Материал: Курсовое проектирование по автоматизации, робототехнике и ГПС кузнечно-штамповочного производства. Антонов С.И., Бойко А.Ю

в) находим максимальный момент сопротивления на валу креста

,

;

г) средний крутящий момент на валу кривошипа

Коэффициенты m и q определяем по табл.18 (m = 0.477, q = 0.5); ηм- КПД мальтийского механизма (ηм = 0.8, если вал креста на опорах скольжения, ηм = 0.95 - вал креста на опорах качения);

д) определяем среднюю мощность, необходимую для поворота кривошипа

е) находим максимальный крутящий момент на валу кривошипа

где U =2.07 (табл. 18).

5. Проверяем на прочность детали механизма:

а) проверяем ролик кривошипа на прочность при изгибе

Здесь

где l1= 20 мм - расстояние от места заделки до точки приложения силы Р_ртах на оси ролика кривошипа, принятое конструктивно; [σu] = 405 Н/мм² - допус­тимое напряжение на изгиб для ролика из стали ШX15. Принятый конструк­тивно d_р = 30 мм удовлетворяет условию прочности на изгиб;

б) проверяем вал кривошипа на прочность при кручении

где [τкр ] = 100 Н/мм² для вала кривошипа из стали 45.

Принятый конструктивно диаметр вала кривошипа d_k = 30 мм удовле­творяет условию прочности на кручение;

в) проверяем вал креста на прочность при кручении

Принятый конструктивно диаметр вала мальтийского креста, d_ВК = 60 мм удовлетворяет условию прочности на кручение;

г) проверяем поверхности паза креста и ролика кривошипа на контактные напряжения

где b₁ = 30 мм - принятая конструктивно толщина креста; [σ_к] = 400 Н/мм² - для ролика из стали ШХ15; [σ_к] =535 Н/мм² - для креста из стали 40Х.

Рабочие поверхности ролика и креста удовлетворяют условиям прочности по контактным напряжениям.

8. ПРОЕКТНЫЙ РАСЧЕТ АВТОМАТИЧЕСКИХ ПОДАЧ С ПНЕВМОПРИВОДОМ

8.1. ПРОЕКТНЫЙ РАСЧЕТ

Цель проектного расчета — определение действующих на подачу нагрузок и основных геометрических размеров привода.

Принимаем условные обозначения:

ав - скорость распространения звука в воздухе, см/с;

ар, аТ - ориентировочное значение ускорения подвижных масс при разгоне и торможении, см/с²;

α- отношение Fв / F;

αр - угол поворота коленчатого вала пресса, соответствующий техно­логическому ходу ползуна, градусы;

В - ширина подаваемого (штампуемого) материала, см;

b, bв, bН - ширина соответственно поршневого кольца, уплотняющих манжет по внутреннему и наружному диаметру, см;

β - коэффициент использования материала при штамповке;

γ - плотность штампуемого материала, г/см³;

D_ц, D_шт - диаметр пневмоцилиндра и штока, см;

dдp, dтр - диаметр проходного сечения дросселя и трубопровода, см; Δ - толщина штампуемого материала, см;

δ - отношение

ξ - коэффициент потерь в трубопроводе;

F, F_e - площадь поршня соответственно со стороны рабочей полости цилиндра и со стороны выхлопа, см²;

F_e - площадь поршня зажимного механизма с рабочей стороны, см²; F_ш - площадь сечения щтока, см²;

f, fв, fт - площадь сечения соответственно подводящего и выхлоп­ного трубопроводов и дроссельного отверстия амортизатора, см²;

fл, fо - стрела провисания ленты и отхода, см;

G , G - сила тяжести петли ленты и отхода, Н;

G - сила тяжести горизонтального участка ленты, Н;

G - сила тяжести прижимной планки механизма зажима, Н;

g - ускорение свободного падения, см/с²;

η - относительная нагрузка на штоке цилиндра;

ηмех - коэффициент полезного действия зажимного механизма;

i - передаточное отношение механизма зажима;

kу - коэффициент восстановления при ударе;

l_m - длина трубопровода, см;

l₁ - расстояние от опорного ролика наматывающего устройства до опорного ролика подачи, см;

l₂, l₃ - расстояние от оси пресса до опорных роликов подачи и тормозного механизма, см;

l₄ - расстояние от опорного ролика тормозного механизма до опорного ролика правильно-разматывающего устройства, см;

λ - коэффициент трения воздуха о стенки трубопровода;

m - масса подвижных частей с учетом массы ленты, кг;

m ' - масса подвижных деталей подачи, кг;

μ1, μв - коэффициенты расхода подводящей и выхлопной ветвей трубопровода;

μ - коэффициент Пуассона;

μт - коэффициент расхода дросселя амортизатора;

μтр - коэффициент трения скольжения;

N_3K, N_зт - усилие зажатия материала в каретке подачи и тормозном устройстве, Н;

N_c - сила сопротивления перемещению материала, Н;

N_т - тянущее усилие подачи, Н;

N_mp, Nу - сила трения подвижных масс подачи по направляющим и в

уплотнениях штока и поршня, Н;

n - число последовательно срабатывающих распределителей;

h0 - частота ходов подачи (пресса) в минуту;

р_а - атмосферное давление, Па;

