книги из ГПНТБ / Милевский Э.Б. Автоматизация процессов индексирования учеб. пособие для студентов машиностроит. специальностей

в конце поворота не равны нулю, т. е. поворот креста всегда сопровож­ дается ударами, причем тем сильнее, чем меньше число пазов 2 .

ления действующих сил и возникающих напряжений в деталях механиз­ ма эти размеры уточняются.

Обычно увеличение диаметра 2R креста приводит к снижению ве­ личины действующих сил и контактных напряжений между роликом кривошипа и рабочими поверхностями пазов креста.

Диаметр ролика dp кривошипа можно предварительно выбрать в зависимости от длины кривошипа г ііз следующего отношения:

Считая, что Аі = — , Х= — имеем:

ее

Х\ = cos — —у" 1 —А2 .

Поэтому при проектировании мальтийских механизмов возможно выбрать только одну из величин R, z или е, а другие определяются из соответствующей зависимости.

Примечание. Например, для 4-х-пазового креста- ‘'- = ß°=45°, а Ass0,7; для 6-ти

пазового -,L—= 30°, ß°=60°, л=0,5 и т. д.

Длина паза креста должна быть несколько больше величины /г, ко­ торая определяется, как

h = r + R—e = e (sin -— |-cos—— 1).

Диаметр вала d кривошипа определяется с учетом повышения его жесткости и возможности установки на две опоры.

dZ2f = 2 (e—R) = 2е^1 — cos—j;

— Z2^ 1—co s —j = 4sin2 —.

41

Когда число г велико, то отношение — небольшое, вследствие чего

е

вал кривошипа приходится располагать консольно; это связано со сни­ жением жесткости и с увеличением ударов.

При малых размерах мальтийский крест часто выполняют цельным; при больших размерах — составным из корпуса и отдельных секторов или накладных планок, прикрепленных к корпусу.

Примечание. Рабочие части креста изготавливают из стали 40Х, закаленной до твердости HRC504-58, а ролики — из стали ШХ15, закаленной до твердости HRC58H-62 (или из стали 20Х).

В реальных конструкциях мальтийских механизмов неизбежны погрешности в размерах деталей и в их монтаже, что приводит к отклонениям фактических значе­ нии скоростей и ускорений от теоретических. Например, отклонение размеров радиуса кривошипа и межцентрового расстояния в пределах ± 0,Ім,и существенно пе сказыва­ ется на кинематике индексирования, а при больших отклонениях наблюдаются удары. Допуск на размеры г, е, шаг между пазами должен составлять ± 0,Імм.

Хотя крутящий момент и КПД переменны по времени работы, обычно КПД маль­ тийских механизмов для практических расчетов принимают постоянным, п для креста, связанного с блоком или столом составляет 1| = 0,75. а для креста, сидящего на проме­ жуточном валу т] = 0,8 -у 0,9.

мого узла МІШ, обусловленных непостоянством угловой скорости креста сокПриближенно можно считать Мс постоянным и равным G-p-p (G — вес стола или блока со всеми приспособлениями и деталями; р —коф- фициент трения стола о направляющие; q — радиус сил трения).

Момент МІШ= Леек (-/к—момент инерции поворачиваемого узла, приведенный к валу креста, ек —угловое ускорение креста).

М\ = Мс + Мцп.

Этот суммарный момент будет действовать на валу мальтийского креста при каждом его положении и является постоянной величиной.

Момент на валу кривошипа:

пропорционален величине сок. Следовательно, максимальному значению Мс соответствует максимальное значение угловой скорости сок креста.

42

Усилия Р и Р |. p j приложенные к ролику, определяются, как

Усилие Рс, обусловленное моментом статических сопротивлении по­ вороту креста, имеет максимальное значение в середине поворота, ког­ да плечо момента Мс минимальное:

Сила, возникающая от момента инерционных сил:

зависящем от числа пазов 2 и при максимуме вышеприведенного выра­

Дальнейший расчет содержит проверку по суммарному моменту ЛД на смятие ролика и рабочей поверхности паза, палец кривошипа на из­ гиб, а также рассчитываются опоры валов креста и кривошипа, п мощ­ ность двигателя Мл„.

