ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА

Приступая к выполнению энергетического расчета, студент должен ознакомиться со служебным назначением кривошипной машины, уточнить параметры и технические требования ГОСТа, регламентирующего технические требования к данному типу кривошипного оборудования.

После изучения задания (приложение А), знакомства с работой, особенностями конструкции аналогов проектируемой машины и ее назначением [1-10] необходимо выполнить и оформить разделы, приведенные в приложении Б. Выбор электродвигателя необходимо производить в соответствии с рекомендациями методического пособия по приложению В, а также работы [11].

Графики, схемы и эскизы следует располагать в отчете по тексту. В приложения следует выносить второстепенные дополнительные материалы, например, программу расчета на ПК. Вместе с тем, распечатку таблиц с результатами расчета следует приводить в тексте.

1 РАЗРАБОТКА КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

КРИВОШИПНОГО ПРЕССА

Для разработки кинематической схемы машины следует выбрать синхронную частоту вращения вала электродвигателя, определить необходимое общее передаточное число привода, выбрать клиноременную передачу и количество зубчатых передач, обеспечивающих требуемую частоту двойных ходов рабочего органа машины.

После выбора структуры главного исполнительного механизма решить вопросы применения оптимального привода:

- одностороннего, двухстороннего, раздвоенного;

- конструкции и размещения муфты включения и тормоза;

- типа главного вала.

1.1 Выбор синхронной частоты вращения вала электродвигателя (n_с)

Асинхронные электродвигатели в СНГ выпускаются с синхронной частотой вращения (n_с) – 600; 750; 1000; 1500; 3000 оборотов в минуту [11].

Для быстроходных машин с частотой ходов (n_х) более 100 ход/мин используется одноступенчатый привод с электродвигателями, у которых синхронная частота вращения (n_с) составляет 600; 750 оборотов в минуту.

Для многоступенчатого привода используются электродвигатели, у которых синхронная частота вращения (n _с) составляет 1500; 1000 оборотов в минуту.

1.2 Определение общего передаточного отношения привода (n_с/n_х) и выбор количества ступеней передач (клиноременной и зубчатых)

Производится с учетом приведенных диапазонов передаточных отношений.

Передаточные отношения:

- клиноременной передачи – i_КЛ< 7;

- зубчатых передач: тихоходной i _З.Т. = 5…8; быстроходной i_З.Б. = 3…6.

1.3 Выбор типа главного вала исполнительного механизма

Кривошипный вал применяют для одностоечных конструкций прессов (недостаточно жесткий).

Коленчатый вал (сложен в изготовлении, дорог, имеет недостаточную жесткость).

Эксцентриковый вал обеспечивает возможность регулировки величины хода ползуна, вместе с тем – сложен в изготовлении.

Шестерне-эксцентриковый блок (привод) в настоящее время применяется в большинстве типов кривошипных прессов вследствие простоты изготовления, повышенной жесткости (ось блока не нагружена крутящим моментом). Кроме того, использование такого привода обеспечивает возможность регулировки величины хода ползуна. Недостатки применения:

- повышенные потери на трение (~10%);

- для его изготовления увеличивается расход бронзы.

Односторонний привод увеличивает габариты пресса (применяется в быстроходных прессах и прессах с небольшим номинальным усилием). Двухсторонний привод позволяет уменьшить габариты размеры пресса. Раздвоенный привод используется для двухкривошипных прессов

1.4 Размещение муфты и тормоза

В прессах с малым числом ходов ползуна, как правило, предусматривается от двух до четырех ступеней передач. В этом случае большое значение приобретает место расположения муфты и тормоза [10].

При расположении муфты и тормоза на приводном валу положительным фактором является меньшая величина крутящего момента, передаваемого муфтой, а значит и меньшие габаритные размеры муфты и тормоза. Недостатки – неравномерный износ зубчатой передачи тихоходной пары, интенсивный износ фрикционных элементов муфты и тормоза из-за больших угловых скоростей вращения.

При расположении муфты и тормоза на главном валу зубья тихоходной пары изнашиваются равномерно, кроме того, поскольку на главном валу меньшие угловые скорости вращения происходит менее интенсивный износ фрикционных элементов, как муфты, так и тормоза. К недостаткам такого расположения следует отнести увеличение габаритных размеров муфты и тормоза, усложнение конструктивных решений. С учетом изложенного, рассматриваемый вариант используется для прессов с большими номинальными усилиями, в том числе для КГШП.

1.5 Построение кинематической схемы

На основании результатов, полученных в разделах 1.1-1.4, а также в соответствии с требованиями ЕСКД, на отдельном листе формата А4 оформляется кинематическая схема машины с указанием необходимых механизмов регулировок, выталкивания, уравновешивания, а также средств механизации (автоматизации) и передаточных отношений звеньев кинематической цепи.

2 КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ГЛАВНОГО

ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА

При проведении кинематического анализа главного исполнительного механизма необходимо определить основные параметры механизма и с помощью программы кафедры ОМД «Makin» на ПК произвести расчет пути, скорости и ускорения ползуна в функции угла поворота ведущего кривошипа, построить их графики. Кинематический анализ выполняется в следующей последовательности:

2.1 Определение радиуса кривошипа

Радиус кривошипа определяется по следующим зависимостям:

- для машин с постоянной величиной хода ползуна

; (2.1)

- для машин с регулируемой величиной хода ползуна

. (2.2)

2.2 Выбор коэффициента длины шатуна и длины шатуна

Коэффициент длины шатуна определяется из отношения , зависит, в основном, от величины максимального хода ползуна, конструкции главного исполнительного механизма и необходимого силового воздействия шатуна на ползун. Рекомендуемые значения коэффициента длины шатуна для кривошипного оборудования различного типа приведены в табл. 2.1. С использованием данных табл. 2.1 по зависимости определяется расчетное значение длины шатуна , после чего окончательное значение длины шатуна принимается с использованием нормального ряда чисел и далее производится проверка соответствия коэффициента длины шатуна рекомендуемым диапазонам (см. табл. 2.1).

Для дезаксиальных механизмов (находят применение в ГКМ и КГШП), помимо приведенных выше параметров, должно быть задано также смещение оси ползуна и коэффициент смещения оси ползуна .

Таблица 2.1 – Рекомендуемые значения коэффициента длины шатуна для

кривошипного оборудования различного типа

Тип пресса
Универсальные прессы для листовой штамповки: - с постоянным нормальным ходом…………………………… - с постоянным увеличенным ходом………………………….. - с регулируемым ходом………………………………………..	0,085…0,125 0,190…0,270 0,065…0,085
Прессы для вытяжки листового материала	0,190…0,270
Прессы с плунжерной подвеской ползуна: - простого действия…………………………………………….. - прессы двойного действия для вытяжки листового материала	0,300…0,350 0,420…0,450
Листоштамповочные пресс-автоматы: - многопозиционные……………………………………………. - с нижним приводом…………………………………………….	0,080…0,180 0,060…0,080
Кривошипные горячештамповочные прессы (КГШП)	0,140…0,175
Горизонтально-ковочные машины (ГКМ)	0,270…0,330
Автоматы для объемной штамповки (ХВА и др.)	0,120…0,200

Диапазон рекомендуемых значений =0,08…0,10. Кроме того, для дезаксиальных механизмов должно быть выполнено условие: < . Параметры максимального перемещения ползуна ( ) и радиуса кривошипа ( ) связаны следующей зависимостью:

. (2.3)

Дезаксиальные механизмы обеспечивают постоянное прилегание ползуна к основным направляющим, а не к планкам.

2.3 Расчет параметров изменения перемещения ползуна , скорости

и ускорения

Расчет параметров изменения перемещения ползуна , скорости и ускорения производится по следующим зависимостям:

а) для аксиального кривошипно-ползунного механизма с верхним расположением кривошипа

;

;

;

;

при α=0⁰;

при α=180⁰;

.

б) для аксиального кривошипно-ползунного механизма с нижним расположением кривошипа

;

;

;

;

в) для дезаксиального кривошипно-ползунного механизма с верхним расположением кривошипа

;

;

;

;

;

.

Для всех дезаксиальных механизмов должны быть выполнены условия:

; (1.4)

=0,08…0,10. (1.5)

г) для дезаксиального кривошипно-ползунного механизма с нижним расположением кривошипа

;

;

;

.

д) для кривошипно-кулисного механизма

;

;

;

.

е) для кривошипно-коленного механизма

Условия проворачиваемости механизма:

; (2.6)

. (2.7)

Зависимость для определения величины перемещения ползуна (при )

, (2.8)

где ;

- ведущий кривошип;

- длина шатуна;

- коромысло;

- звено механизма;

- расстояние между центрами О и С осей вращения звеньев и .

Максимальная величина хода ползуна для кривошипно-коленного механизма может быть определена по зависимости

, (2.9)

где = 32…37⁰.

2.4 Построение графиков перемещения, скорости и ускорения ползуна

Построение графиков перемещения, скорости и ускорения ползуна производится с помощью программы «Makin» при повороте кривошипа через 10° на ПК. Результаты расчета должны быть представлены в виде таблицы 2.2.

Таблица 2.2 - Расчетные значения перемещения ползуна , скорости

и ускорения

Угол поворота кривошипа α, град	Перемещения ползуна ( )	Скорость ползуна ( )	Ускорение ползуна ( )
00
100
200
300
…
3600

3 ЭЛЕМЕНТЫ СИЛОВОГО РАСЧЕТА

КРИВОШИПНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Силовой расчет кривошипного оборудования выполняется в следующей последовательности:

3.1 Расчет основных размеров и выполнение эскиза главного вала или шестерне – эксцентрикового привода выполняется в соответствии с рекомендациями табл. 3.1, рис. 3.1.

В таблице 3.1 приняты следующие обозначения:

- номинальное усилие кривошипной машины;

- диаметр опорной шейки вала или оси;

- диаметр шатунной шейки;

- длина опорной шейки;

- длина шатунной шейки;

- длина шатунной шейки, включая боковые щеки;

- длина вкладышей;

- ширина щек коленчатого вала;

- радиус галтелей;

- длина посадочной части для колеса.

Таблица 3.1 – Ориентировочные размеры главных валов

(шестерне - эксцентрикового привода)

Параметр	Тип вала
Коленчатый	Эксцентриковый	Шестерне-эксцентриковый блок
одноколенчатый	двухколенчатый
			-
	-	-	-
			-	-
			-	-
	мм; мм мм; мм мм; мм

Рисунок 3.1 – Главный вал: коленчатый (а); эксцентриковый (б);

шестерне-эксцентриковый блок (в)

3.2. Расчет приведенного плеча силы реального механизма проводится в следующей последовательности:

- расчет приведенного плеча силы реального аксиального или дезаксиального кривошипно-ползунного механизма

. (3.1)

- расчет идеального приведенного относительного плеча силы идеального аксиального кривошипно-ползунного механизма с верхним расположением кривошипа

; (3.2)

- расчет идеального приведенного относительного плеча силы идеального дезаксиального кривошипно-ползунного механизма с верхним расположением кривошипа

; (3.3)

- расчет идеального приведенного относительного плеча силы идеального аксиального кривошипно-ползунного механизма с нижним расположением кривошипа

; (3.4)

- расчет идеального приведенного относительного плеча силы идеального дезаксиального кривошипно-ползунного механизма с нижним расположением кривошипа

. (3.5)

- расчет приращения идеального приведенного плеча силы (плеча трения), обусловленного влиянием сил трения в кинематических парах аксиального или дезаксиального кривошипно-ползунного механизма с верхним расположением кривошипа

; (3.6)

- расчет приращения идеального приведенного плеча силы (плеча трения), обусловленного влиянием сил трения в кинематических парах аксиального или дезаксиального кривошипно-ползунного механизма с нижним расположением кривошипа

. (3.7)

3.3 Расчет крутящего момента

Расчетным крутящим моментом для зубчатых передач является крутящий момент при номинальном недоходе ползуна пресса к крайнему нижнему положению. Под номинальным недоходом ползуна пресса к крайнему нижнему положению понимается такое перемещение, на протяжении которого к ползуну может быть приложена рабочая нагрузка, равная номинальному усилию пресса. Таким образом, номинальный недоход ползуна соответствует номинальному углу поворота главного вала или (при проектировании пресса). Зависимость для определения расчетного крутящего момента может быть представлена в следующем виде

, (3.8)

где - приведенное плечо силы реального аксиального или дезаксиального кривошипно-ползунного механизма при номинальном угле поворота главного вала или (при проектировании пресса).