Расчет на прочность основных деталей пресса

Расчет цилиндров гидравлического пресса. Напряжения и перемещения в толстостенных цилиндрах, нагруженных равномерным внутренним и внешним давлением, определяют по формулам

При наличии продольной силы N

а к выражению для радиальных перемещений добавляется слагаемое

- соответственно модуль упругости и коэффициент Пуассона материала цилиндра.

Цилиндры гидравлических прессов в большинстве случаев являются моноблоками и нагружены только внутренним давлением. В зависимости от конструкции напряженное состояние в любой точке цилиндра может быть объемным (цилиндры, опирающиеся на фланец) или плоским (цилиндры, опирающиеся на днище).

Для определения напряжений в рабочем цилиндре гидравлического пресса используют формулы (10.1) и (10.3).

В цилиндрах, опирающихся на фланец,

(рис. 10.8, б).

Согласно теории прочности, эквивалентное напряжение

- допустимое напряжение.

а затем, подставляя полученные выражения в формулу (10.5) и решая относительно r2, получают

Допустимое напряжение выбирают в зависимости от способа получения цилиндра и его материала:

  = ПО... 150 МПа - для кованых цилиндров из стали, содержащей 0,30...0,35%С;

  = 150... 180 МПа - для кованых цилиндров из малолегированной стали, содержащей 1,5...2,0Ni.

и давление жидкости p. Согласно выражению (10.6),

наружный радиус его зависит от соотношения между допустимым напряжением

и р, при котором размеры цилиндра будут наименьшими, необходимо найти производную выражения (10.7), например по р, и приравнять ее нулю. После преобразований получают

  . Такое давление называют рациональным:

Понижение давления рабочей жидкости на 25...30 % по сравнению с оптимальным позволяет уменьшить потери энергии, связанные со сжатием жидкости, и увеличить срок службы уплотнений.

Расчет на прочность станины гидравлического пресса. Расчетную схему выбирают в зависимости от конструкции станины. Все многообразие конструктивных решений станин для расчетных целей можно свести к следующим типам:

а) цельнолитые или цельносварные станины одностоечных прессов;

б) стянутые стяжными болтами составные станины одностоечных прессов;

в) станины с подвижной поперечиной четырехколонных прессов;

г) станины рамной конструкции.

Станины одностоечных прессов. В общем случае расчетную схему одностоечной литой станины пресса можно представить в виде, показанном на рис. 10.1, a, где участок станины, определяемый углом а, можно рассматривать как брус большой кривизны, а участок высотой а - как стойку, находящуюся в условиях растяжения при внецентренном приложении силы.

Распределение напряжений в сечениях бруса большой кривизны при поперечном изгибе определяют по формуле

- см. на рис. 10.1; F -площадь поперечного сечения станины; е - эксцентриситет (см. рис. 10.1, б); р - радиус кривизны нейтрального волокна сечения бруса большой кривизны,

и - текущий радиус, и = р + у.

Форму поперечного сечения станины необходимо выбирать такой, чтобы напряжения в наружном и внутреннем волокнах были одинаковыми. Для этого центр тяжести сечения должен быть расположен ближе к внутреннему волокну, чем к наружному. Точное его расположение можно найти в каждом конкретном случае на основании расчетов. Форма сечения, наиболее удовлетворяющая требованию равнопрочности, показана на рис. 10.1, а.

Распределение напряжений в сечениях, расположенных внутри угла а, вычисляют по формуле

где I- момент инерции сечения.

При определении напряжений в составных станинах, стянутых стяжными болтами, необходимо учитывать усилие предварительной затяжки. Чтобы обеспечить нормальную работу пресса, следует выбрать такое усилие предварительной затяжки, при котором не раскрывался бы стык между отдельными частями станины при нагружении пресса силой, равной номинальному усилию.

Для определения напряжений в стяжных болтах и в станине с учетом предварительной затяжки нужно составить уравнение перемещений:

- то же от совместного действия сил предварительной затяжки и рабочей.

В соответствии с законом Гука эти деформации можно выразить через внутренние силы:

- сила предварительной затяжки. Сумма проекций действующих сил

где п - количество стяжных болтов; Р - сила, приложенная к ползуну пресса. Решая совместно уравнения (10.9) и (10.10), находят

(см. рис. 10.1, б). При определении напряжений в станине y изменяется в пределах от +b до -b согласно предыдущим рассуждениям.

Если силу Р прикладывать эксцентрично относительно оси у, как показано на рис. 10.1, б, то необходимо учитывать изгиб станины относительно оси y:

- момент инерции сечения станины относительно оси у.

Колонные станины гидравлических прессов. Чаще всего для определения напряжений в колонных станинах гидравлических прессов принимают расчетную схему в виде плоской рамы с приложенной несимметричной силой относительно вертикальной оси.

При выборе способа воздействия сил на раму необходимо учитывать конструктивные особенности пресса: наличие или отсутствие хвостовика или песта у плунжера, размеры зазоров между направляющими втулками подвижной поперечины и колоннами (рис. 10.9) и др.

Расчетную схему можно представить в виде пространственной рамы (рис. 10.10) с учетом следующих допущений:

распределенные нагрузки, приложенные к рабочему инструменту в процессе выполнения технологической операции, можно заменить равнодействующей

подвижная поперечина направляется втулками;

колонны жестко закреплены в неподвижных поперечинах, раскрытия стыка в местах крепления не происходит;

изгибающим моментом

относи-

тельно оси Ох.

Согласно схеме, приведенной на рис. 10.10, от действия номинального усилия

Рис. 10.11. Расчетная схема (а) и эпюры изгибающих (б, г, д) и нормальных (в, е) сил в станине пресса

Расчетная схема и эпюры единичной и заданных сил показаны на рис. 10.11, а-г. Для определения сил в колоннах от действия изгибающих моментов необходимо раскрыть статическую неопределимость уравнения равновесия для рамы. Для этого составляют каноническое уравнение

-

перемещение от заданной силы Р.

Перемещения от единичной и заданной сил соответственно определяют по формулам

находят из решения канонического уравнения:

Окончательные эпюры нормальных сил и изгибающих моментов представлены на рис. 10.11, д, е. Рассматривая верхнее и нижнее положения подвижной поперечины, находят наибольшие значения изгибающих моментов согласно эпюре на рис. 10.11. Аналогично определяют изгибающий момент и нормальные силы при действии изгибающего момента относительно оси у.

Суммируя соответственно изгибающие моменты и нормальные силы во всех трех случаях, находят колонну, в которой действующая нормальная сила и изгибающие моменты в верхнем и нижнем сечении наибольшие:

Напряжения в опасной точке наиболее нагруженной колонны вычисляют по формуле

где N определяют согласно выражению (10.11), а момент М выбирают наибольший из найденных по формулам (10.12) и (10.13).

- допускаемое напряжение для применяемого материала.

Для обеспечения нормальной работы пресса необходимо исключить возможность раскрытия стыков между колоннами и неподвижными (верхней и нижней) поперечинами (см. рис. 10.4). Такое соединение, как указано выше, осуществляют предварительным натяжением в местах соединений. Сила предварительного натяжения должна превышать номинальное усилие на 10...20 %.