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

Подождите немного. Документ загружается.

Раздел

VI.

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КШМ

1 2 3 4

Рис. 24.4. Кинематическая схема механизма

выталкивателя штамповочного автомата:

кулачок;

- подшипник

ролика;

3,9

—

толкатели;

4 - подшипниковая опора толкателя; 5 - рычаг;

6,8-

шарниры;

поводок

На рис. 24.6 приведены результаты моделирования рабочего хода механизма

выталкивателя до и после оптимизации профиля. Максимальное значение кон-

тактной силы в паре кулачок - ролик для найденного профиля кулачка составило

518,09 Н.

Таблица

24.3.

Соответствие обозначений элементов механизма выталкивателя

на кинематической схеме

топологии

Позиция на

рис.

24.4

Элемент

Кулачок

Подшипник ролика

Толкатель качающийся

Подшипниковая опора толкателя

Рычаг

Шарнир

Поводок

Шарнир

Толкатель

Обозначение элемента

на топологии

КМ

ПОДШ. Р0ЛИ1СА

ТОЛКАТЕЛЬ

ОПОРА ТОЛКАТЕЛЯ

РЫЧАГ

ШАРНИР 1

ПОВОДОК

ШАРНИР 2

ТОЛКАТЕЛЬ

Имя привле-

ченной мо-

дели

KULMD

SHARN2

BALKA2

SHARN2

BALKA2

SHARN2

BALKA2

SHARN2

NPR

Найти профиль кулачка привода штамповочного автомата для механизма

отрезания заготовки от прутка, обеспечивающий максимальную скорость ножа

отрезного инструмента втулочного типа при его перемещении от исходного по-

ложения на 2,9 мм. Радиусы участков постоянного радиуса равны 62,5 и 80 мм;

угол рабочего участка профиля кулачка 60°.

Постановка задачи связана с тем, что с повышением скорости отрезания по-

вышается качество торца заготовки, а втулочный типа отрезного инструмента

ограничивает ход ножа до начала отрезания.

510

ПАЗ K4S0 СНВ MIM ОРТ А

ФеШ^

iHi/flpcii*» Окне Шт^

mmmi

Рис.

24.5.

Топология механизма выталкивателя штамповочного автомата

ПГА'315 : Dynamic

'"^Ш^ВШ

'Фм^Ш-^у.^^уЩшШ'^

шви

-ш

^12500

-12500

J 2500

: ПГД-315 : Oynamie

Щут

/ Мале тшт..,Ш1

Переменная Time КОНТАКТНАЯ СИЛА

Максимум 0.05 813.3436

:tyrOii ПОеОРО

ьй

КУЛ^ЧКД]

.!ВЕРТ.ПЕРЕМЕЩ РОЛИКА

;}гоРиз сост конт силы

JBEPT.COCT конт силы

{КОНТА^СГНАЯ СИЛА

""^^^ЖТ^Т^-

4-2500

1-2500

гориз.сост конт. силы

ВЕРТ.СОСТ КОНТ.СИЛЫ

ВЕРТ.ПЕРЕМеЩ РОЛИКА ^

.силы \ /

ШЁм1,--1

0.05 (завершено;

'дшено^

ПГА-315 : Dynamic

^^^Ш^Ш^Шш^ш^^'^^:-

^10,03

:i2500

Л2500

^12500

; •;.;.;:;:у;::^;^^^^^^^

ПГА-315 : Dynamic |Ии« / Макс знаш...Ш|^Н

ЙШЭШ ^ЗШШйХГол|к^оротА]<>^^

:1УГ0Л ПОВОРОТА КУЛАЧКА]

.[ВЕРТЛЕРЕМЕЩРОЛИКД

'ГОРИЗ,СОСТ,КОНТ.СИЛЫ

ВЕРТООСТ.КОНТСИЛЫ

КОНТАКТНАЯ СИЛА

-50

-2500

Ч-2600

U-2500

g^ggwuaiggwg

InitliWorkI \

Д^Д2£«ЙВ1£ЕШ2Ш1

Рис. 24.6. Результаты моделирования рабочего хода механизма выталкивателя

до (а) и после (б) оптимизации профиля

Глава 24.

