Курсовая работа: Обрезной однокривошипный закрытый пресс усилием 16 МН
Министерство образования и науки Российской Федерации
Кафедра «Машины и технологии обработки материалов давлением»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по дисциплине
“Кузнечно-штамповочное оборудование”
Тема:
Обрезной однокривошипный закрытый пресс усилием 16 МН
Руководитель:
Автор проекта
Проект защищен
с оценкой:
«___»_________200г.
АННОТАЦИЯ
Обрезной однокривошипный закрытый пресс усилием 16 МН –, 2005, 48 с., 22 ил. Библиография литературы – 6 наименований, 3 чертежа формата А1.
В расчетно-пояснительной записке к курсовому проекту приведены техническая характеристика и кинематическая схема обрезного однокривошипного закрытого пресса усилием 16 МН, на основе которой объясняется их устройство и принцип работы. Приведены расчеты кинематических параметров пресса и результаты статического расчета сил, действующих на кривошипно-ползунный механизм. Выполнен прочностной расчет основных узлов конструкции пресса. Определены энергетические затраты, мощность электродвигателя и момент инерции маховика. В графической части проекта представлены чертежи общего вида пресса и двух узлов – ползун-шатун и муфта
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1 Техническая характеристика обрезного однокривошипного закрытого пресса
2 Описание устройства и принцип работы
3 Определение основных размеров главного вала эксцентрикового типа
4 Кинетостатический расчет
4.1 Кинематический расчет
4.2 Статический расчет
5 Расчет привода
5.1 Расчет затрат энергии приводом
5.2 Расчет клиноременной передачи
6 Расчет узла муфта-тормоз
6.1 Расчет муфты
6.2 Расчет тормоза
7 Расчет станины на прочность
8 Расчет цилиндрической зубчатой передачи на прочность
9 Расчет приводного вала
10 Расчет узла ползун-шатун на прочность
10.1 Расчет шатуна
10.2 Расчет ползуна
10.3 Расчет направляющих
10.4 Расчет уравновешивателя
10.5 Расчет пальца
Список используемой литературы
Заключение
Приложение
В ВЕДЕНИЕ
Технологические машины для разделительных операций применяют как для резки заготовок под последующую штамповку, так и для получения готовых изделий и полуфабрикатов из металлического листа; рулона; сортового проката круглого, прямоугольного, квадратного профилей; специального проката фигурного профиля и штампованных полуфабрикатов.
Большая часть прессов для разделительных операций в штампах имеет ряд общих признаков и отличается от универсальных прессов небольшой закрытой высотой и ее регулировкой, наличием в ряде случаев специальных устройств прижима заготовки и противодавления, средств автоматизации технологических процессов, средств подготовки материала под технологический процесс (правильные валки, смазочные устройства и т. п.).
Экономически эффективнее использовать непосредственно предназначенные для разделительных операций машины, лучше противодействующие динамическим нагрузкам. Применение таких машин взамен универсальных листоштамповочных прессов дает возможность резко снизить уровень шума и вибрации, повысить производительность труда, уменьшить затраты на изготовление, ремонт и обслуживание оборудования, повысить качество изделий.
1. Т ЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА пресса однокривошипного простого действия двухстоечного ненаклоняемого КД2114А
Техническая характеристика пресса однокривошипного простого действия двухстоечного ненаклоняемого КД2114А приведена в таблице 1.
Таблица 1
Основные технологические параметры пресса однокривошипного простого действия двухстоечного ненаклоняемого КД2114А
№ | 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
|
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
|
|
|
(8) |
где |
.
Относительное плечо идеального механизма рассчитывается по формуле (9), [2]:
|
(9) |
Усилие деформации ,действующее по ползуну
рассчитывается по формуле (10), [3]:
|
(10) |
где
|
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:
|
(12) |
где
|
Рисунок 10 − Эскиз шатуна
и
Кроме сжимающих нагрузок шатун воспринимает изгибающий момент:
|
(13) |
где |
Напряжение от изгиба:
|
(14) |
где |
Момент сопротивления изгибу сечения:
|
(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
распределения нагрузки по виткам;
|
Напряжение изгиба витков резьбы:
|
(18) |
где |
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
|
.
.
.
.
Удельные усилия на направляющие:
а) от силы :
|
(21) |
где |
.
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 |
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 [2 с. 292 таб.44];
|
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 |
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 |
.
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
|
Время цикла определяется по формуле:
|
(32) |
где
|
.
кВт
Выбираем электродвигатель с и частотой вращения 1370
тип 4АА63В4.
Момент инерции маховика определяется по формуле [2]:
|
(33) |
где
|
Коэффициент неравномерности определим:
|
(34) |
где
|
Коэффициент формы графика находим по формуле:
|
(35) |
где |
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
.
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
|
.
Принимается 1 ремень.
Рисунок 16 – Сечение ремня
Усилие, действующее на вал оси клиноременной передачи, равно [7 с. 198]:
|
(46) |
где 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 поворота главного вала
|
.
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 |
.
Определим наружный и внутренний радиусы накладок:
|
(51) |
и
Полученные значения округляем до ближайших
целых чисел. Далее уточняем параметры и
по формулам:
|
(52) |
где |
и
Определим суммарную площадь трения:
|
(53) |
Число вставок определим из формулы:
|
(54) |
где
|
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 |
.
Принимаем пружины с усилием сжатия .
Муфту проверяют по показателю износа и удельному усилию на трущихся поверхностях:
Коэффициент износа:
|
(59) |
где
|
,
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
|
.
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
|
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 |
Рабочее усилие одной пружины:
|
(65) |
где |
Расчётным усилием пружины тормоза является усилие сжатия пружины:
|
(66) |
где
|
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 |
Высота берётся в зависимости от величины вылета по формуле:
|
(70) |
где |
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 |
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.