Дипломная (вкр): Модернизация конструкции четырехвалковой листогибочной машины для производства труб и обечаек большого диаметра

где

Получим расчетную длину:

Вычисленный результат округляют до ближайшего стандартного значения. Принимаем расчетную длину ремня равную 1700мм.

2.16.6 Оценка долговечности ремня

Долговечность ремня проверяется из условия:

 , с -1 (2.48)

где  - расчетная частота пробега ремня в секунду;

=3…6 - допускаемая частота пробега ремня.

Следовательно выбранный ремень соответствует условию долговечности.

.17 Расчет прижимного усилия

В четырехвалковой листогибочной машине нижние валки при перемещении создают прижимное усилие, которое действует на прямоугольную стальную заготовку, а верхний валок прижимает ее своим весом, в результате чего происходит гибка заготовки. При этом на обрабатываемый лист действуют силы зажима (рисунок 2.7.).

Рисунок 2.7 - Силы, действующие на обрабатываемый лист

Сила R может быть разложена на нормальную V и касательную Р составляющие. При уменьшении сил N или V ниже определенного значения наступит проскальзывание. Во избежании этого необходимо развить усилие зажима:

N = k Q /(2×μ),Н, (2.49)

=1,25...1,6 - коэффициент запаса силы сжатия;- вес верхнего валка;

μ=0,12...0,15 - коэффициент трения между контактными поверхностями.г =mq=314×9,8=20977,2 Н

N = 1,5× 2097,2 /(2×0,12)=13107,5 Н

Скольжение отсутствует при условии, что сила трения F на контактных поверхностях равна касательной силе валка или превышает ее:

=Р = N×μ ≥ Qг×μ/2, Н, (2.50)

Во время возрастания усилия зажима происходит скольжение рабочих площадок на поверхности обечайки, что может привести к ее повреждению. Поэтому зажимное усилие должно быть развито полностью.

В этом случае:

=Р = Q×μ×u×η/2, Н, (2.51)

где u=2N/Q - передаточная функция зажимного устройства,

η - КПД прижимного устройства.=2×754,93/2097,2=0,72.

F=Р = 2097,2×0,12×0,72×0,74/2=67,09 Н

Результирующая сила находится по формуле:

 (2.52)

Правильность расчета проверяется из условия:

≥ [k]

где k - коэффициент запаса зажатия;

= N×2×μ/Qг

[k] - допустимый коэффициент запаса зажатия;

[k]=1,25...1,6

k = 13099,5×2×0,13/2097,2 = 1,63

Следовательно, расчеты проведены верно.

3. Имитационные исследования напряженно - деформированного состояния основания установки четырехвалковой листогибочной машины

.1 Использование трёхмерных моделей для расчёта изделий методами имитационного моделирования

привод вал скольжение прочность

Имитационное моделирование - создание электронной модели проектируемого объекта и экспериментирование с ней при заданных ограничениях. Цель таких экспериментов - это определение оптимальных параметров модели.

Различают два метода имитации:

ￚ    Кинематическая - имитация процесса движения элемента объекта с целью определения столкновений (коллизий);

ￚ       Динамическая - имитация процесса исследования поведения объекта при изменении действующих нагрузок и температур. В этом случае определяется теплонапряжённое состояние объекта, а также определение напряжённо - деформированного состояния объекта.

Для определения напряжённо - деформированного состояния могут использоваться методы имитационной физики, достаточно хорошо разработана теория метода математической физики. Эти методы позволяют получить достаточно точные результаты, только лишь при достаточно простой конфигурации объекта. При сложной конфигурации объекта в САПР используется метод конечных элементов (МКЭ).

Совершенство конструкции, ее надежность, а также механические, энергетические, прочностные и другие характеристики закладываются на этапе конструирования, таким образом, от принятия правильных конструкторских решений во многом зависит качество работы и конкурентоспособность создаваемого механического оборудования. Основными техническими характеристиками материалов, влияющими на работоспособность конструкции , являются следующие характеристики:

Прочность - способность материала сопротивляться нагрузкам без разрушения. Количественной характеристикой является предел прочности sb, под которым понимается напряжение, приводящее к разрушению материала.

Упругость - свойство материала восстанавливать свои форму и размеры после снятия нагрузки. Основной количественной характеристикой упругости служит перемещение под действием единичной нагрузки, которое в свою очередь не зависит от модуля упругости Е и коэффициента Пуассона m.

Пластичность - свойство материала сохранять значительные пластические деформации после снятия нагрузки. Характеризуется пределом текучести sr - напряжением, при котором величина остаточной пластической деформации не превышает 0,2 %.

Выносливость - способность материала сопротивляться разрушению от усталости. Количественно характеризуется пределом выносливости s -1, равным наибольшему напряжению, которое образец выдерживает без разрушения при неограниченном числе симметричных циклов нагружения.

Для разработки современных машин, которые будут конкурентоспособными по отношению к зарубежным аналогам, необходимо внедрять компьютерную технологию проектирования. Это единственный путь, который способен поднять качество проектирования и создать оптимальные по весу, энергопотреблению и ряду других параметров конструкции.

Для реализации этих и других задач и предназначена русскоязычная Система автоматизированного расчета и проектирования в машиностроении и строительстве АРМ Win Machine - российская разработка, адресованная инженерам и конструкторам, занятым конструированием нового и модернизацией существующего механического оборудования.

АРМ Win Machine включает эффективные и надежные алгоритмы и программы расчета:

энергетических и кинематических параметров;

прочности, жесткости и устойчивости;

выносливости;

надежности и износостойкости;

динамических характеристик.

3.2 Расчет напряженно-деформированного состояния основания

Имитация проводится путем приложения соответствующих нагрузок в пяти областях детали. Выбор области приложения нагрузки обусловлен количеством ступеней данной детали.

Расчет детали «Основание» проводится с использованием модуля APM Structure 3D программного комлекса APM WinMachine. Модуль APM Structure 3D предназначен для расчета напряженно-деформированного состояния стержневых, пластинчатых, оболочечных и твердотельных конструкций, а также их произвольных комбинаций. APM Structure 3D организован таким образом, что в его рамках можно рассчитать все многообразие существующих конструкций, собирая их из вышеперечисленных макроэлементов. Конструкции и их элементы могут быть импортированы в редактор конструкций через DXF-формат из 2D и 3D графических редакторов или напрямую через модуль APM STUDIO с подготовленной конечно-элементной сеткой и вариантами закрепления и нагружения. Внешняя нагрузка, так же как и условия закрепления конструкции, могут быть произвольными как по характеру, так и по местоположению.

Модуль позволяет решать следующие задачи:

определение полей эквивалентных напряжений и их составляющих;

расчет линейных, угловых и результирующих перемещений;

определение внутренних усилий;

расчет устойчивости и формы потери устойчивости;

определение частот собственных колебаний и собственных форм;

расчет вынужденных колебаний;

автоматический подбор сечений из условий прочности, жесткости, устойчивости для металлоконструкций машиностроительного назначения;

проектирование узлов металлоконструкций;

автоматическая генерация номенклатуры элементов, составляющих конструкцию.STUDIO - модуль моделирования и импорта (поддерживается импорт из формата STEP) трехмерных поверхностных и твердотельных моделей с инструментами указания опор и приложения различных нагрузок и встроенным генератором разбиения на конечно-элементную сетку. Основное назначение модуля - подготовка смоделированной или импортированной геометрии к конечно-элементному анализу в модуле APM STRUCTURE 3D.

Прежде всего необходимо сформировать твердотельную модель детали. Модель детали представлена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Модель детали «Основание»

После этого выбирается материал детали. Это является важным шагом, поскольку от выбора материала будут зависеть физические свойства будущего изделия. APM WinMachine обладает обширной библиотекой материалов. Для данной детали выбирается углеродистая сталь. Следующим шагом будет разбиение детали на конечные элементы. Здесь мы можем выбрать размеры конечных элементов, что влияет на точность вычислений (см. рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 - Разбиение модели на конечные элементы

На рисунке 3.3 показан выбор размера конечных элементов.

Рисунок. 3.3 - Выбор размера конечных элементов

После разбиения детали на КЭ укажем редактору, на каких поверхностях закрепляется деталь, какие силы действуют на нее и т.д. (рисунок 3.4)

Произведём статический анализ, зададим ограничения и действующие силы. Действующие силы и ограничения приведены на рисунке 3.5

.

Рисунок 3.4 - Фиксация детали

Рисунок 3.5 - Действующие силы и ограничение

Расчитываем форму колебаний основания в зависимости от частоты электродвигателя, установленного на машине. Частота электродвигателя 1000 Гц. Расчитываем собственную частоту основания. Результаты расчетов приведены в приложении. Форма колебаний основания приведена на рисунке 3.6.

Рисунок 3.6 - Форма колебаний основания

После этого выполняем команду Run, запуская основной расчет программы. После в дереве появляются папки: Stress, Displacement, Strain, Deformation, Design Check.

В первой папке Stress находится расчет статического напряжения, деталь закрашивается в цвета, которые меняются в зависимости от величины нагрузки на различных участках. Расчет статистического напряжения приведен на рисунке 3.7.

Рисунок 3.7 - Статическое напряжение

Проведем расчет основания на устойчивость. Результаты расчета приведены на рисунке 3.8.

Рисунок 3.8 - Коэффициент потери устойчивости

Аналогично проводим исследования для остальных областей воздействия на деталь.

По цветной легенде, находящейся около рисунка, можно определить максимальные значения того или иного параметра и сделать соответствующие выводы о прочностных характеристиках детали.

В ходе расчетов, проведенных методом имитационного моделирования, были получены аппроксимированные результаты: наибольшие значения статического напряжения и деформационного растяжения лежат в пределах, определенных разработчиком как допустимые при указанных нагрузках, деталь имеет необходимый запас прочности, требуемый для безопасного использования изделия в целом.

Результаты расчета подтверждают, что деталь «Основание» спроектирована верно - максимальное напряжение не превышает допустимого, а максимальная деформация не критична, коэффициент запаса прочности находится в пределах от 1 до 10 (равен 5,3)

4. Технологическая часть

Эффективность производства, его технический прогресс, качество выпускаемой продукции во многом зависят от опережающего развития производства нового оборудования, машин станков и аппаратов, от всемирного внедрения методов технико-экономического анализа, обеспечивающих решение технических вопросов и экономическую эффективность конструкторских и технологических разработок.

Механическая обработка является основным методом изготовления деталей в машиностроении. Использование типовых операций механической обработки в технологическом процессе (токарных, сверлильных, фрезерных и др.) наиболее характерно в изготовлении деталей машин.

Темой работы является разработка технологического процесса механической обработки детали.

Все вопросы технологии и ее организации, разрабатываемые в дипломном проекте, должны отвечать реальным целям, стоящим перед производством. Необходимо показать сущность и значение организации труда, совершенствования технологии на основе использования новых достижений науки и техники и методы улучшения использования рабочего времени

4.1 Назначение и конструкция детали

Деталь, разрабатываемая в выпускной работе - крышка - является составной частью приводного вала. Крышка служит для герметизации подшипниковых узлов.

Данная деталь принадлежит к классу дисков с центральным сквозным ступенчатым отверстием. Наиболее точным является центральное отверстие Ø 52, для установки манжеты. Имеется 3 паза для крепления детали к корпусу вала. Крышка изготовляется из стали 45 ГОСТ 1058-88. Химический состав и механические свойства стали 45 приведены соответственно в таблицы 4.1 и 4.2.

Таблица 4.1 - Химический состав стали 45 (ГОСТ 1050-88), %

Таблица 4.2 - Механические свойства стали 45

, МПа, МПа, %ψ, %ан,

Эскиз детали приведен на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 - Эскиз детали

4.2 Анализ технологичности детали

Технологичность конструкции рассматривается как совокупность свойств конструкции изделия, определяющих ее приспособленность к ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ.