Cinematica masinilor unelte

Cinematica masinilor unelte.

1. Notiuni generale.

Masinile unelte sunt masinile care asigura realizarea miscarilor necesare generarii suprafetelor in procesul de aschiere in conditii tehnico-economice avantajoase, productivitate mare, precizie dimensionala ridicata si calitate buna a suprafetelor.

Exista o mare varietate de masini unelte. Prezentam in continuare cateva criterii de clasificare a acestora:

dupa modul de prelucrare: prin strunjire, prin frezare, prin gaurire si alezare, prin rabotare si mortezare, prin rectificare, etc.

dupa produsul de prelucrat: pentru suruburi, pentru roti dintate, pentru inele, etc.

dupa calitatea suprafetei: pentru operatii de degrosare sau pentru operatii de finisare.

dupa gradul de automatizare: masini automate, masini semiautomate, masini universale.

dupa tipul productiei: productie individuala de unicat si serie mica in care se folosesc masini universale, productie de serie mare si de masa in care se folosesc masini speciale si specializate.

dupa gabarit: masini grele, masini mari, masini mijlocii si mici.

Generarea suprafetelor se realizeaza prin deplasarea unei curbe generatoare care este materializata de taisul sculei, pe o anumita traiectorie numita directoare si care este realizata de masina unealta. Cele mai intalnite curbe directoare sunt traiectoriile circulare si lineare. Pentru realizarea miscarilor necesare generarii suprafetelor, masinile unelte dispun de o cinematica specifica constand dintr-un numar oarecare de lanturi cinematice distincte ca de exemplu: lantul miscarii principale, lantul miscarii de avans, lanturi pentru miscarile auxiliare etc.

Un lant cinematic reprezinta un ansamblu de mecanisme care realizeaza primirea si transferul miscarii de la un organ de masina la altul. Reprezentarea simbolica a organelor de masini si a mecanismelor asa cum sunt ele conectate in lantul cinematic, constituie schema cinematica a masinii unelte. In STAS1590-1981 sunt prezentate simbolurile conventionale pentru organe de masini si mecanisme utilizate in lanturile cinematice o parte dintre acestea fiind cuprinse in tabelul 9.3.

Simboluri conventionale Tabelul 9.3.

Fiecare mecanism este caracterizat printr-o ecuatie de transfer

in care: s_e - semnalul de iesire, s_I - semnalul de intrare, i - functia de transfer, respectiv raportul de transmisie.

In cazul unui lant cinematic, mecanismele sunt legate intre ele in serie iar functia de transfer a lantului, raportul de transmisie total i_T este egal cu produsul rapoartelor de transmisie a mecanismelor

In majoritatea cazurilor reale, lanturile cinematice trebuie sa asigure o gama de semnale de iesire (exemplu o gama de turatii) intre o valoare minima si una maxima. Aceasta inseamna ca functia de transfer, raportul de transmisie i_T a lantului ia valori intre i_Tmax. si i_Tmin, raportul lor reprezentand caracteristica de reglaj a lantului.

2. Mecanisme pentru reglarea in trepte a turatiei.

1. Mecanismul cu o pereche de roti dintate (fig.9.14.) este format din arborele I si II pe care se gasesc rotile fixe cu respectiv Z₁ si Z₂ numar de dinti.

Ecuatia de transfer a mecanismului este data de relatia urmatoare in care i este functia de transfer, raportul de transmisie.

Modificarea turatiei n₂ se poate face prin inlocuirea perechii de roti Z₁ Z₂ adica prin modificarea functiei de transfer.

Fig.9.14.Schema cinematica a unui mecanism cu o pereche de roti dintate.

2.Mecanismul cu con Norton cu roata basculanta (fig.9.15.) este format din arborele I pe care se gasesc rotile fixe cu respectiv Z₁₁.Z_1k numar de dinti, arborele II cu roata culisanta Z₂ si arborele intermediar pe care se gaseste roata basculanta Z_i Ecuatia de transfer a mecanismului este:

Mecanismul permite reglarea pe arborele II a k turatii diferite de la n₂₁ la n_2k prin pozitionarea corespunzatoare a rotii intermediare basculante.

Fig. 9.15.Schema cinematica a unui mecanism cu con Norton.

3. Mecanismul cu roti cuplabile (fig.9.16.) este format din arborele I cu rotile fixe Z₁ si Z₃ si arborele II cu rotile libere pe ax Z₂ si Z₄ care pot fi cuplate prin pozitionarea cuplajului C₁ la dreapta sau stanga. Ecuatiile de transfer ale mecanismului sunt:

Mecanismul permite reglarea a doua trepte de turatie distincte pe arborele II in functie de turatia n₁ a arborelui I si modul de pozitionare a cuplajului C₁ .

Fig. 9.16.Schema cinematica a mecanismului cu roti cuplabile.

4. Mecanismul cu pana mobila (fig.9.17.) este format din arborele I cu rotile Z₁₁..Z_1k fixe, arborele II cu rotile Z₂₁..Z_2k libere si pana mobila P care permite cuplarea cu arborele II a fiecareia dintre rotile Z_2k Ecuatia de transfer a mecanismului este:

Mecanismul permite reglarea pe arborele II a k turatii distincte, prin pozitionarea penei mobile P .

5.Mecanismul cu roti baladoare sau culisante (fig.9.18.) este format din arborele I cu roti fixe Z₁, Z₃, Z₅, si arborele II cu rotile baladoare Z₂, Z₄, Z₆, Ecuatiile de transfer ale mecanismului sunt:

Mecanismul permite reglarea pe arborele II a trei turatii distincte prin pozitionarea corespunzatoare a rotilor baladoare. In practica se utilizeaza in mod frecvent mecanisme cu baladoare din doua sau trei roti dintate.

Fig.9.17.Schema unui mecanism cu pana mobila.

Fig.9.18.Schema cinematica a unui mecanism cu roti baladoare.

Structura unei cutii de viteze cu sase trepte de turatie.

Calculul turatiilor se face pornindu-se de la idea etajarii geometrice a turatiilor care asigura o structura compacta. Turatiile formeaza un sir de valori in progresie geometrica cu ratia j . Valorile ratiei j sunt standardizate respectiv:

;;;;

Din considerente economice valoarea maxima a ratiei recomandate este

Relatia de calcul a turatiilor este: .

Pentru reprezentarea grafica a turatiilor se utilizeaza scari logaritmice si in acest sens relatia devine:

Orice cutie este caracterizata printr-o relatie structurala de forma q=a.b in care:

q- este numarul treptelor de turatie la iesire,

a-      numarul de angrenaje ale mecanismului A,

b-     numarul de angrenaje ale mecanismului B.

Pentru cutia cu sase trepte de turatie , relatia structurala are forma q=2.3=6. Pe baza acestei relatii se pot trasa doua tipuri de retele respectiv 6₁=2₁.3₂ sau 6₁=2₃.3₁ in care indicii reprezinta distanta exprimata in ratii dintre doua turatii succesive de iesire ale aceluiasi mecanism (fig.9.19.).

Fig.9.19.Tipuri de retele structurale.

Elementele I,II,III, reprezinta liniile de arbori pe care sunt inscrise turatiile corespunzatoare. Inclinatiile liniilor de legatura dintre arbori corespund rapoartelor de transmisie ale mecanismelor. La alegerea tipului de retea structurala se au in vedere doua criterii:

-criteriul functional care limiteaza rapoartele de transmisie la max.2/1 si min. 1/4 .

-criteriul rezistentei care impune ca turatia minima pe fiecare arbore sa fie cat mai mare incat solicitarile la torsiune sa fie mici si diametrele arborilor sa fie mici.

In cazul analizat, mai avantajoasa este reteaua 6₁=2₁ 3₂ , pentru care schema cinematica este prezentata in figura 9.20. iar schema fluxului cinematic in figura 9.21.

Fig.9.20.Schema cinematica a cutiei de viteze 6₁

Fig.9.21. .Schema fluxului cinematic a cutiei de viteze 6₁=2₁

3.Mecanisme de reglare continua a turatiei.

1. Mecanismul cu con este format din arborele I cu roata culisanta si arborele II cu con. Miscarea de rotatie intre elementele de pe cei doi arbori se transmite prin frecare fara alunecare. (fig.9.22.).

Ecuatia de transfer a mecanismului este

Mecanismul poate permite reglarea turatiei n_2x intre o valoare minima si una maxima in functie de pozitia contactului intre elemente respectiv la o raza R_2x.max. si R_2x.min .

Fig,9.22.Schema cinematica a unui mecanism cu con de reglare continua a turatiei

2. Mecanismul cu roata plana este format din arborele I cu roata culisanta si arborele II cu roata plana.(fig.9.23.). Miscarea de rotatie dintre elemente se transmite tot prin frecare fara alunecare. Ecuatiile de transfer ale mecanismului si modul de reglare a turatiilor intre valorile maxima si minima sunt la fel ca la mecanismul cu con.

Fig.9.23.Schema cinematica a unui mecanism cu roata plana.

3. Mecanismul cu patru conuri (fig.9.24.) este format din arborii I si II pe fiecare fiind plasate cate doua conuri fata in fata, culisante pe ax care se constituie in doua roti de curea reglabile. Cu ajutorul surubului de reglaj S prevazut cu filet dreapta stanga si a piulitelor P, la rotirea manivelei m , parghiile Asi B se rotesc in jurul reazemelor r₁ si r₂ provocand modificarea distantelor relative intre conurile de pe cei doi arbori. Astfel daca intre conurile de pe arborele I distanta creste, intre conurile de pe arborele II aceasta scade si invers. Ca urmare a acestor deplasari contactul curelei de transmisie trapezoidale C pe conuri se modifica intr-un interval de valori. Astfel daca pe arborele I contactul se modifica de la R_1x.max la R_1x.min , pe arborele II contactul se modifica de la R_{2x min}     la R_{2x max} , permitand reglarea turatiei pe arborele II intr-un interval n_{2x min} ..n_{2x max} .

Ecuatia de transfer a mecanismului este

Fig,9.24.Schema cinematica a unui mecanism cu conuri.

4.Mecanisme pentru reglarea miscarii rectilinii.

1.Mecanismul cu roata dintata si cremaliera (fig.9.25) este format din arborele I pe care se gaseste o roata dintata fixa si care angreneaza cu o roata plana numita cremaliera II. La rotirea rotii dintate cu turatia n₁, cremalierei I se va imprima o miscare relativa de translatie in raport cu axul rotii, cu viteza v . Ecuatia de transfer a mecanismului este:

Fig.9.25.Schema cinematica a unui mecanism roata dintata cremaliera.

2. Mecanismul cu surub si piulita este format din arborele filetat I care angreneaza cu piulita II (fig.9.26). La rotirea arborelui I, deci a surubului cu turatia n₁, piulitei II i se imprima o miscare relativa de translatie cu viteza v.

Ecuatia de transfer a mecanismului este, , in care p este pasul surubului.

Fig.9.26.Schema cinematica a unui mecanism cu surub si piulita.

3.Mecanismul cu culisa oscilanta (fig.9.27.) este format din manivela de raza R, antrenata in miscare de rotatie cu turatia n, de arborele I. Manivela poate fi si un volant cu excentric. Manivela R antreneaza piatra de culisa 1 care va oscila in ghidajul culisei 2, articulata in O. Culisa capata o miscare oscilanta care se transforma in miscare rectilinie alternativa a saniei 3, organul de lucru, prin intermediul elementului de compensare 4.

Fig.9.27.Schema cinematica a unui mecanism cu culisa oscilanta.

Ecuatia de transfer a mecanismului este N_cd=n , in care N_cd este numarul de curse duble pe minut a saniei iar n este turatia manivelei. Intr-un mod mai riguros , ecuatiile de transfer pot permite calculul vitezelor medii la cursa activa v_a si la cursa de mers in gol v_mg in functie de lungimea cursei L_c, turatia n si unghiurile a si b ale manivelei.

Unghiurile a si b sunt diferite si deci si cele doua viteze sunt diferite.(Relatiile dau valori medii ale vitezelor deoarece vitezele efective depind de unghiul manivelei iar la capatul cursei vitezele se anuleaza.)

5.Mecanismul biela manivela (fig.9.28) este format din arborele I care antreneaza in miscare de rotatie n o manivela (un excentric) de raza R si prin intermediul unei biele 1, actioneaza sania 2 organul de lucru, in miscare rectilinie alternativa. Ecuatia de transfer si caracteristicile miscarii sunt asemanatoare ca la mecanismul cu culisa oscilanta.

Fig.9.28.Schema cinematica a unui mecanism biela manivela.

6.Mecanismul cu clichet este format dintr-o roata de clichet Z si un clichet 1 cu tija oscilanta 2 care angreneaza in unul din sensurile de oscilatie cu roata si un sistem de antrenare a clichetului in miscare de oscilatie. In figura 9.29. este prezentat un sistem de antrenare cu excentric pe arborele I si parghiile 2 si 3. La o rotatie completa a excentricului, parghia 2 a clichetului realizeaza o oscilatie cu un unghi care depinde de marimea excentricitatii.

Fig.9.29.Schema cinematica a unui mecanism cu clichet.

Daca clichetul angreneaza cu roata numai la cursa activa, el o va antrena in miscare de rotatie cu un unghi corespunzator unghiului de oscilatie. La cursa de revenire, clichetul sare peste dintii rotii de clichet, fiind prevazut cu un element elastic 4. In cele mai multe situatii, roata de clichet este fixa pe un arbore II cu surub S caruia ii imprima o miscare de rotatie intermitenta. Surubul angreneaza cu piulita P care pune in miscare rectilinie intermitenta o sanie, organul de lucru. Ecuatia de transfer a mecanismului in ansamblu este:

, in care :

s- deplasarea saniei,

Z_k- numarul de dinti corespunzatori oscilatiei clichetului,

Z - numarul de dinti ai rotii de clichet,

P - pasul surubului S.

5.Scheme hidraulice de actionare si reglare a miscarilor.

Sistemele hidraulice de actionare au o serie de avantaje fata de sistemele mecanice prezentate anterior: viteza de deplasare este constanta, inversarea sensului de rotatie este usoara exista posibilitatea automatizarii si reglarii usoare a vitezei, nu necesita dispozitive de ungere separate, sunt mult mai simple, etc.

Aplicarea lor este limitata de randamentul scazut la puteri mici, gabarite mari in cazul puterilor mari transmise, variatia conditiilor de lucru datorita modificarii vascozitatii agentului hidraulic, etc.

1.Sistemul hidraulic pentru antrenarea in miscare de rotatie (fig.9.30), cuprinde urmatoarele elemente: motor electric ME, pompa cu debit constant P_DC, drosel sau variator de debit D, inversor de sens I, motor hidraulic rotativ MHR. In functie de debitul reglat prin drosel, se poate obtine o gama de turatii intr-un interval cuprins intre n_{x min} si n_{x max}. Sunt situatii cand se utilizeaza pompe cu debit variabil.

Fig.9.30. Sistemul hidraulic pentru antrenarea in miscare de rotatie.

2. Sistemul hidraulic pentru antrenarea in miscare rectilinie alternativa (fig.9.31.) cuprinde urmatoarele elemente: rezervor de ulei R, pompa cu debit constant P_DC antrenata de un motor electric ME, supapa de deversare S, drosel D, inversor de sens I, motor hidraulic linear MHL.

Fig.9.31.Sistemul hidraulic pentru antrenarea in miscare rectilinie.

Semnalul de intrare al sistemului poate fi debitul reglat la drosel iar semnalul de iesire, viteza de deplasare a saniei reglabila intre v_min si v_max.