Моделирование и изготовление шнекового винта с использованием CAD/CAM-технологий фирмы Delcam plc
Алексей Мартюшев, А.А.Орешкин
В настоящее время заготовки обрабатываются в основном в условиях мелкосерийного, иногда — крупносерийного производства и, частично, на автоматических линиях, при этом доля основного времени превышает долю вспомогательного. Это обусловлено рационализацией инструментальной и зажимной оснастки, развитием за последние 10-20 лет устройств автоматической смены инструментов и заготовок, а также внедрением современных систем управления и манипулирования. В настоящий момент этому также способствует разработка систем подготовки управляющих программ и CAD/CAM-систем.
Таким образом, возможности сокращения вспомогательного времени неуклонно сужаются, что приводит к необходимости решать задачу дальнейшего повышения производительности обработки за счет сокращения основного времени путем значительного повышения скорости резания и подач, а также соответственного увеличения объема снимаемой стружки.
Перед авторами была поставлена задача моделирования изделия «Винт шнековый» и разработки управляющих программ для станков с ЧПУ для его обработки. Первоначально заказчиком был представлен чертеж детали в формате GIF. Чертеж содержал теоретическую развертку внешнего диаметра, общий вид самой детали, а также несколько видов и разрезов, которые позволяют лучше понять деталь.
Работа начинается с создания математической трехмерной модели будущего изделия. Для этого требуется САD-система, позволяющая строить сложные поверхности.
Расчет шнека (развертка витка)
Поверхность витков шнека изготовленных из листовых заготовок близка к поверхности прямого кольцевого геликоида (или, иначе – винтового коноида). Строго математически поверхность геликоида, не может быть развернута в плоскость. Это означает и обратное — . . теоретически из плоской заготовки нельзя получить виток геликоида.
Но на практике все сплошь и рядом изготавливают рабочие поверхности шнеков из металлического листа! Листовая заготовка при деформации в виток подвергается не только изгибу, но и вытяжке и сжатию (формовке). При этом локально изменяется начальная толщина листа заготовки! Классическая теория поверхностей, конечно, не предполагает деформационного растяжения или сжатия объектов исследования.
Далее рассмотрен широко применяющийся на практике приближенный расчет развертки витка шнека в виде сектора концентрического кольца с простым выводом всех формул алгоритма. Быстро и удобно выполнить расчет шнека (точнее – развертки витка шнека) призвана помочь небольшая программа, реализованная в Excel.
Продукция зарубежных коллег
Импортные ледорубы с легкостью вгрызаются в любой лед, сделаны из хороших материалов, отличаются качеством сборки, имеют меньшую массу. Среди лидеров отечественного рынка – шведы и финны. У шведских изделий изменено направление вращения – по часовой стрелке, к чему приходится привыкать.
Какие минусы отмечаются при эксплуатации в России:
Что лучше: теплый пол или батареи?
Теплый полБатареи
- значительная стоимость изделия;
- заточить лезвия достаточно проблематично, а порой и невозможно;
- пройдясь по льду с песчаными вкраплениями, кромки быстро тупеют;
- цена на зарубежные ножи иногда сопоставима со стоимостью отечественного ледобура.
Шведские Mora распространены по всему миру. Кампания производит 26 моделей, которые отличаются диаметром, расцветкой, высотой шнековой части, габаритами, системой сложения. Ножи полусферические со сложными дугообразными лезвиями.
Расчет в Excel развертки витка шнека.
Длина наружной винтовой линии витка шнека по теореме Пифагора:
L=((π*D) 2 +t 2 ) 0,5 (1)
Аналогично длина внутренней винтовой линии витка шнека:
l=((π*d) 2 +t 2 ) 0,5 (2)
a=(D— d)/2 (3)
Перейдем к рассмотрению развертки витка шнека.
Три следующих формулы отражают зависимости между пространственным витком и плоской разверткой. (Углы в расчетах – в радианах!)
Длина наружной дуги заготовки должна быть равна длине наружной винтовой линии витка:
L=α*D/2 (4)
Длина внутренней дуги заготовки должна быть равна длине внутренней винтовой линии витка шнека:
l=α*d/2 (5)
Ширина кольцевого сектора заготовки должна быть равна высоте витка шнека:
a=(D— d)/2 (6)
Вычтем уравнение (5) из выражения (4), заменим часть выражения зависимостью (6) и выразим угол кольцевого тела развертки:
L— l=α *(D— d)/2=α *a
α=(L— l)/a (7)
Зная угол α из выражений (4) и (5) находим диаметры развертки:
D=2*L/α (8)
d=2*l/α (9)
β=2*π— α (10)
Размер вырезов по наружному и внутреннему диаметрам развертки:
B= D*sin (β/2) (11)
b= d*sin(β/2) (12)
В заключение для справки вычислим массу заготовки витка шнека:
G=s*(π/4)*(D 2 — d 2 )/(2*π)*α*ρ (13)
На размещенном ниже скриншоте показан пример расчета в Excel, реализующего рассмотренный несложный алгоритм.
Подготовительный этап
Прежде чем приступать к сборке конструкции шнека необходимо подготовить рабочий инструмент. В этот список входят:
- сталь листовая;
- автомобильные рессоры;
- напильник;
- специальные тиски для фиксации заготовок;
- молоток;
- картон и маркер;
- болгарка и диски для нее;
- крепежные элементы; рулетка;
- трубы разной длины.
Кроме этого, понадобится сварочный аппарат и защитные очки, чтобы снизить риск попадания искр в глаза при работе.
Что касается материала труб, то лучше подбирать стальные элементы, у которых повышенная коррозийная стойкость. Если брать дешевый вариант, то уже спустя некоторое время на поверхности появится ржавчина.
Если все подготовлено, то можно приступать к работе. Чтобы изготовить шнек своими руками, необходимо выполнить следующие действия:
- вначале сделать проект, а затем — шаблон на плотном картоне;
- взять стальную полую трубу, этот материал должен выдерживать серьезное механическое воздействие;
- изготовить из гибкого стального листа витки и с помощью сварочного аппарата приварить перья к трубе — получится своеобразная пружина.
Если требуется шнек для работы с сыпучим материалом, то витки должны быть расположены всплошную. В обратном случае нужного эффекта не будет. Если все сделано правильно, получится эффективный инструмент, который будет иметь следующие положительные качества:
- компактный размер;
- высокая производительность;
- длительный эксплуатационный срок;
- удобный в работе;
- быстрое углубление и подъем земли.
Но все эти характеристики можно получить только в том случае, если строго следовать инструкции при монтаже. Некоторые самодельные устройства сможет смонтировать даже новичок.
Замечания.
Напоминаю, что выполненный расчет витка шнека — приближенный! Попытки его улучшить чаще всего не имеют ни теоретического, ни практического смысла, так как точность поверхности витка зависит от способа его формообразования.
При необходимости получения высокой точности размеры развертки заготовки можно попытаться скорректировать для каждого конкретного случая индивидуально по результатам экспериментальных замеров. Иногда рационально ввести дополнительно механическую обработку диаметров на токарном станке после формовки и сварки.
Какова же точность развертки, полученной по представленной программе?
Виток винтового коноида с параметрами, заданными в качестве исходных данных (смотри скриншот выше), имеет массу 191 грамм по данным моделирования в одной из CAD-программ. Масса развертки витка по программе в Excel – почти 197 грамм. Разница — 3%. Развертка больше! Возможно, диаметры стоит уменьшить? Не стоит торопиться делать выводы. Если толщина листа в рассматриваемом примере будет меньше всего лишь на 0,05 мм, массы заготовки и теоретического витка станут равными.
Изделия российской промышленности
Отечественные механизмы. Имеют бюджетную стоимость, сменные лезвия взаимозаменяемы на многих моделях, ножи прекрасно поддаются заточке. Однако не обойтись и без недостатков:
- окраска элементов ледобура не всегда на должном уровне;
- ножи выполнены зачастую из низкокачественных материалов, способных к быстрому затупливанию;
- бурить отверстия во льду гораздо сложнее, чем импортными механизмами;
- крепежные винты лезвий требуют постоянного контроля, поскольку имеют свойство выкручиваться и теряться;
- в разложенном состоянии присутствует люфт.
При всех своих недостатках и недоработках отечественные изделия пользуются большой популярностью, и приобретают их не из чувства патриотизма, а за то, что они справляются с возложенными на них задачами. Как с ними правильно обращаться, посвящена наша статья “Как работать ледобуром и не повредить его элементы“.
Калькулятор расчета витка шнека
Расчет характеристик винтового шнека определяются свойствами перемещаемого материала и производительностью конвейера.
Время изготовления – 5 рабочих дней Доставка (самовывоз или транспортной компанией: Деловые линии)
На основании исходных заказчика разрабатывается сборочный чертеж и элементы детализации шнека
Воспользовавшись калькулятором, можно выполнить максимально точный расчет шнека
онлайн
. Функционал программы выдаст полную теоретическую производительность при заданном типе исполнения, диаметре вала , угле наклона, частоте вращения спирали, коэффициенте заполнения конвейера материалами . Последняя характеристика зависит от сферы использования транспортера. Мощность и разновидность привода также определяются свойствами транспортируемых веществ и конкретными задачами производства.
Калькулятор расчета шнеков
выдает лишь оценочные данные, для детализированного эмпирического просчета рекомендуем обратится к инженерам, имеющим практический опыт разработки и эксплуатации шнековых изделий.
При обращении в нашу компанию заказчик гарантированно получит бесплатную консультацию профильного специалиста! На основании предоставленной клиентом исходной информации разрабатываются сборочные чертежи и элементы детализации готовой конструкции . На нашем сайте Вы сможете купить витки для шнека (на заказ), изготовленные под потребности конкретного проекта.
Источник статьи: https://promvektor31.ru/raschet-shneka/
Общие сведения об устройстве и сферах применения
Рассматривая шнек следует учитывать, что он представлен разновидностью винта, который характеризуется повышенной площадью витков. Особенностями подобной детали назовем следующее:
Несмотря на достаточно сложную форму для снижения стоимости изделия его изготавливают своими руками. Самодельный вариант исполнения сможет выдержать длительную эксплуатацию, однако допущенные ошибки при проведении расчетов и изготовлении детали могут стать причиной полной непригодности шнека при применении.
Расчет шнека для насоса
Изложена краткая теория и дан пример расчета геометрических и гидродинамических параметров шнекоцентробежного насоса, а также его энергетических и кавитационных характеристик. Для студентов факультета «Двигатели и энергетические установки аэрокосмических летательных аппаратов», выполняющих курсовое и дипломное проектирование, а также для инженеров, занимающихся расчетом и проектированием высокооборотных шнекоцентробежных насосов.
Размер: 1,24 Мб Формат: djvu Скачать книгу с yadi.sk Не работает ссылка? Напишите об этом в комментарии.
Условные обозначения. Индексы.
1. Определение угловой скорости и основных параметров насоса. 1.1. Устройство и основные параметры. 1.2. Исходные данные для расчета. 1.3. Определение угловой скорости и диаметров шнека. 1.4. Определение размеров входа в центробежное колесо. 1.5. Определение наружного диаметра колеса. 1.6. Совместная работа центробежного колеса и шнека. Определение шага шнека. 1.7. Профилирование шнека. 1.8. Выбор и определение размеров подвода. 1.9. Поверочный кавитационный расчет. 1.10. Расчет центробежного колеса. 1.11. Профилирование лопаток центробежного колеса. 1.12. Профилирование лопаток двоякой кривизны методом конформных отображений. 1.13. Расчет отводящих устройств.
Сложный вариант
Этот способ изготовления шнека позволит собрать качественное и точное приспособление, которое будет служить долгое время. Для начала делаются расчеты и чертеж, затем — замеры. Также стоит заранее подготовить инструменты и подходящий материал, а уже потом приступать к сборке самодельного бура.
Пошаговая инструкция по монтажу шнекового смесителя выглядит следующим образом:
Собственно, на этом работа окончена. Остается сделать ручку и удлинитель. Первую можно сделать пластиковой, она будет удобнее, а вот последнюю деталь можно изготовить из любой подходящей трубы.
Расчет шнека — калькулятор
Калькулятор расчета производительности шнека выдаёт его полную теоретическую производительность, при указанном коэффициенте заполнении транспортера материалом.
Теоретическая производительность шнека в горизонтальном положении зависит не только от заданных диаметров и частоты вращения, но, и от угла наклона, характере подачи материала в транспортер и многих других факторов.
Где взять исходные данные? От чего оттолкнуться?
Частота вращения вала
Рекомендуем пользоваться табличными данными приведенными на странице конструкций наших шнеков по ссылке: конструкции и фотографии.
Типовые диаметры и коэффициент заполнения
Выбираются зависимости от сферы применения конвейера приведены в таблице второго раздела на главной странице нашего сайта. Обратите внимание на то, что не стоит стремиться к выбору максимально малого диаметра транспортера. Это приводит к повышенному износу его трущихся частей в контакте с продуктом.
Теоретические расчеты шнека по производительности являются оценочным показателем. Для однозначного расчёта реального шнекового транспортера требуется учесть ряд эмпирических факторов, которые не возможно привести в виде табличных данных. Эти значения выбираются на основании опыта применения транспортеров для той или иной конкретной задачи, с учетом его расположения, условий загрузки и свойств транспортируемого материала. В первую очередь, это касается выбора требуемого типа привода и его мощности. Во вторую очередь, при расчете шнека требуется учитывать коэффициенты запаса, разгрузки спирали. Поэтому, выбор эмпирических коэффициентов для серьёзные проектов должен производиться инженерами, имеющими опыт эксплуатации шнеков.
Источник статьи: https://ukrtehnoservis.com/raschet-shnekov/
Простой способ
Есть очень простой способ быстро собрать самодельный шнек с двумя лопастями. Эти элементы будут прекрасно врезаться в грунт. Единственный минус, что работать им можно только на небольшой глубине, не более 10 м.
Изготавливается шнек по следующей технологии:
В таком случае бурильная конструкция будет делать более продолжительные ходы, а значит, работать инструментом будет проще и быстрее. На этом шнек готов.
От лопатки до шнековой системы
Как мы уже говорили, в продаже имеется большое количество буров как отечественных, так и зарубежных производителей в различных ценовых сегментах. Поэтому разрабатывать шнек ледобур своими руками не совсем практично. Однако находятся умельцы, которые показывают чудеса изобретательности.
Конечно, можно при должных навыках и необходимом оборудовании смастерить конструкцию, но вот насколько она будет работоспособной, никто не даст гарантии. Об общих принципах изготовления мы писали в статье “Как сделать ледобур из подручных средств”.
При изготовлении самодельного ледобура можно скопировать размеры с оригинала. На металлическую трубку приваривается спираль из полотна. Один из способов, как изготовить шнек, – нарезать металлические кольца и развести вверх-вниз концы.
Окончание одного кольца приваривается к началу следующего, и так до той поры, пока не получится шнек необходимой высоты.
Еще один вариант самодельного бура – модификация в виде лопатки. На стальную трубку с коловоротом в верхней части (ее можно взять от вышедшего из строя ледобура) приваривается полусферическая лопатка. Заточку лопатки производят только с одной стороны.
Конечно, по своим характеристикам он будет уступать шнековым моделям, однако отверстие во льду сделать можно.
