где F – сопротивление движению груза по рольгангу, Н; vк – скорость движения груза по конвейеру; согласно расчёту по производительности vк=0, 25 м/с; h0 –общий КПД устройств, передающих движение от электродвигателя к роликам, предварительно принимаемh0=0, 75.

Величину сопротивления движению груза по рольгангу можем определить по формуле [2, с. 228]:

, (3. 2)

где mг – масса одного груза (суммарная масса одного стола – спутника, детали и технологической оснастки), ; - ускорение свободного падения, ; z0 – число грузов, одновременно находящихся на конвейере, z0=1; - коэффициент трения качения груза по роликам, ; - коэффициент трения в цапфе ролика (в подшипнике), ; dп – диаметр цапфы ролика (внутренний диаметр подшипника), (для подшипника 1000903); - диаметр ролика, ; - масса ролика, предварительно принимаем ; z – количество роликов, . Подставляя данные значения в формулу (3. 2), получим:

Подставляя это значение в формулу (3. 1), получим:

В качестве привода применяем червячный мотор –редуктор АООТ “Завод Редуктор” МРЧ25Р с электронным вариатором. Его параметры: передаточное отношение редуктора ;

    диапазон регулирования (при этом );
    наибольший крутящий момент на выходном валу ;
    мощность ;
    частота вращения вала электродвигателя .

Определим необходимый крутящий момент на выходном валу мотор – редуктора. При передаточном отношении цепной передачи : , (3. 3)

где - КПД цепной передачи, [3, с. 5]; - частота вращения ролика, . (3. 4)

Таким образом,
.

Сравнивая это значение с наибольшим крутящим моментом на выходном валу, приходим к выводу, что мотор– редуктор обеспечивает необходимый крутящий момент. 3. 1. 3. Расчёт и конструирование цепной передачи привода рольганга поворотной части

Требуется спроектировать цепную передачу со следующими параметрами: передаточное отношение ;

    крутящий момент, передаваемый передачей ;
    частота вращения приводного вала передачи .
    Согласно [4, с. 413] выбираем цепь ПР-8-460 ГОСТ13568-75.
    Определим параметры звёздочек.
    Делительный диаметр звёздочек [3, с. 148]:
    , (3. 5)
    где t – шаг цепи, ; - количество зубьев звёздочки, .
    Диаметр окружности выступов звёздочек [3, с. 148]:
    , (3. 6)
    3-курсовое проектирование деталей машин
    где - диаметр ролика цепи, .
    Подставляя в (3. 6) значения, получим:
    .
    Диаметр окружности впадин звёздочек [4, с. 418]:
    (3. 7)

Наибольший диаметр обода можем определить по формуле [4, с. 418]: , (3. 8)

где h – высота цепи, .

Проведём проверочный расчёт цепи на прочность. Условие прочности имеет следующий вид [3, с. 151]:

, (3. 9)

где s – действительный коэффициент запаса; Q – разрушающая нагрузка, [4, c. 413]; - окружная сила на звёздочке: ; (3. 10)

- динамический коэффициент, ; - центробежная сила:
, (3. 11)

где q – погонная масса цепи, для цепи ПР-8-460 ГОСТ13568-75 ; - сила от провисания цепи:

(3. 12)

где - коэффициент, учитывающий положение цепной передачи в пространстве, (цепь расположена горизонтально); а1 – межосевое расстояние роликов, , данными значениями учитывается наихудший случай; - нормативный коэффициент запаса, .

Подставляя данные значения в (3. 9), получим:
.

Таким образом, выбранная цепь удовлетворяет условию прочности. Определим число звеньев цепи, соединяющей соседние ролики:

. (3. 13)

Определим число звеньев цепи, соединяющей выходной вал мотор – редуктора с роликом: . (3. 14)

Для замыкания цепи необходимо, чтобы число звеньев было целым чётным числом. По этой причине принимаем следующие значения чисел звеньев: . При этом длина цепей составит . 3. 1. 4. Выбор и проверочный расчёт подшипников качения

Номинальную долговечность (ресурс) подшипников можем определить по формуле: , (3. 15)

где - ресурс подшипника, ч; - частота вращения одного из колец подшипника, ; С – динамическая грузоподъемность подшипника, Н; Р – эквивалентная нагрузка на подшипник, Н; m – показатель степени, учитывающий вид подшипника, для шарикоподшипников . В качестве опор роликов выбираем радиальные шарикоподшипники 1000903 ГОСТ8338-75 (), для промежуточных роковых опор выбираем радиальные шарикоподшипники 80201 ГОСТ7242-70 (). Проверим выбранные подшипники по ресурсу.

