Расчет и проектирование кривошипного открытого, наклоняемого пресса силой 400 кН

Московский Государственный Технологический  Университет СТАНКИН

 

 

 

 

 

Кафедра «Системы пластического деформирования»

 

 

Расчетно-пояснительная записка

 

к курсовому проекту  на тему:

 

 

«Расчет и проектирование кривошипного открытого, наклоняемого  пресса силой 400 кН»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:                              ст. гр. М – 8 – 5__________Батарин  Р.В.

 

 

Руководитель проекта:                                           _______Вишенков М.А.

 

 

 

 

 

 

 

Москва 2012 г.

Содержание.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные:

  Основные технические параметры пресса по ГОСТ 9808-89:

1.	Номинальное усилие:	400	Кн
2.	Ход ползуна:	max 80 min 10	мм мм
3.	Частота непрерывных ходов:	140	Мин-1
4.	Размеры стола:	L = 600 B = 400	Мм мм
5.	Расстояние от оси ползуна до станины С, не менее	220	мм
6.	Наибольшее расстояние между столом и ползуном в его нижнем положении  при наибольшем ходе	300	мм
7.	Размеры отверстия в столе:	L1=300 B1=300 D1=250	мм мм мм
8.	Угол наклона станины, не менее	30	град
9.	Наибольшее расстояние между осью отверстия рога и ползуном в его  нижнем положении при наибольшем ходе:	250	мм
10.	Величина регулирования расстояния между столом и ползуном, не менее	65	мм
11.	Расстояние от оси ползуна до плоскости крепления стола к станине:	210	мм
12.	Расстояние между стойками станины  в свету:	280	мм
13.	Толщина подштамповой плиты:	80	мм

 

1. Кинематика исполнительного  механизма

1.1. Кинематическая  схема (расчет числа ступеней)

 

Определение общего передаточного числа:

, 

задаваемая частота вращения электродвигателя nэ = 1500 мин-1.

где [Uр]- передаточное число клиноременной передачи [Uр]=2….10

Если общее передаточное число  не превышает максимального для  клиноременной передачи, то принимают схему с одноступенчатым приводом.

- привод многоступенчатый

При определении числа  ступеней многоступенчатых приводов задаемся передаточным числом клиноременной  передачи в пределах Uр= 2…4.5.

Примем Uр=3,57

Передаточное число зубчатого редуктора:

- зубчатый редуктор одноступенчатый

Число зубьев ведущей шестерни принимаем z_ш= 21

Число зубьев ведомого колеса:

.

Уточнение передаточного числа  зубчатого редуктора

.

Диаметр опорных шеек главного вала:

→85мм.

 Диаметр нижней  опорной головки шатуна:

d_в = d₀ = 85 мм                                                                 

Диаметр верхней опорной головки  шатуна:

      d_A = 1,5* d₀ = 1,5*85 = 127,5 мм. →130мм.

 

Модуль зубчатого колеса (стр.19 [3]):

, где К_М = 0,09 по табл. 1.3 (стр.20 [3]) для тихоходной однопоточной ступени и материала зубчатого колеса – сталь.

Принимаем модуль

Делительный диаметр шестерни:                                

.

Делительный диаметр  колеса:

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2. Перемещение, скорость и ускорение ползуна

Путь ползуна  пресса. Максимальный путь ползуна при перемещении его из крайнего нижнего положения в крайнее верхнее положение будет:

S_п = 2R,

где R- радиус кривошипа

Отсюда R =

График перемещения  ползуна строится по формуле:

,

где - относительная длина шатуна (стр.10,[2])

   - угол поворота кривошипа

Скорость и  ускорение ползуна. График скорости ползуна строится по формуле:

,

где -угловая скорость вращения эксцентрикового вала и равна

График ускорений ползуна  строится по формуле:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Построим графики  перемещения, скорости и ускорения

рис.1.2.1. График перемещения ползуна.

рис.1.2.2. График скорости ползуна.

рис.1.2.3. График ускорения  ползуна.

