ОСНОВЫ РАСЧЁТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ (Основы расчёта и проектирования гидропневмопривода станочного оборудования)

Федеральное агентство по образованиюВологодский государственный технический университетВ.Н.КолпаковОСНОВЫ РАСЧЁТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯГИДРОПНЕВМОПРИВОДАСТАНОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯУтверждено редакционно-издательским советом университетав качестве учебного пособияВологда2008УДК 621-62ББК 34.447К 60Рецензенты:доктор технических наук, профессор, заведующий кафедройпромышленной теплоэнергетики Череповецкогогосударственного университета Н.

Н. Синицын;кандидат технических наук, доцент, заместитель директорапо производству ЗАО ” Вологодский подшипниковый завод” Н. В. ДороговКолпаков В.Н.К 60Основы расчёта и проектирования гидропневмопривода станочногооборудования: учебное пособие / В.Н. Колпаков.- Вологда: ВоГТУ,2008. – 58 с.В учебном пособии изложены этапы и последовательность расчётаи проектирования гидравлического и пневматического привода станков и роботов, приведены основные расчётные зависимости, методикапостроения принципиальной схемы и выбора элементов привода, атакже рекомендуемые формы таблиц для результатов расчёта.

Содержание учебного пособия ориентировано на применение рассматриваемых гидравлических и пневматических приводов в станках, промышленных роботах и другом станочном оборудовании.Учебное пособие предназначено для студентов машиностроительных специальностей вузов.УДК 621-62ББК 34.447© ВоГТУ, 20082ВВЕДЕНИЕГидравлические и пневматические приводы широко применяются в различных отраслях машиностроения, и, в частности, в станкостроении для осуществления движения рабочих органов.

Они позволяют создать машины, отличающиеся высокой производительностью, надёжностью и малой материалоёмкостью.Инженерная деятельность на машиностроительных предприятиях связана,как правило, не с разработкой и исследованием новых элементов и узлов гидропневмосистем, а с проектированием гидропневмосистем машин различногоназначения, используя серийно выпускаемую аппаратуру. На этом принципе ипостроена методика расчёта и проектирования гидропневмоприводов, приведённая в данном учебном пособии.Основная его задача – помочь студентам освоить методику и выработатьнавыки проектирования привода для конкретного станочного оборудования,используя учебно-методическую, научную и справочную литературу.В пособии последовательно излагаются этапы расчета и конструированияпривода, приводятся расчётные зависимости и методические рекомендации повыбору параметров и моделей их элементов.

При этом не приводятся конкретные схемы и конструкции, ориентируя студента на необходимость развиватьумение работать с научно-технической литературой и правильно использоватьэту информацию при решении конкретных инженерных задач.1. ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИВОДАПроектирование гидро- или пневмопривода включает основные этапы, установленные государственными стандартами: техническое задание, техническое предложение, технические проект и рабочий проект.При разработке технического задания устанавливают основные требованияи параметры технической характеристики станочного оборудования и на основании их - основные требования к гидро- или пневмоприводу.В техническое предложение уже должна быть включена принципиальнаягидравлическая или пневматическая схема и дано ее краткое описание.На стадии эскизного или технического проекта производят необходимыерасчеты, выбор комплектующих изделий и разрабатывают чертежи общих видов узлов гидро- или пневмооборудования.В эскизном проекте содержатся принципиальные конструктивные решения,дающие общие представление об устройстве и принципе действия привода, атакже данные, определяющие назначение, основные параметры и габаритныеразмеры привода.

В техническом проекте должны содержаться окончательныетехнические решения, дающие полное представление об устройстве разрабатываемого привода и исходные данные для разработки рабочей документации.3Рабочий проект является заключительным этапом проектирования, на котором уточняются решение, расчеты, разрабатываются сборочные чертежи узлов,рабочие чертежи деталей, спецификации, ведомости.2. РАСЧЕТ И ВЫБОР ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯРасчет включает последовательное решение двух задач:1. Определение нагрузочных и скоростных параметров двигателя.2.

Определение геометрических параметров и выбор модели двигателя.2.1. Определение нагрузочных и скоростных параметровдвигателяРешение этой задачи производится на основании нагрузочных и скоростныхпараметров на рабочем органе в соответствии с техническим заданием и кинематической схемой передаточного механизма между выходным звеном двигателя и рабочим органом (РО).По характеру движения выходного звена двигатели делятся на три вида: поступательного движения (цилиндр), вращательного движения (мотор) и поворотный.Движение рабочего органа может быть, в свою очередь, поступательнымили вращательным.

В связи с этим возможны несколько вариантов.Для расчета двигателя необходимо знать максимальное осевое усилие иликрутящий момент, максимальную линейную или угловую скорость рабочегооргана. В ряде случаев эти характеристики содержатся в техническом задании,в других случаях их необходимо рассчитывать.Выбор расчетного этапа цикла зависит от характера оборудования. В общемслучае двигатель ГД преодолевает силы полезной нагрузки (например, силы резания), трения в направляющих, веса подвижных частей и инерционные нагрузки(в динамических режимах). В металлорежущих станках инерционные нагрузки,действующие при разгоне и торможении, чаще всего не совпадают по времени сдействием сил резания.

В зависимости от типа станка максимум силы или момента внешнего сопротивления может соответствовать переходным режимам(например, реверс стола в шлифовальных станках) или моменту резания (строгальные, долбежные, протяжные станки), поэтому выбор ГД должен производиться на основании анализа графиков изменения нагрузок во времени цикла.В частности, для роботов и другого вспомогательного оборудования можноиспользовать следующие формулы.Осевое усилие, необходимое для перемещения рабочего органа, можно приблизительно определить по формуле:R max =G х ,+(m+m p )a,где G х - проекция сил веса неуравновешенных движущихся частей робота и детали на направление перемещения; m - масса детали (грузоподъемность); m р –4масса неуравновешенных движущихся частей робота; а - ускорение рабочегооргана; а = 1…3 м/с2.Массу движущихся частей определяем по базовому роботу; приблизительноможно принять, что m р = 3 m.Крутящий момент, необходимый для вращения рабочего органа, можно определить по формуле:M = (mr + m p r p )g sinα+(mr2 + m p r р 2)ε,где r и r p - соответственно радиусы расположения центров тяжести детали инеуравновешенных масс движущихся частей робота; α - угол наклона плоскости вращения детали к горизонтали; ε - угловое ускорение; g - ускорение силытяжести.При вращении детали или частей робота относительно оси, проходящей через их центр тяжести, можно принять, что их форма цилиндрическая и моментопределить по формуле:М max = 1/8(m d Д +m p d р 2)ε,где d д и d р - соответственно диаметры деталей и движущихся частей.Если характер движения рабочего органа и выходного звена совпадают, то вэтом случае нагрузочные и скоростные параметры привода и двигателя тожесовпадают.

В противном случае необходимо произвести их перерасчет с учетомкинематики промежуточного передаточного механизма. Параметры указанногомеханизма следует позаимствовать из аналогичного оборудования. На основании параметров привода определяются максимальная скорость (ν дmax илиω дmax ) и нагрузка (R дmax или M дmax ) на выходном звене двигателя.Здесь возможны несколько случаев.1. Рабочий орган и выходное звено двигателя совершают поступательноедвижение. Тогда ν дmax = ν max и R дmax = R max .2. Рабочий орган и выходное звено двигателя совершают вращательноедвижение.

Тогда ωдmax =ωmax и M дmax = M max .3. Рабочий орган совершает поступательное движение, а выходное звенодвигателя -вращательное движение. Тогда ωдmax = 2πν max / i ; M дmax =R max i /2π,где i - передаточное отношение кинематической цепи между выходнымзвеном двигателя и рабочим органом.4. Pабочий орган совершает вращательное движение, а выходное звенодвигателя - поступательное. Тогда ν дmax =ωmax /2πi; R дmax =2πM max i .52.2. Определение геометрических параметров и выбормодели двигателяНезависимо от типа двигателя, прежде всего, необходимо определить оптимальное рабочее давление.

Расчетным путем это сделать практически не удастся, поэтому им следует задаться, исходя из следующих соображений.Прежде всего, необходимо руководствоваться техническими характеристиками аналогичного существующего оборудования, а также стандартных двигателей и рядом номинальных давлений, регламентируемых ГОСТ 12445-80. Приэтом необходимо учесть, что для гидропривода ориентировочно должно выполняться соотношение: р = 2/3 р н , где р - рабочее давление; р н -давление насоса.Известно, что при увеличении рабочего давления могут быть уменьшеныразмеры исполнительных гидродвигателей, потому что усилие или крутящиймомент пропорциональны давлению.