Сегласно рис. 58, г

нли приближенно

Величину А можно брать равной 0,0008Ь + 0,02 мм. Силу на штоке для разжима мембраны на угол <р' найдем по формуле

P = Jf!5t-jW . (42)

ИпА 2.3,g-f

По величине этой силы проверяют напряжение в мембране

где Гв - радиус круга контакта штока и мембраны (3-5 мм).

Пример. Определить силу на штоке Р и напряжение в материале мембраны-патрона, передающего момент А1рез= 2 кН-см. Размеры патрона: Ь= 2,5 с *; а - 6,25 см; / = 3 см; Л = 0,5 см; число кулачков и = 10; допуск на диаметр заготовки 6=0,02 мм; f>=0,16; А= 1,5; Л = 0,03 мм; £=2,1 105 АШз.

Решение, Радиальную силу ва одном кулачке найдем по формуле (40);

1,5 2000

= 10-0.16.2,5

FfexoAHM момент

750-10-3 .

2.3,14.2,5=

6,25 -Для т= = 2,5 определим

Ms = 0,545 Ai = 788 НГ

Для определения Р предварительно найдем

-24,оГ,. + ..3)-°

- ппсо , 0.002 0,003 ф' = 0,0062 + -23- - 2 3 = 0,0068.

По формуле (42)

р^ 4я.241000.а,(Ю68д^д„ 0,025 1п

Напряжение в мембране при радиусе поверхности касания = 0,4 с

14. Значения коэффициентов Kj И Kg

Коэффициент ki

Коэффициент 2

Кроме сплошных мембран в патронах применяют также мембраны с центральным отверстием, используемым для пропуска длинных деталей. При наличии отверстия диаметром 2с угол разжима ф, рассчитанный по формуле (41), умножаем на коэффициент ki, а силу на штоке Р, найденную по формуле (42), - на коэффициент 2 Значения этих коэффициентов в зависимости от отношений alb и ale приведены в табл. 14. Наибольшие напряжения в материале мембраны рассчитывают по формуле

1,3- 1,3-

-61пА\ с

1 + 1,86

Конструкция и регламентированы

Рис. 59. Реечно-рычажиы!. важйм с роликовым замком

основные размеры мембранных патронов ГОСТ 16 157-70.

На рис. 57, в показан мембранный патрон с пневматическим устройством, повышающим силу закрепления заготовки. При движении поршня 8 вправо (сжатый воздух подается по каналу 7) мембрана /- прогибается и освобождает заготовку 4. При движении поршня в обратном направлении (сжатый воздух поступает через радиальные отверстия 5 из центрального канала 6) зджим заготовки усиливается, так как к упругим силам прибавляется сила от поршня. Поршень и мембрана соединены втулкой 9.

Реечно-рычажные зажимы (рис. 59) состоят из рейки 3, реечного зубчатош

Рис. во. Роликовые замки

колеса 5, установленного на валу 4, н рычага (рукоятки) 6. Вращая рукоятку против часовой стрелки, опускают рейку н через промежуточную деталь (например, плиту 2) или непосредственно закрепляют заготовку /. Сила закрепления зависит от силы Л^, приложенной к рукоятке. Для сохраиеии'я полученной силы закрепления после снятия силы с рукоятки механизм имеет запирающее устройство (замок), предупрезйДа-ющее обратный поворот реечного колеса под влиянием упругих сил, возникших в звеньях зажимной системы. Ниже рассмотрен! применяемые типы замков.

Роликовый замок (рис. 60, а) состоит из кольца /, закрепленного на корпусе приспособления, и поводкового кольца 2 с вырезом для ролика 4, соприкасающегося со срезанной плоскостью реечного зубчатого валика 3. Поводковое кольцо скреплено с рукояткой зажимного устройства. Вращая рукоятку (по стрелке),

РйС' 61. Действие сил в роликовом замке

передают вращение на вал реечной шестерни через ролик. (Замки этого типа выполняют также с тремя роликами, расположенными иод углом 120 .) Отжим системы предупреждается заклиниванием ролика между поверхностью кольца 1 и срезанной плоскостью валика-3. Заклинивание при действии на ролик сил (рис. 61, а) происходит при условии а < 2ф, где <р - угол трения в местах касания ролика с сопряженными деталями. При передаче вращения на валик 3 (рис. 60, а) возникает значительное трение ролика 4 о поверхность кольца /. На рис. 61, б показана схема действия сил на ролик и соответствующий ей силовой многоугольник. Из этой схемы

f -= 1Г sin ф,

где

sin(l80°-p-Y) . --iifTI

а + ф + ф4 и Y = s90° - Ф1 - ф.

Сила Wi =* Pl cos Pl.

После подстановки и преобразований получим

р^р^ cosф1 (90°- -ф,--ф1) 1 sin (а + ф + фа)

При ф = Фх = Фг р р sln(90° - ) sin2ф sm (а 4- 2ф) 2

КПД замка при передаче момента к реечному колесу Pl (Rr)~rr

где - радиус расточки замка; г - радиус ролика.

Подставив значение F и выполнив преобразования, получим

. sin 2ф sin (90° - а) R ~ 2 sm (а + 2ф) R - r

При отсутствии трения (ф = 0) КПД равен единице. Принимая а = 7° и ф = 4°, получим зависимость КПД замка от отношения R/r. Для повышения КПД это отношение следует брать не меньше 5. С его увеличением сверх 6 КПД растет очень медленно. Кольца, ролики и валики рекомендуется изготовлять из стали ШХ15 с закалкой до твердости HRC 58-62.

Исходной величиной для расчета основных размеров роликового замка служит сила Q закрепления заготовки. Зная Q, можно найти момент на валу реечного зубчатого колеса. Максимальный момент М возникает в процессе закрепления заготовки (моменты при откреплении и при за5<линенном положении замка меньше М)

где г-число зубьев реечного колеса; m - модуль.зацепления, определяемый из условий прочности зуба реечного колеса (при заданной длине зуба); П^ - КПД передачи, учитывающий трение в опорах вала реечного зубчатого колеса, в направляющих рейки и скалок н в зацеплении (ориентировочно iii = 0,85).

Найдем силу Р^, по которой можно определить диаметр ролика из условий контактной прочности:

Приняв /? = 6г, а - 7° и Til >= 0,85, получим Pj MQz/r.

Диаметр ролика можно определить по формуле

где Е - модуль упругости; Ь - длина ролика (берется конструктивно); а - напряжение смятия в месте касания ролика с плоскостью.

Расстояние Н от оси до плоскости среза валика найдем из геометрических соотношений (см. рис. 61, а):

Н - {R - г) cos а - г.

Момент на рукоятке Mi = М!ц.

При а = 7°, ф = 4° и /? =-6г л = 0,7; тогда = 1,43 М. Длина рукоятки L = MIN, где - сила, приложенная к рукоятке.

Роликовый замок другой конструкции показан на рис. 60, б. Вращение от рукоятки через поводок 7 передается, на вал 3 реечного зубчатого колеса. Потери на трение при этом отсутствуют, И ,КПД замка, как передающего устройства, равен единице. Ролик 4 через штифт 5 поджат слабой пружиной 6. Зазоры в местах касания ролика с кольцом 1 и валом 3 при этом выбираются, и система мгновенно заклинивается при снятии силы с рукоятки. Поворотом рукоятки направо ролнк расклинивается и вращает Вал по часовой стрелке.

При анализе конструкций роликовых замков, можно заметить,-что в замке, показанном на рис. 60, б, силы закрепления заготовки уменьшены. Это обусловлено тем, чта при отсутствии силы на рукоятке замка возникают контактные деформации в местах касания ролика с деталями У и 3 под влиянием реактивного момента со стороны упругодеформированной системы. В результате этого вал 3 повернется на некоторый угол в обратную сторону.

Предположим, что для закрепления заготовки к валу реечного зубчатого колеса нужно приложить момент М. Его можно выразить произведением угла упругого поворота вала ю (рад) на его крутильную жесткость Jam- Послсдняя в обобщенной форме

Рис. 62. Конический замок

выражает податливость всех элементов системы, через которую передается сила закрепления М = (о/аж-

При освобождении рукоятки вал 3 упруго повернется назад, момент и сила закрепления уменьшится. Для получения заданного момента М нужно к*рукоятке приложить момент Mi > М:

./зам

где /зам - Крутильная жесткость замка (определяется экспериментально).

Конический замок (рис. 62) имеет вал / с конусами 2 и 5 и рукояткой 4. Спиральные зубья на средней шейке вала находятся в зацеплении с рейкой 5, которая связана с зажимающим механизмом. При угле наклона зуб1йв 45° осевая сила на валу / равна (без учета треиия) силе зажима Q. По аналогии с фрикционной Конической муфтой окружная сила на поверхности конуса

sin а -4- f cos а

где f - коэффициент трения на конических поверхностях; а угол между осью и образующей конуса.

Момент трения на конических поверхностях

тр - тр 2

где - средний диаметр конуса. КПД конического замка

м

м

где М - момент, передаваемый на реечное зубчатое колесо; момент иа рукоятке.

Рис. 63. Эксцентриковый замок

По аналогии с роликовым замком можно принять М = lOmQ. Подставляя вместо М^р его значение в выражение (43) и значение М = lOmQ, после преобразований получим

sin а + / cos а 20т

Самоторможение обеспечивается при КПД менее 0,5. Зная момент М, можно определить момент на рукоятке;

м

Sin а / cos а 20т

Эксцентриковый замок (рис. 63, а) имеет вал / реечного зубчатого колеса с закрепленным эксцентриком 2. Вращение валу передается от кольца 3, скрепленного с рукояткой замка. Кольцо вращается в выточке корпуса 4, ось которой смещена от оси вала на величину е. При обратном вращении рукоятки Передача на вал происходит через штифт 5. В процессе закрепления кольцо 3 заклинивается между эксцентриком и корпусом. Условие самоторможения эксцентрика можно найти из схемы действия сил на рис. 63, б. Система находится в равновесии, если касательная к кругу трения эксцентрика радиуса pi лежит на одной пряной с касательной к кругу трения выточки радиуса р^. Это условие выполняется в том случае, если круги треиия пересекаются в одной точке (р1 -f с = Ра). Самотормозящие свойства повышаются при р, -f- е < раг' Самоторможение отсутствует, если pi -+- > Pj.

Заменив pi = /г, и pj = /га, где г, - радиус эксцентрика. Га - радиус выточки и / - коэффициент трения в цапфе, получим

е < f (г^ - ri).

§ 4. СИЛОВЫЕ УЗЛЫ И УСТРОЙСТВА ПРИСПОСОБЛЕНИЙ

Пневматические силовые узлы выполняют в виде пневмо-цилиндров неподвижного, качающегося и вращающегося типов или пневмокамер. На рис. 64, а представлена конструкция неподвижного цилиндра, на рис. 64, б, в даны примеры использования качающихся цилиндров. Конструкция вращающегося Цилиндра и поводкового патрона для токарного станка показана на рис. 65. Нормальные диаметры цилиндров составляют ряд5 50, 60, 75, L0O, 125, 150, 200, 250 и 300 мм. Цилиндры изгото-вляют одно- и двустороннего действия. У цилиндров одностороннего действия обратный ход поршня осуществляется пружиной, а у цилиндров двустороннего действия - сжатым воздухом. Габаритные размеры цилиндров одностороннего действия в осевом направлении увеличены из-за необходимости иметь длинную пружину, напряжения в которой при этом могут быть снижены до допустимого уровня.

