А Дячун - Дослідження силових параметрів формоутворення гвинтових затискних елементів - страница 1

Страницы:
1  2 

Дослідження силових параметрів формоутворення гвинтових затискних елементів ІДячун А.Є., Ляшук О.Л., Скиба О.П., Палюх А.Я. ІІ Вісник ТДТУ. — 2010. — Том 15. — № 1. — С. 102-106. — (машинобудування, автоматизація виробництва та процеси механічної обробки).

УДК 621.369

А. Дячун, канд. техн. наук; О. Ляшук, канд. техн. наук;

О. Скиба; А. Палюх

Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя

ДОСЛІДЖЕННЯ СИЛОВИХ ПАРАМЕТРІВ ФОРМОУТВОРЕННЯ ГВИНТОВИХ ЗАТИСКНИХ ЕЛЕМЕНТІВ

Резюме. Розглянуто процес навивання профільних стрічок на оправу. Досліджено силові параметри процесу формоутворення гвинтових затискних елементів, визначено напруження у матеріалі заготовки і момент гнуття у процесі навивання, момент обертання оправи та силу гнуття. Зображено графічні залежності моменту гнуття від конструктивних параметрів гвинтових затискних елементів.

Ключові слова: гвинтовий затискний елемент, технологічний процес, стрічка.

А. Dyachun, O. Lyashuk, O. Skyba, A. Palyuh

INVESTIGATION OF FORCE PARAMETERS OF FORMING SPIRAL

CLAMPING ELEMENTS

The summary. The process of wending profile ribbons on mandrel is reviewed. The force parameters of process forming spiral clamping elements are investigated, the stresses in the material of blank, the moment of bending, the moment of rotating and the force of bending during wending process are presented. The graphics of depending of bending moment from construct parameters of spiral clamping elements are developed.

Key words: spiral clamping element, technological process, ribbon.

Умовні позначення:

op - радіальні напруження, МПа;

в - коефіцієнт, що враховує вплив середнього головного напруження, дорівнює 1,15;

as - границя текучості матеріалу гвинтового затискного елемента, МПа;

R - зовнішній радіус гнуття, мм;

р- полярна координата радіуса гнуття, мм;

од - тангенціальні напруження, МПа;

r1 - найменший внутрішній радіус гнуття полички, мм;

а- кут нахилу полички, град;

s - товщина стрічки, мм;

М - момент гнуття, Нмм;

Н - висота полички гвинтового елемента, мм;

FT1 - сила тертя між роликом та стрічкою, Н;

FT2 - сила тертя між стрічкою та оправою, Н;

у- кут повороту оправи, град;

N - поздовжня сила, Н;

F - рівнодіюча нормальних контактних напружень на стрічці, Н;

P - сила гнуття притискним роликом, Н;

l - відстань між центрами оправи та притискного ролика, мм;

- середній радіус взаємодії гвинтового елемента, мм;

R0 - радіус оправи, мм;

Rc - середній радіус гвинтового елемента, мм;

(і1 - коефіцієнт тертя між притискним роликом та стрічкою;

іл2 - коефіцієнт тертя між оправою та гвинтовим елементом;

ar - контактні нормальні напруження на внутрішньому радіусі заготовки, МПа;

L - довжина трапецієвидного пелюстка на внутрішньому діаметрі, мм;

МО - момент обертання оправи, Нмм;

kM - коефіцієнт, що враховує конструктивні виконання оправи; oto0 - екстрапольована границя текучості, МПа; П - лінійний модуль зміцнення, МПа.

Актуальність теми. Машинобудування - це базовий комплекс галузей промисловості, рівень розвитку якого визначає розвиток усього народного господарства. Одним з основних напрямків удосконалення технології механоскладального виробництва є упровадження прогресивних технологічних процесів та їхнє забезпечення технологічним оснащенням, при цьому гвинтові затискні елементи - одні з важливих її частин. Тому технологічні особливості проектування і їхнє виготовлення - актуальна проблема, що має важливе народногосподарське значення.

