Расчет двухкривошипного пресса простого действия усилием 3150 кН

Приазовский государственный технический университет

Кафедра КШП

Курсовой проект

по дисциплине "Оборудование цехов ОМД"

на тему:

"Расчет двухкривошипного пресса простого действия усилием 3150 кН"

Выполнил: ст.гр. МД-06

Мурашкин А.А

Проверил: Ткачов Ростислав Олегович

Мариуполь, 2010

Приазовский государственный технический университет

Кафедра: Кузнечно-штамповочного производства

Дисциплина: Оборудование цехов ОМД

Специальность: Обработка металлов давлением

Курс: IV, группа МД-06, семестр 7 (седьмой)

Задание на курсовой проект студента

Мурашкин Андрей Александрович

1. Тема проекта: Двухкривошипный пресс простого действия, закрытый, усилием 3150 кН

2. Срок сдачи студентом законченного проекта: 27.12.2010

3. Исходные данные к проекту: В записке (раздел "Техническая характеристика машины")

4. Содержание расчетно-пояснительной записки: расчет пресса, включающий определение параметров кинематической схемы, расчет станины, фрикционной муфты включения, графика допускаемых усилий на ползуне; мощности электродвигателя, энергетический расчет.

5. Перечень графического материала: общий вид пресса (А1); сборочная единица пресса (А1); графики кинематического расчета и график допускаемых усилий на ползуне (А1)

6. Дата выдачи задания 12.10.2010

Календарный план

№	Наименование этапов курсового проекта	Срок выполнения этапа работы	Примечание
1	Определение параметров пресса по ГОСТу 7766-73	2 недели
2	Составление кинематической и пневматической схемы пресса	1 неделя
3	Кинематический расчет (расчет молинтов, угла поворота кривошипа, построение графика рабочих нагрузок)	2 недели
4	Энергетический расчет (энергетические затраты, мощность привода)	2 недели
5	Общий вид машины	1 неделя	формат А1
6	Расчет муфты включения и чертеж	2 недели	формат А1
7	Расчет станины пресса	1 неделя
8	Расчет усилий по ползуну	1 неделя
9	Графики, характеризующие расчеты по п.3 и 8	1 неделя
10	Список литературы и окончание записки	1 неделя

Реферат

В кривошипном прессе, как и в любой технологической машине, линейные, силовые и энергетические параметры находятся во взаимодействии. В данном курсовом проекте производится расчет кривошипного пресса, Расчет включает три основные части: кинематический расчет, в котором подбирается технологическая операция, с использованием параметров пресса, и по ней составляется кинематическая схема пресса. При расчете энергетических параметров основным является определение энергозатрат за один цикл. Заключительной частью является разработка некоторых деталей пресса.

Работа заканчивается графической частью.

Введение

Кривошипный пресс-это пресс, у которого в качестве исполнительного механизма, преобразующего вращательное движение привода в заданное движение ползуна, используется кривошипный колеечный или эксцентриковый вал. В кривошипных машинах заготовка деформируется за счет силового воздействия - усилия, замыкающего через исполнительный механизм и стол на станину.

Жесткая кинематическая связь между главным валом и ползуном является одной из главных особенностей кривошипных машин, предопределяющей наличие четко фиксированных относительно рабочей поверхности стола крайних положений ползуна. Размыкающий прямой ход ползуна, в конце которого происходит деформирование, т.е рабочий ход, и возвратный ход, в течение которого ползун приходит в исходное положение. Положение ползуна, соответствующее окончанию прямого хода и началу возвратного хода, называется крайним рабочим положением.

Т.к. в кривошипных машинах конец рабочего хода зафиксирован крайним рабочим положением ползуна, то на прессе вводят регулировку крайнего рабочего положения ползуна. Эта регулировка позволяет увеличить расстояние между рабочими поверхностями стола и ползуна и обеспечивает возможность установки на одном и том же прессе различных по высоте инструментов, а так же позволяет компенсировать влияние упругих деформаций деталей пресса на точность и износ инструмента.

1. Обзор существующих машин аналогичного технического назначения

Кривошипные машины в зависимости от технологического использования подразделяют на основные группы:

- для разделительных операций;

- для листовой штамповки;

- для горячей объемной штамповки;

- для холодной объемной штамповки.

В каждой из выделенных групп можно выделить машины общего назначения, так называемые универсальные, используемые для широкой номенклатуры изделий и технологических операций и не требующие существенной переналадки при переходе с одного изделия на другое.

Кривошипные машины классифицируются также в зависимости от конструктивного механизма использования узлов и деталей.

По типу станины различают открытые и закрытые. В зависимости от расположения оси перемещения исполнительного механизма различают вертикальные, горизонтальные и наклоняемые кривошипные машины. Классификационным признаком иногда служит расположения привода относительного штамповочного пространства. При обычном традиционном использовании машин привод располагается над плоскостью штамповки. У кривошипных машин большого усилия, привод располагается ниже уровня пола, что позволяет уменьшать высоту пресса.

Главное требование, предъявляемое к кривошипным машинам - получение изделий по форме и размерам приближающихся к готовым изделиям. Так же требуется и повышенная точность, высокая производительность при максимальной стойкости инструмента.

Повышение производительности кривошипных машин обеспечивается увеличением номинального числа ходов ползуна и коэффициента использования числа ходов, а так же уменьшения потерь времени на переналадку и смену инструмента. Для этого машины оснащают более совершенными средствами механизации и автоматизации.

Обязательным требованием также является соблюдение техники безопасности. Кривошипные машины - как оборудование, создающее значительные усилия при высоких скоростях перемещения ползуна, относится к машинам повышенной опасности, поэтому создан специальный свод правил по технике безопасности, обязательный для проектирования кривошипных машин.

2. Техническая характеристика машины (ГОСТ 7766-73)

Пресс двукривошипный закрытый простого действия усилием 3150 кН, модель К3535А.

Предназначен для выполнения различных операций холодной штамповки из листового материала: гибки, неглубокой вытяжки, формовки, вырубки, пробивки и др.

Станина пресса разъемная двустоечная закрытая; состоит из 2 стоек, стола траверсы; стянутых между собой четырьмя стяжными шпильками. Для расширения технологических возможностей пресса в стойках станины сделаны окна, позволяющие монтировать средства автоматизации и механизации.

Ползун - сварной, перемещается в прямоугольных направляющих станины. Направляющие ползуна и станины регулируемые. Ползун оснащен верхним выталкивателем и уравновешивателем в виде пневматических цилиндров.

Регулировка межштампового пространства осуществляется от индивидуального электропривода, величина регулировки контролируется микропереключателем.

В столе пресса смонтированы пневмоподушки, используемые как нижний выталкиватель или для прижима заготовки при не глубокой вытяжке. Муфта-тормоз - жесткосблокированная, пневмофрикционая.

Привод пресса - трехступенчатый, шестерне-эксцентрикового типа с валами и осями, расположенными перпендикулярно к фронту пресса.

Передача движения ползуну осуществляется от индивидуального электродвигателя через клиноременную передачу и зубчатую передачу быстроходную, к тихоходно передаче; далее через эксцентриковую втулку и эксцентриковый вал преобразуется в возвратно-поступательное движение ползуна.

Режим работы: наладка, одиночные и автоматические ходы.

Управление прессом: кнопочное.

Смазка комбинированная: централизованная и ручная.

Основные данные пресса занесены в таблицу 1.

Табл.1

1	Номинальное усилие, кН	3150
2	Ход ползуна, мм	400
3	Число ходов ползуна	25
4	Допустимое число одиночных ходов	18
5	Наименьшее расстояние между столом и ползуном в его нижнем положении при верхнем положении регулировки, мм	750
6	Величина регулировки расстояния между столом и ползуном, мм	250
7	Размеры стола в плане, мм	2500*1250
8	Толщина подштамповой плиты, мм	180
9	Усилие верхнего выталкивателя, кН	160
10	Суммарное наибольшее усилие пневмоподушек при давлении сжатого воздуха в цилиндрах 0,6мПа, кН	320
11	Рабочий ход пневмоподушки, мм	120
12	Расстояние до крайнего положения ползуна, на котором пресс развивает номинальное усилие, мм	12
13	Расход сжатого воздуха за 1 ход, м куб.	0,0065
14	Питающая сеть: частота, гц напряжение, вольт	50 380
15	Электродвигатель главного привода: тип мощность, кВт частота вращения об/мин	АОС2-82 47 1400
16	Электродвигатель механизма регулировки: тип мощность, кВт частота вращения об/мин	4А112МА 2,2 750
17	Габаритные размеры: в плане, мм высота над уровнем пола, мм	4555*2900 5855
18	Масса пресса, кг	50900

3. Пневматическая система пресса (рис 1)

Воздух, поступающий в пневмосистему, предварительно проходящий фильтр для очистки от мелких частиц. Каждая ветвь имеет дополнительный запорный вентиль для отключения. В ветви муфты представлен редукционный клапан регулятор давления для слежения давления воздуха до задуманного. Сжатый воздух определенного давления накапливается в воздухозаборнике и затесе, через маслораспределитель поступает в клапан включения. Маслораспределитель имеет небольшой резервуар, из которого часть масла за счет инжекций поступает в клапан и оттуда в муфту. Клапан управляется с помощью муфты и магнита, при включении которого клапан пропускает воздух в подводящую головку, соединенную непосредственно с рабочей полостью цилиндра муфты.

Подводящая головка обеспечивает соединение неподвижного воздухопровода с вращающимся корпусом муфты. Во избежание утечек воздуха в головке предусмотрены уплотнения.

4. Кинематическая схема пресса

Пресс состоит из 3 основных частей:

- двигателя;

- передаточных механизмов (привода);

- исполнительного механизма.

Источником энергии пресса служит установленный на нем асинхронный электродвигатель с пускорегулирующей электроаппаратурой.

Узел электрооборудования пресса состоит из нескольких электродвигателей:

1) Электродвигатель главного привода мощностью N = 47 кВ,

2) Электродвигатель для регулировки хода ползуна N = 2,2 кВ.

Привод от главного электродвигателя к исполнительному механизму состоит из клино-ременной передачи и двух зубчатых передач. Для обеспечения соединения исполнительного механизма с приводом в прессе предусмотрена муфта. Фиксацию ведомой части привода и исполнительного механизма в заданном положении осуществляют тормозом. Своевременное включение и выключение муфты и тормоза осуществляют системой управления.

Кинематическая схема двухприводного пресса закрытого типа простого действия усилием 3150 кН представлена на рис.2

5. Кинематический расчет пресса

5.1 Построение графика рабочих нагрузок

Параметры определяются по зависимостям:

Максимальное усилие:

Рмах = Рн = 3150 кН

Рабочий ход:

Sp = So = 24 мм,

Где So - расчетная толщина вырубаемой заготовки

So =  ,

где Sn = 400 мм - полный ход ползуна,

[2 табл 4] - относительная длинна шатуна

 мм - радиус кривошипа. Тогда

L = 2350 мм - длинна шатуна

 = (1,5 .. 2)  = 4,4 мм - величина вхождения пуансона в матрицу.

 мм - величина упругой деформации при Рн

С = 1000 кН/мм [1]

Тогда

мм  24 мм

График рабочих нагрузок изображен на рис.3

 мм.

5.2 Кинематические диаграммы скорости и ускорения для одного цикла возвратно-поступательного движения ползуна [4. стр. 102]

Скорость ползуна:

,

т.е. , где  = 0.085 [4. стр. 106, табл. 4]

Ускорение:

, т.е.

Экспериментальные значения скорости ползуна - максимум при прямом ходе - достигаются в момент изменения знака ускорения при переходе его значения через 0, т.е Vmax пред j=0.

Графики изображены на рис.4

По графикам определяем, что Vmax при =86

Таблица 2

, град	V/VR	j/
0	0	1,085
10	0,19	1,06
20	0,37	1,00
30	0,54	0,91
40	0,68	0,78
50	0,81	0,63
60	0,90	0,46
70	0,97	0,26
80	0,99	0,09
90	1,00	-0,09
100	0,97	-0,25
110	0,91	-0,41
120	0,83	-0,54
130	0,72	-0,66
140	0,60	-0,75
150	0,46	-0,82
160	0,31	-0,87
170	0,14	-0,9
180	0	-0,91

5.3 Определение угла поворота кривошипа

,

Где Cr = S/R, отсюда определяем 

Полученные данные поместим в табл. 3

Таблица 3

№	S, мм	Pd, Кн	cos	S/R		, мм	mk, мм	Mk, мм
1	4.4	0	0,022	0,98	11,6	43,6	60,8	0
2	6	290	0,03	0,872	13,5	50,5	67,7	19,6
3	8	680	0,04	0,963	15,6	58,2	75,4	51,3
4	10	1080	0,05	0,954	17,5	63,7	80,9	87,4
5	12	1470	0,06	0,944	18,2	69,8	87,0	128
6	14	1860	0,07	0,935	20,7	76,3	93,5	174
7	16	2240	0,08	0,926	22,2	81,5	98,7	221
8	18	2640	0,09	0,817	23,5	86,0	103,2	272
9	20	3040	0,1	0,907	24,8	90,4	107,6	327
10	,20,4	3150	0,102	0,905	25,0	91,0	108,2	341
11	22	2560	0,11	0,898	26,0	94,4	111,6	286
12	24	1740	0,12	0,889	27,3	98,7	115,9	202
13	26	980	0,13	0,880	28,4	102,2	119,4	117
14	28,4	0	0,142	0,868	29,7	106,4	123,6	0

Таблица 4

	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
S, мм	0	3,3	13	29	50	76	106	140	174	208
, мм	0	38	74	108	136	162	180	194	198	200
mk, мм	17,2	55,2	91,2	125,2	153,2	179,2	187,2	211,2	215,2	271,2

5.4 Крутящий момент на кривошипном валу

Mk = Pd*mk,

Где Зв - усилие деформирования, определяемые по графику рабочих погрузок.

mk - относительный крутящий момент.

Относительный крутящий момент для идеальной машины:

Данные расчета занесены в табл.3

Относительный момент трения:



где  - коеффициент трения

do = 0,38  = 210 мм - диаметр кривошипного вала в коренных опорах;

da = 1,5 do = 315 мм - диаметр кривошипной гайки

db = do = 210 мм - диаметр нижней опорной шейки шатуна

 [2, стр. 132 ]

Где  - угол зацепления,  - угол, определяющий положение шестерни.

Dk = 1500 мм.

 мм

результаты расчета Mk и mk занесены в таблицу 3.

6. Энергетический расчет

6.1 Выбор передаточного числа

ng = 1400 об/мин - число оборотов электродвигателя главного привода

nk = 25 об/мин - число ходов ползуна

i общ = ng/nk = 1400/25 = 56 - общее передаточное число всей передачи пресса

i общ = i1+i2зб + i3зт,

Где i1 = 4.0 - передаточное число клиноременной передачи

i2зб = 4.5 - передаточное число быстроходной зубчатой передачи

i3зт = 3.1 - передаточное число тихоходной зубатой передачи

i1. i2зб, i3зт [3]

6.2 Энергетические затраты кривошипного пресса за время цикла

Работа за период рабочего хода:

Ар = Ag+Aм, где

Ag - работа, затрачиваемая на деформирование 9по графику рабочих нагрузок)

Ag = 0,5 PH * Sp = 0,5*3150*24 = 37,8 кДж

Aм - работа, затрачиваемая на преодоление сил трения во время рабочего хода.

Aм = Pcp*mk ,

где Pcp = Ag/Sg = 37.8/24* = 1575 кН.

Sg = 24мм -путь деформации

б = 29.7 - рабочий угол

mk = 17.2 мм относительный момент трения.

Aм =1575*17.2829,783.14/180 = 14 кДж,

тогда Ap = 37,8+14=51,8 кДж

Определение энергозатрат при включении муфты.

Энергозатраты при включении муфты Ам складываются из затрат на разгон ведомых деталей привода и на проскальзывание мелу дисками муфты.

Соотношение угловых скоростей, энергозатраты при включении муфты:

Ам = Iпр * , кДж

где Iпр - момент инерции разгоняемых частей пресса, при включении приведенной к валу муфты.

Iпр = , кДж,

Где ; м - угловая скорость вала муфты.

Ам = 2*3150 = 6,3 кДж

Определение затрат при холостом ходе пресса:

Ах = 13.5 кДж [1. табл рис 4/4]

Уравнение энергетического баланса за цикл:

Ац =Ар+Ам+Ах,

Ац = 51.8+6.3+13.5=71.6 кДж

6.3 Мощность электродвигателя

Мощность электродвигателя определяется по формуле:

где Ар - работа привода во время рабочего хода, Дж.

 Дж

- КПД передачи от кривошипного вала к валу электродвигателя.

- КПД передачи от вала муфты к валу электродвигателя

,

Где  - КПД зубчатой передачи

 = 0.94 - КПД клиноременной передачи

 - КПД передачи от

 - КПД подшипников скольжения

 - коэффициент запаса по мощности привода

АIм - работа привода, затрачиваемая на включение фрикционной муфты при работе пресса одиночными ходами.

АIм =

tц - время цикла: tц =

nk - число ходов ползуна

з - коэффициент использования числа ходов

Принимаем двигатель АОС2-82-4; N=47 кВт

6.4 Определение инерции маховика

Необходимый момент инерции маховика:

Где nm = 276 мин -1- частота вращения маховика

f- коэффициент неравномерности врезания маховика

f = 2*k3*еI(SHC+Skp)

SHC = 0.08 - номинальное скольжение двигателя.

Skp = 0.01- величина упругого скольжения кинематической передачи.

еI = 0.9; k3 = 1,3 [1. табл 7.1]

f = 2*1,3*0,9(0,08+0,01) = 0,21

кф - коэффициент формы графика рабочих нагрузок при послед. ходах.

кф = 1 -

тогда

Определение размеров маховика:

Наружный диаметр маховика:

Dm = Dш * i1

где Dm - диаметр шкива электродвигателя. Dm = 224 мм.

i1 = 4.0 - передаточное число клиноременной передачи.

Dm = 224*4.0 = 896 мм

Момент инерции обода:

Iоб = 0.85 Im = 0,85*271 = 230 кг*м2

7. Расчет деталей пресса

7.1 Построение графика усилий по ползуну

Усилия по ползуну, рассчитанные исходя из момента, передаваемого муфтой

Pм = Мм/mk, кН

Таблица 5

б, град	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
Ркв, кН	17338	5402,6	3270	2386	1947	1664	1512	1412	1286	1373

Усилие по ползуну, допускаемое прочностью коленчатого вала:

Где d0 = 210 мм

= 360 МПа (сталь 40 хн)

n = [4. стр 54]

kэ = 0,8 [4, стр 57]

l₀ = 420 мм

[4. рис 2.18]

Таблица 6

б, град	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
Ркв, кН	6119	3867	3127	2520	2167	1915	1772	1675	1650	1636

Усилия по ползуну, допускаемые прочностью зубчатой передачи

Рз.п = nMk/mk, кН

n = 1 [4, стр 78]

,

Где Ik = 0,25 [6, табл 24] - коэффициент формы зуба колеса/шестерни

[у-1H] = 360 МПа - предел выносливости материала шестерни [4, табл. 4.1]

- коэффициент, учитывающий степень перекрытия

ku = k1 k2 k3u k4 = 1,28 - коэффициент нагрузки при изгибе

k₁ = 1

k₂ = 1.15

k₃u = 0,81

k₄ = 1,4 [4. стр. 80-81]

Где ц^| = 0 - коэффициент, учитывающий нагрузку передачи молотом, [6, табл. 25],

[n_H] = 2,5 - коэффициент запаса прочности относительно предела выносливости при изгибе,

m = 40 мм - модуль,

Я_л = 24 зуба,

b_k = 300 - ширина шестерни,

в = 20о - угол зацепления.

Таблица 7

б, град	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
Рз.п кН	12543	5154	3120	2276	1860	1588	1443	1347	1322	1311

Номинальное усилие пресса Рн = 3150 Н

График усилий по ползуну, допускаемых прочностью деталей пресса и характеристикой муфты изображен на рис. 7

7.2 Расчет фрикционной муфты включения

Из фрикционных муфт наиболее распространены дисковые муфты. Дисковые муфты бывают одно-, двух-, и многодисковые.

В данной конструкции пресса установлена однодисковая малогабаритная муфта с фрикционными вставками. Для удобства ремонта муфта установлена консольно. При этом с тормозом она сблокировала жесткой связью. На формате А1 показана однодисковая муфта включения. Муфта встроена в маховик 1, на котором закреплен опорный диск 3 и ступица с диафрагменным уплотнителем 5. На крышке 8 диафрагмы устанавливают подводящую головку, через которую в полость подается сжатый воздух. Крышку 8 крепят к маховику 1 шпильками 2. Маховик на валу установлен консольно, и вращение валу передается ведомым диском 6, расположенным на его штифтах. В диске 6 установлены фрикционные вставки из материала типа репшакса.

При выпуске менсбрасса слещаей нажимной диск 4, направляемый и фиксируемый по центрам цилиндра 9. Вставки 7, посаженные в гнездах диска на ходовой посадке, зажимаются между опорным и нажимным дисками, благодаря чему возникает момент трения, передаваемый на вал.

При выпуске воздуха пружина 10 отодвигает нажимной диск, нарушая контакт со вставками.

Расчетный момент, передаваемый муфтой:

,

Где f =0,35 [4, стр 66] - коэффициент трения

qm = 2,0 МПа - удельное усилие

Rcp = 250 мм - средний радиус вставки

Ibc = 0,011 м3 - площадь рабочей поверхности одной вставки.

n =20 - число вставок, тогда

Мм = 85960 Нм

Показатель износа:

Кизн МДж/м2*мин,

Где am = 1,10 [4, стр. 67],

p = 0,9 - коэффициент использования числа ходов [4, стр. 59],

k изм = 0,7 МДж/м2*мм, что не превышает допускаемого k изм=0,8 7 МДж/м2*мм.

7.3 Станина пресса

Станина пресса разъемная двустоечная, закрытая.

Состоит из 4 частей: верхняя траверса, правая и левая стойки и стол, стянутые между собой 4 стяжечными шпильками.

Сварные элементы станины изготовлены из толстолистового проката стали марки 3. Шпильки изготавливаются из нормализованной стали 45. для центровки сболчиваемых деталей в стыках прокладываются цилиндрические шпонки как вдоль, так и поперек фронта пресса. Для фиксации стоек стола, траверзы применяются кольца и штифты. Зазор между направляющими станины и ползуном регулируются перемещением передних направляющих; для чего необходимо отпустить болт, вращением сухаря, ввинчиванием или вывинчиванием гайки.

После регулировки болт затянуть. Направляющие должны упираться на торцы гаек.

Для расширения технологических возможностей пресса в стойках станины сделаны окна, позволяющие монтировать средства механизации и автоматизации.

При расчете станины закрытого типа применяют допущения:

- станина представляет собой статически неопределенную замкнутую стержневую раму;

- ширина рамы равна расстоянию между осями стоек, а расчетная длинна, равна конструктивной длине, т. е.

bp= 3230 мм

lp = lk = 5250 мм

Определяется базовое значение станины, совпадающее с плоскостью стола.

Минимальная площадь базового сечения.

kст = 1,25; Рн = 3150 кН.

= 1,25*3150 = 3937,5 см2

Определяем диаметр стяжной петельки

d = 0,24

Усилие затяжки

Рз = цРн

цз = 1,4 [4, стр 105]

Рз = 1,4* 3150 = 4410 кН

Напряжение затяжки в стойках

уст = Рз/2хст min

уст = 3150*103/2*3937,5*10-4 = 40 МПа

Для затяжки стяжных шпилек завертывают гайки до отказа. Затем нагревают шпильки и повертывают на необходимый угол гайки. После остывания шпилек станина оказывается стянутой с необходимым усилием затяжки.

Для определения угла поворота гайки при затяжке, находим деформации шпилек и станины:

Удлинение шпильки при затяжке:

лшп =

Где l_шт = 5380 мм - расчетная длинна шпильки

I = 4 число шпилек

l_ш = 2(н+а+с)+ lст = 5380 мм.

н+а+с = 61

d₀ = 0,67 - диаметр шпильки

Е_ш = 2,1*106 кг/см2 - модуль упругости материала шпильки

лш = 0,299 м

Укорочение станины при затяжке шпилек:

лт = лс + лтр + лстола;

лс = - укорочение стойки при затяжке

Ес = 6,4*108 кг/мм2

лстойки = 0,095

Укорочение стола при затяжке:

лстола =

Укорочение траверсы при затяжке:

лтр =

Угол поворота гайки при затяжке шпилек:

бз = 360*(лт + лст)/2 = 51,8о

Коэффициент запаса прочности:

nт = 130

Предел выносливости при растяжении:

na = 110