Силовой расчет и условие прочности кривошипных прессов

Основы силового расчета

Для расчета энергетических параметров, а также прочности деталей и узлов кривошипного пресса необходимо знать силы, действующие на звенья механизмов пресса; реакции в кинематических парах механизмов пресса и крутящие моменты, приложенные к ведущим звеньям механизмов пресса.

Поэтому при расчете деформирующую силу принимают равной номинальному усилию пресса, приложенной со стороны рабочего инструмента по оси пресса и сосредоточенной.

Кроме того, на заготовку могут действовать силы тяжести отдельных звеньев исполнительных механизмов; силы трения, возникающие на движущихся контактных поверхностях; силы упругости пружин, силы инерции и др.

Силу тяжести звена определяют умножением плотности материала звена на его объем.

Силы трения в кинематических парах могут быть рассчитаны только после определения удельных нагрузок в кинематических парах и выбора значений коэффициента трения, соответствующих условиям работы этих пар.

Силы инерции находят по заданным массам и моментам инерции звеньев, а также по ускорениям, полученным из кинематического анализа.

В современной теории кривошипных прессов существует два подхода при определении реакций в опорах главного исполнительного механизма. Первый из них приводит к достаточно простому решению задачи о крутящем моменте. Главные допущения при этом следующие: в расчетной схеме кривошипный вал заме-

няют балкой, лежащей на опорах, а фактические внешние силы и реакции - сосредоточенными нагрузками, приложенными по центру соответствующих цапф. Теоретические расчеты и экспериментальная проверка показывают, что потеря точности при определении крутящего момента в связи с этими допущениями незначительная. В этом же решении устанавливают соотношения между вертикальными и горизонтальными составляющими внешних сил и реакций в опорах. Однако указанные допущения неприемлемы для расчета внутренних сил и напряжений в материале ведущего вала.

Расчетные схемы при втором решении построены на следующих допущениях: кривошипный вал заменяют балкой на упругом основании, а фактические внешние силы и реакции - удельными силами, изменяющимися по длине цапфы по определенному закону. При этом точное или приближенное решение связано с тем, учитываются ли обе координатные составляющие сил и реакций или только одна из них.

По характеру силовых условий работы главного исполнительного механизма можно выделить следующие типы конструктивных схем кривошипного привода в современных прессах.

1. Одностоечные кривошипные прессы:

а) кривошипный вал с маховиком и клиноременным приводом;

б) кривошипный вал с зубчатым приводом и маховиком на приемном валу.

2. Двухстоечные однокривошипные прессы:

а) одноколенчатый вал с маховиком и односторонним клиноременным при водом;

б) одноколенчатый (эксцентриковый) вал с односторонним зубчатым при водом и маховиком на приемном валу;

в) одноколенчатый (эксцентриковый) вал с двусторонним зубчатым при водом и маховиком на приемном валу;

г) одноколенчатый вал с двусторонним межопорным зубчатым приводом и маховиком на приемном валу;

д) привод с шестерней-эксцентриком на бугельной оси.

3. Двухстоечные двухкривошипные прессы:

а) двухколенчатый двухопорный вал с двусторонним зубчатым приводом и маховиком на приемном валу;

б) привод с двумя шестернями-эксцентриками на бугельных осях.

4. Двухстоечные четырехкривошипные прессы: привод с четырьмя шестер нями-эксцентриками на бугельных осях.

Различие в силовых условиях работы одно- и двухстоечных однокривошип-ных прессов возникает в результате того, что нагрузки по отношению к опорам расположены у них неодинаково.

Различие в силовых условиях работы прессов с расположением маховика на кривошипном и приемном валах объясняется неодинаковым окружным усилием, действующим на маховик (зубчатое колесо кривошипного вала). В первом случае оно определяется только мощностью электродвигателя и передаваемым от него моментом. Возросшее сопротивление деформированию заготовки преодолевается за счет отдачи накопленной энергии маховика. Во втором случае торможение воспринимается малой шестерней и передается в виде возросшего момента на зубчатое колесо кривошипного вала.

Изменения в расчетной схеме для двустороннего привода связаны с тем, что крутящий момент подается на обе стороны вала. В приводе с шестернями-эксцентриками бугельная ось разгружена от крутящего момента.

Условия работы отдельных элементов привода в многокривошипных прессах не идентичны в связи с неравномерным распределением нагрузки на каждый кривошип. Причинами такого распределения могут быть неточности изготовления деталей пресса и монтажа, а также несимметричное приложение нагрузки при деформации (несовпадение центра давления штампа с осью ползуна). Все это усложняет расчет многокривошипных прессов. Упрощение задачи состоит в том, что нагрузку на отдельный элемент условно принимают равной половине максимально допустимой в двухкривошипных и четверти ее - в четырехкриво-шипных прессах. Дальнейшее решение для отдельного элемента привода многокривошипных прессов аналогично силовому расчету однокривошипных прессов по заданной конструктивной схеме, но с введением соответствующих поправок, учитывающих неравномерность в распределении нагрузки.

Возможность упрощения силового расчета ГКМ основана на том, что даже при неправильной укладке заготовки между матрицами сила, воздействующая на коленчатый вал со стороны зажимного механизма, во много раз меньше усилия на главном ползуне. Поэтому при расчете ГКМ главный вал рассматривают как одноколенчатый на двух опорах.