Розрахунок цільних станин закритих пресів

Усі цільні станини без стяжних болтів поділяються на дві групи. Станини першої з цих груп розглядаються як цільний брус, інші – як рами. До станин першої групи відносяться станини холодновисаджувальних автоматів, ГКМ. Розрахунок таких станин виконується методами опору матеріалів і специфічний для кожної форми станини.

Станини другої групи умовно розглядаються як рами. При цьому приймаються наступні допущення:

· станина – замкнута статично невизначена рама, що складається зі стрижнів з геометричними розмірами перетинів, постійними по довжині ділянок рами;

· ширина рами дорівнює відстані між осями стійок, а її розрахункова довжина чи висота прирівнюється до конструктивної довжини;

· тому що моменти інерції і площі поперечних переріз по довжині траверси, чи столу стійок звичайно розрізняються незначно, їх вважають постійними й обчислюють як середньозважені по довжині, використовуючи формули (8.6);

· для більшої точності розрахунку враховують додаткову кутову деформацію траверси і столу під дією поперечних сил, викликуваних навантаженням на повзуні, що діє на поперечні ригелі.

Більшість поперечок станин зводиться до двох розрахункових схем (рис. 8.7):

· симетрична двохопорна балка, навантажена розподіленим навантаженням q=P_н/αL від сили P_н на середній ділянці довжиною с=αL (рис. 8.7, а);

· симетрична двохопорна балка навантажена двома зосередженими силами, рівними 0,5P_н і прикладеними на відстані λ=α₁L від опор (рис. 8.7, б).

Розмір L в даному випадку становить відстань між серединами перетинів стійок.

Розрахункова сила Р для урахування похибок при визначені розмірів станини, динамічних сил при роботі преса, тощо, становить (1,05…1,1)Р_н.

Рівнодіючі сил, що діють з боку головного валу на підшипники станини, розташовуються на відстані l_О/8 від краю підшипника, зверненого до шатуна для колінчатого валу і на відстані l_О/3 для ексцентрикових валів (l_О – довжина корінної опори валу).

Навантаження на стіл звичайно приймаються розподіленим на довжині с=2/3L (тобто коефіцієнт α для столу преса дорівнює 0,67). Для спеціалізованих пресів для холодного об’ємного штампування, а також двох - і чотирьох кривошипних пресів для розділових операцій приймається схема з зосередженим навантаженням діючої по середині столу.

Рис. 8.7. Розрахункові схеми навантаження поперечок пресів

 

Нормальні, дотичні й еквівалентні напруги в стійках і поперечках станин визначаються по формулах (8.5).

Сумарна деформація станини у вертикальному напрямку складається з прогину траверси δ₁, подовження стійок δ₂, сумарного прогину столу δ₃

δ _с= δ ₁+ δ ₂+ δ ₃. (8.24)

Крім цього визначається величина зближення стійок δ_сбл під час роботи (на відстані х від столу).

Нижче на прикладі станини КГШП приведено методику їх розрахунку.

Схема станини КГШП показана на рис. 8.8. Станина преса складається з двох частин – стіл преса і верхня цільна частина, що складається з поперечини і двох стійок. В місцях з’єднання стійок з столом, не дивлячись на затяжку, приймається шарнірне з’єднання. В такому разі верхня частина розглядається як статично невизначена рама, шарнірно з’єднана з нижнім столом (рис. 8.9).

Розміри станини показані на рис. 8.8. Розміри розрахункової схеми (рис. 8.9, а) становлять , . Тут позначено H_тр – висота траверси; y_тp – відстань від верхнього краю траверси до центральної лінії перетині траверси; x_cт – відстань від краю перетину стійки до центральної лінії перетину стійки; L – відстань між стяжними шпильками станини.

Стійки, як правило, мають неоднакові поперечні розміри по висоті. В такому разі визначають найменшій та найбільший перетини і розраховують параметри еквівалентного перетину

; (8.25)

; (8.26)

. (8.27)

В цих формулах позначено:

F_max, F_min – відповідно, найменша і найбільша площа перетину стійки;

J_max, J_min – відповідно, найбільший і найменший момент інерції перетину стійки;

l_max, l_min – відповідно, довжина стійки з найбільшим і найменшим перетином.

Рис. 8.8. Розрахункова схема станини КГШП

 

Розрахунок статично невизначених рам виконується з допомогою методу сил, який детально розглядається в курсі опору матеріалів. Рама умовно розрізається по верхній поперечині і додаються одинична сила Х₁ = 1 і одиничний момент Х₂ = 1. Розрахункова схема верхньої частини станини показана на рис. 8.9, б.

Епюри згинальних моментів від зовнішніх сил показані на рис. 8.10, а, епюри згинальних моментів від одиничної сили – на рис. 8.10, б и від одиничного моменту – на рис. 8.10, в.

а) б)

Рис. 8.9. Розрахункова схема рами КГШП

 

Канонічна система рівнянь методу сил має вид

(8.28)

 

Рис. 8.10. Епюри згинальних моменті розрахункової схеми КГШП

а) – від зовнішніх сил, б) – від одиничної сили, в) – від одиничного моменту

 

Коефіцієнти рівнянь визначаються шляхом перемноження відповідних епюр:

(8.29)

Після рішення системи лінійних рівнянь визначаються невідомі величини Х₁ і Х₂. Згинальні моменти в характерних точках рами (показані на рис. 8.9, б) становлять:

(8.30)

Після побудови епюри згинальних моментів (рис.8.11) визначаються небезпечні перетини станини і розраховуються напруги вигину, які порівнюються з допустимими значеннями, приведеними в табл. 8.2.

 

 

Рис. 8.11. Епюри згинальних сил в станині КГШП

 

Найбільша деформація по осі станини становить

(8.31)

де Р ₁ – додаток сили на стійку при навантаженні преса номінальним зусиллям

. (8.32)

При наявності поперечної шпильки зближення стійок при роботі не відбувається.

В формулах (8.28)-(8.29) позначено:

J₁, J₂, J₃ – відповідно, моменти інерції поперечних перетинів траверси, стійок і столу;

F₁, F₂, F₃ – відповідно, площі поперечних перетинів траверси, стійок і столу;

n_б – число стяжних шпильок;

d₀ – найменший діаметр різьби шпильок;

l_б – розрахункова довжина стяжних шпильок (рис. 8.8).

Значення коефіцієнта k приймаються по табл. 8.3 у залежності від форми перетину.

Таблиця 8.3

Значення коефіцієнта k

Вид поперечного перерізу	Значення коефіцієнта k
Прямокутник	1,2
Двотавр	2,2...2,9
Коло	1,1
Кільце	r / R	0,2	0,4	0,5	0,6	0,8
k	1,15	1,25	1,32	1,38	1,47
Порожній прямокутник	1,5…2

Примітка: У таблиці 8.3 позначено: r – внутрішній радіус кільця, R – зов­нішній радіус кільця.

 

На рис. 8.12-8.14 приведені розрахункові схеми й епюри згинальних моментів інших найбільш розповсюджених типів станин пресів. Вид навантаження столу і поперечки прийняті з урахуванням особливостей технологічного процесу, габаритів штампа і конструктивного виконання ГВМу.

Поперечні і нормальні сили в стійках для всіх схем дорівнюють половині номінального зусилля, тобто Р_н/2.

 

Рис. 8.12. Розрахункові схеми станин одно кривошипних пресів з рівнобіжним фронту розташуванням голов­ного валу, або двох кривошипних пресів з перпендикулярним роз­ташуванням головних валів

 

Рис. 8.13. Розрахункові схеми станин однокривошипних пресів з перпендикулярним фронту розташуванням головного валу

Рис. 8.14. Розрахункові схеми станин однокривошипних розділових пресів з перпендикулярним фронту розташуванням головного валу

Згинальні моменти і деформації для типів станин, показаних на рисунках визначаються по наступних розрахункових формулах:

 

Одно кривошипні преси з рівнобіжним фронту розташуванням голов­ного валу, двох чи чотирьох кривошипні преси з перпендикулярним роз­ташуванням головних валів (рис. 8.12)

(8.33)

Одно кривошипні преси з перпендикулярним фронту розташуванням головного валу (рис. 8.13)

(8.35)

Одно кривошипні розділові преси з перпендикулярним фронту розташуванням головного валу (рис. 8.14)

 

(8.37)

У формулах (8.33)–(8.38) позначено:

де x – відстань від столу до перерізу, в якому визначається зближення стійок.

Позначення відповідних моментів інерції і площі поперечних перерізів показані на відповідних рисунках.