Устройство для абразивной обработки, обеспечивающее планетарное движение на малых межосевых расстояниях
DEVICE FOR ABRASIVE TREATMENT, PROVIDING PLANETARY MOTION AT SMALL CROSS-SIDED DISTANCES

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при финишной обработке свободным абразивом наружных поверхностей деталей с отклонениями геометрической формы от круглости, а также сложнопрофильных деталей. Устройство содержит вал с оправкой, контейнер с внутренней полостью и эластичными стенками, крышку, с выполненным в ней зубчатым венцом во внутренней полости, камеру, заполненную абразивной средой, привод вращения детали, вал с оправкой, на котором расположен зубчатый венец, опорную и защитную крышки. Изобретение позволяет обеспечить планетарное вращение детали при малом межосевом расстоянии оправки с деталью и шпинделем устройства, что повышает качество обработки деталей и уменьшает энергетические затраты.
Заявленное изобретение относится к области финишной обработке деталей свободным абразивом и может быть использовано в машиностроении для полирования незакрепленным абразивом сложнопрофильных деталей и деталей с отклонениями от круглости.
Известны устройства обработки деталей в среде свободного абразива, находящегося в рабочей камере, который уплотняют давлением жидкости или газа на эластичные стенки камеры.
Недостатками  известных устройств является увеличенное потребление энергии, а также конструкции устройств, которые снижают параметры качества обрабатываемых поверхностей и уменьшают номенклатуру деталей по весовым и габаритным характеристикам. Наличие большого межосевого расстояния между центром оправки с деталью и шпинделем устройства приводит к появлению большего плеча, увеличивающего сопротивление абразивной среды и, как следствие, увеличение нагрузки и появление вибраций на используемом устройстве, а уменьшение межосевого расстояния или исключение планетарного движения приводит к снижению наибольшей допустимой массы и номенклатуры обрабатываемых деталей.
Для исключения вышеперечисленных недостатков конструкции устройства требуется размещение валов на малых межосевых расстояниях и наличие жесткой связи, обеспечивающее вращения вала с деталью вокруг собственной оси.
Наиболее близкое к заявленному изобретению  является  устройство, рассматриваемое в [1] «Способ обработки деталей» по авт. свид. №1803308, М.  В24 B 31/104.
В прототипе устройства, обрабатываемую деталь устанавливают в вертикальном положение, в уплотненную абразивную среду. Отличительной особенностью прототипа устройства является сообщение обрабатываемой детали планетарного движения, посредствам вращения ротора устройства и оправки. Вращение оправки осуществляется с помощью шариковой передачи. Такое конструкторское решение обеспечивает обработку деталей с отклонениями от круглости. Однако подобное устройство ограничено номенклатурой деталей имеющих малую массу.
Техническим результатом заявленного изобретения, является снижение энергетических затрат и увеличение наибольшей допустимой массы обрабатываемых деталей в 3 раза.
Технический результат достигается тем, что межосевое расстояние, между валом ротора и оправкой, может быть меньше чем сумма радиусов входного вала и вала с деталью.
Устройство для финишной обработки  деталей c отклонениями от круглости и сложнопрофильных деталей, содержит  вал с оправкой, смонтированной с эксцентриситетом в корпусе устройства, камеру, заполненную абразивной средой, привод вращения детали, установленный на входном валу, а на валу с оправкой выполнен зубчатый венец, кинематически связанный с зубчатым венцом, образованным на внутренней цилиндрической поверхности крышки устройства. Опорная крышка с валом с оправкой и уплотнительная крышка установлены в подшипниковых опорах.
Устройство позволяет снизить энергетические затраты, увеличить предел максимальной массы обрабатываемой детали, повысить качество поверхности путем уменьшения «момента сопротивления абразивной среды», уменьшить вибрации и способствует появлению жесткой связи, обеспечивающее вращение вала с оправкой.
Устройство позволяет осуществить жесткую связь, обеспечивающую вращение вала с оправкой, посредством кинематической связи зубчатого венца вала с оправкой с зубчатым венцом корпуса крышки устройства. Снижение рычага сопротивления и увеличение максимальной массы детали осуществляется путем уменьшения межосевого расстояния, меньшего, чем сумма радиусов входного вала и вала с оправкой.
Технических решений со сходными отличительными признаками по патентной и научно-технической литературе не обнаружено, следовательно, заявленное устройство обладает существенными отличиями.
На чертеже изображена принципиальная схема устройства.
Устройство состоит из контейнера 8, заполненного абразивной средой 11. В  крышке  1 ,  установленной на контейнере устройства,  смонтированы опорная крышка 2 и защитная крышка 10 с подшипниковыми опорами. С опорной крышкой 2 жестко связан входной вал 4, передающий крутящий момент от  привода станка к опорной крышке, и обеспечивающий вращение детали относительно оси устройства. В опорную крышку 2 с эксцентриситетом установлен в подшипниках вал с оправкой  5, служащий для установки детали 7 в абразивную среду 11.  На вал с оправкой 5 установлен зубчатый венец 6, который кинематически связан с зубчатым венцом, выполненным на крышке 1 устройства. Данная связь осуществляет вращение обрабатываемой детали 7 относительно собственной оси. Крышки 9 и 3 предохраняют внутренние механизмы устройства от воздействия абразива и внешней среды.
Устройство работает следующим образом.
На вал с оправкой 5, который установлен в корпусе крышки устройства, закрепляется деталь 7. Крышка 1 устанавливается на корпус устройства 8, обеспечивая тем самым погружение детали в абразивную среду. Подача сжатого воздуха под давлением в полость контейнера 12 обеспечивает поджатие эластичными стенками 13 к детали 7 абразивной среды 11, за счет чего равномерно осуществляется контакт абразивных частиц с поверхностью детали. Крутящий момент передается валу 4 от привода станка и сообщает вращение  опорной крышке  2 с установленной в ней валом с оправкой 5, тем самым обеспечивая вращение обрабатываемой детали 7 относительно оси устройства. Передача крутящего момента относительно оси заготовки осуществляется за счет контакта зубчатого венца 6 на валу с оправкой с зубчатой поверхностью крышки 1 устройства.  Благодаря данному устройству деталь совершает планетарное движение на малых межосевых расстояниях, обеспечивая при этом равномерный съем металла по всей поверхности заготовки.
Пример
1
Для обработки деталей на установки суммой радиусов валов равное  20 мм, межосевое расстояние равно 25 мм сопротивление абразивной среды F при скорости 5 рад/с определяем по формуле:
где s - величина, пропорциональная поверхности сопротивления, Kс – коэффициент сопротивления, P – плотность среды, V – скорость движения детали. Так как движение заготовки совершается вокруг центральной оси устройства, скорость заготовки определяется по формуле:
где ω - угловая скорость заготовки, R - радиус окружности вращения с большим расстоянием. Следовательно, сопротивление абразивной среды будет выражаться следующим условием:
При использовании установки для абразивной обработки, обеспечивающая движение на малых межосевых расстояниях, возможно уменьшить межосевое расстояние до 10 мм, следовательно сопротивление абразивной среды будет выражаться по следующей формуле:
Следовательно отношение сопротивлений установок:
Так как 2,5 это отношение радиусов, относительно центра вращения, следовательно, сопротивление абразивной среды, на обрабатываемую деталь в новой установке относительно установки с большим межосевым расстоянием, вычисляется по формуле:
где  - радиус вращения с межосевым расстоянием больше суммы радиусов валов,  - радиус вращения с межосевым расстояние меньше суммы радиусов двух валов.
Следовательно, полученная установка снижает сопротивление абразивной среды в  раз.
Экономическая эффективность при с использовании данного устройства:
1
Мощность двигателя должна быть больше силы сопротивления абразивной среды. Для установки с межосевым расстоянием больше суммы радиусов валов мощность N вычисляется по формуле:
где b - коэффициент запаса.
2
Тогда мощность двигателя для устройства с малыми межосевыми расстояниями N составит:
Найдём отношение мощностей двигателей  :
следовательно, для работы разработанной установки требуется мощность двигателя в  раза меньше, чем в установке с увеличенным межосевым расстоянием. Экономия средств S при работе 1 час на данной установке составит:
где  - стоимость 1 КВт, – Фактическая мощность двигателя для устройства с межосевым расстоянием больше суммы радиусов валов, фактическая мощность двигателя для устройства с межосевым расстоянием меньше суммы радиусов валов.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент РФ 1803308 МПК В24В 31/104. Способ обработки деталей / Скрябин В.А. Опубликовано 23.03.93, Бюл. №11.
2. Патент РФ 2302940 МПК В24В 31/108. Способ камерной обработки и устройство для его осуществления / Зверовщиков В.З., Зверовщиков А.Е., Зверовщиков Е.А. Опубликовано 20.07.2007, Бюл. №20.
3. Авт. свид. №1323350 (СССР), М. кл. В24В 31/00, 31/10. Устройство для обработки деталей свободным абразивом / Б.Н. Бирюков, Ю.Н.Дубинчук. Опубл. в БИ №26, 15.07.1987.
4. Авт. свид. №1206062 (СССР). М. кл. В24В 31/00. Устройство для абразивной обработки деталей / Ю.М.Гачегов. - Опубл. в БИ №3, 23.01.1986.
5.  Авт свид. №502294 (СССР). М. кл. G01N В 3/56. Установка для испытания материалов на абразивное изнашивание / И.В.Южаков, А.Б.Надточиев, Г.Я.Ямпольский, Ю.К.Калугин. Опубл. в БИ №5, 05.08.1973.