К.т.н.
Савицький Ю.В., Варчак Т.В.
Хмельницький
національний університет
СИЛОВИЙ РОЗРАХУНОК ГВОЗДИЛЬНОГО
АВТОМАТА АА4118 ПРИ ВИГОТОВЛЕННІ ЦВЯХІВ 6,0Х200 ГОСТ 4028-83
Останнім часом за кордоном до
цвяхів і цвяхових автоматів ставились більш високі вимоги, ніж ті, що
обумовлюються нашими ГОСТами, як по номенклатурі, геометричним параметрам,
формі, так і по фізико-технічним характеристикам (стандарти DIN 1151, DIN 1152 і інші). В зв’язку з цим була поставлена задача
дослідити на працездатність вузли цвяхових автоматів, що випускаються
вітчизняними виробниками, зокрема моделі АА4118 [1].
При проектуванні цвяхового автомата
виконано наступні розрахунки:
-
кінематичний
розрахунок;
-
енергетичний (силовий)
розрахунок;
-
розрахунок на
міцність.
Кінематичний розрахунок
направлений на визначення робочого ходу висаджувального повзуна, залежності
ходу висаджувального повзуна і повзунів різального механізму від кута повороту
колінчатого вала.
Кінематична схема автомата
наведена на рис. 1. Верстат працює за таким принципом. Від електродвигуна 1
(рис. 1) через клинопасову передачу 2, обертальний рух передається на
колінчатий вал 3, з якого з допомогою шатуна 4 передається
зворотно-поступальний рух на повзун 5, на якому знаходиться висаджувальний
пуансон 6 . На колінчатому валу насаджені дві конічні шестерні, з яких рух
передається на бічні вали 7 і з допомогою ексцентриків на відрізні ножі 8.
За допомогою планшайби, насадженої
на колінчастий вал 3, рух передається на механізм подачі 9, за допомогою якого
здійснюється подача дроту в механізм зажиму 10. Дріт в механізм зажиму
подається механізмом подачі через рихтувальні ролики правильного пристрою 11.
Дріт через рихтувальний механізм
подається механізмом подачі в механізм затиску, де відбувається зажим дроту за
допомогою рухомої і нерухомої матриць, після чого відбувається відрізка вироби,
скидання готового виробу здійснюється сбрасивателем 12, потім обрубной ніж
розходиться і відбувається висадка головки цвяха. Цикл повторюється.
Рис.
1 Кінематична схема гвоздильного автомата
Максимальний робочий хід
висаджувального повзуна при висаджуванні головки цвяха визначається за
формулою:
, (1)
де h – висота головки цвяха, задається із конструктивних розмірів
цвяха, згідно стандарту;
lзаг –
довжина заготовки, необхідної для отримання головки цвяха, визначається за
формулою:
, (2)
де r – радіус головки цвяха; h1
– висота циліндричної частини головки цвяха;
h2 –
висота конічної частини головки цвяха; r1
– радіус дроту.
Всі вищепераховані дані
визначаються конструкцією цвяха. Згідно ГОСТ 4028-83 цвяхи довжиною 200 мм
мають наступні параметри
Таблиця 1. Конструктивні розміри цвяхів 6,0х200 ГОСТ 4028-83
Позначення |
Діаметр стержня, d,мм |
Допуск на діаметр, мм |
Довжина цвяха, L |
Допуск на довжину цвяха, мм |
Найменший діаметр головки. Dmin, мм |
Маса, кг/1000 шт. |
К 6,0х200 |
6,0 |
±0,08 |
200 |
-10 |
11 |
43,1 |
Підставляючи значення розмірів із
табл. 1 у формулу 2, визначимо значення lзаг:
= 10 мм.
Підставляючи значення lзаг і h у формулу 1 отримаємо:
Smax = lзаг – h = 10
– 4 = 6 мм.
Залежність ходу висаджувального
повзуна від кута повороту колінчатого вала визначається за формулою:
, (3)
де R – радіус кривошипа висаджувального повзун;
l – коефіцієнт
довжини шатуна, визначається за формулою:
l = R /
L,
де L – довжина шатуна.
За формулою (3) було визначено
декілька значень ходу повзуна при різних кутах повороту колінчатого валу і
побудовано графік рис. 2:
Рис.