Аналіз останніх результатів досліджень. Дослідженням конструктивних і технологічних параметрів процесу формоутворення гвинтових елементів технологічного оснащення присвячені праці багатьох науковців. Зокрема, Е.М. Мошнін [3] розробив основи виготовлення гвинтових заготовок на ротаційних машинах із визначенням силових та конструктивних параметрів процесу. М.Е. Зубцов [1] дослідив процес гнуття тонколистових заготовок, визначивши стан напружень і деформацій у січеннях заготовок та вивівши відповідні аналітичні залежності. Роботи Б.М. Гевка [2] присвячені виготовленню гвинтових заготовок способами прокатування та навивання на оправу, при цьому досліджено особливості цих процесів з відповідними конструктивними та силовими параметрами. Оскільки розвиток технології машинобудування вимагає застосування конструктивно нових гвинтових затискних елементів, процес їхнього формоутворення має свої особливості, які не розглянуті у попередніх дослідженнях.

Мета роботи. Розробити технологічні передумови виготовлення гвинтових затискних елементів з прямокутним поперечним перерізом методом навивання на оправу.

Роботу виконано згідно з координаційним планом Комітету з питань науки і техніки та Міністерства освіти і науки України з розділу "Машинобудування", "Високоефективні технологічні процеси в машинобудуванні" на 2010-2015 рр.

Реалізація роботи. Виготовлення затискних гвинтових елементів проходить у такій послідовності:

1. Вирубування трикутних пазів на стрічці металу за допомогою преса на спеціальному штампі.

2. Гнуття полички на стрічці за допомогою роликів.

3. Навивання одержаної стрічки з поличкою на оправу.

Розглянемо процес навивання такої стрічки на оправу, зображений на рис. 1.

3      / ду

Рисунок 1 - Розрахункова схема процесу навивання стрічки на оправу:

1 - оправа; 2 - притискний ролик; 3 - стрічка; 4 - гвинтовий елемент У процесі навивання відбувається зближення трапецієвидних пелюстків стрічки на внутрішньому діаметрі і розтяг волокон полички на зовнішньому діаметрі гвинтового елемента. Тобто в зоні полички виникають лише деформації розтягу. Визначимо момент згину стрічки в цій зоні, розглянувши процес деформації у гарячому стані.

Як відомо, радіальні напруження, що виникають у поличці стрічки, визначають за формулою [1]

op=-Pos ln R . (1)

р

Тангенціальні напруження у зоні розтягу

(     R

oe=Pos 1 - ln - . (2)

Згідно з розрахунковою схемою на рис. 1 радіус гнуття заготовки змінюється від Г1 до r(x), де

r(x) = r1 + x tga. (3) Зовнішній радіус гнуття заготовки

s

R(x) = r1 +-+ x tga. (4)

cos a

Значення моменту гнуття під час навивання із підігрівом визначаємо як інтегральну суму по висоті заготовки елементарних моментів від тангенціальних напружень, враховуючи формули (2), (3), (4):

s ( s

. r1 +---+ x^tga

cos a

M = J     J fias

r + x-tga

r1 +-+

1 - in-cosa-

р

x tga\

рdрек. (5)

Після перетворень рівняння (5) одержуємо: M = - ■P^as [bH(r1 + - b + Htga ] + (H tgaA-rfl + tgaKH + - b + 3r1K - Dtgall) +

(6)

+ 3r12 ( K - D )-b ( b + r1)) + ^-^-ь-J—^-],

tga

де використано такі позначення:

s

b =-; K = ln (r1 + b + Htga);        C = ln(r1 + b); D = ln (r1 + Htga) .

cos a

Згідно з розрахунковою схемою на рис. 1 рівняння рівноваги частини стрічки, що піддається деформації, запишемо наступним чином:

по осі x: -FT1 - FT2 cos у + N cos у + F sin у = 0 ; Л

по осі y: - P + FT 2 sin у- N siny + F cosy = 0; > (7)

сума моментів: P l + FT1Rз + FT2 R0 - N ■ Rc -M = 0. J Сили тертя визначаємо за залежностями

P; (8)

Ft 2 =^2 F . (9) Рівнодіючу нормальних контактних напружень знаходимо за формулою

F = аг s L. (10)

При відомому моменті гнуття M можна знайти усі сили, що виникають у процесі навивання, розв'язавши систему рівнянь (7). У даному випадку

F = —-)-; (11)

//2 sin у + tgу (-ju2 cos у + sin у) + cos у

N

(12)

/и1 P + F (/и2 cos у + sin у) cos у

Експериментальні дослідження показали, що максимальна сила гнуття P притискним роликом виникає на початковій стадії деформування, тобто коли кут у рівний нулю. Тому, для спрощення розрахунків, розв'язок системи рівнянь (7) буде таким:

