Анализ конструкции механиэма зажима

Размерный анализ конструкции механизма зажима

каретки сборочного конвейера

Проведем размерный анализ оригинальной конструкции механизма зажима каретки

конвейера для сборки жгутов проводов. Для чего, определим показатели точности, обес-

печивающие его работоспособность, составим размерные цепи, исходными – замыкаю-

щими звеньями которых являются эти показатели, выполним их расчет и оценим полу-

ченные результаты.

Конвейер для сборки жгутов проводов, показанный на Рис 1 состоит из рамы, име-

ющей модульную конструкцию, по направляющим которой перемещаются каретки с за-

крепленными на них сборочными планшетами. На обоих концах конвейера расположены

устройства для переноса кареток с планшетами с прямой ветви на обратную и наоборот.

Устройства для переноса кареток состоят из двух механизмов: механизма зажима кареток

и привода поворота.

Рассмотрим конструкцию механизма зажима кареток показанную на Рис 2. Меха-

низм зажима представляет собой сдвоенный клино – рычажный механизм, установленный

Рис 1 Общий вид сборочного конвейера

Рис 2 Конструкция механизма зажима кареток сбо-

рочного конвейера

на поворотном барабане. Ведущим звеном механизма является клиновой толкатель 4, свя-

занный со штоком пневмоцилиндра (на Рис 2 не показан), который закреплен на торце по-

воротного барабана 3. Всего на барабане установлено два пневмоцилиндра, каждый из ко-

торых приводит в движение сдвоенный механизм зажима. Скосы 5 клинового толкателя 4

взаимодействуют с роликами 6, которые шарнирно установлены на торце радиальных

плунжеров 7, имеющих возможность перемещаться во втулках 8, жестко закрепленных на

барабане 3. На противоположном торце радиальных плунжеров 7 также расположены ро-

лики 9, контактирующие с прижимными рычагами 10, шарнирно установленными на осях

11, закрепленных в проушинах барабана 3. Зацепы 12 рычагов 10 контактируют с ответ-

ными поверхностями 2 вилок 1, которые жестко связаны с каретками конвейера. Постоян-

ный поджим ведущего плеча рычага 10 к ролику 9 обеспечивается за счет того, что в от-

верстии рычага установлена ось 13, несущая тягу 15, шарнирно соединенную с барабаном

3 посредствам проушины 16 и оси 17, при этом, пружина 14, установленная на тяге 15,

одним торцем упирается в ведущее плечо прижимного рычага 10, а другим в шайбу, за-

фиксированную гайкой на тяге 15. Для частичной разгрузки механизма зажима при пере-

носе (повороте) каретки барабан 3 снабжен клиновой шпонкой 19, контактирующей с от-

ветным пазом вилки 1. На Рис 3 показан общий вид прижимного рычага 10, шарнирно

установленного на оси 11 закрепленной в проушине барабана 3.

Построение размерных цепей, определяющих

работоспособность механизма зажима.

ПЕРВЫЙ ЭТАП. Выявление исходного – замыкающего звена размерных цепей.

Познакомившись с конструкцией и работой механизма зажима, установим требова-

ния по точности, обеспечивающие его работоспособность. Для клино - роликовой пары с

силовым замыканием основным условием, обеспечивающим ее работоспособность, явля-

ется полнота (длина) линии контакта ролика 6 и клинового толкателя 4, которая опреде-

ляется величиной непаралельности их контактирующих поверхностей. Для рычажного

механизма, выполняющего непосредственный прижим вилки 1 каретки к барабану, явля-

ется одновременный контакт зацепов 12 прижимных рычагов 10 с ответными поверхно-

Рис 3 Общий вид зажимного рычага шарнирно

установленного на барабане

стями вилки 1, который зависит от точности расстояний между контактирующими по-

верхностями деталей входящих в кинематическую цепь передающую движение от клино-

вого толкателя 4 к зацепу 12 на ведомом плече прижимного рычага 10.

ВТОРОЙ ЭТАП. Определение допустимой величины исходного - замыкающего зве-

на размерных цепей.

Поскольку, клино – роликовая пара воспринимает максимальные нагрузки, находясь

в статическом положении, допустимую величину непаралельности контактирующих по-

верхностей клинового толкателя и ролика, можно принять равной 0,05 – 0,1 мм на ши-

рине ролика. Неравномерность подхода зацепов парных прижимных рычагов механизма

зажима к ответным поверхностям вилки, учитывая податливость деталей рычажного ме-

ханизма, можно принять равной 0,5 мм.

ТРЕРИЙ ЭТАП. Выявление составляющих звеньев размерных цепей.

Размерная цепь, определяющая непаралельность контактирующих поверхно-

стей ролика и клинового толкателя.

Проанализируем, посредствам каких деталей при сборке механизма зажима обеспе-

чивается однозначное взаимное расположение цилиндрической поверхности ролика и

контактирующего с ней поверхности клинового толкателя. В результате получим следу-

ющую цепочку сопрягаемых при сборке деталей:

ролики, контактирующие с клиновым толкателем, установлены в продольных пазах

радиального плунжера,

радиальные плунжеры установлены с возможностью поступательного перемеще-

ния в отверстиях стаканов,

угловое положение отверстий стаканов для установки радиальных плунжеров, вза-

имодействующих с парными рычагами, координировано в угловом положении

относительно осей симметрии барабана.

Кроме того, перед построением размерной цепи, определяющей непаралельность

контактирующих поверхностей ролика и клинового толкателя необходимо учесть, что в

соединении роликов с радиальными плунжерами и плунжеров с отверстиями в стаканах

имеются зазоры обладающие возможностью компенсировать погрешности составляющих

звеньев размерной цепи G.

Рис 4 Размерная цепь G определяющую непаралельность контакти-

рующих поверхностей ролика и клинового толкателя

Рис 3 Общий вид зажимного рычага шар-

нирно установленного на барабане

На основании проведенного анализа взаимодействия деталей входящих в механизм

зажима, размеры которых влияют на исходное – замыкающее звено размерной цепи,

определяющей положения зацепов относительно от- ветных поверхностей вилки постро-

им размерную цепь G.

Размерная цепь G состоит из следующих звеньев:

, неперпендикулярность наружной цилиндрической поверхности первого ролика

к его торцевой поверхности,

, зазор в соединении первого ролики с продольным пазом радиального плунже-

ра,

, непаралельность продольного паза под установку ролика к наружной цилин-

дрической поверхности первого радиального плунжера,

, зазор в соединении первого радиального плунжера и отверстия первого стака-

на,

, угол между осями отверстий первого и второго стаканов,

, зазор в соединении второго радиального плунжера и отверстия второго стакана,

, непаралельность продольного паза под установку ролика к наружной цилин-

дрической поверхности второго радиального плунжера,

, зазор в соединении второго ролики с продольным пазом радиального плунжера,

, неперпендикулярность наружной цилиндрической поверхности второго ролика

к его торцевой поверхности,

, угол между поверхностями клинового толкателя, контактирующими с ролика-

ми радиальных плунжеров,

, исходное – замыкающее звено размерной цепи, определяющее непаралельность

контактирующих поверхностей первого ролика и клинового толкателя.

Размерная цепь, определяющая неравномерность подхода зацепов парных при-

жимных рычагов механизма зажима к ответным поверхностям вилки каретки (по-

грешность положения зацепов относительно ответных поверхностей вилки).

Проанализируем, посредствам каких деталей и их поверхностей передается движе-

ние от клинового толкателя к прижимному рычагу, и какие детали механизма определяют

положение вилки каретки относительно поворотного барабана:

передача движение от клинового толкателя к ведомому плечу прижимного рычага

осуществляется посредствам радиального плунжера, оснащенного двумя ролика-

ми,

прижим вилки каретки к поворотному барабану осуществляется зацепом выпол-

ненным на ведомом плече прижимного рычага, шарнирно установленного на оси

в проушине барабана,

положение ответной поверхности вилки каретки относительно поворотного бара-

бана определяется расстоянием этой поверхности от радиусной выборки в вилке.

При построении размерной цепи необходимо также учитывать, что зазоры, имеющи-

еся в шарнирных соединениях звеньев механизма зажима, односторонне выбираются

пружинами возврата и поэтому на их относительное положение влияния не оказывают.

На основании проведенного анализа взаимодействия деталей входящих в механизм

зажима, размеры которых влияют на исходное – замыкающее звено размерной цепи,

определяющей погрешность положения зацепов относительно ответных поверхностей

вилки, построим размерную цепь Н (см. Рис 5).

Размерная цепь H состоит из следующих звеньев:

, расстояние от крайней точки зацепа прижимного рычага до его оси,

, расстояние от оси качания прижимного рычага до оси отверстия под установку

бонки, контактирующей с ведомым роликом радиального плунжера,

, высота головки бонки ,

, радиус ведомого ролика радиального плунжера,

, радиальное биение базовых поверхностей ведомого ролика,

, расстояние между отверстиями под установку ведущего и ведомого роликов в

радиальном плунжере,

, радиальное биение базовых поверхностей ведущего ролика,

, радиус ведомого ролика радиального плунжера,

, расстояние от поверхности клинового толкателя, контактирующей с ведущим

роликом радиального плунжера и до оси толкателя,

, расстояние от оси отверстия в поворотном барабане под установку клинового

толкателя до его наружной цилиндрической поверхности,

, расстояние от внутренней радиусной выборки вилки каретки до ее наружной

поверхности, контактирующей с зацепом прижимного рычага,

, исходное – замыкающее звено размерной цепи, определяющей погрешность

положения зацепа прижимного рычага относительно ответной поверхности вил-

ки.

Рис 5 Размерная цепь Н, определяющая погрешность положе-

ния зацепов относительно ответных поверхностей вилки.

ЧЕТВЕРТЫЙ ЭТАП. Назначение величин допусков на звенья размерной цепи .

Размерная цепь G, определяющая непаралельность контактирующих поверхно-


При назначении величин допусков на размеры деталей механизма, являющихся со-

ставляющими звеньями размерной цепи G учитываются конструктивные особенности де-

талей и технология их изготовления.

1. Звено размерной цепи . Величина допуска неперпендикулярности наружной

цилиндрической поверхности первого ролика к его торцевой поверхности опреде-

ляется торцевым бие- нием ролика при выполнении шлифования его наружной

цилиндрической поверхности и торца, которое при чистовой обработке на шлифо-

вальном оборудовании нормальной точности позволяет получить 5 – 7 степень

точности по ГОСТ 24643-81, принимается = 0,05 мм, на радиусе ролика.

2. Звено размерной цепи . Величина зазора в соединении первого ролики с про-

дольным пазом радиального плунжера определяется посадкой 20 и равна:

= 0,065 мм; = 0,23 мм.

3. Звено размерной цепи . Величина допуска непаралельности продольного паза

наружной цилиндрической поверхности первого плунжера, который производит-

ся методом чистового фрезерования, позволяющего получить 8 – 10 степень

точности по ГОСТ 24643-81, принимается = 0,12 мм на длине паза.

4. Звено размерной цепи . Величина зазора в соединении первого плунжера и от-

верстия первого стакана определяется посадкой Ø 60 и равна:

= 0,1 мм; = 0,38 мм.

5. Звено размерной цепи . Величина допуска на угол между осями отверстий пер-

вого и второго стаканов, которые выполняются расточкой на координатно – рас-

точном станке, согласно рекомендаций приложения №1 устанавливается =

0,2 мм на наружном радиусе барабана.

6. Звено размерной цепи . Величина зазора в соединении второго ролики с про-

дольным пазом радиального плунжера определяется посадкой 20 и равна:

= 0,065 мм; = 0,23 мм.

7. Звено размерной цепи . Величина допуска непаралельности продольного паза

наружной цилиндрической поверхности первого плунжера, который произволит-

ся методом чистового фрезерования, позволяющего получить 8 – 10 степень

точности по ГОСТ 24643-81, принимается = 0,12 мм на длине паза.

8. Звено размерной цепи . Величина зазора в соединении второго плунжера и от-

верстия второго стакана определяется посадкой Ø 60 и равна:

= 0,1 мм; = 0,38 мм.

