Расчет и конструирование пневматических и гидравлических прижимов

Камера

Определение усилий прижатия различных деталей в решет­чатых, рамных и других конструкциях. При сборке решетчатых, рамных и других конструкций требуется спроектировать при­жимные элементы приспособлений для зажатия различного вида раскосов, связей, планок, косынок, кронштейнов, накладок и т. п. Производить определение усилий зажатия таких деталей расчетными методами, приведенными выше, весьма трудоемко, а часто и невозможно. Для таких соединений усилия прижатия должны обеспечивать сохранение контакта, заданного зазора или отсутствие зазоров между устанавливаемыми деталями и удержание деталей от возможного сдвига их в процессе при­хватки, последующей сборки или сварки.

Учитывая производственный опыт многих машиностроитель­ных заводов и проектных организаций, для закрепления таких деталей усилие каждого необходимого прижима выбирают в пределах (2 ... 6 кН).

 

Расчёт механических прижимов

Клиновые прижимы. Компактны, просты в изготовлении и обладают сравнительно высоким быстродействием. В сборочно-сварочном производстве их используют для поджатия одного эле­мента к другому, выравнивания кромок или как стяжное уст­ройство.

Для обеспечения условия самоторможения клинового при­жима, необходимо, чтобы j á=2р для одностороннего клина и j₁+j₂ á= 2р для двустороннего клина (j₁ и j₂ — углы скоса дву­стороннего клина; j — угол скоса одностороннего клина; р — угол трения: tgp=f; f — коэффициент трения скольжения).

Перемещение клина l, необходимого для поджатия детали на величину с (рис. 24), будет l=c / tgj.

Усилие заколачивания клина P₁ = Q [tg (j +p)+tgp]

Усилие выколачивания клина P₂ = Q [tg(p— j) + tgр].

Эксцентриковые прижимы. Являются быстродействующими и применяются в приспособлениях серийного и массового про­изводства.

В сборочно-сварочных приспособлениях преимущественно используются круглые эксцентрики. Прижимное усилие Q, раз­виваемое таким зажимом (рис. 25), будет Q= (10... 12) Р; где Р — усилие, прикладываемое к рукоятке. Если Р=150 Н, то Q = 1500... 1800 Н.

Из условия самоторможения определяют основные размеры эксцентрика:

Qe <= F (D/2) + F₁(d/2),

где F—сила трения в контакте кулачок г- деталь: F=fQ; F_t — сила трения на оси вращения кулачка: F₁ = f₁Q.

Тогда Qe<=fQ(D/2)+f₁Q₁(d/2), или e<=f(D/2)+f₁(d/2).

Так как второе слагаемое очень мало, то им пренебрегают. При j = 0,15 для пары сталь — сталь е<=0,075 D.

 

Винтовые прижимы. Имеют простую конструкцию, невысо­кую стоимость, надежны в работе, обеспечивают необходимые (иногда значительные) усилия.

По заданному усилию Q рассчитывают винт, гайку, корпус и элементы крепления прижима к корпусу приспособления (рис.26).

Сила на рукоятке W будет (рис. 26):

W = Qr_cp/tg (а + j₁)/l,

где г_ср — средний радиус резьбы, мм; l — длина рукоятки, мм; a — угол подъема резьбы; j₁— угол трения в резьбовой паре.

Количество витков резьбы в гайке

где d_н и d_вн — наружный и внутренний диаметр резьбы, см; р₀ — удельное давление на поверхности ниток резьбы: для стального винта и чугунной гайки р₀=50 ... 60 МПа, для стальной гайки р₀=90 ... 130 МПа.

 

Высота гайки H=nS/m,

где S — шаг винта, см; m — число заходов резьбы.

Наружный диаметр винта

где [s]_р — допускаемое напряжение на растяжение материала винта при пе­ременной нагрузке:

[s]_р = 58 ... 98 МПа.

В сборочно-сварочном производстве нашли широкое при­менение различные зажимные устройства, действующие от пнев­матического привода. Такой привод (ГОСТ 18460—81 *) прост по конструкции и в управлении, является быстродействующим, надежен и имеет сравнительно малую стоимость.

Силовой пневматический привод (рис. 27) состоит из пневмодвигателя (пневмоцилиндра, пневмокамеры, пневмошланга или сильфона), пневматической аппаратуры и воздухопроводов (рис.28).

При необходимости последовательного включения двух при­водов перед одним из них устанавливается дросселирующий клапан, замедляющий скорость .поступления воздуха. Для авто­матизации пневмоприжимов взамен трехходовых кранов ста­вятся электропневматические клапаны, включение которых про­изводят путевые выключатели.

Осевая сила на штоке пневмоцилиндра одностороннего дей­ствия (рис. 29)

на штоке пневмоцилиндра двустороннего действия при по­даче воздуха со стороны поршня (рис. 27, а)

а со стороны штока

где D — диаметр пневмоцилиндра (поршня); d — диаметр штока поршня; р—давление сжатого воздуха; Q₁ — сила сопротивления возвратной пру­жины а конце рабочего хода поршня; h— КПД, учитывающий потери в пневмоцилиндре: h= 0,85 ... 0,90.

Рассчитав диаметр пневмоцилиндра, полученное значение округляют до ближайшего большего по ГОСТ 15608—81 *Е, 6540—68 * и по принятому диаметру определяют действитель­ную осевую силу на штоке.

 

Пневмоцилиндры по ГОСТ 15608—81*Е выпускаются диа­метром 25 ...400 мм и рассчитаны на давление сжатого воздуха до 1 МПа. Они могут по-разному крепиться на корпусе приспо­собления и имеют метрическую (ГОСТ 9150—81) или кониче­скую присоединительную резьбу трубопроводов в крышках.

Прижимы с пневмокамерами (ГОСТ 9887—70*) компактны, обладают малой массой. Расчет необходимого диаметра пневмокамеры аналогичен расчету диаметра пневмоцилиндра, од­нако КПД камер ц — 0,60... 0,85, причем значение его для пневмокамер одностороннего действия зависит от хода штока.

В прижимах с пкевмошлангами используются прорезинен­ные пожарные рукава. Возврат прижима может осуществлять­ся возвратным шлангом либо пружиной.

Подвод сжатого воздуха и управление пневмоприжимом осу­ществляется с использованием различной аппаратуры (рис. 28) — маслораспылителей, фильтров-влагоотделителей (ГОСТ 17437— 81 *Е), кранов запорных, регуляторов давления (ГОСТ 18468— 79*Е), дросселей (регуляторов скорости), кранов управления или ЭПК, обратных клапанов, глушителей шума и трубопроводов. Для подвода сжатого воздуха к пневмоприводам, вращаю­щимся вместе с планшайбой или рамой приспособления, при­меняют муфты одностороннего или.двустороннего действия.

Большинство зажимных устройств сборочно-сварочных при­способлений с пневматическим приводом, как правило, снаб­жаются механическими рычажными или клиновыми усилите­лями в виде рычагов 1-го и 2-го рода.

В конструктивном отношении гидравлические прижимы ана­логичны пневматическим. Гидравлические прижимы обеспечи­вают значительно большие усилия (в 10 и более раз) по сравне­нию с пневматическими того же диаметра, не требуют смазки, работают плавно и бесшумно. В сборочно-сварочных приспо­соблениях и установках их применяют, когда диаметры ци­линдра (Солее 60 мм) трудно вписать в конструкцию. Расчет гидроцилиндров аналогичен расчету пневмоцилиндров. Выбор гидравлических цилиндров производят по ГОСТ 6540—68*.

Существенными недостатками гидроприводов являются вы­сокая первоначальная стоимость (за счет необходимости иметь дорогую гидростанцию) и усложнение эксплуатации из-за ча­стой утечки масла, что ограничивает их применение.

 

Рис 28. Схема силового пневмо­привода

/ — вентиль воздушный: 2 — водоотделитель; 3 — клапан редукционный 4 — лубрикатор; 5 — клапан обратный f —кран управления; 7 — пневиоцилиндр; 8 — воздухопровод

 

Рис. 29. Схема цилиндра одностороннего дей­ствия