Средняя мощность на валу кривошипа

Мо ■со ІѴ9 = -------

102

где со — угловая скорость кривошипа.

Мощность двигателя Мдв определяется по его опрокидывающему моменту Л40пр (когда двигатель при повороте останавливается).

Максимальное мгновенное потребление мощности при индексиро­ вании:

■»1

а максимальный мгновенный крутящий момент на валу двигателя:

Ммгп = 975~— кГм (нм),

п9

где N шах — пиковая мощность при индексировании;

43

ипо нему определяется поминальная мощность двигателя:

А' - » - Л і= — ат(*м).

СО

Мальтийские кресты широко применяются для индексирования ре­ вольверных головок, шпиндельных блоков и поворотных столов, и их конструктивные и прочностные расчеты широко известны.

К о н с т р у к т и в н о е выпо л и е н п е м а л ьт и й с к и х м е х а н и з- мов с одной цевкой бывает двух типов: I) крест связан непосредствен­ но со шпиндельным блоком или столом; 2) крест расположен на проме­ жуточном валу, вращение с которого передается шпиндельному блоку или столу через дополнительную зубчатую передачу.

Первый тип креста конструктивно значительно проще, но имеет ряд недостатков: все динамические нагрузки на кресте передаются непосред­ ственно блоку или столу: изменение числа шпинделей или позиций тре­ бует применения креста с другим числом пазов, что трудно осуществи­ мо.

Второй тип креста конструктивно меньше по размерам п его разме­ щение на промежуточном валу позволяет индексировать блоки пли сто­ лы с различным числом шпинделей п скоростью (путем изменения пе­ редаточного отношения зубчатой пары). В новых моделях автоматов применяется только второй тип мальтийского креста.

Для индексирования поворотных столов больших размеров можно использовать мальтийский крест с внутренним зацеплением, что снижа­ ет размеры всего механизма и позволяет разместить его в станине ав­ томата.

Примечание. Для поворота столов п барабанов чаще всего используются мальтий­ ские механизмы, кулачковые пли только зубчатые (преимущественно червячные пере­ дачи с индивидуальным приводом от одного регулируемого пли двух электродвигате­ лей) .

Наиболее распространены столы с диаметром планшайбы 500—1000 мм и числом позиций Зн-12.

Кроме механических устройств поворота нашли распространение гидравлические, пневматические, пневмогндравличсские и электромеха­ нические.

44

5. МЕТОДЫ УЛУЧШЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАЛЬТИЙСКИХ МЕХАНИЗМОВ С ВНЕШНИМ ЗАЦЕПЛЕНИЕМ

Применение мальтийских механизмов с в н е ш н и м з а ц е п л е н и ­ ем и малым числом пазов креста при значительном шаге периодически поворачиваемых частей станка и малой продолжительности поворота вызывает чрезмерно большие динамические нагрузки. Например, наи­ больший коэффициент мощности для 4-х пазового механизма /<7Ѵтах = = 15,73, в то время как при косинусоидальном законе изменения ускоре­ ния ведомого звена KNmax= 3,88.

Применение с ф е р и ч е с к и х м а л ь т н й с к и х м е х а н и з м о в или механизмов с внутренним зацеплением, динамические нагрузки, в кото­ рых значительно меньше, чем в механизмах с внешним зацеплением, во многих случаях становится невозможным вследствии необходимости вы­ полнить поворот ведомого звена в течении сравнительно малого угла поворота распределительного вала станка по условиям компановки. В этих случаях для улучшения динамических характеристик мальтийс­ ких механизмов с внешним зацеплением можно увеличивать число пазов мальтийского креста, изменять угловую скорость кривошипа при работе механизма, применять кривошип переменной длины и криволинейные

томата, соответствующего повороту шпиндельного барабана или друго­ го узла, мальтийский механизм целесообразно выполнить с увеличенным числом пазов. Требуемый угол поворота узла станка можно получить подбором передаточного отношения промежуточной зубчатой передачи (рис. 14, а). Выполнение, например, пятнпазовых мальтийских механиз­ мов в многошпиндельных токарных автоматах Киевского завода стан­ ков-автоматов (вместо ранее применившихся четырехпазовых) снизило динамическую составляющую мощности при повороте в 1,5 раза.

