Со встроенным пневмоприводом и комбинированным

Зажимным устройством

бу 16 и длинные концы рычагов 13, соединённые посред-
ством пальцев 15 со стойками шайбы 16.

При этом рычаги 13 поворачиваются на осях 19. Корот-
кие концы этих рычагов воздействуют на штоки 10, кото-
рые, сжимая пружины Ли перемещаясь во втулке 2, давят
на пяты 3 рычагов 4. В результате рычаги 4 поворачиваются
вокруг осей 6 стоек 9 и посредством осей 8 и коромысел 5
поджимают с необходимой силой обрабатываемые заготовки
к стойкам 7. Зажим обеспечивает заданное положение заго-
товок при фрезеровании.

По окончании обработки перекрывается пневмомагист-
раль и открывается выход воздуха из камеры в атмосферу.
При этом под воздействием пружин 11 штоки 10 отходят
вниз и поворачивают в исходное положение рычаги 13. При
повороте длинные концы рычагов 13 поднимают вверх шай-
бу 16 и способствуют выправлению и обратному прогибу ди-
афрагмы 14. С опусканием вниз штоков 10 рычаги 4 под дей-
ствием собственной силы тяжести (центр тяжести рычагов
смещён от оси их поворота в сторону регулируемых пят 3)
поворачиваются вокруг осей 6 и отводят от заготовок зажим-
ные элементы — коромысла 5. Зажим отключается, обрабо-
танные заготовки вынимаются из приспособления. При ус-
тановке новых заготовок цикл повторяется.

Приспособление устанавливается на стол горизонтально-
фрезерного станка и ориентируется по Т-образным пазам стола
направляющими шпонками 12. Обработка поверхностей А
заготовок осуществляется фрезой, устанавливаемой в нуж-
ное положение с помощью щупа и установов 22.

В результате рассмотрения приспособления можно сде-
лать вывод, что сила, создаваемая диафрагменным пневмо-
приводом, передаётся на длинные концы рычагов 13 и при
равенстве расстояний 1_г и 1₂ на каждый рычаг действует сила,

равная W /2. На других концах рычагов действуют силы ₂/
(без учёта сил трения). Эти силы изменяются по направле-

нию действия и значению рычагами 4. Таким образом, на

каждое коромысло 5 действует одна и та же сила

и каждый пакет заготовок при равенстве плеч коромысла
поджимается к стойкам 7 двумя силами, равными W ₁ /2. В
этом плане в приспособлении осуществлена схема параллель-
ной передачи сил зажима. Но в каждом пакете три заготов-
ки, и силы зажима W ₁ /2 последовательно передаются от ко-
ромысла 5 на первую заготовку, от неё — на вторую, а от
второй — на третью. И в этом плане в приспособлении реа-
лизуется схема последовательной передачи сил зажима.

В случаях, когда в многоместном приспособлении обра-
батываются различные поверхности заготовок и возникают
неодинаковые силы резания (рис. 1.40, б), расчёты потреб-
ных сил зажима, зажимных устройств и приводов к ним осу-
ществляются отдельно для каждой позиции. Например, для
указанного семипозиционного приспособления семь одновре-
менно установленных заготовок зажимаются индивидуально
предусмотренными устройствами, привод которых осуществ-
ляется от 24 гидроцилиндров. При проектировании подоб-
ных многоместных приспособлений желательно предусмат-
ривать централизованное управление приводами зажимных
устройств всех позиций.

Контрольные вопросы

1. Изложите методику и принципы расчёта сил зажима
заготовки (детали) в приспособлении.

2. Какие расчётные факторы используются в силовых
расчётах приспособлений.

3. Как осуществляется расчёт потребных зажимных сил
из условия несдвигаемости заготовки (детали) при об-
работке (сборке)?

4. Какие зажимные устройства используются в приспо-
соблениях?

5. Какова методика расчёта различных зажимных уст-
ройств приспособлений?

6. Как выбираются и используются приводы в приспособ-
лениях?

7. Опишите общую методику силового расчёта приспособ-
лений.

