ПРИЗМАТИЧЕСКАЯ ОПОРА Российский патент 1997 года по МПК F16C32/02 

Изобретение относится к устройствам для обработки материалов, например, давлением, в частности, к устройствам для установки и крепления цилиндрических заготовок и деталей при правке изгибом, и может быть использовано при обработке тонкостенных цилиндрических деталей дорожно-транспортного, нефтяного, химического и энергетического машиностроения.

Известны призматические прижимы для закрепления цилиндрических деталей при их обработке, содержащие элементы с соединенными под углом друг к другу плоскими поверхностями, между которыми закрепляется деталь [1]
Недостатком известного устройства является то, что они не позволяют производить правку тонкостенных деталей поперечным изгибом из-за больших деформаций поперечного сечения детали. Даже при относительно небольших усилиях при закреплении тонкостенных деталей, например, высокоточных гильз, наблюдаются не только упругие радиальные перемещения поверхности цилиндра, но и искажения торца и остаточные искажения профиля поперечного сечения детали.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является призматическая опора, выполненная из нескольких соединенных между собой призм, а именно, из четырех призм, связанных с общей опорой торсионами [2]
Недостатком известного устройства является невозможность использования для закрепления тонкостенных цилиндрических деталей при правке изгибом, так как при взаимодействии цилиндрической наружной поверхности детали с одной двумя плоскими поверхностями призматической опоры передаваемая нагрузка деформирует поперечное сечение детали и эта некруглость может сохраниться после правки. Использование в качестве опоры какой-либо известной системы призматических опор также не позволяет избежать значительных деформаций, в том числе остаточных, при нагружении тонкостенных цилиндров при их правке изгибом, так как практически всю кагрузку воспринимают элементы опоры, расположенные в направлении действия усилия.

Технический результат заключается в исключении деформации поперечного сечения тонкостенной цилиндрической детали при установке ее на призматические опоры для правки поперечным плоским изгибом или установке в призматические опоры для другой обработки, например, резанием.

Указанный результат достигается тем, что призматическая опора, состоящая из нескольких взаимосвязанных призм, выполнена из трех призм, две из которых установлены своими опорными поверхностями на призматической поверхности третьей призмы с возможностью качания и опираются друг на друга боковыми поверхностями, причем у качающихся призм опорные поверхности выполнены цилиндрическими с осями, расположенными в плоскостях биссектрис углов призм, а боковые поверхности выполнены цилиндрическими с осями, совпадающими с образующими опорных поверхностей в плоскостях биссектрис углов призм.

В варианте выполнения у призматической опоры углы раствора призм связаны соотношением:
2α - α_o = 180^°
а радиусы цилиндрических опорных и боковых поверхностей выбраны из соотношений:
R = R_o•sinα,

где α угол раствора качающихся призм;
a_o угол раствора опорной призмы;
R₀- радиус опорных поверхностей качающихся призм;
R радиус боковых поверхностей призм;
r номинальный радиус устанавливаемой детали.

В предпочтительном варианте выполнения углы раствора качающихся призм равны 135^o, а угол раствора опорной призмы равен 90^o.

На чертеже изображен общий вид предложенной призматической опоры.

Призматическая опора выполнена составной из трех призм, две из которых (1 и 2) выполнены с цилиндрическими опорными поверхностями 3 и 4 и цилиндрическими боковыми поверхностями 5 и 6. Призмы 1 и 2 своими опорными поверхностями 3 и 4 установлены на плоскости 7 и 8 опорной призмы 9, а боковыми поверхностями 5 и 6 соприкасаются друг с другом.

Работает призматическое устройство следующим образом.

Цилиндрическая заготовка или деталь 10 устанавливается на призматические поверхности призм 1 и 2 Внешняя нагрузка приложена примерно в плоскости биссектрисы рабочего угла опорной призмы 9 и через деталь 10 передается на призмы 1 и 2. Призма 1 взаимодействует с деталью 10 в двух областях А1 и А2, аналогично призма 2 взаимодействует с деталью 10 в двух областях А3 и А4.

Приложенные в этих областях силы создают моменты относительно линий В1 и В2 контакта призм 1 и 2 с призмой 9. Силы взаимодействия призм 1 и 2, действующие в контакте В боковых цилиндрических поверхностей 5 и 6, направлены по прямой, соединяющей линии контакта В1 и В2, не создают опрокидывающего момента и не изменяют взаимное положение призм 1 и 2. Так как других моментов, кроме моментов сил, действующих на площадках А1, А2, А3 и А4, нет, а плечи каждой пары сил для каждой призмы 1 и 2 равны, то призмы устанавливаются так, что силы, действующие на каждой площадке контакта с деталью, равны между собой. При этом деформирующее действие этих сил на деталь минимально.

Пример. Для цилиндрической втулки диаметром 100 мм с толщиной стенки 10 мм проектируется прижим, состоящий из двух расположенных в одной плоскости и направленных навстречу друг другу (охватывающих деталь) призматических опор. Протяженность втулки и опор 75 мм. К опорным призмам каждой опоры прикладывается усилие, равное 196 кН (20000 кгс). Материал детали сталь с пределом текучести 690 МПа (70 кгс/мм²).

Рабочий угол опорных призм выбран прямым. Угловое расстояние между силами, действующими на деталь в качающихся призмах, получается равным β (180^o-90^o)/2= 45^o, угол раствора качающихся призм равен (180^o+90^o)2135 ^o. Радиус цилиндрических поверхностей следует выбрать в интервале значений 76,5 мм <R_о<130,7 мм. Принимается R_о100 мм. Радиус цилиндрической боковой поверхности получается равным 100 sin 45^o70,7 мм. При таком выполнении опор на поперечное сечение детали через каждые 45 ^o действует сила, равная 75 кН (7650 кгс). Эти силы создают изгибающий момент, распределенный по периметру поперчного сечения детали и приводящий к искажениям поперечного профиля. Максимальная величина этого момента достигается в местах приложения нагрузки и составляет 245 кН •м(25 кгс•м), а вызываемые действием момента искажения формы составляют 0,24 мм.

Изгибные окружные напряжения в детали при этом не превышают 196 МПа (20 кгс/мм²), что меньше предела текучести материала, т.е. остаточных искажений формы появиться не должны.

Для сравнения проведен расчет таких же характеристик установки детали в прижим из двух призм известной конструкции. Рабочий угол призм прямой. Расчет показывает, что в этом случае усилие в каждом контакте детали с призмой составляет 139 кН (14140 кгс), максимальное значение в поперечном сечении равно 950 кН•м (97 кгс•м), деформация поперечного сечения детали под нагрузкой превышает 3,6 мм, а изгибные окружные напряжения превышают предел текучести материала.

Из приведенного примера видно, что особенности предложенного крепежного устройства обеспечивают значительное снижение искажений поперечной формы тонкостенных цилиндрических деталей.

Использование в устройствах для обработки материалов, например, давлением, в частности, к устройствам для установки и крепления цилиндрических заготовок и деталей при правке изгибом, а также при обработке тонкостенных цилиндрических деталей дорожно-транспортного, нефтяного, химического и энергетического машиностроения. Сущность: технический результат - исключение деформации поперечного сечения тонкостенной цилиндрической детали при установке ее на призматические опоры для правки поперечным плоским изгибом или установке в призматические опоры для другой обработки, например, резанием. Призматическая опора выполнена их трех призм. Две из которых установлены своими опорными поверхностями на призматической поверхности третьей призмы с возможностью качания и опираются друг на друга боковыми поверхностями. Причем у качающихся призм опорные поверхности выполнены цилиндрическими с осями, расположенными в плоскостях биссектрис углов призм. Боковые поверхности выполнены цилиндрическими с осями, совпадающими с образующими опорных поверхностей в плоскостях биссектрис углов призм. В варианте выполнения у призматической опоры углы раствора призм и радиусы цилиндрических опорных и боковых поверхностей связаны предложенными соотношениями. В предпочтительном варианте выполнения углы раствора качающихся призм равны 135^o, а угол раствора опорной призмы равен 90 ^o. 2 з.п. ф -лы, 1 ил.

1. Призматическая опора, состоящая из нескольких взаимосвязанных призм, отличающаяся тем, что она выполнена из трех призм, две из которых установлены своими опорными поверхностями на призматической поверхности третьей призмы с возможностью качания и опираются друг на друга боковыми поверхностями, причем у качающихся призм опорные поверхности выполнены цилиндрическими с осями, расположенными в плоскостях биссектрис углов призм, а боковые поверхности выполнены цилиндрическими с осями, совпадающими с образующими опорных поверхностей в плоскостях биссектрис углов призм. 2. Опора по п.1, отличающаяся тем, что углы раствора призм связаны соотношением
2α - α_o = 180^°,
а радиусы цилиндрических опорных и боковых поверхностей выбраны из соотношений
R = R_o•sinα,

где α - угол раствора качающихся призм;
α_o- угол раствора опорной призмы;
R₀ радиус опорных поверхностей качающихся призм;
R радиус боковых поверхностей призм;
r номинальный радиус устанавливаемой детали. 3. Опора по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что углы раствора качающихся призм равны 135^o, а угол раствора опорной призмы равен 90^o.