Технологии в электронной промышленности №7'2010

Расчетные параметры инструмента для электромонтажа накруткой

Виктор Ковалев

Сергей Ковалев

В работе впервые представлены обоснованные величины силовых параметров процесса электромонтажа накруткой: сила натяжения провода, сила прижима витков одного к другому и сила, определяющая мощность электропривода устройства для накрутки. Ранее полученные результаты уточнены.

Величину силы осевого натяжения провода Р, обеспечивающую врезание вывода в проводник, при накрутке с учетом реальных физических условий определим на основе ранее полученного в работе [1] выражения (6). Оно определяет натяжение провода и площади поперечного сечения проводника; сила натяжения провода при этом равна:

где στ — предел упругости материала проводника; μ ≈ 0,15 — коэффициент трения круглого проводника по тороидальной поверхности накручивающего валика; d — диаметр проводника; r — радиус рабочей кромки накручивающего валика. Из этого выражения следует, что с уменьшением r увеличивается осевое натяжение проводника — это главный параметр, наиболее активно влияющий на величину натяжения, с помощью которого можно управлять натяжением проводника и величиной поверхности контакта проводника с выводом.

Для определения других силовых параметров технологического процесса накрутки, необходимых для расчета инструмента-устройства для этой операции, представим основные эскизы (рис. 1) с необходимыми геометрическими параметрами и действующими силами.

Эскизы к определению силовых параметров при накрутке: а) начальный и промежуточный угол α контакта проводника с ранее уложенной его частью; б) силовые параметры

Рис. 1. Эскизы к определению силовых параметров при накрутке: а) начальный и промежуточный угол α контакта проводника с ранее уложенной его частью; б) силовые параметры

В осевом разрезе изгиба и спрямления витка провода (рис. 1а) показаны необходимые параметры при накрутке первого витка у основания вывода: рабочий радиус у накручивающего валика — η диаметр проводника — d и приближенный угол контакта α.

При накрутке 2-го и последующих витков у четвертой стороны вывода наибольшая величина γ — угла наклона витка и силы его натяжения к плоскости, перпендикулярной оси вывода, из геометрических соотношений (рис. 2) равна величине:

γ = arctg(d/(a+d)). (2)

Схема к определению угла γ

Рис. 2. Схема к определению угла γ

С учетом угла γ наибольшая величина вертикальной Рв и горизонтальной Рг, составляющих силы натяжения провода, равна:

Рв= Р sinγ, Рг= Рcosγ. (3)

Величина Рв — усилия в процессе накрутки с целью предупреждения нахлеста витков — не должна превышать осевую силу прижима витков друг к другу, создаваемую накручивающим устройством. Следовательно, усилие сжатия пружины Рпр механизма накрутки — усилие прижима витков друг к другу — не должно превышать величину вертикальной составляющей силы накрутки Рв:

Рпр≤ Рв (4)

Для определения окружной силы и особенностей ее действия на провод и вывод во время процесса накрутки необходимо определить вспомогательный угол χ (рис. 1б) в косоугольном треугольнике АОК и β — в косоугольном треугольнике ГОК.

В треугольнике АОК известны: длина сторон ОА = c+r+0,5d, ОК = c+0,5d и угол ОКГ = π/4+θ, в треугольнике ГОК сторона ОГ может быть определена как разность ГК = АК-r. На основе теоремы синусов для косоугольного треугольника получаем из треугольника АОК соотношение:

где с — половина диагонали квадратного поперечного сечения вывода, равная 1,41а; а — размер стороны квадратного вывода; θ — угол наклона витка к стороне квадрата (рис. 1б), периодически изменяющийся, судя по рис. 2, от π/2 до 0 у каждой стороны квадрата.

На рис. 3 показано изменение величины sinx от радиуса r при θ = 0 и π/2. А на рис. 4 — зависимость sinx от θ при радиусе r = 2, из которой следует, что sinx имеет наибольшую величину при θ = π/4.

Зависимость sinx от радиуса г: а) при θ = 0; б) при θ = π/2 для случаев: f(r)-a/d = 1,7; f1(r) — a/d = 2,5; f2(r) — a/d = 3

Рис. 3. Зависимость sinx от радиуса г: а) при θ = 0; б) при θ = π/2 для случаев: f(r)-a/d = 1,7; f1(r) — a/d = 2,5; f2(r) — a/d = 3

Зависимость f(0) = sinx от угла θ при: c/d = 1,7 (f(8)); с/d = 2,5 (f1(8)), с/d = 3 (f2(8))

Рис. 4. Зависимость f(0) = sinx от угла θ при: c/d = 1,7 (f(8)); с/d = 2,5 (f1(8)), с/d = 3 (f2(8))

Полная величина окружной составляющей силы натяжения (рис. 1б) на выходе из тороидальной кромки накручивающего валика равна:

Рок = Р sin β. (6)

А горизонтальная составляющая этого усилия, определяющая крутящий момент в плоскости, перпендикулярной оси вывода, должна учитывать наклон Рок к ней, то есть угол γ (2), и равна:

Рдв = Рок cosγ = Р sinβcosγ (7)

Здесь sinβ определяется выражением (12), другие необходимые параметры из треугольников АОК и ГОК равны с учетом теоремы синусов:

ГК = АК-r, (8)

η = 3/4π-θ-χ и χ = arc(sinχ). (10)

Так как параметры а и r линейно зависят от диаметра проводника d, то характер зависимости arc(sinχ) от а и r будет таким же. Это относится и к особенностям изменения окружного усилия накрутки (6). На рис. 5 показан характер зависимости максимального усилия накрутки, действующего на накручивающий валик, из которого следует, что это усилие является постоянным при выбранном диаметре вывода.

Зависимость усилия накрутки от диаметра накручиваемого проводника

Рис. 5. Зависимость усилия накрутки от диаметра накручиваемого проводника

Для определения мощности привода необходимо определить крутящий момент. С этой целью вычислим плечо действия усилия накрутки — радиус действия наибольшего усилия: R = ОГ. Эту величину определим из треугольника ОКГ, в котором известны отрезки: ОК = c+0,5d, ГК, определяемый выражением (8), и угол θ+π/4. На основе теоремы косинусов получаем (11).

Параметр sinβ определим на основе теоремы синусов из треугольника ОГК с учетом R:

 

На рис. 6 показана особенность зависимости радиуса R от угла θ, из которой можно установить, что процесс перехода накрутки от одной стороны квадрата вывода к другой сопровождается скачкообразным уменьшением этого радиуса от величины ~2,1 при θ = 0 до ~1,85 при θ = π/2.

Зависимость радиуса R от угла θ

Рис. 6. Зависимость радиуса R от угла θ

Расчет параметров вывода — стороны квадрата — основывается на прочности его материала. Для этого используем соответствующие процессу кручения формулы в теории расчетов на прочность, определяющие крутящий момент и угол закручивания. Предельные значения крутящего момента М и угла закручивания φ равны:

М = αa3[τ], φ = Ml/γa4G, (13)

где α—коэффициент, равный 0,208; а—размер стороны квадрата; [τ] — допустимая величина напряжения сдвига; l — расстояние от основания вывода до места приложения на нем усилия накрутки; λ — коэффициент, равный 0,14; G — модуль упругости при сдвиге.

Крутящий момент с учетом силы Рдв (7) равен:

Мдв = Рдв R = Р sinβ cosγR, (14)

где R — плечо силы, определяемое выражением (11). Из формулы (14) и рис. 7 следует, что в связи с изменением радиуса R и угла β величина крутящего момента при повороте накручивающего валика относительно стороны вывода на угол от θ = π/2 до θ = 0 пульсирующе изменяется, хотя сила накрутки остается постоянной.

Кривая изменения крутящего момента в зависимости от угла поворота относительно стороны вывода

Рис. 7. Кривая изменения крутящего момента в зависимости от угла поворота относительно стороны вывода

Мощность электродвигателя с учетом этих данных равна в кВт:

N = (Μде·ν)/(102·60), (15)

где ν — скорость накрутки, равная 2πRnн/1000 (м/мин); пн — частота вращения накручивающего валика, принимаемая обычно в пределах от 14 до 300 об/мин. Очевидным является то, что мощность привода накручивающего устройства необходимо рассчитывать с учетом этих особенностей процесса.

Угол φ определяется в тех случаях, когда при небольшом расстоянии между накрученными концами проводника при разгрузке вывода от крутящего момента возможно натяжение проводника. Такое натяжение обычно недопустимо, и поэтому необходимо предусматривать определенный запас провода.

Из формулы (13) с учетом (14) получим предельную минимальную величину стороны квадратного поперечного сечения вывода при выбранном материале вывода:

Таким образом, получены основные соотношения, позволяющие при проектировании процессов и инструментов для электромонтажа способом накрутки определить главные параметры этого процесса: осевое усилие натяжения проводника и осевое усилие прижима витков; силу, определяющую мощность привода электродвигателя, и параметры поперечного сечения вывода. Для этой цели в условиях, когда объекты производства часто меняются, может быть представлена автоматизированная система расчета всех параметров процесса накрутки. ИМЯ

Литература

  1. Ковалев С. В., Ковалев В. Г. Основные расчетные параметры электромонтажа методом накрутки // Технологии в электронной промышленности. 2008. № 8.
  2. Ковалев С. В., Ковалев В. Г. Электрический монтаж накруткой // Сборка в машиностроении и приборостроении. 2008. № 9.
  3. Ковалев С. В., Ковалев В. Г. Технико-экономические вопросы производства радиоэлектронных средств // Вестник МГУПИ. Серия «Машиностроение». 2009. № 23.

Другие статьи по этой теме


 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

Оцените, пожалуйста, удобство и практичность (usability) сайта:
Хорошо
Нормально
Плохо