Автоматизация процессов производства в машиностроении

Министерство  образования и науки Российской Федерации

 

Марийский Государственный  Технический Университет

 

 

 

 

 

Кафедра

 

 

 

Пояснительная записка к курсовой работе

по дисциплине

«Автоматизация процессов производства в машиностроении»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент

группы ТМ-51

Охотников П.В.

 

 

Принял: доцент

Ротт А.Р.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Йошкар-Ола

2006

Содержание

 

 

 

1.Введение и исходные данные	3
2.Определение геометрических параметров чаши вибробункера	4
3.Определение геометрических параметров, веса и массы нижнего основания (диска)	7
4.Расчет кинематических параметров упругой системы бункера	8
5.Расчет параметров вибробункера в виде электромагнитного вибратора	10
6.Расчет амортизационных пружин	11
7.Список использованной литературы	12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вибрационные  механизмы ориентации являются наиболее универсальными и совершенными; во многих случаях они вытесняют механизмы ориентации с движущимися захватноориентирующими органами для подачи заготовок к металлорежущим станкам и станкам автоматической сборки.

Основными достоинствами  вибрационных механизмов ориентации (вибробункеров) являются компактность и простота конструкции, возможность использования их для  разнообразных симметричных и несимметричных заготовок, в том числе заготовок  из малопрочных и хрупких материалов, возможность быстрой переналадки  с затратой относительно небольших  средств, возможность регулирования  производительности, бесступенчатое регулирование  скорости движения заготовок, долговечность  и надежность в работе.

Работа вибробункера, или вибролотка, основана на движении заготовок по лотку под действием  вибрации, т. е. колебаний малой амплитуды  и большой частоты.

Исходные данные

 

 

Гайка подшипника 200-3103077

Сталь 40 ГОСТ 1050-88

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение геометрических параметров чаши вибробункера

Чаша - верхняя колеблющаяся масса бункера, служит ёмкостью для разовой засыпки  запаса заготовок хаотическим навалом. При работе вибробункера в чаше происходит ориентирование и подача заготовок. Чаша имеет цилиндрическую форму и выполняется точёной или (при больших диаметрах) сварной из листовой стали.

1. Расчетный диаметр чаши:

D=(10÷15)l_заг = 10∙75 =750 мм.

Расчетный диаметр  чаши необходимо округлить в соответствии с нормализованным рядом.

D = 730 мм

R = D/2 = 365мм

Для взятого  значения диаметра чаши подбираем некоторые  другие показатели:

допустимый вес разовой засыпки G = 90 кг;

радиус заделки рессор r = 250 мм.

2. Рабочая ширина лотка

B = d_заг + (3÷10)мм = 75 + 3 = 78 мм.

Проверим, отвечает ли ширина лотка  B условию:

B = a + d + Δ;

R² = (R - a)² + (l_заг/2)²

где а – величина сегмента (см.рис.);

Δ – величина зазора.

В результате алгебраических преобразований получаем, что а = 1,93.

78 = 1,93 + 75 + Δ => Δ = 1,07 мм.

Это значение Δ удовлетворяет условию, что Δ = (0,5÷3) мм.

3. Средний диаметр чаши

D_ср = D - 2∙(B/2) = 730 - 2∙78/2 = 652 мм.

R_ср = D_ср/2 = 326 мм.

4. Внутренний диаметр чаши

D_вн = D - 2∙B = 730 - 2∙78 = 547 мм.

R_вн = D_вн/2 = 287 мм.

5) Примем: δ = 1 мм – толщина  стенки чаши;

материал стенки чаши – Сталь 20 ГОСТ 1050-88;

δ ₁ = 1 мм – толщина стенки лотка;

материал стенки лотка – Сталь 20 ГОСТ 1050-88;

коэффициент трения скольжения детали о лоток f = 0,15.

6) Внешний диаметр чаши

D_Н = D + 2δ = 730 + 2∙1 = 732 мм.