 

8. В чём заключается анализ существующих конструк-
ций приспособлений? За счёт чего он осуществляется?

9. Изучите описание рассмотренной в разделе конструк-
ции приспособления.

10. Ознакомьтесь с приведённым примером силового рас-
чёта и самостоятельно выполните силовой расчёт при-
способления другой конструкции.

ГЛАВА 10

ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ
И РАСЧЁТ ОСНАСТКИ НА ПРОЧНОСТЬ

10.1 Выбор конструкционных материалов
деталей оснастки

После расчёта точности изготовления приспособления и
силового расчёта необходимо выбрать конструкционные ма-
териалы для деталей приспособления, назначить термичес-
кую (химико-термическую, электрохимическую и т.п.) обра-
ботку или вид покрытия и рассчитать размеры элементов из
условий прочности.

Материалы для деталей (элементов) приспособлений сле-
дует выбирать исходя из условий работы и эксплуатацион-
ных требований, предъявляемых к этим деталям. Так, к ус-
тановочным элементам приспособлений, которые являются
опорами заготовки в приспособлении и определяют её поло-
жение в пространстве, предъявляются требования точности,
прочности, жёсткости, износостойкости. Применительно к за-
жимным элементам на первый план выдвигаются прочность,
жёсткость и надёжность. Корпуса объединяют в единую кон-
струкцию элементы приспособления и воспринимают все
силы, действующие на заготовку в процессе её закрепления
и обработки. Поэтому они должны обладать достаточно вы-
сокой прочностью, демпфирующими свойствами, жёсткостью
и длительное время сохранять точность расположения рабо-
чих поверхностей. Подобные требования предъявляются и к
другим элементам приспособлений. В определённой степени
многие из названных требований обеспечиваются конструк-
цией и размерами деталей приспособлений. А вот износос-
тойкость, прочность и жёсткость элементов и компактность
приспособлений в большей части зависят от правильного
выбора конструкционных материалов, химико-термической,
отделочной обработки и покрытий.

Рекомендации по применению металлов и неметалличес-
ких составов в качестве конструкционных материалов для
различных деталей (элементов) приспособлений, применяе-
мая химико-термическая обработка, достигаемые твёрдость
и технологические свойства материалов в состоянии постав-
ки представлены в таблицах 10.1...10.5.

Таблица 10.1
Стали, используемые для деталей приспособлений,
их обработка и свойства

 

 

 

 

 

Детали и условия их работы	Марка стали	Химико- термиче- ская обра- ботка (ХТО)	Твёр- дость, HRC3	Сваривае- мость
1	2	3	4	5
Прокладки, шайбы, заклёпки	СтО, Ст1, Ст2	Без ХТО	-	Хорошая
Сварные детали, щитки, крышки, оправки, валы, оси, клинья, штифты и другие де- тали, работающие при малой и средней нагрузках	СтЗ, Ст4	Тоже	-	Тоже
	Ст5	Нормали- зация	-	Тоже
Шпонки, зубчатые колёса, валы с повышенной прочно- стью и твёрдостью	Стб	Закалка в воде, от- пуск	49...51	Ограничен- ная
Пальцы, оси, зубчатые колёса, кулачковые муфты, шпинде- ли, валы, кондукторные втул- ки диаметром более 25 мм, пальцы и другие детали:		Цемента- ция, за- калка в масле, отпуск
повышенной износостойкости	10,15,20		57...63	Хорошая
высокой износостойкости	15Х, 20Х, 20ХН		59...63	Удовлетво- рительная
Крепёжные детали, кондук- торные плиты, прихваты, на- жимные винты, муфты со- единительные, работающие при средних нагрузках	25 35	Закалка в воде, от- пуск	28...34 31...51	Хорошая Ограничен- ная
	35Х, 35ХН, ЗОХГСА	Закалка в масле, отпуск	46...51	Ограничен- ная

Продолжение таблицы 10.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1	2	3	4	5
Валы, оси, штоки, шпиндели, зубчатые колёса, плунжеры, эксцентрики, пальцы, ролики и другие детали, работающие на изнашивание при средних скоростях	40, 45, 50, 55	Закалка в воде, от- пуск	2S...56	Тоже
	40Х, 45Х, 50Х, 40ХГ, 40ХН	Закалка в масле, отпуск	31...56	//
Зубчатые колёса, валы, втул- ки, пальцы шаровые, элемен- ты УСП и другие детали, ра- ботающие при больших ско- ростях и нагрузках ударного характера	12ХНЗА, 15ХГНТА, 18ХГ, 18ХГТ, 20ХГТ, ЗОХГТ	Цемента- ция, за- калка в масле, отпуск	57...63	II
Эксцентрики, кольца пру- жинные, пружины общего назначения, работающие при средних нагрузках	65, 70, 55С2	Закалка в масле, отпуск	38...53	Плохая
Зубчатые колёса, валы, оси, диски фрикционные, элемен- ты разжимные и пружины общего назначения, ножи и другие детали, работающие в условиях истирания и знако- переменных нагрузок	50Г	Закалка в масле, отпуск	28...60	Плохая
	60Г			Тоже
	65Г			Тоже
	35Г2			Удовлетво- рительная
	45Г2			Ограничен- ная
	50Г2			Плохая
Тонкостенные гильзы, гофри- рованные втулки, пружины и другие ответственные преци- зионные детали упругого дей- ствия, работающие в сложных условиях истирания и высо- ких знакопеременных напря- жений	55ГС, 50ХФА, 50ХГФА, 50С2, 60С2, 60С2ХА, 60СХФА, 65С2ВА	Тоже	39...61	Плохая

Продолжение таблицы 10.1

 

 

 

 

 

 

1	2	3	4	5
Шпиндели, копиры, эксцен- трики, оправки, кулачки, зуб-	38ХЮ, 38ХМЮА,	Азотиро- вание	66...69
чатые колёса, гладкие калиб- ры, шаблоны, установки, ро-	38ХВФЮ
лики, шары и другие детали с	9X1, 12X1, ШХ15	Закалка в масле, отпуск		Плохая
высокими поверхностной и твёрдостью и износостойко- стью, работающие при высо-			62...65 59...65
ких нагрузках
Пальцы и пластины устано-
вочные, центры, втулки кон-	У7,	Закалка
дукторные диаметром до	У7А,	через воду	61 65	То же
25 мм, цанги, оправки и дру-	У8,	в масле,
гие детали, работающие в	У8А	отпуск
условиях ударов и толчков
Копиры и копирные ролики,	У8ГА
оправки, втулки кондуктор-	У10
ные, шаблоны и другие дета-	У12,	То же	63...67
ли с высокой твёрдостью,	У12А
работающие в безударных	У13А
условиях
Эталонные зубчатые колёса,
копиры, оправки и другие детали, для которых не до-	ХВГ		63...64	Ограничен-
пускается коробление при
термообработке

Таблица 10.2
Стали, рекомендуемые для изготовления заготовок деталей
приспособлений литьём

 

Детали (элементы) приспособлений	Марка стали
Ненагруженные (плиты, вилки, стаканы, корпусы, кронштейны и т.п.)	25Л
Малонагруженные (рычаги, планшайбы, корпусы патронов, кронштейны и т.п.)	35Л
Особо нагруженные (вилки, цапфы, стержни и т.п.)	45Л

Таблица 10.3
Серые и высокопрочные чугуны, рекомендуемые
для отливки заготовок деталей приспособлений

 

