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

Подождите немного. Документ загружается.

Раздел

VLЛВТОМАТИЗАЦИЯПРОЕКТИРОВАНИЯКШМ

правлений сил и моментов при реверсировании передачи, возможные радиаль-

ные перемещения центров шестерни и элементов.

В модели ZACPCN определяются нормальные напряжения изгиба зубьев

шестерни и колеса и контактные напряжения (см. § 3.6). При использовании в ка-

честве деформирующей силы Ро номинального усилия пресса определяются

запасы усталостной прочности на изгиб зубьев шестерни и колеса и контактной

выносливости с учетом значений a_i/,

[Он],

ФО(Ф)? ф'?

^ном,

К, вводимых в качестве

параметров модели.

Допускаемая сила на ползуне пресса по каждому виду прочности зубчатой

передачи определяется как расчетная переменная путем умножения номиналь-

ной силы пресса на вычисленный запас прочности и деления на требуемый запас

прочности, вводимый как параметр.

Графики допускаемой силы на ползуне, рассчитанные по прочности зубча-

той передачи при моделировании на угле поворота коленчатого вала от

до 90°,

приведены на рис. 24.12.

На рис. 24.13 показаны графики допускаемой силы на ползуне пресса К460,

построенные с учетом представленных на рис. 24.9 и 24.12 данных. На рис. 24.12

и 24.13 обозначены: PDFSH, PDFK - графики допускаемой силы на ползуне, рас-

считанные по изгибной прочности зуба шестерни и колеса соответственно; PDH -

график допускаемой силы на ползуне, определенный по контактной выносливости

Рис. 24.12. Графики допускаемой силы на ползуне по прочности зубчатой передачи,

полученные при моделировании на угле поворота коленчатого вала от

до 90°

520

г л ава 24. Проектирование кузнечно-штамповочных машин

KV k4G0 ; Dynemii

SHS'

Шытть OfiHtj -"У?Й^'Шк:?'^'''^"?3-'^^^€м'

Рис. 24.13. Обобщенные графики допускаемой силы на ползуне пресса К460

зубчатой передачи; PDC - график допускаемой силы на ползуне, рассчитанный по

прочности цапфы коленчатого вала;

Р^^^

- номинальное усилие пресса.

Согласно полученным результатам, допускаемая сила на ползуне на разных

участках графика определяется номинальным усилием пресса, прочностью цап-

фы коленчатого вала и изгибной прочностью колеса зубчатой передачи.

Поскольку зубчатая передача открытая, при построении графика допускаемой

силы на ползуне не принят во внимание график PDH. Степень учета различных

факторов при расчете допускаемой силы на ползуне по прочности зубчатой пере-

дачи факторов такой же, что и при расчете допускаемой силы по прочности ко-

ленчатого вала.

Расчет валов, подшипников, зубчатых передач кривошипных прессов.

В качестве примера рассмотрим листоштамповочный пресс двойного действия

К460 с номинальной силой 0,63 МН, полным ходом вытяжного ползуна 0,4 м и чис-

лом ходов в минуту 15. Его кинематическая схема показана на рис. 24.14. Особен-

ностью пресса является привод прижимного ползуна от кулачкового механизма.

Топология пресса (рис. 24.15) представлена во фрагментах: «Привод», «Ис-

полнительный механизм вытяжного ползуна», «Исполнительный механизм при-

жимного ползуна», «Система управления». Соответствие элементов кинемати-

ческой схемы элементам топологии показано в табл. 24.6.

