【doc】压力机用可调式凸轮控制器转轴受力分析

【doc】压力机用可调式凸轮控制器转轴受力分析 压力机用可调式凸轮控制器转轴受力分析 文章编号:1672—0121(2012)Ol一0084—03 压力机用可调式凸轮控制器转轴受力分析 姚登杰,李厚伦,姚魏志z (1.江苏大学京江学院,江苏镇江212013; 2.无锡市拓发自控设备有限公司,江苏无锡214161) 摘要:对压力机用可调式凸轮控制器转轴作了受力分析.通过计算寻找转轴上的应 力集中点,进而确定 其危险截面,为强化该轴提供力学依据. 关键词:机械制造;受力分析;转轴;压力机 中图分类号:TG315.5文献标识码:B 1引言 可调式机械凸轮控制器是多档位,多触点,利用 调节凸轮盘的转动使行程开关接通和断开.据凸轮 控制器实际工况,其转轴除了承受传动负载外,还受 到较大的冲击载荷.在疲劳冲击载荷的作用下,凸轮 控制器转轴在危险截面处易产生断裂,这对压力机 的安全带来了隐患.为了避免这种隐患,对压力机用 可调式凸轮控制器转轴各种工作应力进行分析,寻 找危险截面,同时为可调式凸轮控制器的改进和制 定机械行业标准"机械可调式凸轮控制器"寻找理论 依据,显得十分重要. 2转轴受力情况 如图1所示为可调式凸轮控制器转轴,1,2,3 处为该轴的三处环槽.该轴在坐标系y平面内受力 如图2所示,其中c,D,E处分别为图1的1,2,3处 环槽,A,B处为轴承,在此平面内可视为固定铰链. 在E,G的中点处,与皮带轮相连接,该皮带轮对 转轴有竖直向下的力F的作用,该力F为皮带轮皮 带的张力. 在C,D之 间6等分 处各有一 295 图1转轴 23 图2xy平面内受力状态 生了一个压力和一个摩擦力,摩擦力的合力可视 为一个竖直向下作用于c,D中点I处的力.该轴在 坐标系平面内受力如图3所示,A,日在此平面内 也可视为固定铰链,凸轮与滚轮产生的压力也可视 为合力,沿z轴竖直向上作用于C,,J的中点, 点,经测定,凸轮与滚轮之间的压力FN=10.525N,静 摩擦系数/.z=0.04,凸轮的最大向径半径R=28.5;该 轴的H处皮带轮对其有一扭矩,使该轴作匀速转 动,从而与,处摩擦力所产生的扭矩T平衡,扭矩 102629 28r]广一 l 如图4 所示.产 生扭矩 图5C,D处环槽 图6E处环槽 9.8N/m2,皮带张力为 一 09一O5 杰(1990一),男,本科在读,主攻机械 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 方向学习研究3计算张力F的许用值 会受到因瞬间加 速度产生的冲击 载荷的作用,经测 定,该加速度的最 大值为60g,并且 该冲击载荷在 平面产生,且方向 与转轴垂直.轴用 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 45钢,g= 3.1计算摩擦力和扭矩 单个凸轮和滚轮之间的压力=1.754N,静摩擦 系数/z=0.04.由于凸轮和滚轮之间是滚动摩擦,摩 擦系数一定小于或等于静摩擦系数,所以就取静摩 擦为该滚动摩擦系数,可算出摩擦力和扭矩能达到 的最大值: FFN/.z=10.525x0.04=0.42N T=FjR=0.42x0.0285=0.012N.nl 由于产生的摩擦力和扭矩太小,对材料的影响 不大,因此,摩擦力和扭矩可忽略不计. 3.2计算冲击载荷 由于该冲击载荷是由瞬间加速度所致,力呈均 布载荷分布.当冲击载荷与力方向一致,即在yz 平面内竖直向上作用时,转轴所受的力最大.因此, 只要计算冲击载荷在平面内竖直向上作用时所 受的最大应力满足条件的F即可.由于转轴质量分 布在E点的左右不同,均布载荷分布如图7所示. 45钢的密度p=7850kg/m,g1,g2为: j g1=一 dz,r d rpot一 =1450N/m g2一 d2,.rrpot一 =928N/m 3.3计算各支座反力 xy平面内所受外载荷如图8所示,yz平面内所 受外载荷如图9所示,即可计算各平面内支座反力. ,{『-————— ; 图9yz平面内所受外载荷 y平面内有: f4-=O \一FtFAB=0 解有: fFa=0.13F {【 =一1.13F 平面内: fy+j+glz腰+g2fEG+F0 I+gz(—z)+g22厶+.1=0 解有: f严一206?18 【一216. 