 

Таблица расчетных значений перемещения, скорости ускорения

                                                   Угол   Перемещение  Скорость  Ускорение         

0	0	0	-4382,12
5	0,16	39,21	-4365,44
10	0,65	78,07	4315,54
15	1,46	116,21	-4232,79
20	2,59	153,28	-4117,83
25	4,02	188,96	-3971,53
30	5,73	222,93	-3795
35	7,73	254,89	-3589,59
40	9,97	284,58	-3356,85
45	12,47	311,74	-3098,57
50	15,17	336,179	-2816,71
55	18,06	357,71	-2513,14
60	21,17	376,17	-2190,98
65	24,33	391,47	-1851,88
70	27,65	403,51	-1498,69
75	31,05	412,25	-1134,09
80	34,51	417,68	-760,86
85	38	419,8	-381,85
90	41,5	418,667	0,075
95	44,98	414,347	381,99
100	48,4	406,94	761,004
105	51,75	396,551	1134,22
110	55,007	383,326	1498,8
115	58,14	367,414	1851,98
120	60,13	348,98	2191,06
125	63,95	328,2	2513,46
130	66,59	305,26	2816,74
135	69,03	280,34	3098,57
140	71,26	253,65	3356,83
145	73,26	225,384	3589,53
150	75,01	195,74	3794,92
155	76,52	164,91	3971,43
160	77,76	133,101	4117,72
165	78,7375	100,509	4232,66
170	79,44	67,331	4315,4
175	79,86	33,76	4365,3
180	80	0	4381,97

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Построение графика рабочих нагрузок.

График рабочих нагрузок для расчета кривошипного открытого, наклоняемого пресса для операции вытяжки.   

 

рис.2.1. График рабочих  нагрузок.

             Крутящий момент на главном валу.

 

Крутящий момент на главном  валу М_к определяется по формуле:

где Р_Д – сила деформирования, определяемая по графику рабочих нагрузок

      m_k – приведенное плечо крутящего момента.

Приведенное плечо крутящего момента  определяется по формуле

где - приведенное плечо крутящего момента для идеального механизма

      - приведенное плечо крутящего момента трения.

Плечо крутящего момента для  идеального механизма определяется по формуле:

 

Следовательно, при определенных значениях R и величина меняется в зависимости от изменения угла поворота кривошипного механизма.

,

 где  f = 0,06 – коэффициент трения при принудительной смазке (стр.21,[2])

Построим график зависимости приведенного плеча крутящего момента от угла поворота кривошипного вала:    

график зависимости  приведенного плеча крутящего момента  от угла поворота кривошипного вала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Построение графика крутящих моментов.   По графикам рабочих нагрузок и приведенного плеча крутящего момента находим текущие значения крутящего момента. Данные сводятся в таблицу.

  

Таблица 2.1. Параметры графика моментов.

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
S, мм	0,8	1,6	2,4	3,2	4	24	24,8	25,6	26,4	27,2	28
Рд, кН	24	48	72	96	120	120	96	72	48	24	0
, град	11	16	19,5	22,5	25	65	66	67	68	69,5	70,5
mk, мм	15,68	19,54	21,84	24,03	26,13	45,48	45,98	46,18	46,20	46,24	46,16
Mk, Нм	376	938	1573	2307	2776	5458	4414	3325	2218	1110	0

 

 По данным этой  таблицы строится график крутящих  моментов в координатах момент-угол.

 

 

 

Рис. 2.3. График крутящих моментов.

3. Энергетические затраты пресса за время цикла

 

Уравнение энергетического баланса  пресса за цикл записывается в виде:

Ац = Ар + Ам + Ах,

где Ар – работа за время рабочего хода;

      Ам – работа, затрачиваемая на включение муфты;

      Ах – энергозатраты на холостом ходу.

3.1. Работа за период рабочего хода.

 

Работа за период рабочего хода рассчитывается по формуле

А_Р = А_D  + А_ТР,

где А_D  - работа деформации;

     А_ТР – работа, затрачиваемая на преодоление сил трения во время рабочего хода

По графику  рабочих нагрузок определяют работу деформации:

А_D =   кДж

где - площадь графика рабочих нагрузок, мм²

       - масштабы по осям силы и перемещения

А_D  = 2880*10*0,1*10^-3 = 2,88 кДж

Далее находим работу, затрачиваемую на трение за период рабочего хода:

А_ТР = ,

где

      - рабочий угол, град; (табл. 2.1)

 А_ТР =    

Работа за время рабочего хода равна:

А_Р = А_D  + А_ТР = 2,88 + 0,7 =3,58 кДж

3.2. Энергозатраты при холостом ходе

 

Ориентировочно эти затраты  берутся в долях от работы деформирования и составляют:

Ах = (0.3 – 0.5) А_D = 0.5 · 2,88 = 1,44 кДж

3.3. Энергозатраты при включении муфты

 

Энергозатраты при включении фрикционной  муфты рассчитываются по формуле:

Ам =   Дж,

где Jпр – момент инерции разгоняемых при включении муфты деталей пресса,                  приведенный к валу пресса, кгм² ;

      - угловая скорость вала муфты, с^-1

Для приближенных расчетов, когда  размеры деталей привода неизвестны, можно воспользоваться формулой:

  кгм²,

- коэффициент, зависящий от  назначения пресса и его конструкции;    

Тогда получим работу на включение  муфты:

Ам =

Работа за время цикла

Ац = Ар + Ам + Ах = 3,58 + 0,8 +1,44 = 5,82 кДж

 

 

 

 

4. Мощность двигателя и размеры маховика.

4.1. Расчет мощности электродвигателя.

 

Мощность электродвигателя N_Э кривошипных прессов определяется по формуле:

  кВт,

где - работа привода во время рабочего хода, кДж:

;

работа привода, затрачиваемая  на включение фрикционной муфты  при      работе пресса одиночными ходами, кДж:

;

КПД передачи от кривошипного вала к валу электродвигателя:

;

КПД передачи от вала муфты валу электродвигателя:

КПД зубчатой передачи, клиноременной передачи, подшипников качения соответственно.

КПД передачи от вала муфты к  валу электродвигателя:

При нагруженной передаче

Тогда

Время цикла  :

,

коэффициент использования частоты  ходов;  (стр.64, [2])

коэффициент запаса по мощности привода;   (стр.67, [2])

Мощность электродвигателя будет равна:

 

Выбираем двигатель  по справочнику в зависимости  от N_Э: асинхронный электродвигатель 112М4; n_э = 1445 мин^-1; N_э = 5,5 кВт.

Уточнённое передаточное число ремённой передачи 

4.2. Определение момента инерции маховика.

 

Необходимый момент инерции маховика определяется по формуле:

,

где частота вращения маховика:

     

      f – коэффициент неравномерности вращения маховика в зависимости от числа ходов в минуту:

;

ξ₁ = 0,9 –коэффициент электродвигателя из табл. 7.20 (стр.67 [2]);

S_HC  = 0,04 –номинальное скольжение двигателя из табл. 7.20 (стр.67 [2]);

S_KP = 0,01 –величина упругого скольжения клиноременной передачи.

коэффициент формы графика рабочих  нагрузок:

 

Найдем момент инерции  маховика:

5.Расчет основных узлов и деталей пресса.

5.1.Главный вал.

 

Исходные данные: d₀ = 85 мм , d_в = 85 мм, d_A = 130 мм.

В нашем случае принимаем  конструкцию вала: эксцентриковый вал  с одним эксцентриком.

 

 

 

 

Рис. 5. Схема главного вала.

 

 

Рис.5.1 Главный вал, эпюра  крутящих и изгибающих моментов.

 

 

 

В проектировочных целях зададимся  следующими параметрами вала:

l_ш = (0.4÷0.65) · d₀ = 0.6 · 85 = 51 мм;

l₀ = (1.8÷2.1) · d₀ = 2.0 · 85 = 170 мм;

l_\, l₂, d₁, d₂ –параметры принимаем исходя из расчёта на кручение, т.е. вал с параметрами l_\, l₂, d₁, d₂ должен предать определённый максимальный  крутящий момент.

Сечения 1-1 и 2-2 рассматриваем  как наиболее опасные. В них следует  проверять вал. В нашем случае  в соответствии с заданием проверка будет проводиться только в сечении 1-1.

Проверка заключается в построении графика зависимости сил, допускаемых прочностью деталей пресса, от угла поворота кривошипа α. На оси абсцисс откладывается угол поворота кривошипа α. Кривая, построенная таким образом, не должна пересекать график рабочих нагрузок (рис.10). График сил, допускаемых прочностью деталей пресса, от угла поворота кривошипа α строится по следующей зависимости: