CC BY
37
где
^е + 2w']fce1e + 2ejW^- 2е} ^2 + ^ + - е
Се7е + 2e}w
~2
+ ^ + “ б
,2^
'2
2
(9)
2еj ^ + w
у
( dpл р2 = е2 sin2 ср + 2еsincp^ ~ 4е2 cos2 (piji2 -е2 cos2 (р + 4е Ir2 -е2 cos2 3 cos cp sin 2 (p^j (p + R2 - e2 cos2 cp, R2 - e2 cos2 cp + e4 sin2 2(p
1 d<pj -((i j2 2 2 " I -e cos (p^
(10) . (11)
Таким образом, уравнение (9) позволяет определить, на какое расстояние 5 переместятся точки
фланца вала, на котором нарезаны зубья храпового механизма, при изменении радиальной деформации на
величину w.
Литература
1. Пат. 2173421 РФ, МПК 7 Р 16 Н 57/00. Регулируемый дисковый генератор волновой передачи / Силь-ченко П.Н., Леканов А.В., Савельева О.Е. Опубл. 10.09.2001, Бюл. №25.
2. ВолковД.П., Синенко Е.Г. Выбор параметров саморегулируемого дискового генератора волн // Прочность и надежность деталей и узлов машин / КПИ. - Красноярск, 1978. - С. 97-102.
3. Волновые зубчатые передачи / под ред. Д.П. Волкова, А.Ф. Крайнева. - Киев: Техника, 1976. - 220 с.
4. Полетучий А.И. Теория и конструирование высокоэффективных волновых зубчатых механизмов: мо-ногр. - Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т им. Н.Е. Жуковского «ХАИ», 2005. - 675 с.
5. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин: справ. - 4-е изд. - М.: Машиностроение, 1993. - 640 с.
6. Иванов М.Н. Волновые зубчатые передачи. - М., 1981.
2
1
1
УДК 621.9.02 П.В. Цаплин, А.Г. Ермолович
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИВОДА МЕХАНИЗМА ОБЛАГОРАЖИВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПЛИТ РЕЗАНИЕМ И ТРЕНИЕМ
В статье приводятся результаты исследования кинематики привода механизма обработки поверхности и состояние шероховатости плит от резания и термосилового воздействия.
Ключевые слова: число зубьев, соосность, сборка, соседство, резание, трение.
P.V. Tsaplin, A.G. Ermolovich RESEARCH OF THE MECHANISM DRIVE FOR COMPOSITE PLATE SURFACE REFINEMENT BY CUTTING AND FRICTION
The research results of drive kinematics of the mechanism for surfacing and plate roughness condition after cutting and thermal power impact are given in the article.
Key words: number of teeth, alignment, gathering, neighborhood, cutting, friction.
В процессе производства древесных композиционных плит (ДСтП, МОР) неизбежно возникают разно-толщинность, непараллельность и различные шероховатости плиты, что недопустимо для последующего применения, например, в мебельной промышленности. Для их устранения необходима промежуточная операция калибрования, а именно снятие припуска путем шлифования на станках с барабанным или ленточным механизмом. Но данная технологическая операция имеет ряд недостатков: высокая энергоемкость, невысокое качество обработки, невозвратные отходы и большой объем невостребованной мелкодисперсной пыли.
Совершенствование технологии получения древесных плитных изделий требует создания новых типов машин для облагораживания поверхности, основанных на системах привода режущих и формообразующих узлов, которые обладают высокой производительностью, надежностью, долговечностью и низкой себестоимостью [1, 2].
В связи с изложенным, теория и методы проектирования станков, узлов резания и формообразования обработанной поверхности являются актуальными для получения изделий строительного и мебельного назначений из древесных композиционных плит.
Очевидно, что в основу привода конструкций станков должны быть заложены условия, исключающие превращение снятого припуска изделия в пыль. Заменив шлифование направленным, организованным узлом резания, представляется возможным получать требуемые фракции отходов без абразива и возможность их повторного использования.
Понятно, что привод должен обеспечить вращательное движение винтовой фрезы для получения сливной стружки от снятого припуска плиты с одновременным перемещением ее на ширину плиты.
Исследования проводились на полупромышленной установке, схема которой представлена на рисунке 1.
Рис. 1. Схема привода механизма обработки поверхности плит резанием и термосиловым воздействием: 1 - двигатель; 2 - вал привода; 3 - солнечное колесо; 4 - сателит; 5 - базовое колесо; 6 - водило;
7 - фреза винтовая; 8 - коническая пара; 9 - термопротяжный узел; 10 - плита; 11 - термопротяжная
пластина; 12 - фиксирующие болты
Крутящий момент от двигателя 1 передается валу 2, на котором жестко закреплены солнечное колесо 3 и ведущее коническое колесо 8, приводя во вращение фрезу 7. Современные конические фрезы имеют сменные ножи, установленные по винтовой линии, не требуемой правки и переточивания. При необходимости ножи меняются на новые. Это дает возможность создавать приводы для облагораживания (обработки) поверхности плиты за один проход. В связи с этим, применение планетарного редуктора (см. рис. 1) позволяет осуществить поворотное движение фрезы 7 вокруг вертикальной оси, перекрывая обработку щита по ширине. Достигается это креплением вала фрезы 7 к водилу 6.
Синтез приведенного привода состоит в выполнении четырех условий, обеспечивающих необходимую скорость резания и поперечное перемещение в соответствии с передаточным отношением, соосности,
соседства и сборки. Принимая постоянный для всех колес модуль с числом зубьев 71 = 20; 72 = 30, определяем из условия соосности
71 + 272 = 7з. (1)
Число зубьев колеса 3 составляет 80.
11^ = 1 - и ^ = 1 - ( - 1) 7з / 71 = 1 + 7з / 71 = 1 + 80 / 20 = 5. (2)
Частота вращения водила при пдв = 3000 мин-1 равна
и* = Пдв / п, п, = Пдв / Ы1и = 3000 / 5 = 600 мин-1. (3)
Число оборотов водила определяет скорость подачи плиты при заданной длине фрезы. Гарантией работоспособности привода является соответствие его условиям сборки:
7і + 7з / К = С = 20 + 80 / 4 = 25,
(4)
где К - число сателлитов; С - целое число.
Условие соседства, исключающее наложение сателлитов при установке на водило, выражается уравнением
Э1п 1800 / К > 72 + 71 / 72 + 71. (5)
Неравенство выполняется при постановке четырех сателлитов и зубьев колес, равных соответственно 20 и 30.
Сложное движение фрезы относительно горизонтальной и вертикальной оси позволяет получить стружку при снятии припуска, геометрические размеры которой удовлетворяет условиям повторного использования в производстве плит.
Шероховатость плиты формируется состоянием угла заострения зуба фрезы и задним углом зуба, величина которого равна 0о для винтовых фрез. Трение заднего угла о поверхность плиты снижает шероховатость поверхности, что необходимо для последующего применения плит.
Для принятой схемы привода очевидно, что при вращении фрезы относительно вертикальной оси требуется балансировка, которая реализована установкой противовеса в виде термопротяжного узла, представленного на рисунке 1. Термопротяжка входит в силовой контакт с плитой, обеспечивая устойчивость работы режущего узла и одновременно способствует снижению шероховатости. Такой способ устойчивости работы режущего органа применяется в круглопильных деревообрабатывающих станках, где с двух сторон металлического пильного диска устанавливаются торцевой стороной деревянные успокоители.
Трение режущего органа (фрезы) и термопротяжка о поверхность древесно-стружечной плиты ведут к повышению температуры их до 200оС и выше. Принимая твердости элементов, контактирующих в процессе обработки:
композиционная плита - 40 МПа; хромистая сталь фрезы и термопротяжки - 2300 МПа, очевидно, что неровности поверхности плит с введением в зону контакта температуры и давления способны снизить разнотолщинность и шероховатость поверхности плиты.
Проведем анализ факторов, влияющих на шероховатость поверхности (табл.), и выберем пределы
их варьирования при следующих параметрах обработки:
скорость резания, м/с 16
окружная скорость фрезы относительно вертикальной оси, м/с 12
скорость подачи плиты, м/мин 2
толщина снимаемого слоя, мм 1
Управляемые факторы, влияющие на шероховатость плиты, и их кодировка
Кодовое обозначение факторов Наименование Уровень варьирования Интервал варьирования
и обозначение основной нижний верхний
факторов 0 -1 +1
Х1 Температура нагрева пластины Ц, С° 200 160 240 40
Х2 Усилие прижима 30 10 50 20
пластины, кг, Н (294,3) (98,1) (490,5) (196,2)
Получаемая поверхность отклика выходного параметра шероховатости после обработки экспериментальных данных имеет вид, представленный на рисунке 2.
Estimated Response Surface
X1
Рис. 2. Поверхность отклика выходного параметра шероховатости поверхности плиты
Получаемое при этом уравнение регрессии будет иметь следующий вид:
у = 441,6467 - 393,8581 Хі - 0,5104 Х2 + 0,2593 Хі Х2 + 175,6458 Х22 , (6)
где Хі - давление прижима, МПа;
Х2 - температура обработки, 0С.
Выводы
1. В результате теоретических и экспериментальных исследований получены зависимости для расчета дифференциального обрабатывающего привода, с целью облагораживания поверхности плит резанием и трением.
2. Получено уравнение регрессии, оптимизирующее величину шероховатости поверхности плиты от температуры и давления прижима обработки.
Литература
1. Пат. № 94503. Российская Федерация МПК В 27 1/02. Устройство для снижения шероховатости плитных изделий из древесины / Ермолович А.Г., Ромашенко В.В., Цаплин П.В., Шахворостов И.Н., Паши-хина А.В.; заявитель и патентообладатель СибГТУ. № 116197/22; заявл. 28.04.2009; опубл. 27.05.2010, Бюл. № 15.
2. Курицын В.Н. Теоретические основы механической обработки мерзлой древесины. - Красноярск: Изд-во СибГТУ, 2009. - 164 с.
