Допустимі зусилля по міцності головного вала

 

В сучасних кривошипних пресах використовуються в основному три типи валів, показані на рис. 5.12, та їх різновиди. Усі преси в залежності від технологічного призначення і конструктивного виконання ГВМу розділені на 18 типів (табл. 5.5), яким відповідають 14 розрахункових схем ГВМу, представлених на рис. 5.13–5.26.

Початкові розміри вала при перевірочному розрахунку визначаються по кресленнях пресів-аналогів, довідковим даним. Можливо використовувати деякі дані, приведені в додатку 2.

При проектному розрахунку розміри визначаються в наступному порядку. По емпіричних формулах у залежності від номінального зусилля P_н (у МН) знаходять діаметр d_О корінних опор вала (у мм):

· одноколінчатий вал (рис. 5.12, а)

P _н<2 МН ; (5.53)

P _н>2 МН ; (5.54)

· двохколінчатий вал

P _н<1,6 МН ; (5.55)

P _н>1,6 МН ; (5.56)

· ексцентриковий вал (рис. 5.12, б)

; (5.57)

· колінчатий вал ГКМ

; (5.58)

· осі шестерня-ексцентрикового приводу (рис. 5.12, в)

d _О = 25 P _н + 110…120. (5.59)

Рис. 5.12. Основні типи валів

 

Таблиця 5.5

Типи пресів і розрахункові схеми ГВМу

Типи пресів	Найменування	Розрахункова схема
	Кривошипні гаряче штампувальні
	Горизонтально-кувальні машини
	Карбувальні преси	4, 7
	Автомати	3–14
Обрізні:
	– однокривошипні	4, 5, 7–12
– двох кривошипні
	– з одним двох шатунним валом	13, 14
	– з двома одно шатунними валами	4, 5, 7–12
Листоштампувальні
– простої дії
	– відкриті одностоякові	1, 2
	– відкриті двохстоякові	3–8
– закриті:
	– одно кривошипні	3–12
– двох кривошипні:
	– з одним двох шатунним валом	13, 14
	– з двома одно шатунними валами	4, 5, 7–12
– чотирьох кривошипні:
	– з двома двох шатунними валами	13, 14
	– з чотирма одно шатунними валами	4, 5, 7–12
– подвійної дії
	– одно кривошипні	4, 5, 7–12
	– двох кривошипні з двома одно шатунними валами	4, 5, 7–12
– чотирьох кривошипні:
	– з двома двох шатунними валами	13, 14
	– з чотирма одно шатунними валами	4, 5, 7–12

 

Розрахункова схема 1

Рис. 5.13. Розрахункова схема 1

 

Перетин ВВ ; (5.60)

Перетин АА . (5.61)

Розрахункова схема 2

Рис. 5.14. Розрахункова схема 2

Перетин ВВ ; (5.62)

Перетин АА . (5.63)

Тут позначено: .

 

Розрахункова схема 3

 

Рис. 5.15. Розрахункова схема 3

 

Перетин ВВ ; (5.64)

при S_н > d_О ; (5.65)

 

Перетин EE

, (5.66)

де ;

Перетин АА , (5.67)

Розрахункова схема 4

Рис. 5.16. Розрахункова схема 4

 

Перетин ВВ (5.68)

де

при S_н>d_О ; (5.69)

Перетин EE

, (5.70)

Розрахункова схема 5

 

Рис. 5.17. Розрахункова схема 5

 

Перетин BB

, (5.71)

де

Розрахункова схема 6

Перетин АА , (5.72)

Рис. 5.18. Розрахункова схема 6

Розрахункова схема 7

 

Рис. 5.19. Розрахункова схема 7

 

Перетин ВВ (5.73)

 

при S_н > d_О ; (5.74)

Перетин EE , (5.75)

Розрахункова схема 8

 

Рис. 5.20. Розрахункова схема 8

 

ПеретинВВ (5.76)

 

Розрахункова схема 9

 

Рис. 5.21. Розрахункова схема 9

 

Перетин ВВ (5.77)

;

Перетин EE (5.78)

.

 

Розрахункова схема 10

 

Рис. 5.22. Розрахункова схема 10

 

Перетин ВВ (5.79)

;

Перетин EE (5.80)

Розрахункова схема 11

Перетин EE (5.81)

.

 

Рис. 5.23. Розрахункова схема 11

Розрахункова схема 12

Перетин EE (5.82)

.

Рис. 5.24. Розрахункова схема 12

 

Розрахункова схема 13

Перетин BB (5.83)

.

Перетин EE (5.84)

.

 

Рис. 5.25. Розрахункова схема 13

 

Розрахункова схема 14

Рис. 5.26. Розрахункова схема 14

 

Перетин BB (5.85)

.

Перетин EE (5.86)

.

По емпіричних залежностях, приведеним у табл. 5.6, знаходять попередні розміри валів. Отримані розміри округляють до величини, кратної 5 мм. У таблиці 5.6 типи валів позначені:

1 – одноколінчатий вал (рис. 5.12, а);

2 – двохколінчатий вал;

3 – одно шатунний ексцентриковий вал (рис. 5.12, б);

4 – двох шатунний ексцентриковий вал;

5 – шестерня-ексцентриковий привід (рис. 5.12, в).

Таблиця 5.6

Орієнтовані розміри головних валів

Параметр	Тип валу
d В/ d О			1…1,2
d А/ d О	1,2…1,5	1,27…1,5	1,6…1,9	1,54…1,76	1,57
l O/ d О	1,7…2,5	1,68…2,1	1,04…2,42	1,42…1,89	1,4…1,7
l к / d O	2,84	2,24…2,6	1,0	1,07…1,64	2,55
l A/ d О	1,3…2,1	1,2…1,4	0,7…0,92	0,71…1,04	1,27
r / d О	0,08	0,07	0,11	0,09…0,14	0,122

Примітка: 1. Для двох колінного ексцентрикового валу ширина проточки між ексцентриками складає 0,52d_О.

2. Довжина підшипника l_ш шестерня-ексцентри­ко­вого приводу дорівнює довжині опорної шийки l_О вісі.

 

Користаючись розрахунковими залежностями для обраної схеми ГВМу (рис. 5.13–5.26) визначають допустимі зусилля по міцності вала в зазначених перетинах. Розрахунок допускні зусилля в діапазоні зміни кута повороту головного валу від 0 до 90º. Результати розрахунків представляють у розрахунковій записці на графіку й у таблиці. У пояснювальній записці обов'язково представляється графік допускних зусиль по міцності головного вала.

Параметри розрахункових формул (5.60) – (5.86) вибираються в такий спосіб.

Діаметр посадкового місця під зубчасте колесо чи маточину муфти d₁ приймається рівним d₁ = d₀–(10...40)мм.

Відстань від опори до середини зубчастого колеса l₁ приймається рівним половині ширини колеса і відстані від колеса до опори (15...40 мм).

Границя витривалості матеріалу при симетричному знакозмінному циклі вигину σ_-1и вибирається табл. 5.7.

Коефіцієнт запасу міцності n приймається по таблиці 5.8. Якщо прес не оснащений запобіжниками від перевантаження по зусиллю, величину коефіцієнта необхідно збільшити на 20...25 %

Значення коефіцієнтів матеріалу Фσ і Фτ визначаються по графіках, приведеним на рис. 5.27 у залежності від розмірів шийки, матеріалу вала і співвідношення радіуса галтелі і діаметра шийки. При діаметрі більше 280 мм коефіцієнти Фσ і Фτ залишаються нез­мінними.

Таблиця 5.7

Механічні властивості сталей для головних валів

Марка сталі	HB або HRC	σ В	σ т	σ -1и	τ -1	ψσ	ψτ
МПа
45 у	190…240					0,15	0,10
45 н	250…280					0,20	0,15
40Х у	230…280					0,15	0,10
40Х н	45…50					0,25	0,20
40ХН	240…80					0,20	0,15
35ХМ						0,20	0,15
40ХНМА 40ХН2МА 38ХН3МА						0,20	0,15

 

Коефіцієнт с дорівнює відношенню с = G_м/P_н, де G_м – вага маховика. При проектувальному розрахунку приблизно можна прий­мати с = 0,003…0,004. Більші значення приймаються для пресів мен­шого номінального зусилля.

Настановний кут шестірні δ при перевірочному розрахунку визначається по кресленнях прес-аналога. При проекту­вальному розрахунку кут δ визначається компонувальною схемою преса. Необхідно враховувати, що найменші габарити преса по висоті і довжині забезпечуються при значеннях настановного кута приблизно 45°...60° чи 120°…140°.

Таблиця 5.8

Запас міцності валу n

Тип преса	n
Листоштампувальні:	1,3
ГКМ	1,2...1,3
КГШП	1,5
Карбувальні	1,5
Автомати листоштампувальні	1,6...1,8
Автомати для об'ємного штампування	1,7...2,0

 

Радіус R_k ділильної окружності зубчастого колеса визначається при розрахунку зубчастої передачі (див. п. 6.3).

Кут зачеплення α_ш залежить від ступеня корекції зубчастої передачі і залежить від числа зубів коліс (див. п. 6.3.2); для не коригованих коліс α_ш=20°.

Для головних валів кривошипних пресів характерний несталий режим перемінних навантажень. Пресс тільки частина загального часу працює з максимальними навантаженнями, тому гранична сумарна напруга менше максимальної напруги. Таке зменшення напруги враховується коефіцієнтом еквівалентного навантаження k_э. У залежності від інтенсивності навантаження всі кривошипні преси підрозділяються на чотири групи:

1) переналагоджувані автомати для холодного і гарячого штам­пування;

2) автоматизовані машини всіх типів, витяжні преси, преси для видавлювання і точної вирубки, гільйотині ножиці;

3) універсальні листоштампувальні преси, преси для розділових операцій, для холодного об'ємного штампування;

4) гаряче штампувальні преси при багато перехідного штампування з ручним обслуговуванням.

Значення коефіцієнта еквівалентного навантаження k_э що рекомендуються, для зазначених груп пресів у залежності від номінального числа ходів n_н і коефіцієнта використання числа ходів р_и приведені в табл. 5.9. При розрахунку коефіцієнта k_э приймається, що середня тривалість робочого ходу складає приблизно 10...20% від часу одного повного ходу повзуна.

Загальний фонд часу T_c роботи преса при двозмінній експлуатації протягом 5 років прийнятий рівним 15000…18000 год., при роботі протягом 9 років – 27000...31000 год.

 

Рис. 5.27. Значення коефіцієнтів Ф_σ і Ф_τ :

а – Ф_σ для для сталі 45 (нормалізованої); б – Ф_τ для сталі 45 (нормалізованої); в – Ф_σ для сталей 40Х и 40ХН (поліпшених); г – Ф_τ для сталей 40Х и 40ХН (поліпшених)

 

 

Таблиця 5.9

Коефіцієнт еквівалентного навантаження k_э

при розрахунку головного вала

Група машин	n н. p и, хв^-1	k э при T c, тис. год.	Група машин	n н. p и, хв^-1	k э при T c, тис. год.
15…18	27…31	15…18	27…31
I	120–250	0,98		III	70–120	0,80	0,83
50–120	0,90	0,96	40–70	0,76	0,80
20–50	0,86	0,93	20–40	0,70	0,75
<20	0,80	0,87	10–20	0,63	0,68
				<10	0,61	0,62
II	50–120	0,87	0,92	IV	30–50	0,62	0,68
20–50	0,78	0,84	20–30	0,61	0,66
10–20	0,73	0,78	15–20	0,60	0,63
<10	0,68	0,72	10–15	0,60	0,61
				<10	0,60	0,60