Детали (элементы) приспособлений	Марка чугуна	Твёрдость, НВ (в состоянии поставки)
Работающие в условиях средних нагрузок без
трения (крышки, планшайбы крупные, плиты,	СЧ10	143...229
стойки, корпусы, шкивы, маховики и т.п.)
Работающие в условиях средних нагрузок с
давлениями между трущимися поверхностя- ми, равными примерно 0,5 Н (основания,	СЧ15	163...229
корпусы, салазки, шкивы, планшайбы)
Работающие в условиях средних нагрузок на
изнашивание и отливки больших габаритов
(втулки подшипников тихоходных передач,	СЧ18	170...229
корпусы пневмокамер и пневмоцилиндров,
корпусы приспособлений)
Работающие в условиях больших нагрузок на
изнашивание при высокой герметичности	СЧ20	170...241
(гидроцилиндры, гильзы, корпусы)
Ответственные детали, работающие в усло-
виях больших нагрузок на изнашивание (от-	СЧ25	180...250
ливки сложной конструкции)
Работающие в условиях изнашивания и виб-
рационных нагрузок (корпусы, зубчатые ко-	ВЧ 45-5	160...220
лёса, кронштейны и т.п.)
Ответственные детали, работающие в усло-
виях вибрационных нагрузок (корпусы, зуб-	ВЧ 60-2	200...280
чатые колёса и т.п.)

Таблица 10.4
Цветные металлы и сплавы, используемые
в производстве приспособлений

 

 

 

 

 

Детали (элементы) приспособлений	Конструкционный материал
	Наименование	Марка
1	2	3
Литые заготовки ответственных деталей (планшайбы, шкивы, ро- торы, корпусы пневмоцилиндров) и крупных нагруженных деталей (корпусы, блоки)	Сплавы алюминие- вые литейные	АК9ч
Литые заготовки деталей сложной конфигурации для работы в усло- виях средней нагруженности, а также для свариваемых деталей		АК7ч
Втулки подшипников при сопря- жении с термически обработанны- ми валами	Сплавы алюминие- вые литейные	АК4, АК4-1
Катоды, контакты, детали, тре- бующие хорошей электропровод- ности, изоляционные слои магнит- ных приспособлений, обмотка электроприводов; литые заготовки подобных по назначению деталей	Медь	М1,М2
		МЗ
Гайки нажимных винтов, рабо- тающие на истирание в тяжёлых условиях; массивные червячные винты	Латунь, алюминие- во-железо- марганцевая	ЛАЖМц66-6-3-2
Детали, обладающие коррозион- ной стойкостью	Латунь алюминиевая	ЛА67-2.5
Арматура, втулки, подшипники скольжения	Латунь алюминие- во-железная	ЛАЖ60-1-1Л
Литые заготовки деталей, втулки	Латунь свинцовая	ЛС59-1Л
Зубчатые колёса	Латунь марганцево- оловянно-свинцовая	ЛМцОС58-2-2л
Упорные и опорные подшипники	Латунь марганцевая	ЛМц58-2Л
Несложные по конфигурации от- ветственные детали	Латунь марганцево- железная	ЛМцЖ55-3-1

Продолжение таблицы 10.4

 

 

 

 

 

 

1	2	3
Втулки и вкладыши подшипников сколь-
жения, работающие в паре с термически
обработанными валами при средних ско-
ростях; червячные колёса, работающие в		БрА9ЖЗЛ
паре с термически обработанными червя-
ками; детали насосов, работающие на	Бронзы
истирание; фрикционные диски, упорные	безоловянные
кольца
Втулки и вкладыши подшипников сколь-
жения, работающие в условиях больших		БрСЗО
нагрузок и высоких скоростей в паре с
термически обработанными валами
Подшипники шпинделей; венцы червяч- ных колёс, работающие в паре с незака- лёнными червяками	Бронзы оловянные вторичные литейные	Бр05Ц5С5
Втулки подшипников, гайки ходовых винтов		Бр04Ц4С17
Ответственные втулки и вкладыши под-	Бронзы оловянно- фосфоритные
шипников скольжения, венцы червячных колёс, работающие в паре с термически обработанными червяками		БрОФ1

Таблица 10.5
Неметаллические конструкционные материалы,
используемые для деталей приспособлений

 

 

Детали (элементы) приспособлений	Материал
	Наименование и марка
1	2
Вкладыши подшипников, втулки, зуб- чатые колёса и другие конструкцион- ные детали	Пластики древесные слоистые: ДСП-В, ДСП-Б
Самосмазывающиеся подшипники скольжения	ДСП-В-м, ДСП-Б-м
Зубчатые колёса, малонагруженные ролики и корпусы сборочных приспо- соблений	Текстолит конструкционный ПТК
Неответственные детали (ручки и т.п.)	ПТ

Продолжение таблицы 10.4

 

1	2
Вкладыши подшипников скольжения	ПТМ-1, ПТМ-2
Электроизоляционные детали, про- кладки	Текстолит листовой электротех- нический (А, Б, Г, ВЧ)
Детали с антикоррозионной стойко- стью; электроизоляционные детали	Винипласт листовой ВН и ВП
Конструкционные детали, обладаю- щие термоизоляционной способно- стью, детали тормозных устройств	Асботекстолит: А, Г
Прокладки	Картон прокладочный А и Б Паронит ПОН
Конструкционные малонагруженные детали	Фибра листовая: ФТ
Детали с электроизоляционной спо- собностью	ФЭ
Диафрагмы, прокладки, буфера	Резина техническая листовая (ТМКЩ - тепломорозокислото- щелочестойкая, ОМБ - ограни- ченно-маслобензостойкая, ПМБ - повышенно-маслобензостойкая)
Уплотнительные детали	Резина для деталей
Манжеты, прокладки	Кожа техническая
Сальники, смазывающие фитили и тампоны	Войлок технический полугрубо- шерстный
Рабочие жидкости разжимных и дру- гих устройств	Гидропластмасса ДМ и СМ
Клеевые составы для склейки метал- лов, текстолита, фибры	Клеи БФ-2, БФ-4 и др.
Клеевой состав для склейки металлов, металлов с кожей, резиной, резины с резиной, кожи с кожей	Клей № 88
Гибкие воздуховоды, работающие в условиях давления до 2 МПа	Рукава резиновые напорные с тек- стильным каркасом
Корпуса небольших приспособлений, плиты кондукторные, втулки для на- правляющих штанг подвесных кон- дукторов и колонок штампов	Эпоксидно-диановые смолы и компаунды на их базе с наполни- телями (стекловолокно, стружка металлическая и др.)

10.2 Используемые покрытия для деталей
и их химико-термическая обработка

При выборе материалов для элементов приспособлений
необходимо решить вопросы о виде покрытия поверхностей,
химической и электрохимической обработки деталей. Покры-
тия и химическая обработка применяются для улучшения
эксплуатационных, защитных и декоративных свойств дета-
лей приспособлений. Существуют лакокрасочные, гальвани-
ческие, химические и металлизационные покрытия, оксид-
ные и фосфато-оксидные процессы обработки деталей.

Лакокрасочные покрытия стандартизованы. В зависимос-
ти от условий эксплуатации лакокрасочные покрытия подраз-
деляются на стойкие внутри помещений, атмосферостойкие,
масло- и бензостойкие, водостойкие, электроизоляционные. В
выборе цветов покрытия следует руководствоваться цветовы-
ми решениями лакокрасочных покрытий оборудования, на ко-
тором предполагается использование данного приспособления.

К гальваническим покрытиям металлов относятся мед-
нение, хромирование (износостойкое и защитно-декоратив-
ное), цинкование, кадмирование и другие процессы.

Меднение используется с целью обеспечения повышен-
ных приработочных свойств поверхностей деталей, работаю-
щих в узлах трения скольжения (шлицевые соединения, пары
трения типа вал-втулка, выступ-паз, «ласточкин хвост» и
т.п.); уплотнения зазоров; уменьшения шума и улучшения
прирабатываемости зубчатых передач; защиты от коррозии.
Средняя расчётная толщина слоя покрытия для достижения
указанных выше целей составляет 5... 15 мкм.

Износостойкое хромирование приводит к повышению
работоспособности (прежде всего износостойкости) деталей,
работающих в условиях истирания (шейки валов, оси, паль-
цы, рейки, направляющие и установочные элементы и т.д.).
Прочность соединения хрома с основным металлом достаточ-
но высокая. Хромовое покрытие обладает стойкостью против
воздействия азотной кислоты и растворов щелочей, длитель-

ное время сохраняет свои декоративные свойства (цвет и
блеск), хорошо выдерживает равномерно распределённую по
поверхности нагрузку, но разрушается в условиях ударных
нагрузок. Толщина слоя покрытия обычно равна 10.„30 мкм.

Защитно-декоративное хромирование применяется для
деталей несложной формы, работающих в условиях истира-
ния при незначительных силовых воздействиях (различные
рукоятки, маховички, штурвалы и т.п.). Толщина слоя по-
крытия — 2...5 мкм.

Цинкование (толщина слоя 10...30 мкм) используется для
защиты деталей из чёрных металлов от коррозии. Обычно
этому покрытию подвергаются детали, работающие в усло-
виях влаги, мелкие резьбовые (крепёжные) детали и т.д.

Кадмирование (толщина слоя 7... 15 мкм) применяется для
покрытия деталей из стали, чугуна, меди и медных сплавов.
Слой кадмиевого покрытия более пластичен, чем цинкового.
Поэтому кадмирование широко используется для защиты от-
ветственных резьбовых соединений и деталей сборочных еди-
ниц, которые требуют герметичной (плотной) сборки.

Из химически наносимых покрытий наибольшего внима-
ния заслуживает химическое никелирование. В результате
никелирования на обрабатываемую поверхность детали при-
способления наносится никелевый осадок, образуемый путём
химического восстановления ионов никеля ионами гипофос-
фата. Химическое никелевое покрытие характеризуется вы-
сокой равномерностью слоя по толщине (отклонение не пре-
вышает 10 %), повышенной коррозионной стойкостью, малой
пористостью и высокой износостойкостью, особенно в услови-
ях сухого трения. Толщина слоя покрытия — 10...12 мкм.
Химическое никелирование рекомендуется для покрытия плун-
жеров, штоков, деталей прецизионных пар трения, работаю-
щих в условиях сухого трения, оно улучшает также декора-
тивную отделку приспособлений.

Металлизация распылением используется для защиты
изделий от коррозии и декоративного оформления. В каче-
стве покрытия применяются олово, свинец, цинк, алюми-

ний, кадмий, сталь, бронза. В зависимости от применяемого
металла толщина слоя, наносимого за один проход, состав-
ляет 0,025...0,08 мм. Преимуществами металлизации распы-
лением являются: возможность покрытия крупных деталей
сложной конфигурации, простота нанесения металла и не-
сложность требуемого для этого оборудования. При решении
вопроса о металлизации напылением в конкретных услови-
ях следует учитывать, что прочность сцепления слоя покры-
тия с основным металлом пониженная, потери напыляемого
металла значительные, а в тонких слоях покрытия может
наблюдаться пористость.

В качестве химической и электрохимической обработки
деталей приспособлений применяются оксидирование, фос-
фатирование и другие процессы, заключающиеся в создании
на поверхностях металлических деталей неорганической за-
щитной плёнки толщиной 5...8 мкм.

Оксидирование стальных деталей осуществляется терми-
ческим способом и может быть двух видов — воронение (для
мелких деталей) и синение (для полированных деталей).
Плёнки, созданные в результате оксидирования и фосфати-
рования, защищают детали приспособлений от коррозии.
Следует учитывать, что создаваемые плёнки обладают пони-
женным сопротивлением истиранию, а фосфатирование мож-
но использовать для защиты от коррозии стальных деталей,
к декоративной отделке которых не предъявляется высоких
требований.

Общие требования к выбору металлических покрытий
виды, ряды толщин слоев и обозначения покрытий стандар-
тизованы.

10.3 Расчёт деталей оснастки на прочность

Прочность — одно из основных требований, предъявляе-
мых к деталям и приспособлениям в целом. Прочность дета-
лей может характеризоваться по ряду частных коэффициен-
тов запаса (надёжность материала, степень ответственности

детали, точность расчётных зависимостей, действующие силы,
другие факторы, определяющие условия работы детали) или
по номинальным допускаемым напряжениям. Вероятностные
расчёты и расчёты на прочность по коэффициентам запаса
могут использоваться в отдельных случаях для высокоответ-
ственных деталей машин и в исследованиях их надёжности.
Они более точны, но очень сложны и трудоёмки. Расчёты по
номинальным напряжениям менее точны, но значительно
проще, доступнее, менее трудоёмки, полно отражены в спра-
вочной литературе и широко используются в инженерной
практике. Поэтому наибольшее внимание уделено методике
этих расчётов.

С помощью расчёта можно решать две задачи:

а) проверку на прочность существующих деталей путём
сравнения фактических напряжений с допускаемыми
(проверочный расчёт);

б) определение размеров сечений деталей приспособлений

(предварительный проектный расчёт).
Расчёт на прочность (задача а) детали в виде стержня
круглого сечения, нагруженного осевой силой, по допускае-
мым напряжениям растяжения (сжатия) осуществляется по
формуле:

где а — фактическое напряжение растяжения (сжатия), МПа;

Р — расчётная осевая сила, Н;

d — диаметр опасного сечения (для резьбового стержня-
внутренний диаметр резьбы), мм;

[<т] — допускаемое напряжение растяжения (сжатия).

Определение необходимого размера опасного сечения
(задача б) для подобного случая можно производить по фор-
муле:

Полученное значение округляется в сторону увеличения
до целого или ближайшего стандартного значения. При на-
личии шпоночного паза в опасном сечении детали получен-
ное расчётом значение d следует увеличить на 5... 10 %.

Расчёты на прочность валов и осей с целью определения
их размеров (задача б) можно производить по формулам:
на изгиб (детали круглого сечения):

 (ЮЛ)
на изгиб (детали кольцевого сечения):

на кручение:

на изгиб с кручением (детали круглого сечения):

на изгиб с кручением (детали кольцевого сечения):

где М_из — изгибающий момент, Нмм;
М_кр — крутящий момент, Нмм;
М_эка — эквивалентный момент, Нмм;

[<т_цз] — допускаемое напряжение при изгибе, МПа;
х_кр — допускаемое напряжение при кручении, МПа;

k ₀ — отношение внутреннего диаметра вала (оси) d ₀ к
наружному d (djd).

Необходимо помнить, что оси рассчитываются только на
изгиб и срез, так как они не передают крутящего момента.

Валы и оси можно рассчитывать на жёсткость, но диа-
метр деталей в этом случае получается большим, чем при
расчёте на прочность. Расчёт на изгибную жёсткость состоит
из определения углов наклона и прогибов упругой линии осей
и валов и сравнения их с допускаемыми значениями. Следу-
ет отметить и сложность расчётов деталей на жёсткость. На-
пример, расчёт валов на жёсткость (задача а) при кручении
производится по формуле:

где (р — действительный угол закручивания вала, град;

[<р] — допускаемый угол закручивания (можно прини-
мать для большинства валов [<р] = 15' на 1 м длины; для ме-
нее ответственных валов [<р] принимается до 2 °);

М_кр — крутящий момент, Н-мм;

I — длина скручиваемой части вала, мм;

G — модуль упругости при сдвиге, МПа (для стали
G = 8 • 10 МПа);

i_P — полярный момент инерции сечения вала:

 — для круглого сечения и

 — для кольцевого сечения.

Уточнённый расчёт валов на прочность, в случае возник-
новения такой необходимости, заключается в определении
коэффициентов запаса для опасных сечений.

При нагружении соединения силами в плоскости (по по-
верхности) стыка деталей и в случаях установки штифта (ци-

линдрического гладкого стержня винта) без зазора и работы
на срез проверочный расчёт (задача а) штифта (винта) может
осуществляться по формуле:

где Р — сила среза, Н;

d — диаметр штифта (стержня винта), мм;

I — число стыков (количество штифтов или винтов) в
соединении;

[т_ср] — допускаемое напряжение среза, МПа.

Расчёт на прочность шпоночных и шлицевых соедине-
ний заключается в сравнении фактически передаваемого кру-
тящего момента с допускаемым моментом из условий проч-
ности шпонок (шлиц).

