Устройство для литья полых керамических сфер

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 1)5 С 04 В 33/2 ОПИСА БРЕТЕНИЯ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ готовИ аюп. Ухерами еский комбипрочности АН ибооблем.Козыр ень 8.8)Особ з, 19 ДЛЯ ЛИ ок1, ве е гое Формы ли 9, с.462,ЬЯ ПОЛЫХ К йс Ю ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение относится к и лению центробежным способом по .сфер из керамики, используемых честве элементов плавучестей и ных корпусов гидрофизических п ров. Целью изобретения являетс вышение качества полых сфериче оболочек из керамики за счет у шения разнотолщинности их стен Устройство включает основание тикальные валы 2 и вилку 3, дв ризонтальные цапфы 7 и 8, рамк с запорами 10, диск 13. В .устр1546448 дактор Н.Киштулин орректор С.Шекма Тираж 564 Подписноеударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Гагарина, 101 ро город ЗаказВНИИПИ оставитель Г.Афиногеноехред Л.Сердюкова ственцо-издательский комбинат "Патент фЙФиг,91546448 15 имеется два продольных сквозных отверстия в основании 1, расположеннныхсимметрично вертикальной плоскости,проходяшей через оси вращения ведущего 5 и ведомого 6 колеса, в которыхустановлено два ходовых винта. Устройство снабжено тремя каретками,из них две каретки являются подвижными, кинетически связанными с ходовыми винтами, а третья каретка является неподвижной, .закрепленной наосновании 1. Кроме того, устройствоснабжено массивной рамой с тремякронштейнами и содержит дополнительный электропривод 18 с редуктором,коленчатый вал 2 1 с шатуном 22, закрепленным на одном кронштейне и кинематически связанным с ведущим колесом дополнительного редуктора, ашатун 22 вторым концом шарнирно соединен с неподвижной кареткой 23,при Изобретение относится к изготовлению центробежным способом полыхсфер из керамики, используемых в30качестве элементов плавучестей ипрочных корпусов гидрофизических приборов.Цель изобретения - повышение качества полых сферических оболочекиз керамики за счет уменьшения разнотолщинности их стенок,На фиг.1 показано устройство,продольное сечение; на фиг.2 - разрезЕ-Е на фиг,1; на фиг.3 - разрез К-К 40на фиг,2; на фиг.4 - вид Р на фиг,1;на фиг.5 - разрез 1.-Ь на фиг.4; нафиг.б - разрез К-К на фиг. 1;на фиг.7 -разрез Р-Р на фиг.1; на фиг.8 - раз,рез Б-И на фиг. 1; на фиг. 9 - разрезМ-М на фиг.1.Устройство содержит основание 1,вертикальный вал 2, вилку 3, привод4, содержит электродвигатель с редуктором, ведущее колесо 5, ведомое.колесо 6, цапфы 7 и 8, рамку 9 с запорами 10, гипсовую форму из двухчастей 11 и 12, диск 13. Движениеведущего колеса 5 передается ведомому 6 при помощи клинового ремня 14.Составной частью устройства явля"55ется рама 15 с кронштейнами 16 (один 1и 17 (два), дополнительным электроприводом с редуктором 18. Движение этом два других кронштейна шарнирносоединены с подвижными каретками.На концах винтов смонтированы двеодинаковые шестерни 28, которые соединены кинематически с промежуточной шестерней, что позволяет вращатьвинты одновременно с одинаковой скоростью и менять расстояние между подвижными и неподвижной кареткой 24,Наряду с этим, устройство снабженокомплектом сменных дисков 13 различного диаметра и дополнительной плитой 30, с которой взаимодействуютдиски, устанавливаемой на требуемомрасстоянии от основания 1. Содержитустройство три балансировочных груза, с помощью которых уравновешенасистема вращения формы 11 и 12, атакже основание 1,перемещающееся вокруг неподвижной оси. 2 з.п, ф-лы,9 ил. от редуктора с помощью клинового ремня 19 передается на ведомое колесо 20, смонтированное на кривошипном валу 21. Шатун 22 соединяет кривошипный вал 2 1 с неподвижной кареткой 23 с помощью штифта 24. Аналогичными штифтами 25 два кронштейна 17 соединены с двумя подвижными каретками 26 (фиг.2 и 3). Каретки 26 кинематически соединены с ходовыми винтами 27, На концах ходовых винтов 27 установлены два зубчатых колеса 28, кинематически связанных между собой таким же третьим колесом 29 (фиг.4).Дополнительная плита 30 с помощью колонок 31, зафиксированных гайками 32 (фиг.8), крепится на основании 1. В ней имеется центральное отверстие, диаметр которого превышает наружный размер вилки 3. Вилка 3 соединена с валом 2 с помощью резьбового соединения, фиксация осуществляется гайкой 33.На фиг.1 крепление вала 2 в основании 1 соответствует случаю, когда взаимодействие диска 13 с дополнительной плитой 30 осуществляется за счет сил трения. Перемещение вала 2 в радиальном направлении ограничено шарикоподшипником 34, С нижней стороны основания 1 установлен опорный подшипник 35, который усилием пружи 1546448ны 36 постоянно поджат к основанию. Поскольку пружина 36 взаимодействует с ведомым колесом б, то ее усилие создает дополнительную нагрузку на диск 13, взаимодействующий с основанием 30.На фиу .9 показан вариант крепления вала 2 в основании 1 цля случая, когда диск 13 и дополнительная плита 30 взаимодействуют благодаря наличию зубчатого зацепления, В этом случае отсутствует пружина 36, имеются два упорных подшипника 37 и 38. Вал фиксируется от перемещения в осевом 15 направлении гайками 39 и 40. Резьбовая нарезка на валу 2 выполнена таким образом, что его положение в вертикальном направлении можно изменять на величину 1. Крутящий момент от колеса 6 на вал 2 передается благодаря призматической шпонке 41. Колесо 6 зафиксировано на валу 2 с помощью гайки 42 с шайбой 43.Поскольку Форма 11 выполнена иэ гипса, ее контакт с металлической рамкой 9 исключен с помощью прокладок 44 иэ резины, кожи или другого эластичного материала. На втором конце цапфы 8 закреплен балансировочный груз 45. Изготавливаемая в форме полая сфера из керамики, показана штрихпунктирной линией и обозначена позицией 46 (фиг.1).Ходовые винты 27 (Фиг,2) смонтированы в основании 1 с помощью ради 35 альных 47 и 48, а также упорных 49 и 50 шарикоподшипников. Осевое усилие ходового винта при движении каретки 26 уравновешивается реакцией резь- бовой пробки 51, ввинченной в основание 1. Зубчатое колесо 28 передает крутящий момент на винт 27 с помощью шпонки 52. На зубчатом колесе 28 имеются для ручного привода руко ятки 53. Каретка 26 фиксируется неподвижно относительно ходового винта 27 и основания 1 затяжкой гайки 54 с шайбой 55 (фиг2 и 3).Штифт 25 (фиг.2 и 3) зафиксирован от перемещения в кронштейне 17 шплин 50 том 56 (Фиг,3 и 4).Промежуточная шестерня 29 (фиг.4) смонтирована на неподвижном валу 57 (фиг.5) с помощью радиального шарикоподшипника 58. Движение шестерни 29 вдоль оси ограничивают гайка 59 с шайбой 60. На свободный конец вала 57 навинчен рычаг 61, на котором с помощью гаек 62 и 63 зафиксирован балансировочный груз 64 (фиг.5).С противоположной стороны от местаустановки балансировочного груза 64(фиг.5) к основанию 1 присоединен нарычаге 65 второй балансировочныйгруз 66, фиксируемый в требуемом положении гайками 67 и 68 (фиг.б) . Рычаг 65 соединен с основанием 1 резьбовым соединением, его положение .за-.фиксировано гайкой 69.Кронштейн 16 крепится к раме 15винтами 70 (фиг.7) . Кривошипный валсмонтирован с помощью радиальных шарикоподшипников 71 и 72, между которыми установлено кольцо 73. Ведомоеколесо 20 зафиксировано от перемещения вдоль оси гайкой 74 с шайбами 75и 76. Передача с колеса 20 крутящегомомента на вал 2 1 достигается благодаря наличию шпонки 77. Шатун 22 соединен с кривошипом вала 21 с помощью радиального шарикоподшипника 78,Фиксация от перемещения вдоль горизонтальной оси достигается затяжкойгайки 79 с шайбой 80 (фиг,7),Дополнительная плита 30 фиксируется от перемещения относительно колонок 3 1, кроме гаек 32, винтами 8 1 сшайбой 82, При этом винты 81 ввинчиваются в цилиндрическую часть колонки диаметром д (фиг.8) .На чертежах приняты следующиеобозначения: х, у, г - координатныеоси с началом в точке О - центрыизготавливаемой сферы 46, Пи Пчисло оборотов сферы 46 вокруг горизонтальной и вертикальной осей х иг; П у - число оборотов кривошипноговала 21 вокруг оси у;. Ы- угол отклонения основания 1 от исходногосостояния, эа которое условно принимается тот момент времени, когда оськривошипа (точка С) находится в нижнем крайнем положении, т.е.РВ = ВС - РС.Максимальное значение угладостигается для случая, когдаРВ = РС+СВ.,и по теореме косинусов может бытьнайдено из выражения5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Поскольку в предлагаемом устройстве расстояние между точками А и В является переменной величиной, то согласно выражению (1) представляется возможным изменять величину угла ЫНа фиг.8 диаметр гладкой цилинд" рической части колонки 31, служащий для центрирования относительно основания 1 дополнительной плиты 30, обозначен Й.Расстояние от центра сферы О до центра диска 13 обозначено .отрез:ком ОТ,а радиус диска 13 - ЯТ (фиг.1).Сборка предлагаемого устройства может осуществляться в следующей по" следовательности.Ходовые винты 27 соединяют с каретками 26 и монтируют в продольных отверстиях основания 1, используя ,при этом подшипники 47-50, а также резьбовую пробку 51 (фиг,2) . На концах ходовых винтов 27 с помощью шпо нок 52 фиксируют зубчатые колеса 28 с рукоятками 53 (фиг.2, 4).Затем устанавливают неподвижную каретку 23 и фиксируют ее в рабочем положении с помощью гайки 54. с шайбой 55 (фиг.5) .Вращая поочередно ходовые винты 27 с помощью рукояток 53, добиваются такого положения, чтобы оси отверстий в каретках под штиФты 25 (фиг,2), оказались на одной прямой, перпендикулярной срединной поверхности, проходящей через оси вращения ведомого и ведущего колес 5 и 6 (фиг. 1), или, чтобы подвижные каретки 26 (фиг.2 и 3) были на одинаковом удалении от неподвижной каретки 23 (фиг. 1 и 5) . В таком положении фик,сируют каретки 26 гайками 54 с шайбами 55 (фиг.2 и 3) . Затем устанавливают вал 57 (фиг.5),на котором с помощью подшипника 58гайки 59 с шайбой 60 фиксируетсязубчатое колесо 29,На основании 1 монтируют электропривод 4 с редуктором и ведущим колесом 5 (Фиг.1).Если взаимодействие диска 13 сдополнительной плитой .30 происходитза счет сил трения, то вертикальныйвал 2 с помощью шпонки 4 1 (фиг,9),гайки 42 с шайбой 43 соединяют с веомым колесом 6, одевают пружину б, с помощью подшипников 35 и 34 монтируют в основании 1, фиксируя в требуемом положении с помощью гайки 33 и технологических подставок, Затем одевают клиновый ремень 14 (фиг.1) н с помощью отжимных устройств (не показан) перемещают электропривод 4 с редуктором, добиваясь требуемого натяжения ремня 14.В том случае, когда взаимодействие диска 13 с дополнительной плитой 30 происходит за счет зубчатого зацепления (фиг.1), вертикальный вал 2 (фнг.9) собирают с основаниемс помощью радиального 34 и двух упорных подшипников 37 и 38, фиксируя его в требуемом положении с по мощью гаек 39 и 40. Ведомое колесо 6 фиксируют на валу 2 с помощью шпонки 4 1, гайки 42 с шайбой 43. На верхний конец вала навинчивают гайку ЭЗ (Фиг.9), На колеса 5 и 6 одевают клиновый ремень 14 и обеспечивают требуемое натяжение путем перемещения электропривода 4 с редукто - ром (фиг,1).В дальнейшем к раме 15 подсоединяют три кронштейна 16 и 17 (фиг1) с помощью винтов 70 (фиг,7), монтируют дополнительный электропривод с редуктором 18. На кронштейне 16 устанавливают кривошипный вал 21 с помощью подшипников 71 и промежуточного кольца 73. С помощью шпонки 77, шайб 75 и 76, а также гайки 74 фиксируют на одном конце вала 21 ведомое колесо 20, которое с помощью клинового ремня 19 соединяют с ведущим колесом дополнительного электропривода с редуктором и с помощью натяжных устройств (не показаны) добиваются требуемого натяжения ремня 19. На второй, конец кривошипного вала с помощью подшипника 78, гайки 79 с шайбой 80 крепят шатун 22 (фиг.7) . Затем вращением кривошипный вал устанавливают в нижнее положение, при котором точка Б находится на прямой ВС между точками В и С (фиг,1).Собранное основание 1 устанавливают на раму 15, кронштейны 17 соединяют штифтами 25 с подвижными каретками 26, Штифты 25 фиксируют от смещения шплинтами 56 (фиг,2, 3). К основанию 1 подсоединяют с двух сторон рычаги 61 (фиг.5) и 65 (фиг.6) и фиксируют их гайками 69. На эти рычагиАВ + АРВС + РС,(2) 154навинчивают гайки 62 и 68, помещаютбалансировочные грузы 64 и 66 (фиг.5и 6), устанавливают их относительноточки А (фиг.1) в такое положение,чтобы основание 1 оказалось в рановесии. Балансировочные грузы 64 и 66фиксируют в таком положении гайками62, 63 и 67, 68 (фиг,5,6).После балансировки основания 1второй конец шатуна 22 (фиг.1) соединяют с помощью штифта 24 с неподвижной кареткой 23 (фиг.5) . Штифт 24фиксируют от перемещений шплинтом56 (фиг,4),Основание 1 осуществляет перемещение вокруг точки А только при выполнении условия 6448 10тируют диск 13, а на цапфе 8 - балансировочный груз 45.В рамке 9 устанавливают прокладки44 и гипсовую форму, состоящую издвух частей 11 и 12. Форму закрывают, фиксируют ее в рамке 9 зажимами10. Затем электроприводы основной 4и дополнительный 18 подсоединяют к 10электрическим сетям с помощью стан. дартных устройств (не показаны)Включают основной электропривод4. Рамка 3 начинает вращаться вокругвертикальной оси я со скоростью П 5Поскольку диск 13 находится в контакте с верхней плоскостью дополнительной плиты 30, то диск 13 начинаетвращаться вокруг горизонтальной осиОТ с числом оборотов П, которое определяется из следующего соотношенияИэ совместного рассмотрения формулы (1) и последнего неравенства следует, что работоспособность собранной системы достигается только при созе( (1,Последующий этап сборки устройства предполагает установку на верхнем конце вертикального вала 2 вилки 3 (фиг.1) и фиксацию ее гайкой 33. В зависимости от радиуса ТБ сменного диска 13 выбирается длина колонок 31, которые ввинчиваются в основание 1 и фиксируются гайками 32. Такие же гайки 32 навинчиваются на верхнюю часть колонки 3 1, затем. на колонки 3 1 устанавливают дополнительную плиту 30, которую фиксируют винтами 81 с шайбами 82 (фиг.8). Расстояние от верхней плоскостидополнительной плиты 30 до оси ОТвыбирается равным радиусу ТС диска13 в том случае, когда контакт в точке Б осуществляется за счет зубчатого зацепления. Если же контакт в точке 8 за счет сил трения, то указанное расстояние на 1-2 мм меньше радиуса ТБ диска 13 (фиг.1),Выбор указанного расстояния достигается за счет подъема или опусканиядополнительной плиты 30 относительно основания 1 за счет изменения положения регулировочных гаек 32(фиг.8),Цапфы 7 и 8 с рамкой 9, состоящейиз двух частей, соединяемых запорами10, монтируют внутри вилки 3. С наружной стороны вилки на цапфе 7 мон ОТ.П = Пх т ТЗ(3) При этом массу и размеры балансировочного груза 45 подбирают так,чтобы при вращении вилки 3 с рамкой9 и Формой 11 и 12 система работалаплавно без вибраций.30 Дополнительный электропривод 18может одновременно включаться с основным или с определенным временныминтервалом в зависимости от техноло,гических особенностей изготавливаемой сферы 46.При вращении дополнительного электропривода 18 вращательное движениеколенчатого вала 21 с помощью шату. на 22 преобразуется в возвратно-по ступательное перемещение основания1, а следовательно, и формы 11 и 12вокруг оси у. Таким образом, в отличие от известных предлагаемое устройство позволяет сообщить форме 11 45 и 12 перемещение вокруг трех координатных осей.Работа устройства, а также изготовление полых сфер из керамики осуществляются в следующей последовательности.Перед началом работы шатун 22 устанавливают в нижнее крайнее положение, отпускают запоры 1 О и снимают верхнюю часть рамки 9 с прокладками 44, а также верхнюю часть гипсовой формы 11.Внутреннюю полость формы 11 и 12обрабатывают технологическим раство 154ром для ее обезжиривания и обезвожи вания, просушивают.В нижнюю часть формы 12 помещают навеску шликера, объем которой равен объему изготавливаемой полой сфе" ры из керамики. Нижнюю часть сферы 12 накрывают верхней частью 11, В плоскости стыковки имеется на одной из полусфер выпуклый буртик, а на второй, соответствующая впадина, с помощью которых производится центрирование частей 11 и 12. Затем устанавливается верхняя часть рамки 9 и фиксируется запорами 10. С целью получения качественных полых сфер рекомендуется, чтобы время от момента заливки шликера до начала вращения формы 11 и 12 вокруг трех координатных осей не превышало 15-20 с,Включают электропривод 4, Форма начинает вращаться вокруг вертикальной и горизонтальной осей. После выкода на заданный режим: П =сопзй, а П определяется формулой (3), включают вспомогательный привод 18, благодаря чему форма начинает перемещаться вокруг третьей оси у.Вращение формы осуществляется до тех пор, пока не произойдет образование полой сферы с влажностью не более 16% (исходная влажность шликера 30-32%), Для каждой марки керамики это время подбирается экспериментальным путем. Затем прекращают подачу электроэнергии к основному и вспо,могательному двигателям. После остановки формы 11 и 12 отпускают запоры 10 снимают верхнюю часть рамки 9 и вынимают из нижней части рамки 9 форму 11 и 12 со сферой из керамики 46. Форму укладывают на подставку из керамики так, чтобы плоскость разъема оказаласьв вертикальном положении, разнимают половинки 11,и 12 и вынимают сферу 46. Ее подвялку и сушку осуществляют на подставке (бомзе) .После предварительной сушки сферы до влажности не более 2% производят ее обжиг, При этом также используют подставку (бомзу) с полусферической впадиной. Между подставкой и сферой перед обжигом помещают слой песка.Температура обжига вибирается в зависимости от химического состава керамики и может находиться в пределах 1350-1600 С.Рц) Р, (4) 5 где Р- величина центростремительной силы, которая действует на шликер при вращении формы еР - собственный вес единицы объема шликера сферы 46. 20 Р =- - гы3 т чБ(5)- удельный вес шпик ера; г - радиус срединной поверхности сферы 46, см;- ускорение свободного падения;где 30 Г 1 Пы = -- с - угловая ско рость вращения Йормы 11и 12.(б) 40 С учетом последних двух формул условие (4) имеет вид г 30гИ ) или П)Жг(7) 45Используя неравенство (7), изформулы (3) при известных значениях радиусов ОТ и ТБ можно найти числооборотов формы 11 и 12 вокруг вертикальной оси П.Поскольку под действием центробежных сил Йорма 11 и 12 подвергается действию растягивающих напряжений.то число оборотов формы должно бытьограничено следующим условием проч- ности 9,Р (8) - величина напряжений рас- В,втяжения в стенках форгде 6448 12Процесс центробежного литья изкерамики сфер 46 может осуществля ься только при определенных числах 5оборотов П;, и П , а также числадвойных ходов П основания 1 с форумой 11 и 12.Рассмотрим вращение вокруг оси х.Выберем элемент сферы 46 с объемом,равным единице в районе ее пересечения с осью з. Условием равномерногорастекания шликера по форме 11 имы 11 и 12, действующих в меридиональном и тангенциальном направлениях;Г 4 3 - допускамемые напряжениярастяжения для материала, из которого изготовлена сфера 11 и 12.Укаэанный подход выбора числа обо О ротов формы 11 и 12 вокруг осей х и г справедлив с учетом условия (8) для назначения числа оборотов Нвспомогательного злектропривода 18.15Формула изобретения 1Устройство для литья полых керамических сфер, содержащее основание, установленный на нем вертикальО ный вал, вилку, закрепленную на верхнем конце вала, электропривод с редуктором, ведомое колесо, закрепленное на нижнем конце вала и связанное с ведущим колесом редуктора, две горизонтальные цапфы, установленные соосно в вилке с возможностью вращения, рамку с запорами, расположен" ную внутри вилки и соединенную с цапфами, гипсовую разъемную форму,установленную в рамке, и диск, закрепленный на одной из цапф, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества изготавливаемых полых сферических оболочек эа счет уменьшения разнотолщинности их сте 35 нок, основание выполнено с двумя продольными сквозными отверстиями, симметрично расположенными относитель,но вертикальной плоскости, проходящей через оси вращения ведомого иведущего колес, а устройство снабжено двумя ходовыми винтами, установленными в продольных сквозных отверСтиях, тремя каретками со стопорными гайками, установленными снизу основания, две каретки иэ которых ки"нематически связаны с ходовыми винтами,а третья каретка закреплена неподвижно так, что ее ось совпадаетс вертикальной плоскостью, горизонтальной рамой с тремя кронштейнами,дополнительным редуктором, коленчатым валом, который шарнирно закреплен на одном из кронштейнов икинематически связан с ведущим колесом дополнительного редуктора, а .егошатун шарнирно соединен с неподвижной кареткой, при этом два другихкронштейна шарнирно соединены с,подвижными каретками,2. Устройство по п.1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюрегулирования частоты вращения рамки,с формой, оно снабжено комплектом,контактирующей с диском.3. Устройство по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем,что оноснабжено двумя штангами, закрепленными на противоположных сторонах основания, и баланснровочными грузами, установленными на штангах.