Мембранные зажимные приспособления. Конструкции и принцип работы
Мембранные зажимы применяют для установки и закрепления таких заготовок, как диски, втулки, кольца и т.п. при помощи как внутренних, так и наружных поверхоностей. Основной деталью таких зажимов является упругая мембрана, которая по форме может быть рожково-, чашечно- и кольцеподобной.
Мембранный патрон (рис. 2, а) имеет круглую, закрепленную на планшайбе станка мембрану 1 с симетрично розмещенными на ней кулачками 2. Количество кулачков зависит от размеров мембраны, их может быть от 6 до 12. В шпинделе расположен шток 4 пневмо- или гидроцилиндра, который, двигаясь вправо, изгибает мембрану и раскрывает ее кулачки (рис. 2, б), освобождая заготовку. Движение штока влево дает возможность при помощи кулачков центрировать и зажимать заготовку.
Изготовляют мембраны из высокоуглеродистых сталей (У7 А, 30ХГС, 60С2А, 65Г) с закалкой их до твердости 40...45 HRC.
Мембранные патроны могут обеспечивать точность центрирования до 0,005 мм. Достигают такой высокой точности центрирования путем дополнительной обработки кулачков в собраном патроне.
Рис. 2. Мембранные центровально-зажимные патроны
Исходными данными для расчета патрона являются наибольший момент резания, диаметр базовой поверхности заготовки и расстояние от середины кулачков до средней плоскости мембраны (Рис.2, а). Из условия равновесия отдельного кулачка мембраны радиальная сила на нем
(1)
где k - коэффициент запаса; М - момент сил резания, Н·мм; n – количество кулачков; f - коэффициент трения между кулачками и заготовкой; d – диаметр заготовки, мм.
Силы Q изгибают мембрану. Для большого количества кулачков, учитывая размещение их по окружности радиусом d/2, изгибающий момент
(2)
где М - момент сил, изгибающих мембрану, Н·мм; l - расстояние от мембраны до середины кулачка, мм. Силу, которую необходимо приложить к штоку для раскрытия кулачков с мембраной на угол φ, определяют из схемы для расчета мембранногопатрона (рис. 3). С некоторыми упрощениями имеем
или (3)
где d1 - наружный (большой) диаметр мембраны, мм; h - толщина мембраны,мм;
Рис. 3. Схемы для расчета мембранного патрона
(4)
где φ' - угол раскрытия кулачков (изгиба мембраны), град; φ - наименьшее значение угла раскрытия кулачков (изгиба мембраны), необходимого для охвата заготовки наименьшего диаметра, которуюопределяют как
(5)
где Td - допуск диаметра заготовки , мм; Smax - наибольший зазор между заготовкой и кулачками, мм; Е и μ - соответственно модуль упругости и коэффициент Пуассона для материала мембраны; kт - коэффициент момента сил, зависящий от соотношения d1/d и приблизительно может быть определен по такому отношению:
Отношение d1/d | 1,25 | 1,50 | 1,75 | 2,00 | 2,25 | 2,50 | 2,75 | 3,00 |
km | 0,215 | 0,355 | 0,440 | 0,490 | 0,520 | 0,545 | 0,560 | 0,580 |
По значеннию этой силы определяют наибольшее напряжение материала мембраны как
(6)
где σт – внутреннее напряжение в мембране, МПа; μ - коэффициент Пуассона; r0 – радиус окружности контакта штока и мембраны, мм; h - толщина мембраны, мм. Толщину мембраны принимают от 0,03 до 0,06d1, а радиус окружности контакта мембраны и штока r0 от 3 до 5 мм.
Кроме сплошных применяют также мембраны с центральным отверстием диаметром dц для прохода длинных прутковых заготовок. Для таких мембран угол раскрытия, определенный по формуле (4), умножают на коэффициент k1, а силу на штоке, определенную по формуле (3), - на коэффициент k2 (табл. 1), которые определяют по табл. 1 согласно значению отношений d1/dц та d1/d.
Таблица 1Значения коэффициентов k1 и k2
Отношение d1/dц | Отношение d1/d | |||||||
1,25 | 1,50 | 1,75 | 2,00 | 2,25 | 2,50 | 2,75 | 3,00 | |
Коэффициент k1 | ||||||||
1,01 | 1,02 | 1,04 | 1,06 | 1,08 | 1,10 | 1,13 | 1,16 | |
1,04 | 1,10 | 1,17 | 1,21 | 1,29 | 1,39 | 1,52 | 1,60 | |
1,06 | 1,14 | 1,22 | 1,31 | 1,43 | 1,55 | 1,74 | — | |
1,00 | 1,24 | 1,40 | 1,53 | 1,73 | — | — | — | |
2,5 | 1,13 | 1,33 | 1,55 | — | — | — | — | — |
Коэффициент k2 | ||||||||
0,93 | 0,92 | 0,90 | 0,89 | 0,87 | 0,86 | 0,84 | 0,83 | |
0,87 | 0,84 | 0,82 | 0,80 | 0,78 | 0,75 | 0,67 | 0,60 | |
0,87 | 0,83 | 0,80 | 0,79 | 0,77 | 0,74 | 0,65 | — | |
0,88 | 0,85 | 0,83 | 0,81 | 0,79 | — | — | — | |
2,5 | 0,92 | 0,90 | 0,88 | — | — | — | — | — |
Наибольшее напряжение в материале мембраны с центральным отверстием находят по формуле
(7)
Мембранный патрон с пневматическим цилиндром (рис. 2, в) увеличивает силу зажима заготовки. Движение вправо поршня 3 вместе со втулкой 4, закрепленной с ним, обеспечивает изгиб мембраны 1 и освобождение заготовки 2, а движение его влево позволяет увеличить силы зажима заготовки, так как к упругим силам мембраны добавляется еще и сила поршня.
Задача.Определить силу на штоке и напряжение в материале мембраны для центрирующего патрона (рис. 2 а), передающего крутящий момент сил резания Мр = 15000 Н · мм и имеющего такие конструктивные размеры: d = 62,5 мм; d1 = 125 мм; l = 30 мм; h = 4 мм; количество кулачков п = 8; допуск диаметра заготовки Тd = 0,02 мм; зазор Smax = 0,025 мм; материал мембраны - сталь марки У7А.
Решение. Принимаем для расчетов, что модуль упругости материала мембраны Е = 2,1·105 МПа; коэффициент Пуассона μ = 0,3; коэффициент трения между заготовкой и кулачками f = 0,15 и коэффициент запаса k = 1,5. Радиальную силу на каждом из кулачков определяем по формуле (1) как
Момент сил, изгибающий мембрану,
Приняв радиус окружности контакта мембраны и штока r0 = 3 мм и определив наименьшее значение угла раскрытия кулачков по формуле (5) как
и угла раскрытия кулачков с учетом допуска на диаметр заготовки и наибольшего зазора между заготовкой и кулачками по (4) как
находим силу на штоке по первой формуле (3):
Напряжение в материале мембраны определяем по формуле (7) как
Такое напряжение значительно меньше предела прочности стали У7 А- 630 МПа.
<== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
Сравнение клеток растений и животных | | | Гидропластмассовые зажимные приспособления. Конструкции и принцип работы |
Дата добавления: 2017-11-21; просмотров: 2872;