При малом числе позиций поворачиваемого узла и при отдельном приводе мальтийского механизма выгодно применение удвоенного чис­ ла пазов креста и двух кривошипов (выполненных в виде двух роликов, осп которых закреплены на диске).

Если нельзя увеличить угол поворота расределительного вала, со­ ответствующий повороту узла, то для возможности увеличения числа пазов мальтийского креста выполняют ускорительную зубчатую переда­ чу с остановкой — н е п о л н ы е з у б ч а т ы е к о л е с а от распредели­ тельного вала к кривошипу.

С п о м о щ ь ю ц е в о к и п л а н о к или перекатывающихся рычагов можно устранить удары при включении и выключении зубчатого зацеп­ ления. Такие механизмы применены, например, в токарных автоматах «Кономатик» для поворота шпиндельного барабана. Включение и вы­ ключение зубчатого зацепления в этих автоматах происходит при малой скорости распределительного вала и не нагруженном кривошипе.

Переменная угловая скорость кривошипа может быть получена введе­ нием промежуточной передачи и е к р у г л ы м н к о л е с а м и (рис. 14 в) ,

45

эллиптических колес. Изменение длины кривошипа в процессе работы мальтийского механизма при равномерном вращении кривошипа позво­ ляет получить требуемый закон движения креста (14, д).

шейными динамическими характеристиками

На рис. !5, а показана конструкция привода мальтийского механиз­ ма многошпиндельного токарного автомата «Шютте» с переменной дли­ ной плеча кривошипа, получаемой за счет перемещения корпуса / кри­ вошипа в радиальном направлении. Для этой цели часть корпуса 1 вы­ полнена в виде рамки, охватывающей своими рабочими поверхностями

46

прямоугольный направляющий выступ зубчатого колеса 2; последний получает движение от колеса 3, закрепленного на распределительном валу 4. В корпусе I закреплены оси роликов 5 и 6, находящихся а кен-

Рнс. 15. Конструкция привода мальтийского механизма многошпнндельного автомата

такте с неподвижно закрепленным кулачком 7. Кулачок 7 имеет две ра­ бочие поверхности для работы с каждым из роликов 5 и 6. На рис. 15, б отдельно показаны корпус кривошипа 1 вместе с зубчатым колесом 2, а на рпс. 15, в кулачок 7. При вращении зубчатого колеса 2 корпус криво­ шипа 1 перемещается радиально.

Динамику мальтийского механизма можно также улучшить следую­ щим образом. К кривошипу 4 (рис. 13, е) шарнирно присоединяют до­ полнительное звено 3, на конце которого находится ролик, передающий

47

движение кресту 5. Это звено жестко связано с сателлитом 3' планетар­ ной передачи. Звено 3 получает вращение с помощью зубчатых колес 1, 2 и 3'. Привод движения дополнительного звена может быть осуществ­ лен также при помощи планетарной зубчатой передачи с внутренним зацеплением.

При постоянной угловой скорости кривошипа ось ролика, закреплен­ ная на дополнительном звене, имеет переменную скорость; расстояние между осью ролика и осью вращения кривошипа в процессе поворота креста меняется. Все это позволяет значительно снизить инерционные нагрузки. Существенными недостатками этих механизмов являются сложность II недостаточная жесткость конструкции.

Изменение законов движения мальтийского креста может быть до­ стигнуто заменой прямолинейных пазов к р и в о л и н е й н ы м и .

Можно выполнить криволинейные пазы так (рис. 13, ж), чтобы одни и те же участки пазов осуществляли разгон и торможение (различными рабочими поверхностями). Такими пазами нельзя осуществить симмет­ ричный закон движения. В положении кривошипа на линии, соединяю­ щей оси поворота кривошипа и креста, отношение угловых скоростей мк и (Ор определяется только длиной кривошипа и расстоянием между осями. Применяя криволинейные пазы, можно изменить отношение углов по­ ворота кривошипа, соответствующих ускорению и торможению; можно снизить инерционные нагрузки при разгоне за счет их увеличения при торможении и, учитывая влияние сил трения, можно снизить результи­ рующие нагрузки, действующие в механизме.

