№
|
Наименование параметра
|
Размерность
|
Величина
|
1
|
Номинальное усилие
|
кН
|
25
|
2
|
Ход ползуна
|
наибольший
|
мм
|
36
|
наименьший
|
4
|
3
|
Число ходов ползуна
|
непрерывных
|
ход/мин
|
200; 250;
315; 400.
|
одиночных
|
50
|
4
|
Наибольшее расстояние между столом и
ползуном при его нижнем положении при наибольшем ходе
|
мм
|
180
|
5
|
Расстояние от оси ползуна до станины (вылет)
|
мм
|
100
|
6
|
Расстояние между стойками станины в свету
|
мм
|
90
|
7
|
Величина регулировки расстояния между столом и ползуном
|
мм
|
32
|
8
|
Толщина подштамповой плиты
|
мм
|
36
|
9
|
Угол наклона станины
|
град
|
_
|
10
|
Размеры
стола
|
слева-направо
|
мм
|
280
|
спереди-назад
|
мм
|
180
|
11
|
Размеры отверстия
в столе
|
слева-направо
|
мм
|
_
|
спереди-назад
|
мм
|
_
|
диаметр
|
мм
|
90
|
12
|
Размеры ползуна
|
слева-направо
|
мм
|
120
|
спереди-назад
|
100
|
13
|
Размеры отверстия
в ползуне
|
диаметр
|
мм
|
25Н8
|
глубина
|
мм
|
50
|
14
|
Максимальный ход
выталкивателя в ползуне
|
мм
|
5
|
15
|
Высота стола над
уровнем пола
|
мм
|
800
|
16
|
Наибольшая
площадь среза
|
при
|
мм
|
50
|
при
|
40
|
при
|
33,3
|
17
|
Технологическая
работа
|
при непрерывных
ходах
|
кгс см
|
0,7
|
при одиночном
ходе
|
1,4
|
18
|
Приводные ремни
|
тип
|
|
клиновой
|
Размер по ГОСТ
1284-68
|
А-1800Ш
|
количество
|
1
|
19
|
Электродвигатель
главного привода
|
тип
|
|
4АА63В4
|
мощность
|
кВт
|
0,37
|
частота вращения
|
|
1370
|
20
|
Габаритные
размеры пресса: слева-направо
|
мм
|
780
|
|
спереди-назад
|
мм
|
850
|
высота
|
мм
|
1640
|
21
|
Масса пресса
|
кг
|
450
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. ОПИСАНИЕ
УСТРОЙСТВА И ПРИНЦИП РАБОТЫ
Пресс однокривошипный простого действия
двухстоечный ненаклоняемый КД2114А:
От электродвигателя 1 крутящий момент
передается через шкив 2 и клиноременную передачу 3 маховику 4, который
находится в шарикоподшипниках 5 через муфту-тормоз 7 к главному валу 6. Главный
вал опирается на роликовые подшипники 8. На валу установлена эксцентриковая
втулка 9, входящая в зубчатое зацепление с шатуном 15 ( шатун регулируемой
длины, регулировка осуществляется с помощью винта 11) с помощью гайки 10. Ползун
12 соединён с шатуном через сферическую головку. 13–планка выталкивателя,
14–упор выталкивателя, 16–призматические направляющие ползуна.
Рисунок 1 –
Кинематическая схема пресса однокривошипного простого действия двухстоечного
ненаклоняемого КД2114А.
3. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ
РАСЧЁТ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА
Для расчета зададимся исходными данными:
Нахождение законов движения
исполнительного механизма сводится к построению графиков:
Закон перемещения [2]:
,
|
(1)
|
где -
радиус кривошипа,
-
коэффициент шатуна,
-
угол поворота кривошипа.
|
|
Коэффициент шатуна для
кривошипных универсальных простого действия с регулируемым ходом прессов
находится в интервале , принимаем [3].
Радиус кривошипа рассчитывается по формуле
(2):
,
|
(2)
|
.
Длина шатуна рассчитывается по формуле
(3):
,
|
(3)
|
,
Принимаем .
Закон изменения скорости:
,
|
(4)
|
где
|
|
Закон изменения ускорения:
,
|
(5)
|
Графики приведены на рисунках 3, 4,5
Результаты расчетов в таблице 2.
Рисунок 3 – График перемещения
Рисунок 4 – График скорости
Рисунок 5 – график ускорения
4. РАСЧЁТ ГЛАВНОГО ВАЛА
4.1
Определение основных размеров главного вала
Определим исполнительные размеры главного
вала:
Исходя из производственного опыта, примем .
.
.
.
.
Принимаем , .
Эксцентрицитет втулки определим по формуле
[3]:
,
|
(6)
|
При выборе эксцетрикового вала необходимо
проверить диаметр эксцентрика на условие
отсутствия подрезки вала в месте перехода эксцентрика в коренные шейки:
Эскиз главного вала представлен на рисунке
6.
Рисунок 6– Эскиз главного вала
4.2 Статический расчет исполнительного механизма
Для эксцентриковых валов применяют
улучшенную сталь 45
.
По формуле (7) определяем относительный
крутящий момент , [2]:
,
|
(7)
|
где -
относительное плечо идеального механизма, м;
-
относительное плечо сил терния, м.
|
|
,
|
(8)
|
где -
коэффициент трения, .
|
|
.
Относительное плечо идеального механизма
рассчитывается по формуле (9), [2]:
.
|
(9)
|
Усилие деформации ,действующее
по ползуну рассчитывается по формуле (10), [3]:
;
;
|
(10)
|
где −
коэффициент запаса прочности, [3],
−
коэффициент эквивалентной нагрузки, [3],
−
коэффициент концентрации напряжений при изгибе, [3],
−
коэффициент концентрации касательных напряжений [3],
−
масса муфты в сборе с маховиком
−предел выносливости при изгибе.
|
|
Для определения крутящего момента на
главном валу воспользуемся формулой (11), [2]:
.
|
(11)
|
Рисунок 7 – График приведенного плеча силы
Рисунок 8 – График усилия деформации
Рисунок 9 – График крутящего момента
5. РАСЧЕТ
УЗЛА ШАТУН ─ ПОЛЗУН
5.1 Расчет шатуна
Шатун является ответственным элементом
пресса, посредством которого осуществляется передача усилия со стороны ползуна
на коленчатый вал. Чугунные шатуны дополнительно рассчитываются в сечении I-I.
Сжимающее напряжение:
и
|
(12)
|
где -
площадь регулировочного винта;
- диаметр регулировочного винта;
- площадь проточки под винт в шатуне.
|
|
Рисунок 10 − Эскиз шатуна
и
Кроме сжимающих нагрузок шатун
воспринимает изгибающий момент:
,
|
(13)
|
где -
расстояние от оси малой головки до опасного сечения
|
|
Напряжение от изгиба:
,
|
(14)
|
где -
момент сопротивления изгибу сечения.
|
|
Момент сопротивления изгибу сечения:
и .
|
(15)
|
и
Напряжение от изгиба:
Результирующее напряжение в сечении:
.
|
(16)
|
Для шатунов универсальных прессов:
стальной винт (сталь 45) и чугунный шатун (СЧ
25) . Шатун удовлетворяет условию.
У шатунов регулируемой длины дополнительно
проверяется резьба на смятие и изгиб.
Напряжение смятия резьбы:
,
|
(17)
|
где -
число витков;
-
коэффициент, учитывающий неравномерность
распределения нагрузки по виткам;
-
шаг резьбы.
|
|
Напряжение изгиба витков резьбы:
,
|
(18)
|
где -
коэффициент толщины витка.
|
|
Для шатунов из чугуна СЧ 25 , .
Шатун удовлетворяет условию.
Рисунок 10− резьба шатуна
5.2
Расчет ползуна
5.2.1 Расчет
направляющих ползуна
Хорошая работа кривошипной машины во
многом зависит от правильной конструкции узла, в котором крепится инструмент,
от правильной конструкции ползуна и его направляющих.
, т. к. расчет
ведется для случая .
Сила, приложенная со стороны ползуна к
направляющим ( см. рисунок 11) [1 стр. 33]:
Рисунок 11 – Эскиз направляющих
,
|
(19)
|
.
Сочленение ползуна с шатуном посредством шаровой
головки:
,
|
(20)
|
где –
длина направляющих ползуна, ;
;
,
,
.
|
|
.
.
.
.
Удельные усилия на направляющие:
а) от силы :
,
|
(21)
|
где –
ширина направляющих, ;
|
|
.
б) от момента :
,
|
(22)
|
Суммарное удельное усилие:
,
|
(23)
|
.
Максимальное удельное усилие в основном
определяет износ направляющих, поэтому это усилие необходимо сравнивать с
допускаемым удельным усилием. Перекос ползуна зависит от величины . Чем больше эта составляющая удельного
усилия, тем больше износ по краям направляющих и тем больше возможный перекос
ползуна.
Наибольшее допускаемое удельное усилие для бронзовых планок (Бр. О5Ц5С5)
составляет , условие выполняется.
Отношение: ,
|
(24)
|
где .
|
|
.
− условие
выполняется.
5.2.2 Расчет ползуна
Хотя в быстроходных кривошипных прессах
ползун испытывает удар при соприкосновении с заготовкой, но, как показывают
расчеты, усилие не превышает . В связи с этим расчет
ползунов однокривошипных прессов ведут на усилие .
Сжимающие напряжения в опасном сечении
ползуна под шатуном равны [1 стр.35]:
,
|
(25)
|
где -
наименьшая площадь сечения ползуна.
|
|
Рисунок 12 − Опасное сечение ползуна
.
.
В качестве материала для ползуна
используется сталь 35Л . Ползун
удовлетворяет требованиям прочности.
В ползуне пресса предусмотрен
разрушающийся предохранитель чашечного типа поэтому необходимо произвести его
расчёт.
5.2.3 Расчет предохранителя
В начале расчёта зададимся диаметрами
предохранителя:
и
Толщина пластины чашечного предохранителя
вычисляется по формуле [2]:
,
|
(26)
|
где –предел
прочности СЧ 21,
[2 с. 292 таб.44];
–
усилие среза, ;
–
средний диаметр, .
|
|
6. РАСЧЁТ ЗАТРАТ ЭНЕРГИИ
ПРИВОДОМ ПРЕССА
Выбор оптимального варианта затрат энергии
приводом пресса является одним из важнейших элементов расчета прессов.
На рисунке 13 представлен график усилия
штамповки в зависимости от хода ползуна. Исходя из него, может быть определена
полезная работа:
,
|
(26)
|
где -
площадь графика .
|
Рисунок 13 – График усилия штамповки в
зависимости от хода ползуна
Полезная работа Апп = F
, где F – площадь графика.
.
В соответствии с кривой (рис.13) и кривой перемещения ползуна в зависимости от
угла поворота кривошипа (рис.3) строится кривая усилия зависимости штамповки от угла поворота кривошипа (рис.14),
для удобства подсчёта переведём градусы в радианы.
В соответствии с графиком (рис.14) и графиком приведенного
крутящего момента (рис.7) строится кривая
крутящих моментов на рабочем валу в зависимости
от угла поворота кривошипа (рис.15).
Рисунок 14 – График усилия штамповки в
зависимости от угла поворота кривошипа
По графику крутящего момента определяется
работа, затраченная на трение в кривошипно-шатунном механизме:
,
|
(27)
|
где -
площадь графика .
|
.
Рисунок 15– График крутящих моментов в
зависимости от угла поворота кривошипа
Полная технологическая работа пресса без
учета работы выталкивания:
.
|
(27)
|
.
Работа холостого хода:
.
|
(29)
|
.
Работа на включение муфты:
.
|
(30)
|
Мощность электродвигателя определяется по
формуле:
|
(31)
|
где коэффициент
запаса мощности, =1,3;
-
время цикла.
|
Время цикла определяется по формуле:
.
|
(32)
|
где -
число ходов пресса в мин;
-
коэффициент использования числа ходов.
|
.
кВт
Выбираем электродвигатель с и частотой вращения 1370 тип 4АА63В4.
Момент инерции маховика определяется по
формуле [2]:
|
(33)
|
где –
коэффициент неравномерности;
–
частота вращения маховика;
–
коэффициент формы графика.
|
Коэффициент неравномерности определим:
|
(34)
|
где –
величина упругого скольжения клиноремённой передачи при нормальной нагрузке, ;
[2
с. 111];
–
номинальное скольжение, [2 с. 111]
–
коэффициент формы графика.
|
Коэффициент формы графика находим по
формуле:
|
(35)
|
где –угол
поворота кривошипа за время рабочего хода (определяется по рис.15)
|
По рассчитанному моменту инерции маховика
определяют его размеры:
Диаметр маховика определим по формуле:
|
(36)
|
Массу маховика определим по формуле:
|
(37)
|
6. РАСЧЁТ
КЛИНОРЕМЁННОЙ ПЕРЕДАЧИ [5]
Большинство прессов имеет клиноременные
передачи. Широкое использование клиноременных передач обусловлено их
преимуществами по сравнению с ранее применявшимися плоскоременными передачами.
Они обеспечивают меньшее межосевое расстояние между валами, большую тяговую
способность и безопасность при обрыве ремня, увеличивают диапазон передаточных
чисел, уменьшают силы натяжения ремней и силы, действующие на валы и опоры.
Расчет клиноременной передачи производится
в следующей последовательности:
Мощность, передаваемая ремнями:.
Число оборотов электродвигателя:.
Задаются диаметры шкивов:, .[3
с.15 табл. 3.3]
Передаточное число:
,
|
(38)
|
.
Определяется скорость ремней:
.
|
(39)
|
.
Межцентровое расстояние определяется из формулы:
|
(40)
|
где и
[6 с. 189 табл. 31]
|
и
.
Определяется длина ремней:
.
|
(41)
|
.
Число изгибов ремня определяется по
формуле (42) и не должно превышать 40:
.
|
(42)
|
, условие выполняется.
По мощности, передаваемой ремнями,
определяем сечение ремня – сечение А.
По ГОСТ 1284-79 определяем длину ремня,
округляя расчетную длину до ближайшей величины: .
Угол обхвата на шкиве электродвигателя
находят по формуле:
.
|
(43)
|
.
Коэффициент угла обхвата:
.
|
(44)
|
Число ремней в передаче определяют по
формуле:
.
|
(45)
|
где −
мощность, передаваемая одним ремнем,
,[с.150
рис. 5.7];
−
коэффициент режима работы ремней, ,[с.149];
|
|
.
Принимается 1 ремень.
Рисунок 16 – Сечение ремня
Усилие, действующее на вал оси
клиноременной передачи, равно [7 с. 198]:
.
|
(46)
|
где -
коэффициент, учитывающий предварительное натяжение
ремней.
|
.
7. РАСЧЕТ
УЗЛА МУФТА─ТОРМОЗ [4]
7.1 Расчет
муфты
Из конструкций фрикционных муфт наиболее
распространены дисковые муфты.
Дисковые муфты бывают одно-, двух- и
многодисковые. В настоящее время наиболее распространены муфты с фрикционными
вставками [3].
Момент, передаваемый муфтой,
рассчитывается по формуле (15):
,
|
(47)
|
где −
крутящий момент на главном валу при угле
поворота главного вала [ с. 47 т.2], ;
−
коэффициент запаса, учитывающий инерционность ведомой части, динамичность
нагрузки и колебания коэффициента трения;
|
|
.
Исходя из рассчитанного момента,
передаваемого муфтой пресса, определим допускаемое усилие по ползуну:
.
|
(48)
|
.
Согласно нормам машиностроения
передаваемый момент должен быть равен [1].
В качестве материала фрикционных вставок
выбираем 143-66.
По таблице 14: давление , коэффициент взаимного перекрытия , относительная ширина кольца трения .
По рисунку 100: коэффициент трения .
По таблице 12: коэффициент формы .
Приведенный коэффициент трения:
.
|
(49)
|
.
Определим средний радиус трения:
.
|
(50)
|
где –
число поверхностей трения.
|
|
.
Определим наружный и внутренний радиусы
накладок:
и
|
(51)
|
и
Полученные значения округляем до ближайших
целых чисел. Далее уточняем параметры и по формулам:
и
|
(52)
|
где –
ширина кольца трения.
|
|
и
Определим суммарную площадь трения:
|
(53)
|
Число вставок определим из формулы:
|
(54)
|
где – коэффициент
трения трения, принимаемый равным 0,35;
– допускаемое
давление на вкладки, 0,3 МПа;
– количество
поверхностей трения.
|
|
Толщина ведомого диска зависит от типа
фрикционных элементов.
Для муфт с накладками толщина диска должна
обеспечивать необходимую его жёсткость. Практика прессостроения показала, что
жёсткость диска получается вполне удовлетворительной, если выдерживается условие:
Определяем габаритные размеры
пневмоцилиндра:
Принимаем расчетное рабочее давление , давление .
Определяем площадь поршня пневмоцилиндра:
.
|
(55)
|
.
Диаметр поршня будет равен:
.
|
(56)
|
Находим полный ход поршня:
.
|
(57)
|
Для регулируемых муфт величина износа .
.
Рассчитываем рабочее усилие затяжки одной
пружины:
,
|
(58)
|
где −
количество пружин, .
|
|
.
Принимаем пружины с усилием сжатия .
Муфту проверяют по показателю износа и
удельному усилию на трущихся поверхностях:
Коэффициент износа:
.
|
(59)
|
,
усл. выполняется.
Рисунок 17– Допускаемое усилие на
обкладках муфты
7.2 Расчет тормоза
Тормоз предназначен для выключения,
остановки привода и исполнительного механизма после выключения муфты.
Расчет тормоза сводится к определению
тормозного момента и выбору силовых элементов, которые будут обеспечивать
получение требуемого момента. При этом также определяют показатель износа и
удельное давление на обкладках [2].
Тормозной момент определяется по формуле:
,
|
(60)
|
где −
момент инерции ведомых деталей привода, приведенный к валу тормоза, ;
−
угловая скорость вала тормоза, ;
−
угол торможения, ( для листоштамповочных прессов ).
|
|
.
В качестве материала фрикционных накладок
выбираем 143-66.
По таблице 19: давление , коэффициент взаимного перекрытия , относительная ширина кольца трения .
По рисунку 100: коэффициент трения .
По таблице 12: коэффициент формы .
Приведенный коэффициент трения:
.
|
(61)
|
.
Так как муфта сблокирована с тормозом
наружный и внутренний радиусы накладок принимаем равными соответствующим
радиусам накладок муфты:
и
Число вставок определим из формулы:
|
(63)
|
где –
коэффициент трения трения, принимаемый равным 0,35;
–
допускаемое давление на вкладки, 0,2 МПа;
–
количество поверхностей трения.
|
|
Толщина ведомого диска зависит от типа
фрикционных элементов.
Практика прессостроения показала, что
жёсткость диска получается вполне удовлетворительной, если выдерживается условие:
Приведённый радиус трения найдём по
формуле:
|
(64)
|
где –
коэффициент трения в шлицах, равен 0,1-0,12;
|
|
Рабочее усилие одной пружины:
,
|
(65)
|
где −
число тормозных пружин, .
|
|
Расчётным усилием пружины тормоза является
усилие сжатия пружины:
,
|
(66)
|
где −
зазоры между дисками при отключении, [ с.201]
;
–
коэффициент для тормозных пружин, должен быть больше или равен 0,75
|
|
Определяем габаритные размеры пневмоцилиндра:
Принимаем расчетное рабочее давление , давление .
Определяем площадь поршня пневмоцилиндра:
.
|
(67)
|
.
Диаметр поршня по ф. 22 будет равен:
Находим полный ход поршня:
.
|
(68)
|
Величина износа .
.
Коэффициент износа, по ф. 33:
,
усл. выполняется.
7. РАСЧЁТ СТАНИНЫ
Станины открытого
типа любого конструктивного варианта подвергаются внецентренному растяжению, в
силу чего возникает перекос направляющих ползуна по отношению к столу. Основная
цель при проектировании – уменьшить этот перекос, поэтому размеры станин
выбирают на базе имеющегося опыта так, чтобы расчётные напряжения в опасных
сечениях не превосходили определённого, весьма низкого предела.[2]
Начинают расчёт с
сечения II-II как наиболее опасного.
Рисунок 18– Схема
станины
Для чугунных литых
станин минимальная площадь устанавливается по эмпирическим соотношениям:
|
(69)
|
где −
коэффициент, равный 1,5.
|
|
Высота берётся в
зависимости от величины вылета по формуле:
|
(70)
|
|
Ширина сечения
берётся по соотношению:
|
(71)
|
Для чугунных
литых станин толщина боковых стенок принимается в пределах 8-40 мм.
|
Рисунок 19– Расчётное сечение II-II
станины
Центр тяжести
сечения станины:
y=
|
(72)
|
y=
Моменты инерции фигур сечения:
1:
2:
3:
4:
|
(73)
|
где −
вылет станины.
|
|
Для литых станин из СЧ 25 допускаемое
напряжение в растянутых волокнах не должно превышать 12-15 МПа [1 с. 97].
Условие выполняется.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ
ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Кузнечно-штамповочное
оборудование: Учебник для машиностроительных вузов/ А.Н. Банкетов, Ю.А.
Бочаров, Н.С. Добринский и др.; Под ред. А.Н. Банкетова, Е.Н. Ланского. – 2-е
изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1982. – 576 с., ил.
2.
Ланской Е.Н., Банкетов А.Н. Элементы
расчёта деталей и узлов кривошипных прессов. – М.: Машиностроение, 1996. –
376с.
3.
Кузнечно-штамповочное
оборудование. Учебное пособие по курсовому проектированию/ Составитель В.И.
Трусковский. –, 2004. – 50 с.
4.
Власов В.И. Системы включения
кривошипных прессов. Расчет и проектирование. М.: Машиностроение, 1969. – 272
с.
5.
Кривошипные кузнечно-прессовые
машины/ В.И. Власов, А.Я. Борзыкин, И.К. Букин-Батырев и др. Под ред. В.И.
Власова. – М.: Машиностроение, 1982. 424 с., ил.
6.
Ровинский Г.Н., Злотников С. Л.
Листоштамповочные механические прессы.–М.: Машиностроение, 1968.–376 с.
7.
Трусковский В.И., Барков Л.А.
Прессы-автоматы для обработки порошковых материалов–1994.–304 с.