KATEDRA PODSTAW KONSTRUKCJI MASZYN
PROJEKT PRASY NACISKOWEJ JEDNOSTOJAKOWEJ
Marcin Gołygowski
wydział: Mechaniczny
grupa: F
semestr: III
studium: dzienne inż.
rok: 1996/97
Zaprojektować prasę naciskową jednostojakową według następujących danych:
Q= 5000 N
1.1. Zasada działania pras śrubowych ręcznych oraz założenia konstrukcyjne
Szkic prasy przedstawiony jest na rysunku 1.1. Pod względem konstrukcyjnym można podzielić prasę na następujące główne elementy: śruba 1; nakrętka 2; korpus 3; suwak 4; masy zamachowe osadzone na ramieniu z piastą 5; pokrętło 6; gniazdo do zamocowywania przyrządów 7.
Śruba prasy współpracuje z nakrętką, osadzoną nieruchomo w korpusie prasy. Obrót śruby za pomocą pokrętła powoduje ruch obrotowy i postępowy śruby oraz mas zamachowych, połączonych z górnym końcem śruby. Dolny koniec śruby połączony jest obrotowo z suwakiem i ruch pionowy śruby przenosi się na suwak, prowadzony zazwyczaj w pryzmatycznych pionowych prowadnicach. Konstrukcja prowadnic powinna umożliwiać regulację luzów powstałych wskutek zużycia. prowadnice smarowane są okresowo smarem plastycznym.
W części dolnej suwaka umieszczone jest w osi symetrii śruby gniazdo, które dobiera się z normy: „Gniazda w suwakach pras PN-83/M-68028”.
Ponieważ prasy śrubowe ręczne pracują podobnie jak młoty, tzn. w sposób udarowy, należy przy ich projektowaniu uwzględnić dostateczną sztywność korpusów. Dotyczy to w szczególności prasy jednostojakowej. Prowadnice suwaka powinny być ustawione możliwie blisko siebie, a rozwiązanie prowadzenia suwaka powinno umożliwiać regulację luzów powstałych w wyniku zużycia ściernego powierzchni. Prowadnice muszą być dostatecznie długie, aby nie następowało zakleszczenie się w nich suwaka, zwłaszcza że siła działająca na suwak może być przyłożona mimośrodowo w stosunku do osi śruby.
Śruba, suwak i masy zamachowe z piastą, ramionami i pokrętłem stanowią tzw. część roboczą prasy, gdyż są to części ruchome, których energia kinetyczna zamienia się na pracę tłoczenia, gięcia itp. W jednym cyklu pracy można wyróżnić następujące fazy:
rozpędzanie części roboczych przez nacisk ręki na pokrętło,
dobieg części roboczych,
skok roboczy- odpowiada temu zamiana energii kinetycznej na pracę odkształcenia plastycznego,
ruch powrotny (ręczny).
Cykl ten może się powtórzyć dla tego samego przedmiotu poddanego obróbce plastycznej, np. przy głębszym tłoczeniu. Z omówienia tego wynika, że śruba prasy musi mieć gwint niesamohamowny. Stosuje się tu gwinty trapezowe niesymetryczne wg PN-65/M-02019, zwykle trzykrotne, przy czym kątem roboczym gwintu jest mniejszy kąt pochylenia zarysu, a mianowicie kąt ∝r=3°. Jednak sam mechanizm śrubowy po uwzględnieniu tarcia śruby w gnieździe suwaka winien być samohamowny, aby części robocze prasy nie opadały samoczynnie pod własnym ciężarem.
Śruba i nakrętka są również smarowane okresowo smarem. Dotyczy to również połączenia śruby w gnieździe suwaka.
OBLICZENIA
1. Śruba napędowa prasy
l'
Q
1.1. Obliczeniowa długość śruby
Odcinek śruby „c” wpuszczony w suwak szacunkowo przyjmuję c = 80 mm, natomiast skok suwaka „l” przyjmuję l = 420 mm
=510 mm
1.2. Swobodna długość wyboczenia
=357 mm
1.3. Średnica rdzenia śruby
przyjmuję materiał śruby: stal 45
przyjmuję d1 = 16,528 mm
1.4 Warunek wytrzymałościowy
;
warunek spełniony
Z normy dobieram wymiary śruby z gwintem trapezowym niesymetrycznym:
d1=16,528 mm S=215 mm
d2=D2=18,5 mm n=3
P=2 mm h=nP=6 mm
d=D=20 mm
przyjmuję gwint S20x2
1.5. Nacisk pdop przyjmuję jak dla powierzchni w połączeniach półruchowych: pdop=40 MN/m2
; przyjmuję dwo=15 mm
przyjmuję =22 mm
1.6. Moment tarcia na powierzchni oparcia kapturka
dm=20,8 mm
Mt =5,2 Nm
1.7. Sprawdzam przekrój śruby na naprężenia zredukowane od ściskania i skręcania
Dla stali 45 kcj = 100 MPa; kc = 160 MPa; kt = 125 MPa
warunek spełniony
1.8. Sprawdzenie warunku samohamowności mechanizmu śrubowego
Qs - ciężar suwaka ; Qsr - ciężar śruby
warunek samohamowności spełniony
1.9. Obliczenie czopa górnego śruby na skręcanie
Dla stali 45 ksj =86 MPa
przyjmuję dc=14 mm
dc-_jest średnicą koła, na którym należy opisać sześciokąt równoboczny w przypadku czopa wykonanego w kształcie foremnego ostrosłupa ściętego.
Obliczenia prowadzone są jak dla graniastosłupa foremnego sześciokątnego o boku „a” i wysokości „lc”
pmax = pdop = 100 MPa; K = 0,75; a = 10 mm
przyjmuję lc =20 mm
2. Nakrętka
2.1. Wysokość nakrętki
przyjmuję nc = 25
2.2. Zewnętrzna średnica oparcia nakrętki
pdop =70 MPa
przyjmuję dz =30 mm
2.3. Nacisk na bocznej powierzchni zewnętrznej nakrętki
warunek spełniony
2.4. Sprawdzenie naprężeń zredukowanych w nakrętce na średnicy zewnętrznej w punkcie A(wg. hipotezy Hubera)
- naprężenia promieniowe
-naprężenia osiowe
-naprężenia obwodowe
-warunek wytrzymałościowy
warunek spełniony
dw1 A
Hp
H
Dw=dz
B
Dz
2.5.Sprawdzenie przekroju piasty w punkcie B
-naprężenia promieniowe
-naprężenia zginające
Dla prasy jednostojakowej Mgp ≈ 0 i σg = 0
-naprężenia obwodowe
-warunek wytrzymałościowy
warunek spełniony
3. Masy zamachowe, ramiona i pokrętła
3.1. Praca użyteczna w jednym cyklu
Qm - przeciętny nacisk
3.2. Sprawność mechanizmu śrubowego
3.3. Energia kinetyczna
3.4. Masy zamachowe
3.4.1. Aby znaleźć masy zamachowe m, zakładam prędkość v, którą przyjmuję 3 m/s, stosunek odległości osi śruby od osi pokrętła r do odległości osi śruby od osi masy zamachowej R oraz odległość r
R = 400 mm
r = 300mm
v = 3 m/s
P = 30 kg
przyjmuję m = 3 kg
Obliczoną masę zamachową dzielę na dwa ciężarki zamocowane na obu ramionach
m1=1,5 kg
3.4.2. Siła zginająca ramiona
3.4.3. Moment zginający ramiona
3.4.4. Średnica gwintu dla kołowego przekroju ramienia
przyjmuję dr=10 mm
3.4.5. Warunek wytrzymałościowy zginania ramienia
materiał: St 5
warunek spełniony
3.4.6. Sprawdzenie z warunku na tzw. twarde uderzenie suwaka
warunek spełniony