Цилиндрическая щетка Советский патент 1989 года по МПК A46B7/10 

i

поверхностей держателей, начиная от держателя 4, расположенного на оси симметрии щетки, проходящей перпендикулярно оси ее вращения,до последнего держателя 2 по длине втулки 1, расположены в порядке убывающей арифметической прог1400

рессии. Величина радиуса наружной поверхности держателя 4 меньше расстояния от оси вращения щетки до основания кольцевого выступа 7 фланцев 6 на одну-три величины разности прогрессии. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1

Изобретение относится к инструментам для удаления с поверхностей металлов шлака, ржавчины, окалины, заусенцев, для резания металлов.

Цель изобретения - повьшение долговечности.

На чертеже представлена щетка, общий вид, разрез.

Щетка содержит втулку 1 с -установленным на ней набором разделенного кольцеобразными держателями 2, 3 и 4 и-образного проволочного ворса 5 и расположенные на противоположных ее концах фланцы 6 для зажима ворса в зоне его рабочих и нерабочих концов, имеющие на сторонах, обращенных к ворсу, кольцевые выступы 7 и 8, контактирующие с рабочими и нерабочими концами ворса, с канавками 9, которые имеют треугольный профиль с углом при вершине 55-65 и выполнены в виде концентричных колец.

Кольца 2, 3 и 4 имеют различные радиусы наружной поверхности, величины которых, начиная от радиуса кольца 4, проходящего через ось симметрии щетки, до радиусов крайних по длине втулки колец 2, расположены в порядке убывающей арифметической прогрессии, а радиус держателя 4 меньше расстояния от оси вращения щетки до основания кольцевого выступа 7 фланцев 6 на одну-три величины разности прогрессии (г).

Величины радиусов наружней поверхности крайних по длине втулки держателей 2, держателя 4, расстояния от оси вращения щетки до основания кольцевого выступа 7 фланца 6 и ширины нaбop ворса в сечении у периферии колец 2 и 4 и у основания выступов 7 и 8 фланцев 6 определя}отся соотношением

0,

if(-|-) m 27R(

(-) 27RB

ra

f

где

3,14 d

m R.

R и R

В„, В, иВ отношение длин окружности к диаметру; диаметр проволочек ворса;

общее число проволочек ворса; радиусы колец 2 и 4 и расстояние от оси вращения щетки до основания выступа 7 соответственно;ширина набора проволочного ворса у периферии колец 2 и 4 и у основания выступов 7 и 8 фланцев 6 соответственно; . толщина кольца, огибаемого и-образным ворсом;

Z - число колец в наборе. Такое соотношение указанных параметров определяется оптимальными значениями коэффициента плотности проволочного ворса, т.е. отношением суммы площадей торцов всех проволочек ворса щетки к занимаемой ими площа ЕЩ на рабочей поверхности, составляюпщ- ми 0,785...0,837, при которых проволочки ворса соприкасаются мевду cor бой и имеют зазоры.

Коэффициент плотности проволочного ворса, равный 0,785, является числовым отношением площади вписанного

h

круга к площади описанного прямоугольника (квадрата), При таком ко- эффициенте плотности проволочки ворса располагаются правильными рядами по осям. При расположении двух соседних рядов проволочек в шахматном порядке и соприкосновении проволочек между собой коэффициент плотности будет равен 0,837 (определяется гео- метрическим построением и расчетом). Такое положение занимает проволочный ворс в предлагаемой щетке в зоне между боковыми кольцами и поверхностью прижимных фланцев, контактирующей с ворсом. При увеличении числа рядов гфоволочек, расположенных в шахматном порядке, коэффициент плотности повьшается соответственно до 0,856 при рядах проволочек, до 0,866- при четырех рядах и т.д.

„ Свободная длина проволочек ворса и наименьший радиус инерции поперечного сечения проволочек определяется соотношением

50 - р;ТГ °°

где i 3,14 - отношение длины окружности к диаметру;

Е - модуль упругости материала проволочек,МПа;

момент инерции сечения проволочек относительно главной цент- ральной оси, мм ; Р - наименьшая (первая)

критическая или эйлерова сила, Н;

1 - свободная длина щхово лочек ворса, мм;

i - наименьший радиус инерции поперечного сечения проволочек,мм

В расчетах на устойчивость стальных стержней по формуле Эйлера их гибкость должна составлять Л jul/i . 100...200, где -Л - гибкость стержня; (Ц - коэффициент приведения дли- 50 ны; 1 - длина стержня; i - наименьший радиус инерции поперечного сечения стержня. Для консольно закрепленного стержня (проволочки) коэффициент

45 10/3 мет вид

3,3 1/f,, 2Е .

Таким образом, наименьшая величина предела соотношения длины стержня и его прогиба, при котором стержень сохраняет упругость, равна 3,3, что практически соответствует наименьшей

приведения длины ((U) равен 2. Тогда 55 величине предела соотношения свобод- для проволочек ворса цилиндрической щетки 21Ц 100...200 или 1/i 50...100. Из формулы Эйлера Р

л .- .О /«« ч

определяют 1 Г ЕЛ/Ркр 1.

ной длины проволочек и их прогиба в процессе работы 1/f 3. За наибольшую величину указанного предела теоретически можно брать величину,сколь

ю1520

1400

Подставив это значение 1 в соотношение 1/i 50...100, получают

1/i 7 EJ/P.p 1/i r EJ/P,p li 50.. . 1 00

Свободная длина проволочек ворса и прогиб проволочек в процессе работы определяются соотношением

. 1 f

где 1 - свободная длина проволочек

ворса, мм;

f - прогиб проволочек в процессе работы, мм; Е - модуль упругости материала

проволочек, МПа;

J - момент инерции сечения проволочек относительно главной центральной оси, Р - поперечная (тангенциальная) сила, действующая на свободный конец проволочек, Н. В расчетах гибких стержней на деформацию упругого изгиба соотношение их прогиба и длины по приближенной теории определяется из уравнения

30

Ml

EJ

где f,

1 М Е

-прогиб стержня;

-длина стержня;

-изгибающий момент;

-модуль упругости материала стержня;

J У - момент инерции сечения

стержня относительно главной центральной оси. Данное уравнение дает достаточную точность даже при соотношении i: 0,3.

Поменяв местами в данном уравнении параметры fg и 1, получим 1/fo

50

45 10/3 мет вид

3,3, а в целом уранение при3,3 1/f,, 2Е .

Таким образом, наименьшая величина предела соотношения длины стержня и его прогиба, при котором стержень сохраняет упругость, равна 3,3, что практически соответствует наименьшей

величине предела соотношения свобод-

ной длины проволочек и их прогиба в процессе работы 1/f 3. За наибольшую величину указанного предела теоретически можно брать величину,сколько угодно большую наименьшей величины предела, а практически ее целесообразно взять в 10 раз больше, чем наименьшая величина предела, т.е. равной 30. Как показывает практика применения аналогичньк проволочных щеток, свободная длина проволочек составляет (1) 15 мм, а их натяг в процессе работы, т.е. величина пере- мещения свободного конца проволочек от исходной касательной плоскости в перпендикулярном направлении в процессе упругого изгибе или, что то же самое, расстояние, на которое переме-

щается щетка от обрабатываемой поверхности в пв рпендикулярном к ней направлении, составляет U 0,5... 1,5 мм. При такой свободной длине проволочек и их .натяге упругий прогиб (f) составляет 3...5 мм. (по геометрическому построению), а соотношение 1/f 15/5 3 и 1/f 15/3 5

В указанных расчетах гибких стержней изгибающий момент в какбм-либо сечении z равен М P(l-z), а при z 1 равен М - Pi, где М - изгибаюш 1й момент; Р - сосредоточенная сила, которой нагружена на свободном конце консоль; 1 - длина консоли.

Таким образом, указанное уравнение после преобразований применительно к проволочкам ворса цилиндрической щетки можно представить в следующем виде

3 1

2Е Jx

Благодаря тому, что кольца имеют различные величины радиуса наружной поверхности, при зтом величины радиусов, начиная от радиуса наибольшего кольца до радиуса наименьших колец, расположены в порядке убывающей арифметической прогрессии, а радиус наибольшего кольца 4 меньше расстояния от оси вращения щетки до основания выступа 7 на одну-три величины разности прогрессии, уменьшаются зазоры в Проволочном наборе, повьш1ается плотность ворса, увеличивается площадь контакта средних и прилегающих к ним рядов ворса с боковыми поверхностями колец, что обеспечивает больший силовой ко.нтакт колец с ворсом и тем Самым предотвращает его проворачивание в процессе работы, а в конечном итоге повьш1ает надежность крепления ворса и его долговечность.

Благодаря определенному соотношению радиусов держателей 2 и 4 и расстояния от оси вращения щетки до основания выступа 7 и ширины набора ворса в сечении у периферии кблец 2 и 4 и у основания выступов 7 и 8 фланцев 6 обеспечивается равномерная плотность проволочного ворса в пределах оптимальных значений коэффициента плотности, составляющих 0,785... 0,837, при которых проволочки ворса соприкасаются между собой и имеют зазоры, что повьштает надежность креп-

ления ворса и обеспечивает его упругую деформацию в процессе работы.

Благодаря определенному соотношению свободной длины проволочек ворса и наименьшего радиуса инерции поперечного сечения проволочек обеспечивается необходимая гибкость и жесткость проволочного ворса, что повышает эффективность и качество обработки.

Благодаря определенному соотношению свободной длины проволочек ворса и прогиба проволочек в процессе работы обеспечиваются упругая деформация (изгиб) проволочек, образование рабочих углов проволочек и действие эффекта клина на обрабатываемую по- , верхность, что повышает эффективность и качество обработки.

Щетка может работать в режимах зачистки и резания металлов о Для работы в режиме резания необходимо, чтобы твердость и предел прочности при растяжении проволоки ворса щетки бьиш вьш1е соответственно твердости и предела прочности при растяжении обрабатываемого металла примерно в 1,6...1,8 раза. В качестве ворса можно применять проволоку стальную углеродистую пружинную по ГОСТ 9389- 75, изготовленную, например, из стали марки 65 Г по ГОСТ 1050-74, или проволоку стальную легированную пружинную по ГОСТ 14963-78, изготовленную из стали марок 51ХФА, 60С2 А, 65С2ВА, 70СЗА по ГОСТ 14959-79.

Щетка может быть использована в качестве рабочего инструмента горизонтально-фрезерных и специальных зачистных станков, стационарных ус- танрвок и передвижных агрегатов, ручных шлифовальных машин и другого механизированного инструмента.

Б предлагаемой щетке обеспечивается равномерная плотность ворса и

надежность его крепления, так как держатели ворса имеют разные по величине радиусы (диаметры) наружной поверхности и расположены в пирамидальном порядке в конусообразном наборе ворса, в результате чего зазоры между средними и прилегающими к ним рядами проволочного ворса ликвидируются, площадь контакта и соответственно силовой контакт этих рядов ворса с кольцами повьппается, набор ворса приобретает равномерную плотность что повышает надежность крепления ворса и, соответственно, его стойкость и долговечность.

Щетка может найти широкое применение в машиностроении и металлообработке.

Формула изобретения

1Г(-|-)

m

0,785 ;г,..

(В„ - h. z)

irc-)

m

t(4-)

ri / -rt1 /4,b.4-k-n

2 iIR, (В7 - h) 0,837,

2

27КВ

m

R,R,

в«.в,

где d - диаметр проволочек ворса; m - общее число проволочек

ворса щетки;

и R - радиусы наружней поверхности крайних держателей, держателя, прохбдящего через ось симметрии щетки, и расстояние от оси вращения щетки до основания выступа фланца, взаимодействующего с рабочими концами пучков ворса; и В - ширина набора проволочного ворса у периферии крайних держателей, держателя, проходящего через ось симметрии щетки, и у основания выступов фланцев соответственно;h - толщина кольца, огибае-

мого и-образным ворсом; Z - число колец в наборе. 3. Щетка поп.1, отличаю- а я с я тем, что свободная длина проволочек ворса и наименьший радиус инерции поперечного сечения проволочек определяются соотношением

Щ

50 6 ----- . 100, Ркр -L tЕ - модуль упругости материала проволочек, МПа;

J - момент инерции сечения проволочек относительно главной центральной оси,

Р„. - наименьшая (первая критическая или эйлерова сила), Н; свободная длина проволочек ворса, мм;

9 146140010

i - наименыпий радиус инерции1 2Е Jx

поперечного сечения прово-- р Г «

лочек, мм..

щ а я с я тем, что свобрдная длинаработы, мм;

проволочек ворса и прогиб проволочекр поперечная (тангенциальная)

в процессе работы определяются соот-сила, действующая на свободношениемный конец проволочек, Н.