Пресс-автомат для получения изделий методом выдавливания

 

 

Введение

 

 

    Курс теории механизмов и машин, рассматривающий общие методы исследования и проектирования механизмов и машин, входит в общетехнический цикл дисциплин, формирующих знания инженеров по конструированию, изготовлению и эксплуатации машин.

   Общие методы синтеза механизмов дают возможность конструктору не только находить параметры механизмов по заданным кинематическим и динамическим свойствам, но и определить их относительные сочетания с учетом многих дополнительных условий.

Большое значение имеет курс и для подготовки инжененров-механиков по технологии изготовления и эксплуатации машин, т.к. знание видов механизмов и их кинематических и динамических свойств необходимо для понимания принципов работы отдельных механизмов и их взаимодействия в машине.

В машиностроении широко используется изготовление изделий прессованием. При массовом производстве для этого  используются прессы-автоматы. Холодное выдавливание – один из видов прессования.

Выполнение студентом курсового  проекта служит для приобретения навыков выбора функциональных механизмов, обеспечивающих работу задаваемой проектом машины, освоения методов геометрического и динамического синтеза механизмов, оценки и анализа принятых решений. 

 

 

1. Технико-экономическое обоснование выбора    схемы

пресса-автомата  для  холодного  выдавливания.

 

1.1.     Описание прототипа.

 

                                                                                                   Рис. 1.1

 

Пресс-автомат предназначен для  получения изделий методом выдавливания. Деформация заготовки осуществляется пуансоном  18,  установленным на ползуне  5  кривошипно-коленного механизма, состоящего из звеньев 1 – 2 – 3 – 4 – 5. Кривошип  1  приводится во вращение электродвигателем  6  через планетарную передачу  Z₁ – Z₂ – Z₃ – H, зубчатые колеса  Z₄  и Z₅. Из бункера 16 заготовки по лотку 17 поступают в механизм подачи, включающий кулачок  13, шибер  15 с роликом  14. Шибер подает заготовку в штамповую зону, затем пуансон  18  заталкивает ее в матрицу 19. Готовое изделие выталкивается из матрицы выталкивателем  11, движение которого обеспечивается кулачком  7, установленным на валу кривошипа  1, посредством ролика  8, толкателя  9  и рычага  10.

 

 

1.2.    Пояснения  к выбору структуры пресса-автомата.

 

Структуру пресса – прототипа  принимаем за основу. В состав пресса включаем источник движения – нерегулируемый электродвигатель  1 (рис. 1.2.), несущий механизм  2, который обеспечивает преобразование вращательного движения электродвигателя в требуемое возвратно-поступательное движение рабочего органа  3, зубчатый механизм  4, снижающий частоту вращения вала электродвигателя до требуемой частоты вращения входного звена несущего механизма, кулачковый механизм  5 выталкивателя готовой детали 6.

Для снижения тепловых потерь электродвигателя  1  и, в конечном счете, для повышения к.п.д. агрегата, в состав пресса при необходимости будет введена дополнительная маховая масса в виде махового колеса  7. Основное его назначение – защитить приводной электродвигатель 1  от перегрузок.

В результате получаем предварительную  блок-схему пресса, которую далее  принимаем за основу.

 

                                       1               4               7               2

                                                                                                             3

                                                                                

                                                                                          5               6

 

                                   Рис. 1.2.  Предварительная блок-схема пресса.

 

1.  Электродвигатель  приводной

2.  Механизм несущий

3.  Рабочий орган  (пуансон)

4.  Механизм зубчатый

5.  Механизм выталкивания  готовой детали

6.  Деталь 

            7.  Маховик

 

 

1.3.     Оценка  энергопотребления проектируемого пресса.

                                                                 

Рассматриваемый пресс  относится к технологическим  машинам и основной расход энергии приходится на стадию установившегося движения.

За один полный цикл установившегося  движения работа двигателя  (А_дв) расходуется на преодоление сил полезного  ( А_пс ) и вредного  ( А_вс ) сопротивлений:

                                           А_дв = А_пс + А_вс

поскольку работа других сил – потенциальных  (веса, упругости) и сил инерции за цикл установившегося движения равна нулю. Работу сил трения  ( А_тр = А_вс ) учитываем с помощью к.п.д.  (  h ). Тогда за цикл

                                          

Работу полезных сил  (А_пс) определяем как:

                                        

 График полезных сил от перемещения  рабочего звена (пуансона) имеет следующий вид:

 

Находим площадь, охватываемую этим графиком, и эту площадь приравниваем к  работе полезных сил (по заданию F_max = 27 kH;   S_max = H = 0.28 м.):

Передаточный механизм от вала двигателя  1 (рис. 1.2.) к рабочему органу – пуансону  3  включает зубчатый  4  и несущий рычажный  2  механизмы. Поэтому его к.п.д.:

                            h = h_З.М ^.h_Р.М ,

где  цикловые к.п.д. зубчатого и рычажного механизмов.

