Расчет каркаса стапеля на жесткость

Фиксация деталей в приспособлении осуществляется путем, совме­щения базовых поверхностей деталей с ответными поверхностями БФУ стапеля, в результате чего детали перемещаются на величину базовых зазоров C_i под действием внешних сил Q_i, прикладываемых со сторо­ны сборочного приспособления (рис. 4.2). При этом усилия ^ долж­ны обеспечивать упругую компенсацию отклонений C _i и неподвижность деталей при сборке (при сверлении отверстий, постановке заклепок и болтов и т.д.). Как известно, обшивки панелей имеют некоторую первоначальную кривизну, обусловленную погрешностями увязки заго­товительной оснастки, которые совместно с погрешностями монтажа БФУ сборочного приспособления образуют базовые зазоры C _i. Значе­ния Q_i (рис. 4.2) определяются на основе зависимостей механики тонкостенных конструкций [2]:

- для плоских листов обшивки

, (4.2)

- для обшивок одинарной и небольшой двойной кривизны

, (4.3)

где Н - толщина обшивки; f - стрела прогиба панели; Е - модуль упругости материала обшивки; В - ширина панели; t - шаг рубиль­ников стапеля.

Рис. 4.2. Фиксация обшивки панели рубильниками

Зная Q_i, можно вычислить минимально необходимое усилие F_г, которое должен развивать гидроцилиндр подъема рубильника для ком­пенсации зазора базирования (рис. 4.3):

, где k_р - расстояние между осью отверстий фиксатора ухо-валка и точкой приложения силы Q_i; t₂ - расстояние между осью гидроци­линдра и осью стакана.

При подъеме рубильника гидроцилиндр должен развивать усилие, противодействующее максимальной нагрузке на шток от веса рубильника. Определив эти усилия, можно выбрать тип и вес гидроцилиндров для системы механизации перемещения рубильников стапеля, что учи­тывается при расчете каркаса СП на жесткость.

Как показывают результаты исследований деформаций элементов каркаса стапелей, наибольшая деформация балок и колонн возникает от изгибных нагрузок [4]. У большинства балок СП в реальных усло­виях производства угол закручивания j от эксцентрично приложенных нагрузок не превышает 15^/, что соответствует перемещениям 0,01... 0,02 мм при радиусе 300 мм. Поэтому кручение балок при расчетах не учитывают, а потребные их сечения определяют только ив расчета на прогиб.

На рис. 4.4 приведены некоторые конструктивные схемы каркасов СП. На их основе составляются расчетные схемы с указанием длины элементов (балок), характера заделки балок и вида нагрузки (рис. 4.5). Каркасы СП, как правило, являются пространственными, многократно статически неопределимыми системами. Потребные сечения в общем случае могут быть определены только путем последовательных приближений. На практике для расчета каркасов стапелей пользуются упрощенными расчетными схемами, разделяя каркас на простые элемен­ты: балки, рамы, для которых ухе имеются расчетные таблицы и гра­фики [4]. При подборе расчетных схем для балок используются следу­ющие граничные условия:

Рис. 4.5. Расчетные схемы каркасов СП

концы балок каркаса следует считать защемленными, если они крепятся сверху на колонне или на нижней опоре, а также при креп­лении балок к боковой стороне колонны не менее чем по двум плос­костям (к колонне и кронштейну);

во всех случаях крепления балок по одной плоскости (на крон­штейне, на поперечной консольной или двухопорной балке) заделка считается шарнирной;

при креплении неразрезной балки на нескольких промежуточных опорах (по одной плоскости на каждой) заделка считается защемлен­ной для соседних с этими опорами пролетов;

при описании балки на короткие жесткие нижние опоры или ко­лонны деформациями опор можно пренебречь, а балку рассчитывать от­дельно;

если жесткости балок и колонн соизмеримы по величине, то их расчет производится совместно по схеме Г- или П-образной рамы.

На каркас СП действует два вида нагрузок, вызывающих его де­формацию: постоянные и переменные. К постоянной нагрузке относят­ся: собственная масса балок с приваренными к ним

стаканами и зали­тыми в них вилками, масса стапельных плит, ложементов, колонн, кронштейнов и других узлов, не снимающихся в процессе эксплуатации стапеля. К переменной нагрузке относится масса деталей и узлов, снимающихся в процессе эксплуатации стапеля, в том числе масса со­бираемого агрегата, масса рубильников и их силовых приводов (гид­роцилиндров), а также масса инструмента и рабочих, находящихся при сборке в агрегате или на балках стапеля.

При определении прогибов балок их массу со стаканами и вилка­ми не учитывают, т.к. балку при монтаже в инструментальном стенде устанавливают так же, как она крепится в стапеле. Поэтому ее про­гиб от собственной массы не влияет на точность установки вилок, и расчет жесткости балок ведется только по переменной нагрузке.

Деформации балок от переменной нагрузки не должны превосхо­дить допустимую величину. Согласно статистическим данным эта вели­чина составляет 0,1 мм и соответствует как точности деталей агрега­та, изготовляемых по плазово-шаблонному методу, так и точности, за­даваемой на аэродинамические обводы агрегата.

Прочность ослабленных сечений каркаса стапеля (стыков колонн, кронштейнов с колоннами) проверяется по сумме переменной и постоян­ной нагрузок. Масса агрегата распределяется между точками его фик­сации. При числе этих точек по длине балки более 4...5 нагрузка считается равномерно распределенной. Это относится к массе аг­регатов, ложементов, рубильников, гидроцилиндров системы механи­зации стапеля. В затруднительных случаях определения характера распределения переменной нагрузки между балками стапеля допусти­мо считать, что каждая балка нагружена общим усилием, что приво­дит к небольшому завышению сечений балок.

Выбор сечений каркаса производится в следующем порядке. Весь каркас расчленяется на балки и рамы. Определяются расчетные пролеты и характер закрепления балок на опорах. Далее выбирается расчетная схема каркаса (рис. 4.5). Для каждого элемента рассчи­тывается переменная нагрузка P_n, в зависимости от характера рас­пределения которой и расчетной схемы определяется коэффициент k (рис. 4.5), позволяющий разнообразные формы прогиба балок свести к единой формуле:

Задавшись величиной прогиба f = 0,1 мм, можно определить жест­кость балки EJ (рис. 4.6). Действительная жесткость балки долж­на быть не меньше потребной. По табл. 4.2 в соответствии о найден­ной жесткостью EJ подбираются размеры нормализованных балок. Оп­ределяя коэффициент k для рам, необходимо предварительно задать­ся отношением,

(4.6)

которое следует выбирать на основе опыта или метода последовательных приближений.

Таблица 4.2

Рис. 4.6. Зависимости для определения жесткости балок каркаса.

При необходимости могут быть рассчитаны принятые размеры фик­саторов стыковых узлов. Нагрузки для них задаются исходя из усло­вий эксплуатации, считая, что напряжения в деталях не должны пре­восходить предела текучести. Для всех фиксаторов типа ухо - вилка расчетная нагрузка определяется напряжениями на срез в сечении

болта (штыря), диаметр которого известен:

, (4.7)

где - P_ср - расчетная нагрузка на срез; S - площадь сечения болта

(штыря); t_ср - предел текучести материала болта на срез, который составляет 0,6...О,7 от предела текучести материала болта на рас­тяжение.

Полагая эту нагрузку направленной перпендикулярно к валу выд­вижного фиксатора, можно рассчитать его сечение и проверить жест­кость:

, (4.8)

где f_max = 0,1 мм, как это принято для балок СП; EJ - жесткость

вала фиксатора; L - расстояние между опорой вала фиксатора и осью отверстий вилки.

По завершении расчетов элементов СП вычерчивается общий вид стапеля с максимальным использованием нормализованных конструктив­ных элементов.