96 3.4绘制剪力图和弯矩图 xy平面的剪力图和弯矩图见图10. 0.0295F 图1O帽平面剪力图和弯矩图 平面的剪力有:FF/=0;Fa,=一Fa一0.13F; 1=FAt一=-0.13F一(一1.13F)=F;1=R1:一F=F一 I_0 y平面的弯矩有: n=l=O rXr02805 MB1=一f)d:一f=一0.0295FN-InJ^JU251 %1=G1=0 yz平面的剪力图和弯矩图见图11. , ,, 一 - 8.8027-8.8ll3 图11yz平面的剪力图和弯矩图 平面的剪力有: =0 rX'f0028 :: Jq(x)dx=0+J.1450dx=40.6 2 t =Fa2+Fa=40.6—206.18=一165.58N l5 Ixt10.1315 2=2+lq()=一165.58+J1450dxJX月J0028 =一15.505N 2 t =2+一15.505+10.525=一4.98N =z+Jq()=-4_98+J0.13151450dx0251r, =168.295N F醍=F+Fh;:168.295-216.96=-48.665N FL2=+Jg()一48?665+Jol251450dxX0266r^r =-26.915N :2:0 平面的弯矩有: = 0 fx^r0028f 2=+f)=0+J(11450dx)』XJ0J0 =0.5684N?m rx,ro1315 =2+I)d=0.5684+l(一165.58+JXJ0028 I1450dx)d=一8.8027N?m ,xro1349 ^=,2+J戈)d=一8.8027+J(一4.98+J,J01315 J1450dx)(=一8.8113N?m rx,o251 ‰=+JXI)=一8?8027+3l5(一4.98+ J1450dx)=0.9554N?nl =+J)=0.9554+I(一48.665+JJ0251 f1450dx)d=0.3886N?m Mc2=O 3.5计算各处弯矩 因为C,D,Ei处为环槽,易产生集中应力,容 易产生破坏,根据弯矩图,可知A处,M处和B处为 弯矩最大处,也容易产生破坏,相互比较,可得出D 处的应力将大于C处应力,B处的应力大于A处, 因此,C处,A处可不做计算,只需计算比较M,D,曰, E处应力即可. 2.10x10_4+0.151N?in 计算各处最大应力 计算最大应力,首先要确定是否有应力集中,该 的D,E处有应力集中,因此,首先要确定D,E 应力集中系数. 查表得45钢的=600MPa, D处,D=20,d=18,r=0.1 _D-d==20 rU.1 ::0.01d18. 鱼衣侍该处止应刀粟甲糸数:K~v=2.17. E处,D=20,=16,r=0.5 盟:Q=鱼:8 r0.5 = 等=0.03 查表得该处正应力集中系数:K~L=2.03. ,: =1.273x,/1.93x10-4F%77.639MPa ,=' =3.790xX/6.56x10+8.586MPa ‰=27 ,= 器 3X/8.70x10J4+O.913MPa =5.408xX/2.10x10_4+O.151MPa 3.7计算F的许用值 查表得45钢的许用弯曲应力【盯一.]=55MPa,故有: o-Mmax?[1] o'Dmax?[一1] o'Bmax?[一l】 oEmo~?[一1] 一 3044.60?F?3044.60 - 554.92?F?554.92 — 1464.43?F?1464.43 - 751-38?F?751.38 F0 =0?F?554.92 [=554.92 4结论 通过对压力机用可调式凸轮控制器转轴的受力 分析及计算,确定传动负载在554.92N以内,冲击载 荷的加速度不大于60g时,凸轮控制器能正常工作. 反之,若传动负载在许用范围之内,冲击载荷的加速 度大于60g时,凸轮控制器的转轴长期在上述冲击 振动条件下工作,其危险截面2处将产生断裂,压力 机容易发生安全事故. 【参考文献】 [1]吴宗泽.机械设计师手册【M].北京:机械T业出版社,2006. [2]陈忠安.材料力学[M].北京:北京大学m礼,2009. 文章编号:1672—0121(2012)01—0087—03 结晶器非正弦振动波形构造及其同步控制模型 孙德建 (西北工业大学材料科学与工程学院,陕西西安710072) 摘要:为改善铸坯质量,可从有利于润滑的结晶器振动模型着手.在正弦振动波形 的基础上,利用分段函 数法构造出一种非正弦振动波形,经过公式推导,得出非正弦振动的6个振动工艺 参数表达式.在此基础上, 本文建立了,uc-h同步控制模型,可在提高拉速的同时有效保证铸坯质量. 关键词:机械制造;非正弦振动波形;结晶器;同步控制 中图分类号:TF777文献标识码:B 1引言 为提高生产率和实现节能,连铸一直朝着高速 化方向发展.高速浇铸降低了结晶器和铸坯之间的 润滑性能,使得铸坯经常发生粘结性拉漏,因此,改 善结晶器和铸坯之间的润滑 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 就显得尤为重要. 能够与铸坯直接接触的只有结晶器和保护渣,要想 改善铸坯质量,可从这两方面入手,即开发高速连铸 用保护渣或有利于润滑的结晶器振动模型【.在实 际生产中,若应用非正弦振动,应使此种非正弦振动 波形具备最佳振动模型的特点而且在实际中也应该 便于操作.浇注过程中,拉速是随工况变化而变化 的.若拉速发生变化而基本参数保持不变,_T艺参数 会发生变化,这就会对铸坯的脱模和铸坯的表面质 量产生影响.为稳定工艺参数,在拉速改变的同时, 基本参数频率和振幅必须相应地改变,我们称这种 对应关系为同步控制模型.应以工艺参数为基础建 立vc-h同步控制模型. 收稿日期:2011-10—28 作者简介:孙德建(1985一),男,博士在读,从事高温合金铸锻件 成形技术研究 2非正弦振动波形的构造 根据最佳振动模式特点,在正弦振动波形曲线 基础上,利用分段函数法【5_,可构建一种非正弦振动 波形曲线,求解出其解析表达式,确定其工艺参数, 并分析其动力学特性. 图1给出了正弦及非正弦振动形式下的速度位 移曲线,可在正弦振动的基础上构造非正弦振动,并 求解出其表达式.正弦振动的速度及位移分别为: m=COS(2) S=(h/2)sin(21T厅)(1) 式中:『_-一振动速度,mr~min; S——振动行程,mm; —— 振动冲程,2倍于振幅,mm; 产一振频,min; ,——时间变量,S. 在式(1)基础上构造出具有最佳振动模式特点 的非正弦振动曲线.振动速度和位移曲线如图1所 示.在振动速度曲线中,可将线段BC视为直线,将 线段CD和GJ看成抛物线(顶点分别为c点和I, 点),将线段DEG视为余弦曲线.并将这些曲线段光 滑连接.该非正弦振动波形的振动位移和速度表达 Stressanalysisofadjustablecamcontrollerspindleforpress YA0DengjieLIHoulun,YAOWeizhi (1.CollegeofJingjiang,JiangsuUniversity,Zhenjiang212013,JiangsuChina; 2.WuxiTuofaAutomaticControlEquipmentCo.,Ltd.,Wuxi214161,JiangsuChina) Abstract:Thestressoftheaajustablecamcontrollerspindleforpresshasbeenanalyzedinthetext.The focuspointonthespindlehasbeenfoundoutbycalculation.Finally,thehazardoussectionofthespindlehas confirmed,whichprovidesdynamicreference. Keywords:Stressanalysis;Spindle;Press