Расчёт на прочность шпоночных соединений (задача а)
производится по формулам:
на смятие:

(для призматических шпонок).

(для сегментных шпонок);
на срез:

(для призматических и сегментных шпонок),
где М_кр — крутящий момент (рассчитывается по передавае-
мой мощности и частоте вращения вала), Ним;

D — наружный диаметр вала, мм;

h — высота призматической шпонки, мм;

К_ш — размер выступающей из паза части сегментной
шпонки, мм;

I — рабочая длина шпонки, мм;

[о_см] — допускаемое напряжение смятия, МПа;

Ъ — ширина шпонки, мм.

Проверочный расчёт на прочность шлицевых соединений
(задача а) может осуществляться по формулам:
на смятие:

(прямобочный профиль),

(эвольвентный профиль);
на срез:

(прямобочный и эвольвентный профили),
где М_кр — крутящий момент, Нмм;

г — число шлицев;

h — высота поверхности контакта (для прямобочного
профиля h = 0,5(D - d)2 f_ul, здесь f_ul — фаска зуба и паза
шпоночного соединения, обычно фаска принимается равной
0,3...0,5 мм с допуском +0,2„.0,3; для эвольвентных шли-
цев с центрированием по боковым поверхностям h = т, с
центрированием по наружной цилиндрической поверхнос-
ти h = 0,9m);

D — наружный диаметр вала, мм;

d — внутренний диаметр отверстия, мм;

Ъ — ширина шлица, мм;

т — модуль эвольвентного соединения, мм;

у/' — коэффициент, учитывающий неравномерность рас-
пределения нагрузки по шлицам (у/' принимается равным
0,7...0,8).

При необходимости расчёты на прочность сварных соеди-
нений, пружин, подшипников, клиноременных, зубчатых
передач и других специфических сборочных единиц и дета-
лей следует выполнять по рекомендациям литературных ис-
точников.

Пример. Рассчитать на прочность опасное звено приспо-
собления (рис. 9.18). Из рассмотрения данного приспособле-
ния можно прийти к выводу, что одной из наиболее нагру-
женных деталей является ось 6 стойки 9. Она воспринимает
повышенные нагрузки, связанные с зажимом обрабатывае-
мых заготовок. Направление действия создаваемой пневмо-
цилиндром силы меняется на противоположное посредством
рычагов 13. При этом она увеличивается в несколько раз.
Затем через штоки 10 и пяты 3 она передаётся на рычаг 4,
получает направление в сторону зажима заготовок и вновь
возрастает. Таким образом, на прочность целесообразно рас-
считывать наиболее нагруженное звено (в описанном случае
ось 6). Ось 6 в отверстиях рычага 4 и стойки 9 установлена с
зазором и будет работать на изгиб. В соответствии с приня-
тым решением она изготавливается из стали 20Х с цемента-
цией и закалкой до твёрдости 57...63 HRC_d. Вид нагрузки П
(переменная). Допускаемое напряжение [ст^] для приведённо-
го случая равно 220 МПа [5]. Из силового расчёта выявлено,
что изгибающий момент М_из, действующий на опасное звено
приспособления, равен 10800 Нмм.

Минимальный диаметр оси можно рассчитать (задача б)
по формуле(10.1):

В описанных условиях можно принять размер d = 10 мм,
что обеспечит более надёжную работу оси 6.

*                      Контрольные вопросы

1. Какие требования предъявляются к конструкционным
материалам для основных элементов приспособлений?

2. Как выбираются материалы для различных деталей
приспособлений?

3. Для чего применяется термическая (химико-термичес-
кая) обработка деталей приспособлений?

4. Какие гальванические, химические и лакокрасочные
покрытия используются при изготовлении приспособ-
лений?

5. Как выбираются детали приспособлений, которые не-
обходимо рассчитать на прочность?

6. Какие расчётные факторы используются в расчётах на
прочность?

7. В чём отличие, недостатки и преимущества широко
используемых в инженерной практике методов расчё-
та на прочность?

ГЛАВА 11
ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ОБСЛУЖИВАНИЕ ОСНАСТКИ