Для определения эквивалентной нагрузки на подшипник ролика составим расчётную схему.

Расчётная схема для определения радиальной нагрузки на подшипники

Рис. 3. 1

Пренебрегая неравномерностью распределения веса груза Gпо подшипникам (предполагаем, что вес груза действует точно по центру ролика) и радиальными усилиями, обусловленными работой цепной передачи, для определения радиальных нагрузок на подшипники можем воспользоваться формулой: , (3. 16)

где - коэффициент, учитывающий то, что груз находится как минимум на трёх роликах, . Пренебрегая неточностью изготовления деталей ролика и их сборки, осевое усилие на подшипники.

Согласно [3, c. 212]:
, (3. 17)

где - коэффициент, учитывающий вариант установки подшипника: при вращении наружного кольца. - коэффициент, учитывающий условия работы подшипника: .

    - температурный коэффициент: .
    Таким образом,
    .
    Подставляя это значение в (3. 15), получим:
    для шарикоподшипников роликов
    ;
    для шарикоподшипников промежуточных роликовых опор
    .

При этом считаем, что на шарикоподшипники промежуточных роликовых опор действует такая же нагрузка, что и на шарикоподшипники роликов. Данные значения ресурса работы подшипников нас удовлетворяют, оставляем выбранные марки подшипников неизменными.

3. 1. 5. Проверочный расчёт осей роликов на прочность

Работоспособность осей будет обеспечена при соблюдении условия прочности для рассматриваемого i-го опасного сечения:

(3. 18)

где - действительные напряжения изгиба, Н/мм2; - действительные напряжения среза, Н/мм2; - допускаемые напряжения, которые можем определить по формуле: , (3. 19)

где - предел текучести материала, для стали 45 ; s – коэффициент запаса, [4, с. 105]. Составим расчётную схему для определения действующих напряжений. Расчётная схема оси

Рис 3. 2

Опасными являются два сечения оси: m-m и n-n. Проверим эти сечения на прочность.

Величину действительных напряжений изгиба можем определить по формуле: , (3. 20)

где li; di – соответственно расстояние от точки приложения силы до рассматриваемого сечения и диаметр оси в рассматриваемом сечении. Величину действительных напряжений среза можем определить по формуле: . (3. 21)

Рассмотрим сечение n-n. Для этого сечения . Согласно (3. 20; 3. 21) получим:

Рассмотрим сечение m-m. Для этого сечения . Согласно (3. 20; 3. 21) получим:

    Определим значения :
    - для сечения n-n ;
    - для сечения m-m .
    Таким образом, согласно условию прочности (3. 18) получаем:
    - для сечения n-n ;
    - для сечения m-m .

Условие прочности выполняется для обоих сечений, по этой причине оставляем размеры оси неизменными.

3. 1. 6. Расчёт и выбор пружины упорного устройства

Выбор пружины произведён с помощью встроенной функции расчёта пружин САПР “КОМПАС– График 5. 5”. Результаты расчёта сведены в табл. 3. 1. Таблица 3. 1

    Расчетные данные по пружине сжатия N279 ГОСТ 13770 – 86
    ПАРАМЕТР
    ОБОЗНАЧЕНИЕ
    ВЕЛИЧИНА
    Наружный диаметр:
    D1 (мм)
    16. 000
    Внутренний диаметр:
    D2 (мм)
    13. 200
    Диаметр проволоки:
    d (мм)
    1. 400
    Рабочий ход:
    h (мм)
    24. 773
    Усилие предварительной деформации:
    F1 (H)
    30. 000
    Рабочее усилие:
    F2 (H)
    60. 000
    Усилие максимальной деформации:
    F3 (H)
    71. 000
    Шаг:
    t (мм)
    7. 265
    Число рабочих витков:
    n
    10. 000
    Полное число витков:
    n1
    11. 000
    Критическая скорость сжатия пружины:
    Vk(м/с)
    4. 940
    Длина пружины в свободном состоянии:
    L0 (мм)
    74. 029
    Длина пружины при предварительной деформации:
    L1 (мм)
    49. 256
    Длина пружины при рабочей деформации:
    L2 (мм)
    24. 483
    Длина пружины при максимальной деформации:
    L3 (мм)
    15. 400
    Максимальное касательное напряжение пружины:
    t3 (МПа)
    1200. 258
    Жесткость одного витка:
    C1 (H/мм)
    12. 110
    Наибольший прогиб одного витка:
    s1 (мм)
    5. 865
    Жесткость пружины:
    C (H/мм)
    1. 211
    Масса пружины:
    M (кг)
    0. 00664
    3. 1. 7. Расчёт массы поворотной части

В данном разделе требуется произвести расчёт массы поворотной части с целью дальнейшего расчёта привода поворота.

Величину массы поворотной части можем найти по формуле:
, (3. 22)

где - масса поворотной части, кг; - коэффициент, учитывающий неучтённые при расчёте массы: сварные швы, крепёжные изделия, электропроводку, вспомогательное и управляющее электрооборудование, расположенные на поворотной части, ; - масса металлоконструкций, кг; - масса ролика, кг; - масса промежуточных роликовых опор, кг; - масса мотор - редуктора, кг; - масса цепи, кг; - масса упорного устройства, кг. Массу металлоконструкций можем определить по формуле:

, (3. 23)

где - масса поворотной платформы, кг; - масса роликовой стойки, кг; - масса защитного кожуха цепи, кг. Масса поворотной платформы:

, (3. 24)
где - масса кольцевого швеллера:

( - плотность стали, ; - соответственно площади горизонтальных и вертикальных элементов, а также площадь рёбер жёсткости кольцевого швеллера, мм2; - высота вертикального элемента, мм; - толщина стального листа, мм. ) Здесь и далее значения высот, длин, толщин и площадей определены с помощью встроенной функции САПР “КОМПАС– График 5. 5” согласно чертежу. - соответственно погонная масса (кг/м) и суммарная длина швеллера 1 . Таким образом, согласно (3. 24):

Масса роликовой стойки:
(3. 25)

где - площади соответственно вертикального элемента стойки, основания, рёбер жёсткости малого и большого.

Масса защитного кожуха цепи:
, (3. 26)

где - соответственно площадь поперечного сечения (мм2) и длина кожуха (мм). Подставляя значения в (3. 23), получим:

    .
    Массу ролика можем определить по формуле:
    , (3. 27)
    где - масса основной трубы:
    ; (3. 28)
    - масса вставки:
    ; (3. 29)
    - масса упорного обода:
    ; (3. 30)
    - масса подшипника: ( подшипник 1000903 ГОСТ8338-75);
    - масса оси ролика:
    (3. 31)

В формулах (3. 28) – (3. 31) и последующих - соответственно площадь поперечного сечения, длина и толщина деталей или элементов (например, ступеней оси).

Подставляя значения в (3. 27), получим:
.

Массу промежуточной роликовой опоры можем определить по формуле: , (3. 32)

    где - масса швеллера 2 :
    , (3. 33)
    - погонная масса швеллера, ;
    - масса стойки промежуточной роликовой опоры:
    (3. 34)

где - масса соответственно ребра жёсткости, основания, вертикального элемента и втулки, кг.

- масса оси ролика промежуточной роликовой опоры:
(3. 35)

- масса подшипника промежуточной роликовой опоры: ( подшипник 80201 ГОСТ7242-70); - масса обода:

    . (3. 36)
    Подставляя эти значения в (3. 32), получим:
    .
    Масса мотор - редуктора .

Массу приводных роликовых цепей можем определить по формуле: , (3. 37)

    где - масса 1-го метра цепи, ; - длина одной цепи, м.
    Массу упорного устройства можем определить по формуле:
    , (3. 38)
    где - масса направляющих:
    (3. 39)
    - масса упора:
    ; (3. 40)
    - масса электромагнита, работающего на опускание упора, .
    Подставляя значения в (3. 38), получим:
    .
    Подставляя полученные значения в формулу (3. 22), получим:
    .
    Проектирование неповоротной части

3. 2. 1. Расчёт необходимой мощности привода, выбор электродвигателя и редуктора Требуемую мощность электродвигателя можем определить по формуле: , (3. 41)

где - момент, необходимый для вращения поворотной части, ; - требуемая частота вращения поворотной части, согласно проверочному расчёту поворотного стола по производительности; - общий КПД привода, предварительно принимаем h0=0, 75. Определим величину момента, необходимого для вращения поворотной части: , (3. 42)

    где - статический момент, ; - момент сил инерции .
    Значение статического момента можем определить по формуле:
    , (3. 43)

где - масса груза, ; - масса поворотной части, ; - коэффициент трения в шарикоподшипнике, ; - коэффициент трения качения поворотной части по опорным роликам, ; - внутренний диаметр подшипников, установленных в опорных роликах, ; - наружный диаметр роликов, ; - наружный диаметр поворотной части, . Таким образом, получим:

    .
    Значение момента сил инерции можем определить по формуле:
    (3. 44)
    где - время пуска (торможения), принимаем .
    Таким образом,
    .
    Согласно (3. 41) получим:
    .

Для выбора привода определим частоту вращения приводного опорного ролика и требуемый момент, подводимый к нему:

(3. 45)

Согласно рассчитанным параметрам выбираем в качестве привода мотор – редуктор червячный МРЧ63 (АООТ “Завод Редуктор”). Параметры мотор – редуктора: передаточное отношение ;

    частота вращения вала электродвигателя ;
    частота вращения выходного вала ;
    момент на выходном валу ;
    КПД .
    3. 2. 2. Расчёт и конструирование цепной передачи

Согласно [4, с. 413] выбираем цепь ПР-19, 05-3180 ГОСТ13568-75. Определим параметры звёздочек.

    Делительный диаметр звёздочек [3, с. 148]:
    , (3. 46)
    где t – шаг цепи, ; - количество зубьев звёздочки, .
    Диаметр окружности выступов звёздочек [3, с. 148]:
    , (3. 47)
    где - диаметр ролика цепи, .
    Подставляя в (3. 47) значения, получим:
    .
    Диаметр окружности впадин звёздочек [4, с. 418]:
    (3. 48)

Наибольший диаметр обода можем определить по формуле [4, с. 418]: , (3. 49)

где h – высота цепи, .

Проведём проверочный расчёт цепи на прочность. Условие прочности имеет следующий вид [3, с. 151]:

, (3. 50)

где s – действительный коэффициент запаса; Q – разрушающая нагрузка, [4, c. 413]; - окружная сила на звёздочке: ; (3. 51)

- динамический коэффициент, ; - центробежная сила:
, (3. 52)

где q – погонная масса цепи, для цепи ПР-19, 05-3180 ГОСТ13568-75 ; - сила от провисания цепи:

, (3. 53)

где - коэффициент, учитывающий положение цепной передачи в пространстве, (цепь расположена горизонтально); ацп – межосевое расстояние роликов, ; - нормативный коэффициент запаса, .

Подставляя данные значения в (3. 50), получим:
.

Таким образом, выбранная цепь удовлетворяет условию прочности. Определим число звеньев цепи, соединяющей соседние ролики:

. (3. 54)

Для замыкания цепи необходимо, чтобы число звеньев было целым чётным числом. По этой причине принимаем следующее значение числа звеньев: . При этом длина цепей составит . 3. 2. 3. Проверочный расчёт подшипников качения

В качестве опор роликов неповоротной части используются радиальные шарикоподшипники 104 ГОСТ8338-75. Проверочный расчёт этих подшипников проведён с помощью программы, предоставленной кафедрой “Детали машин”, результаты расчёта представлены ниже. При расчёте использовалось следующее значение радиальной реакции опоры:

(3. 55)

где - количество опорных роликов, ; - количество подшипников в одном опорном ролике, . Проверочный расчёт подшипников неприводных опорных роликов

ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ПОДШИПНИКОВ ТРЕБУЕМЫЙ РЕСУРС 30000 ч КОЭФФИЦИЕНТ БЕЗОПАСНОСТИ 1. 30

РЕЖИМ НАГРУЖЕНИЯ средний нормальный по ГОСТ 21354-87 КОЭФФ. ПЕРЕГР. 2. 00 ОПОРЫ ВАЛА: плавающие

относительно нагрузки вращается наружное кольцо подшипника ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ ВАЛА 22. 5 об. /мин. ВНЕШНЯЯ ОСЕВАЯ СИЛА 0 Н Опора 1 2 Подшипник 104 104 Радиальная реакция, Н 392 392 Максимальная осевая реакция, Н 0 0 Статическая грузоподъемность, Н 4500 4500 Эквивалентная статическая нагрузка, Н 784 784 Ресурс при вероятности безотказной работы 0. 9, ч 999999 999999 Вероятность безотказной работы при заданном ресурсе 0. 9995 0. 9995 Проверочный расчёт подшипников приводных опорных роликов

ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ПОДШИПНИКОВ ТРЕБУЕМЫЙ РЕСУРС 30000 ч КОЭФФИЦИЕНТ БЕЗОПАСНОСТИ 1. 30

РЕЖИМ НАГРУЖЕНИЯ средний нормальный по ГОСТ 21354-87 КОЭФФ. ПЕРЕГР. 2. 00 ОПОРЫ ВАЛА: плавающие

относительно нагрузки вращается внутреннее кольцо подшипника ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ ВАЛА 22. 5 об. /мин. ВНЕШНЯЯ ОСЕВАЯ СИЛА 0 Н Опора 1 2 Подшипник 104 104 Радиальная реакция, Н 392 392 Максимальная осевая реакция, Н 0 0 Статическая грузоподъемность, Н 4500 4500 Эквивалентная статическая нагрузка, Н 784 784 Ресурс при вероятности безотказной работы 0. 9, ч 999999 999999 Вероятность безотказной работы при заданном ресурсе 0. 9995 0. 9995