521

24 3 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

Рис. 24.14. Схема листоштамповочного пресса двойного действия К460:

1 - двигатель; 2 - клиноременная передача; 3 - маховик; 4 - быстроходная зубчатая передача; 5 - тихоходная зубчатая передача;

6 - кривошипная головка шатуна; 7 - кривошип; 8, 9 - подшипниковые опоры; 10 - коромысло; 77, 72, 16, 20 - шарниры

механизма привода прижимного ползуна; 13 - шатун; 14 - серьга; 15 - кулачковый механизм привода прижимного ползуна;

77 - подшипник ролика кулачкового механизма; 18 - ползун ролика кулачкового механизма; 19 - шатун прижимного ползуна;

21 - ползунная головка шатуна; 22 - вытяжной ползун; 23 - прижимной ползун; 24, 35 - подшипники приводного вала; 25, 26, 28,

30 - фрикционные пары муфты; 27, 29 - шлицевые соединения ведущих дисков; 31 - пневмоцилиндр муфты; 32 - приводной вал;

33 - шестерня быстроходной зубчатой передачи; 34 - тормоз; 36, 37 - шлицевые соединения ведомых дисков

Глава 24. Проектирование кузнечно-штамповочныхмашин

Моделирование работы пресса осуществляется в два периода - разгон махо-

вика и один или несколько циклов работы пресса. На рис. 24.16 показаны ре-

зультаты моделирования одного цикла работы пресса.

Расчет вала. Для выполнения расчета в модели пресса необходимо пред-

ставить сам вал, его подшипниковые опоры и нагружающие элементы. Вал мо-

делируется однородными участками, расположенными между его опорами и на-

гружающими элементами. В качестве примера рассмотрим расчет приводного

вала (материал - сталь 40Х) пресса К460 (см. рис. 24.14, сечение

.4-^).

Нагружающими элементами являются клиноременная передача, маховик,

являющийся ведомым шкивом клиноременной передачи, и быстроходная зубча-

тая передача. Вал выполнен двухопорным на подшипниках качения, размещен-

ных на его концах.

В модели пресса вал 32 (см. рис. 24.14) представлен тремя участками:

1) между левой подшипниковой опорой 24 (сечение I-I) и маховиком 3 (се-

чение II-II) - элемент УЧАСТОК ВАЛА 1;

2) между маховиком и шестерней 33 (сечение III-III) быстроходной зубча-

той передачи 4 - элемент УЧАСТОК ВАЛА 2;

3) между шестерней быстроходной зубчатой передачи и правой подшипни-

ковой опорой 35 (сечение IV-IV) - элемент УЧАСТОК ВАЛА 3.

Элементы УЧАСТОК ВАЛА

- УЧАСТОК ВАЛА 3 представлены моделью

однородного цилиндрического участка вала FRVL, а нагружающие вал элемен-

ты следующим образом:

клиноременная передача 2 - элементом КРП (модель KLRMP);

маховик 3 - элементами МАХОВИК (модель маховой массы М) и МАССА

И СИЛА ТЯЖ. МАХ. (модель инерционной и тяготеющей массы MV);

зубчатая передача 4 - элементом БЫСТРОХ. ЗУБЧ. ПЕРЕД, (модель

ZACPCN);

подшипниковые опоры 24

35 - элементами ПОДШ. 1 и ПОДШ. 2 (модель

SHARN2);

тормоз 34 - элементом ТОРМОЗ (модель TORMOZ).

Таким образом, в модели пресса воспроизводится нагружение вала силой

натяжения ветвей клиноременной передачи, силой тяжести маховика, нормаль-

ными силами и силами трения в зубчатой передаче, а также моментами этих сил,

реакциями подшипниковых опор и моментами трения в них, динамическим мо-

ментом маховика при его замедлении, моментом торможения. При этом в полю-

сах модели FRVL вычисляются в виде фазовых переменных типа потока

поперечные силы, изгибающие и крутящие моменты, осевые силы сжатия. В мо-

дели FRVL по формулам (3.22) и (3.25) определяются нормальные и ка-

сательные напряжения, средние напряжения цикла (от действия осевых сил

сжатия растяжения и поперечных сил) и амплитуды напряжений (от изгибающих

и крутящих моментов), эквивалентные нормальные и касательные напряжения.

523

itr

Ш.