P = F ; (13)

N = + д )■ P; (14)

P

M

l + д ■ (R3 -1) + д ■(R -1)' що тут коефіцієнт тертя jU1  між притискним роликом

(15)

Слід зауважити,

профільною стрічкою є величиною приведеною і не відповідає безпосередньому значенню коефіцієнта тертя для контактуючих матеріалів. Момент, який необхідно прикласти для обертання оправи, залежить від конструктивних особливостей оправ і в загальному випадку визначається згідно з рисунком 1 за залежністю

M0 = км P■(l + д R ). (16)

На основі наведених вище формул можна проектувати необхідне технологічне оснащення. При цьому, для зменшення моменту обертання оправи, а отже, і зменшення необхідної потужності навивання заготовок, потрібно звести до мінімуму коефіцієнт тертя j 1 , наприклад, використовуючи змащувальні речовини.

Якщо процес навивання гвинтового елемента виконувати в холодному стані, у матеріалі заготовки проходить процес зміцнення, унаслідок цього зростає момент гнуття, який можна визначити за формулою

—+ x tga

M

J J в

1 - ln­

r1 +-

+

cos a

x tga 1

р

+

r + x tga

П 2 ■I 2lnр

-ln

cos a

- + x tga

R2

ln r1 +

cos a

+ x tga

р

■ рЄ рdx.

(17)

Розв'язок рівняння (17) аналітичним методом є досить громіздким, тому визначення конкретного числового значення моменту гнуття доцільно проводити числовим методом, використовуючи відповідні комп'ютерні програми, що значно зменшить час на розрахунок.

Приклад такого розрахунку наведено у вигляді графіка на рис. 2.

Згідно з графіком на рис. 2 робимо висновок, що при збільшенні висоти полички і кута її нахилу момент гнуття гвинтового елемента зростає.

Згідно з графіком на рис. 3 робимо висновок, що при збільшенні товщини стрічки від 0,5 мм до 3 мм момент гнуття для висоти пружини 30мм зростає від 10000 Н мм до 70000 Н мм.

На основі проведених досліджень можна зробити такі висновки:

1. Розроблено технологічні передумови виготовлення гвинтових затискних елементів з прямокутним поперечним перерізом. Наведено спосіб навивання профільних стрічок на оправу. Визначено розподіл напружень у матеріалі заготовки. Встановлено залежність радіуса гнуття заготовки від конструктивних особливостей гвинтових затискних елементів.

2. Досліджено силові параметри процесу формоутворення гвинтових затискних елементів. Визначено момент гнуття профільних стрічок на оправу в гарячому і холодному стані. На основі рівнянь рівноваги встановлено залежність сили гнуття,

s

ТО

s

r +

s

sпоздовжньої сили, рівнодіючої контактних нормальних напружень під час навивання стрічки на оправу залежно від конструктивних параметрів стрічки. Побудовано графічні залежності моменту гнуття від висоти полички стрічки та її товщини. Розроблено базу для використання даних досліджень у промисловому виробництві.

9

■104

М, Н мм

8 404 4

4

4

4

4

4

2 404

20

25 30 35 40

Рисунок 2 - Графік залежності моменту гнуття стрічки від висоти полички: 1 - a=10град; 2 - a=20град; 3 - a=30град

H, мм

М, Н мм

7 404

5 404

3 40

1 404

005

s, мм

Рисунок 3 - Графік залежності моменту гнуття стрічки від товщини стрічки: 1 - Н=10мм; 2 - Н=20мм; 3 - Н=30мм

3

2

4

6-10

4

4-10

4

2-10

1.5

2

2.5

3

Література

1. Зубцов М. Е. Листовая штамповка / Зубцов М. Е. - Л. : Машиностроение, 1980. - 432 с.

2. Гевко Б. М. Технология изготовления спиралей шнеков / Гевко Б. М. - Львов : Вища школа, 1986. -

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

А Дячун - Дослідження силових параметрів формоутворення гвинтових затискних елементів

А Дячун - Математична модель процесу фрезерування криволінійних контурів циліндричною фрезою

А Дячун - Техніко-економічне обгрунтування використання переналагоджуваних кондукторів з обертовимивтулками