Уплотнения делают в местах сопряжения поршня с цилиндром и выхода штока. Для этой цели применяют угловые воротниковые манжеты из кожи, хлорвинила или маслостойкой резины (ГОСТ 6678-72), кольца круглого поперечного сечения (ГОСТ 9833-73), а также манжеты воротниковые V-образ-ные (ГОСТ 6969-54) из маслостойкой резины (см. рис. 64, а). Кольца круглого сечения уплотняют при движении поршня или штока в обе стороны, а манжеты - в одну. Для постановки колец зеркало цилиндра следует обрабатывать с i?a = 0,32-т-0,08 мкм, а для постановки манжет - о шероховатостйо Ra = 1,25-=--т-0,32 мкм. Посадка поршня в цилиндре при наличии уплотнн-

Н7 8 H\i fi

тельных колец -jj- или ~щ- при наличии манжет-Ij- или -jj-.

Рис. 64. ПневмоЦилиндры для стационарных приспособлении

Рис. 65. Пиешиоцилиндр и патрои для токарного стайка

Для работы колец необходимо обильное смазывание, манжеты могут работать без смэзки. Допускаемое отклонение от соосности цилиндра и отверстия под шток в первом случае 0,02 мм, во втором - 0,06-0,08 мм. Для уменьшения коррозии цилиндров их стенки рекомендуется хромировать.

Силу на штоке пневмоцилиндра (Н) находят по формуле

где D - диаметр цилиндра, мм; р - давление сжатого воэдуха-(обычно 0,3-0,6 МПа); п - КПД, учитывающий цотерн в цилиндре.

При пуске сжатого воздуха со стороны штока диаметром й Q (D*-rf )pr,.

Для цилиндра одностороннего действия сила на штоке уменьшается в конце рабочего хода на величину силы сжатия пружины q. Величина j] зависит от D. Прн D - 150-f-200 мм г] - == 0,90-4-0,95. При меньших D относительная величина потерь на трение манжет о стенки цилиндра растет и г\ снижается.

Пневмокамера, представляющая собой силовой узел одностороннего действия (рис. 66, а), состоит из двух штампованных чашек 6 иЗ, между которыми зажата резинотканевая диафрагма 2. Ее изготовляют нз многослойной ткани бельтинг, пропитанной и покрытой с обеих сторон маслостойкой резиной..Толщина диафрагмы 4-10 мм. При впуске сжатого воздуха в полость / диафрагма оказывает давление на шайбу штока 5 и перемещает его вниз. Шток связан с зажимным устройством приспособления. При обратном движении штока под действием пружины 4 диафрагма становится выпуклой.

При малом ходе штока применяют плоские диафрагмы нз резинотканевой ленты по ГОСТ 20-76 (рис. 66, б и в). Орненти-

Перемещение штока

Рис. 66. Пневмокамеры я их силовые характеристи ки

ровочиый срок службы диафрагмы - до I млн. зажатий. Для крепления пневмокамеры на корпусе приспособления предусматривают гладкие или резьбовые отверстия.

Ход штока при выпуклой диафрагме (без учета ее вытяжки) I = 2Л, где h - стрела выпуклости (см. рис. 66, а). Прн плоской диафр&гме (ем. рис. 66, б) ход штока приближенно определяется ее прогибом в центре:

~ 256£s

где р - давление сжатого воздуха; D - диаметр диафрагмы по линии ее защемления; s - толщина диафрагмы; Е - модуль гпругости материала диафрагмы; р. - коэффициент Пуассона i Материала диафрагмы.

При расчете перемещений следует принимать во внимание только тканевую основу диафрагмы, значение & берут по толщине этой основы. Приняв р. = 0,4 и £ = 6-10* МПа, получим уйро-1 1еиную формулу

i=.l,7.I0-bJ.

Величину S определяют из условий прочности диафрагмы!

где Отал - наибольшес допустимое напряжение в тканевой основе (0ша, < 40 МПа).

Ход штока прн защемленной диафрагме (см. рис. 66, в)