажима деталей
при сборке и сварке конструкций ................................................66
6.1. Определение усилий зажима деталей
при сборке конструкции..............................................................66
6.2. Определение перемещений и деформаций в зоне сварных
соединений при сварке ................................................................68
6.3. Определение усилий в сборочно-сварочном
приспособлении при сварке конструкций .................................77
6.3.1. Определение усилий, уменьшающих потерю
устойчивости листовых конструкций
от продольного укорочения ..............................................77
6.3.2. Определение усилий, уменьшающих угловую
деформацию листовых конструкций от
поперечного укорочения ...................................................79
6.3.3. Определение зажимных усилий, уменьшающих
угловую деформацию при сварке кольцевых швов
цилиндрических оболочек ................................................80
6.3.4. Определение зажимных усилий, уменьшающих
деформацию при сварке балочных конструкций............82
Контрольные вопросы к главе 6 ........................................................84
Глава 7. Зажимные устройства приспособлений ....................................86
7.1. Винтовые зажимы ........................................................................86
7.2. Эксцентриковые зажимы.............................................................89
4
7.3. Клиновые зажимы........................................................................91
7.4. Рычажные зажимы .......................................................................93
7.5. Комбинированные зажимы .........................................................94
7.6. Центрирующие зажимы.............................................................100
Контрольные вопросы к главе 7 ......................................................104
Глава 8. Силовые приводы зажимных устройств .................................105
8.1. Пневматические приводы .........................................................105
8.2. Электромагнитные зажимные устройства ...............................118
8.3. Вакуумные зажимные устройства ............................................122
Контрольные вопросы к главе 8 ......................................................123
Глава 9. Корпуса приспособлений и вспомогательные элементы .....125
9.1. Расчет верхней балки на прочность .........................................129
9.2. Расчет верхней балки на жесткость..........................................130
9.3. Расчет нижней опорной балки на прочность и жесткость.........133
9.4. Вспомогательные устройства и элементы ...............................134
Контрольные вопросы к главе 9 ......................................................138
Глава 10. Экономическая эффективность применения
приспособлений............................................................................139
Контрольные вопросы к главе 10 ....................................................141
Список литературы..................................................................................142
Приложение 1. Лабораторная работа № 1 «Разработка эскизного
проекта сборочно-сварочного приспособления» ........144
Приложение 2. Лабораторная работа № 2 «Выбор и расчет
зажимных элементов и силовых приводов
приспособления»............................................................146
5
ВВЕДЕНИЕ
Важнейшие задачи сварочного производства связаны с обеспечением требуемых показателей качества сварных соединений
и изделий, повышением эффективности производства, улучшением условий труда. Успешное решение этих задач обеспечивается внедрением в производство новых технологий, процессов
и в особенности комплексной механизации или автоматизации
каждой стадии производства сварной конструкции на основе использования качественно новых машин и механического оборудования.
Сварочное производство, являясь комплексным производством, включает в себя основные и вспомогательные операции
по изготовлению сварных деталей, узлов и конструкций. К основным операциям относятся: сборка, сварка, правка, отделка
и ряд других.
Следовательно, для изготовления сварных деталей, узлов
и конструкций высокого качества прежде всего требуется высокая точность сборки деталей под сварку. При сборке под сварку
все детали сборочной единицы должны занимать относительно
друг друга определенное положение с точностью в пределах допусков, установленных чертежом на готовую продукцию. Требуемая точность сборки может быть обеспечена лишь использованием сборочного приспособления.
При выполнении сварки собранного изделия возможно,
а в ряде случаев необходимо применение сварочного приспособления, позволяющего уменьшить (или исключить) деформирование деталей и всего изделия; повысить качество швов из-за
отсутствия прихваток; установить изделие в удобное для сварки
положение; расширить технологические возможности сварочного оборудования; повысить механизацию (или автоматизацию)
и производительность процесса сварки.
6
В практике сварочного производства наряду с однооперационными (сборочными, сварочными) используются комбинированные приспособления – сборочно-сварочные, сочетающие
в себе функциональные назначения первых и вторых. Однако не
всякая конструкция изделия или условия ее сборки позволяют
использовать комбинированное приспособление. При комплексной механизации сборочных и сварочных операций наиболее
предпочтительно использовать сборочно-сварочные приспособления, поскольку совмещение в одном устройстве двух операций
позволяет существенно повысить локальный уровень комплексной механизации выполняемых работ.
В данном пособии рассмотрены в основном вопросы проектирования и расчета сборочно-сварочных приспособлений,
поскольку решение задач по проектированию этого типа приспособлений имеет общий характер и может использоваться при
проектировании менее сложных устройств – сборочных приспособлений.
7
ГЛАВА 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
И ТИПЫ СБОРОЧНЫХ УСТРОЙСТВ
СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА
1.1. Классификация приспособлений
Под приспособлениями сварочного производства понимают дополнительные технологические устройства к оборудованию, используемые для выполнения операций сборки под сварку, сварки, термической резки, пайки, наплавки, устранения или
уменьшения деформаций и напряжений, а также для контроля.
В комплексно-механизированном сварочном производстве широко применяются загрузочные, разгрузочные, подъемнотранспортные и комбинированные приспособления, чалочные
устройства, типовая и специализированная тара, различный инструмент.
Одни приспособления не входят в состав технологического
оборудования и используются самостоятельно, другие становятся частью оборудования комплексно-механизированных рабочих мест, участков, линий, цехов по производству сварных
изделий. Автоматизация сварочного производства также немыслима без разработки и использования специальных приспособлений, механизмов и агрегатов.
Применение приспособлений позволяет уменьшить трудоемкость работ; повысить производительность труда, сократить
длительность производственного цикла, улучшить условия труда, повысить качество продукции, расширить технологические
возможности сварочного оборудования, способствует повышению комплексной механизации и автоматизации производства
и монтажа сварных изделий.
Приспособления классифицируются по нескольким признакам (рис. 1.1):
8
Приспособления сварочного производства
Стационарные
Разметочные
По виду
установки
Для термической резки
Передвижные
Переносные
Для сборки под сварку
Сварочные
Ручные
Комбинированные
По степени
По
механизации
назначению
Для поворота
Для перемещения
Механизированные
Полуавтоматические
Автоматические
Контрольные
Для термообработки
Неповоротные
Для правки
Поворотные
Для съёма
Бункеры-накопители
Пневматические
Подъёмно-транспортные
Гидравлические
По типу
приводов
Универсальные
Переналаживаемые
Специализированные
Электромеханические
Магнитные
Вакуумные
По степени
специализации
Комбинированные
Специальные
По методу сварки и виду обработки
Для электродуговой сварки
Для электрошлаковой сварки
Для
контактной
сварки
Для
пайки
Для
наплавки
Для
термической
резки
Рис. 1.1. Классификация приспособлений сварочного производства
– выполняемые операции технологического процесса в сварочном производстве – для разметки, термической резки, сборки
под сварку, сварки, комбинированные (сборочно-сварочные, заготовительно-сборочно-сварочные и др.); для контроля качест9
ва; термообработки; правки; для установки, поворота, подачи,
передачи, съема изделия или деталей, подъема и перемещения
сварщика, установки, поворота и перемещения сварочного автомата или полуавтомата; подъемно-транспортные;
– метод сварки и вид обработки – для электродуговой сварки (ручной, полуавтоматической и автоматической); электрошлаковой сварки; контактной сварки; наплавки и др.;
– степень специализации – специальные, предназначенные
для выполнения одной определенной операции при изготовлении конкретных узлов в условиях серийного и массового производства; переналаживаемые (групповые), служащие для выполнения данной операции для группы однотипных изделий, близких по конструктивно-технологическим параметрам в условиях
мелкосерийного производства; универсальные, предназначенные для выполнения сборочно-сварочных операций в условиях
единичного и мелкосерийного производства;
– уровень механизации и автоматизации – ручные, механизированные, полуавтоматические и автоматические;
– вид установки – стационарные, передвижные и переносные;
– возможность поворота – поворотные и неповоротные;
– тип привода вращения, перемещения, зажатия деталей –
пневматические, гидравлические, пневмогидравлические, электромеханические, магнитные, вакуумные, комбинированные;
1.2. Типы сборочных устройств
Как видно из рис. 1.1, список устройств и их классификационных признаков достаточно обширный. Основное же внимание в данном пособии уделено сборочным устройствам. Учитывая только функциональное назначение и характер выполняемых операций, сборочные устройства можно разделить на три
основных типа:
10
1) сборочные приспособления и кондукторы, в которых
выполняется сборка изделия на прихватках с последующей передачей собранного изделия на устройство для сварки;
2) сборочно-сварочные приспособления и кондукторы, в которых выполняются операция сборки (как правило без постановки прихваток) и операция сварки изделия;
3) сборочно-сварочные кондукторы-кантователи, которые
позволяют осуществлять операцию сборки, сварки и осуществлять кантовку изделия в удобное для сварки положение.
По степени специализации любое из этих типов приспособлений может быть: специальным, специализированным, переналаживаемым, универсальным.
К последнему типу можно отнести лишь некоторые, например электромагнитные стенды для сборки и сварки листовых
конструкций, стенды для сборки и сварки продольных стыков
обечаек и листовых полотнищ.
К специализированным приспособлениям относятся устройства, предназначенные для выпуска изделий одного типа или
типоразмера. К специальным приспособлениям относятся устройства, предназначенные для выполнения какой-либо одной
операции над изделиями одного типоразмера. Эти устройства
обычно называют кондукторами с приставкой выполняемых
операций – сборочные, сборочно-сварочные. В специальных
приспособлениях установочные (базирующие) и фиксирующие
элементы закреплены постоянно, а в специализированных отдельные группы элементов могут перемещаться, что позволяет
изменить типоразмер обрабатываемых изделий. Специальные
и специализированные приспособления обычно высокомеханизированы или автоматизированы и изготавливаются в виде станков, установок. Такие устройства наиболее трудоемки в проектировании и исполнении и, как правило, используются в условиях массового или крупносерийного производства.
Переналаживаемые, универсальные приспособления применяют в единичном, мелко- и среднесерийном производстве.
11
Такие приспособления характеризуются тем, что монтируются
из универсальных, унифицированных элементов УСПС (универсальных сборных приспособлений для сборки под сварку).
Приспособления, смонтированные из элементов УСПС, применяются только для сборочных операций и могут быть универсальными, специализированными или специальными.
В комплект УСПС входят следующие группы деталей:
1) базовые детали, служащие основанием, на котором размещаются элементы приспособлений. Это плиты – прямоугольные, круглые, угольники различного типоразмера. Все базовые
детали имеют Т-образные пазы для крепления элементов;
2) опорные детали – цилиндрические регулируемые и нерегулируемые опоры, прокладки, угольники, призмы, планки,
пальцы, конусы и др. Все опорные детали имеют возможность
крепиться на базовых деталях;
3) прижимные детали для закрепления собираемых деталей
в приспособлении – прихваты, планки, прижимы, струбцины,
распорки, стяжки и др.;
4) крепежные детали для соединения между собой всех
элементов приспособления. Это болты, шпильки, винты, гайки,
сухари, шайбы;
5) неразбираемые узлы – центровые бабки, самоценрирующие патроны, пневмоцилиндры, подвижные призмы и др.
12
ГЛАВА 2. ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СБОРОЧНЫХ,
СБОРОЧНО-СВАРОЧНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
Независимо от того, монтируется ли приспособление из
стандартных, нормализованных элементов, например УСПС,
или же оно изготавливается в индивидуальном порядке, необходимо осуществить его проектирование. Проектирование
включает следующие этапы разработки конструкторской документации:
1. Составление технического задания на проектирование.
2. Выполнение эскизного и технического проекта.
3. Конструктивная разработка приспособления и создание
рабочих чертежей.
Исходными данными при проектировании сборочно-сварочных приспособлений служат: сборочный чертеж изделия,
технические условия на его изготовление и приемку, технологический процесс изготовления изделия, программа выпуска изделий, производственные условия предприятия.
2.1. Техническое задание
ТЗ на проектирование содержит сведения, принципиальные
данные, которым должно удовлетворять приспособление, а
именно:
– технологический процесс изготовления изделия;
– назначение приспособления – сборочное, сварочное или
сборочно-сварочное;
– тип приспособления – универсальное, переналаживаемое
или специальное;
– требование к приспособлению с конструктивных и технологических позиций;
– возможное повышение производительности труда, снижение себестоимости.
13
Технологический процесс изготовления изделия должен содержать все данные о рациональном технологическом процессе
с подробной расшифровкой операций сборки и сварки, переходов,
выполняемых на проектируемом приспособлении.
Назначение и тип приспособления определяется в каждом
конкретном случае и зависит от технологического процесса
сборки и сварки, способа сварки, формы, размеров и требуемой
размерной точности изготавливаемого изделия, материала и сечения деталей, качества сборки и сварки, типа производства,
программы выпуска, заданной производительности. Следует
также иметь в виду следующее: качество изделия выше, если
оно не подвергается перестановке со сборочного на сварочное
приспособление; некоторые изделия, особенно из тонколистовых материалов, не допускают прихваток; сборочно-сварочные
приспособления обычно сложнее и дороже сборочных.
Технологические и конструктивные требования, перечисленные ниже, относятся и к сборочному, и сборочно-сварочному приспособлениям:
– обеспечить точность проектного положения, быстроту,
надежность установки и закрепления деталей в приспособлении;
– обеспечить возможность некоторого свободного перемещения отдельных деталей в приспособлении (удлинение при
сварке или укорочение при остывании);
– исключать в процессе сварки возможность раскрытия
стыков, увеличения зазоров, угловой деформации;
– приспособление должно быть достаточно прочным и жестким, а закрепляемые детали оставаться в требуемом положении без деформирования их при сварке);
– прижимы, опоры и другие элементы приспособления не
должны пересекать линии швов;
– обеспечить возможность постановки сборочных прихваток в требуемых местах (для сборочного приспособления);
– обеспечить возможность выполнения сварных швов механизированными и автоматизированными способами сварки
14
и по возможности в удобном положении (для сварочного приспособления);
– обеспечить при сборке, сварке изделий, выполненных из
активных металлов, защиту сварного шва и околошовной зоны с
лицевой и обратной стороны от воздействия окружающей атмосферы;
– обеспечить удобную подачу, свободную установку деталей и съем изделия без участия общецехового мостового крана,
свободный доступ для осмотра, наладки и контроля;
– обеспечить быстрый отвода тепла от места сварки для
уменьшения коробления, заданного угла поворота изделия;
– предусматривать возможность замены изнашивающихся деталей и восстановления требуемой точности приспособления;
– предотвращать проникновение пыли, грязи, влаги, флюса,
брызг металла на трущиеся и сопряженные поверхности;
– предусматривать возможность удобной очистки базовых поверхностей от шлака и флюса, уборки последних после
сварки;
– безопасность в эксплуатации;
– обеспечить в соответствии с технологическим процессом
последовательность сборки и наложения швов;
– удобство в эксплуатации (предполагает доступность к местам установки деталей, зажимным устройствам и устройствам
управления, местам наложения прихваток и сварных швов,
удобные позы рабочего, минимум его наклонов и хождений и
другие требования научной организации труда).
При проектировании сборочного или сварочного приспособления к ним предъявляется только часть из представленных
выше требований.
Выбор того или иного приспособления из числа возможных
производится и обосновывается путем сравнения техникоэкономических показателей.
15
2.2. Эскизный и технический проект
Эскизный проект предусматривает разработку принципиальной схемы базирования деталей в собираемом изделии и на
ее основе – разработку принципиальной схемы и компоновки
приспособления. При разработке схемы базирования необходимо учитывать факторы, влияющие на точность установки, надежность закрепления деталей, компактность приспособления.
Принципиальная схема сборочно-сварочного приспособления представляет собой чертеж сварного изделия, на котором,
в виде условных обозначений указаны опорные и зажимные
элементы будущего приспособления в местах, соответствующих
схеме базирования деталей собираемой (свариваемой) конструкции. Рассмотрены и приняты способы фиксирования и закрепления всех деталей, а также способы и устройства для установки, поворота, подъема, съема деталей, изделий. На принципиальной схеме не все детали изображаются подробно, как правило, – в виде условных обозначений. На схеме указываются те
размеры, которые при проектировании приспособления необходимо выдерживать с особой точностью.
Компоновка приспособления представляет собой эскиз
сборочного чертежа с вычерчиванием корпуса приспособления,
опорных элементов, зажимных механизмов и приводов, дополнительных и контрольных устройств, с учетом их удобного размещения, в двух-трех проекциях. Они должны давать достаточную информацию о конструкции приспособления.
Чертеж рекомендуется начинать с изображения изделия
в тонких (или цветных) линиях, а затем дополнять его изображениями опорных элементов и зажимных устройств в соответствующих положениях относительно деталей собираемой (свариваемой) конструкции и оформлением корпуса приспособления. На чертеже проставляются основные габаритные размеры
и размеры, позиционирующие опорные и зажимные элементы.
При этом размеры деталей приспособления и их форма задаются
16
интуитивно, без расчета, но необходимо стремиться использовать типовые, унифицированные, нормализованные и стандартные детали, узлы и механизмы. Выбор конструкции опорных
элементов осуществляется с учетом выбранных баз и способа
базирования.
После эскизного проекта выполняют технический проект,
который состоит из двух частей – детальной проработки чертежа компоновки приспособления; кинематического и силового
расчета зажимных устройств, прочностного расчета деталей и
узлов приспособления.
При детальной проработке чертежа компоновки приспособления выполняется и оформляется его сборочный чертеж в
соответствии с требованиями ГОСТ 2.109–73. На чертеже указываются позиции всех элементов и составляется спецификация.
На чертеже проставляются все используемые (или определенные) при расчете размеры элементов приспособления с допусками; указываются предельные отклонения формы и расположения его поверхностей; размеры посадочных поверхностей
приспособления с отклонениями; размеры опорных поверхностей опорных элементов, на которые устанавливаются (базируются) детали изделия; размеры, определяющие положение
опорных элементов относительно посадочных поверхностей
приспособления с отклонениями, уточняющими расположение
элементов относительно друг друга в приспособлении. Некоторые элементы приспособления, особенно зажимные, а также
сварочный инструмент необходимо показывать в исходном
и рабочих положениях.
Заключительным этапом оформления сборочного чертежа
приспособления является составление технических условий на
приспособление. Они должны включать указания о выверке
и пригонке (если требуется) отдельных элементов приспособления при его сборке; не показанных на чертеже предельных отклонениях формы и расположения поверхностей; маркировке
приспособления; смазке подвижных элементов и механизмов;
17
допустимом износе базовых поверхностей опорных элементов;
допустимых отклонениях усилий зажима деталей; периодичности контроля тех или иных размеров, проставленных на сборочном чертеже; об условиях, обеспечивающих безопасное выполнение операций на данном приспособлении.
В процессе разработки и оформления сборочного чертежа
приспособления некоторые размеры элементов определяются
или уточняются, если они были заданы исходя из рекомендаций
или интуитивно, в результате кинематических, прочностных
и силовых расчетов.
Кинематические и прочностные расчеты необходимы для
определения размеров звеньев и элементов зажимных устройств
различного типа, жесткости корпуса приспособления, опорных
и крепежных элементов. Силовой расчет проводится для определения необходимых исходных усилий зажимных устройств
и их конструктивных параметров.
Все расчеты выполняются по методикам, изложенным
в учебной, справочной литературе по общеинженерным дисциплинам: сопротивление материалов, теория машин и механизмов,
детали машин, а также сварочным дисциплинам. Некоторые из
этих методик изложены в настоящем пособии.
Контрольные вопросы к главам 1 и 2
1. По каким признакам классифицируются приспособления?
2. Что такое специальные, специализированные приспособления?
3. Перечислите основные классификационные признаки
приспособлений
4. В чем различие между сборочными и сварочными приспособлениями?
5. Какие бывают приспособления, разделяемые по типу
приводов?
6. Какие бывают типы сборочных устройств?
18
7. Назовите элементный состав приспособлений.
8. Что входит в комплект УСПС?
9. Перечислите исходные данные и этапы проектирования
сборочных, сборочно-сварочных приспособлений.
10. Какие сведения должно содержать техническое задание
на проектирование приспособления?
11. Что такое эскизный проект при проектировании приспособлений?
12. Что такое технический проект при проектировании приспособлений?
13. Перечислите основные технологические и конструктивные требования к приспособлениям.
19
ГЛАВА 3. ОСНОВЫ БАЗИРОВАНИЯ
3.1. Общие сведения о базировании
Одним из основных требований, предъявляемых к сборочно-сварочным приспособлениям, является обеспечение точности
сборки изделия. Сварное изделие состоит как минимум из двух
и более деталей, которые при сборке в изделии должны занять
относительно друг друга определенное положение и с точностью, указанной на сборочном чертеже. Требуемое положение
деталей относительно друг друга или изделия относительно технологического оборудования не должно изменяться на протяжении технологического процесса, детали должны быть надежно
зафиксированы каждая в своем положении.
Придание деталям или изделию требуемого положения
(ориентации) относительно выбранной системы координат называют базированием.
Требуемое положение твердого тела относительно выбранной системы координат достигается наложением на тело геометрических связей. Связи обычно осуществляются в виде различных тел, стесняющих свободу движения данного тела.
Независимые перемещения, которые может иметь тело, называют степенями свободы. Любое абсолютно твердое тело
имеет шесть степеней свободы – поступательные и вращательные движения относительно трех координатных осей х, у, z.
Для того чтобы придать телу необходимое положение и состояние покоя относительно выбранной системы отсчета, его
надо лишить шести степеней свободы, наложив на него шесть
двусторонних геометрических связей. Если избрать в качестве
системы отсчета прямоугольную систему координат oxyz (рис. 3.1),
то при наложении шести геометрических связей 1–6 тело лишится трех перемещений вдоль осей oх, oy и oz и трех поворотов вокруг осей, оставаясь неподвижным в системе oxyz.
20
Рис. 3.1. Геометрические связи, определяющие
положение твердого тела в системе xoyz:
1–6 – двухсторонние связи
3.2. Базы. Комплект баз
В реальной ситуации придание детали требуемого положения в избранной системе координат осуществляется путем
соприкосновения ее поверхностей с поверхностями детали
или деталей, на которые ее устанавливают или с которыми ее
соединяют. Фиксация положения и постоянство контакта
обеспечиваются замыкающими силами, в числе которых первым проявляется действие массы самой детали и сил трения.
Реальные детали машин ограничены поверхностями, имеющими отклонения формы от своего идеального прототипа. Поэтому базируемая деталь контактирует с деталями, определяющими ее положение, лишь на отдельных элементарных площадках, условно считаемых точками контакта.
В общем случае при сопряжении детали по трем поверхностям с деталями, базирующими ее, возникает шесть точек контакта. При этом на контактирующих поверхностях точки контакта распределяются определенным образом. На рис. 3.2 показана деталь типа прямоугольного параллелепипеда, установленная в «угол», образованный базирующими деталями.
21
Рис. 3.2. Сопряжение реальных деталей
по трем плоским поверхностям
Шесть точек контакта распределились на поверхностях детали (соответственно и на поверхностях деталей, на которые она установлена) следующим образом: три точки контакта – 1, 2, 3 на
нижней поверхности детали; две – 4, 5 на боковой поверхности
наибольшей протяженности; одна 6 на торцовой поверхности.
На данном примере видно, что базирование детали было
осуществлено с помощью нескольких ее поверхностей – баз.
В общем случае базой может быть поверхность, сочетание
поверхностей, ось, точка, принадлежащие детали и используемые для базирования.
Для наложения на деталь шести связей с целью определения ее положения в системе oxyz и придания ей состояния покоя
требуется три базы. Совокупность трех баз, образующих координатные плоскости системы координат заготовки или изделия,
называют комплектом баз.
Наличие связей, наложенных на базы, отображается опорными точками. Опорная точка – это символ одной из связей
детали или изделия с выбранной системой координат. Условное
изображение опорной точки показано на рис. 3.3.
22
а
б
Рис. 3.3. Условное обозначение опорной точки:
а – вид спереди и сбоку; б – вид сверху
Таким образом, базирование призматической детали (рис. 3)
можно представить в виде схемы (рис. 3.4).
а
б
Рис. 3.4. Идеализированное представление о сопряжении деталей
по плоским поверхностям (а) и схема базирования (б)
Все опорные точки на схеме базирования нумеруют
по порядку, начиная с базы, на которой располагают наибольшее число опорных точек. Число проекций детали на
схеме базирования должно быть достаточным для четкого
представления о размещении опорных точек. При наложении
в какой-либо проекции одной опорной точки на другую изображают одну точку и около нее проставляют номера совмещенных точек.
23
Из сказанного следует правило: для придания деталям, заготовкам, изделию вполне определенного положения и обеспечения им состояния покоя в приспособлении необходимо
и достаточно, чтобы они были установлены на шесть опорных точек, лишающих детали всех шести степеней свободы.
Это правило получило название Правило шести точек.
При установке деталей недопустимо использовать более
шести опорных точек. Лишние опорные точки препятствуют
правильной установке детали, при закреплении ее положение
нарушается.
3.3. Классификация баз
Базы классифицируют по трем признакам: по назначению,
по лишаемым степеням свободы и по характеру проявления.
Классификация баз по назначению. Базы по назначению
разделяют на три вида: конструкторские, технологические
и измерительные.
Конструкторской называют базу, используемую для определения положения детали или сборочной единицы в изделии.
Группу конструкторских баз составляют основные и вспомогательные базы.
Основной называют конструкторскую базу, принадлежащую данной детали или сборочной единице и используемую для
определения их положения в изделии.
Вспомогательной называют конструкторскую базу, принадлежащую данной детали или сборочной единице и используемую для определения положения присоединяемого к ним изделия (детали или сборочной единицы).
С помощью комплекта основных баз определяют положение самой детали в машине или сборочной единице. С помощью комплекта вспомогательных баз определяют положение относительно данной детали присоединяемой к ней детали или сборочной единицы. Различие ролей основных
и вспомогательных баз необходимо учитывать как при конст24
руировании, так и в технологическом процессе изготовления
детали и в процессе измерения.
Любая деталь может иметь только один комплект основных баз и столько комплектов вспомогательных баз, сколько деталей или сборочных единиц к ней присоединяется.
Технологической называют базу, используемую для определения положения заготовки или изделия в процессе изготовления или ремонта. Понятие технологической базы распространяется на все стадии процесса изготовления изделия.
Измерительной называют базу, используемую для определения относительного положения заготовки или изделия и
средств измерения. Измерительные базы необходимы во всех
случаях измерений (при оценке точности детали, в процессе настройки станков и т.д.).
Классификация баз по назначению не допускает совмещения названий баз в рамках этого признака. Например, нельзя
технологическую базу назвать основной или вспомогательной,
но в качестве технологических могут быть использованы и основные, и вспомогательные базы. То же относится к измерительным базам.
Классификация баз по количеству лишаемых степеней
свободы*. Кроме различия баз по назначению, базы различают в
зависимости от их участия в наложении связей на базируемые
заготовки, детали или сборочные единицы.
Комплект баз может быть образован сочетанием поверхностей разных размеров и конструктивных форм (плоских, цилиндрических, конических и др.), и распределение шести связей между
ними может быть различным. С точки зрения числа и свойств воспринимаемых связей база может быть: установочной, направляющей, опорной, двойной направляющей или двойной опорной.
Для примера рассмотрим использование трех первых баз
при базировании призматической детали (рис. 3.5).
*
Лишаемая степень свободы – термин авт.
25
Установочной называют базу, используемую для наложения на деталь (изделие) связей, лишающих ее трех степеней
свободы – перемещения вдоль одной оси oz и поворотов вокруг
осей oх и oу. Для призматической детали роль установочной базы выполняет нижняя поверхность (опорные точки 1, 2, 3), используемая для наложения трех связей, лишающих деталь возможности перемещаться в направлении оси oz и поворачиваться
вокруг осей, параллельных oх и oу.
Рис. 3.5. Наложение шести связей
на призматическую деталь
Направляющей называют базу, используемую для наложения на заготовку или изделие связей, лишающих их двух степеней свободы – перемещения вдоль одной координатной оси и поворота вокруг другой оси. Для детали призматической формы – это
боковая поверхность детали, наложение через которую двух связей
(опорные точки 4, 5) на деталь лишило ее возможности перемещения в направлении оси oу и поворота вокруг оси oz.
Опорной называют базу, используемую для наложения на
заготовку или изделие связи, лишающей их одной степени свободы – перемещения вдоль одной координатной оси или поворота вокруг оси. В данном случае в качестве опорной базы ис26
пользована одна из торцовых поверхностей детали. Через эту
поверхность у детали отнята возможность перемещения в направлении оси oх.
Комплект баз, в состав которого входит установочная,
направляющая и опорная базы, является весьма распространенным и считается типовым.
Если базирование детали или заготовки осуществляется с
использованием цилиндрической (конической) поверхности
большой протяженности (соотношение ее длины и диаметра
больше единицы), то с помощью этой поверхности на деталь
или заготовку можно наложить четыре связи. Такая база получила название двойной направляющей.
Двойной направляющей называют базу, используемую для
наложения на заготовку или изделие связей, лишающих их четырех степеней свободы – перемещений вдоль двух координатных осей oу, oz и поворотов вокруг этих осей.
Наложение связей на деталь или заготовку с помощью цилиндрической (конической) поверхности чаще всего осуществляется через ось, относительно которой она образована вращением образующей прямой (рис. 3.6).
z
z1
5
y1
4
3
y
2
x1
x
1
6
Рис. 3.6. Наложение шести связей
на цилиндрическую деталь
27
Перемещения детали вдоль оси oх может лишить связь 5,
наложенная на торец детали. Угловое положение детали будет
определено, если на координатную плоскость х1o1у1 наложить
дополнительно связь 6. Последние две связи реализуются при
помощи двух опорных баз, одна из которых отбирает у детали
возможность перемещения, другая – поворота.
Комплект из двойной направляющей и двух опорных баз
широко распространен и может считаться также типовым.
Положение детали типа диска будет более устойчивым, если установить его на торец и сделать торец установочной базой
(рис. 3.7).
z1
z
5
4
y1
6
y
2
x1
x
1
3
Рис. 3.7. Наложение шести связей
на деталь типа диска
В данном случае ось цилиндрической поверхности детали
была использована как база для лишения детали двух перемещений. Такая база получила название двойной опорной.
Двойной опорной называют базу, используемую для наложения на заготовку или изделие связей, лишающих их двух степеней свободы – перемещений вдоль двух координатных осей.
В отличие от направляющей базы, с помощью которой деталь лишается одного перемещения и одного поворота, двойную
опорную базу используют для лишения детали двух перемеще28
ний. Комплект из установочной, двойной опорной и опорной баз
следует считать третьим типовым комплектом баз.
В рамках этого признака (степени свободы) принято различать базы на главные и дополнительные. Главной базой из типового комплекта баз называют базу, которая лишает деталь максимального числа степеней свободы. Например, в комплекте из
установочной, двойной опорной и опорной баз главной базой
следует считать установочную. Дополнительной базой называют каждую из группы баз, кроме главной, в нашем примере это
двойная опорная и опорная.
Классификация баз по характеру проявления. Третий
признак классификации, независимо от первых двух, дает разделение баз на скрытые и явные.
Скрытой называют базу в виде воображаемой плоскости,
оси или точки. Явной называют базу в виде реальной поверхности, разметочной риски или точки пересечения рисок.
К скрытым базам прибегают, когда требуется определить
положение детали или заготовки с использованием плоскостей
симметрии, оси или пересечения осей. С такими случаями мы
уже встречались (см. рис. 3.6, 3.7), где в роли скрытых баз выступали воображаемая плоскость, оси, пересечения осей координатной системы, связываемой с деталью.
Наложение связей на скрытые базы может быть осуществлено либо на глаз, либо с помощью технических средств, например центров на токарном станке, самоцентрирующих патрона и тисков и т.д. На рис. 3.8 показано базирование рычага по
двум его плоскостям симметрии, осуществленное с помощью
самоцентрирующих призм.
При этом наложение связей (опорные точки 4, 5 и 6) на обе
координатные плоскости осуществляется в момент контакта рычага с призмами в четырех точках.
Таким образом, базирование по скрытым базам с применением технических средств может осуществляться также через
контакт базируемой детали с базирующими деталями по реальным поверхностям.
29
Рис. 3.8. Базирование рычага
Однако наложение связей на координатные плоскости реализуется в этих случаях не непосредственно через точки контакта, как это было при базировании по явным базам, а при участии
их и в функциональной связи с ними.
Рассмотренную выше классификацию баз по трем признакам можно представить в виде схемы (рис. 3.9).
Рис. 3.9. Классификация баз
Согласно этой схеме полное название базы должно охватывать в принятой очередности три классификационных признака. Положение рычага в примере, приведенном на рис. 3.8,
30
определяют базы: технологическая, установочная, явная; технологическая, направляющая, скрытая; технологическая, опорная, скрытая.
3.4. Погрешность базирования. Определенность
и неопределенность базирования
Погрешность базирования определяется как погрешностью
размеров деталей, так и определенностью положения детали относительно требуемого положения. Детали может быть придано положение, которое будет соответствовать условиям, а может и не
соответствовать им. Допуски, ограничивающие отклонения в положении детали, в одних случаях могут быть весьма широкими,
в других – жесткими. Например, при базировании цилиндрической
детали в самоцентрирующем патроне ее угловое положение, которое будет случайно избрано и зафиксировано в пределах 360° относительно оси, окажется вполне определенным. При тех же условиях базирования, но при отклонении формы базовой поверхности
будет наблюдаться погрешность базирования.
Для того чтобы деталь заняла и сохранила требуемое положение при сборке, необходимо обеспечить определенность ее
базирования. Под определенностью базирования детали понимают соответствие ее положения в результате установки и в
процессе обработки теоретической схеме базирования.
Всякое нарушение этих условий приводит к неопределенности базирования детали.
Неопределенность базирования детали может быть вызвана:
– случайностью подбора и местонахождения точек контакта заготовки с базирующими элементами приспособления из-за
отклонений формы контактирующих поверхностей (рис. 3.10);
– неполным контактом заготовки с базирующими элементами приспособления;
– деформированием заготовки при закреплении и в процессе обработки;
31
– недостаточностью сил закрепления в сравнении с силами,
воздействующими на заготовку в процессе ее обработки;
– сменой и несовмещением баз.
а
б
в
Рис. 3.10. Случайное расположение точек контакта и неполный
контакт заготовки с базирующими элементами
Зная причины, вызывающие неопределенность базирования, можно разработать и принять меры по обеспечению определенности базирования.
Прежде всего это высокие требования к точности формы и
шероховатости поверхностей баз деталей и исполнительных поверхностей приспособления.
Случайность подбора точек контакта может быть существенно уменьшена, если в приспособлениях предусматривать
специальные опоры, на которые нужно устанавливать заготовку
(рис. 3.11).
а
б
Рис. 3.11. Опоры, повышающие определенность
базирования заготовки: а – с плоской опорной;
б – со сферической опорной поверхностью
Опоры в приспособлении устанавливают в соответствии
с требованиями, предъявляемыми к размерам технологических
баз. Опоры, с которыми заготовка должна соприкасаться своей
32
установочной базой, должны быть размещены на возможно
больших расстояниях в двух координатных направлениях. Опоры под направляющую базу заготовки должны находиться на
возможно большем расстоянии относительно друг друга. Особо
важно оснащение специальными опорами приспособлений для
тех операций, где заготовку устанавливают на необработанные
поверхности, имеющие большие отклонения формы.
Погрешность установки заготовки в направлениях направляющей и опорной технологических баз оказывается зависящей
от того, на какой высоте от установочной базы находятся в приспособлении опоры под эти базы. Предположим, поверхности
направляющей и опорной баз имеют отклонения от перпендикулярности относительно установочной базы. Если опору, с которой заготовка соприкасается опорной базой, разместить так, как
показано на рис. 3.12, а), то заготовка может быть установлена
с линейной ошибкой «а». Этого не произойдет, если опора будет
находиться в среднем сечении заготовки (рис. 3.12, б). Это положение в той же мере касается размещения опор под направляющую базу заготовки.
а
б
Рис. 3.12. Установка опор в приспособлении: а – увеличивающая;
б – уменьшающая погрешность базирования детали
Закрепление заготовки может привести к ее деформированию, смене точек контакта заготовки с базирующими поверхностями станка или приспособления и в конечном счете к погреш33
ности базирования. Чтобы избежать или по крайней мере снизить собственные деформации заготовки, необходимо стремиться к тому, чтобы точки приложения сил закрепления находились
над опорами приспособления и по нормали к поверхностям опор
осуществлялось действие сил.
На рис. 3.13 показано правильное и неправильное закрепление изделия. Смещения точек приложения сил закрепления
относительно опор привело к возникновению изгибающих моментов М = Рl и деформированию изделия.
Рис. 3.13. Влияние местоположения точек приложения сил
закрепления на погрешность установки заготовки
При изготовлении нежестких деталей (длинных валов при
малых диаметрах, тонких планок и плит и т.п.) уже при установке заготовок приходится предпринимать меры по повышению их жесткости. Такими мерами являются приспособления в
виде люнетов, применяемые при изготовлении деталей типа тел
вращения, встраиваемые в приспособления регулируемые дополнительные опоры и т.д. В качестве примера (рис. 3.14, а) показано применение дополнительных опор при изготовлении нежесткой плиты. После установки заготовки на основные опоры
подводят дополнительные опоры и при соприкосновении с ней
фиксируют, например, клиньями (рис. 3.14, б). Схема базирования заготовки при этом не должна нарушаться.
При установке крупногабаритных и тяжелых заготовок
возможно их собственное деформирование под действием силы
тяжести. Установка таких заготовок сопровождается выверкой,
а деформации устраняются регулируемыми опорами, способными оказывать противодействие силе тяжести.
34
а
б
Рис. 3.14. Повышение жесткости заготовок с помощью
дополнительных опор
Определенность базирования заготовки в процессе ее обработки обеспечивается действием сил закрепления. При этом
важно, чтобы силы, обеспечивающие постоянство контакта заготовки с базирующими элементами станка или приспособления, были приложены раньше внешних сил, стремящихся нарушить контакт между ними. По своему значению силовое замыкание заготовки должно быть больше сил и моментов сил, воздействующих на заготовку в процессе ее обработки.
Следовательно, одной из причин неопределенности базирования является смена баз, возможная как при установке, так и в
процессе обработки заготовки. Причинами смены баз являются
погрешности формы и относительного поворота поверхностей
баз заготовки, конструктивные дефекты и изношенность приспособлений, неудачная последовательность приложения и недостаточность сил закрепления. Смена баз возможна как при установке, так и в процессе обработки заготовки.
Контрольные вопросы к главе 3
1. Как осуществляется базирование призматической детали
группой баз?
2. Дайте определение понятий «базирование» и «база».
35
3. О чем говорит «правило шести точек»?
4. Как осуществляется базировании детали с главной базой,
имеющей форму отверстия?
5. Назовите виды баз по назначению.
6. Что такое основная конструкторская база?
7. Назовите типовые комплекты баз.
8. Как классифицируются базы по характеру проявления?
9. Что такое определенность и неопределенность базирования?
10. Что такое погрешность базирования?
11. Назовите виды баз по количеству лишаемых степеней
свободы.
36
ГЛАВА 4. ТИПОВЫЕ СХЕМЫ И СПОСОБЫ БАЗИРОВАНИЯ
ДЕТАЛЕЙ В КОНСТРУКЦИИ И ПРИСПОСОБЛЕНИИ
4.1. Типовые схемы базирования деталей
в конструкции. Рекомендации по их разработке
Сварные изделия состоят как минимум из двух и более
деталей, относительное расположение которых задается сборочным чертежом. Все многообразие деталей, составляющих
сварное изделие, по признаку конструктивных форм их поверхностей условно можно разделить на следующие основные
типы – призматические (плоские), цилиндрические (конические) сплошные, цилиндрические (конические) полые, призматические с отверстиями.
При конструировании сборочно-сварочного приспособления необходимо провести анализ каждой детали с целью выявить состав поверхностей, участвующих в базировании. Проанализировать функции, выполняемые этими поверхностями в базировании, выяснить назначение, определить состав, название комплекта баз, сопоставив их с типовыми комплектами. На основе этого анализа построить теоретическую схему базирования.
Схема базирования деталей, имеющих плоские формы поверхности (призматические) была рассмотрена при ознакомлении с теорией базирования и классификацией баз. Для базирования таких деталей достаточно использовать типовой комплект
баз, в состав которого входит установочная, направляющая и
опорная базы. При этом, как правило, поверхности с большими,
меньшими и минимальными размерами используются, соответственно, в качестве установочной, направляющей и опорной баз
(на рис. 3.5 это нижняя, левая и задняя торцевая поверхности).
Однако, учитывая тип и габариты конструкции, не всегда представляется возможным установочную базу располагать в нижней плоскости, но всегда эта база должна быть большей площа37
ди. В качестве примера рассмотрим разработку схем базирования применительно к рамной и осесимметричной конструкциям,
наиболее часто встречающимся в практике производства.
4.1.1. Схема базирования деталей в рамной конструкции
Рамная конструкция (рис. 4.1) состоит из четырех призматических (1, 2, 3) и одной цилиндрической (4) деталей. Каждая
из этих деталей должна быть забазирована относительно выбранной системы координат xоyz. Поскольку в каждой конструкции
имеется деталь, которая содержит измерительные базы, от которых
производятся измерения установочных размеров, и при сборке устанавливается первой, с этой деталью целесообразно связать систему координат. В данном примере такой деталью является деталь 1.
Поскольку решается задача определения положения деталей в конструкции, то, учитывая классификационные признаки баз по назначению, будем использовать для этого комплект конструкторских основных, а также вспомогательных баз, так как к каждой детали присоединяются другие. Измерительные базы будут использоваться для контроля указанных размеров. Эти положения относятся и к осесимметричной конструкции.
При базировании призматических деталей (1, 2, 3) определяем для каждой детали поверхности (базы), используемые для
наложения на эти детали связи. В соответствии с рекомендациями по базированию подобного типа деталей для каждой детали используется типовой комплект баз (сочетание трех поверхностей), в состав которого входит установочная, направляющая и опорная базы. Каждая из этих баз при наложении на
нее связей лишает деталь трех, двух и одной степеней свободы.
Главной базой для этих деталей будут установочные базы,
и в данном случае это поверхности наибольшей площади. Поскольку в качестве баз используются реальные поверхности, по
характеру проявления эти базы относятся к явным. На базовых
поверхностях проставляются условные знаки опорных точек
38
(связей) в соответствии с правилами (см. п. 4.1 и 4.2) и замыкающие усилия, обозначенные на схеме стрелками.
z
2
2
l4
3
1
4
о
4,5
5
4,5
y
4,5
5
о
l1
2
2,3
1,2
3
1
1,2
3
1
1
5
4
x
4
4,5
l2
l3
1,2
3
2
3
6
1
3
5
3
4
3
d
4
2
1
l5
x
а)
l5
Рис. 4.1. Схема базирования деталей в рамной конструкции
Осуществить базирование детали 4 – значит обеспечить
положение ее оси в соответствии с заданными чертежом размерами l2 и l4. В качестве главной базы используем ось симметрии
детали 4. В базировании принимает участие наружные поверхности концевых проточек (рис. 4.1, выноска), которые левым и
правым концом опирается на внутренние поверхности отверстий деталей 1 и 2. Это лишает деталь четырех степеней свободы. Поскольку угловое положение детали 4 относительно оси
безразлично, достаточно лишить деталь пяти степеней свободы.
Для этого достаточно наложить на одну из торцевых поверхностей связь, лишающую деталь еще одной степени свободы. Таким образом, в базировании детали 4 участвуют ее цилиндрическая наружная и плоская торцевая поверхности. В состав комплекта конструкторских основных баз, с помощью которых оп39
ределено положение детали 4 в конструкции, входят двойная
направляющая скрытая (ось) и опорная базы.
В схеме базирования опорные точки, обозначающие двойную направляющую базу, надо ставить на оси детали вне детали, поскольку это скрытая база. Опорная точка должна своим
острием быть направлена от детали 1 на торец втулки и символизировать опору.
4.1.2. Схема базирования деталей
в осесимметричной конструкции
Данная схема представлена на рис. 4.2. Детали 1, 2, 3, 5 по
признаку конструктивных форм их поверхностей являются цилиндрическими, типа «втулка», а деталь 4 – коническая обечайка. Общим для них является их осевая симметрия и отношение
высоты к диаметру h/d < 1. Как и в предыдущем примере, при
разработке схемы базирования используются конструкторские
(основные, вспомогательные) и измерительные базы. Угловое
положение деталей относительно оси oz безразлично. Систему
координат свяжем с осью симметрии конструкции.
Непременным условием базирования деталей в конструкции является их осесимметричное положение относительно оси oz.
Соблюдение этого условия возможно при базировании деталей
по осям. Выбор же главной базы зависит от требований, которые могут иметь два варианта: I – оси симметрии деталей должны быть перпендикулярны плоскости хоу; или II – нижние торцевые плоскости должны быть параллельны плоскости хоу. Для
обеспечения требования по первому варианту у каждой детали
за главную базу следует принять ось симметрии, а в качестве
дополнительной использовать торцевую поверхность. В этом
случае реализуется комплект баз – двойная направляющая и
опорная. Для этого случая схема базирования, где четыре опорные точки нанесены на ось и по одной на торцевые поверхности,
показана на рис. 4.2, а.
40
z
z
x
o
I
z
1,3
4
y
1
5
2
1
5
l3
l1
l2
x
o
2,4
d1
1
l3
d2
I
3
2
3
o
l2
1
5
а
l1
1
5
3
2
5
d1
б
2
2
3
x
3
d2
z
o
x
y
5
Рис. 4.2. Схема базирования деталей в осесимметричной конструкции:
а – использование ось симметрии в качестве главной базы; б –
использование торцевой поверхности в качестве главной базы
Обеспечение требований по второму варианту возможно,
если у каждой детали в качестве главной базы использовать
плоскую торцевую поверхность, которая будет выполнять
функцию установочной базы и лишать детали трех степеней
свободы. Роль дополнительной базы будет выполнять ось симметрии. В этом случае ось цилиндрической поверхности детали
будет использована для лишения детали двух перемещений, эта
база будет двойной опорной. Таким образом, в состав комплекта
баз, с помощью которых определено положение деталей в конструкции и обеспечивается требование по второму варианту,
входят установочная явная и двойная опорная скрытая базы.
Схема базирования деталей показана на рис. 4.2, б.
4.1.3. Схема базирования трубной конструкции типа
тройника с фланцами
Еще одним, наиболее распространенным, типом сварных
конструкций являются трубные конструкции: тройники, крестовины, трубопроводы с фланцами и т.п.
Конструкция (рис. 4.3) состоит из узлов I и II, в состав которых входят, соответственно, труба 1, два фланца 3, труба 2 и
фланец 3. Взаимное положение узлов показано на сборочном
чертеже. Осевые узла I и узла II перпендикулярны и лежат в
плоскости уox, а фланцы в узлах ориентированы относительно
41
осей ox, oz и oу, oz собственных труб так, чтобы соответствующие оси симметрии отверстий были параллельны указанным
осям, т.е. не допускается угловой поворот фланца узла II вокруг
оси oу, фланца узла I вокруг оси ox.
При разработке схемы базирования будем использовать
конструкторские основные, дополнительные и измерительные
базы. В базировании труб 1 и 2 участвуют их наружные цилиндрические поверхности, а для 2 еще и криволинейная торцевая
поверхность. В базировании фланцев 3 участвуют внутренние
цилиндрические поверхности, наружные торцевые поверхности
и внутренняя поверхность одного из отверстий. Комплект баз,
используемый при базировании трубы 1, – двойная направляющая и опорная скрытые, трубы 2 – двойная направляющая скрытая и опорная явная. Как видим, эти комплекты лишают указанные детали пяти степеней свободы, что достаточно для их взаимного положения относительно друг друга и выбранной системы координат. При базировании фланцев комплект баз состоит из
двойной направляющей скрытой и двух опорных – явной и скрытой. Этот комплект баз лишает фланцы всех шести степеней свободы, в этом случае полностью реализуется правило шести точек.
Рис. 4.3. Схема базирования деталей с пересекающимися осями
42
4.2. Способы базирования деталей в приспособлении
Из рассмотренных схем базирования видно, что в базировании деталей участвуют разные по форме и положению поверхности – плоские, цилиндрические наружные и внутренние.
При технической реализации теоретической схемы базирования,
когда детали устанавливаются в приспособлении, а опорные
точки схемы базирования заменяются реальными опорными
элементами, необходимо руководствоваться рекомендациями. Эти
рекомендации позволяют правильно выбрать опорные элементы
для соответствующих поверхностей и осуществить базирование
деталей в соответствии с принятой теоретической схемой.
Опорные элементы по своему назначению подразделяются на
основные и дополнительные. Основные элементы предназначены
для реализации схемы базирования, дополнительные – для придания изделию необходимой жесткости в процессе сборки и сварки.
К основным опорным элементам относятся опорные штыри, пластины, пальцы, центры, плавающие и сблокированные
опоры и другие, а к дополнительным – подводимые и самоустанавливающиеся одиночные опоры (ГОСТ 13159-67), люнеты
и т.д. Конструкции основных и регулируемых опор стандартизованы и выпускаются согласно ГОСТ 13440-68 – 13442-68;
ГОСТ 4084-68 – 4086-68.
4.2.1. Базирование деталей с плоскими
базовыми поверхностями
При базировании деталей, когда базами являются плоские
поверхности, рекомендуется использование опорных штырей,
пластин, упоров. Для необработанных поверхностей желательно
применять штыри со сферической, насеченной головкой, а также регулируемые опоры (рис. 4.4, а, в, г). Штыри запрессовывают в корпус приспособления и при износе меняют. Опоры ввертывают в корпус на резьбе и стопорят в нужном положении
контргайкой. Их регулируют для компенсации износа и при пе43
реналадке приспособления. Если плоскость чисто обработана,
целесообразно применять опорные штыри с плоской головкой
или опорные пластины (рис. 4.4, в, д).
а
б
в
г
д
Рис. 4.4. Опорные элементы: а, б, г – штыри; в – регулируемые опоры;
д – пластины
В качестве опорных элементов могут применяться и нестандартизованные упоры (рис. 4.5) – постоянные, откидные,
поворотные, отводные со сферическими, плоскими или рифлеными контактными поверхностями.
При базировании нежестких, протяженных или имеющих
местную кривизну поверхности деталей применяют основные
опорные элементы в сочетании с дополнительными опорами
(рис. 4.6). Количество дополнительных опор может быть любым – они должны исключить прогиб детали, повысить жесткость, устойчивость ее положения, в итоге – определенность
базирования, но не нарушать базирование, достигнутое основными опорами. Дополнительные опоры разнообразны по
конструкции – клиновые, самоустанавливающиеся одноточечные и других типов.
44
а
б
в
Рис. 4.5. Упоры: а – постоянные; б – откидные; в – отводные
Рис. 4.6. Самоустанавливающиеся одноточечные
дополнительные опоры
4.2.2. Базирование цилиндрических, конических деталей
Осуществить базирование таких деталей в приспособлении –
значит установить ось в требуемое положение относительно какой-то заданной линии или совместить ее с последней. В общем
случае при базировании таких деталей могут использоваться как
наружные, так и внутренние поверхности, а также плоские торцевые.
Рассмотрим варианты базирования детали 1 (см. рис. 4.3),
представляющую собой протяженную трубу. Согласно схеме
для ее базирования выбрана наружная поверхность трубы. Чаще
всего базирование таких деталей осуществляется с помощью
призматических опорных элементов – призм, самоцентрирующихся патронов, двух полувтулок (ложементов).
45
Базирование на призмы, ложементы. Конструкции призм разнообразны (рис. 4.7), некоторые стандартизованы (ГОСТ12195-66).
Углы призм 60, 90 и 120°. Наиболее часто используются призмы
с углом 90°. Призмы с углом 60° применяют для повышения устойчивости, когда на заготовку действуют значительные силы
параллельно оси призмы (продольной оси заготовки).
1
3
а
2
б
в
y
H
x
h
z
l
г
B
д
Рис. 4.7. Конструкции опорных призм
Для чисто обработанных базовых поверхностей применяют
широкие опорные призмы (рис. 4.7, а), для черновых – узкие
(рис. 4.7, б); при этом в результате локализации контакта
уменьшается влияние геометрических погрешностей базовых
поверхностей на устойчивость и стабильность установки деталей. Другой способ локализации контакта показан на рис. 4.7, в.
Заготовку 1 устанавливают на четыре опоры 2, запрессованные
в боковые поверхности призмы 3. Заготовки, имеющие искривленность, бочкообразность и другие погрешности формы, занимают в таких призмах вполне устойчивое положение.
46
Для длинных или ступенчатых деталей используют специальные призмы с выемкой (рис. 4.7, г) или две соосно установленные призмы. Их располагают на некотором расстоянии друг
от друга таким образом, чтобы базируемая деталь ложилась на
призмы концами. При установке заготовки на несколько
призм две из них неподвижны (основные опоры), остальные
подвижные (вспомогательные опоры). В сборочно-сварочных
цехах с широким диапазоном изготавливаемых цилиндрических изделий мелких размеров целесообразно применение регулируемых призм (рис. 4.7, д).
Способ базирования с помощью призм достаточно прост
и универсален, применяется для обработанных, необработанных
базовых поверхностей, нет ограничений по длине базируемой
детали, можно применять для деталей с неполной базовой цилиндрической поверхностью. Важным достоинством является
минимальная погрешность при базировании.
При базировании тонкостенных оболочек, труб, сосудов и
других деталей, теряющих устойчивость при базировании на
призму, рекомендуется в качестве опорных элементов применять полувтулки (ложементы) (рис. 4.8).
dmax
3
P
Dmin
2
1
Рис. 4.8. Схема базирования трубы с помощью
двух полувтулок: 1 – неподвижная; 2 – подвижная
полувтулка; 3 – деталь
47
На корпусе приспособления полувтулка 1 жестко устанавливается в требуемом положении, а полувтулка 3 подвижна
(может быть откидной) и служит одновременно для базирования
и закрепления детали 2. Полувтулки не стандартизованы – их
конструкция соответствует конкретным условиям. При данном
способе базирования диаметр полувтулок dmin равен диаметру
базируемой детали Dmax. Длина полувтулок l = (1…1,5)D, где D –
номинальный диаметр базы, мм. При такой длине базирование
выполняется без перекоса оси детали.
Базирование с помощью самоцентрирующихся устройств.
Применяя такие устройства, базируют достаточно жесткие цилиндрические и конические детали через наружные поверхности. Основное преимущество самоцентрирующихся устройств
в том, что погрешность базирования оси базы равна нулю. Однако при необработанной базе может иметь место погрешность
базирования из-за погрешности формы базы.
Самоцентрирующимся называется устройство, опорные
поверхности которого подвижны и связаны между собой так,
что могут одновременно и с равным перемещением приближаться к оси устройства или удаляться от нее. Для перемещения опорных поверхностей в радиальном направлении служат
различные механизмы: спирально-реечные, рычажные, клиновые, винтовые, пневматические. При этом они надежно
центрируют закрепляемую деталь. Опорные поверхности самоцентрирующихся устройств могут быть выполнены с двумя
или тремя кулачками (рис. 4.9, а, б), с двумя призматическими кулачками (рис. 4.9, в). Базирование рычага с помощью
двух призматических кулачков показано на рис. 3.8.
При базировании цилиндрических деталей, имеющих цилиндрическое отверстие, весьма часто в базировании участвует
внутренняя поверхность этого отверстия, выбранная в качестве
главной базы (ГБ) (например, базирование фланцев по схеме
рис. 4.2). В этом случае деталь устанавливают внутренней поверхностью на палец, оправку или используют самоцентрирую48
щееся устройство. Дополнительной базой (ДБ) может служить
торцевая поверхность, а также различные элементы (шпоночная
канавка, крепежные отверстия и др.), определяющие ее угловое
положение.
Р
Р
Р
РР
а
РР
Р
б
в
Рис. 4.9. Cxeмa самоцентрирующихся устройств
Базирование на пальцы. Установочные пальцы могут быть
цилиндрическими, срезанными, постоянными, съемными, отводными и откидными. Конструктивные разновидности установочных пальцев показаны на рис. 4.10. Пальцы изготавливают
из стали 20, У7А или 20Х с твердостью HRC 50–55.
При базировании детали с главной базирующей внутренней
цилиндрической обычно обработанной поверхностью и вспомогательной торцевой применяют длинные пальцы (рис. 4.11, а).
Как правило, длина пальца l ≥ 1,5D, где D – номинальный диаметр базы, мм. В этом случае цилиндрическая поверхность
длинного пальца выполняет роль двойной направляющей, а торцевая – опорной. При этом поверхность пояска, на которую опирается деталь, должна быть не больше половины торцевой поверхности. В противном случае может произойти перемена баз –
опорная база превратится в установочную, лищающую деталь
трех степеней свободы, что недопустимо и противоречит прави-
49
лу: при базированнии детали ни один опорный элемент не должен
лишать ее тех степеней свободы, которых она уже лишена с помощью других опорных элементов.
а
б
в
Рис. 4.10. Разновидности установочных пальцев:
а, б – цилиндрические; в – срезанные
Короткий палец используют (рис. 4.11, б), если в качестве
главной базы выбрана торцевая поверхность, а дополнительной –
внутренняя цилиндрическая. Коротким называют палец, базирующий ось отверстия в одной точке и лишающий деталь двух
степеней свободы. Рабочая длина короткого пальца l ≤ D. Поверхность пальца, на которую опирается главная база (торцевая
поверхность), должна быть равна или больше последней. В этом
случае торцевая поверхность выполняет роль установочной базы и лишает деталь трех степеней свободы. Так как база надевается на палец (короткий или длинный) по подвижной посадке, то
максимальный диаметр пальца dmax = Dmin – ∆, где ∆ – гарантированный зазор, мм.
50
D
l
ГБ
ДБ
а
D
l
ДБ
ГБ
ГБ
ДБ
б
Рис. 4.11. Базирование деталей с помощью пальцев: а – на внутреннюю
(главная база) и торцевую (дополнительная база) поверхности; б –
на торцевую (главная база) и внутреннюю (дополнительная база)
поверхности (1–5 базируемые детали конструкции, 6 – пальцы)
Для базирования узла (рис. 4.12), у которого за ГБ принята
плоскость, а дополнительной базой является поверхность отверстия втулки, ось которого параллельна базовой плоскости, используется следующий способ: главная база устанавливается
первой на опорные пластины или штыри, а затем базируется
втулка путем установки дополнительной базы на срезанный палец. В зависимости от конкретных условий срезанный палец
может быть длинным (l ≥ 1,5D) или коротким (l ≤ D). Третьей
базой может служить торцевая поверхность втулки.
51
А
А
ГБ
а
б
Рис. 4.12. Базирование узла с плоской ГБ (а) и ДБ
в виде цилиндрического отверстия (б)
Рассмотрим еще один пример – базирование фланца 1
(рис. 4.13) двумя отверстиями с параллельными осями, при
этом требуется угловая ориентация отверстий фланца относительно продольной оси. Сочетание двух отверстий А и Б с параллельными осями часто применяется в качестве баз при базировании детали тремя базами. Третьей базой служит плоскость
фланца В, перпендикулярная осям отверстий. При этом возможны два случая – главной базой может быть либо поверхность
одного из отверстий, либо плоскость.
Первый вариант – в качестве ГБ принята внутренняя поверхность отверстия А, а ДБ является также внутренняя поверхность другого отверстия Б, тогда фланец 1 следует базировать
главной базой на длинный цилиндрический палец 3, а дополнительной – на срезанный 4 (см. рис. 4.13).
Второй вариант – за главную базу принята плоскость В
(задняя, перпендикулярная осям отверстий А и Б), в качестве
дополнительных приняты два отверстия А и Б с параллельными
осями. Плоскость В установлена на две опорные пластины. Тогда базирование первой дополнительной базы – отверстия А –
следует производить на короткий цилиндрический палец, так
как ось этого отверстия перпендикулярна плоскости, уже полу52
чившей базирование. Вторую дополнительную базу – отверстие
Б – надо базировать одновременно на короткий срезанный палец, так как ось этого отверстия одновременно перпендикулярна
плоскости и параллельна оси первого отверстия А. Причем обе
базы уже получили базирование к моменту выбора способа базирования для отверстия Б.
3
2
4
Рис. 4.13. Базирование фланца (1) и рычага (2) на два пальца: 3 –
цилиндрические пальцы; 4 – срезанные пальцы; 5 – опорные пластины
В заключение можно отметить, что при базировании детали дополнительной базой, имеющей форму отверстия, следует придерживаться следующего правила. Деталь следует
базировать:
– на короткий цилиндрический палец, если ось отверстия
перпендикулярна базе, уже получившей базирование;
– на срезанный палец, если ось отверстия параллельна базе,
уже получившей базирование;
– на короткий срезанный палец, если ось отверстия одновременно перпендикулярна одной и параллельна другой базе,
уже получившей базирование.
При базировании детали только по внутренней цилиндрической поверхности можно использовать цилиндричекие или
конические оправки. Посадка заготовок на цилиндрические оправки осуществляется с гарантированным зазором. Конические
53
оправки обеспечивают более высокую точность. Конусность
обычно составляет 1/1500–1/2000. Данный способ базирования
применяется только для заготовок с базами, обработанными не
грубее 2-го класса точности.
Способ базирования детали с главной базой (ГБ) в форме
внутренней цилиндрической поверхности с помощью центрирующего устройства аналогичен рассмотренному методу базирования заготовок наружной цилиндрической поверхностью в центрирующее устройство. Разница заключается лишь в том, что
при базировании заготовки отверстием (рис. 4.14) опорные поверхности удаляются от оси.
Рис. 4.14. Базирование фланца на самоцентрирующемся
патроне с тремя кулачками: 1 – фланец; 2 – кулачки
Для базирования заготовок отверстием могут быть использованы центрирующие устройства тех же конструктивных типов, что
и при установке заготовок по цилиндрической наружной поверхности. Кроме того, применяются центрирующие устройства с тарельчатыми пружинами и мембранами.
54
Контрольные вопросы к главе 4
1. Какие поверхности при базировании выбираются в качестве главной базы?
2. Какие поверхности могут быть базовыми при базировании цилиндрической детали по оси?
3. Как осуществить базирование детали с главной базой,
имеющей форму цилиндра?
4. Когда применяются самоцентрирующиеся базирующие
устройства?
5. Как осуществить базирование детали с главной базой,
имеющей форму плоскости?
6. Назовите способы базирования деталей по типовым базам
(плоскость, цилиндр (наружный, внутренний)) и группой баз.
7. Какие опорные элементы желательно применять для базирования деталей с необработанными поверхностями?
8. В каком случае при базировании целесообразно применение коротких пальцев?
9. Какие пальцы применяют для базирования цилиндрических деталей с чисто обработанными базовыми поверхностями?
10. Что такое центрирующие устройства?
11. Перечислите основные типы опорных элементов.
12. Какие опорные элементы рекомендуется применять при
базировании маложестких оболочек?
13. Что изображается на схеме базирования деталей в конструкции?
14. Как базируются детали с главной базой, имеющей форму отверстия?
55
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ
И КОМПОНОВКА ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
5.1. Разработка принципиальной схемы приспособления
Разработка принципиальной схемы и компоновка сборочно-сварочного приспособления, как рекомендовано в гл. 2, проводится после разработки схемы базирования деталей в собираемом изделии. Выше в качестве примера были рассмотрены
приемы и правила разработки схем и способов базирования типовых сварных конструкций с различным сочетанием комплектов баз. Принципиальная схема сборочно-сварочного приспособления представляет собой чертеж сварного изделия, на котором указаны места, способы фиксирования и закрепления всех
деталей, а также способы и устройства (упрощенно) для установки деталей или изделия. На принципиальной схеме не все
детали будущего приспособления изображаются подробно, чаще в виде условных обозначений. На схеме указываются размеры, которые при проектировании приспособления необходимо
выдерживать с особой точностью.
Из рассмотренных выше примеров способов базирования
видно, что опорные основные (базирующие) и дополнительные элементы приспособления разнообразны по конструкции,
которая зависит от формы базы, числа степеней свободы
и функционального назначения. Для упрощения показа этих
элементов на принципиальной схеме приспособления в соответствии с ГОСТ 3.1107–81 принято их условное графическое
обозначение (табл. 5.1). Иногда опорные элементы сочетаются
с зажимными элементами, в результате образуются опорнозажимные элементы. К ним относятся, в частности, центрирующие устройства, которые одновременно с базированием детали
выполняют и функции зкрепления. Это различные двух-, трехи четырехкулачковые патроны, патроны с двумя самоцентрирующимися призмами, цанговые, роликовые оправки и т.п.
56
Закрепление деталей после их базирования производится с
помощью зажимных устройств различной конструкции. Эти
устройства могут быть с различным типом привода: ручным,
пневматическим, гидравлическим, электрическим, магнитным,
механогидравлическим и т.п. Условные обозначения типа приводов зажимных устройств приведены в табл. 5.2. Принцип действия и конструкцию зажимного устройства конструктор выбирает исходя из конкретных условий и с учетом технологических
и конструктивных требований, предъявляемых к приспособлению и, в частности, к зажимным устройствам.
В качестве примера рассмотрим разработку принципиальных схем сборочных приспособлений для изделий, схема базирования которых представлены на рис. 4.1 и 4.2.
Таблица 5.1
Условные обозначения опорных и опорно-зажимных
элементов (ГОСТ 3.1107–81)
Наименование
Вид спереди
Обозначение
Вид сверху
Вид снизу
Опора неподвижная:
штыри, пальцы, пластины, уголковые опоры
Опора подвижная
Опоры съемные
Опора плавающая
Опора регулируемая,
самоустанавливающаяся
57
Окончание табл. 5.1
Наименование
Вид спереди
Обозначение
Вид сверху
Вид снизу
Опоры призматические (призмы):
неподвижные;
подвижные
Патроны двух-, трехи четырехкулачковые,
оправки разжимные (цанговые и т. п.)
Патроны и оправки
щариковые, роликовые
Люнеты подвижные
Центры вращающиеся
Зажим одиночный
Зажим двойной
Таблица 5.2
Условные обозначения приводов зажимных устройств
Наименование устройства привода зажима Обозначение на всех видах
Пневматическое
Р
Гидравлическое
H
Электрическое
Э
Магнитное
М
Электромагнитное
ЭМ
58
5.2. Схема сборочного приспособления для рамы
Из схемы базирования конструкции (см. рис. 4.1) следует,
что сборочное приспособление может быть скомпоновано из
следующих элементов: корпуса (основания), опор и зажимных
устройств. Поскольку базовые поверхности деталей 1–3 являются плоскими, а установочные и направляющие базы взаимно
перпендикулярны, то в качестве базирующих элементов для
этих деталей можно использовать простейщие постоянные опоры – угловые упоры, каждый из которых обеспечит базирование
деталей по трем точкам – по одной точке на направляющей и по
две на установочной базах. Для опорной базы детали 1 выбираем одноточечную регулируемую опору. Базирование детали 4 не
требует каких-либо опорных элементов, поскольку она базируется по наружной цилиндрической поверхности в отверстиях
деталей 1, 2. Таким образом, всего для базирования деталей потребуется девять опор – восемь постоянных угловых и одна одноточечная регулируемая опора.
Поскольку предполагается серийное производство рамы,
в качестве зажимных устройств целесообразно использовать
устройства с пневматическим приводом, что обеспечит быстроту и надежность закрепления деталей. Детали 3 и 1 достаточно
прижать к опорам в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Деталь 2 также будет прижата к опорам большей плоскостью, а торцевая плоскость зажата между деталями 3. Поверхности направляющих баз всех плоских деталей опираются на опоры под действием собственного веса и дополнительно не прижаты к ним зажимами. Деталь 4 специально не закреплена, так
как она установлена между деталями 1 и 2, что исключает изменение ее положения вдоль оси, а угловое положение относительно этой оси безразлично. И так, для прижима деталей потребуется девять одиночных прижимов с пневматическим приводом. Можно, конечно, сократить число прижимов до шести,
если использовать двойные зажимы для деталей 3 и 2.
59
Таким образом, выбрав тип опорных элементов и зажимных устойств, вычерчиваем принципиальную схему сборочного
приспособления (рис. 5.1), на которой условными значками отображаем указанные выше элементы в местах их установки и
указываем размеры, которые при проектировании приспособления необходимо выдерживать с особой точностью.
Рис. 5.1. Принципиальная схема приспособления для сборки рамы
На схеме приспособления слева от значка одиночных зажимов ставится знак, указывающий тип привода, в данном случае – Р. Поскольку будут использоваться однотипные зажимы,
знак можно поставить лишь у некоторых зажимов.
5.3. Схема сборочного приспособления
для трубной конструкции
Принимая за основу схему базирования (см. рис. 4.3), осуществим разработку схемы приспособления для трубной конструкции с пересекающимися осями. Схема базирования деталей
в конструкции предполагает использование разнообразных и более сложных опорных элементов, чем в предыдущем примере.
60
Для базирования труб 1, 2 по наружной поверхности в качестве установочных элементов применим опорные призмы –
одну широкую для трубы 2 и две узких для трубы 1. При базировании фланцев 3 по их внутренним поверхностям, принятым
за главную базу, и торцевым поверхностям как дополнительным
базам в качестве базирующих элементов применим самоцентрирующиеся устройства – трехкулачковые патроны, аналогичные показанным на рис. 4.14.
Рис. 5.2. Принципиальная схема приспособления для сборки
трубной конструкции
Итак, для сборки конструкции потребуется три призматических опорных элемента и три трехкулачковых патрона. Один
патрон устанавливается неподвижным, два других должны выполнять функцию опорно-зажимных элементов и установлены на
отводящиеся центры. Прижим труб к призмам осуществляется
ручным винтовым прижимом, который крепится непосредственно на призму с помщью хомутика. После выбора всех опорных, установочных и зажимных элементов вычерчивается схема
приспособления, которая и показана на рис. 5.2.
61
5.4. Компоновка приспособления
Компоновка приспособления представляет собой эскиз
сборочного чертежа приспособления с вычерчиванием корпуса, опорных элементов, зажимных механизмов и приводов,
с учетом их удобного размещения, в двух-трех проекциях
(рис. 5.3). Они должны давать достаточную информацию
о конструкции приспособления.
Чертеж рекомендуется начинать с изображения изделия в тонких (или цветных) линиях, а затем дополнять его изображениями
опорных элементов и зажимных устройств в соответствующих положениях относительно деталей собираемой (свариваемой) конструкции и оформлением корпуса приспособления. На чертеже проставляются основные габаритные размеры и размеры, позиционирующие опорные и зажимные элементы. При этом размеры деталей приспособления и их форма задаются интуитивно, без расчета,
но необходимо стремиться использовать типовые, унифицированные, нормализованные и стандартные детали, узлы и механизмы.
Выбор конструкции опорных элементов осуществляется с учетом
выбранных баз и способа базирования.
В соответствии с указанными выше рекомендациями приведем пример выполнения компоновок сборочных приспособлений для рамной и трубной конструкций. При компоновке используем нормализованные и стандартные детали, узлы и механизмы из комплекта УСПС. В качестве корпуса приспособления
используются базовая плита, угольники опорные и крепежные
соответствующих размеров, обеспечивающие требуемую жесткость. С учетом размеров деталей и габаритов собираемой конструкции, предварительно назначенного усилия прижима в качестве приводов прижимов выбрана диафрагменная (мембранная) пневмокамера. Такие приводы надежны в работе и могут
выдерживать до износа от 6⋅105 до1⋅106 включений. При диаметре диафрагмы 150 мм и при давлении в пневмосети 4 ат усилие на штоке пневмокамеры составит 325 кгс.
62
1000
400
600
84
84
260
200
200
1000
100
500
800
400
500
1250
Рис. 5.3. Компоновка приспособления для сборки рамы
В компоновке сборочного приспособления для трубной
конструкции также используются необходимые элементы из
УСПС, за исключением самоцентрирующихся патронов, которые в комплект УСПС не входят. Вместо самоцентрирующихся патронов для базирования фланцев можно, конечно,
использовать из комплекта УСПС пальцы, но в этом случае
приспособление можно использовать лишь для сборки конструкции одного типоразмера. Использование же самоцентрирующихся патронов позволит осуществлять сборку конструкций более широкой номенклатуры типоразмеров, что повышает универсальность приспособления. Чертеж компоновки
приспособления показан на рис. 5.4.
63
400
1330
660
560
300
300
1310
300
1000
360
1300
1210
900
2610
Рис. 5.4. Компоновка приспособления для сборки трубной
конструкции
После эскизной проработки компоновки приспособления
необходимо выполнить детальную проработку чертежа компоновки приспособления. Затем выполняется кинематический и
силовой расчет зажимных устройств, прочностной расчет деталей и узлов приспособления.
В прил. 1 представлена Лабораторная работа № 1, в которой отражено практическое применение теоретического материала, изложенного в гл. 1–5.
64
Контрольные вопросы к главе 5
1. В чем отличие и особенности сборочных и сварочных
приспособлений?
2. Какие бывают приводы зажимных устройств?
3. Назовите типы приспособлений.
4. Что такое схема приспособления и ее компоновка?
5. Перечислите основные требования, предъявляемые к приспособлениям.
6. Назовите элементный состав приспособления.
7. Что такое базирование и комплекты баз?
8. Дайте определение Правила шести точек.
9. Какие классификационные признаки баз вы знаете? Перечислите.
10. Перечислите типовые схемы базирования деталей в конструкции.
11. Какие приемы и способы базирования призматических
деталей используют в приспособлении?
12. Какие существуют приемы и способы цилиндрических
деталей в приспособлении?
65
ГЛАВА 6. ОСНОВЫ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
УСИЛИЙ ЗАЖИМА ДЕТАЛЕЙ ПРИ СБОРКЕ
И СВАРКЕ КОНСТРУКЦИЙ
Расчет сборочно-сварочных приспособлений производится
в две стадии:
– определение необходимых усилий зажатия деталей собираемой конструкции;
– расчет элементов конструкции сборочно-сварочного приспособления на прочность и жесткость под действием этих усилий, а также усилий, моментов, возникающих в изделии в процессе сварки и последующего остывания и усадки сварных
швов.
6.1. Определение усилий зажима деталей
при сборке конструкции
При сборке рамных, решетчатых, оболочковых и других
конструкций в сборочных приспособлениях, когда требуется
лишь обеспечить сохранение контакта деталей с базирующими
элементами, заданных зазоров или их отсутствие между сопрягаемыми деталями, удержание деталей от возможного их сдвига
в процессе простановок прихваток, расчет усилий зажима деталей расчетными методами весьма трудоемок, а часто невозможен.
В этом случае, учитывая конкретные условия компоновки приспособления, свойства материала деталей, в частности величину σт,
усилие каждого прижима выбирают в пределах 200–600 кгс. Как
показывает производственный опыт многих предприятий, такие
усилия прижима вполне достаточны для обеспечения условий,
отмеченных выше.
При сборке продольных стыков и выравнивания торцевых
кромок обечаек, сборке обечайки с днищем с использованием
винтовых, пневматических или гидравлических стяжек и струб66
цин необходимые усилия можно рассчитать с помощью формул,
представленных в табл. 6.1.
Некоторые значения требуемых усилий для сборки обечаек,
выполненных из стали с Е = 2,06⋅105 МПа, G = 7,92⋅104 МПа,
представлены на графиках (рис. 6.1, 6.2) в зависимости от δ, D,
при постоянных L = 1500 мм, ∆ = 50 мм, φ ≈ 10° (0,17 рад).
а
б
Рис. 6.1. Усилия, необходимые для сборки обечайки: а – по схеме 1;
б – по схеме 2; кривые 1–5 – диаметры обечаек, соответственно 800,
1000, 1200, 1600, 2000 мм
а
б
Рис. 6.2. Усилия, необходимые для сборки обечайки: а – по схеме 3;
б – по схеме 4; кривые 1–5 – диаметры обечаек, соответственно 800,
1000, 1200, 1600, 2000 мм; ∆ = 0,03⋅D мм, f = 2⋅10–3⋅D мм
67
Т а б л и ц а 6.1
Расчет усилий при сборке оболочковых конструкций
№
п\п
1
2
Схема сборки
Расчетная формула
Р=
∆ ⋅ G ⋅ L3 ⋅ δ3
0,9π ⋅ D3 (l 2 + δ2 )
P=
ϕ ⋅ E ⋅ L ⋅ δ3
6π ⋅ D
2
3
3
4
P=
q=
∆⋅ E ⋅ L⋅δ
1,5π ⋅ D3
53 f ⋅ E ⋅ δ3
D3
Условия
Обычно
∆ < 70 мм;
G – модуль
сдвига, кгс/cм2
l = π⋅D, мм –
периметр обечайки
φ ≤ 0,17 рад;
1 рад = 57,29°
∆<
(0,02…0,04)⋅D;
меньшим δ соответствует
большее ∆
f ≤ 2⋅10–3D;
E – модуль упругости, кгс/cм2
6.2. Определение перемещений и деформаций
в зоне сварных соединений при сварке
Более сложным является расчет усилий, необходимых для
удержания и исключения деформирования изделий в процессе
сварки и последующего охлаждения. В этом случае вначале необходимо определить возможные деформации и перемещения
68
в зоне сварных соединений. В простейших элементах сварных
конструкций перемещения и деформации определяются расчетным путем с использованием методов теории сварочных деформаций или на основе экспериментальных данных. Затем с использованием найденных значений перемещений или деформаций рассчитываются усилия и моменты, которые необходимо
приложить к изделию в зоне действия этих деформаций или перемещений с целью их компенсации или минимизации во время
сварки или остывания.
В процессе сварочного нагрева в свариваемых деталях появляются временные, а по окончании сварки в сварном соединении образуются остаточные напряжения и деформации.
При сварке свободных листов равной ширины (h = h1) в соединении наблюдается продольное ∆L и поперечное ∆h укорочение вследствие сокращения металла шва и околошовной зоны
в направлении и перпендикулярно оси шва, а при неравномерном распределении остаточных напряжений по толщине листа
или при односторонней сварке с разделкой кромок возникает
еще и потеря устойчивости листа с прогибом f и угловая деформация с углом β (рис. 6.3, а, б). Подобные перемещения и деформации имеют место в тавровых балках, в оболочках при сварке
продольных и кольцевых швов (рис. 6.3, в, г, д). В сложных конструкциях одновременно могут возникать несколько видов перемещений и деформаций.
Продольное укорочение ∆L (см) определяются по формуле
∆L = Рус ⋅L [(h0 –b0 )δ⋅E ] ,
(6.1)
где Е – модуль упругости материала, кгc/cм2; L, h0, δ – соответственно длина, общая ширина и толщина листов cм; Рус – усадочная сила, кгс, а b0 = 3,92·10–3qn/2δ – ширина зоны действия
усадочной силы, см. Усадочная сила Рус в стыковых, нахлесточных и тавровых сварных соединениях из низкоуглеродистых и
низколегированных сталей, а также алюминиевых сплавах определяется выражением
69
Рус = (5…7)·qп,
(6.2)
где qп = 0,24η·Iсв·Uд/ vсв, – погонная энергия сварочного нагрева,
кал/с; Uд – напряжение дуги, В; Iсв – ток сварки, А; η = 0,7…0,8 –
коэффициент теплового вложения в шов от источника тепла,
vсв – скорость сварки, см/с. При сварке втавр двумя угловыми
швами расчетную погонную энергию сварки принимают равной
1,15 qп.
∆l
А
Б
Б
∆ho/2
∆ho/2
β/2
А
L
β/2
ho - ∆ho
ho
а
б
Вид А
δс
f
А
e
ус
δп
Pус
Pус
в
г
д
Рис. 6.3. Перемещения и деформации в сварных листовых
конструкциях
Для прерывистых швов величину усадочной силы определяют из выражения
70
Руспр = Русtm / t,
(6.3)
где tm – длина участка шва; t – шаг прерывистого шва.
При односторонней сварке листов стыковым швом с разделкой кромок в сварном соединении от продольной усадочной силы
Рус возникает изгибающий момент М = Рус·е, приводящий к потере
устойчивости полотнища с величиной прогиба f (рис. 6.4).
Рис. 6.4. Деформация от продольной усадки из плоскости пластин
в стыковом соединении
В этом случае точка приложения Рус будет находиться на
расстоянии (1/3)δ от основания b0 и тогда эксцентриситет определится как е = (δ/2 – δ/3) = δ/6. Прогиб f определится из выражения f = М·L2/8·EJy, где М = Рус·е, а Jy – момент инерции сечения всего соединения относительно оси у, Jy = δ3·h0/12. Подставляя эти величины в формулу для f, получим
f = РусL2/4E·δ2·h0.
(6.4)
Величина прогиба f существенно зависит от режима сварки,
геометрических размеров свариваемых листов и может достигать значения в десятки миллиметров. Аналогичные деформации возникают в сварных тавровых балках, длинных и коротких
оболочках. В коротких обечайках происходит искривление образующей в зоне шва с образованием прогиба f, при этом происходит деформация формы оболочки (см. рис. 6.3, д). Длинные
обечайки искривляются по оси, а на концах появляется овальность (см. рис. 6.3, г). Для оболочек расчет прогиба f проводится
аналогично расчету прогиба для полотнищ. Для длинных – с той
лишь разницей, что эксцентриситет е принимается равным рас-
71
стоянию от точки приложения Рус до центра тяжести поперечного сечения обечайки, т.е. ≈ 0,48Dнаруж.
В сварных тавровых балках с двумя угловыми швами расчетная погонная энергия увеличивается на 15 %, и тогда Рус =
= 1,15(5…7)·qп. Далее определяется центр тяжести поперечного
сечения тавра и его момент инерции. Величину эксцентриситета е с достаточной степенью точности можно принять как
е = ус − δп , где – ус координата центра тяжести сечения тавра;
δп – толщина полки (см. рис. 6.3, в). В общем виде для тавровой балки f = Рус·е·L2/8E·Jy.
Величину поперечной усадки при дуговой однопроходной сварке пластин встык с зазором можно определить по
формулам
q

−6
,
∆h0 ≈ (11,5…13,5)10
υc ⋅ δ

∆h ≈ α ⋅ Τ b ,
ср i
 0
(6.5)
где δ – толщина пластины, см; υc – скорость сварки, см/с; q –
эффективная мощность источника тепла при сварке, кал/с; Tср –
средняя температура перехода металла из пластического состояния в упругое при охлаждении шва; bi – расстояние от оси
шва до точки, подвергавшейся при сварке нагреву до пластического состояния; α – коэффициент термического линейного
расширения. Для большинства конструкционных сталей Tср
принимается равной 600 °С. При обычных режимах сварки максимальная ширина bi составляет 80 мм.
При дуговой однопроходной сварке пластин встык без зазора и наложения угловых швов в нахлесточных и тавровых соединениях поперечная усадка определяется по тем же формулам, но величину q следует принимать равной 0,67q. В тавровых
соединениях с двумя угловыми швами поперечная усадка
в поясе определяется от каждого из двух швов.
72
Формулы применимы для низкоуглеродистых, низколегированных и аустенитных сталей, для титановых и алюминиевых
сплавов толщиной до 16 мм.
При сварке пластин в свободном состоянии и при равномерном нагреве металла по толщине шва изменение размера
ширины ∆h0 сварного соединения не столь велики и не представляют серьезной опасности в сравнении с возможными поперечными напряжениями σу и угловыми деформациями β, которые возникают от неравномерного распределения температуры
по толщине шва и при ограничении перемещения.
Поперечные перемещения и угловая деформация могут
быть устранены, уменьшены путем прижатия кромок свариваемых листов в приспособлении, простановкой прихваток при
сборке конструкции в силу наличия ранее выполненных швов
или жесткого закрепления деталей конструкции в сборочносварочном приспособлении. Однако такие закрепления приводят к образованию больших поперечных напряжений растяжения σу в шве.
Остаточные напряжения σу зависят от базы закрепления В
(рис. 6.5) и могут определяться по одной из формул
σ у = ∆ho ⋅ E В,

q⋅Е

−6
,
σ у = (11,5…13,5) ⋅ 10
B
⋅
υ
⋅
δ
c

σ = α ⋅ Т ⋅ b ⋅ E В.
i
ср
 у
(6.6)
Рис. 6.5. Схема закрепления пластин при стыковой сварке
73
Угловая деформация, характеризуемая углом β, зависит от
отношения глубины провара Н к толщине δ, формы разделки
кромок (рис. 6.6, а). В наибольшей степени угловые деформации
проявляются при односторонней сварке с V-образной разделкой
кромок стыковых или угловых швов. При сварке тавровых соединений полка поворачивается на угол β/2 (рис. 6.6, б).
а
б
Рис. 6.6. Угловые перемещения в сварных конструкциях
Величину полной угловой деформации – угол β (в радианах) при сварке стыковым швом пластин, угловым швом нахлесточных и тавровых соединений можно определить по одной из
формул
β = 2α ⋅ Tср tg(ϕ/2),


−3
β = 64 ⋅ 10 (k δ),

−6
2
β = 21 ⋅ 10 qn δ ,
(
(6.7)
)
где φ – угол разделки кромок; α – ТКЛР металла; Tср – средняя
температура перехода металла из пластического состояния в упругое при охлаждении шва; k – катет шва; δ – толщина металла;
qп – погонная энергия сварки.
Очевидно, для исключения разрушения сварного соединения или образования трещин в шве напряжения σу должны быть
не более σт металла шва или ЗТВ, т.е. σу ≤ σт. Величину В, при
которой остаточные напряжения растяжения достигнут предела
текучести σт, можно определить по одной из формул (6.7) при
условии σу = σт.
Используя (6.7) и принимая для сталей σт = 2500...4000 кг/см2,
Е = 2,13·106 кг/см2, оценим величину В, при которой σу ≤ σт. Для
74
указанных диапазонов σт при α ≈ 14·10–61/оС и bi = 80 мм базы
закрепления составят: В = 520…330 мм. На практике для уменьшения σу в стыковых соединениях базу закрепления принимают
несколько больше расчетной или выполняют шов с высокими
пластическими свойствами.
Однако увеличенная база закрепления, особенно при сварке
листов малой и средней толщины, приведет к появлению
в околошовной зоне местных выпучин и волн (рис. 6.7), поэтому
для эффективного устранения угловой деформации β закрепление пластин должно быть вблизи шва (база B').
Рис. 6.7. Угловая деформация β при сварке пластин
с большой В и малой В′ базой закрепления
Таким образом, для уменьшения величины поперечных напряжений σу и угловой деформации β в шве закрепление должно
быть таким, чтобы не препятствовать свободному сокращению
остывающего металла и в то же время ограничивать образование
угловой деформации. Другими словами, закрепление не должно
препятствовать свободному перемещению пластин в своей плоскости, но должно противодействовать повороту пластин друг
относительно друга. Кроме того, при сварке конструкции,
имеющей различные типы швов, стыковые швы рекомендуется
выполнять в первую очередь, в противном случае другие швы
будут служить внешними закреплениями, препятствующими
свободной поперечной усадке стыкового шва.
В процессе выполнения однопроходных кольцевых швов
в тонкостенных оболочках из сталей и титановых сплавов периметр кольцевых швов уменьшается (рис. 6.8, а), а в оболочках из
75
алюминиевых сплавов увеличивается (рис. 6.8, б) Эти изменения наблюдается в зоне протяженностью: l = 2,35 r ⋅ δ
4
3(1 − µ2 ), где r,
δ – радиус и толщина оболочки, см; µ – коэффициент Пуассона.
а
б
Рис. 6.8. Перемещения в зоне кольцевых швов цилиндрических оболочек:
а – из алюминиевого; б – из сталей и титанового сплава
Радиальное перемещение ω может достигать величины,
равной толщине оболочки и более, и может быть определено по
формуле
ωm =
σт ⋅ r 
−k ⋅Pус 2σт ⋅δ
1− e
cos k ⋅ Pус 2σт ⋅ δ ,