Проектирование кузнечно-штамповочныхмашин

Оптимизацию выполним методом Гаусса-Зейделя. Данные процесса опти-

мизации приведены в табл. 24.4. В таблице опущены промежуточные данные

для каждого этапа, а указаны значения для его начала (числитель) и конца (зна-

менатель). Видно, что в результате синтеза профиля кулачка с использованием

математического моделирования удалось достичь скорости отрезания 1 м/с при

ходе разгона 2,9 мм.

Таблица

24.4.

Значения параметров оптимизации механизма

отрезания заготовки от прутка

Номер

этапа

оптимиза-

ции

Значение радиус-вектора, мм, при угловых координатах границ

деления рабочего участка профиля кулачка, град

62.88

62,90

67,50

65,15

65,11

70,21

70,30

71,40

76,20

76,25

78,90

78,91

79,74

79,60

79,74

79,94

Скорость

отрезания,

м/с

0,372

0,547

0,549

0,738

0,742

0,750

0,752

0,753

1,00

Примечание. Здесь и в табл. 24.5 в числителе - для начала, а в знаменателе - для

конца этапа оптимизации.

Найти профиль кулачка привода механизма переноса заготовки между

позициями штамповки, обеспечивающий минимальное значение максимальной

скорости переноса. Радиусы участков постоянного радиуса равны 87,353 и 150 мм;

угол рабочего участка профиля кулачка 137°.

Постановка задачи связана с тем, что движение заготовки происходит по ду-

ге окружности с действием на нее центробежных сил, которые могут привести

к выбросу заготовки из захвата.

Оптимизацию выполним методом Гаусса-Зейделя. Ее результаты приведе-

ны в табл. 24.5, причем данные указаны для начала (числитель) и конца (знаме-

натель) каждого этапа оптимизации. Видно, что в рез)^льтате синтеза профиля

кулачка с использованием математического моделирования удалось снизить

скорость переноса заготовки с 2,03 м/с до 1,35 м/с, т. е. в 1,503 раза, а нормаль-

ное ускорение и центробежную силу - в 2,26 раза.

513

Раздел VLАВТОМАТИЗАЦИЯПРОЕКТИРОВАНИЯКШМ

Таблица 24.5. Значения параметров оптимизации механизма

переноса заготовки при штамповке

Номер этапа

оптимизации

Значение радиус-вектора, мм, при угловых координатах

границ деления рабочего участка профиля кулачка, град

90.9

91,2

98,0

101,0

10L0

101,0

109,9

118,3

118,0

117,1

125,5

103

139,0

135,4

120

145,0

Максимальная

скорость пе-

реноса, м/с

2,03

1,93

1,35

Расчеты элементов пресса на прочность и эюесткостъ

Расчет допускаемой силы на ползуне по усталостной прочности колен-

чатого вала. Рассмотрим этот расчет на примере коленчатого вала пресса К460

с номинальным усилием 0,63 МН и максимальным ходом ползуна 0,4 м. Его

конструктивная схема показана на рис. 24.7.

Вал выполнен из стали 40Х. Для расчета допускаемой силы на ползуне необ-

ходимо создать математическую модель коленчатого вала и смежных устройств,

влияющих на его прочность: зубчатой передачи и главного исполнительного ме-

ханизма. Топология вала приведена на рис. 24.8. Для полноценного учета упругих

свойств вала с подшипниками цапфы и шейку вала в зоне их контакта с подшип-

никами разделим на 15 участков. Это позволит также определить закон, по кото-

рому сила распределяется по длине опор и шейки коленчатого вала.

