Устройство для зачистки сварных швов с электроприводом от асинхронного двигателя (конструкторская часть дипломного проекта)

5. КОНСТРУКТОРСКАЯ РАЗРАБОТКА. ОБОСНОВАНИЕ АК-ТУАЛЬНОСТИ. АНАЛИЗ ПРОТОТИПОВ. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И СИЛОВОЙ РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ

Механизация абразивной обработки деталей технологической оснастки в настоящее время основывается на применении процесса шлифования, осуществляемого с помощью ручного механизированного инструмента или станочных приспособлений. Новыми методами механизации чистовой обработки являются вихревая абразивная обработка плоских и цилиндрических поверхностей и внброобразнвнан доводка (притирка) конических поверхностей. Разработка указанных методов вызвана необходимостью механизировать обработку труднодоступных поверхностей. Обработка таких поверхностей ин-струментом со связанным абразивом (шлифовальными кругами, брусками, полотном) еще недостаточно механизирована из-за трудности ввода ин струмента и рабочего органа приводного механизма в зону обработки.
Высокая трудоемкость обработки труднодоступных поверхностей в деталях оснастки обусловлена необходимостью получения шероховатости Ra=0,32--0.02 мкм (9—12-й класс), которая может быть достигнута путем непрерывного нлн периодического изменения направления движения абразивного инструмента с целью перерезании гребешков неровностей, образовавшихся при выполнении предшествующих операций нлн переходов.
Обычно чистовая обработка выполняется слесарями-инструменталыциками с помощью ручных электрических или пневматиче-ских машин вращательного действия, в которых в качестве инструмента используются шлифовальные круги нли абразивное полотно. Сопряжение обрабатываемой поверхности с ограничивающей поверхностью возможно в этом случае только по луге окружности, радиус которой равен радиусу шлифовального круга. При этом на поверхности образуются прямоли-нейные следы (риски) обработки, направленные вдоль плоскости вращения инструмента. Для уменьшения шероховатости применяют абразивные бруски или полотно, перемещая их в перпендикулярном направлении вручную или с помощью ручных машин с прямолинейным возвратно-поступательным движением рабочего органа.
Анализ прототипов
В большинстве типов пневматических ручных машин возвратно-поступательное движение сообщается инструменту от пневмоцилнндра. Величина хода инструмента регулируется от 0 до 6 мм, число ходов — до 10 тыс. в минуту. Применяются также ручные машины с электрическими или пневматическим двигателем вращательного действия, в которых вращение рабочего вала преобразуется в возвратно-поступательное движение рабочего органа с помощью кривошипно-шатунного механизма или кулачкового механизма. В машинах с кривошипно-шатунным механизмом величина хода инструмента назначается 4—8 мм а число ходов. из-за использовании червячной передачи, не превышает 600 в минуту.
Ручные машины (механизированный инструмент) - группа технологических машин со встроенными двигателями, при работе которых их вес полностью или частично воспринимается руками оператора, производящего подачу и управление машиной Ручные машины, обычно весят от 1,5 до 10 кг. Для приведения в действие рабочего органа в используют главным образом пневматический или электрический привод (реже гидравлический) от двигателя внутреннего сгорания. По назначению различают свыше 100 видов ручных машин, которые в соответствии с классификацией делятся на самостоятельные группы.
Наибольшее распространение получили электрические и пневматиче-ские ручные машины.
По характеру движения рабочего органа они делятся на машины с вращательным, с возвратным и со сложным движением рабочего органа.
Машины ручные пневматические предназначены для выполнения мехнических работ и широко применяются в машиностроении.
Применение в них пневматического двигателя, преобразующего энергию сжатого воздуха в механическую, обеспечивает безопасную работу пневматических машин во взрывоопасных местах и в среде с повышенным содержанием влаги.
Источником сжатого воздуха для работы пневматических машин является компрессорная установка.
Для решения проблем по зачистке сварных швов, (при устранении дефекта 2) в дипломном проекте спроектировано устройство для зачистки сварных швов с электроприводом от асинхронного двигателя. Данное уст-ройство состоит из корпуса 10, на котором монтируются электродвигатель 17, устройство пуска 5, блок 6 механизм передачи вращательного дви-жения рабочему элементу посредством клиноременной передачи, расчет которой приведен ниже.
1. Подбор электродвигателя осуществляется по величине передаваемой мощности.
Р = F×v = T×ω
F = m×g
где F - сила натяжения;
v - скорость;
Т - момент на быстроходном валу;
ω - угловая скорость;
m - масса груза;
g - ускорение свободного падения.
F = 100×9,8 = 980 Н;
P = 980×4 = 3920 Вт = 3,92 кВт
ω = ω2=
где ω - угловая скорость ведущего шкива;
ω2 - угловая скорость ведомого шкива;
D - диаметр шкива, м.
ω = ; n2=30∙ω2/π
где π = 3,14;
n - частота вращения ведущего вала;
n2 - частота вращения ведомого вала.
n2 = 30∙40/3,14 = 382,2 мин-1
Рдв.= Р/η = Р/0,9
где η - коэффициент полезного действия = 0,9.
Р = 3920/0,9 = 4355 Вт = 4,355 кВт
Подбираем двигатель по табл.5.1
nдв.= n1 = 965 мин - 1
Рдв.= 5,50 кВт, i = ω1/ω2 = n1/n2 = 965/382,2 = 2,5
Тип двигателя 4А1326УЗ
2. Рассчитываем плоскоременную передачу
Определяем диаметр быстроходного шкива в мм:
D1 = 603√T1
где Т1 - момент на быстроходном валу.
Т2 = F∙D/2
Т2 = 980∙0,2/2 = 98 Н∙м
Т1 = Т2/i∙η
Т1 = 98/2,5∙0,9 = 43,5 Н∙ м ≈ 44 Н∙м
D1 = 603√44 ≈ 212 мм.
Подбираем диаметр по табл.5.2
Таблица 5.2-Стандартный ряд диаметров шкивов, мм (ГОСТ 17383-73)
40 45 50 56 63 71 80 90 100 112 125 140 160
180 200 224 250 280 315 355 400 450 500 560 630 710
800 900 1000 1120 1250 1400 1600 1800 2000    
D1 = 200 мм = 0,2 м
i = D2/D1 (1-ε); D2 = i∙D1 (1-ε) (2.4)
где D2 - диаметр тихоходного шкива;
ε - D2 = 2,5∙200 (1-0,02) = 490 мм.
Подбираем диаметр тихоходного шкива по табл.2.2
D2 = 500 мм = 0,5 м.
iТ= 0,5/0,2 (1-0,02) = 2,6
∆I = = ≈ 3 %
Определяем межосевое расстояние:
а = 2 (D1+D2) (2.6)
а = 2 (0,2+0,5) = 1,4 м.
Выбираем допускаемую рабочую нагрузку прокладки ремня р0 Н/мм из табл.5.3 в зависимости от материала ремня:
Таблица 5.3- Допускаемая рабочая нагрузка прокладки резинотканевого ремня , Н/мм (ГОСТ 23831-79)
Ткань х/б
БКНЛ-65 Синтетическая ткань
ТА-150 Синтетическая ткань
ТА-300
3 10 20
Р0=3 Н/мм
[Р0] =Р0∙кα∙кν∙кө ∙кн
где, кα - коэффициент;
кν - коэффициент;
кө - коэффициент;
кн - коэффициент выбираем из табл.2.4
Таблица 5.4- Значения коэффициента



до 1,2 1
до 1,5 0,9
до 2 0,8
до 3 0,7
Тn/Tн = 2; кн = 0,8
[Р] = 3∙1∙1∙0,8 = 2,4 Н/мм.
Определяем число прокладок ремня (обычно z=3÷6). Z=3
Определяем ширину ремня b (мм):
B = 61,1 мм.

Выбираем стандартную ширину ремня b = 60 мм.
Определяем длину ремня. Длина ремня может быть найдена по приближенной зависимости:
l = 2a + (D1+D2) + (2.9)
l = 2∙1,4 + 3,14+ = 3,9 м.
ω = ω2 = 40 рад/с.
D2 =0,5 м; ν = ω2∙D2/2 = 40∙0,5/2 = 10 м/с.
Допускаемая частота пробега [V] = 3÷5 с-1 = 4
Расчет передачи на долговечность ведется по формуле:
l ≥V/ [ν] (2.10)
где V - допускаемая частота пробега;
[ν] - скорость.
l = 10/4 = 2,5 м.
Определяем допускаемое значение касательного напряжения [τ]
τmax ≤ [τ]
[τ] = 15-20 МПа = 15∙106 Па - 20∙106 Па
τmax = T/wp = T∙16/П∙d3
где Т - момент на выходном валу;
d - диаметр.
wp = πd/16 (2.12)
[τ]; Т = Т2 = 98 Н∙м.
Определяем диаметр выходного вала:
d≥3√ 3√ 3√25= = 0,0292 м = 29,2 мм
Уточняем d шкива: d=40 мм.
Определяем ширину шкива. Ширину шкива выбираем на один размер больше, чем ширина ремня:
В = 65 мм.
Рассчитываем ширину шпоночного паза:
b = 12 мм; h = 8 мм; S = 0,4...0,6 мм.
В качестве материала выбирается обычно серый чугун, например. СЧ 15