\:Щ}»«;. t*M№?» п.й^е

г||)**д«

мзмш^ааи^е^йш^

?Щ1дбйст!». моб«да

6 Й1^щ

?йм1

^Щшейстб,

fetcsM&is

f-чРй

Рйьй

|Щй£йсгй, кт/ен^

ft#»s

ftiwe

^i£0^j».mimm9k^ifmM •

щ1тщрк mi»m t тт^ш

Щ^р№Шн

*нр»ш в

mmffmi

flilnoi^fи jHf»№4

riftyfrmia

||||пот|!=ги

шшт i

rift?f f«w-4

Рис. 24.15. Топология листоштамповочного пресса двойного действия К460

Таблица

24.6.

Соответствие элементов кинематической схемы элементам топологии для пресса модели К460

Позиция на

рис.

24.14

и, 12, 16,

\ 20

Элемент

Двигатель асинхронный

Клиноременная передача

Маховик

Быстроходная зубчатая передача

Тихоходная зубчатая передача

Кривошипная головка шатуна

Кривошип

Подшипниковая опора коленчатого вала

Подшипниковая опора коромысла

Коромысло

Шарнир механизма привода прижимного ползуна

Шатун

Серьга

Кулачковый механизм привода прижимного ползуна

Подшипник ролика кулачкового механизма привода

прижимного ползуна

Ползун ролика кулачкового механизма в направ-

ляющих

Шатун прижимного ползуна

Ползунная головка шатуна

Обозначение элемента(ов)

на

топологии

КРП

МАХОВИК, МАССА И СИЛА

ТЯЖ. МАХ.

БЫСТРОХ. ЗУБЧ. ПЕРЕД.

ТИХОХ. ЗУБЧ. ПЕРЕД.

КРИВОШ. ГОЛ. ШАТУНА

КРИВОШИП

ОПОРА КРИВОШИПА

ОПОРА КОРОМЫСЛА

ПЛЕЧО

КОРОМЫСЛА, ПЛЕЧО 2

КОРОМЫСЛА

ШАРНИР 3, ШАРНИР 2,

ШАРНИР 1

ШАТУН

СЕРЬГА

КУЛАК

ПОДШ. РОЛИКА

ПОЛЗУН РОЛИКА

ШАТУН ПРИЖИМН. ПОЛЗУНА

ПОЛЗ.

ГОЛ. ШАТУНА

Имя

привлеченной

модели

DVA

KLRMP

М,МУ

ZACPCN

RDN

SHARN2

BALKA2

SHARN2

BALKA2

SHARN2

BALKA2

KULMD

SHARN2

NPR

BALKA2

SHARN2

Окончание табл. 24.6

Позиция на

рис.

24.14

24, 35

25,

26, 28, 30

27,29

36, 37

Элемент

Вытяжной ползун в направляющих прижимного

ползуна

Прижимной ползун в направляющих

Подшипник приводного вала

Фрикционные пары муфты

Шлицевые соединения ведущих дисков

Пневмоцилиндр муфты

Приводной вал

Тормоз

Подшипник приводного вала

Шлицевые соединения ведомых дисков

Пружины муфты

Подводящая головка муфты

Ресивер

Источник сжатого воздуха

Выход в атмосферу

Элемент задержки включения муфты

Элемент задержки включения тормоза

Станина

Технологическая сила

Обозначение элемента(ов)

на топологии

ВЫТЯЖН. ПОЛЗУН

ПРИЖИМЫ. ПОЛЗУН

ПОДШ. 1

FRM1,

FRM2, FRM3, FRM4

ШЛ. СОЕД. ВДЩ. ДИСКА 1,

ШЛ. СОЕД. ВДЩ. ДИСКА 2

CLPN

УЧАСТОК ВАЛА 1, УЧАСТОК

ВАЛА 2, УЧАСТОК ВАЛА 3

ТОРМОЗ

ПОДШ. 2

ШЛ. СОЕД. ВДМ. ДИСКА 1,

ШЛ. СОЕД. ВДМ. ДИСКА 2

ПР.

ПОДВОД. ГОЛОВКА

RSVR

КОМПР.

ATM.

1,АТМ.2

ZDM

ZDT

СТАНИНА

ТЕХН. НАГР.