9. Звено размерной цепи . Величина допуска неперпендикулярности наружной

цилиндрической поверхности второго ролика к его торцевой поверхности опреде-

ляеться торцевым биением ролика при выполнении шлифования его наружной

цилиндрической поверхности и торца, которое при чистовой обработке на шли-

фовальном оборудовании нормальной точности позволяет получить 5 – 7 степень

точности по ГОСТ 24643-81, принимается = 0,05 мм, на радиусе ролика.

10. Звено размерной цепи . Величина допуска на угол между поверхностями

клинового толкателя, контактирующими с роликами радиальных плунжеров вы-

полняемыми на плоско - шлифовальном станке с использованием делительной

головки. Согласно рекомендаций приложения №1, устанавливается = 0,1

мм на ширине контактной поверхности клинового толкателя.

Размерная цепь H, определяющая погрешность положения зацепов относитель-

но ответных поверхностей вилки.

При назначении величин допусков на размеры деталей механизма, являющихся со-

ставляющими звеньями размерной цепи H учитываются конструктивные особенности де-

талей и технология их изготовления.

1. Звено размерной цепи . Величина допуска на расстояние от крайней точки зацепа

прижимного рычага до его оси определяется как исходное – замыкающее звено размер-

ной цепи П и устанавливается на основании ее расчета равной = ± 0,5 мм.

2. Звено размерной цепи . Величина допуска на расстояние от крайней точки зацепа

прижимного рычага до его оси определяется как исходное – замыкающее звено размер-

ной цепи P и устанавливается на основании ее расчета равной = ± 0,5 мм.

3. Звено размерной цепи . Допуск на высоту головки бонки получаемой в процессе по-

лучистового точения ее стержня, позволяющего обеспечить точность по h12 принима-

ется равным = - 0,16 мм.

Рис 6 Размерные цепи П и Р, определяющие величину

допуска на звенья размерной цепи и

4. Звено размерной цепи . Величина допуска на радиус ведомого ролика радиального

плунжера выполняемого шлифованием позволяющего получить точность по ,

назначается равной = - 0,031 мм

5. Звено размерной цепи . Радиальное биение базовых поверхностей ведомого ролика

выполняемое чистовым шлифованием, позволяющим получить 6(ю) степень точности

по ГОСТ 24643-81, = 0,05 мм.

6. Звено размерной цепи . Допуск на расстояние между отверстиями под установку

ведущего и ведомого роликов в радиальном плунжере выполняемое координатной рас-

точкой этих отверстий, позволяющей получить точность по 12, = ± 0,23 мм.

7. Звено размерной цепи . Радиальное биение базовых поверхностей ведущего ролика,

выполняемое чистовым шлифованием, позволяющим получить 6(ю) степени точности

по ГОСТ 24643-81, = 0,05 мм.

8. Звено размерной цепи . Величина допуска на радиус ведомого ролика радиального

плунжера выполняемого шлифованием, позволяющим получить точность по и

назначается равной = - 0,031 мм.

9. Звено размерной цепи . Допуск на расстояние от поверхности клинового толкателя,

контактирующей с ведущим роликом радиального плунжера до оси толкателя выпол-

няемое плоским шлифованием, позволяющим получить точность по 12, принимается

равным = ± 0,12 мм.

10. Звено размерной цепи . Конструкция барабана не позволяет осуществить токар-

ную обработку его наружной поверхности, поэтому допуск на размер назначается

по ГОСТ8734-75, согласно которого для бесшовной холоднодеформируемой трубы Ø

250 мм он составляет ± 0,8% от величины ее наружного диаметра, а поскольку данный

размер равен половине диаметра трубы, его допуск равен: = ± 1,0 мм

11. Звено размерной цепи . Допуск на расстояние от внутренней радиусной выборки

вилки каретки до ее поверхности контактирующей с зацепом, определяется как исход-

ное – замыкающее звено размерной цепи С (см. Рис 7) и поэтому при = 135 (-0,2),

= 125 (+0,2), = , ( = - 0,4 мм)

Рис 7 Размерная цепь С, определяющая

величину размера

Расчет размерных цепей определяющих

работоспособность механизма зажима.

1. ПЕРВЫЙ ЭТАП. Выбор метода обеспечения точности при сборке.



Поскольку все звенья размерной цепи G имеют векторный характер и вероятность их

сложения наихудшим образом маловероятна, несмотря на мелкосерийный характер про-

изводства, в качестве метода достижения точности выберем метод неполной взаимозаме-

няемости. Это позволит существенным образом расширить допуски на составляющие зве-

нья размерной цепи.



Несмотря на то, что сборка механизма зажима будет осуществляться в условиях

мелкосерийного производства, в качестве метода обеспечения точности исходного – за-

мыкающего звена выберем метод неполной взаимозаменяемости, исходя из того, что раз-

мерная цепь Н имеет большое количество составляющих звеньев ( - ) и вероятность

сложения их допусков наихудшим образом очень мала.

ВТОРОЙ ЭТАП. Определение величины передаточных отношений составляющих

звеньев размерной цепи.



Величина передаточных отношений звеньев размерной цепи G устанавливаются из

соотношения длины линии контакта ролика с поверхностью клинового толкателя и раз-

мера, на котором устанавливается допуск конкретного составляющего звена размерной

цепи. Исходя из этого, получим следующие передаточные отношения составляющих зве-

ньев размерной цепи:

= = = 0,8 ; где r – радиус ролика, l – ширина

ролика,

= = = 0,8 ;

= = = 0,2 ; где L – длина радиального

плунжера,

= = = 0,16 ; где R – радиус наружной по-

верхности барабана,

= = 0,8

= = 0,8; = = 0,2; = = 0,8 ;

= 1

= = = 0,5 ; где b – ширина поверхности клинового толкателя контактирую-

щей с роликом.



Поскольку размерная цепь Н является линейно – наклонной размерной цепью, пере-

даточные отношения составляющих звеньев будут рассчитываться в зависимости от их

расположения по отношению к исходному – замыкающему звену. Кроме того, при расчете

передаточных отношений необходимо учитывать то, что допуски звеньев размерной цепи

- будут оказывать влияние на исходное – замыкающее звено, пропорционально со-

отношению плеч прижимного рычага ( / ), что должно учитываться при расчете их

передаточных отношений. Для упрощения расчета передаточных отношений составляю-

щих звеньев размерной цепи Н, составим упрощенную схему размерной цепи (см. Рис 8).

Исходя из этого, получим следующие передаточные отношения составляющих зве-

ньев размерной цепи:

= sinβ = sin = 0,643 ;

= sinβ ∙ cosα ∙ / = sin ∙ cos ∙ 0,85 = 0,35 ;

= sinβ ∙ cosα∙ cosγ ∙ / =sin ∙ cos ∙ cos ∙ 0,85 = 0,34;

= = = = = = = 0,34

= = 1

ТРЕТИЙ ЭТАП. Расчет исходного – замыкающего звена размерной цепи и анализ

полученного результата.



Рис 8 Схема размерной цепи Н

Поскольку в качестве метода достижения точности выбран метод неполной взаимозаме-

няемости, расчет допуска исходного замыкающего – звена будем вести по вероятност-

ному методу: = ;

При этом примем допустимый процент риска 0,27% и соответствующий ему коэф-

фициент риска = 3, и нормальный закон распределения погрешностей при котором =

1/3 Исходные данные для расчета размерной цепи G приведены в таб.1

Предельные отклонения исходного – замыкающего звена составят:

= + = 0 + ≈ + 0,1 мм, на ширине ролика

= - = 0 - ≈ - 0,1 мм, на ширине ролика

Суммарную величину компенсирующей способности звеньев – зазоров ( ),

также определим вероятностным методом:

= 3 = 0,195 мм.

При этом, координата середины поля допуска суммарной величины компенсирующей

способности звеньев – зазоров будет равна:

= 2∙ 0,8 ∙ 0,15 + 2∙ 0,2 ∙ 0,24 = 0,35 мм.

Верхнее и нижнее значение суммарной величины компенсации погрешностей звеньями –

зазорами (максимальный и минимальный суммарный зазор) составит:

= + = 0,35 + = + 0,45 мм, на ширине ролика

= - = 0,35 - = + 0,25 мм, на ширине ролика

В проведении дальнейших расчетов нет необходимости, поскольку даже минималь-

ная суммарная величина зазоров ( = 0,25 мм), позволяет компенсировать непаралель-

ность контактирующих поверхностей ролика и клинового толкателя, которая равна 0,1/25

мм.



Поскольку в качестве метода достижения точности выбран метод неполной взаимо-

заменяемости, расчет допуска исходного замыкающего – звена будем вести по вероят-

ностному методу

Исходные данные для расчета размерной цепи H приведены в таб.2

Предельные отклонения исходного – замыкающего звена составят:

= + = +0,24 + = + 1,24 мм,

= - = + 0,24 - = - 0,92 мм,

Полученная величина предельных отклонений исходного – замыкающего звена свиде-

тельствует о том, что неравномерность подхода зацепов парных прижимных рычагов ме-

ханизма зажима к ответным поверхностям вилки, может составлять до 2,16 мм

Анализ полученных результатов.

Полученные результаты расчета размерной цепи G, свидетельствуют о том, что

назначенные допуски на составляющие звенья позволяют получить требуемую величину

непаралельности контактирующих поверхнос- тей ролика и клинового толкателя, и при

этом возможно расширение отдельных допусков на составляющие звенья, поскольку есть

определенный запас по точности. Однако, поскольку назначенные допуски на составляю-

щие звенья являются технически и экономически обоснованными, т. е. основанными на

средних величинах точности, получе-ние которой обеспечивают конкретные технологиче-

ские операции, и используемое для этого оборудование, делать это не имеет особого

смысла, поскольку существенного снижения трудоемкости получено не будет.

Полученные результаты расчета размерной цепи Н, свидетельствуют о том, что не-

равномерность подхода

зацепов, парных прижимных рычагов механизма зажима, к ответным поверхностям вилки

каретки намного превышает допустимую величину (2,16 мм > 0,5 мм), что естественно

требует внесения необходимых изменений в конструкторскую документацию механизма.

При выборе технического решения, позволяющего решить эту задачу необходимо учиты-

вать, что в качестве способа достижения точности был выбран метод неполной взаимоза-

меняемости, который уже основан на допущении того, что сложение допусков составля-

ющих звеньев наихудшим образом практически невозможно, а допуски на составляющие

звенья назначались исходя из конкретной технологии изготовления и являются техниче-

ски и экономически обоснованными. Все это говорит о том, что требуемую точность для

данного механизма, особенно если учесть, что он собирается в условиях мелкосерийного

производства, необходимо обеспечи- вать другим методом и лучше всего для этой цели

подходит метод регулировки, конечного положения прижимных рычагов. Для этого в

конструкцию механизма вместо бонок, контактирующих с ведомыми роликами радиаль-

ных плунжеров в прижимные рычаги 10 были введены регулировочные спецвинты 20,

контрящиеся гайками 21 (см. Рис 9). Регулировка положения прижимного рычага 10 в

каждом из двух спаренных механизмах зажима, заключается в том, что путем вкручива-

ния и выкручивания регулировочных спецвинтов 20 обеспечивалось одинаковое положе-

ние зацепов обоих прижимных рычагов 10 по отношению к ответным поверхностям вилки

в положении зажима (при выдвинутом клиновом толкателе).

Использованная литература:

1. Игнатьев Н.П. Основы проектирования. Азов 2011 г.

2. Косилова А. Г. Точность обработки, заготовки и припуски в машиностроении.

Справочник М.: Машиностроение 1976 г.

3. Метрологический контроль конструкторской документации. Методические

рекомендации НИИМАШ. Москва 1976г.

Статья написана на основе соответствующего раздела справочно – методиче-

ского пособия Н. П. Игнатьева «Обеспечение точности при проектировании приводов

и механизмов» Азов 2012г. В пособии также содержится:

размерные цепи, определяющие собираемость и работоспособность основных

типов приводов и механизмов,

методика построения и расчета размерных цепей,

примеры расчета большого количества реальных размерных цепей,

информация необходимая для обоснованного назначения требований по точ-

ности к деталям входящим в состав основных видов приводов и механизмов.

Рис 9 Конструкция механизма зажима, измененная по

результатам расчета размерной цепи Н

Education

Анализ конструкции механиэма зажима