E 
(
)
(6.8)
где σт – предел текучести металла, кг/см2; r – радиус оболочки,
см; Рус – фиктивная усадочная сила, кг; δ – толщина металла
оболочки, см; k = 4 3(1 − µ2 ) r 2 δ2 .
Таким образом, после определения вида и величин остаточных сварочных деформаций, напряжений, возникающих
в сварных соединениях различных конструкций, определяются
усилия и моменты, которые необходимо приложить к изделию
с целью предупреждения образования этих деформаций и напряжений с помощью сборочных, сборочно-сварочных приспособлений, кондукторов.
76
6.3. Определение усилий в сборочно-сварочном
приспособлении при сварке конструкций
6.3.1. Определение усилий, уменьшающих потерю
устойчивости листовых конструкций
от продольного укорочения
Для уменьшения коробления сварных тонколистовых конструкций необходимо в процессе сварки принимать меры к
уменьшению реактивных напряжений сжатия, вызываемых продольной усадкой шва в прилегающих к нему областях сварного
соединения.
Одним из эффективных средств для уменьшения остаточных напряжений и деформаций в сварных соединениях может
быть предварительное растяжение свариваемых листов. Предварительное растяжение листов перед сваркой можно осуществлять несколькими способами. Три схемы предварительного растяжения показаны на рис. 6.9.
а
б
в
Рис. 6.9. Схемы растяжения листов перед сваркой: а – закрепление
растянутых листов в жестких неподвижных опорах; б – закрепление
растянутых листов в гибких опорах; в – закрепление растянутых
листов в податливых опорах
1. Перед сваркой листы растягиваются силой Q, и закрепляются на неподвижных опорах так, что смещение торцов
в процессе сварки и остывания невозможно (рис. 6.9, а).
2. Листы растягиваются силой Q, которая в процессе
сварки изменяется в зависимости от продольных деформаций
(рис. 6.9, б).
77
3. Листы растягиваются силой Q, которая в процессе
сварки поддерживается постоянной, независимо от продольных деформаций, происходящих в процессе нагрева и остывания (рис. 6.9, в).
Для сварки листов малой и средней ширины силу Q, необходимую для предварительного растяжения листов, можно определить по формулам
Q = (0,3…0,4)·Рус, где Рус – усадочная сила, возникающая от
продольной усадки и определяемая по (6.2);
Q = σп·F, где σп – напряжение предварительного растяжения, кг/см2, F – поперечное сечение свариваемых листов, см2.
Если напряжение предварительного растяжения σп принять равным 0,5σт, то остаточные напряжения сжатия уменьшатся более
чем в 2 раза по сравнению со сваркой свободных листов.
При сварке широких листов не обязательно растягивать
листы по всему поперечному сечению – достаточно дать предварительное растяжение в области ширины b0 действия усадочной силы. Для этого случая величина силы предварительного
растяжения определяется из выражения Q = k600F, кг, где k –
коэффициент, учитывающий схему приложения растягивающей
нагрузки. При сварке растянутых и жестко закрепленных листов
(см. рис. 6.9, а) k = 1, а при закреплении растянутых листов в
гибких опорах (см. рис. 6.9, б) k = 0,5. При закреплении листов
по схеме (см. рис. 6.9, в) k = 0,3.
При таких схемах закрепления остаточные напряжения и,
соответственно, укорочения становятся незначительными, что
исключает потерю устойчивости, коробления сварного соединения. Самым эффективным способом растяжения листов перед
сваркой является третья схема, когда растягивающая сила Q
поддерживается постоянной.
78
6.3.2. Определение усилий, уменьшающих
угловую деформацию листовых конструкций
от поперечного укорочения
На практике при выполнении стыкового шва угловую деформацию β ограничивают путем применения стендов с магнитными, клавишными, балочными прижимами, противодействующих угловому повороту пластин и обеспечивающих при
этом возможность перемещения пластин в своей плоскости, что
снижает величину напряжений растяжения σу.
Рис. 6.10. Схема сил прижима для уменьшения напряжения σу
и угловой деформации β
Во избежание появления высоких напряжений растяжения
σу и опасности образования трещин при остывании шва сила
прижатия пластин Р (рис. 6.10) должна быть такой, чтобы создаваемая сила трения Fтр = µ·Р допускала перемещение пластин
в своей плоскости во время остывания шва и была меньше внутреннего поперечного усилия Рп.ус, определяемого как Рп.ус = σт·δ,
т.е. µ·Р < σт·δ·х. Из этого условия определяется значение силы Р
на единицу длины шва кг/см, т.е. при х = 1, при которой поперечные напряжения растяжения σу в шве будут минимальными
или отсутствовать:
Р < σт·δ/µ,
(6.9)
где х – длина участка шва; δ – толщина пластины; σт – предел
текучести металла; Р – сила прижатия пластин, действующая на
участке х; µ – коэффициент трения скольжения и для пары сталь
по стали равен 0,15.
79
С другой стороны, для уменьшения угловой деформации
необходимо, чтобы при остывании шва момент от сил прижатия
М1 = Р·у (см. рис. 6.10) превышал значение момента поворота
пластин от сварки, определяемого по формуле
M2 = [2α·Tсрtg(φ/2)Е·δ3]/3В.
(6.10)
Приравнивая эти моменты Р·у ≥ [2α·Tсрtg(φ/2)Е·δ3]/3В
и с учетом В = 2у, определим у – базу опорного момента, или
расстояние точки приложения силы Р до оси шва. После соответствующих преобразований получим выражение для определения у по формулам
у = К ⋅ δ,

у = 1,06δ µ ⋅ Е ⋅β / σт .
(6.11)
где К = [α·Tсрtg(φ/2)Е]/3σт.
6.3.3. Определение зажимных усилий, уменьшающих
угловую деформацию при сварке кольцевых швов
цилиндрических оболочек
Для предотвращения возможных деформаций в зоне кольцевого шва (см. рис. 6.8, б) оболочек из стали или титановых
сплавов необходимое усилие разжима подкладного кольца можно рассчитать, используя следующие формулы. По формуле
(6.8) при известных исходных данных σт, δ, Е, Рус рассчитывается величина ожидаемого радиального прогиба ω в зоне кольцевого шва. С другой стороны, аналогичный прогиб оболочки может иметь место от действия равномерно распределенной по
кольцу нагрузки q (рис. 6.11).
Радиальный прогиб ω от действия q определяется по формуле
ω = q·r2·k /2E·δ.
80
Отсюда
q = ω⋅ 2 E ⋅ δ r 2 ⋅ k,
(6.12)
где ω – значение прогиба, найденное по формуле (6.8).
Рис. 6.11. Образование
перемещений в оболочке
от действия нагрузки q
Рис. 6.12. Предварительное упругое
деформирование стыка оболочки
распорным подкладным кольцом
Если с помощью распорного кольца с внутренней стороны
оболочки создать предварительные деформации в зоне шириной
2l/3 усилием q (рис. 6.12), то после остывания остаточные пластические деформации укорочения будут близки к нулю и окружного сокращения оболочки не произойдет.
Рис. 6.13. Предварительное упругое деформирование
стыка оболочки стяжными кольцами
При сварке оболочек из алюминиевых сплавов остаточные
радиальные перемещения направлены во внешнюю сторону, поэтому целесообразно использовать охватывающие кольца
81
и с помощью них создавать предварительные деформации в зонах шириной l по обе стороны от оси шва усилием q, направленным внутрь оболочки (рис. 6.13).
6.3.4. Определение зажимных усилий, уменьшающих
деформацию при сварке балочных конструкций
Как отмечено выше, основными видами деформаций сварной балки являются продольный (потеря устойчивости) и поперечный изгиб (грибовидность).
Продольный изгиб балки как остаточная сварочная деформация (рис. 6.14) происходит под действием момента, кг·см, М = Рус·е,
где Рус – усадочная сила, кг; е – расстояние между центрами тяжести сечения шва и сечения балки (эксцентриситет), см. Под действием момента балка изгибается по дуге окружности с максимальным прогибом f посредине, см, и f = Рус·е·L2 / 8E·Jy.
При производстве тавровых балок наибольшее распространение имеют кондукторы, удерживающие балку от деформирования во время сварки и остывания швов. В них усилия на прижимах должны быть достаточными, чтобы удержать балку от
деформирования во время ее сварки и остывания.
При нагружении балки по схеме (рис. 6.14, а) равномерно
распределенная нагрузка q должна предотвратить образование
прогиба балки f во время сварки. Величина искомой нагрузки,
кг/см, определяется выражением
q = 9,6Рус·e/L2,
(6.13)
где Рус = 1,15(5…7)·qп.
Полная нагрузка на балку, кг, длиной L может быть выражена
как Q = q·L = 9,6Рус·e/L.
Для сравнительно коротких балок схемы зажима представлены на рис. 6.14, б, в. Сосредоточенные силы Р и Р1 рассчитываются соответственно по формулам
Р = 6Рус·e/L и Р1 = 3Рус·e·L2/c(3L2 – 4c2).
82
(6.14)
а
б
в
г
д
Рис. 6.14. Деформация сварной балки и схемы ее нагружения в кондукторе:
а – равномерно распределенная нагрузка; б – сосредоточенная сила
в середине; в – две симметричные силы; г – сечение балки; д – угловая
деформация пояса балки
83
После сборки и сварки тавра со вторым поясом, т.е. после
превращения его в двутавр, возникает изгиб в противоположном
направлении, величину которого определяют по тем же формулам с подстановкой в них момента инерции всего сечения двутавра и нового эксцентриситета е. Суммируя действия этих двух
изгибов, можно определить результирующую деформацию двутавровой балки и, в частности, ее прогиб, а в зависимости от него и возникающие в кондукторе усилия. Аналогичным путем рассчитываются усилия в кондукторах для сварки балок другого
профиля – швеллерных, коробчатых и др.
Для устранения деформации балки типа «грибовидность»
к поясам балки прикладывают силы Р, исключающие их изгиб
(рис. 6.14, д) от поперечной усадки при охлаждении швов. Для
того чтобы листы на линии прижимов не отделились от стенда
под действием угловой деформации, требуется приложить распределенную нагрузку q, кг/см, определяемую формулой
q = δ3 ⋅ tgβ ⋅ E / 4l 2 .
(6.15)
Величину угловой деформации β определяют по одной из
формул (6.9).
При сравнительно малых угловых деформациях и небольших толщинах (δ < 5 мм) возможен метод расчета усилий прижима кромок, основанный на зависимости реактивного усилия Р
от величины угловой сварочной деформации β и рассмотренный
в п. 6.3.2.
Контрольные вопросы к главе 6
1. Какие основные виды деформаций и перемещений наблюдаются в сварных соединениях?
2. От чего зависят величины деформаций и перемещений
при сварке конструкции?
3. К чему приводит угловая деформация в листовых конструкциях?
84
4. Какие условия возникновения угловой деформации вы
знаете?
5. Как можно снизить величину продольного укорочения
при сварке листовых конструкций?
6. В чем заключаются особенности перемещений в кольцевых швах стальных оболочек?
7. Как можно снизить величину продольного напряжения
при сварке листовых конструкций?
8. Назовите особенности перемещений в кольцевых швах
оболочек из алюминиевых сплавов.
9. Что такое проперечное укорочение в сварных соединениях?
10. Когда возникает потеря устойчивости в сварных листовых конструкциях?
11. Какой должна быть сила прижатия пластин при их
сварке?
12. Почему кольцевые швы оболочек из титановых сплавов
следует выполнять на распорном подкладном кольце?
13. Что необходимо использовать для устранения деформаций в кольцевых швах оболочек из алюминиевых сплавов?
14. Как устранить грибовидность тавровой балки при
сварке?
15. Что такое база закрепления?
85
ГЛАВА 7. ЗАЖИМНЫЕ УСТРОЙСТВА ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
Зажимные устройства приспособлений разделяются на простые и комбинированные, состоящие из нескольких простых. Простые зажимные устройства (зажимы) состоят из одного элементарного зажима, они бывают клиновые, винтовые, эксцентриковые,
рычажные и т.д. Комбинированные зажимные устройства состоят
из нескольких простых устройств, соединенных вместе.
В зависимости от источника силы, требуемой для зажима
заготовки, зажимные устройства разделяются на ручные, механизированные и автоматизированные. Ручные зажимные устройства приводит в действие непосредственно рабочий за счет
мускульной силы. Механизированные зажимные устройства работают от пневматического, гидравлического, пневмогидравлического, электромеханического привода. Механизмы этой группы широко применяются в оснастке серийного производства.
Зажимные механизмы должны удовлетворять следующий
требованиям:
– при зажиме не должно нарушаться первоначальное положение изделия (детали);
– зажимы не должны вызывать деформации изделия (детали) и порчу его поверхностей;
– закрепление и раскрепление изделия (детали) должно
производиться с минимальной затратой сил и времени рабочего;
– при закреплении недостаточно жестких изделий (деталей)
усилия зажима должны располагаться над опорами или возможно ближе к ним.
7.1. Винтовые зажимы
Винтовые зажимы широко применяют в приспособлениях
при ручном и механизированном закреплении заготовок вследствие их простоты и надежности. У винтовых зажимов имеются
и недостатки: значительное вспомогательное время, необходи86
мое для разжима и зажима детали, большая затрата мускульной
силы рабочего, быстрый износ резьбы, непостоянство силы зажима и возможность смещения заготовки от силы трения на
торце винта.
Закрепление заготовок винтовыми зажимами в приспособлениях производится ключами, ручками, гайками, гайкамиголовками, установленными на конце винта. Зажимные винты
и гайки изготавливают из стали 35 и 45 с твердостью HRC 30-35
и точностью резьбы по 3-му классу. Рабочие винты винтовых
зажимов изготавливают со сферическим, плоским торцом или
с башмаком (рис. 7.1).
Сила, с которой зажимают заготовку винтовым зажимом,
W, зависит от длины рукоятки 2 и величины приложенной к ней
силы Q, формы зажимного торца 1 и вида резьбы.
а
б
в
Рис. 7.1. Винтовые зажимы и схема действия сил
Сила зажима W, кгс, развиваемая винтовым зажимом
со сферическим торцом 1 (рис. 7.1, а) определяется из выражения
W=
Q ⋅l
.
rср tg(α + ϕпр )
(7.1)
Приближенно сила зажима W, кгс, для винтов с резьбой
М8…М52 равна 10Q·l/d.
87
Сила зажима W, кгс, развиваемая винтовым зажимом с плоским торцом (рис. 7.1, б) определяется из выражения
W=
Q ⋅l
rср ⋅ tg(α + ϕпр ) + 0,67 f ⋅ r
.
(7.2)
Приближенно сила W, кгс, для винтов с резьбой М8…М52
равна Q·l /(0,1d+0,1r).
Сила зажима W, кгс, развиваемая винтовым зажимом со
сферическим торцом, упирающимся в конусное гнездо зажимного башмака (рис. 7.1, в),
W=
Q ⋅l
rср tg(α + ϕпр ) + ctg(β 2) f ⋅ R
.
(7.3)
Приближенно сила W, кгс, для винтов с резьбой М8…М52
равна Q·l /(0,1d+0,15)Rctg(β/2)).
Здесь Q – сила на рукоятке или ключе резьбового зажима, прикладываемая рабочим (обычно 11–20 кг); W – сила зажима винтом, кг;
l – расстояние от оси винта до точки приложения силы, обычно
l = 14d, где d – номинальный наружный диаметр резьбы, мм; rср –
средний радиус резьбы винта, мм; α = 2°30′…3°30′ – угол подъема
витка резьбы; ϕпр – приведенный угол трения в резьбовой паре,
ϕпр = 6°40′; f = 0,1...0,15 – коэффициент трения; r – радиус цилиндрической части нижнего конца винта, мм; S – шаг резьбы, мм; R –
радиус сферического конца винта в гнезде башмака, мм; β = 120°.
В зависимости от силы зажима W и допускаемого напряжения винта на растяжение определяют номинальный наружный
диаметр винта d из условия W = 0,64πd2/4[σр]. Откуда диаметр,
мм, d = (W/0,5[σр])0,5, где [σр] – допускаемое напряжение на растяжение материала винта при переменной нагрузке.
Для небольших сил зажима целесообразно применение
штыкового (байонетного) (рис. 7.2, а), а для значительных –
плунжерного (рис. 7.2, б) устройств.
88
а
б
Рис. 7.2. Штыковой и плунжерный зажимы
Эти устройства позволяют отводить зажимающий элемент
1 на большое расстояние от заготовки 2 и крепить ее поворотом
стержня на небольшой угол.
7.2. Эксцентриковые зажимы
В приспособлениях применяют круглые и криволинейные
эксцентриковые зажимы. Круглый эксцентриковый зажим представляет собой диск или валик, поворачиваемый вокруг оси,
смещенной относительно геометрической оси эксцентрика на
некоторую величину е, называемую эксцентриситетом. Для надежного закрепления заготовок эксцентриковые зажимы должны быть самотормозящимися. Круглые эксцентрики изготавливают (ГОСТ 9061-68) из стали 20Х с твердостью
HRC 55-60. Стандартные круглые эксцентрики имеют размеры
D = 32…70 мм и е = 1,7…3,5 мм.
Достоинство круглых эксцентриков – простота их изготовления, быстродействие; недостатки — развивают меньшую силу
зажима W, чем винтовые, имеют ограниченное линейное перемещение, изменение силы зажима W при закреплении заготовок
с большими колебаниями размеров в направлении зажима.
На рис. 7.3 показаны зажимные устройства с дисковым
(рис. 7.3, а) и валиковым (рис 7.3, б) эксцентриками 1.
Условие устойчивой работы зажимных устройств с эксцентриками – самоторможения эксцентрика. Эксцентрик является
самотормозящимся, если угол подъема эксцентрика α в опреде89
ленном его положении не больше угла трения φ. Самотормозящиеся эксцентрики после зажима заготовки не изменяют своего
положения. Самоторможение эксцентриковых зажимов обеспечивается при определенном отношении его наружного диаметра
D к эксцентриситету е.
1
)а
1
б
Рис. 7.3. Зажимные устройства
Зависимость силы зажима W от момента на рукоятке эксцентрика в конце закрепления заготовки можно определить, рассмотрев схему, изображенную на рис. 7.4.
В процессе закрепления на эксцентрик действуют три силы: сила на рукоятке Q, реакция заготовки Т и реакция цапфы S.
Под действием этих сил система находится в равновесии. Реакция Т представляет собой равнодействующую силу W и силы
трения F.
Сумма моментов всех действующих сил относительно оси
поворота эксцентрика Q ·l – W·e·sinα′ – f·W(R + ecosα′) – S·ρ = 0, где
f – коэффициент трения скольжения между эксцентриком и заготовкой f ≈ 0,15. Остальные параметры видны из схемы.
90
Рис. 7.4. Схема действующих сил
в эксцентрике при зажиме детали
Поскольку сила S мало отличается от нормальной силы W
и, принимая S ≈ W, получим момент на рукоятке эксцентрика:
Q ·l = W[f·R + ρ + e(sinα′+ fcosα′)].
После подстановок, некоторого упрощения и преобразования полученного выражения получим упрощенную формулу
Q ·l = W[Rsinφ + ρ + e·sin(α′+ φ)], и приняв во внимание, что
R·sinφ = e – ρ, φ ≈ 6°, окончательно получим
Q ·l = W·е[1 + sin(α′+ φ)].
(7.4)
Сила зажатия W детали из этого выражения
W = Q ·l/(е[1+sin(α′+ φ)].
(7.5)
Формула позволяет определять значения W или Q с точностью до 10 %.
7.3. Клиновые зажимы
Наряду с винтовыми и эксцентриковыми клиновые зажимы
применяют самостоятельно и как промежуточные звенья
в сложных зажимных системах в сочетании с другими элемен91
тарными зажимами. Они позволяют увеличивать и изменять направление передаваемой силы. Для надежного закрепления заготовки в приспособлении клин должен быть самотормозящийся, т.е. зажимать заготовку после прекращения действия на клин
исходной силы Q (рис. 7.5).
Рис. 7.5. Схема действия сил в односкосном
клиновом механизме
При расположении передаваемых сил односкосным клиновым механизмом между силами W и Q получается зависимость
Q =W
cosϕ3 sin α
 ± (ϕ1 + ϕ2 )
cosϕ1cosα
 ± (ϕ2 + ϕ3 )
.
Здесь знак «+» относится к закреплению клина, а знак «–» к откреплению его.
Самоторможение клина обеспечивается малыми углами
α наклона его поверхности и получается при α < ϕ1 + ϕ2. Если
ϕ1 = ϕ2 = ϕ3 = ϕ, то для односкосного клина при расположении
передаваемой силы под прямым утлом зависимость между силами Q и W выражается формулами
92
Q = W tg(α ± 2ϕ).
(7.6)
W = Q / tg(α ± 2ϕ).
(7.7)
7.4. Рычажные зажимы
Рычажные зажимы аналогично клиновым применяются
в сочетании с другими элементарными зажимами, образуя более
сложные зажимные механизмы. При помощи рычага можно изменять величину и направление передаваемой силы, а также
осуществлять одновременное и равномерное закрепление заготовки в двух местах. Наибольшее распространение в сборочных,
сборочно-сварочных приспособлениях получили зажимные устройства с двухплечевым рычагом (рис. 7.6).
а
б
в
Рис. 7.6. Схема действия сил в рычажных зажимах приспособлений
Задачей расчета рычажного зажима является определение
отношения между силой зажима детали W и исходной силой Q.
Для определения этого отношения достаточно составить урав93
нения равновесия сил или моментов этих сил, действующих
в рычажной системе.
Так, для рычага (рис. 7.6, а) уравнение равновесия моментов под действием сил Q, W, N и силы трения N·f относительно
оси вращения О будет выглядеть следующим образом:
откуда
МО = Q⋅ l1 – N⋅f⋅ r – W⋅l = 0,
W = (Q ⋅ l1 − N ⋅ f ⋅ r ) l.
(7.8)
Силу N определим из уравнения равновесия сил на вертикальную ось:
тогда
∑ Ру = 0 = Q + W – N,
N = Q + W.
Подставив в формулу (7.8) вместо N ее значение, получим
выражения для W и Q:
W = [Q(l1 − f )r )] (l + f )r ),
(7.9)
Q = [W (l + f )r )] [(l1 − f )r )].
(7.10)
Аналогично решается задача и для других рычажных зажимов. В частности, для зажимов, показанных на рис. 7.6, в, сила W определяется по формуле (7.8), а для зажима на рис. 7.6, б
W = [Q(l – l2)]/[(l + 1,4)l·r·f)].
7.5. Комбинированные зажимы
Комбинированные зажимные устройства – устройства, состоящие из винтовых, клиновых, эксцентриковых в различных
их комбинациях с рычажными. Рычаги прихватов для удобства
установки заготовок выполняют передвижными и откидными.
Эти устройства применяются для увеличения сил зажима, изменения величины хода зажимающего элемента, изменения направления сил зажима, уменьшения габаритов зажимного уст94
ройства в местах его контакта с заготовкой. Они приводятся в
действие от ручного привода или от пневматических, гидравлических или иных силовых узлов. Схемы некоторых комбинированных зажимных устройств с ручным и пнематическим приводом показаны на (рис. 7.7).
а
б
в
Рис. 7.7. Комбинированные зажимные механизмы
На рис. 7.7, а показан один из видов нормализованных винтовых прихватов с передвижной прижимной планкой 1 и регулируемой опорой 2. Прихват применяют для крепления заготовок 3 с различными размерами Н. При завинчивании гайки 4
планка 1 зажимает заготовку 3. Величина исходной силы Q развиваемая винтом
W (l1 + l2 )
Q=
.
l1η
Сила зажима
Q ⋅ l1 ⋅ η
W=
,
l1 + l2
95
где η = 0,95 – к.п.д., учитывающий потери на трение между
прижимной планкой 1 и ее опорой; при l1 = l2 и η = 1 сила зажима W = 0,5Q.
Для зажима на рис. 7.7, б определение соотношения между
силой Q, развиваемой на штоке пневмоцилиндра, и силой W,
зажимающей деталь, осуществляется последовательно: вначале
определяется отношение между W и Q1 как для рычажной системы, и Q1 = W·l/l1, далее – отношение между Q и Q1.
Наиболее распространенные схемы комбинированных зажимных устройств и расчетные формулы для расчета исходного
усилия Ри и зажимного усилия Q представлены в табл. 7.1. Принятые в таблице обозначения: α – угол клина или угол подъема
резьбы, град; φ1 – угол трения (tgφ1 = 0,1...0,15); ϕпр – приведенный угол трения между клином и роликом, град (tgϕпр = f (d/D)
или в резьбе (ϕпр = 10°30'); d – диаметр резьбы винта, мм; Dн –
наружный диаметр опорного торца гайки, мм; Dв – внутренний
диаметр опорного торца винта, гайки, мм; α' = (180° – α), где α –
угол поворота эксцентриситета от начального положения, град.
Таблица 7.1
Схемы и формулы для расчета
комбинированных зажимых устройств
Схемы зажимных устройств
Формулы для расчета
Pи =
rср tg(α + ϕпр )l2 ⋅ Q
Q=
96
l ⋅ l1 ⋅ η
l ⋅ l1 ⋅ η⋅ Pи
rср tg(α + ϕпр )l2
,
Продолжение табл. 7.1
Схемы зажимных устройств
Формулы для расчета
Pи =
rср tg(α + ϕпр )l2 ⋅ Q
l ⋅ l1 ⋅ η
Q=
l ⋅ l1 ⋅ η⋅ Pи
rср tg(α + ϕпр )l2
Pи =
Q=
Pи =
cosθ ⋅ l2 ⋅ Q
,
cosθ1 ⋅ l1 ⋅ η
cosθ1 ⋅ l1 ⋅ η⋅ Pи
cosθ ⋅ l2
2tg(θ + β) tgθ1 ⋅ Q
Q=
,
η
η⋅ Pи
,
2tg (θ + β) tgθ1
Pи =
Q=
l3 (l1 + l2 )Q
l4 ⋅ l1 ⋅ η
,
l4 ⋅ l1 ⋅ η⋅ Pи
l3 (l1 + l2 )
97
Продолжение табл. 7.1
Схемы зажимных устройств
Формулы для расчета
Pи =
Q=
tgϕ1 + tg(α + ϕпр ) l2 ⋅ Q
1 − tg(α + ϕпр )
1 − tg(α + ϕпр )
tgϕ1 + tg(α + ϕпр )
l1 ⋅ η
,
l1 ⋅ η⋅ Pи
l2
Pи = [tgϕ1 + tg(α + ϕ)]Q,
Q=
Pи
tgϕ1 + tg(α + ϕ)
Pи = [tgϕ1пр + tg (α + ϕ)]Q,
Q=
Pи =
Q=
Pи
tgϕ1пр + tg(α + ϕ)
tgϕ1 + tg(α + ϕ)
1 − tg(α + ϕ)tgϕ2
1 − tg(α + ϕ)tgϕ2
tgϕ1 + tg(α + ϕ)
Q,
Pи
tgϕ1 + tg(α + ϕ)
Q,
3l0
1 − tg(α + ϕ) tgϕ2
a
3l0
1 − tg(α + ϕ) tgϕ2
a
Q=
Pи
tgϕ1 + tg(α + ϕ)
Pи =
98
Продолжение табл. 7.1
Схемы зажимных устройств
Формулы для расчета
Pи =
Q=
Pи =
Q=
tgϕ1 + tg(α + ϕпр )
1 − tg(α + ϕпр )tgϕ2
Q,
1 − tg(α + ϕпр )tgϕ2
tgϕ1 + tg(α + ϕпр )
Pи
tgϕ1пр + tg(θ + β) l2 ⋅ Q
η
l1
η
l1 ⋅ Pи
tgϕ1пр + tg(θ + β)
Pи =
Q=
Pи =
Q=
l2
2tg(θ + β) l2 ⋅ Q
η
l1
η
l1 ⋅ Pи
2tg(θ + β)
,
l2
2tg(θ + β) l2 ⋅ Q
η
l1
η
l1 ⋅ Pи
2tg(θ + β)
,
,
l2
99
Окончание табл. 7.1
Схемы зажимных устройств
Формулы для расчета
tgϕ1 + tg(α + ϕ) ⋅ l2 Q
,
3l0
l ⋅η
1 − tg(α + ϕ)tgϕ2 1
a
3l0
1 − tg(α + ϕ)tgϕ2 l ⋅ P ⋅ η
1
и
a
Pи =
Q=
tgϕ1 + tg(α + ϕ)
l2
7.6. Центрирующие зажимы
При базировании деталей с помощью наружных или внутренних цилиндрических (многогранных) поверхностей применяют центрирующие зажимные элементы: цанги, разжимные
оправки, двух- и трехкулачковые патроны. Различные конструкции цанг, представляющие собой разрезные пружинящие
гильзы, показаны на рис. 7.8.
а
б
в
Рис. 7.8. Типы цанговых зажимных устройств
100
Их выполняют из высокоуглеродистых сталей типа У10А
и термически обрабатывают до твердости HRC 58…62 в местах губок и до твердости HRC 39…45 в хвостовой части. Угол
конуса цанги α = 30…40°. При меньших углах возможно заклинивание цанги. Угол конуса сжимающей втулки делают на
1° меньше (рис. 7.8, а) или больше (рис. 7.8, б) угла конуса
цанги. Цанги обеспечивают концентричность установки в пределах 0,02…0,05 мм. Базовую поверхность заготовок должна
иметь чистовую обработку.
Сила затяжки цанги при отсутствии упора (см. рис. 7.8, а)
α

Р = (Q + Q')tg  + ϕ ,
2

(7.11)
где Q – суммарная сила зажима, распределенная по базовой поверхности заготовки; Q' – сила сжатия лепестков цанги для выбора зазора между ее губками и заготовкой; φ – угол трения между цангой и втулкой.
Суммарная сила зажима Q определяется как
Q=
K (M 2 r 2 ) + P2
f1
.
Силу Q' находят из выражений:
для трехлепестковой цанги
Q'
= 600
∆D3 s
l3
,
для четырехлепестковой цанги
Q'
= 200
∆D3 s
l3
,
где r – радиус базовой поверхности заготовки; М – момент, передаваемый цангой; Р – осевая сила, сдвигающая заготовку; f1 –
101
коэффициент трения между заготовкой и цангой; К – коэффициент запаса; D – наружный диаметр поверхности лепестка в мм
(см. рис. 7.8, а); s – толщина стенки лепестка, мм; α1 – половина
угла сектора лепестка цанги; l – длина лепестка, мм, от места задела до середины конуса.
Разжимные оправки различных конструкции показаны на
рис. 7.9. Для оправки (рис. 7.9, а) силу затяжки определяют по
формуле. Оправка с выдвижными радиальными сухарями 1
(рис. 7.9, б) используется для установки толстостенных заготовок (деталей) 2 с грубообработанной или черновой базой. Силу
Р на штоке можно подсчитать, используя формулу для клина,
приняв в ней φ1 = 0:
α

cosϕ3 sin  + ϕ2 
2
,
Р = (Q + W )
α


cos  + (ϕ2 + ϕ3 )
2

(7.12)
где W – сила, с которой кольцевая пружина оттягивает сухари
к центру оправки.
а
б
в
Рис. 7.9. Конструкции разжимных оправок
102
На рис. 7.10 показан двухкулачковый патрон с ручным винтовым приводом, применяемый для установки (базирования)
и зажима заготовок.
Рис. 7.10. Универсальный двухкулачковый
патрон и схема к его расчету
При зажиме заготовки в двухкулачковом патроне требуется
сила W (кгс) зажима на каждом кулачке.
 α′ 
sin 
2 1
W = kPz   .
nf
D
(7.13)
Величина Pz определяется через крутящий момент, Мкр =
= Q·L на торцовом ключе, вращающем винт, который перемещает
кулачки патрона при зажиме цилиндрической части заготовки:
 3l  3l2 '  W
f 1 − f 1 −
f1 
l1 
l1  2

Pz = QL
,
 α′ 
sin  rср tg(α + ϕпр )
2
(7.14)
где Q = 10…14 кгс – сила, приложенная рабочим на рукоятке;
L – длина рукоятки, см; n – число кулачков патрона; D – диаметр зажатой заготовки, мм; k = 1,5 – коэффициент запаса;
103
α = 2°…3°30 – угол подъема резьбы винта; α' = 90° – угол призмы кулачка; φпр – приведенный угол трения в резьбе; f – 0,3…0,5 –
коэффициент трения на рабочих поверхностях призм или кулачков; f1 = 0,l…0,15 – коэффициент трения в направляющих пазах
кулачков; l – вылет кулачка от его опоры до центра приложения
силы зажима, мм; l1 – длина направлящей части кулачка, мм; l2 –
расстояние между осью зажимного винта и продольной осью призмы, мм; rср – средний радиус резьбы винта для кулачков, мм.
Контрольные вопросы к главе 7
1. Какие зажимы относятся к простым зажимным устройствам?
2. Какие основные требования предъявляются к зажимным
механизмам?
3. Какие зажимные устройства являются комбинированными?
4. Как рассчитать силу зажима при использовании винтового зажима?
5. В чем достоинства винтовых зажимов?
6. Какие виды эксцентриков применяются в зажимных устройствах?
7. Приведите формулу расчета силы зажима рычажным устройством.
8. Какие устройства относятся к центрирующим зажимным
устройствам?
9. Какие зажимные устройства являются механизированными?
10. Назовите основные виды зажимных устройств.
11. Какое условие определяет устойчивую работу зажимных устройств с эксцентриками?
12. Чем определяется величина силы, с которой зажимают
заготовку винтовым зажимом?
104
ГЛАВА 8. СИЛОВЫЕ ПРИВОДЫ ЗАЖИМНЫХ УСТРОЙСТВ
Основным назначением силового привода в приспособлении является создание исходной силы тяги Q, необходимой для
зажима заготовки силой W. В приспособлениях наибольшее широко используют следующие приводы: пневматические, гидравлические, пневмогидравлические, электрические, электромагнитные, магнитные, вакуумные.
8.1. Пневматические приводы
Пневматические приводы состоят из пневмодвигателя, воздухопроводов и пневматической аппаратуры. Рабочим телом в пневмоприводе является сжатый воздух с давлением р = 4...6 кгс/см2
(0,4…0,6 МПа). В пневматических приводах используют
различные пневмодвигатели: 1) поршневые; 2) диафрагменные;
3) пневмошланговые.
Поршневые и диафрагменные пневмодвигатели бывают
одно- и двустороннего действия. В пневмодвигателях одностороннего действия рабочий ход поршня со штоком производится
сжатым воздухом, а обратный ход – под действием пружины,
установленной на штоке. Такие пневмодвигатели применяют
в случаях, когда при зажиме заготовки требуется большая сила,
чем при разжиме.
В пневмодвигателях двустороннего действия рабочий и обратный ход поршня со штоком производится сжатым воздухом.
Их применяют, когда при зажиме и разжиме требуется большая
сила, например в приспособлениях с самотормозящимися зажимными устройствами. Выбор типа пневмодвигателя следует
осуществлять исходя из конкретных условий производства.
Преимущества пневматического привода: быстрота действия – 0,5…1,2 с; постоянство силы зажима (при наличии самотормозящего звена); возможность регулирования силы зажима;
простота конструкции и эксплуатации; надежность работы независимо от колебаний температуры окружающей среды.
105
Недостатки пневматического привода: недостаточная плавность перемещения и непостоянство срабатывания рабочих органов, особенно при переменной нагрузке; низкое давление воздуха в магистрали (3–6 атм), что влечет за собой увеличение
размеров пневмопривода для создания больших усилий.
Пневматические поршневые двигатели двустороннего
действия, предназначенные для пневмосистем различного оборудования и технологической оснастки, выпускаются по ГОСТ
15608-81 в следующих исполнениях:
по способу торможения: 1 – без торможения; 2 – с регулируемым торможением в конце хода;
по виду крепления: 0 – на удлиненных стяжках; 1 – на лапах; 2 – на переднем фланце, 3 – на заднем фланце; 4 – на проушине; 5 – на цапфах;
по выполнению конца штока: 1 – с наружной резьбой; 2 –
с внутренней резьбой;
по присоединительной резьбе для подвода воздуха: 1 –
с метрической резьбой; 2 – с конической резьбой.
Согласно ГОСТ 15608–81 цилиндры имеют условные графические обозначения (рис. 8.1).
а
б
Рис. 8.1. Условное обозначение цилиндров:
а – без торможения; б – с торможением
Пример обозначения цилиндра без торможения с креплением на удлиненных стяжках, с наружной резьбой на конце штока,
с метрической присоединительной резьбой для подвода воздуха,
диаметром D = 100 мм и ходом поршня S = 1000 мм, в климатическом исполнении УХЛ4: пневмоцилиндр 1011–100×1000 –
УХЛ4 ГОСТ 15608–8; или с торможением: пневмоцилиндр
2422–050×0320 – О4 ГОСТ 15608–81 (табл. 8.1).
106
Т а б л и ц а 8.1
Основные параметры пневмоцилиндров по ГОСТ 15608–81
Диаметр, мм
Статическое усилие на штоке, Н, не менее
толкаю- тяну- толкаю- тяну- толкаю- тянущее
щее
щее
щее
щее
щее
цилиндра штоD
ка d
при давлении, МПа
0,4
0,63
1,00
25
160
130
2 40
200
380
300
12
32
250
220
390
330
620
520
40
14
400
350
6 20
560
1020
900
50
640
550
1000
870
1510
1390
15
63
1000
900
1550
1450
2600
2350
80
1750
1560
2750
2460
4300
3900
25
100
2700
2550
4300
4000
6750
6350
125
12
4200
4000
6700
6200
10500
9900
160
7200
6800
11400 10700 18100 17000
40
200
11400 10800 17800 17100 28400 27200
250
63
17700 16500 27800 26100 44200 41400
320
30000 28000 47000 44100 74800 70100
80
360
37600 36000 59700 56700 94500 90100
400
90
46 800 44500 73700 70000 117000 111000
Основные размеры цилиндров без торможения на удлиненных стяжках приведены в табл. 8.2 и на рис. 8.2.
Т а б л и ц а 8.2
Основные размеры цилиндров без торможения
Резьба
D1
d
d2
l
d2
l
B
25
38
12 M10x1,25 22
32
45
40 14 M12x1,25 24
- 5u
50
70
18 M16x1,5 32 MI2xI,25 24
63
78
l, не
более
10
20
24
Ход
поршня,
S
10-250
92 115
10-320
98 127 10-400
I0-500
106 143
10-630
К
К1
107
О к о н ч а н и е т а б л . 8.2
Резьба
D1
80
100
125
160
200
250
320
d
d2
l
d2
l
25 M20х1,5
40
MI6xI,5 32
32
M27x2
54
М24x2
48
40
63
80
М36х2
M42x2
M48x2
72
84
96
М30x2
M42x2
M48х2
60
84
96
B
92
115
140
180
220
275
345
l, не
более
К
28
120
30
33
40
50
67
130
142
160
180
К1
160
170
190
203
230
255
290
Ход
поршня
S
I0-800
10-1000
10-1250
I0-I600
10-2000
10-2300
10-2500
Примечание. Цилиндры D от 25 до 40 мм с внутренней резьбой штока
не изготавливают.
Рис. 8.2. Характерные размеры пневмоцилиндра типа 21012-DхS-УХЛ4
При расчете пневмоприводов определяют осевую силу Q на
штоке поршня, зависящую от диаметра D цилиндра и давления p
сжатого воздуха в его полостях.
Расчет осевой силы Q на штоке поршневого привода производится по следующим формулам:
для привода одностороннего действия с возвратной пружиной
Q = [(πD2 pη)/4] − q,
(8.1)
для привода двустороннего действия толкающая сила на
штоке
Q = [(πD2 pη)] / 4,
(8.2)
108
тянущая сила на штоке
Q = [π(D2 − d 2 )pη] 4,
(8.3)
где D – диаметр поршня пневмоцилиндра, см; р – давление сжатого воздуха, кгс/см2; η – к.п.д (η = 0,85); q – сопротивление
пружины возврата при крайнем рабочем положении поршня,
кгс; d – диаметр штока пневмоцилиндра, см.
Основные размеры пневмоцилиндров – внутренний диаметр D и ход поршня S. Диаметр D определяется необходимым
усилием. Длину цилиндров следует выбирать такой, чтобы ход
штока был на 10–20 мм больше расчетного перемещения зажимных элементов.
При решении обратной задачи – определение диаметра
пневмоцилиндра – найденный размер диаметра пневмоцилиндра
округляют по нормали и по принятому диаметру определяют
действительную осевую силу Q на штоке.
В процессе сварки в свариваемом узле могут возникать
значительные деформации, которые способны произвести самораскрепление пневматических механизмов зажима. Во избежание этого в приспособлениях для сварки рекомендуется применять пневматические зажимные устройства с самотормозящимся
звеном. Для приспособлений применяют пневмоцилиндры
с D = 50…320 мм. Усилие на штоке составляет Q = 60...3000 кгс.
В ряде случаев, когда требуется при небольшом диаметре
цилиндра получить большую силу на штоке или когда конструкция приспособления не позволяет применить пневмоцилиндр большого диаметра, применяют цилиндры с двумя или
тремя поршнями на одном штоке (рис. 8.3, а). Для вращающихся приспособлений используются, аналогичные, только вращающиеся пневмоцилиндры (рис. 8.3, б).
Толкающая сила на штоке пневмоцилиндра с двумя поршнями определяется по формуле
Q = [π(2D2 − d 2 )pη] 4.
(8.4)
109
Тянущая сила на штоке с одинаковым диаметром штока
Q = [π(D2 − d 2 )pη] 4.
С разными диаметрами штока
(8.5)
Q = [π(2D2 − d 2 − d12 )pη] 4,
(8.6)
где D – диаметр поршня, см; d1 и d – диаметры штока в полостях
цилиндра, см; р – давление сжатого воздуха, р = 4 кгс/см2; η =
= 0,85…0,9 – к.п.д. пневмоцилиндра.
1
4
3
2
а
б
Рис. 8.3. Пневмоцилиндры: а – с двумя поршнями на одном штоке;
б – вращающийся; 1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – шток; 4 – муфта
воздухоподводящая
Мембранный пневмоцилиндр (диафрагменная камера)
представляет собой замкнутую полость, разделенную эластичной перегородкой – мембраной (диафрагмой) на две части. Эти
камеры могут быть одностороннего и двустороннего действия
(рис. 8.4) и состоят из: 1 – корпуса; 2 – крышки; 3 – диафрагмы; 4 –
опорной шайбы; 5 – штока; 6 – возвратных пружин; 7 – штуцера
для привода воздуха; 8 – крепежных болтов.
Мембранные пневмоцилиндры имеют ряд преимуществ перед поршневыми. Они проще в изготовлении, дешевле, долговечнее; отсутствуют утечки воздуха.
110
D
8
D
5
8
3
1
1
d1
2
2
6
4
d
а
7
7
d
5
4
3
б
Рис. 8.4. Мембранные пневмоцилиндры: а – одностороннего;
б – двустороннего действия
Рис. 8.5. Зажимное устройство с диафрагменными
камерами
Существенным недостатком мембранных пневмоцилиндров является зависимость силы Q на штоке от пути его перемещения из исходного положения, а также малый ход штока,
обычно составляющий 30–40 мм.
Оптимальная длина хода штока пневмоцилиндра одностороннего действия с тарельчатой резинотканевой мембраной
равна (0,25...0,35)D с плоской резинотканевой мембраной
111
(0,18...0,22)D. В связи с этим усилие Q на штоке мембранных
пневмоцилиндров определяют с учетом положения штока и расчет проводят по формулам представленным в табл. 8.3.
На рис. 8.5 показан пример использования диафрагменных
камер в зажимном устройстве стенда для сварки листовых полотнищ, где 1 – свариваемые листы; 2 – верхняя несущая балка;
3 – диафрагменная пневмокамера; 4 – прижимной рычаг-клавиш; 5 – медная подкладка; 6 – нижняя опорная балка.
Т а б л и ц а 8.3
Формулы для определения усилия Q,
развиваемого пневмокамерами
Эскиз пневмокамеры
Расчетные формулы
Пневмокамеры одностороннего действия
Для тарельчатых резинотканевых диаТарельчатые диафрагмы
фрагм:
в исходном положении штока
Q = 0,2 p( D + d )2 − q,
в положении после перемещения штока
на расстояние 0,3D
Q+q
Q = 0,147 p( D + d )2 − q; D = 4
−d
0,75π p
Для плоских резинотканевых диафрагм:
в исходном положении штока
Q = 0,2 p( D + d )2 − q,
Плоские диафрагмы
в положении после перемещения штока
на расстояние 0,07D
Q = 0,147 p( D + d )2 − q,
D=4
Q+q
− d.
0,75π p
Для плоских резиновых диафрагм
в исходном положении штока
Q = 0,785 pd 2 − q,
112
Окончание табл. 8.3
Эскиз пневмокамеры
Расчетные формулы
в положении после перемещения штока
на расстояние 0,22D
Q+q
Q = 0,71π pd 2 − q, d = 2
0,79π p
Пневмокамеры двустороннего действия
Для тарельчатых резинотканевых диаТарельчатые диафрагмы фрагм:
в исходном положении штока
Q = 0,2 p ( D + d )2 ,
в положении после перемещения штока
на расстояние 0,3D
Q+q
Q = 0,147 p( D + d )2 , D = 4
−d
0,75π p
Для плоских резинотканевых диафрагм:
Плоские диафрагмы
в исходном положении штока
Q = 0,2 p ( D + d )2 ,
в положении после перемещения штока
на расстояние 0,07D
Q
Q = 0,147 p( D + d )2 , D = 4
− d.
0,75π p
Для плоских резиновых диафрагм:
в исходном положении штока
Q = 0,785 pd 2 ,
в положении после перемещения штока
на расстояние 0,22D
Q+q
Q = 0,72 pd 2 , d = 2
0,79π p
Принятые обозначения: Q – усилие на штоке, развиваемое пневмокамерой, Н, D – диаметр пневмокамеры, мм; d – диаметр диска, мм; р –
давление воздуха, МПа; q – сопротивление возвратной пружины, Н.
113
Пневмошланговые приводы также широко используются
в качестве двигателей в различных устройствах оборудования и
приспособлений (рис. 8.6). Они находят применение при большом количестве прижимов, расположенных на одной прямой и
требующих одновременного включения. В качестве шлангов
обычно используют прорезиненные пожарные рукава. Преимуществом таких прижимов являются простота устройства, отсутствие трущихся частей в силовом узле привода, значительное
упрощение пневморазводки, так как подвод воздуха к каждому
прижиму заменен подводом к одному шлангу.
Существенным недостатком, ограничивающим область их
применения, является сравнительно малый рабочий ход и зависимость полезного усилия шланга от степени его сплющивания,
т.е. от высоты внутренней полости шланга, а следовательно,
и от рабочего хода шланга.
Шланги должны быть уложены в коробы и надежно защищены от грязи и сварочных брызг.
а
б
Рис. 8.6. Пневмошланговые приводы в клавишных прижимах:
а – общий вид устройства; б – элемент прижима
Силовое подъемное действие шланга, наполненного сжатым
воздухом (рис. 8.7), аналогично действию любого пневматика.
При давлении воздуха р, кгс/см2, полезное усилие шланга
на 1 пог. см его длины
114
Q = b ⋅ р,
(8.7)
где b – ширина площадки давления (площади смятия шланга), см.
а
б
Рис. 8.7. Расчетная схема пневмошлангового привода:
а – в рабочем состоянии; б – в нерабочем состоянии
Поскольку шланг армирован тканью, он не может принимать форму окружности, поэтому периметр шланга в деформированном состоянии (рис. 8.7, а) приближенно описывается равенством
π·dш = 2b + π(h + ∆),
откуда
b = π(dш − h − ∆) / 2,
(8.8)
где h – рабочий ход шланга; ∆ – остаточный зазор внутри полости
сплющенного шланга в его нерабочем состоянии (рис. 8.7, б), для
зажимных устройств принимают ∆ = 3… 5 мм.
Зависимость усилия шланга-пневматика от высоты его
внутренней полости h (кгс на 1 пог. см шланга) выражается
формулой
Q = [π q(dш − h − ∆)]/2.
(8.9)
При сплющивании шланга, т.е. при h→ 0 и ∆→ 0 усилие
достигает максимума Q = (π p(dш ))/2, а при предельном раздутии шланга, т.е. при h = dш, Q = 0.
115
Необходимый внутренний диаметр шланга, при заданных
величинах р, ∆ и h определяется совместным решением уравнений (8.7) и (8.8), в результате
dш =
2Q
πp
+ h + ∆.
(8.10)
По имеющимся сортаментам подбирают шланг ближайшего большего диаметра, обычно прорезиненный пожарный рукав.
Для пневмошлангового привода допускаемое давление
сжатого воздуха можно найти в зависимости от выбранного диаметра шланга dш и заданных h, Q:
pдоп =
а
2Q
π(dш − h − ∆)
.
(8.11)
б
Рис. 8.8. Клавишное зажимное устройство с возвратными
пружинами: а – исходное состояние; б – рабочее состояние
При конструировании пневмошлангового привода следует
иметь в виду, что обычный шланг или пожарный рукав при переходе от своего рабочего состояния (под давлением) в нерабочее (без давления) не может сплющиться самопроизвольно под
действием собственного веса, так как этот вес явно недостаточен для преодоления жесткости шланга и тем более для быстро116
го вытеснения воздуха из него. Поэтому в пневмошланговом
приводе, как правило, предусматривается то или иное устройство для быстрого возврата шланга в исходное состояние. Наиболее распространены следующие типы возвратных устройств:
добавочный груз, постоянно действующий на шланг; вспомогательный возвратный шланг-рукав; всасывающие эжекторы, образующие (на короткое время) вакуум в шланге; возвратные
пружины (рис. 8.8).
Гидравлические зажимные устройства поршневого типа
применяются для создания большего усилия зажатия по сравнению с пневматическими поршневыми приводами при одинаковых габаритных размерах цилиндров вследствие применения
высокого давления рабочего тела – масла (60 кгс/см2 и выше).
Недостатком устройства является необходимость иметь
трубопровод для слива выпускаемого из цилиндра масла, а также нагнетательный насос, электродвигатель которого полностью
нагружен в течение работы зажимного устройства.
Гидроцилиндры могут быть одностороннего и двойного
действия. В зажимных устройствах одностороннего действия
обратный ход поршня осуществляется пружиной. Уплотнение
поршней и штоков гидроцилиндров обычно достигается применением манжет или одного-двух колец круглого поперечного
сечения из маслостойкой резины. В приспособлениях широко
применяют нормализованные встраиваемые цилиндры двух- и
одностороннего действия с внутренним диаметром цилиндров
D = 40, 50, 60, 75 и 100 мм.
На рис. 8.9 показаны гидроцилиндр двойного действия и
эскиз зажимного устройства с цилиндром двойного действия.
Исходные данные для расчета гидравлических зажимных
устройств: необходимая сила на штоке Q, ход поршня L, время
зажатия детали t. Для определения усилия Q, развиваемого гидроцилиндрами, применяются те же формулы, что и для расчета
усилия Q, развиваемого пневмоцилиндрами (8.1)–(8.3). При уплотнении поршня манжетами коэффициент полезного действия
η = 0,9, а при уплотнении кольцами η = 0,97.
117
а
б
Рис. 8.9. Гидроцилиндр двойного действия и пример его использования:
а – гидроцилиндр; б – зажимное устройство: 1 – гидроцилиндр,
2 – прижим, 3 – деталь
8.2. Электромагнитные зажимные устройства
Электромагнитные зажимные устройства выполняют преимущественно в виде плит и планшайб для закрепления с плоской базой. Основные размеры и технические характеристики
их регламентированы ГОСТ 30273–98. Принцип действия привода основан на том, что магнитный поток от электро- или постоянного магнита замыкается через заготовку и создает силу,
прижимающую заготовку.
Эти приспособления обладают рядом достоинств по
сравнению с другими приспособлениями: равномерное распределение силы притяжения по всей опорной поверхности
деталей вместо приложения сосредоточенных нагрузок; удобный и технически простой подвод энергии; большее рабочее
пространство и широкий доступ к обрабатываемым поверхностям; высокая жесткость приспособления, обеспечивающая
точную сборку; удобство управления; отсутствие сложных
дополнительных устройств для обеспечения работы магнитных приспособлений.
118
Недостатки: небольшие усилия зажима; закрепление деталей
только из магнитных материалов; возможность намагничивания
деталей; возможность отказа для электромагнитного привода.
Рис. 8.10. Схема электромагнитной плиты
На рис. 8.10 показана схема плиты, в корпусе 1 которой заключены электромагниты 6. Заготовку 5 устанавливают на
крышку 2. В крышке выполнены полюсы 3, окруженные изоляцией 4 из немагнитного материала (латунь, баббит, эпоксипласт). Толщина изоляции обычно не превышает 5 мм. Магнитный поток замыкается через заготовку, проходя через корпус и
крышку плиты. Удерживающая сила возникает в местах контакта заготовки с полюсами и крышкой плиты. Она растет до определенного предела с увеличением толщины и площади поперечного сечения заготовки. С увеличением шероховатости базовой
поверхности заготовки удерживающая сила снижается.
При конструировании электромагнитных плит (планшайб)
исходными данными являются размеры и конфигурация заготовки в плане, ее толщина, материал заготовки и необходимая
удерживающая сила Q. Для лучшего распределения силы закрепления заготовки полюса должны быть равномерно расположены под ее опорной поверхностью. У плит полюса обычно располагают параллельно, у планшайб – параллельно и радиально.
119
Важной характеристикой для удержания заготовки является
отношение площади полюсов Fпол к площади опорной поверхности
плиты Fпл, и обычно оно берется в пределах m = Fпол/Fпл = 0,6…0,9.
Расчетную величину удерживающей силы Q1, кгс, получают по формуле
Q1 = (2 ⋅ 10−4 В пол )2 Fпол + (2 ⋅ 10−4 В пл )2 Fпл .
(8.12)
Или, учитывая, что величина магнитного потока, пересекающего опорную поверхность детали Ф = Впол·Fпол, Вб, Q1 можно определить как
Q1 = 4,06 Ф2 / Fпол или Q1 = 4,06 В2 ⋅ Fпол ,
(8.13)
где Впол – магнитная индукция по сечению полюса; Впол =
= (16…18)·103 Вб/м2 = (1,6…1,8)·104 Тл; Впл – магнитная индукция по опорной поверхности плиты, Тл; Ф – величина магнитного потока, пересекающего опорную поверхность детали, Вб.
Bпл = (F пол / Fпл )Bпол .
(8.14)
Определение величины Q1 является проверочным расчетом.
Для надежного удержания (закрепления) детали должно соблюдаться условие Q1 > Q. Некоторого увеличения силы Q1 можно
добиться при приближении m = Fпол/Fпл к единице.
Магнитные зажимные устройства (плиты, планшайбы,
ГОСТ 16528–87) имеют постоянные магниты 1 (рис. 8.11, а),
изолированные немагнитными прокладками 2 и скрепленные
с проставками 3 немагнитными связями (обычно заклепками)
в один общий блок. Удерживаемая заготовка 4 представляет собой якорь, через который замыкается магнитный силовой поток.
Для открепления заготовки блок сдвигается при помощи эксцентрикового или кривошипного механизма 5 вдоль плиты.
Магнитный силовой поток замыкается при этом через корпус
и крышку плиты, минуя заготовку.
120
Рис. 8.11. Схемы зажимных устройств с постоянными магнитами
В магнитных патронах (рис. 8.11, б) магнитный блок 1 выполняют поворотного типа. Удерживание заготовки 2 происходит при положении блока, когда его полюса совпадают с полюсами крышки 3. При повороте блока вокруг оси патрона его полюса выходят за конфигурацию полюсов крышки, магнитный
силовой поток замыкается через корпус и крышку, и заготовку
можно снять с патрона. Поворот блока осуществляется через
конические зубчатые колеса 4 и 5 при помощи ключа. Магнитные патроны часто снабжают наставками в виде дисков, на лицевой стороне которых выполняют центрирующие выточки для
установки заготовок типа колец или шайб с базовой внутренней
или наружной цилиндрической поверхностью.
На рис. 8.11, в показана магнитная призма для закрепления
цилиндрических заготовок. При горизонтальном положении поворотного магнита 1 (проекция слева) магнитный силовой поток
проходит через обе щеки 2, 3 призмы и заготовку 5. При вертикальном положении магнита (проекция справа) поток замыкается в корпусе призмы, и заготовка раскрепляется.
121
Преимущество плит с постоянными магнитами: полная автономность вследствие отсутствия питания током; исключена
возможность сдвига детали при аварийном выключении тока,
большая безопасность в работе. Плиты с постоянными магнитами обеспечивают удерживающую силу до 15 кг/смг, как и электромагнитные устройства.
Недостатки: небольшие в сравнении с пневмо- или гидравлическими устройствами усилия зажима; базовые поверхности
заготовок должны быть ровными и чисто обработанными, поскольку с увеличением шероховатости поверхности удерживающая сила снижается; закрепление деталей только из магнитных материалов; возможность намагничивания деталей.
8.3. Вакуумные зажимные устройства
Работают по принципу непосредственной передачи атмосферного давления на обрабатываемую заготовку. Схемы вакуумных зажимов показаны на рис. 8.12.
а
б
Рис. 8.12. Схемы вакуумных зажимов
Заготовка 1 устанавливается в центрирующую выточку
(рис. 8.12, а) или на плоскость (рис. 8.12, 6) корпуса приспособления А, из полости Б которого удаляют воздух. Заготовка
к корпусу приспособления прижимается атмосферным давлени122
ем. Герметичность системы обеспечивают уплотнением из круглого или прямоугольного резинового шнура 2. Уплотнительный
шнур выполняют из вакуумной резины (при отсутствии масел).
Размеры шнура и канавки определяют работоспособность приспособления. При контакте заготовки с опорной поверхностью
плиты шнур должен заполнять канавку и деформироваться по
высоте на 5–10 %.
Сила зажима в вакуумном приспособлении определяется по
формуле
Q =[F(ра – р0) – Руп]k,
(8.15)
где F – площадь, ограниченная внутренним контуром резиновой
прокладки, см2; ра – атмосферное давление; р0 – остаточное давление в камере после разрежения, (ра – р0) = ри – избыточное
давление и обычно составляет 0,88…0,931 кгс/см2; Руп – упругая
сила сжатой прокладки; k = 0,8 …0,90 – коэффициент герметичности вакуумной ситемы. Поскольку более глубокий вакуум незначительно увеличивает силу прижима поэтому создание его
нецелесообразно.
В прил. 2 представлена Лабораторная работа № 2, в которой отражено практическое применение теоретического материала, изложенного в гл. 6–8.
Контрольные вопросы к главе 8
1. Какие зажимные устройства относятся к простым?
2. Какие зажимные устройства называются комбинированными? Назовите их.
3. Перечислите основные требования, предъявляемые к зажимным устройствам.
4. Простые зажимные устройства и механизмы.
5. Какая характеристика является важной для удержания
заготовки электромагнитным устройством?
6. Какой основной недостаток электромагнитных зажимных (удерживающих) устройств?
123
7. Какие зажимные устройства называются центрирующими?
8. Какие силовые приводы применяются в зажимных устройствах и механизмах?
9. Что такое пневматические приводы?
10. Назовите рычажные прижимы, их достоинства, недостатки.
11. К какому типу приводов относится мембранный привод?
12. Что такое эксцентриковый привод зажимных устройств?
13. Чем определяется сила зажима в вакуумном приспособлении?
124
ГЛАВА 9. КОРПУСА ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Корпус является базовой деталью приспособления. На корпусе монтируют зажимные и силовые устройства, установочные
элементы, детали для направления инструмента и вспомогательные детали.
Форма и размеры корпуса приспособления зависят от формы и габаритных размеров обрабатываемых в приспособлении
заготовок и расположения установочных зажимных и направляющих деталей приспособления.
К корпусу приспособления предъявляют следующие основные требования:
– поскольку силы зажима и силы, возникающие при сборке
и сварке изделия закрепленного в приспособлении, передаются
корпусу приспособления, он должен иметь достаточную жесткость и прочность при минимально возможном весе;
– должен быть удобный доступ к корпусу для быстрой и
правильной установки опорных, зажимающих элементов приспособления
– обеспечивать быструю, удобную установку и снятие обрабатываемых деталей;
– удобную конструкцию для очистки приспособления от
флюса, шлака, брызг и т.п.;
– возможность быстрой и удобной установки и съема заготовок;
– конфигурация и размеры основной базы корпуса должны
быть такими, чтобы обеспечить возможно большую устойчивость приспособления при установке его на фундаменте, столе
сварщика, планшайбе позиционера, манипулятора, столе станкаавтомата и тому подобном оборудовании;
– корпус должен быть прост в изготовлении, обеспечивать
безопасность работы.
125
При соблюдении всех технических требований трудоемкость изготовления корпуса и его себестоимость должны быть
минимальными.
Корпуса приспособлений изготавливают:
– литыми из серого чугуна;
– сварными из листовой стали;
– коваными из стали;
– из отдельных стандартизованных или нормализованных
деталей, скрепленных винтами.
Корпуса приспособлений из чугуна СЧ 12 и СЧ 18, СЧ 32
применяют для изделий мелких и средних размеров; их изготавливают из литых стандартных заготовок (например, некоторые
типы заготовок корпусов плиты; коробки; швеллеры; трехгранник; четырехгранник; угольники; угольники с ребрами; ребра;
планки. Рабочие поверхности корпусов обработаны с шероховатостью поверхностей Ra = 2,5…1,25 мкм; отклонение от параллельности и перпендикулярности рабочих поверхностей корпусов 0,03…0,02 мм на длине 100 мм.
Применение таких стандартных заготовок значительно
уменьшает трудоемкость и стоимость изготовления корпусов и
всего приспособления. Корпуса из чугуна имеют преимущества
перед корпусами из стали: они дешевле, им легче придать более
сложную форму, легче изготовить. Недостаток чугунных корпусов заключается в возможности их коробления, поэтому после
предварительной механической обработки их подвергают термообработке (естественное или искусственное старение).
Сварные стальные корпуса применяют в основном в приспособлениях для крупных изделий. Сварные корпуса изготавливают из стали марок Ст3, 5, 6. Сварные стальные корпуса по
сравнению с литыми чугунными имеют меньший вес, проще в
изготовлении и стоят дешевле.
К недостаткам сварных корпусов относится деформация
при сварке, поэтому в деталях корпуса возникают остаточные
напряжения, которые влияют на точность. Для снятия остаточ126
ных напряжений сварные корпуса проходят отжиг. Для большей
жесткости к сварным корпусам приваривают уголки, служащие
ребрами жесткости.
Использование стандартных и нормализованных заготовок
для корпусов приспособлений значительно снижает трудоемкость и стоимость изготовления приспособлений и сокращает
сроки подготовки производства к выпуску новых изделий.
Корпусы приспособлений для сборки простейших конструкций выполняют в виде единой базовой детали различной
конфигурации. Корпусы сложных приспособлений представляют собой сборную конструкцию. Ее элементы (рис. 9.1) могут
быть выполнены литьем, сваркой или из сортового проката, путем использования различных материалов. Выбор варианта определяется условиями эксплуатации приспособления, сроками,
себестоимостью и технологией его изготовления.
Рис. 9.1. Типы стандартных элементов корпусов
Детали приспособлений должны быть жесткими при изгибе
и кручении. Корпусные детали приспособлений не должны деформироваться при зажиме и вызывать деформаций стола, на
127
которых они закреплены. Поэтому при конструировании приспособлений опорные и несущие конструкции корпусов приспособлений рассчитываются на прочность и жесткость либо по заданным зажимным усилиям, либо по возможным деформациям,
возникающим в процессе сварки.
В качестве примера приведем расчет верхней и нижней
опорных балок сборочно-сварочного стенда клавишного типа
(рис. 9.2).
а
б
Рис. 9.2. Клавишное зажимное устройство с возвратными пружинами:
а – в исходном; б – в рабочем состоянии; 1 – медная подкладка;
2 – прижимной шланг; 3 – верхняя несущая балка; 4 – натяжной
болт; 5 – возвратная пружина; 6 – шарнир клавиша; 7 – прижимной
клавиш; 8 – подложка для шланга; 9 – нижняя опорная балка; 10 –
свариваемые листы
Приспособление предназначено для сборки и сварки стыковых соединений листов 10 длиной до 6,5 м. Расчетная длина
опорных балок равна 7 м. Материал опорных балок ВСт.Зсп.
Верхняя балка 3 является опорой зажимного клавишного уст128
ройства 7 и одновременно несущей конструкцией для рельсового пути сварочного автомата. Поэтому ее необходимо рассчитывать как на прочность, так и на жесткость, чтобы упругая деформация балки не превышала величины, обусловленной требуемой точностью положения электрода относительно линии шва.
9.1. Расчет верхней балки на прочность
Составляем расчетные схемы (рис. 9.3). Балка работает на
изгиб и кручение. Поскольку в приспособлении используются
клавишные прижимы, примем их погонное усилие р = 20 кгc/см.
На балку действует распределенная нагрузка q = р – g = 20 – 3 =
= 17 кгc/см, где g = 3 кгс/см – собственный вес балки и закрепленных на ней устройств, приходящийся на единицу длины балки. Таким образом, изгиб балки происходит под действием нагрузки q = 17 кгc/см.
б
а
в
Рис. 9.3. Расчетные схемы верхней опорной балки зажимного устройства:
а – поперечное сечение балки и схема расположения действующих
сил; б – схема нагружения балки на изгиб; в – схема нагружения
балки на скручивание
129
Наибольший изгибающий момент (рис. 9.3, б) будет посредине балки:
Ми = (q·L2)/8 = 17·7002/8 = 1041250 кг/см.
Момент инерции сечения балки относительно горизонтальной
оси, проходящей через центр тяжести сечения, I = 58 520 см4. Момент сопротивления W = 2680 см3.
Максимальное напряжение изгиба:
σи = Ми/W = 1041250/2680 = 388 кг/см2.
Балка изготовлена из стали ВСт.Зсп, для которой допускаемое напряжение на изгиб [σ]и = 2400 кг/см2, что существенно
выше расчетного, следовательно, балка обладает гарантированной прочностью на изгиб. Однако она одновременно работает и
на кручение.
Наибольший крутящий момент (от внецентренной нагрузки
на клавиши) действует не посредине длины балки (как при изгибе), а по ее концам и, следовательно, не совмещается с действием наибольшего изгибающего момента. В среднем сечении балки крутящий момент равен нулю. Поэтому влияние скручивания
балки на ее прочность невелико и им можно пренебречь, чего, однако, нельзя сказать об этом влиянии на жесткость балки.
9.2. Расчет верхней балки на жесткость
Наибольший прогиб балки под действием равномерно
распределенной нагрузки q будет посредине ее пролета
(см. рис. 9.3, б):
f =
5q ⋅ L4
384 E ⋅ I
=
5 ⋅ 17 ⋅ 7004
384 ⋅ 2,1 ⋅ 106 ⋅ 58520
= 0,43 см = 4,3 мм.
Кроме того, балка приобретает деформацию скручивания,
причем наибольший угол закручивания будет посредине балки
и, следовательно, его деформативное действие будет совме130
щаться с действием изгиба балки. Балка нагружена крутящим
моментом, равномерно приложенным по всей ее длине (рис. 9.3, в):
Mкр = p·l0 = 20·32 = 640 кгс·см на 1 пог. см.
Для консольной балки трубчатого (в том числе и трапецеидального) сечения, нагруженной на свободном конце крутящим
моментом Мкр, напряжение и деформация определяются по известным формулам теории упругости. Напряжение
τ = M кр 2 F δ,
(9.1)
угол закручивания балки на ее свободном конце
α = M кр ⋅ s ⋅ l 4 F 2Gδ.
(9.2)
Здесь F – площадь, ограниченная срединной (штриховой) линией (рис. 9.3, a); s – длина этой линии; δ – толщина стенки; G =
= 800 000 кгс/см2 – модуль сдвига; l – длина консоли.
Из условия симметрии рассматриваемой балки и симметрии нагрузки на кручение следует, что эта двухопорная балка
длиной L для расчета на кручение может быть заменена эквивалентной консольной балкой длиной 0,5L, заделанной в своей
опоре и нагруженной равномерно распределенным крутящим
моментом, равным mкр = p·l0, где l0 – поперечное плечо силы р
относительно центра тяжести сечения балки (см. рис. 9.3, а).
Наибольшее касательное напряжение кручения будет в
месте заделки (на опоре), где действует наибольший крутящий
момент:
M кр = (mкр ⋅ L) 2 = (p ⋅ l0 ⋅ L) 2.
(9.3)
Подставляя это значение Мкр в формулу (9.1), получаем выражение для наибольшего напряжения кручения:
τ = (p ⋅ lo ⋅ L) 4 F δ.
(9.4)
Наибольший угол закручивания балки α в ее середине определится формулой
131
α = p ⋅ l0 ⋅ L2 ⋅ s 32 F 2Gδ.
(9.5)
Пользуясь расчетными формулами (9.4), (9.5) и размерами
балки (см. рис. 9.3, а), найдем численные значения τ (в опоре) и
наибольшего угла закручивания α:
τ = (p ⋅ l0 ⋅ L) 4 F δ = (20 ⋅ 32 ⋅ 700) (4 ⋅ 1440 ⋅ 1,6) = 49 кгс/см2 ;
α = p ⋅ lo ⋅ L2 ⋅ s 32 F 2Gδ =
= 20 ⋅ 32 ⋅ 7002 ⋅ 152 32 ⋅ 14402 ⋅ 800000 ⋅ 1,6 = 0,0056 рад.
Ввиду малости напряжения кручения τ им можно пренебречь, тем более что оно не совпадает по сечению балки с
наибольшим нормальным напряжением изгиба σи. Однако наибольшая деформация кручения α совпадает (по сечению) с наибольшим прогибом балки посредине пролета. Поэтому необходимо суммировать ее деформативное действие с действием изгиба.
Максимальное отклонение конца электрода (точка А),
(см. рис. 9.3, а) по вертикали и горизонтали при совместном
действии изгиба и кручения будет в момент нахождения аппарата на середине балки. Отклонение конца электрода А вверх по
вертикали будет равно прогибу балки, f = 4,3 мм. В результате
скручивания балки конец электрода (точка А) отклонится еще
вверх по дуге окружности, описанной радиусом R из центра
кручения (приближенно – из центра тяжести сечения балки)
(см. рис. 9.3, а), и это перемещение
j = R·α = 454·0,0056 = 2,5 мм
(9.6)
По размерам на рис. 9.3, а можно определить вертикальную
jв и горизонтальную jг составляющие перемещения: jв = 365α =
= 365·0,0056 = 2 мм; jг = 270α = 270·0,0056 = 1,5 мм.
Суммарное вертикальное перемещение электродного
мундштука вверх и соответствующее увеличение вылета электрода hв = f + jв = 4,3 + 2 = 6,3 мм. Горизонтальное смещение
электрода от оси свариваемого стыка hг = jг =1,5 мм.
132
Эти отклонения близки к предельным, поэтому для их
уменьшения или полного устранения рекомендуется устанавливать и закреплять направляющие рельсов для сварочного автомата на балке при включенном зажимном устройстве, т.е. при
рабочем, изогнутом, состоянии балки. Именно при таком упруго-деформированном состоянии опорной балки следует выверять прямолинейность и строгую параллельность направляющих относительно оси свариваемого стыка (по вертикали и горизонтали) путем постановки соответствующих прокладок.
9.3. Расчет нижней опорной балки
на прочность и жесткость
В стационарных зажимных устройствах, установленных на
полу цеха, нижняя продольная балка 9 (см. рис. 9.2) укрепляется
на жестком основании, и поэтому ее деформации и напряжения
практически могут быть сведены к нулю путем соответствующего усиления фундамента.
Если же нижняя балка устанавливается не на сплошном
фундаменте, а на отдельных опорах, то ее расчет на прочность и
жесткость необходим. В этом случае ее надо рассматривать как
балку, опертую по концам и нагруженную равномерно распределенной нагрузкой q = 2р + gн, значительно превосходящей нагрузку верхней балки.
Расчетный изгибающий момент в нижней балке и прогиб
Ми = [(2р + gн)L2]/8,
5q ⋅ L
4
f =
384 E ⋅ I
(9.7)
5(2 p + gн )L
4
=
384 E ⋅ I
,
(9.8)
где р – погонное усилие одного ряда клавишей, кгс/см; gн – собственный погонный вес нижней балки, кгс/см.
В рассматриваемом примере зажимного устройства нижняя
балка имеет коробчатое сечение со следующими размерами: вы-
133
сота балки 700 мм, ширина 300 мм, толщина стенок 16 мм; толщина поясов 24 мм. Момент инерции сечения I = 239 000 см4,
момент сопротивления W = 6800 см3. По формуле (9.7) определяем изгибающий момент и соответствующее напряжение изгиба: Ми = [(2·20 + 4)·7002]/8 = 2,7·106 кгс·см;
σи = Ми/W = 2,7·106/6800 = 397 кгс/см2.
По формуле (9.8) находим прогиб балки посредине:
f =
5(2 ⋅ 20+4)7004
384 ⋅ 2,1 ⋅ 106 ⋅ 239000
= 0,27 см = 2,7 мм.
Определим, чему равно изменение вылета электрода в результате упругого деформирования верхней и нижней балок.
Суммарное изменение вылета электрода равно сумме прогибов верхней и нижней балок плюс вертикальная составляющая отклонения электрода в результате скручивания верхней балки: hэл =
= 4,3 + 2,7 + 2,0 = 9 мм. Эта величина должна быть меньше величины допускаемой по технологии сварки. При автоматической
сварке под флюсом допускается отклонение вылета электрода от
номинала ±5 мм, суммарно 10 мм. Таким образом расчетная величина отклонения электрода не превышает допустимого.
9.4. Вспомогательные устройства и элементы
Они служат для расширения технологических возможностей,
повышения быстродействия приспособлений, удобства управления
ими и их обслуживания. К вспомогательным относятся поворотные и делительные устройства с дисками и фиксаторами; различные выталкивающие устройства (выталкиватели); быстродействующие защелки и откидные винты для крепления откидных элементов приспособлений; подъемные механизмы станочных приспособлений, обеспечивающие выполнение специальных приемов:
тормозные и прижимные устройства; рукоятки; сухари; шпильки;
маховички; крепежные и другие детали.
134
С помощью поворотных, делительных и подъемных устройств, применяемых в приспособлениях, заготовке придаются
различные положения относительно других деталей или, чаще
всего, изделия относительно сварочного инструмента. Делительные устройства в сборочно-сварочных приспособлениях
чаще используются для поворота изделия на угловой шаг. Одно
из таких устройств – делительная голова – показано на рис 9.4.
Делительные устройства состоят из дисков, закрепляемых на
поворотных частях приспособлений, и фиксаторов (рис. 9.5).
Рис. 9.4. Делительная головка
Делительная головка обеспечивает поворот шпинделя 6 и
имеет делительное устройство, состоящее из диска 8, фиксатора 5,
эксцентрикового устройства 4 вывода фиксатора из паза делительного диска. Поворот шпинделя 6 во втулке 7 контролируется по лимбу 1. Кроме того, для разгрузки делительного механизма от крутящего момента и исключения вибрации при обработке заготовок предусмотрено, прижимное устройство 3 с рукояткой 2. После поворота на необходимый угол и фиксации
шпинделя вращением гайки 3 торцы делительного диска 8, закрепленного на фланце шпинделя, и лимба 1 плотно прижимаются к поверхностям корпуса 9.
135
Наиболее просты в изготовлении, но наименее точны в работе шариковые фиксаторы. Фиксаторы кнопочного типа с цилиндрическими пальцами могут воспринимать значительные
усилия. Наиболее точными являются фиксаторы с коническими
пальцами реечного типа. Для повышения износостойкости
стальные пальцы и втулки фиксаторов выполняют с закалкой
или цементацией и закалкой до твердости HRC 56...61.
а
б
в
г
Рис. 9.5. Фиксаторы: а – шариковый; б – конический реечный;
в – цилиндрический; г – для диска с пазами
Для придания углового положения детали, изделию относительно вертикальной оси в сборочно-сварочных приспособлениях аналогично делительной головке применяются пневматические поворотные тиски (рис. 9.6). Зажим детали осуществляется
с помощью подвижной губки, перемещающейся от пневмопоршня.
Требуемый угловой поворот задается и контролируется по лимбу.
Рис. 9.6. Универсальные поворотные тиски с пневмоприводом: 1 –
корпус; 2 – подвижная губка; 3 – рычаг; 4 – шток; 5 – поршень; 6 –
неподвижная губка; 7 – воздушный кран; 8 – лимб с угловыми
делениями
136
Выталкиватели (рис. 9.7) используются для ускорения выемки
небольших изделий из приспособления после сборки или сварки.
а)
б)
б
в)
а
в
Рис. 9.7. Выталкиватели: а – пружинный;
б – рычажный; в – кнопочный
В качестве вспомогательных устройств в приспособлениях
используются устройства для контроля правильности установки
детали, узла, конструкции. Для проверки радиального или осевого
биений применяют поворотные устройства; для контроля соосности цилиндрических деталей применяют приводные механизмы
для их вращения. Многие из этих устройств выполняют аналогично соответствующим устройствам станочных приспособлений.
Специфичными являются передаточные устройства между
контролируемым изделием и отсчетным или предельным измерителем (индикатором, электроконтактным датчиком). Пример
простейшей конструкции этого устройства показан на рис. 9.8, а.
а)
а
в)
б)
б
в
г г)
Рис. 9.8. Вспомогательные устройства контроля
137
Измеритель может быть вынесен в удобное место, что предохраняет его от случайных повреждений в процессе работы, так
как благодаря ограничивающим упорам ход штифта меньше
предела измерения индикатора. Для изменения направления линейного перемещения и передаточного отношения служат рычажные передачи (рис. 9.8, б). Преимуществом двух последних
конструкций является возможность регулировки зазоров, возникающих в процессе износа. Применяется также подвеска рычагов на плоских стальных пружинах толщиной 0,2–0,3 мм
(рис. 9.8, в). Эта система не требует регулировки, так как в процессе ее работы износа не наблюдается. Если измерительное
устройство мешает установке и снятию контролируемых изделий, то его снабжают рычажком для отвода (рис. 9.8, г) или выполняют в виде поворотного (отводимого) узла.
Контрольные вопросы к главе 9
1. Какие требования предъявляются к корпусу приспособления?
2. Какие функции выполняет корпус приспособления?
3. Какие материалы используются для изготовления корпусов?
4. Какие способы применяют для изготовления корпусов
приспособления?
5. Назовите вспомогательные устройства и элементы
приспособления.
6. Для чего предназначена делительная головка в приспособлении?
7. Какие типы фиксаторов применяют в приспособлениях?
Их назначение.
8. Назначение устройств контроля в приспособлении.
138
ГЛАВА 10. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ПРИМЕНЕНИЯ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
Эффективность применения приспособлений оценивается
следующими основными техническими показателями:
– снижение процента брака;
– улучшение качества продукции, повышение точности изготовления;
– облегчение условий труда на операции;
– исключение или уменьшение объема тяжелого ручного
труда.
Помимо технических показателей, эффективность применения технологической оснастки может оцениваться двумя методами:
1) согласно ГОСТ 14.305 – 73 путем сопоставления фактических затрат (по результатам внедрения) с плановыми;
2) путем сопоставления показателя экономии от применения приспособления с затратами на его изготовление и эксплуатацию. В этом случае условие эффективного использования
приспособления выражается формулой
Э ≥ Зmах,
(10.1)
где Э – ожидаемая экономия от применения приспособления
в анализируемый период; Зmах – максимальные затраты на приспособление в тот же период.
Ожидаемая экономия может быть определена по формуле
(Т
Э=
шт
Р 

п
− Тшт
)ам ⋅ N 1 + 100 

,
k
(10.2)
где Тшт – штучно-калькуляционное время выполнения операции
без приспособления или в существующем приспособлении,
п
нормо-часы; Т шт
– ожидаемое штучно-калькуляционное время
139
на операции после внедрения проектируемого приспособления,
нормо-часы; ам – средняя стоимость одного нормо-часа производственного рабочего, руб.; N – планируемая месячная программа (количество повторов операций), шт.; Р – процент накладных расходов на зарплату, %; k – коэффициент годовых
расходов,
1 q
k= +
,
i 100
(10.3)
где i – срок амортизации или срок использования приспособления в годах (для простых приспособления i равен одному году,
для сложных i равен двум годам); q – часть общих накладных
расходов, связанная с применением приспособления (наладка,
содержание, ремонт и пр.), %.
Максимальная стоимость приспособления подсчитывается
по упрощенной схеме, применяемой в заводской практике. Величину Зmах можно при предварительной калькуляции определить как сумму стоимости материалов, потребных для его изготовления и стоимости изготовления, т.е.
Зmах = Зм + аи·t,
(10.4)
где Зм – стоимость материалов, затраченных на изготовление
приспособления, руб.; аи – стоимость одного нормо-часа рабочего инструментального цеха, руб; t – количество нормо-часов, затраченных на изготовление приспособления. Величина t для
ориентировочных расчетов может быть определена исходя из
сложности чертежа приспособления:
t = tср·kc,
(10.5)
где tср – средняя трудоемкость в нормо-часах, установленная на
основе статистических данных о трудоемкости изготовления
уже внедренных приспособлений средней сложности на данном
предприятии, в данной отрасли; kc – коэффициент, характеризующий сложность чертежа приспособления.
140
Абсолютная экономия от замены существующего приспособления новым
Е = Э – Зmах – Зсущ.
(10.6)
Абсолютная экономия от вновь разработанного приспособления
Е = Э – Зmах.
(10.7)
В ряде случаев экономическая эффективность применения
приспособления определяется не повышением производительности труда, а повышением стабильности качества сборки и
сварки изделий, т.е. снижением процента бракованных изделий
и затрат на их исправление.
Контрольные вопросы к главе 10
1. Как определяется максимальная скорость приспособления?
2. Какие технические показатели определяют экономическую эффективность применения приспособлений?
3. Как определяется абсолютная экономия от замены существующего приспособления новым?
4. В каких случаях целесообразно использовать приспособление?
141
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Андреев Г.Н., Новиков В.Ю., Схиртладзе А.Г. Проектирование технологической оснастки машиностроительного производства: учеб. пособие для машиностроит. спец. вузов / под
ред. Ю.М. Соломенцева. – 2-е изд., испр. – М.: Высш. шк., 1999. –
415 с.
2. Белоусов А.П. Проектирование станочных приспособлений. – М.: Высшая школа, 1980. – 240 с.
3. Виноградов B.C. Технологическая подготовка производства сварных конструкций в машиностроении. – М.: Машиностроение, 1981. – 224 с.
4. Доброквашин Л.А. Основы конструирования сборочно-сварочных приспособлений. – Ростов на/Д, 1978. – 56 с.
5. Кисельников В.Б. Пневматические приводы и аппаратура
электросварочного оборудования. – Л.: Машиностроение, 1978. –
200 с.
6. Колесов И.М. Основы технологии машиностроения:
учебник для машиностроит. спец. вузов. – М.: Высш. шк.,
1999. – 591 с.
7. Севбо П.И. Конструирование и расчет механического
сварочного оборудования. – Киев: Наукова думка, 1978. – 400 с.
8. Корсаков B.C. Основы конструирования приспособлений
в машиностроении: учебник для вузов. – 2-е изд. – М.: Машиностроение, 1983. – 277 с.
9. Лукьянов В.Ф. Проектирование сборочно-сварочной оснастки: учеб. пособие. – Ростов н/Д, 1976. – 54 с.
10. Николаев Г.А., Куркин С.А., Винокуров В.А. Сварные
конструкции. Прочность сварных соединений и деформации
конструкций: учеб. пособие. – М.: Высш. шк., 1982. – 272 с.
11. Орлов П.К. Основы конструирования: справ.-метод. пособие: в 2 кн. – М.: Машиностроение, 1988. – 560 с.
142
12. Рыжков Н.Н. Производство сварных конструкций в тяжелом машиностроении. – М.: Машиностроение, 1980. – 375 с.
13. Справочник по сварке. Т. 3 / под ред. В.А. Винокурова. –
М.: Машиностроение. 1970. – 503 с.
14. Таубер Б.А. Сборочно-сварочные приспособления и механизмы. – М.: Машгиз, 1951.– 412 с.
15. Торчун И.П. Внутренние усилия и деформации при
сварке. – М.: Машгиз, 1964. – 246 с.
16. Тюрин В.Ф. Конструирование сборочно-сварочных приспособлений. – М.: Машгиз, 1964. –76 с.
17. Пономарев В.А., Чугунихин И.С., Бородин Ю.В. Универсально-сборные приспособления для сборочно-сварочных
работ: альбом. – М.: Машиностроение, 1981. – 152 с.
18. Универсальные агрегатированные силовые узлы и элементы крепления механизации сборочно-сварочного производства / НИНФОРМ-тяжмаш. – М., 1972. – 111 с.
19. Уткин Н.Ф. Приспособления для механической обработки. – 2-е изд. – Л.: Лениздат, 1983. – 175 с.
143
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Лабораторная работа № 1
«Разработка эскизного проекта
сборочно-сварочного приспособления»
Цель работы
1. Изучение основных приемов и методов проектирования
сборочных, сборочно-сварочных приспособлений; основных
понятий теории базирования, схем базирования деталей, узлов в
конструкции.
2. Приобретение навыков рационального выбора типового
или специализированного приспособления для производства
сварной конструкции в соответствии с характером производства, типом изготавливаемых изделий, их размерами, массой и т.д.
3. Приобретение навыков проектирования специализированного приспособления для производства заданной сварной
конструкции, расчета зажимных элементов приспособления.
Порядок выполнения работы
Для выполнения работы необходимо изучить материал, изложенный в данном пособии, а также использовать дополнительные литературные источники, приведенные в списке литературы и по выбору студента, содержащие информацию по теме
работы.
Задание: осуществить эскизную разработку сборочного
или сборочно-сварочного приспособления для изготовления заданной сварной конструкции с учетом наиболее полной механизации и автоматизации операций.
Последовательность выполнения
1. Начертить эскиз заданного свариваемого изделия с указанием габаритных и установочных размеров деталей в изделии,
материала изделия, веса изделия.
144
2. Определить характер предполагаемого производства
(единичное, серийное, массовое, мелкосерийное), способ выполнения сварных соединений.
3. Определить последовательность сборки и сварки (технологическую схему) комплектующих узлов и изделия в целом.
4. Определить тип приспособления с учетом технологической схемы изготовления изделия, способа сварки, формы, размеров и требуемой размерной точности изготавливаемого изделия, качества сборки и сварки, типа производства, программы
выпуска.
5. Разработать и начертить схему базирования деталей
в конструкции с указанием расположения всех опорных точек
и усилий зажима, руководствуясь рекомендациями глав 2, 3.
6. Разработать принципиальную схему приспособления –
чертеж сварного изделия, на котором указать в виде условного
графического обозначения опорные и зажимные элементы будущего приспособления, а также характерные размеры, руководствуясь рекомендациями глав 4 и 5.
Оформление работы
Отчет оформляется на листах формата А4 и должен содержать графический и текстовый материал о ходе выполнения задания по пунктам 1–6.
Первый лист – титульный (название работы «Разработка
эскизного проекта приспособления для производства (название
заданной конструкции)», Ф.И.О. студента, выполнившего работу, группа, Ф.И.О преподавателя.
Работа считается выполненной при условии требуемого
оформления текстовой и графической ее частей. Защита проводится в виде ответов на вопросы по теме работы.
145
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Лабораторная работа № 2
«Выбор и расчет зажимных элементов и силовых
приводов приспособления»
Цель работы
1. Приобретение навыков рационального выбора типовых
или специализированных зажимных элементов приспособления
для сборки сварной конструкции с учетом характера производства, типа изготавливаемых изделий, их размеров, массы и т.д.
2. Приобретение навыков проектирования и умения проводить расчет зажимных элементов сборочного или сборочносварочного приспособления для производства заданной сварной
конструкции.
Порядок выполнения работы
Для выполнения работы необходимо изучить материал,
изложенный в данном пособии, а также использовать дополнительные литературные источники, приведенные в списке
литературы и по выбору студента, содержащие информацию
по теме работы.
Задание: осуществить выбор типовых или специализированных зажимных элементов сборочного или сборочносварочного приспособления для изготовления заданной сварной
конструкции и выполнить их расчет
Последовательность выполнения
1. На основе схемы приспособления, разработанной при
выполнении лабораторной работы № 1, определить типы зажимных устройств, необходимых для фиксирования деталей в
конструкции при ее сборке (сборке-сварке), руководствуясь рекомендациями главы 7.
146
2. Провести оценку и назначить (определить) требуемые
силы зажатия детали, исключающие ее смещение при проведении технологических операций, транспортировке и т.п.
3. Осуществить выбор и выполнить эскиз одного из выбранных зажимных устройств и его силового привода
с указанием необходимых характерных и рабочих размеров.
4. Выполнить эскиз зажимного устройства в рабочем взаимодействии с фиксируемой деталью с обозначением действующих сил, реакций сил и моментов.
5. Выполнить расчет зажимного устройства: определить величину исходной силы; определить характерные размеры силовых элементов зажима и силового привода, руководствуясь рекомендациями глав 7, 8.
Оформление работы
Отчет оформляется на листах формата А4 и должен содержать графический и текстовый материал о ходе выполнения задания по пунктам 1–6.
Первый лист – титульный (название работы «Выбор и расчет зажимных элементов приспособления для сборки (сборкисварки) (название заданной конструкции)».
Ф.И.О. студента, выполнившего работу, группа, Ф.И.О преподавателя.
Работа считается выполненной при условии требуемого
оформления текстовой и графической ее частей. Защита проводится в виде ответов на вопросы по теме работы.
147
Учебное издание
Лямин Яков Васильевич
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
СБОРОЧНО-СВАРОЧНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
Учебное пособие
Редактор и корректор И.А. Мангасарова
Подписано в печать 25.12.12. Формат 60×90/16.
Усл. печ. л. 9,25.
Тираж 100 экз. Заказ № 288/2012.
Издательство
Пермского национального исследовательского
политехнического университета.
Адрес: 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, к. 113.
Тел. (342) 219-80-33.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
524
Размер файла
16 412 Кб
Теги
сварочные, сборочного, приспособлений, 2621, основы, проектирование
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа