Описание
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, обеспечивающие его работоспособность, составим размерные цепи, исходными – замыкающими звеньями которых являются эти показатели, выполним их расчет и оценим полученные результаты.
Конвейер для сборки жгутов проводов, показанный на Рис 1 состоит из рамы, имеющей модульную конструкцию, по направляющим которой перемещаются каретки с закрепленными 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. Механизм зажима представляет собой сдвоенный клино – рычажный механизм, установленный на поворотном барабане. Ведущим звеном механизма является клиновой толкатель 4, связанный со штоком пневмоцилиндра (на Рис 2 не показан), который закреплен на торце поворотного барабана 3. Всего на барабане установлено два пневмоцилиндра, каждый из которых 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 ролики 9, контактирующие с прижимными рычагами 10, шарнирно установленными на осях 11, закрепленных в проушинах барабана 3. Зацепы 12 рычагов 10 контактируют с ответными поверхностями 2 вилок 1, которые жестко связаны с каретками конвейера. Постоянный поджим ведущего плеча рычага 10 к ролику 9 обеспечивается за счет того, что в отверстии 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, зафиксированную гайкой на тяге 15. Для частичной разгрузки механизма зажима при переносе (повороте) каретки барабан 3 снабжен клиновой шпонкой 19, контактирующей с ответным 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 требования по точности, обеспечивающие его работоспособность. Для клино – роликовой пары с силовым замыканием основным условием, обеспечивающим ее работоспособность, является полнота (длина) линии контакта ролика 6 и клинового толкателя 4, которая определяется величиной непаралельности их контактирующих поверхностей. Для рычажного механизма, выполняющего непосредственный прижим вилки 1 каретки к барабану, является одновременный контакт зацепов 12 прижимных рычагов 10 с ответными поверхностями вилки 1, который зависит от точности расстояний между контактирующими поверхностями деталей входящих в кинематическую цепь передающую движение от клинового толкателя 4 к зацепу 12 на ведомом плече прижимного рычага 10.
ВТОРОЙ ЭТАП. Определение допустимой величины исходного – замыкающего звена размерных цепей.
Поскольку, клино – роликовая пара воспринимает максимальные нагрузки, находясь в статическом положении, допустимую величину непаралельности контактирующих поверхностей клинового толкателя и ролика, можно принять равной 0,05 – 0,1 мм на ширине ролика. Неравномерность подхода зацепов парных прижимных рычагов механизма зажима к ответным поверхностям вилки, учитывая податливость деталей рычажного механизма, можно принять равной 0,5 мм.
ТРЕРИЙ ЭТАП. Выявление составляющих звеньев размерных цепей.
Размерная цепь, определяющая непаралельность контактирующих поверхностей ролика и клинового толкателя
Проанализируем, посредствам каких деталей при сборке механизма зажима обеспечивается однозначное взаимное расположение цилиндрической поверхности ролика и контактирующего с ней поверхности клинового толкателя. В результате получим следующую цепочку сопрягаемых при сборке деталей:
- ролики, контактирующие с клиновым толкателем, установлены в продольных пазах радиального плунжера,
- радиальные плунжеры установлены с возможностью поступательного перемещения в отверстиях стаканов,
- угловое положение отверстий стаканов для установки радиальных плунжеров, взаимодействующих 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 контактирующих поверхностей ролика и клинового толкателя
На основании проведенного анализа взаимодействия деталей входящих в механизм зажима, размеры которых влияют на исходное – замыкающее звено размерной цепи, определяющей положения зацепов относительно ответных поверхностей вилки построим размерную цепь G.
Размерная цепь, определяющая неравномерность подхода зацепов парных прижимных рычагов механизма зажима к ответным поверхностям вилки каретки (погрешность положения зацепов относительно ответных поверхностей вилки).
Проанализируем, посредствам каких деталей и их поверхностей передается движение 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 роликами,
- прижим вилки каретки к поворотному барабану осуществляется зацепом выполненным на ведомом плече прижимного рычага, шарнирно установленного на оси в проушине барабана,
- положение ответной поверхности вилки каретки относительно поворотного барабана определяется расстоянием этой поверхности от радиусной выборки в вилке.
При построении размерной цепи необходимо также учитывать, что зазоры, имеющиеся 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).
ЧЕТВЕРТЫЙ ЭТАП. Назначение величин допусков на звенья размерной цепи .
Размерная цепь G, определяющая непаралельность контактирующих поверхностей ролика и клинового толкателя.