р_м, р_н - абсолютное давление воздуха в магистрали, рабочей и выхлопной полостях пневмоцилиндра в момент начала движения масс, Па;

р_ву, р_у - установившееся абсолютное давление воздуха в выхлопной и

рабочей полостях пневмоцилиндра, Па;

р , р - установившееся и максимальное давление воздуха в полости амортизатора, Па;

Q - нагрузка в штоке, Н;

Q ', Q - силы инерции, действующие на подвижные массы при разгоне и торможении, Н;

S - ход поршня (шаг подачи), см;

Sр - путь разгона подвижных масс, см;

S_m - путь торможения (ход амортизатора), см;

S_mэ - эффективный путь торможения, см;

Т_ц, Т - время цикла подачи и пресса, с;

t1 - время прохождения сигнала от управляющего клапана до воздухораспределителя, с;

t2 - время срабатывания воздухораспределителя, с;

t23 - время от момента подачи сигнала до начала движения золотника воздухораспределителя, с;

t24 - время движения золотника воздухораспределителя, с;

t3 - время от момента срабатывания воздухораспределителя до начала движения подвижных масс (подготовительный период), с;

t4 - полное время движения подвижных масс, с;

t - время движения подвижных масс до амортизатора, с;

t - время торможения подвижных масс, с;

t - время колебания подвижных масс в результате ударов их об упор и отскоков, с;

t - время движения каретки, необходимое для обеспечения заданного числа ходов, с:

u₀ - установившаяся скорость движения поршня (подвижных масс), см/с;

u_k - скорость встречи подвижных масс с упором, см/с;

V₁, V₂ - объем вредного пространства рабочей и выхлопной полостей цилиндра, включая объем трубопроводов, см³;

Vвр - объем вредного пространства выхлопной полости цилиндра без учета длин трубопроводов, см³;

φ - установившееся значение расходной функции выхлопной ветви трубопровода;

Х₀ - ход поршня, приведенный к объему вредного пространства, см, р, _т - ускорения разгона и торможения подвижных масс, см/с²;

_{Х. .Х}, _{р. Х} - индекс, показывающий отношение величин к холостому и рабочему ходам;

φ - коэффициент запаса тянущего усилия;

z - число поршневых колец.

Нагрузка на штоке силового пневмоцилиндра с учетом инерционных сил, возникающих при разгоне подвижных масс,

(71)

В проектировочном расчете величины усилий могут быть заданы ориен­тировочно через технологические параметры.

Силы тяжести петли ленты, отходов и горизонтального участка материала определяют по формулам соответственно:

(72)

(73)

(74)

Суммарная нагрузка от сил вредного сопротивления может быть принята равной

(75)

Сила сопротивления перемещению ленты

(76)

Усилие р_а F_ш ориентировочно может быть принято равным 30...50 Н и

учитываться со знаком (+) для рабочей бесштоковой полости и со знаком (—) в случае рабочей штоковой полости цилиндра.

Масса подвижных деталей конструкции

(77)

Скорости и ускорения подвижных масс определяют, исходя из числа ходов ползуна пресса.

Принимая (с учетом выхода инструмента из съемника штампа) угол совершения технологической операции (α_р равным 60° и считая, что время Срабатывания распределительной аппаратуры t2 и подготовительное время t3 пе­рекрываются временем поворота коленчатого вала пресса на угол α_р, требуемое время движения подвижных масс определяют по формулам:

для подач с одной подвижной кареткой

(78)

для подач с двумя последовательно работающими каретками

(79)

В первом приближении требуемая скорость движения подвижных масс

(80)

При расчете принимаем S_р + S_т = 5÷6 см. Наибольшее ускорение подвижных масс α_р = u /Sp.

(81)

где η = 0,4.

Полученное значение диаметра округляют до ближайшего размера по ГОСТ 15608-81.

Диаметр подводящих трубопроводов определяют исходя из требуемой скорости перемещения подвижных масс

(82)

При и в первом приближении диаметр трубопровода

(83)

Величину хода амортизатора, исходя из допустимых ускорений при тор­можении, равных (5 - 6)g, принимают: при u0< 1 м/с, S_т = 2,0 - 2,5 см; при u0 = 1 - 1,5 м/с, S_т = 2,5 - 3,0 см; при u0 > 1,5 м/с. S_т — 3,0 - 5,0 см.

При определении диаметра дросселя амортизатора необходимо исходить из требования, чтобы в момент встречи подвижных масс с упором скорость uк не превышала 0,14 м/с.

При истечении через дроссел

(84)

Усилие зажатия материала в каретках

(85)

Для предварительных расчетов силу тяжести прижимной планки механизма зажима Gпр можно принимать равной 0,2G (силы тяжести петли ленты).

Усилие зажатия материала в тормозном устройстве

(86)

Варианты конструктивных схем приводов подач приведены в приложении 2.

8.2. ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ

Его проводят с целью уточнения быстроходности (расчет времени цикла) и условий точности работы подачи по шагу. Расчет проводят после выбора конструкции, компоновки узлов и механизмов подачи, определения массы подвижных частей, длин и диаметров трубопроводов, вредных объемов полостей цилиндров и т. д.

Расчет времени цикла. Приведенные формулы и последовательность расчета могут быть применены при определении времени цикла любых пневмати ческих линеиных приводов с относительной нагрузкой не превышающей 0,4÷0,5, с учетом инерционных сил.