Проектирование механизма поворота автоматизированных станков (стр. 1 из 2)

Механизмы поворота находят широкое применение в автоматах, агрегатных станках и автоматических линиях различного технологического назначения. Они используются для осуществления делительного поворота шпиндельных блоков, поворотных столов, каруселей, а также в механизмах ориентации обрабатываемых заготовок автоматизированного оборудования. Механизмы поворота могут быть механические, гидравлические, пневмогидравлические, и пневматические. Широко применяются в автоматах, агрегатных станках и автоматических линиях механические и гидравлические механизмы поворота.

Механические поворотные устройства в свою очередь можно разделить на четыре основные группы: зубчатые, рычажные, кулачковые и мальтийские механизмы. Основные требования, предъявляемые к механизмам поворота, следующие: быстрота, плавность и точность установки в рабочую позицию поворачиваемого узла, надежность и долговечность работы, простота конструкции.

Для обеспечения точного положения поворотных устройств после поворота и стабильности их положения под воздействием нагрузки применяют механизмы фиксации. Наибольшее распространение получили мальтийские механизмы, которые применяются для периодического поворота шпиндельных блоков, револьверных головок, поворотных головок, поворотных столов, каруселей и других узлов, в станках-автоматах и автоматических линиях.

Цель работы:

По полученным исходным данным и приведённому в [1] и [2] алгоритму произвести проектировочный и проверочный расчёты мальтийского креста с использованием ПК MathCAD.

Весь расчёт, выполненный в MathCAD представлен в приложении.

Исходные данные

Таблица 1

Индивидуальные данные по расчётному заданию

Тип мальтийского механизма	Механизм с внешним зацеплением
Число пазов креста Z	12
Межосевое расстояние А, мм	400
Время поворота t_д, с	2,5
Диаметр планшайбы D, мм	1200
Масса подвижного узла G, кг	1200

1. Кинематический анализ и расчёт мальтийских механизмов

1.1. Основные особенности и принцип действия мальтийских механизмов

Наиболее широко применяют “правильные” мальтийские механизмы с внешним и внутренним зацеплением, а также сферические, обеспечивающие поворот узлов на равные углы с постоянной продолжительностью периодов простоя и движения. Мальтийские механизмы состоят из следующих основных элементов: мальтийского креста, кривошипа (поводка) с пальцем. Кривошип вращается с постоянной скоростью w0, а палец входит поочередно в радиальные пазы креста, поворачивая его каждый раз на 1/z оборота, где z-число пазов креста. После выхода пальца (ролика) из паза крест останавливается, и его положение фиксируется каким-либо устройством. Время поворота подвижного узла соответствует времени холостого хода, а время простоя – времени обработки в цикле технологического процесса.

Мальтийские механизмы отличаются высоким КПД и простотой конструкции. Они обеспечивают достаточную плавность и быстроту поворота при высокой надежности в работе. К их недостаткам относятся непостоянство скорости креста и связанных с ним деталей, большие пики ускорения (особенно при малом числе пазов), что вызывает повышенные инерционные нагрузки. Для обеспечения плавной работы механизма угловая скорость креста должна быть равна нулю в момент входа пальца кривошипа в паз креста и в момент выхода из него. Для этого центр кривошипа должен быть расположен так, чтобы в момент входа и выхода пальца вектор его скорости был направлен вдоль оси паза креста.

1.2. Определение углов поворота и коэффициентов времени работы мальтийских механизмов

Расчётная схема мальтийского механизма с внешним зацеплением показана на рис.1, где 2α - угол поворота креста, 2β - угол поворота кривошипа, R_к- радиус креста, А - межосевое расстояние, z- число пазов креста, r- радиус кривошипа.

Рис.1. - Расчётная схема мальтийского механизма: 1 – мальтийский крест; 2 – кривошип; 3 – палец

Полный угол поворота креста:

Тогда:

;

Время движения креста:

Следовательно, частота вращения вала кривошипа:

Угловая скорость вращения кривошипа:

Время простоя (останова):

;

Время полного оборота кривошипа:

Коэффициент времени работы мальтийского механизма:

1.3. Определение угловой скорости и углового ускорения мальтийского креста

Угловая скорость креста:

где

- угловая скорость кривошипа;

- текущий угол поворота кривошипа;

- передаточное отношение мальтийского механизма.

Максимальных значений угловая скорость креста

и передаточное отношение

достигают при

Рис. 2. – График зависимости угловой скорости поворота мальтийского креста от угла поворота кривошипа

Угловое ускорение креста:

где

- коэффициент ускорения креста.

Значения углового ускорения креста в моменты начала

и конца

его поворота определяются по формуле при

Рис. 3. – График зависимости углового ускорения мальтийского креста от угла поворота кривошипа

2. Определение основных параметров мальтийских механизмов

Радиус креста:

Длина кривошипа:

Диаметр ролика предварительно выбирают из соотношения:

Примем

Длина паза креста: