Проектирование средств технологического оснащения

 
 
 
 
 

Кафедра 606 
 
 
 
 
 

курсовАЯ РАБОТА

по  курсу

«Проектирование средств технологического оснащения» 
 
 

Вариант №18 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                           Студент группы КТ-513  Садовский В.Г. 

______________________

     дата, подпись 
 

     Консультант доцент Слесарев А. В. 

______________________ 

                                                дата, подпись 
 
 
 

     Москва,  2011 г. 
 
 

 
 
 
Цель  работы.

 Цель  расчёта приспособления на жёсткость - подбор таких сечений и размеров элементов каркаса, при которых их максимальные деформации от приложенных нагрузок не превосходили бы значений, определяемых техническими условиями на собираемое изделие.

 Выбор сечений балок и колонн с учётом требований жёсткости этих элементов вполне обеспечивает их прочность. Поэтому на прочность каркас приспособления, как правило, не рассчитывают.

 Расчёт  сборочных приспособлений на жёсткость базируется на общих принципах строительной механики с учётом специфических условий работы указанных конструкций. 
 

Введение 

 Каркасы приспособлений являются многократно статически неопределенными  пространственными системами, поэтому при конструировании пользуются приближенными методами расчета. Для упрощения расчетной схемы каркаса его расчленяют на отдельные балки и колонны, несущие определенные части общей нагрузки. Этим допущением многоопорные балки и рамы заменяются двухопорными. 

Далее определяются нагрузки, действующие на каркас приспособления: 

 

1. Вес балки. Как показывают расчеты, прогиб самой балки может быть значителен от собственного веса, который может быть исключен из рассмотрения, если установка узлов, укрепляемых на балках, производится в инструментальном стенде при условии одинакового опирания балки в стенде и приспособлении, а также при установке узлов при помощи эталонов.

2. Вес агрегата (активный вес). Этот вес распределяется между отдельными рубильниками.

3. Вес фиксаторов.
4. Вес отдельных деталей, которые монтируются после сборки приспособления.
5. Вес рубильников распределен между верхней и нижней балками. После определения всей нагрузки строится схема ее распределения по каркасу. Если число рубильников невелико, то действие каждого из  них на балку представлено как действие сосредоточенных сил. Если же их много, то они считаются равномерно распределенной нагрузкой.

Распределение веса агрегата производится либо в  соответствии с расположением рубильников,   либо в виде сосредоточенных сил (при наличии опорных фиксаторов).

Для расчета  верхних балок и колонн принимается  схема, в которой вес рубильников, верхних фиксаторов, вспомогательных устройств и агрегата воспринимается верхними балками и передается колоннам через верхние опорные кронштейны.

Для расчета   нижних балок принимается схема, в которой вес рубильников, нижних фиксаторов, вспомогательных деталей и вес агрегата воспринимаются нижними балками и передаются колоннам через опорные кронштейны.

При расчете  балок необходимо иногда учитывать  их вручение, которое возникает при  эксцентрично приложенной    нагрузке (вес на кронштейне и т.п.). В результате кручения появляются дополнительные вертикальные и горизонтальные перемещения точек крепления рубильников, фиксаторов.

После определения  расчетной схемы находят величины деформаций балок, вызванные действием конкретной нагрузки. Расчет проводится по формулам прогибов, которые приведены для наиболее распространенных случаев нагружения балок и способов закрепления их опорных сечений. Применительно к расчету балок сборочных приспособлений необходимо дополнить эти формулы выражениями перемещений точек   крепления фиксирующих узлов от кручения балок, вследствие эксцентриситета вертикальной нагрузки. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Расчет  стапеля на жесткость.

При проектировании сборочных приспособлений (СП) стремятся  создать жёсткую конструкцию, дающую минимальные деформации.

Прочность каркасов обеспечивается выбором определённых материалов, потому прочностных расчётов, как правило, не выполняют.

 Проведем расчёт на жёсткость стапеля, состоящего из 4 колонн, 4 поперечных балок и 3 продольных.

 Расчёт балок  приспособлений на жёсткость заключается либо в определении необходимого момента инерции сечения Ix для максимально допустимой деформации fg, либо в определении деформации f, когда проверяется конструкция приспособления.