11 12-15 16

^^^^^^

rvTTi

2-4

6-9

^^^:^^^^^^^

Рис. 24.7. Конструктивная схема коленчатого вала пресса К460:

1-9 - участки левой цапфы вала; 10, 11, 16, 17 - фиктивные участки цапфы шейки, учи-

тывающие ширину щек коленчатого вала; 12-15 - участки шейки коленчатого вала

514

шшштш

шШЯ--'"'

::1Ш

f li 1Т«реммш|ени# пояаум*

•TN§

FR2S

ШШ\ШЩШЙШВЯИйМШЙЙШЯИ1ЯЙИ1ЯМйй ШМШШММйШШШШШВ

йЯ\\^^Ш^^Ш^^^Ш^Ш^^^^В^Ш^^Ш1

Рис. 24.8. Топология коленчатого вала пресса К460

Раздел

VL АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯКШМ

В топологии модели участки вала представлены элементами FR1-FR25

(модель FRVL, см. табл. 23.1), а прилегающие к ним участки подшипников эле-

ментами SH1-SH25 (модель SHARN2). В зонах участков 2-4, 6-9, 12-15 со-

средоточиваются рабочие нагрузки, и поэтому их протяженность меньше осталь-

ных. Щеки вала представлены элементами BL и BR (модель BALKALU2).

Ширину щек учитываем фиктивными участками 10, 11, 16, 17 цапф и шейки вала.

Зубчатая передача представлена элементом ZP (модель ZACPCN), главный ис-

полнительный механизм - моделями шатуна (BALKALU2), направляющих

(NPR) и технологической нагрузки (TNGK) или постоянной силы (TN). Враще-

ние вала воспроизводим с помощью модели источника фазовой переменной ти-

па потенциала (элемент W), в данном случае угловой скорости.

Модель однородного цилиндрического участка вала FRVL дает возмож-

ность определить допускаемую силу на ползуне по прочности коленчатого вала.

Для расчета допускаемой силы на ползуне введем постоянную нагрузку на пол-

зуне,

равную номинальному усилию пресса и направленную вверх. Приложение

постоянной нагрузки воспроизводим с помощью модели источника фазовой пе-

ременной типа потока (элемент ТС). При этом в полюсах модели FRVL на каж-

дом шаге интегрирования вычисляются в виде фазовых переменных типа потока

поперечные силы, изгибающие и крутящие моменты, осевые силы сжатия.

В модели FRVL по формулам (3.22) и (3.25) вычисляются нормальные и полные

касательные напряжения, а по формуле (3.26) - запас прочности коленчатого

вала в выбранных сечениях. Допускаемая сила на ползуне определяется как рас-

четная переменная путем умножения номинального усилия пресса на вычислен-

ный запас прочности и деления полученного значения на требуемый запас

прочности с учетом коэффициента долговечности к^ аналогично его учету

в (3.27). Все названные вычисления выполняются для углов координации ф, рав-

ных О, 15, 30, 45, 60, 75 и 90° одновременно. Вывод графиков допускаемой силы

на ползуне по прочности коленчатого вала для каждого из указанных углов ко-

ординации осуществляется с помощью универсальных индикаторов PDO, PD15,

PD30,

PD45, PD60, PD75, PD90 для сечения В-В и PDSH для сечения Е-Е

(рис.

24.8; см. также рис. 3.4).

Графики допускаемой силы на ползуне, полученные моделированием при

угле поворота коленчатого вала от

до 90°, представлены на рис. 24.9. Горизон-

тальная прямая /^ном соответствует номинальному усилию пресса. Как видно на

графиках, на различных этапах работы исполнительного механизма прочность

вала в сечении В-В определяется точками вала с различными значениями угла

координации. Так, при угле поворота коленчатого вала от

до 6,17° точка сече-

ния В-В, определяющая прочность вала, имеет угол координации ф = 90°; от 6,17

до 17,34° - ф = 75°; от 17,4 до 26,4° - ф = 60°; от 26,4 до 33,1° - ф = 45°; от 33,1

до 38,9° - ф

30° и от 38,9 до 90° - ф = 0°. График допускаемых сил на ползуне

представляет собой огибающую полученных кривых, составленную из указан-

ных участков.

516

г л ава 24.

Проектирование кузнечно-штамповочных машин

ттштт

Рис. 24.9. Графики допускаемой силы на ползуне, полученные моделированием при

угле поворота коленчатого вала от

до 90°

Для нахождения распределения нагрузки в цапфах и шейке выводятся зна-

чения радиальной силы на участках цапф и шейки при помощи универсальных

индикаторов Р1 - Р15. Нагружение исполнительного механизма осуществляется

с использованием модели технологической нагрузки TNGK (элемент TNG). По-

лученные при моделировании графики распределения радиальной силы по участ-

кам левой цапфы и шейки вала приведены на рис. 24.10.

Эти графики позволяют построить эпюры распределения сил по длине цап-

фы и шейки. Для момента их максимального значения (t

1,34 с) они приведены

на рис.

24.11.

Радиальные силы определены через их горизонтальные и верти-

кальные составляющие и условно показаны в вертикальной плоскости.

При решении задач о допускаемой силе на ползуне пресса по прочности ко-

ленчатого вала полноценно учитывается влияние как вертикальных, так и гори-

зонтальных составляющих радиальных сил, форма, размеры и упругие свойства

коленчатого вала, упругие свойства подшипниковых опор вала и кривошипной

головки шатуна, нормальные силы в зубчатой передаче и сил трения в зацепле-

нии, моменты сил трения в подшипниковых опорах и шарнирах исполнительно-

го механизма, силы трения в направляющих, силы тяжести всех элементов,

517

Рис.

24.10. Графики радиальной силы по участкам левой цапфы (а) и шейки

(б) коленчатого вала

г л ава 24. Проектирование кузнечно-штамповочных машин

3316кН/м

3659кН/м

320

2528кН/м

3588кН/м

161

Рис.

24.11.

Эпюры распределения сил по длине цапфы

и шейки коленчатого вала

представленных в модели коленчатого вала и смежных элементов, фактическое

распределение радиальной силы вдоль осей цапф и кривошипной головки шату-

на, зазоры в опорах и кривошипной головке шатуна.

В случае получения результата, не удовлетворяющего проектировщика, он

имеет возможность быстро и оперативно изменить по своему усмотрению пара-

метры элементов математической модели, например диаметры цапф или шейки,

прочностные свойства материала коленчатого вала, другие параметры.

Рассмотренный подход к решению задачи о допускаемой силе на ползуне

пресса по прочности коленчатого вала применим к случаям любых конструктив-

ных разновидностей коленчатых валов, схем привода, вариантов размещения ма-

ховика пресса.

Расчет допускаемой силы на ползуне по прочности зубчатой передачи.

В качестве примера рассмотрим тихоходную зубчатую передачу пресса К460

(см.

рис. 24.7). Для расчета допускаемой силы на ползуне по прочности зубча-

той передачи будем использовать модель, приведенную на рис. 24.8, которая

содержит элемент ZP (модель зубчатого эвольвентного внешнего зацепления

ZACPCN).

Модель ZACPCN дает возможность определить допускаемую силу на пол-

зуне по прочности зубчатой передачи. Для расчета этой силы, как и при расчете

допускаемой силы на ползуне по усталостной прочности коленчатого вала, вве-

дем постоянную нагрузку на ползуне, равную номинальному усилию пресса и

направленную вверх. Приложение постоянной нагрузки воспроизводится с по-

мощью модели источника фазовой переменной типа потока (элемент TN). В по-

люсах модели ZACPCN на каждом шаге интегрирования вычисляются радиаль-

ные силы и крутящие моменты в виде фазовых переменных типа потока. При

этом учитываются упругие свойства контакта зубьев, силы трения в зацеплении,

их распределенность по длине рабочей части линии зацепления, изменения на-

519