7) Шаг винтового лотка

t = δ ₁ + d + Δh = 1 + 75 + 10=86 мм

Зазор по шагу Δh ≤ 0,5d => принимаем Δh = 10мм.

8) Угол подъема лотка α рекомендуется  брать из интервала α = 0⁰30’÷3⁰. Принимаем α = 1,7⁰ (1⁰42’).

Проверка по условию tgα < f выполняется:

tg1,7⁰ < 0,15

0,029 < 0,15.

9) Проверка условия развертки  стенки чаши бункера:

tgα = t/πD_cp

0,029 = 0,029

10) Толщина днища чаши h₁ = 7 мм. Материал: Сталь 20 ГОСТ 1050-88.

Высота чаши определяется из объема допустимой по весу разовой засыпки  заготовок.

Допустимый вес разовой засыпки 

 ; 

где U₀ - чистый (за вычетом пустот и отверстий) объём одной заготовки;

g - удельный вес материала заготовки (7,85 г/см³ для сталей);

P_заг - вес одной заготовки;

Q - количество заготовок в одной разовой засыпке.

U₀ = 64950,9 мм³

Проверим время расходования запаса заготовок разовой засыпки

Примем  = = 6 шт/мин.

Т₁ получается меньше 30 мин, что не рекомендуется. Чтобы увеличить время расходования запаса заготовок разовой засыпки, применим конструкцию с предбункером.

Установим объём разовой засыпки

где - внешний объём одной заготовки (по внешнему контуру);

K = 0,87 - экспериментальный коэффициент заполнения объёма заготовками (берётся из таблиц).

Высота чаши Н определяется из условия

 

11. Определим параметры чаши, необходимые для дальнейших расчётов упругой системы и привода: вес, массу и моменты инерции основных деталей чаши (цилиндрической стенки, лотка, днища) относительно центральной оси чаши бункера (рис. 2 )

а) Цилиндрическая стенка.

Вес:

 г.

где

- объем стенки.

Масса:

 

момент инерции:

где g = 980 см/сек² ;

R = D_H/2 ;

r = D/2

б) Ориентирующий лоток.

Вес:

 г

где - объем лотка.

Масса:

 

Момент инерции:

где

Полученные параметры P₂, m₂, J₀₂ умножаются на число витков Z = H/t = 40/86 = 0,46;

P₂ = 3992·0,46 = 1836,3 г.

m₂ = 4·0,46 = 1,84

J₀₂ = 4311,88·0,46 = 1983,4 г·см·с².

в) Днище.

Вес:

 г

Масса:

 

Момент инерции:

 г·см·с².

где .

г) Параметры всей чаши.

Вес чаши: P₄ = P₁ + P₂ + P₃ = 719,06 + 3992 + 22987 = 27698 г.

Масса чаши: m₄ = m₁ + m₂ + m₃ = 0,73 + 4 + 23,5 = 28,23 .

Момент инерции: J₀₄ = J₀₁ + J₀₂ + J₀₃ = 975,2 + 4311,88 + 15653,9 =

                                                                              =20940,98 г·см·с².

Мелкие элементы чаши (вкладыши, башмаки, крепёж и пр.) учитываем увеличением  полученных параметров на 20%. В результате параметры чаши, как верхней массы, определятся из соотношений:

m_В = 1,2 m₄ = 1,2·28,23 = 33,87

;

J_0В = 1,2 J₀₄ = 1,2·20940,98 = 25129,2 г·см·с².

Определение геометрических параметров, веса и  массы нижнего основания (диска)

1) По производственным рекомендациям  вес и масса нижнего основания  обычно принимается в 4…9 раз больше верхней массы.

P_H = KP_B = 5∙27698 = 138490 г.

m_H = Km_B = 5∙33,87 = 169,35

принимаем K = 5.

2) По принятому определим объём нижнего диска:

 см³

3) По объёму V_он нижнего диска и принятому диаметру D₂ = 740 мм определим высоту диска.

4) Определим массу нижнего диска

 

и момент инерции массы относительно центральной оси.

 г·см·с²,

где R₂=D₂/2.

5) Определим вес, массу и момент инерции массы нижнего диска с учётом добавления 20 % мелких неучтённых деталей (крепежа и пр.).

 г.

 г·см·с².

Расчет кинематических параметров

упругой системы  бункера

1) Установим угол вибраций лотка с заготовками, обеспечиваемый пружинными подвесками.

,

где f = 0.3 - коэффициента трения (сталь по стали).

Принимаем b_max = 16^о.

Проверим условие несползания заготовок по лотку

0.2923<0.3237.

Условие выполняется.

2. Определим угол наклона пружинных подвесок-рессор.

,

где ;

К_y - коэффициент отличия кинематического угла от статического (примем К_y 0,7).

3. Примем частоту вибрации питающей сети n = 25 Гц (1/сек)

Частота собственных колебаний рессор (чаши, лотков)

n_соб = 1,1n = 1,1·25 = 27,5 Гц

4. Установим среднюю скорость движения V_ср заготовок по лоткам вибробункера из условия

,

где К_зап = 0,9- коэффициент заполнения лотка заготовками;

V_ср - средняя скорость в мм/сек.

5. Средняя скорость V_ср заготовки обеспечивается средней скоростью движения колеблющегося лотка V_ср.л или, проще, V_л за счет сил трения.

 мм/сек,

где   мм - амплитуда колебаний лотка;

K_ск = 0,7 (обычно в первом приближении в расчётах принимается К_ск= 0,6 0,7).

6) Поскольку бункер является двухмассовой системой, нижняя масса которой отражается на расчётной амплитуде верхней массы (чаши), используем соотношение

А_о = А_л(1+m_в/m_н) = 0,27(1+33,87/169,35) = 0,32 мм.

7. Определим прогиб y пружинной рессоры для обеспечения размаха колебаний А_о. Обычно принимается

8. Определим приведённые массы элементов бункера из соотношений верхней чаши:

нижнего диска – основания:

всей системы вибробункера:

9. Определим рабочую длину упругих пружинных подвесок (рессор) между заделками.

где E кг/см²,

М_пр - задаётся в ,

y - задаётся в cм,

= 6400 кг/см² - допускаемое напряжение (предел) на выносливость пружинных рессор (для кремне-хромистой стали после ТО).

10. Определим размеры поперечного сечения пружинных подвесок (рессор).

,

где М_пр задаётся в .

Расчет параметров вибробункера в  виде электромагнитного вибратора

1. Максимальное возмущающее усилие F_max электромагнита

где w_о = 2pn_соб = 2∙3,14∙27,5 = 172,7 - частота собственных колебаний;

n ≈ 0,07w_о = 0,07∙172,7 = 12,1 - коэффициент затухания;

e - угол сдвига фаз. Определяется из соотношения:

;

w =2pn = 2∙3,14∙25 = 157 - частота сети.

2. Мощность электромагнита вибратора:

Из справочника  выбираем электромагнит однофазный переменного тока длинноходовой (серии МТ (МРТУ16-529.161-68)) со следующими основными параметрами:

габарит магнитной  системы – 7;

тип – МТ 9203Г;

режим работы ПВ% - 100 (40);

номинальное усилие – 10 кг;

число циклов в час – 400;

ход якоря  – 15 мм

исполнение  – гибкое.

Расчет  амортизационных пружин

Жёсткость С амортизационных пружин должна обеспечивать допустимую осадку d вибробункера от разовой засыпки Р_зас. При этом справедливо неравенство

Величина С может быть определена из соотношения

Рассмотрим левую часть верхнего неравенства:

где G - модуль сдвига материала пружин. Обычно кг/см,

n = 3 - число амортизационных пружин;

D_п - диаметр амортизационной пружины;

i = 8 - число витков пружины;

d_п = 3 мм - диаметр проволоки пружины.