Проектирование системы управления

В данной части требуется спроектировать систему управления поворотным столом. Объектами управления в данном механизме являются:

двигатель рольганга (привода роликов) 4АА50А2У3 – асинхронный трехфазный с короткозамкнутым ротором; двигатель привода поворота поворотной части (двигатель поворота ПЧ) 4АА50А2У3 - асинхронный трехфазный с короткозамкнутым ротором; электромагнит опускания упора переменного тока ~220В 50Гц.

Система управления состоит из:

источника питания (переменное напряжение: однофазное 220В 50Гц; трёхфазное 380В 50Гц);

преобразователь напряжения (выходное напряжение =24В);
датчики:

индуктивные щелевого типа ПИЩ6 (питание =24В; дифференциал хода 2мм; ток нагрузки 0, 033 А);

оптический ДОБЩ16 (питание =24В; ток нагрузки 0, 2 А; гестерезис срабатывания не более 5мм; диапазон реагирования 0…10м);

конечный выключатель ВПК (~660 В 10А; =440В 10А).

логическое устройство –программируемый контроллер СМ1820М. ПКМ2 (количество входных дискретных сигналов 26; выходных дискретных сигналов 16; питание однофазное ~220В 50Гц; возможность связи с верхним уровнем);

усилители мощности, в качестве которых используются электронные вариаторы (поставляются вместе с применяемыми мотор–редукторами), позволяющие осуществлять управление электродвигателями по управляющим дискретным сигналам контроллера, бесступенчатое регулирование скорости, осуществлять разгон и торможение за 0, 1…999с;

контактор, подающий по сигналу контроллера напряжение на обмотку электромагнита;

    предохранительные устройства (автоматические выключатели).
    Схема расположения датчиков
    Рис. 3. 1

Рассмотрим функционирование системы управления при загрузке-разгрузке ГПМ, находящегося слева от роликового конвейера (по ходу движения груза). Исходное состояние: поворотная часть находится в среднем положении, рольганг поворотного стола не включён, упор поднят (напряжение на электромагнит не подаётся).

При подходе по впереди стоящему роликовому конвейеру груза к поворотному столу ЭВМ ВУ вырабатывает сигнал “Начало цикла” (НЦ), который поступает по проводной линии связи на контроллер поворотного стола (ПС), запускается двигатель рольганга М1 и подаётся управляющее напряжение на обмотку контактора. При этом происходит замыкание контактов контактора, что приводит к подаче силового напряжения на обмотку электромагнита (ЭМ). Шток ЭМ втягивается и упор опускается (появляется сигнал S8). По рольгангу поворотной части (ПЧ) ПС, который становится как бы частью роликового конвейера, движутся грузы. Датчик наличия груза в начале рольганга ПЧ (S2), при попадании груза в его рабочую зону (груз при этом перекрывает луч, создаваемый излучателем), подаёт сигнал на контроллер. При выходе груза из рабочей зоны датчика сигнал на контроллер не подаётся. Контроллер производит подсчёт поступающих сигналов с датчика S2 и при достижении определённого их количества (рґS2) поднимается упор. Число р определяется в зависимости от того, обработку какой операции производит ГПМ, обслуживаемый данным ПС.

Далее при исчезновении сигнала S2 и появлении сигнала S1 включается торможение рольганга и включается привод поворота ПЧ (при наличии сигналов S8, S5, S3). Происходит поворот ПЧ. При появлении сигнала S6 включается торможение двигателя поворота ПЧ (встроенная функция мотор - редуктора). При появлении сигналов S5 и S7 двигатель полностью останавливается.

При наличии сигналов S5, S7, а также сигнала разрешение включения рольганга (ВР) с ВУ происходит загрузка ГПМ на пониженной скорости движения груза, согласованной со скоростью движения приёмной позиции ГПМ (неизвестна из-за отсутствия данных по ГПМ).

Далее происходит смена приёмной позиции ГПМ.

По сигналу ВР происходит включение рольганга ПЧ и стол –спутник с обработанной заготовкой поступает на ПС (разгрузка ГПМ). Алгоритм работы при этом аналогичен алгоритму загрузки ГПМ.

Далее происходит поворот ПЧ в среднее положение, опускание упора, и включение рольганга для перемещения груза на стоящий далее рольганг (алгоритм работы см. ниже).