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

ВВЕДЕНИЕ

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. ТЕХНИЧЕСКАЯ 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 - 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, ; – от оси малой головки до верхней кромки 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)

где − момент инерции ведомых деталей привода, приведенный к валу муфты, . − угловая скорость вала муфты, ; − коэффициент использования числа ходов, ; − коэффициент работоспособности, ; − фактическое число включений в минуту, ; − площадь поверхности трения, .

,

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)
где − вылет станины.

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

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.

Ланской Е.Н., Банкетов А.Н. Элементы расчёта деталей и узлов кривошипных прессов. – М.: Машиностроение, 1996. – 376с.

Кузнечно-штамповочное оборудование. Учебное пособие по курсовому проектированию/ Составитель В.И. Трусковский. –, 2004. – 50 с.

Власов В.И. Системы включения кривошипных прессов. Расчет и проектирование. М.: Машиностроение, 1969.­ – 272 с.

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.

Ровинский Г.Н., Злотников С. Л. Листоштамповочные механические прессы.–М.: Машиностроение, 1968.–376 с.

Трусковский В.И., Барков Л.А. Прессы-автоматы для обработки порошковых материалов–1994.–304 с.