Технічні науки / 3. Галузеве  машинобудування

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

 

ГОСТ 4028-63 Гвозди строительные

 

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.