По аналогу зубчатый механизм включает планетарную и простую компенсирующую передачу, его к.п.д. ориентировочно оцениваем как ([2], стр. 322-333):

                            h_З.М = 0.86

Рычажный механизм по прототипу  шестизвенный, цикловой его к.п.д. в  первом приближении оцениваем как:

                             h_Р.М = 0.7

Тогда искомый к.п.д. передаточного  механизма:

                             h = 0.86 ^. 0.7 = 0.602

и работа двигателя за цикл движения составит:

                             

 

При этом затраты энергии на обработку  составляют:

                               Q = А_дв ^. 60^-2 =3.66 ^. 60 ^-2 = 0.001  кВтчас,

а потребление ее из сети достигает

                              

где    h_дв = 0.92 – к.п.д. современных асинхронных электродвигателей.

 

 

2.  определение параметров схемы  пресса -автомата.

 

 

2.1       Расчет привода.

 

Привод служит источником механических движений звеньев пресса, причем эти  движения должны находиться в полном соответствии с заданной производительностью. В рассматриваемом агрегате привод включает нерегулируемый короткозамкнутый асинхронный электродвигатель 1  и зубчатую передачу  4 (рис.1.2.), согласующую обороты электродвигателя с оборотами кривошипа несущего механизма. Цикл обработки (один ход пуансона) соответствует одному обороту кривошипа несущего механизма.

Частота вращения кривошипа составляет:

                                  ,

а продолжительность цикла:

                                      сек

При этом цикловая мощность приводного электродвигателя не должна быть меньше чем

                                 

По этой мощности и  величине  n_кр производим синтез элементов привода пресса

.

 

2.1.1.    Выбор электродвигателя  и вида понижающей передачи.

 

Из каталога электродвигателей  серии 4А выписываем в таблицу 2.1 параметры электродвигателей с ближайшей большей мощностью по сравнению с N_дв =0.79 кВт.

 

 

                                                                                                       Таблица  2.1

 Марка           Ном.   Частота вращения   Отношение         Масса    Маховой      Передаточ-

 электро-       мощн. вала  мин ^-1                 к номиналь-        двиг.       момент         ное отнош.

 двигат.          кВт                                       ному мом.            кг.         ротора          редуктора

                                                                                                                  кгм²

                                   синхрон- номи-       пуско-    крити-

                                       ная        нальная   вого      ческого

                       Nnom     n_c               n_nom       M_П       М_КР           m_д            m_PD_P²              U_пер

 

  4А71В2У3    1.1       3000           2810        2.0           2.2       15.1        0.0042            217.5

  4А80А4У3    1.1       1500           1420        2.0           2.2       17.4        0.0129            109.9

  4А80В6У3    1.1       1000             920        2.0           2.2       20.4        0.0184                71.2

  4А90LВ8У3  1.1         750             700        1.6           1.9       28.7        0.0345              54.18

 

 

Чтобы получить частоту вращения  n_КР = 12.92  мин^-1, в каждом из этих случаев привод должен содержать понижающую передачу с передаточным отношением

                                                  

Рассчитанные по этой формуле значения  U_пер занесены в табл. 2.1.

В соответствии с прототипом, предлагаемая планетарная ступень обеспечивает передаточное отношение до 9  ( [1], стр. 40), а для простой одноступенчатой зубчатой передачи с прямыми зубьями обычно передаточное отношение не превышает четырех. Поэтому в некоторых случаях надо выбирать более сложную схему планетарной передачи для первой ступени.

Исходя из этих соображений, производим разбивку общего передаточного отношения следующим образом:

 

 

 

 

                                                                                                            Таблица 2.2.

  №№     Общее передаточное               Передаточные отношения по ступеням

    пп      отношение  зубчатой

               передачи (табл. 2.1.)                первая ступень                    вторая ступень 

     1                    217.5                                           50                                         4.35

     2                    109.9                                           30                                         3.66

     3                      71.2                                           21                                         3.39

     4                      54.18                                         17                                         3.19 

     Анализируя  данные табл.2.1 и 2.2 приходим к  выводу, что по основным параметрам (вес и пусковые характеристики  двигателя, простота и защищенность  зубчатого механизма) для нашего  случая  оптимальным является  привод от электродвигателя марки  4А80В6Y3 с планетарной передачей  смешанного типа  с передаточным отношением  с компенсирующей одноступенчатой зубчатой передачей с передаточным отношением 

 

 

 

                2.1.2. Синтез зубчатых механизмов.

 

      Схема зубчатой передачи представлена на рис. 2.1. Её основу составляет планетарный механизм с передаточным отношением  , передаточным отношением  открытой зубчатой передачи 

     Для проектирования  планетарной передачи  применим метод сомножителей

            

При остановленном водиле

      

так как   w₃ = 0.

Кроме этого    

  

Таким образом   

         

       Передаточное  отношение обращенного механизма

                         

 

 

                                               

 

                                       Рис.2.1 Схема планетарного редуктора.