Живов_Кузнечно-штамповочное оборудование

Раздел VI. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КШМ 1 2 3 4

Рис. 24.4. Кинематическая схема механизма выталкивателя штамповочного автомата:

1 - кулачок; 2 - подшипник ролика; 3,9 — толкатели; 4 - подшипниковая опора толкателя; 5 - рычаг; 6,8- шарниры; 7 - 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 и топологии

2. 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

Рис. 24.5. Топология механизма выталкивателя штамповочного автомата

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

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

3. 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

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

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

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 О 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 О 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 О 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

г л ава 24. Проектирование кузнечно-штамповочных машин

3316кН/м

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