2 Залежність переміщення висаджу вального повзуна
від
кута повороту колінчатого валу
Виходячи із розрахунків і графіка,
визначаються необхідний кут повороту колінчатого валу для виконання повзуном
робочого, тобто повної висадки головки цвяха, a=180°.
Залежність ходу повзуна різу від
кута повороту колінчатого валу визначено за формулою [2]:
, (4)
де Rр – радіус кривошипа механізму відрізання;
lр – коефіцієнт довжини шатуна механізму
відрізання, що визначається за формулою:
lр = Rр / L’,
де L’ – довжина шатуна механізму відрізання.
За формулою (4) було визначено
декілька значень ходу повзуна при різних кутах повороту колінчатого валу і
побудовано графік рис. 3:
Рис.
3 Залежність переміщення повзуна механізму відрізання
від
кута повороту колінчатого валу
Графік показує при якому куті
повороту колінчатого валу здійснюється повне відрізання цвяха, (S p max
= r1 – радіус дроту) a=0°.
Результати, отримані при
визначенні залежності висаджувального повзуна і ходу повзуна можуть бути
використані при побудові циклограми автомата, а також у силових розрахунках для
визначення проміжних зусиль висаджування і відрізання.
Технологічне зусилля висаджування визначаємо за
формулою:
, (5)
де – початкове зусилля;
dТ
≈ dв = 160 МПа – границя міцності дроту; f =
0,1 – коефіцієнт тертя;
D = 0,006 м – діаметр дроту; lзаг
= 0,01 м – довжина
заготовки;
= 2,825 10-5
м2 – площа поперечного перерізу дроту.
Н.
,
де Smax = 0,006 м – максимальний робочий хід повзуна;
Pmax –
максимальне зусилля висаджування, яке визначається за формулою:
,
де h1 – висота
циліндричної частини головки цвяха.
4999,1 Н.
Зусилля відрізання і загострення
цвяха визначено за формулою:
,
де d – діаметр дроту; dв – границя міцності дроту;
l – довжина грані
загострення цвяха.
Рис.
4 Форма загостреного кінця цвяха
, отже
.
Проміжні зусилля відрізання і
загострення визначаються за формулою:
;
,
де Рк – максимальне
(кінцеве) зусилля різу;
S4 – максимальний
робочий хід повзуна механізму відрізання;
Sр.пр – проміжний хід
повзуна різу при різних кутах повороту приводного валу, визначається при
кінематичному розрахунку.
Визначимо зусилля зажиму.
Рис.
5 Схема сил, що діють в точці зажиму дроту
Зусилля зажиму визначаємо за
формулою:
де Рmax – максимальне зусилля висаджування; aк = 35° – кут конусності шляпки цвяха; j = 5,7° – кут тертя.
=2150 Н.
Після визначення технологічних
зусиль, які необхідні для виготовлення цвяхів було виконано аналіз вузла зажиму
дроту (заготовки) на міцність. Для цього було побудовано твердотільну модель
даного вузла в середовищі SolidWorks . Наступним кроком було застосування
модуля Cosmos Motion. Оскільки при висаджуванні головки цвяха
найбільші навантаження сприймаються заготовкою і матрицями то, з метою
спрощення, було проаналізовано саме ці деталі. Для цього було утворено окрему
зборку із двох матриць і заготовки та прикладені, у відповідних місцях, встановлені
раніше сили: Рз = 2150 Н, Pmax = 5000 Н (рис. 6).
Отримані результати дозволили
встановити, що у зоні контакту заготовки із матрицями, при висаджуванні головки
цвяха, виникають значні напруження. Проте ці напруження викликають лише пружні
деформації матриць і не призводять до їх руйнування або деформації, що
забезпечує стабільну роботу гвоздильного автомата.
Рис. 6 Аналіз на міцність у середовищі
Cosmos Motion
Список використаниї
літератури
1.Банкетов А.Н., Ланский Е.М. Кузнечно-штамповочное оборудование. – 2-е изд.
перераб. и доп. – М.: Машиностроение. 1982. – 576 с.
2.Бабицкий В.И. Теория
виброударных систем. – М.: Наука. 1978. – 350 с.