При назначении величин допусков на размеры деталей механизма, являющихся составляющими звеньями размерной цепи G учитываются конструктивные особенности деталей и технология их изготовления.
Размерная цепь H, определяющая погрешность положения зацепов относительно ответных поверхностей вилки.
При назначении величин допусков на размеры деталей механизма, являющихся составляющими звеньями размерной цепи H учитываются конструктивные особенности деталей и технология их изготовления.
Рис 7 Размерная цепь С, определяющая величину размера H11
Расчет размерных цепей определяющих
работоспособность механизма зажима.
ПЕРВЫЙ ЭТАП. Выбор метода обеспечения точности при сборке.
Размерная цепь G, определяющая непаралельность контактирующих поверхностей ролика и клинового толкателя.
Поскольку все звенья размерной цепи G имеют векторный характер и вероятность их сложения наихудшим образом маловероятна, несмотря на мелкосерийный характер производства, в качестве метода достижения точности выберем метод неполной взаимозаменяемости. Это позволит существенным образом расширить допуски на составляющие звенья размерной цепи.
Размерная цепь H, определяющая погрешность положения зацепов относительно ответных поверхностей вилки.
Несмотря на то, что сборка механизма зажима будет осуществляться в условиях мелкосерийного производства, в качестве метода обеспечения точности исходного – замыкающего звена выберем метод неполной взаимозаменяемости, исходя из того, что размерная цепь Н имеет большое количество составляющих звеньев (H1 -H11) и вероятность сложения их допусков наихудшим образом очень мала.
ВТОРОЙ ЭТАП. Определение величины передаточных отношений составляющих звеньев размерной цепи.
Размерная цепь G, определяющая непаралельность контактирующих поверхностей ролика и клинового толкателя.
Величина передаточных отношений звеньев размерной цепи G устанавливаются из соотношения длины линии контакта ролика с поверхностью клинового толкателя и размера, на котором устанавливается допуск конкретного составляющего звена размерной цепи. Исходя из этого, получим следующие передаточные отношения составляющих звеньев размерной цепи:
Размерная цепь H, определяющая погрешность положения зацепов относительно ответных поверхностей вилки.
Поскольку размерная цепь Н является линейно – наклонной размерной цепью, передаточные 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 H2 – H9 будут оказывать влияние на исходное – замыкающее звено, пропорционально соотношению плеч прижимного рычага (H1 / H2), что должно учитываться при расчете их передаточных отношений. Для упрощения расчета передаточных отношений составляющих звеньев размерной цепи Н, составим упрощенную схему размерной цепи (см. Рис 8).
Рис 8 Схема размерной цепи Н
ТРЕТИЙ ЭТАП. Расчет исходного – замыкающего звена размерной цепи и анализ полученного результата.
Размерная цепь G, определяющая непаралельность контактирующих поверхностей ролика и клинового толкателя.
Размерная цепь H, определяющая погрешность положения зацепов относительно ответных поверхностей вилки.
Поскольку в качестве метода достижения точности выбран метод неполной взаимозаменяемости, расчет допуска исходного замыкающего – звена TΔ будем вести по вероятностному методу
Анализ полученных результатов.
Полученные результаты расчета размерной цепи G, свидетельствуют о том, что назначенные допуски на составляющие звенья позволяют получить требуемую величину непаралельности контактирующих поверхностей 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 составляющие звенья являются технически и экономически обоснованными, т. е. основанными на средних величинах точности, получение которой обеспечивают конкретные технологические 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 учитывать, что в качестве способа достижения точности был выбран метод неполной взаимозаменяемости, который уже основан на допущении того, что сложение допусков составляющих звеньев наихудшим образом практически невозможно, а допуски на составляющие звенья назначались исходя из конкретной технологии изготовления и являются технически 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 обеспечивать 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 радиальных 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 вкручивания и выкручивания регулировочных спецвинтов 20 обеспечивалось одинаковое положение зацепов обоих прижимных рычагов 10 по отношению к ответным поверхностям вилки в положении зажима (при выдвинутом клиновом толкателе).
Рис 9 Конструкция механизма зажима, измененная по результатам расчета размерной цепи Н
ЛИТЕРАТУРА:
1. Игнатьев Н.П. Справочно – методическое пособие. Обеспечение точности при проектировании приводов и механизмов. Азов 2012 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 – методического 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 точности к деталям входящим в состав основных видов приводов и механизмов.
Для приобретения полной версии статьи добавьте её в корзину
