4. Послідовність проектування та розрахунку кривошипних машин
4.1. Кінематичні розрахунки
4.1.1. Задача розрахунку –
визначити залежності переміщення
,
швидкості
та прискорення
повзуна від кута повороту головного
вала преса
.
Розрахунки виконують за даними технічного
завдання та відповідно до кінематичної
схеми машини.
4.1.2. По заданому ходу повзуна
визначають радіус кривошипа
.
Задаються коефіцієнтом довжини шатуна
[6, с. 106,
табл. 4] і по ньому визначають довжину
шатуна
.
При регульованій довжині шатуна
відповідає
.
4.1.3. Залежності
;
та
будуються в межах
з інтервалом не більше 10° [6, с. 241-246; 16,
с. 28-29].
Ці розрахунки виконуються
на ЕОМ в безрозмірних величинах по
переміщенню, швидкості і прискоренню,
тобто
;
;
,
де
– кутова швидкість кривошипного валу.
Складають одну програму для всіх студентів, що проектують кривошипні преси. Карти введення даних індивідуальні.
4.1.4. Визначають максимальну
швидкість повзуна
та відповідний їй кут
.
4.1.5. Синтез багатоланкових механізмів приводу зовнішніх повзунів пресів подвійної дії, затискних і бічних повзунів ГКМ і т.д. проводиться графічним або аналітичним методом [5, с. 41-53].
4.2. Визначення крутного моменту на головному валу
4.2.1. Задача розрахунку –
побудувати залежність крутного моменту
на валу преса від кута повороту головного
валу або переміщення повзуна:
;
.
4.2.2. Спочатку визначають
основні конструктивні розміри кривошипного
валу –діаметр в опорах
та діаметр шатунної шийки
.
Потім визначають діаметр опорної головки
(опорного пальця) шатуна.
Перераховані конструктивні параметри валу і шатуна розраховуються за емпіричними формулами [6, с. 265-266, табл. 10], після чого уточнюються по допустимим питомим зусиллям [6, с. 264, табл. 92] з умови не витискування мастила.
4.2.3. Крутний момент на валу у вигляді
де
– поточне значення зусилля деформування;
– приведене плече крутного моменту;
– приведене плече ідеальної машини;
– приведене плече моменту тертя, що
визначається по діаграмі робочих
навантажень
та за даними кінематичного розрахунку
.
4.2.4. Спочатку будують графік
в межах
по точкам з інтервалом не менше 10°.
Розраховують
[6, с. 250] або
приймають рівним 0,03 - 0,05. Графічним
сумуванням отримують залежність
.
4.2.5. Добуток поточного значення
із графіка
або
на відповідне значення
визначає поточне значення
.
Графік крутних моментів або будують в межах робочого переміщення повзуна або робочого кута повороту головного валу. Їх визначають за графіком робочих навантажень.
4.2.6. Якщо в результаті розробки технологічного процесу штампування на даному пресі графік робочих навантажень отримати не вдалося, то користуються розрахунковими графіками. З цією метою можна скористатися рекомендованими типовими графіками навантажень для основних процесів штампування [6, с. 343-344].
4.3. Енергетичні розрахунки
4.3.1. Завдання розрахунків – визначити потужність приводного електродвигуна, вибрати тип двигуна, визначити параметри маховика.
4.3.2. Визначають сумарну циклову роботу
,
де
– розхід енергії в кривошипно-шатунному
механізмі;
– незворотні витрати енергії, які
пов'язані з пружністю системи;
– втрати в трансмісії;
– робота холостого ходу, яка наближено
визначається за емпіричними формулами
[7, с. 78, рис. 38, с. 76, рис. 37, с. 115, табл. I2];
– витрати енергії на включення муфти
і розгін ведених частин.
Величину
знаходять як площу
графіка
(див. п. 4.2.5), причому
,
де
–
кутовий масштаб, град/мм;
– масштаб моментів, кг·м/мм.
Величину можна приблизно визначити із виразу
,
де
– коефіцієнт, що враховує втрати;
– номінальне зусилля преса;
– коефіцієнт жорсткості преса.
4.3.3. Потужність приводного
електродвигуна визначається по роботі
за цикл
.
При одиничних включеннях преса потужність, кВ·А:
,
де
– коефіцієнт використання числа ходів
преса (встановлюється при розробці
технологічного процесу);
– номінальне число ходів повзуна за
хвилину (задано відповідним ГОСТом в
залежності від типу і номінального
зусилля преса). При роботі в автоматичному
режимі значення
,
що входить в
,
приймається рівним нулю, а коефіцієнт
використання ходів
– рівним одиниці [6, с. 348-350].
4.3.4. За потужністю, яка визначається в п. 4.3.3, і на підставі кінематичної схеми преса вибирають тип двигуна (зазвичай асинхронний з коротко замкнутим ротором).
За паспортними даними
встановлюється його номінальне
,
мінімальне
та максимальне
ковзання.
4.3.5. По значенням ковзання
розраховують коефіцієнт нерівномірності
ходу
.
Потім визначають надмірну роботу
,
яка виконується маховиком.
4.3.6. Момент інерції маховика розраховують за формулою
,
де
–
середня кутова швидкість вала двигуна.
Для листоштампувальних пресів [1, с. 348-349]
де
визначається за рекомендаціями, що
наведені в [6, с. 348-349; 7, с. 111-114];
– кутова швидкість маховика.
4.3.7. Знаючи момент інерції
маховика
та задавшись конструктивно його
діаметром, визначають ширину і масу.