КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ УСТАНОВКИ ДЛЯ СВАРКИ ТРЕНИЕМ

Область техники
Полезная модель относится к области сварки трением и может использоваться в различных отраслях машиностроения.
Уровень техники
Известен колебательный механизм установки для сварки трением, реализующий способ орбитальной сварки трением по патенту Российской Федерации №2353488 С2, МПК В23К 20/12, от 27.04.2009 г. Свариваемые трением детали получают в зоне стыка колебательного движения от неподвижно закрепленных на них фрикционных дисков, которые оснащены эксцентриковыми вибрационными головками, а сжатие свариваемых трением деталей выполняется за счет приложения осевых усилий к фрикционным дискам.
Недостатком известного устройства является сложность конструкции и низкая надежность, обусловленные тем, что все восемь эксцентриковых вибрационных головок, которые установлены на двух фрикционных дисках, должны быть соответствующим образом синхронизированы во время их работы, причем между ними должен выдерживаться требуемые фазовые сдвиги и поддерживаться одинаковая частота и амплитуда.
Известен колебательный механизм установки для сварки трением (патент Российской Федерации №2043891 С1, МПК В23К 20/12, от 20.09.1995 г.), содержащий колеблющийся шпиндель, приводимый в колебательное движение от двух шатунов, связанных через эксцентрики с двумя приводными электродвигателями. Колебательный механизм размещен в корпусе, к которому через направляющие и гидроцилиндр присоединен зажимной патрон с неподвижной свариваемой деталью.
Недостатком известного устройства является сложность конструкции и низкая надежность, обусловленные тем, что шатунно-эксцентриковый приводной механизм имеет много трущихся поверхностей, требующих смазки, а также плохо балансируемые части, которые приводят к появлению динамических нагрузок на элементы конструкции и могут вызвать их разрушение при эксплуатации.
Известен колебательный механизм установки для сварки трением, реализующий способ сварки трением по патенту Российской Федерации №2233743 С2, МПК В23К 20/12, от 10.08.2004 г. Устройство ориентировано на одновременную сварку всех четырех угловых стыков сложнофасонных профилей оконных рам и дверных проемов. Для этого на станине устройства установлены четыре сварочных узла с двумя сварочными головками на каждом из них. Каждая сварочная головка состоит из зажима и колебательного механизма, приводимого в действие от электродвигателя через зубчатый ремень.
Недостатком известного устройства является сложность конструкции и низкая надежность, обусловленные необходимостью синхронизации работы всех приводов колебательного механизма, что необходимо из-за возможности возникновения сжимающих или растягивающих усилий в свариваемых профилях, приводящих к потере устойчивости или разрушению при неправильной фазировке приводов.
Известен колебательный механизм установки для сварки трением (патент Российской Федерации №2164847 С1, МПК В23К 20/12, опубликовано от 10.04.2001 г.), содержащий корпус, колеблющийся элемент, установленный в корпусе с возможностью совершения линейного колебательного движения в одном направлении, и гидроцилиндр, шток которого соединен колеблющимся элементом. Известный колебательный механизм установки для сварки трением по своей конструкции наиболее близок к заявляемой полезной модели и принят за прототип.
Колеблющийся элемент, в устройстве принятом за прототип, приводится в движение механическим и гидравлическим приводами. Механический привод вращает эксцентриновый вал, а гидровлический привод поджимает к эксцентриковому валу подвижную щечку колеблющегося элемента. Внешняя обойма подшипника, смонтированного на эксцентриковом участке вращающегося вала, обжата с двух противоположных сторон подвижной и неподвижной щечками, поэтому при работе устройства в местах контакта возникает трение, приводящее к износу деталей и к возможности заклинивания привода. Помимо этого трение будет возникать и в подвижной связи колеблющегося элемента с корпусом, что также негативно повлияет на надежность работы устройства.
Недостатками известного колебательного механизма установки для сварки трением является сложность конструкции и низкая надежность в эксплуатации.
Сущность полезной модели
Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, заключается в упрощении конструкции и повышении ее надежности.
Технический результат достигается тем, что в колебательном механизме устройства для сварки трением, содержащем корпус, колеблющийся элемент, установленный в корпусе с возможностью совершения линейного колебательного движения в одном направлении, и гидроцилиндр, шток которого соединен с колеблющимся элементом, новым является то, что гильза гидроцилиндра соединена с корпусом без возможности осевых перемещений, а колеблющийся элемент связан с корпусом рессорами и тягами, образующими в плоскости приложения сжимающего усилия параллелограммный механизм, причем тяги соединены с корпусом и колеблющимся механизмом сферическими шарнирами, а рессоры шарнирно соединены с колеблющимся элементом и жестко прикреплены к одному из плеч двуплечего рычага, шарнирно соединенного с корпусом с возможностью поворота в плоскости приложения сжимающего усилия и связанного вторым плечом с корпусом через пружину.
Перечень фигур на чертежах
Полезная модель поясняется чертежами, представленными на фиг.1 и фиг.2.
- на фиг.1 показан общий вид колебательного механизма установки для сварки трением;
- на фиг.2 показан разрез А-А.
Осуществление полезной модели
Предлагаемый колебательный механизм установки для сварки трением содержит корпус 1, колеблющийся элемент 2, установленный в корпусе 1 с возможностью совершения линейного колебательного движения в одном направлении, и гидроцилиндр 3, шток которого соединен с колеблющимся элементом 2. Колеблющийся элемент 2 связан с корпусом 1 рессорами 4 и тягами 7, образующими в плоскости приложения сжимающего усилия Q параллелограммный механизм. Тяги 7 соединены с корпусом 1 и колеблющимся элементом 2 сферическими шарнирами, а рессоры 4 шарнирно соединены с колеблющимся элементом 2 и жестко прикреплены к одному из плеч двуплечего рычага 5, который шарнирно соединен с корпусом 1 с возможностью поворота в плоскости приложения сжимающего усилия Q. Второе плечо двуплечего рычага 5 связано с корпусом 1 через пружину 6. Свариваемые трением детали 8 и 9 установлены в колеблющемся элементе 2 и корпусе 1.
Предлагаемый колебательный механизм установки для сварки трением работает следующим образом.
1
2
2
Свариваемые трением детали 8 и 9 устанавливают, соответственно, в колеблющийся элемент 2 и корпус 1. К установленной в корпусе 1 детали 9 прикладывают силу Q, которая производит предварительное обжатием свариваемых деталей 8 и 9. Величина силы Q выбирается так, чтобы пружина 6 получила некоторое растяжение и между двуплечим рычагом 5 и корпусом 1 появился зазор Δ, но при этом не должен уменьшиться до нуля зазор Δ между колеблющимся элементом 2 и корпусом 1. Колеблющийся элемент 2 в этом случае не соприкасается с корпусом и оказывается упруго подвешенным на рессорах 4, следовательно трение между колеблющимся элементом 2 и корпусом 1 при колебательном движении будет отсутствовать. Линейное колебательное движение колеблющийся элемент 2 получает от гидроцилиндра 3, шток которого соединен с колеблющимся элементом 2, а гильза с корпусом 1. Угловое позиционирование колеблющегося элемента 2 со свариваемой деталью 8 в плоскости приложения сжимающего усилия Q осуществляется за счет тяг 7, которые соединены с колеблющимся элементом 2 и корпусом 1 сферическими шарнирами. После того как стык между свариваемыми деталями 8 и 9 будет достаточно разогрет за счет линейного колебательного движения детали 8 относительно детали 9 при наличии предварительного обжатия деталей 8 и 9 силой Q, колебательное движение прекращают, а силу Q увеличивают для окончательного обжатия свариваемых деталей 8 и 9. От действия силы окончательного обжатия зазор Δ становится равным нулю и основная часть силы окончательного обжатия воспринимается не рессорами 4, а корпусом 1. Через некоторое время после окончательного обжатия силу Q доводят до нулевого значения, а сваренные между собой линейным трением детали 8 и 9 высвобождают из колеблющегося элемента 2 и корпуса 1. Описанная конструкция колебательного механизма установки для сварки трением отличается своей простотой и надежностью в эксплуатации.
Работоспособность заявляемого колебательного механизма установки для сварки трением проверялась на специально созданном экспериментальном стенде, колеблющийся элемент которого перемещался от гидроцилиндра с частотой до 100 Гц и с амплитудой до ±4,8 мм. При этом наибольшее усилие предварительного обжатия свариваемых деталей составляло 50000 H (~5000 кгс), а наибольшее усилие окончательного обжатия достигало 250000 H (~25000 кгс). Рессоры были сдвоенными. Они изготовлялись из пружинной стали 60С2А и имели габариты 430×90×4 мм. Свариваемые призматические образцы из титанового сплава имели габариты 100×65×25 мм. Сварка трением выполнялась по площадке образцов с габаритами 100 25 мм.