Можно так выполнить профиль криволинейных пазов, чтобы получить необходимый угол выстоя креста, соответствующий обычному кресту с меньшим числом прямолинейных радиальных пазов, а кинематические и динамические характеристики близки к характеристикам креста с боль­ шим числом прямолинейных радиальных пазов. Увеличение угла выстоя достигается тем, что на участке А—Б профиль оси паза очерчен по ду­

закон движения креста; дуга А — £ и кривая Б — Д плавно сопрягают­ ся, так что в переходной точке они имеют общую касательную.

Можно выполнить криволинейные пазы таким образом, чтобы разгон и торможение креста осуществлялись различными участками паза. При этом пазы получаются петлеобразными, и ролик кривошипа, пойдя в один конец паза, выходит из другого (рис. 13, з).

Профиль паза для получения требуемого закона движения может быть построен методом обращения движения. При профилировании паза креста необходимо обеспечить условие иезаклнннваипя механизма.

Из всех рассмотренных способов улучшения динамических характе­ ристик мальтийских механизмов с внешним зацеплением простейшим яв­ ляется увеличение числа пазов. Его следует рекомендовать в тех случаяхгде это возможно.

48

fi. МЕХАНИЗМЫ ПОВОРОТА В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СТАНКАХ

В станках-автоматах и полуавтоматах широко применяют различ­ ные механизмы периодического поворота с последующей фиксацией поло­ жения поворачиваемых узлов.

К таким узлам относятся: 1. шпиндельные барабаны, на вращаю­ щихся шпинделях которых закреплены обрабатываемые детали; 2. по­ зиционные столы для периодического подвода закрепленных на них за­ готовок к различным инструментам; 3. револьверные головки для поо­ чередного подвода инструмента к обрабатываемой детали.

Важнейшими требованиями к поворотным и фиксирующим меха­ низмам являются точность и жесткость фиксации поворачиваемого уз­ ла, а также поворот на требуемый угол в минимальное время при воз­ можно меньших динамических нагрузках. В некоторых случаях предъ­

вращении кривошипа 1 кулиса 3 совершает сложное движниее, во вре­ мя которого вилка кулисы захватывает, а затем увлекает за собой па­ лец 2 стола 4; после поворота стола на некоторый угол вилка остав­

наивыгоднейшие законы движения. На рис. 16, е показан кулачковый механизм поворота шпиндельного барабана токарного автомата. Дис­ ковый кулачок 6 поворачивает зубчатый сектор 5, который передает движение через зубчатые колеса 8 и 9 шпиндельному барабану. После

На рис. 16, б показан механизм периодического поворота колеса 10 при непрерывном вращении кулачка 12. В качестве роликов 11 приме­ няют шариковые подшипники, которые при замыкании кулачковой па­ ры вследствие натяга обеспечивают точную фиксацию положения ведо­ мого колеса 10. Такие механизмы могут работать при числах оборотов кулачка до 2000 в минуту.

На рис. 16, в показан ц е в о ч н ы й м е х а н и з м п о в о р о т а . На диске 13 равномерно по окружности закреплены цевки 14. Штриховой линией показано положение рычага 15 до начала поворота. При посту­ пательном движении рычага 15 в направлении стрелки одна из цевок упирается в неподвижный рычаг 15, и тогда происходит поворот диска 13 относительно своей оси; когда будет достигнут требуемый угол пово­ рота, произойдет фиксация углового положения диска 13 специальным устройством. Вследствие наличия второго плеча рычага 15 исключена возможность чрезмерно большого поворота диска 13. Такие цевочные

механизмы применяют Дипп поворота револьверных головок, имеющих, сравнительно небольшой момент инерции.

Рис. 16. Механизмы попорота в автоматизированных станках

На рис. 16, д показан механизм периодического поворота стола 16 при помощи ч е р в я ч н о й п е р е д а ч и 17, получающей вращение при включении в определенный момент времени муфты 18. Такой привод применяют при небольшой скорости поворота, когда динамические на­ грузки сравнительно невелики.

50