Устройство для литья полых керамических сфер Советский патент 1990 года по МПК C04B33/28 

Изобретение относится к изготовлению центробежным способом полых сфер из керамики, используемых в качестве элементов плавучестей и прочных корпусов гидрофизических приборов.

Цель изобретения - повышение качества полых сферических оболочек из керамики за счет уменьшения раз- нотолщинности их стенок.

На фиг.1 показано устройство,продольное сечение; на фиг.2 - разрез Е-Е на фиг.1; на фиг.З - разрез К-К на фиг.2; на фиг.4 - вид F на фиг.1; на фиг.З - разрез L-L на фиг.4; на фиг.6 - разрез R-R на фиг . 1 ;на фиг. 7 - разрез Р-Р на фиг.1; на фиг.З - разрез N-N на фиг.1; на фиг.9 - разрез М-М на фиг.1.

Устройство содержит основание 1, вертикальный вал 2, вилку 3, привод 4, содержит электродвигатель с редуктором, ведущее колесо 5, ведомое колесо 6, цапфы 7 и 8, рамку 9 с запорами 10, гипсовую форму из двух частей 11 и 12, диск 13. Движение ведущего колеса 5 передается ведомому 6 при помощи клинового ремня 14.

Составной частью устройства явля - ется рама 15 с кронштейнами 16 (один и 17 (два), дополнительным электроприводом с редуктором 18. Движение

5

о

0

.от редуктора с помощью клинового ремня 19 передается на ведомое колесо 20, смонтированное на кривошипном валу 21. Шатун 22 соединяет кривошипный вал 21 с неподвижной кареткой 23 с помощью штифта 24. Аналогичными штифтами 25 два кронштейна 17 соединены с двумя подвижными каретками 26 (фиг.2 и 3). Каретки 26 кинематически соединены с ходовыми винтами 27. На концах ходовых винтов 27 установлены два зубчатых колеса 28, кинематически связанных между собой таким же третьим колесом 29 (фиг.4). Дополнительная плита 30 с помощью колонок 31, зафиксированных гайками 32 (фиг.8), крепится на основании 1. В ней имеется центральное отверстие, диаметр которого превышает наружный размер вилки 3. Вилка 3 соединена с валом 2 с помощью резьбового соединения, фиксация осуществляется гайкой 33.

На фиг.1 крепление вала 2 в основании 1 соответствует случаю, когда взаимодействие диска 13 с дополнительной плитой 30 осуществляется за счет сил трения. Перемещение вала 2 в радиальном направлении ограничено шарикоподшипником 34. С нижней стороны основания 1 установлен опорный подшипник 35, который усилием пружи

51

ны 36 постоянно поджат к основанию. Поскольку пружина 36 взаимодействует с ведомым колесом 6, то ее усилие создает дополнительную нагрузку на диск 13, взаимодействующий с основанием 30.

На фиг.9 показан вариант крепления вала 2 в основании 1 для случая, когда диск 13 и дополнительная плита 30 взаимодействуют благодаря наличию зубчатого зацепления. В эт ом случае отсутствует пружина 36, имеются два упорных подшипника 37 и 38. Вал 1 фиксируется от перемещения в осевом направлении гайками 39 и 40. Резьбовая нарезка на валу 2 выполнена таким образом, что его положение в вертикальном направлении можно изменять на величину 1. Крутящий момент от к° леса 6 на вал 2 передается благодаря призматической шпонке 41. Колесо 6 зафиксировано на валу 2 с помощью гайки 42 с шайбой 43.

Поскольку форма 11 выполнена из гипса, ее контакт с металлической рамкой 9 исключен с помощью прокладок 44 из резины, кожи или другого эластичного материала. На втором конце цапфы 8 закреплен балансировоч- ный груз 45. Изготавливаемая в форме полая сфера из керамики показана штрихпунктирной линией и обозначена позицией 46 (фиг.1).

Ходовые винты 27 (фиг.2) смонтированы в основании 1 с помощью радиальных 47 и 48, а также упорных 49 и 50 шарикоподшипников. Осевое усили ходового винта при движении каретки 26 уравновешивается реакцией резьбовой пробки 51, ввинченной в основание 1. Зубчатое колесо 28 передает крутящий момент на винт 27 с помощью шпонки 52. На зубчатом колесе 28 имеются для ручного привода рукоятки 53. Каретка 26 фиксируется неподвижно относительно ходового винта 27 и основания 1 затяжкой гайки 54 с шайбой 55 (фиг.2 и 3).

Штифт 25 (фиг.2 и 3) зафиксирован от перемещения в кронштейне 17 шплинтом 56 (фиг.З и 4).

Промежуточная шестерня 29 (фиг.4) смонтирована на неподвижном валу 57 (фиг.5) с помощью радиального шарикоподшипника 58. Движение шестерни 29 вдоль оси ограничивают гайка 59 с шайбой 60. На свободный конец вала 57 навинчен рычаг 61, на котором с

0

5

0

5 „

5

0

5

0

5

помощью гаек 62 и 63 зафиксирован балансировочный груз 64 (фиг.5).

С противоположной стороны от места установки балансировочного груза 64 (фиг.З) к основанию 1 присоединен на рычаге 65 второй балансировочный груз 66, фиксируемый в требуемом положении гайками 67 и 68 (фиг.6). Рычаг 65 соединен с основанием 1 резьбовым соединением, его положение зафиксировано гайкой 69.

Кронштейн 16 крепится к раме 15 винтами 70 (фиг.7). Кривошипный вал смонтирован с помощью радиальных шарикоподшипников 71 и 72, между которыми установлено кольцо 73. Ведомое колесо 20 зафиксировано от перемещения вдоль оси гайкой 74 с шайбами 75 и 76. Передача с колеса 20 крутящего момента на вал 21 достигается благодаря наличию шпонки 77. Шатун 22 соединен с кривошипом вала 21 с помощью радиального шарикоподшипника 78. Фиксация от перемещения вдоль горизонтальной оси достигается затяжкой гайки 79 с шайбой 80 (фиг.7).

Дополнительная плита 30 фиксируется от перемещения относительно колонок 31, кроме гаек 32, винтами 81 с шайбой 82. При этом винты 81 ввинчиваются в цилиндрическую часть колонки диаметром d (фиг.8).

На чертежах приняты следующие обозначения: х, у, z - координатные оси с началом в точке 0 - центры изготавливаемой сферы 46, П„ и П - число оборотов сферы 46 вокруг горизонтальной и вертикальной осей х и z; Пу - число оборотов кривошипного вала 21 вокруг оси у; о(- угол отклонения основания 1 от исходного состояния, за которое условно принимается тот момент времени, когда ось кривошипа (точка С) находится в нижнем крайнем положении, т.е.

DB ВС - DC.

Максимальное значение угла о/ достигается для случая, когда

DB DC + СВ ,

и по теореме косинусов может быть найдено из выражения

(УВ) (АВ)2 + (AIJ)1 - - 2AB AD-cos / ,

arc coerf- 11Г((АВГ / 2(AB).(AD) U

Поскольку в предлагаемом устройств расстояние между точками А и В является переменной величиной, то согласно выражению (1) представляется возможным изменять величину угла е/ . На фиг.8 диаметр гладкой цилиндрической части колонки 31, служащий для центрирования относительно основания 1 дополнительной плиты 30, обозначен d.

Расстояние от центра сферы О до центра диска 13 обозначено отрезком ОТ,а радиус диска 13 - ST (фиг. О

Сборка предлагаемого устройства может осуществляться в следующей последовательности .

Ходовые винты 27 соединяют с каретками 26 и монтируют в продольных отверстиях основания 1, используя ,при этом подшипники 47-50, а также резьбовую пробку 51 (фиг.2). На концах ходовых винтов 27 с помощью шлонок 52 фиксируют зубчатые колеса 28 с рукоятками 53 (фиг.2, 4).

Затем устанавливают неподвижную каретку 23 и фиксируют ее в рабочем положении с помощью гайки 54 с шайбой 55 (фиг.5).

Вращая поочередно ходовые винты 2 с помощью рукояток 53, добиваются такого положения, чтобы оси отверсти в каретках под штифты 25 (фиг.2), оказались на одной прямой, перпендикулярной срединной поверхности, проходящей через оси вращения ведомого и ведущего колес 5 и 6 (фиг.1), или, чтобы подвижные каретки 26 (фиг.2 и 3) были на одинаковом удалении от неподвижной каретки , 23 (фиг. 1 и 5) . В таком положении фик- ;сируют каретки 26 гайками 54 с шайбами 55 (фиг.2 и 3).

Затем устанавливают вал 57 (фиг .5) , на котором с помощью подшипника 58 гайки 59 с шайбой 60 фиксируется зубчатое колесо 29.

На основании 1 монтируют электропривод 4 с редуктором и ведущим колесом 5 (фиг.1).

Если взаимодействие диска 13 с дополнительной плитой 30 происходит за счет сил трения, то вертикальный вал 2 с помощью шпонки 41 (фиг.9), гайки 42 с шайбой 43 соединяют с ве-.

5

цомым колесом 6, одевают пружину 36, с помощью подшипников 35 и 34 монтируют в основании 1, фиксируя в требуемом положении с помощью гайки 33 и технологических подставок. Затем одевают клиновый ремень 14 (фиг.1) и с помощью отжимных устройств (не показан) перемещают электропривод 4 с редуктором, добиваясь требуемого натяжения ремня 14.

В том случае, когда взаимодействие диска 13 с дополнительной плитой 30 происходит за счет зубчато5 го зацепления (фиг.1), вертикальный вал 2 (фиг.9) собирают с основанием 1 с помощью радиального 34 и двух упорных подшипников 37 и 38, фиксируя его в требуемом положении, с по-

0 мощью гаек 39 и 40. Ведомое колесо 6 фиксируют на валу 2 с помощью шпонки 41, гайки 42 с шайбой 43. На верхний конец вала навинчивают гайку 33 (фиг.9). На колеса 5 и 6 оле5 вают клиновый ремень 14 и обеспечивают требуемое натяжение путем перемещения электропривода 4 с редукто - ром (фиг.1).

В дальнейшем к раме 15 подсоединяют три кронштейна 16 и 17 (фиг.1) с помощью винтов 70 (фиг.7), монтируют дополнителъный электропривод с редуктором 18. На кронштейне 16 устанавливают кривошипный вал 21 с помощью подшипников 71 и промежуточного кольца 73. С помощью шпонки 77, шайб 75 и 76, а также гайки 74 фиксируют на одном конце вала 21 ведомое колесо 20, которое с помощью клинового ремня 19 соединяют с ведущим колесом дополнительного электропривода с редуктором и с помощью натяжных устройств (не показаны) добиваются требуемого натяжения ремня 19. На второй конец кривошипного вала с помощью подшипника 78, гайки 79 с шайбой 80 крепят шатун 22 (фиг.7). Затем вращением кривошипный вал устанавливают в нижнее положение, при котором точка D находится на прямой ВС между точками В и С (фиг.1).

Собранное основание 1 устанавливают на раму 15, кронштейны 17 соединяют штифтами 25 с подвижными каретками 26. Штифты 25 фиксируют от сме- щения шплинтами 56 (фиг.2, 3) . К основанию 1 подсоединяют с двух сторон рычаги 61 (фиг.5) и 65 (фиг.6) и фиксируют их гайками 69. На эти рычаги

0

0

5

0

5

915

навинчивают гайки 62 и 68, помещают балансировочные грузы 64 и 66 (фиг.5 и 6), устанавливают их относительно точки А (фиг.1) в такое положение, чтобы основание 1 оказалось в ранове- сии. Балансировочные грузы 64 и 66 фиксируют в таком положении гайками 62, 63 и 67, 68 (фиг.5,6).

После балансир овки основания 1 второй конец шатуна 22 (фиг.1) соединяют с помощью штифта 24 с неподвижной кареткой 23 (фиг.5). Штифт 24 фиксируют от перемещений шплинтом 56 (фиг.4).

Основание 1 осуществляет перемещение вокруг точки А только при выполнении условия

АВ + AD ВС + DC

(2)

644810

тируют диск 13, а на цапфе 8 - балансировочный груз 45.

В рамке 9 устанавливают прокладки 44 и гипсовую форму, состоящую из 5 двух частей 11 и 12. Форму закрывают, фиксируют ее в рамке 9 зажимами 10. Затем электроприводы основной 4 и дополнительный 18 подсоединяют к электрическим сетям с помощью стандартных устройств (не показаны).

Включают основной электропривод 4. Рамка 3 начинает вращаться вокруг вертикальной оси z со скоростью П,. Поскольку диск 13 находится в контакте с верхней плоскостью дополнительной плиты 30, то диск 13 начинает вращаться вокруг горизонтальной оси ОТ с числом оборотов Пх, которое оп- 20 ределяется из следующего соотноше- ния

10

5

Изобретение относится к изготовлению центробежным способом полых сфер из керамики, используемых в качестве элементов плавучестей и прочных корпусов гидрофизических приборов. Целью изобретения является повышение качества полых сферических оболочек из керамики за счет уменьшения разнотолщинности их стенок. Устройство включает основание 1, вертикальные вал 2 и вилку 3, две горизонтальные цапфы 7 и 8, рамку 9 с запорами 10, диск 13. В устройстве имеется два продольных сквозных отверстия в основании 1, расположенных симметрично вертикальной плоскости, проходящей через оси вращения ведущего 5 и ведомого 6 колеса, в которых установлено два ходовых винта. Устройство снабжено тремя каретками, из них две каретки являются подвижными, кинетически связанными с ходовыми винтами, а третья каретка является неподвижной, закрепленной на основании 1. Кроме того, устройство снабжено массивной рамой с тремя кронштейнами и содержит дополнительный электропривод 18 с редуктором, коленчатый вал 21 с шатуном 22, закрепленным на одном кронштейне и кинематически связанным с ведущим колесом дополнительного редуктора, а шатун 22 вторым концом шарнирно соединен с неподвижной кареткой 23, при этом два других кронштейна шарнирно соединены с подвижными каретками. На концах винтов смонтированы две одинаковые шестерни 28, которые соединены кинематически с промежуточной шестерней, что позволяет вращать винты одновременно с одинаковой скор

предприятие п/я х-5425

физико-технический институт им.а.ф.иофферубинштейн олег вениаминович

исупов владислав александрович

ротенберг борис абович

торопов александр никитич+7583999

+7610519

+2698468SеGеNтоеLестRIс сеRамIс матеRIаL11 194223 ленинград пп/я г

Из совместного рассмотрения формулы (1) и последнего неравенства следует, что работоспособность собранной системы достигается только при cos о( 1.

Последующий этап сборки устройства предполагает установку на верхнем конце вертикального вала 2 вилки 3 (фиг.1) и фиксацию ее гайкой 33. В зависимости от радиуса TS сменного диска 13 выбирается длина колонок 31, которые ввинчиваются в основание 1 и фиксируются гайками 32. Такие же гайки 32 навинчиваются на верхнюю часть колонки 31, затем на колонки 3 устанавливают дополнительную плиту 30, которую фиксирунл винтами 81 с шайбами 82 (фиг.8).

Расстояние от верхней плоскости дополнительной плиты 30 до оси ОТ выбирается равным радиусу ТС диска 13 в том случае, когда контакт в точке S осуществляется за счет зубчатого зацепления. Если же контакт з точке S за счет сил трения, то указанное расстояние на 1-2 мм меньше радиуса TS диска 13 (фиг.1).

Выбор указанного расстояния достигается за счет подъема или опускания дополнительной плиты 30 относительно основания 1 за счет изменения положения регулировочных гаек 32 (фиг.8).

Цапфы 7 и 8 с рамкой 9, состоящей из двух частей, соединяемых запорами 10, монтируют внутри вилки 3. С наружной стороны вилки на цапфе 7 монОТ

(3)

При этом массу и размеры балансировочного груза 45 подбирают так, чтобы при вращении вилки 3 с рамкой 9 и формой 11 и 12 система работала плавно без вибраций.

Дополнительный электропривод 18 может одновременно включаться с основным или с определенным временным интервалом в зависимости от технологических особенностей изготавливаемой сферы 46.

При вращении дополнительного электропривода 18 вращательное движение коленчатого вала 21 с помощью шатуна 22 преобразуется в возвратно-поступательное перемещение основания 1, а следовательно, и формы 11 и 12 вокруг оси у. Таким образом, в отличие от известных предлагаемое устройство позволяет сообщить форме 11

и 12 перемещение вокруг трех координатных осей.

Работа устройства, а также изготовление полых сфер из керамики осуществляются в следующей последовательности.

Перед началом работы шатун 22 устанавливают в нижнее крайнее положение, отпускают запоры 10 и снима- ют верхнюю часть рамки 9 с прокладками 44, а также верхнюю часть гипсовой формы 11.

Внутреннюю полость формы 11 и 12 обрабатывают технологическим раство

ром для ее обезжиривания и обезвоживания, просушивают.

В нижнюю часть формы 12 помещают навеску шликера, объем которой равен объему изготавливаемой полой сферы из керамики. Нижнюю часть сферы 12 накрывают верхней частью 11, В плоскости стыковки имеется на одной из полусфер выпуклый буртик, а на второй,соответствующая впадина, с помощью которых производится центрирование частей 11 и 12. Затем устанавливается верхняя часть рамки 9 и фиксируется запорами 10. С целью получения качественных полых сфер рекомендуется, чтобы время от момента заливки шликера до начала вращения формы 11 и 12 вокруг трех координатных осей не превышало 15-20 с.

Включают электропривод 4. Форма начинает вращаться вокруг вертикальной и горизонтальной осей. После выхода на заданный режим: n2 const, a Пх определяется формулой (3), вклю- чают вспомогательный привод 18, благодаря чему форма начинает перемещаться вокруг третьей оси у.

Вращение формы осуществляется до тех пор, пока не произойдет образование полой сферы с влажностью не более 16% (исходная влажность шликера 30-32%). Для каждой марки керамики это время подбирается экспериментальным путем. Затем прекращают подачу электроэнергии к основному и вспомогательному двигателям. После остановки формы 11 и 12 отпускают запоры 10, снимают верхнюю часть рамки 9 и вынимаютуиз нижней части рамки 9 форму 11 и 12 со сферой из керамики 46. Форму укладывают на подставку из керамики так, чтобы плоскость разъема оказалась,в вертикальном положении, разнимают половинки 11 и 12 и вынимают сферу 46. Ее подвялку и сушку осуществляют на подставке (бомзе).

После предварительной сушки сферы до влажности не более 2% производят ее обжиг. При этом также используют подставку (бомзу) с полусферической впадиной. Между подставкой и сферой перед обжигом помещают слой песка.

Температура обжига вибирается в зависимости от химического состава керамики и может находиться в пределах Г150-1600°С.

Процесс центробежного литья из керамики сфер 46 может осуществля ь- ся только при определенных числах оборотов Пу и Пг, а также числа двойных ходов П основания 1 с формой 11 и 12.

Рассмотрим вращение вокруг оси х. Выберем элемент сферы 46 с объемом, равным единице в районе ее пересечения с осью z. Условием равномерного растекания шликера по форме 11 и 12 будет следующее неравенство:

15

Р„ Р.

(4)

где Рц - величина центростремительной силы, которая действует на шликер при вращении формы;

собственный вес единицы объема шликера сферы 46.

Р.

5

0

где

Рц

Г г glu

3 г

--- Г (дЛ

8

(5)

удельный вес шликера; радиус срединной поверхности сферы 46, см; ускорение свободного падения;

1ГПХ 30

- угловая ско35

рость вращения формы 11 и 12.

L .

8

(6)

40

С учетом последних двух формул условие (4) имеет вид

1 или П

30

IfVr

(7)

Используя неравенство (7), из формулы (3) при известных значениях радиусов ОТ и TS можно найти число оборотов формы 11 и 12 вокруг вертикальной оси П2.

Поскольку под действием центробежных сил форма 11 и 12 подвергается действию растягивающих напряжений, то число оборотов формы должно быть ограничено следующим условием прочности

е,№

tM,

(8)

где n m величина напряжений растяжения в стенках формы 11 и 12, действующих в меридиональном и тангенциальном направлениях;

допускамемые напряжения растяжения для материала, из которого изготовлена сфера 11 и 12. Указанный подход выбора числа оборотов формы 11 и 12 вокруг осей х и z справедлив с учетом условия (8) для назначения числа оборотов II вспомогательного электропривода 18.

Формула изобретения

r с вертикальной плоскостью, горизонтальной рамой с тремя кронштейнами, дополнительным редуктором, коленчатым валом, который шарнирно закреплен на одном из кронштейнов и

5

0

5

сом дополнительного редуктора, а его шатун шарнирно соединен с неподвижной кареткой, при этом два других кронштейна шарнирно соединены с подвижными каретками.

Фиг.2

00

r r

ЧО

r in

«s

5

с

flP

ъ i со

to ss °

3

CM

Ui

-pCJi-C-l

00

ЛМ

.91

л

Фиг.9