Имя

привлеченной

модели

NPR

SHARN2

FRMT

SHLITC

CLPN

FRVL

TORMOZ

SHARN2

SHLITC

RP32PN

RSVR

RTPN

TNGK

Разд ел

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КШМ

Рис. 24.16. Результаты моделирования одного цикла работы пресса К460

По формуле —г =

—т

(см. § 3.5) рассчитывается запас прочности. Все

указанные вычисления выполняются на каждом шаге интегрирования для сече-

ний вала, соответствующих каждому его концу. В связи с непостоянством на-

гружения вала в течение цикла работы пресса вычисляется эквивалентный запас

прочности. Он определяется в процессе моделирования по итогам выполненной

его части и сам является переменной величиной. Во внимание следует прини-

мать значения эквивалентного запаса прочности в конце любого цикла работы

пресса. Для исключения влияния нестационарной части работы пресса, напри-

мер периода разгона маховика, вычисление эквивалентного запаса прочности

начинается в фиксированный момент модельного времени, значение которого

вводят как один из параметров модели FRVL. Его значение можно принимать

равным времени начала первого цикла работы пресса.

Эквивалентные запасы прочности вычисляются для каждого конца участка

вала как расчетные переменные и выводятся с помощью универсальных индика-

торов. Согласно рис. 24.14, универсальный индикатор NA выводит вычисляе-

мый запас прочности в сечении вала II-II с левой его стороны, а индикатор NB -

с правой. При этом правая сторона сечения II-II в отличие от левой нагружена

динамическим моментом маховика. Универсальный индикатор NC выводит вы-

528

ава 24.

Проектирование кузнечно-штамповочных машин

числяемый запас прочности

сечении вала III-III

левой,

индикатор

ND -

с правой

его

стороны (см. рис. 24.15).

На рис.

24.17

показаны полученные моделированием результаты расчета

вала

на

прочность

виде графиков

NA, NB, NC, ND

эквивалентных запасов

прочности

для

соответствующих сечений вала

двух циклах работы пресса.

Эквивалентные запасы прочности

конце циклов работы пресса

(/'^

31,35915

с)

имели следующие значения:

NA -

3,090848;

NB =

2,145247;

NC -

1,699190;

1,711759. Полученные значения запасов прочности приводного вала

со-

ответствуют рекомендуемым (см. табл.

3.2).

Для определения запасов прочности валов

при

выполнении прессом различ-

ных технологических операций необходимо моделирование работы пресса

в со-

ставном цикле, содержащем циклы

графиками технологической силы каждой

операции.

Во

внимание следует принимать значения эквивалентного запаса

прочности

конце составного цикла работы пресса.

При определении запасов прочности валов путем математического модели-

рования учитываются статические

динамические составляющие рабочих

на-

грузок

на

валах, которые определяются свойствами элементов, воспроизводи-

мых привлеченными моделями; асимметрия циклов нагружения; коэффициенты

'' ^

£0

:|10й

i|10

3110

:|100

3(10

5|4

ДЮ

Ш 5

^[0.5

Л1000000

^^^^^^^^Ш

УГЛОВ. СКОРОСТЬ Д8ИПГ

1ЧАСТ.еР.8ДЩ.Ч.1м!УФТЫ

ijNA

^iNB

1чАСт,вр.едм.ч,МУФТЫ

iNC

1СИГНЛП УПРА8Л.

МУФТОИ

1WD

{ХОД еЫТЯЖН. ПОЛЗУНА

|лОДПРИЖИМН, ПОЛЗУНА

1СИГН.АП УПРАВЯ. ТОРйО:-

Т'ЕХНОЛ ОГИЧЕ с

ЮКЯ

С ИЛ-

•^^^^^^^^^^^^^^^и _

^ш

'вт\

-IV 1

Переменная Time NA ЫВ f-4C NO

Вариант 1 31.35915 3.09084g 2.145247

1.699190

1,711759

Шшс

!ершем^

штш

Рис. 24.17. Результаты расчета приводного вала пресса К460 на прочность

529