Живов Л.И., Овчинников А.Г., Складчиков Е.Н. Кузнечно-штамповочное оборудование

Подождите немного. Документ загружается.

Раздел L

КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

Рис. 5.5. Кинематическая схема двухстороннего привода

стремя зубчатыми передачами (рис. 5.5) первую пару, считая от электродвига-

теля, принято называть быстроходной, последнюю, расположенную между опо-

рами станины, - тихоходной, а пару между ними - промежуточной.

Стремление уменьшить размеры зубчатых передач и повысить надежность

их работы послужило причиной появления двухстороннего привода (см. рис. 5.4, г).

В последнее время все чаще применяют схему, в которой крутящий момент рас-

пределяется между четырьмя зубчатыми парами с изменением передаточных

чисел (см. рис. 5.5).

В двухкривошипных прессах с приводом закрытого типа возникает необходи-

мость передачи движения от одного электродвигателя на два ведущих кривошипа,

оси которых перпендикулярны фронту пресса (рис. 5.6). Схему а с вращением глав-

ных колес (колес на щеках коротких коленвалов или шестерен-эксцентриков)

в разные стороны используют в листоштамповочных прессах с небольшими разме-

рами ползуна в плане. В листоштамповочных прессах с увеличенным ходом ползу-

на и его увеличенными размерами в плане применяют схему б, в которой движение

передается на второе тихоходное колесо через паразитную шестерню, благодаря

чему обеспечивается разнонаправленное вращение главных колес. Схема требует

высокой точности координации отверстий на траверсе под опоры коленвалов или

осей и экономически оправдана при выпуске прессов крупной серией.

При зацеплении шестерни последней пары сразу с двумя тихоходными ко-

лесами последние вращаются в одну сторону (см. рис. 5.6, в). В схеме г тихо-

ходные колеса также вращаются в разные стороны благодаря наличию пара-

150

Глава 5.

Типовые

конструкции узлов и

систем кривошипных прессов

--ь-.

+—^—i

^—^—т

Рис.

5.6. Направления вращения главных колес листоштамповочного пресса с

небольшими размерами ползуна в плане

{а),

увеличенным ходом ползуна

(б)

и с

тихоходными парами, вращающимися в противоположные стороны

(в,

г)

зитных шестерен. Преимущество этой схемы - в возможности компенсации при

сборке неточностей изготовления.

В листоштамповочных прессах с очень большими размерами штампового

пространства движение передается не на последней, а на промежуточных или

даже на первой приемной ступени (рис. 5.7). Следовательно, особых различий

структуре приводов двух- и четырехкривошипных прессов нет, необходимо

лишь установить последний промежуточный вал достаточной длины с четырьмя

парами малых шестерен вместо двух, приводящих в движение четыре пары ти-

хоходных колес.

В мощных листоштамповочных прессах для проверки штампов и техноло-

гии вытяжки на любой стадии процесса (что необходимо при освоении новых

деталей перед запуском в серийное производство) предусматривается специаль-

ный привод наладки. При работе на приводе наладки пресс совершает один

двойной ход за несколько минут при общем расходе энергии за цикл в таком же

объеме, как и при работе на главном приводе. В типовых схемах наладки на пер-

вом приемном валу установлено червячное колесо. Зацепление червяка с ко-

лесом и, следовательно, подача движения на главный привод обеспечиваются по

мере надобности в результате подъема или опускания корпуса червяка, являю-

щегося одновременно плунжером гидроцилиндра. На рис. 5.8 показана схема

оригинального привода наладки, где червячное колесо 2 является корпусом тор-

моза главного привода, а червяк 1 нормально стопорит этот корпус. При нала-

дочных работах вращение червяка через червячное колесо при включенном

главном тормозе подается на шестерню 3 приемного вала и дальше на ползун.

151

Раздел I.

КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

^ ]|[ |i—I

—m ГТЛ 77777777.

Ш ш^.

тт

туп

"Ж ]

L X

^^^ ш:

-t

t 3

I > LgJx 1

[ ]

J LO

ф:

•*•

Рис. 5.7. Кинематическая схема листоштамповочного пресса

с большими размерами штамповочного пространства

Схемы приводов с переменной угловой скоростью в период одного двойно-

го хода (нормальной при исполнении рабочей операции и повышенной при хо-

лостых ходах) были рассмотрены в § 1.8.

Для бесступенчатого регулирования числа ходов ползуна главного исполни-

тельного механизма применяют вариаторы различных конструкций: при не-

большой передаваемой мощности - цепные, при значительных мощностях - ма-

логабаритные многодисковые фрикционные. В кинематике кривошипных прессов

вариатор 1 играет роль дополняющего элемента и встраивается в схему между

электродвигателем 2 и шкивом клиноременной передачи (рис. 5.9).

Клиноременная передача. В приводе быстроходных одноступенчатых прес-

сов передаточное число клиноременной передачи лежит в крайних пределах об-

щемашиностроительных рекомендаций:

t/^^^

6,9... 10,6. Для других типов прес-

сов и^ значительно снижено, но также имеется некоторый разброс его значений,

причем меньшие принимают для более быстроходных прессов данного типа.

152

Глава 5.

Типовые конструкции узлов

систем кривошипных прессов

[0 0]

f^^

(ooj

HHHh-

Рис.

5.8. Кинематическая схема

мощного листоштамповочного

пресса со специальным приво-

дом наладки

Рис.

5.9. Схема привода с бес-

ступенчатым регулированием

хода ползуна

Например, для КГШП с

Р^^^

6,3 ...63 МН и^

2,5

...4,5;

для двухстоечных лис-

тоштамповочных прессов

и^^

изменяется в узких пределах: от

3,0...3,5

для тихо-

ходных и до 2,5 ...3,0 для быстроходных прессов.

Минимально допустимый диаметр шкива определяется соотношением

^шк~^мах/^кл •

Его значение должно удовлетворять требованиям ГОСТ 1284. Уменьшение диа-

метра шкива по сравнению с рекомендуемыми значениями резко снижает долго-

вечность, тяговую способность и КПД передачи.

При расчете клиноременных передач необходимо определить тип и число рем-

ней

для передачи заданной мощности:

Л^.

^рем

C,C,N,

где Л^зл " мощность электродвигателя, кВт; С^ - коэффициент, учитывающий

угол обхвата Cj = 0,56... 1,00; С2 - коэффициент режима работы, зависящий от

характера нагрузки на ползуне пресса и сменности, С2 = 0,78...0,51;

- мощ-

ность, передаваемая одним ремнем заданного сечения при заданной окружной

скорости,

= 0,08...51,5 кВт.

153

Раздел L КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

Данные по выбору указанных величин и порядок расчета клиноременной

передачи изложены в курсе «Детали машин». Важным практическим указанием

является то, что в консольных передачах увеличение числа ремней свыше десяти

не повышает их долговечность.

Поскольку в клиноременной передаче происходит упругое скольжение рем-

ней (обычно для кривошипных прессов

^-^

= 0,01), фактическая частота вращения

ведомого вала

Зубчатые передачи. В двухступенчатом приводе передаточное число зубчатой

пары устанавливается просто:

в трех- и четырехступенчатом приводе листоштамповочного пресса переда-

точное число необходимо распределить по ступеням. В четырехступенчатых прес-

сах в большинстве случаев соотношение между передаточными числами, начиная

с быстроходной зубчатой пары, подчиняется правилу Щ^<и^^<щ^. Так, для

гаммы тихоходных прессов простого и двойного действия с

Р^^^

3,15...

МП ука-

занные величины лежат в пределах щ^:

и^^

\и^

{2...2,5):

(2,9...

3,9):

(5,5...

8,5).

Тип зубчатой передачи определяется особенностями конструкции пресса и

его назначением. В двухступенчатом приводе прессов серийного выпуска тихо-

ходную пару выполняют прямозубой по 10... 12-му квалитету точности. В прес-

сах, изготовление которых планируют по разряду тяжелого и уникального

оборудования, например в КГШП с

Р^^^ >

20 МП, зубчатую пару выполняют

шевронной или прямозубой по 8... 10-му квалитету точности с высотной коррек-

цией для усиления прочности. Прямозубую передачу приходится применять по

условиям монтажа в последней паре тихоходных листоштамповочных прессов.

Быстроходную пару в этих прессах выполняют шевронной, а промежуточную -

косозубой или шевронной. Для всех шевронных передач рекомендуется угол

наклона зубьев р

30°, а для косозубых - Р = 20°.

Число зубьев назначают по шестерне (z^ >

z^^^).

Разброс значений для числа

зубьев шестерни z^ довольно узкий: 19...22 для КГШП, 14... 19 для ГКМ, 14... 16

для тихоходной, 16...20 для промежуточной и 15...25 для быстроходной пары

листоштамповочных прессов соответственно.

Шестерни и колеса диаметром менее 500...800мм изготовляют из стальных

поковок марок 45, 40, 40 ХН и др., а колеса диаметром более 500...800 мм - из

стальных отливок марок 35Л, 45Л, 35ХГСЛ, 40ХНЛ и др. Поковки подвергают

нормализации (Н) или улучшению (У) до твердости 190...280 НВ, отливки - норма-

лизации до 160...220 НВ. Более высокая твердость нецелесообразна, поскольку на-

резание зубьев производят после термообработки. Для лучшей прирабатываемости

и во избежание заедания зубьев твердость шестерни должна быть на 20...40НВ

выше твердости колеса.

154

Глава 5. Типовые конструкции узлов и систем кривошипных прессов

Таблица

5.1.

Механические свойства сталей, используемых для зубчатых колес

Марка

стали

35Л

45Л

35ХГСЛ

40ХНЛ

Термооб-

работка

нв

160

170

200

210

^-V

МПа

230

250

320

340

Марка

стали

40Х

40ХН

Термооб-

работка

нв

180

220

250

260

<^-1'

МПа

280

340

360

400

Применяя для колес с модулем т > 6 мм поверхностную закалку ТВЧ и за-

калку газовым пламенем, обеспечивают высокую твердость зубьев (например,

до 35...40 НКСз для углеродистых, 45...55 HRC3 для легированных сталей) при

сохранении вязкой сердцевины. Хотя при такой термообработке форма зуба ис-

кажается незначительно, все же для достижения 7-й степени точности необхо-

димо применять отделочные операции. Данные о механических свойствах мате-

риалов зубчатых колес приведены в табл. 5.1.

По известной твердости поверхности зубьев ГОСТ 21354 рекомендует рас-

считывать базовый предел контактной выносливости по следующим формулам:

[ая]о-2НВ + 70МПа

для зубьев после нормализации и улучшения;

[ая]о-17НКСз + 200МПа

для зубьев, подвергаемых поверхностной закалке.

Если твердость, а следовательно, и предел контактной выносливости шес-

терни и колеса различны, то в расчет принимают их среднее арифметическое

значение, но не более 1,25 [O^]Q^^^.

При прочностном расчете зубчатых передач устанавливают предельный

крутящий момент, на основании которого строят кривую сил на ползуне глав-

ного исполнительного механизма, допускаемых прочностью колес или шесте-

рен (см. § 3.9).

Конструкция зубчатых колес и шестерен привода кривошипных прессов в

общем случае соответствует общемашиностроительным рекомендациям. Ис-

ключение составляют тихоходные колеса прессов с шестеренно-эксцентриковым

приводом. В этом случае ведущий кривошип выполняют в виде эксцентрика,

изготовленного монолитно с тихоходным колесом (рис. 5.10, а, б), или же пальца

кривошипа, закрепленного с заданным эксцентриситетом на колесе (рис. 5.10, в).

Достоинство такой конструкции кривошипа - его высокая жесткость, а также

полная разгрузка бугельной оси, на которой вращаются тихоходные колеса, от

скручивания. Не менее важным фактором является удобство в монтаже прессов

с цельносварной станиной.

Сцепные муфты. Муфты кривошипных прессов относятся к управляемым

сцепным устройствам и предназначены для соединения и разъединения валов

155

Раздел I.

КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

а б

Рис. 5.10. Конструктивные схемы зубчатых колес и шестерен привода

привода, что обеспечивает пуск исполнительных механизмов пресса на рабочий

ход или отключение при помощи воздействия на муфту через систему управле-

ния. Наибольшее применение в кривошипных прессах нашли жесткие и фрик-

ционные муфты.

Жесткие муфты. Крутящий момент в жестких муфтах передается нормаль-

ными силами, действующими на рабочих поверхностях ведущих и ведомых дета-

лей. В малых кривошипных прессах обычно применяют муфты со скошенными

поворотными шпонками, где сцепление происходит путем их поворота.

Фрикционные муфты. В этих муфтах крутящий момент передается силами

трения между рабочими поверхностями ведущих и ведомых деталей. Главное

преимущество фрикционных муфт - возможность сближения рабочих поверх-

ностей при любом относительном положении ведущих и ведомых деталей и тем

самым соединение (разъединение) валов на ходу. Благодаря этому ползуны

пресса могут быть приведены в движение из любой позиции в пределах полного

хода, что используют при установке и наладке штампов. Другим преимущест-

вом фрикционных муфт является возможность использовать привод пресса для

выведения его из стопора вследствие реверса вращения.

Устройство муфты определяют такие конструктивные факторы:

1) форма поверхности трения - дисковые (плоские), конусные и кольцевые

(цилиндрические);

2) способ управления - механическое (педальное или рукояткой) и дистан-

ционное (пневматическое, гидравлическое или электромагнитное);

156

Глава 5. Типовые конструкции узлов и систем кривошипных прессов

3) конструкция подвижных элементов муфты, воспринимающих давление

воздуха или жидкости, и их уплотнения - поршневые с манжетным уплотнени-

ем,

диафрагменные и шинные;

4) способ передачи силы в дисковых муфтах от поршня или диафрагмы на

фрикционные поверхности - непосредственно в результате линейного смещения

нажимного элемента или через рычажную систему;

5) способ компоновки муфты и тормоза - раздельно или в одном блоке.

В отношении некоторых факторов конструкторы имеют достаточно обосно-

ванное мнение, вытекающее из достоинств конструкции или обусловливаемое

необходимостью. Например, только у малых по габаритам прессов можно при-

менять механическое управление, а из муфт с дистанционным управлением по

эксплуатационным достоинствам неоспоримое преимущество имеют пневмати-

ческие муфты (удобство подвода воздуха, отсутствие загрязнений).

В настоящее время вместо фрикционного материала типа ферродо, напри-

мер,

марки 6КХ-1 с номинальной допускаемой распределенной силой

[^„ом!

= 0,2...0,3 МПа, применяют пластины и вставки из новых синтетических мате-

риалов на асбокаучуковой или асбосмоляной основе. Как показал опыт эксплуа-

тации кривошипных прессов, хорошо зарекомендовали себя мягкие фрикционные

материалы на асбокаучуковой основе марок 63-7-67,

8-^5-62

[<?ном]

•>^

МПа

и полумягкие - марок 143-63, 143-66 с

[^„ом!

= Ь5 МПа.

В паре с поверхностями из стали марок Ст5, 45 или из чугунов марок от

СЧ 20 до СЧ 30 фрикционные материалы на асбокаучуковой основе обеспечи-

вают стабильные условия сцепления, характеризующиеся высоким коэффициен-

том трения

|Li

= 0,38...0,42.

Совместная работа муфты и тормоза происходит следующим образом

(рис.

5.11). Муфта, встроенная в маховик 7, выполнена нормально разомкну-

той. Поэтому ведущий нажимной диск 3 и фрикционные вставки 2 ведомого

диска 1 расцеплены: маховик 7 при включенном электродвигателе свободно

вращается на приемном валу 8 на подшипниках качения. В то же время нажим-

ной диск 13 нормально замкнутого тормоза под действием цилиндрических

пружин 14 прижат к фрикционным вставкам 72, а те в свою очередь - к корпусу //,

закрепленному на станине 10 пресса, т. е. все зубчатые передачи, начиная с шес-

терни 9 приемного вала, и главный исполнительный механизм остановлены

в заданном положении.

При включении пресса на рабочий ход сжатый воздух по каналам вала и крыш-

ки 5 муфты поступает на диафрагму 4, которая сдвигает нажимной диск 3, прижи-

мая вставки 2 к опорному диску 6. В результате маховик

сцепляется с валом 5.

Одновременно сжатый воздух поступает по каналам корпуса тормоза на его

диафрагму 16, отодвигая крышку 77 и через тяги 15 нажимной диск 13. В резуль-

тате вставки 12 освобождаются и вал 8 растормаживается. Зубчатые передачи на-

чинают вращаться, приводя в движение главный исполнительный механизм.

157

Раздел I.

КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

Сигнал на включение воздухораспределителя тормоза (§ 5.5) подается од-

новременно с сигналом на включение воздухораспределителя муфты при на-

жатии штамповщиком на электрокнопку или электропедаль пуска. Однако

система управления прессом устроена так, что нарастание давления сжатого

воздуха в трубопроводе тормоза происходит быстрее, чем в трубопроводе

муфты. Поэтому процесс растормаживания опережает процесс включения

муфты. Это очень важное условие нормальной работы системы управления

прессом, позволяющее избежать значительных потерь энергии в приводе в

случае опережающего включения муфты при невыключенном тормозе и уве-

личить срок службы деталей муфты и тормоза.

Если давление воздуха на диафрагмах муфты и тормоза при выключении

пресса сбросить, то пружины 18 смещают нажимной диск 3 в исходное поло-

жение: диски муфты расходятся, а диски тормоза под действием пружин 14

сцепляются - начинается процесс торможения с последующей остановкой ве-

домых частей привода и главного исполнительного механизма (см. рис. 5.11).

Кинетическая энергия останавливаемых частей через трение на поверхностях

сцепления превращается в тепловую. Для уменьшения нагрева муфты и тормо-

за предусмотрена вентиляция дисков и вставок через соответствующие каналы,

а также оребрение крышек 5 и 17.

Диафрагму изготовляют из стали 10, причем между двумя листами диа-

фрагмы прокладывают сектора из стали У9, что придает ей хорошие упругие

свойства. При такой конструкции не требуется регулировки износа фрикцион-

ных вставок: этот износ компенсируется увеличением прогиба диафрагмы.

Утечки воздуха и заедание подвижных частей в диафрагменной муфте сведены

до минимума.

Поверхность сцепления однодисковой муфты невелика, и это ограничивает

применение таких муфт для передачи очень больших крутящих моментов. В этих

случаях применяют многодисковые муфты. Пример узла консольной многодис-

ковой муфты КГШП показан на рис. 5.12.

При включении муфты сжатый воздух через воздухоподводящую головку 3

(§ 5.5) поступает на круговой поршень 2 с манжетным уплотнением по внешнему

диаметру. Движение поршня передается на диски муфты. Ведущие диски 4 свои-

ми зубьями перемещаются в шлицах зубчатого венца, укрепленного в зубчатом

колесе 5, ведомые 7 - в шлицах зубчатой ступицы 6, закрепленной клиновыми

нестандартными шпонками на квадратной консоли эксцентрикового вала.

Чтобы избежать трения между расцепленными дисками муфты при хо-

лостом вращении маховика, зазор между дисками должен быть не менее

0,5...0,8 мм.

По условиям износа в более тяжелом положении находятся ведущие диски,

поэтому их изготовляют цельными из чугуна марки СЧ 35. Ведомые диски изго-

товляют из стали марки Ст5, и к ним приклепывают или приклеивают фрикци-

онные обкладки в виде секторных пластин.

158

и 12 13 14 15

т^///шш

Рис.

5.11. Конструктивная схема муфты, встроенной в маховик, и тормоза