Материал: Расчет и проектирование прижимных механизмов. методические указания к проведению практических занятий по дисциплине «Проектирование технологической сборочно-сварочной оснастки». Корчагин И.Б

где L – длина балки, мм; I – момент инерции сечения балки относительно продольной оси, мм4.

Рис. 3. Схемы предотвращения прогиба тавровой балки в кондукторе

Величину прогиба балки вызванного наложением поясных сварных швов можно определить по зависимости

усе

где Рус – усадочная сила вызванная технологией сварки, Н; е – эксцентриситет приложения нагрузки (расстояние от места расположения сварного шва до центра тяжести поперечного сечения конструкции), мм.

Сопоставив две последние формулы, получим

усе

Причем, величину усадочной силы, вызванной выполнением одного шва можно определить как

ус

где D – условный диаметр детали (для ручной сварки 40000, для автоматической сварки 30000); к – катет шва, см.

При наложении двух поясных швов величину усадочной силы следует увеличить в 1,15 раза.

Усилие прижима балочной конструкции составит

усе

Например, для балочной конструкции таврового профиля (рис. 3), собранной из двух листов сечением 200 10 мм, длиной 2000 мм и сваренной автоматическим способом двумя поясными швами катетом 10 мм величина усадочной силы будет определена как

ус

Усилие прижима составит

6

Место приложения усадочной силы можно рассматривать как линию контакта вертикальной стенки и горизонтальной полки.

Для более коротких балок (рис. 3, б) усилие прижатия может быть опре-

делено как

усе

Для рассматриваемого примера

Для балок, изображенных на рисунке 3, в усилие прижатия может быть определено как

Для двутавровой балки изгиб в противоположном направлении определяют по выше приведенным формулам с подстановкой в них нового эксцентриситета е и момента инерции всего сечения двутавра. Затем суммируют оба изгиба (тавра и двутавра) и таким образом находят возникшее в кондукторе результирующее усилие.

Аналогично рассчитываются усилия в кондукторах для сварки балок коробчатого и других сечений.

1.3.Расчет рычажных устройств

Определим усилия на зажимах и усилие гидропривода (рис. 4), а также размеры цилиндра.

Рис. 4. Расчетная схема зажимного устройства для сварки тавровых балок

7

Усилие бокового прижима Р2 рассчитывают из условия, что создаваемые им напряжения изгиба не должны превышать уровень допускаемых напряжений материала конструкции, т.е.

сс

где Wс – момент сопротивления сечения сварного шва, найденный по опасной (наименьшей) плоскости, мм3.

Примем сварной шов в форме равнобедренного прямоугольного треугольника. Опасное сечение такого шва будет совпадать с высотой, опушенной на гипотенузу треугольника, и может быть определено как 0,7к, таким образом

( )

с

где к – катет шва, мм; L – длина шва, мм. Преобразовав две последние формулы, получим

[ ]

Минимально необходимая величина Р1 при коэффициенте запаса равном

1,25 будет равна

( )

где Q – усилие прижима балочной конструкции, Н; – коэффициент трения в паре «сталь - сталь», может быть принят равным 0,2.

Усилие гидропривода Р находят из уравнения моментов относительно опоры О:

откуда

Далее определяют диаметр гидроцилиндра с учетом внутреннего давления масла в цилиндре

√

с

где pс – давление масла в гидроцилиндре, МПа; - КПД гидроцилиндра (с достаточной для инженерных расчетов точностью может быть принят равным

0,9).

Согласно ГОСТ 6540 «Гидроцилиндры и пневмоцилиндры. Ряды основных параметров», номинальное давление масла в гидроцилиндре может состав-

лять 2,5; 6,3; 10,0; 16,0; 20,0; 25,0; 32,0; 40,0; 50,0; 63,0 МПа.

Ход поршня может быть определен исходя из конструктивных соображений, и назначен согласно ГОСТ 6540.

Пример. Определим усилия на зажимах и усилие гидропривода, а также размеры цилиндра, предназначенного для закрепления тавровой балки собран-

8

ной из горизонтального листа сечением 200 10 мм и вертикального листа сечением 400 10 мм, длина конструкции 2500 мм. Сварка выполняется автоматическим способом. Катет шва 8 мм. Материал конструкции – углеродистая конструкционная сталь, имеющая уровень основных допускаемых напряжений –

160 МПа.

Усилие бокового прижима Р2, при его постановке на расстоянии 150 мм от плоскости касания вертикальной стенки и горизонтальной полки составит

[ ]

Величина усадочной силы, вызванной двумя поясными швами равна

ус

Усилие прижима стенки относительно полки будет равно

усе

где 132 мм – расстояние от центра тяжести поперечного сечения конструкции до плоскости соприкосновения вертикальной стенки и горизонтальной полки (места приложения усадочной силы).

Величина усилия Р1 будет определена как

усилий. Конструктивно примем расстояние l1 равным 200 мм, расстояние l2 равным 300 мм, расстояние l равным 500 мм, тогда

Диаметр гидроцилиндра будет равен

где давление масла в гидроцилиндре примем равным 6 МПа.

Исходя из выполненных расчетов, выберем гидроцилиндр согласно ГОСТ 6540 с диаметром поршня 80 мм диаметром штока 40 мм (отношение площади поршня к площади штока 1,33) и ходом поршня 160 мм.

1.4. Расчет усилий прижатия узлов к рамам поворотных устройств

Усилие зажима Р узла весом Q, свариваемого в двухстоечном поворотном кантователе (рис. 5), находят из условия, что силы прижатия Р обеспечивают сцепление установочных поверхностей свариваемого узла с поверхностями опорных платиков рамы приспособления и препятствуют выпадению узла при повороте в наиболее опасное положение (поворот на 900 из плоскости).

В этом случае усилие зажима будет определено как

9

Рис. 5. Схема позиционирования изделия в кантователе

где к – коэффициент запаса, принимаемый равным 1,5; – коэффициент трения в паре «сталь - сталь», может быть принят равным 0,2.

1.5. Определение усилий прижатия различных деталей в решетчатых, рамных и других конструкциях

При сборке решетчатых, рамных и других конструкций требуется спроектировать прижимные элементы приспособлений для зажатия различного вида раскосов, связей, планок, косынок, накладок и т.д. Производить определение усилий зажатия таких деталей расчетными методами весьма трудоемко, а зачастую и невозможно. Для таких соединений усилия прижатия должны обеспечивать сохранение контакта, заданного зазора или отсутствие зазоров между фиксируемыми деталями и удержание деталей от возможного сдвига их в процессе прихватки, последующей сборки или сварки. Учитывая производственный опыт машиностроительных предприятий, для закрепления таких деталей усилие каждого прижима выбирают в пределах 2 – 6 кН.

2.МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРИЖИМЫ И ИХ РАСЧЕТ

2.1.Расчет клиновых прижимов

Клиновые прижимы (рис. 6) компактны, просты в изготовлении и обладают сравнительным быстродействием. В сборочно-сварочном производстве их используют для поджатия одного элемента к другому, выравнивания кромок или как стяжное устройство.

Рис. 6. Расчетная схема клинового прижима

10