Цилиндрическая щетка

 

сОюз сОВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„14614 (5D 4 А 46 В 7/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4121488/31-12 (22) 22.09.86 (46) 28.02.89, Бюл. N 8 (71) Белгородский технологический институт строительных материалов им.И.А.Гришманова (72) И.Г.Гавриленко (53) 621.7.022.2 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1233854, кл. А 46 В 7/ 10, 1986. (54) ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ ЩЕТКА (57) Изобретение относится к инструментам для удаления с поверхностей металлов шлака, ржавчины, окалины, заусенцев, для резания металлов.

Вп

Цель изобретения — повышение долго.вечности. Цилиндрическая щетка содержит втулку 1 с установленным на ней набором разделенного кольцеобразны" ми держателями 2,3,4 U-образного проволочного ворса 5 и расположенные на противоположных ее концах фланцы 6 для зажима ворса в зоне его рабочих и нерабочих концов, имеющие на сторонах, обращенных к ворсу,;кольцевые выступы 7,8, контактирующие в рабочими и нерабочими концами ворса. Выступы имеют выполненные в виде концентричных колец канавки 9, имеющие треугольный профиль с углом при вершине

55-65 . Величины радиусов наружных с

<О

146 поверхностей держателей, начиная от держателя 4, расположенного на оси симметрии щетки,проходящейперпендикулярно оси ее вращения,до последнего держателя 2 по длине втулки 1,расположены в порядке убывающей арифметическойпрог1400 рессии. Величина радиуса наружной поверхности держателя 4 меньше расстояния от оси вращения щетки до основания кольцевого выступа 7.фланцев 6 на одну-три величины разности прогрессии. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к инструментам для удаления с поверхностей металлов шлака, ржавчины, окалины, заусенцев, для резания металлов.

Цель изобретения - повышение долговечности.

На чертеже представлена щетка, общий вид, разрез.

Щетка содержит втулку 1 с установленным на ней набором разделенного кольцеобразными держателями 2, 3 .и

4 U-образного проволочного ворса 5 и расположенные на противоположных ее концах фланцы 6 для зажима ворса в зоне его рабочих и нерабочих концов, имеющие на сторонах, обращенных к ворсу, кольцевые выступы 7 и 8, контактирующие с рабочими и нерабочими концами ворса, с канавками 9, 20 которые имеют треугольный профиль с о углом при вершине 55-65 и выполнены в виде концентричных колец.

Кольца 2, 3 и 4 имеют различные радиусы наружной поверхности, вели- 25 чины которых, начиная от радиуса кольца 4, проходящего через ось симметрии щетки, до радиусов крайних по длине втулки колец 2, расположены в порядке убывающей арифметической прогрессии, а радиус держателя 4 меньше расстояния от оси вращения щетки до основания кольцевого выступа 7 фланцев 6 на одну-три величины разности прогрессии (г).

Величины радиусов наружней поверхности крайних по длине втулки держателей 2, держателя 4, расстояния от оси вращения щетки до основания кольцевого выступа 7 фланца 6 и ширины 40 набора ворса в сечении у периферии колец 2 и 4 и у основания выступов

7 и 8 фланцев 6 определяются соотношением

, () л

27iR „(B „- h z)

d d

ii (==)z

i()2m

2 — — — -- (27iR, (В, — h) 27RB 0,837, где и = 3,14 — отношение длин окружности к диаметру;

d — диаметр проволочек ворса;

m — общее число проволочек ворса;

К„, R u R — радиусы колец 2 и 4 и расстояние от оси вращения щетки до основания выступа 7 соответственно;

В„, В, и В -.ширина набора проволочного ворса у периферии колец 2 и 4 и у основания выступов

7 и 8 фланцев 6 соответственно;

h — толщина кольца, огибаемого U-образным ворсом; — число колец в наборе.

Такое соотношение указанных параметров определяется оптимальными значениями коэффициента:.плотности проволочного ворса, т.е. отношением суммы площадей торцов всех проволочек ворса щетки к занимаемой ими площади на рабочей поверхности, составляющими 0,785...0,837, при которых проволочки ворса соприкасаются между со= бой и имеют зазоры.

Коэффициент плотности проволочного ворса, равный 0,785, является числовым отношением площади вписанного

1461400 4

Подставив зто значение 1 в соотношение 1/i = 50...100, получают

20 Z

Р„ l i

100, круга к площади описанного прямоугольника (квадрата), При таком коэффициенте плотности проволочки вор» са располагаются правильными рядами по осям. При расположении двух соседних рядов проволочек в шахматном порядке и соприкосновении проволочек между собой коэффициент плотности будет равен 0,837 (определяется геометрическим построением и расчетом).

Такое положение занимает проволочный ворс в предлагаемой щетке в зоне между боковыми кольцами и поверхностью прижимных фланцев, контактирующей с ворсом. При увеличении числа рядов проволочек, расположенных в шахматном порядке, коэффициент плотности

1 повышается соответственно до 0,856 при трех рядах проволочек, до 0,866— при четырех рядах и т.д.

Свободная длина проволочек ворса и наименьший радиус инерции поперечного сечения проволочек определяется соотношением

1/i =7 EJ/Є l/1 = к E J/Р„ li = 50... 1 00 ,Л г

Свободная длина проволочек ворса и прогиб проволочек в процессе работы определяются соотношением

1 2Е Jx

3 — — = — — 30

f Р 1г где 1 — свободная длина проволочек ворса, мм;

15 — прогиб проволочек в процессе работы, мм;

Š— модуль упругости материала проволочек, ИПа; — момент инерции сечения проволочек относительно главной центральной оси, мм4;

P — поперечная (тангенциальная)

z сила, действующая на свободный конец проволочек, Н.

В расчетах гибких стержней на деформацию упругого изгиба соотношение их прогиба и длины по приближенной теории определяется из уравнения где ь = 3,14 к кр отношение длины окружности к диаметру; модуль упругости материала проволочек,МПа; момент инерции сечения проволочек относительно главной центральной оси, мм»; наименьшая (первая) критическая или зйлерова сила, Н; свободная длина проволочек ворса, мм наименьший радиус инерции поперечного сечения проволочек,мм.

В расчетах на устойчивость стальных стержней по формуле Эйлера их гибкость должна составлять gi = -- 1 1/i — 100...200, где 3 — гибкость стержня; М вЂ” коэффициент приведения длины; 1 — длина стержня; i — наименьший радиус инерции поперечного сече.ния стержня. Для консольно закрепленного стержня (проволочки) коэффициент приведения длины (p) равен 2. Тогда для проволочек ворса цилиндрической щетки % =21/i = 100...200 или 1/i

= 50...100. Из формулы Эйлера Р„

=т ЕЛ/1г определяют 1 = (< EJ/Ð 1, f 1

Ml

Е 1х

30 где f, 1

35

3,3 1/f 2Е Jx/М 1, 5р Таким образом, наименьшая величина предела соотношения длины стержня и его прогиба, при котором стержень сохраняет упругость, равна 3,3, что практически соответствует наименьшей

55 величине предела соотношения свободной длины проволочек и их прогиба в процессе работы 1/f = 3 ° За наибольшую величину указанного предела теоретически можно брать величину, сколь- прогиб стержня; — длина стержня; — изгибающий момент; — модуль упругости материала стержня;

J „ — момент инерции сечения стержня относительно главной центральной оси.

40 Данное уравнение дает достаточную точность даже при соотношении f /1

0,3.

Поменяв местами в данном уравнении параметры f и 1, получим 1/f

45 = 10/3 3,3, а в целом уранение примет вид

1461400 ко угодно большую наименьшей величины предела, а практически ее целесообразно взять в 10 раэ больше, чем наименьшая величина предела, т.е. равной 30. Как показывает практика применения аналогичных проволочных щеток, свободная длина проволочек составляет (1) 15 мм, а их натяг в процессе работы, т.е. величина пере- 1О мещения свободного конца проволочек от исходной касательной плоскости в перпендикулярном направлении в процессе упругого изгибе или, что то же самое, расстояние, на которое переме- 15 щается щетка от обрабатываемой поверхности в перпендикулярном к ней направлении, составляет U = 0,5...

1,5 мм. При такой свободной длине проволочек и их .натяге упругий про- 2О гиб (f) составляет 3...5 мм,(по геометрическому построению), а соотношение 1/f = 15/5 = 3 и 1/f = 15/3 = 5.

В указанных расчетах гибких стержней изгибающий момент в каком-либо 25 сечении z равен М = Р(1- z), а при z= — 1 равен М = Р1, где M - изгибающий момент; P — - сосредоточенная сила, которой нагружена на свободном конце консоль; 1 — длина консоли. ЭО

Таким образом, указанное уравнение после преобразований применительно к проволочкам ворса цилиндрической щетки можно представить в следующем виде

1 2Е Зх

3 — c 30.

P 1

Благодаря тому, что кольца имеют различные величины радиуса наружной 4О поверхности, при этом величины радиусов, начиная от радиуса наибольшего кольца до радиуса наименьших колец, расположены в порядке убывающей арифметической прогрессии, а радиус на- 45 ибольшего кольца 4 меньше расстояния от оси вращения щетки до основания выступа 7 на одну-три величины разности прогрессии, уменьшаются зазоры в йроволочном наборе, повьппается 50 плотность ворса, увеличивается площадь контакта средних и прилегающих к ним рядов ворса с боковыми поверхностями колец, что обеспечивает больший силовой контакт колец с ворсом и тем самым предотвращает его проворачивание в процессе работы, а в конечном итоге повьппает надежность крепления ворса и его долговечность, Благодаря определенному соотношению радиусов держателей 2 и 4 и расстояния от оси вращения щетки до основания выступа 7 и ширины набора ворса в сечении у периферии кблец 2 и 4 и у основания выступов 7 и 8 фланцев 6 обеспечивается равномерная плотность проволочного ворса в пределах оптимальных значений коэффициен.та плотности, составляющих 0,785...

0,837, при которых проволочки ворса соприкасаются между собой и имеют зазоры, что повьппает надежность крепления ворса и обеспечивает его упругую деформацию в процессе работы.

Благодаря определенному соотношению свободной длины проволочек ворса и наименьшего радиуса инерции поперечного сечения проволочек обеспечивается необходимая гибкость и жесткость проволочного ворса, что повышает эффективность и качество обработки.

Благодаря определенному соотношению свободной длины проволочек ворса и прогиба проволочек в процессе работы обеспечиваются упругая деформация (изгиб) проволочек, образование рабочих углов проволочек и действие эффекта клина на обрабатываемую поверхность, что повышает эффективность и качество обработки.

Щетка может работать в режимах зачистки и резания металлов. Для работы в режиме резания необходимо, чтобы твердость и предел прочности при растяжении проволоки ворса щетки были вьппе соответственно твердости и предела прочности при растяжении обрабатываемого металла примерно в

1,6... 1,8 раза. В качестве ворса можно применять проволоку стальную углеродистую пружинную по ГОСТ 938975, изготовленную, например, из стали марки 65 Г по ГОСТ 1050-74, или проволоку стальную легированную пружинную по ГОСТ 14963-78, изготовленную из стали марок 51ХФА, 60С2 А, 65С2ВА, 70СЗА по ГОСТ 14959-79.

Щетка может быть использована в качестве рабочего инструмента горизонтально-фрезерных и специальных зачистных станков, стационарных установок и передвижных агрегатов, ручных шлифовальных машин и другого механизированного инструмента.

В предлагаемой щетке обеспечивается равномерная плотность ворса и

14б1400

1. Цилиндрическая щетка, содержащая втулку с установленными на ней кольцеобразными держателями, несущи- 25 ми U-образные пучки проволочного ворса и взаимодействующие с участками их сгиба своей внутренней поверхностью, и расположенные на противоположных концах втулки фланцы, имеющие на сторонах, обращенных к ворсу, кольцевые выступы для сжатия пучков ворса в зоне их рабочих и нерабочих концов с концентрично расположенными кольцевыми канавками треугольного профиля с углом при вершине 55-65 о отличающаяся тем, что, с целью повьнпения долговечности, величины радиусов наружной поверхности кольцеобраэных держателей, начиная 40 от держателя, расположенного по оси симметрии щетки, проходящей перпендикулярно оси ее вращения, до последнего по длине втулки держателя, расположены в порядке убывающей арифме- 45 тической прогрессии, а величина радиуса наружной поверхности, проходящего через ось симметрии щетки, меньше расстояния от оси вращения щетки до основания кольцевого выступа флан- 50 ца, взаимодействующего с рабочими концами пучков ворса, на одну — три величины разности прогрессии.

2. Щетка по п.1, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что величины радиусов 55 наружной поверхности крайних по длине втулки кольцеобразных держателей, держателя, проходящего через ось симметрии щетки, расстояние от оси вра30 надежность его крепления, так как держатели ворса имеют разные по величине радиусы (диаметры) наружной поверхности и расположены в пирами- 5 дальном порядке в конусообразном наборе ворса, в результате чего зазоры между средними и прилегающими к ним рядами проволочного ворса ликвидируются, площадь контакта и соответст- 10 венно силовой контакт этих рядов ворса с кольцами повьппается, набор ворса приобретает равномерную плотность, что повышает надежность крепления ворса и, соответственно, его стойкость и долговечность.

Щетка может найти широкое применение B машиностроении и металлообработке.

Формула изобретения щения щетки до основания кольцевого выступа фланца, взаимодействующего с рабочими концами пучков ворса, и ширина набора ворса в сечении у периферии крайних по длине и проходящего через ось симметрии щетки держателей и у основания выступов фланцев определяются соотношением ((() m

2 ((К и (В ((— h ° z) л О (- -)2 m

2 — -- (2NRÂ

0,785 (() ш

2"К, (В(— h) 0,837, где

m (, Å J÷

50 "- -- — — — 100, Р„р 1 „ где Е модуль упругости материала проволочек, ИПа; момент инерции сечения проволочек относительно главной центральной оси, мм ; наименьшая (первая критическая или эйлерова сила), Н; свободная длина проволочек ворса, мм; кр

1 — диаметр проволочек ворса; — общее число проволочек ворса щетки;

R„,R, и R — радиусы наружней поверхности крайних держателей, держателя, прохЬдящего через ось симметрии щетки, и расстояние от оси вращения щетки до основания выступа фланца, взаимодействующего с рабочими концами пучков ворса;

В„,В, и  — ширина набора проволочного ворса у периферии крайних держателей, держателя, проходящего через ось симметрии щетки, и у основания выступов фланцев соответственно;

h — толщина кольца, огибаемого U-образным ворсом;

z — число колец в наборе.

3. Щетка по п.1, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что свободная длина проволочек ворса и наименьший радиус инерции поперечного сечения проволочек определяются соотношением

1461400

1 2Е,Ь

f Р V

30, 5 rpe

Составитель М.Сонина

Редактор М.Петрова Техред Л.Сердюкова Корректор В.Романенко

Заказ 620/2 Тираж 326 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательСкий комбинат "Патент"., г.ужгород, ул. Гагарина, 101 — наименьший радиус инерции поперечного сечения проволочек, мм.

4. Щетка по п.1, о т л и ч а ю— щ а я с я .тем, что свобрдная длина проволочек ворса и прогиб проволочек в процессе работы определяются соотношением прогиб проволочек в процессе работы, мм; поперечная (тангенциальная) сила, действующая на свободный конец проволочек, Н.