 Деформации  всех элементов приведут к изменению положения других элементов, закреплённых на продольной балке. В общем случае смещение будет равно сумме деформаций отдельных элементов стапеля: Sдеф=f1+f2+f3 

Где:

f1 - уменьшение высоты колонн

f2 - прогиб поперечной балки

f3 - прогиб продольной балки

Оценим величины f1; f2; f3.

 f1 – «Укорочение» колонн. Практически это очень маленькая величина, т.к. современные нормализованные элементы колонн имеют достаточно большие размеры поперечных сечений.

 f2 - Прогиб поперечной балки. Его можно сделать минимальным за счёт подбора балок малой длины. Величина нагрузки на каждую из таких балок будет мала, а, следовательно, и f2 - min.

 f3 - Прогиб продольной балки. Он имеет наибольшую величину из всех перечисленных прогибов, т.к. продольная балка имеет наибольшую длину. Этот прогиб в основном и определяет Sдеф. Поэтому практически можно считать, что 

 Sдеф≈ f3 

 Предельно допустимой величиной прогиба будем считать 0.02 мм. Увеличение прогиба больше указанного отрицательно скажется на точностных показателях собираемых агрегатов. Расчёт будем проводить по заданным предельным деформациям. В этом случае требуется  определить сечение стержней каркаса (сечение балок). 

Расчётные нагрузки: 

На балку действуют постоянные и переменные статические нагрузки.

1. Постоянные статические нагрузки Р_пост включают в себя: 

- Вес балок.

  - Вес колонн.

  - Вес несъёмных фиксаторов и т.п. 

2. Переменные статические нагрузки Р_пер включают в себя: 

•  Вес агрегата, собираемого в стапеле.
• Вес рубильников.
• Вес съёмных фиксаторов.

- Вес работающих людей и т.п. 

Динамические  нагрузки, возникающие в процессе работы, например при клёпке, не оказывают  существенного влияния на расчёты, т.к. непосредственного воздействия  на каркас стапеля от них нет. В общем случае: 
 

Р_расч = Р_{пост +} Р_пер 

Порядок расчёта: 

В начале расчёта  необходимо составить расчётную  схему, желательно ёе максимально упростить, не допуская при этом значительных искажений при последующих расчётах. Примем следующие допущения:

      - Вес собираемого агрегата принимается как распределенная нагрузка;

      - Вес рубильников и ложементов считается распределенной нагрузкой;

      - В качестве сосредоточенных нагрузок принимаются резко выраженные веса      отдельных тяжёлых фиксаторов или групповых фиксаторов;

      - Вес людей может быть принят как нагрузка в зависимости от условий работы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

(рис.1) 

Верхние продольные балки считаем шарнирно закрепленными. За расчётную нагрузку принимаем:

Pрасч. верх пр. = Q + Gпрод б 

Где: Q= q*1₀- распределённая нагрузка на участке 1₀;

Gпрод б - вес (распределённый) продольной балки

Для нижних продольных балок (рис.1)

       Pрасч нижн. прод= G н.прод б  

Где: G н.прод б - вес нижней продольной балки.

Верхнюю поперечную балку считаем жёстко закреплённой на колоннах.  

Полное смещение балки будет равно: 

fполн = fизг + fкруч 

Где:   fизг –   смещение от действия силы Р, равное прогибу балки от изгиба.

      fкруч – смещение под действием момента Р*е, где е – эксцентриситет приложения нагрузки. В общем случае fизг и fкруч могут быть найдены по формулам: 

;    
 
 

Где:

      к1 и к₂ - коэффициенты, характеризующие распределение нагрузки и вид заделки  концов балок;

      Р - общая нагрузка;

      l - длина балки;

      Ix - осевой момент инерции сечения;

      E - модуль упругости 1-го рода материала балки;

      G - модуль упругости 2-го рода материала балки;

      е  - величина эксцентриситета, выбираемая приблизительно;

      I(d) – момент инерции балки при чистом кручении;

При учете кручения сечения балки прогиб получается большим, чем при расчетах на чистый изгиб. Так как величина для ряда нормальных сечений балок колеблется в узких пределах, то можно принять .

Материал  – Сталь 3. Из условия прочности fполн ≤ 0.02 найдем момент инерции Ix.

Все геометрические характеристики заданы в см, а  нагрузки – в кг. 
 

Итерация  №1 

Исходные  данные: 

 
 
 

 
 

 

 
 
 

 
 
 
 

Суммарная длина верхних балок:

 
 
 
 

G – вес агрегата, равномерно распределенный по длине верхних балок: