Вертикальный механический пресс

 

Изобретение относится к кузнечнопрессовому оборудованию, в частности к конструкции механических прессов. Цель изобретения -уменьшение габаритных размеров и повышение жесткости. Клин выполнен длиной L, определяемой по зависимости HH+h)/(2H+h)1,5B+3l (1- Я) где L- длина клина, мм; В - поперечный размер ползуна в направлении перемещения клина , мм; I - эксцентриситет цилиндрической шайбы, мм; А- отношение эксцентриситета упомянутого вала к эксцентриситету цилиндрической шайбы; р - угол между плоскостью стола и плоскостью, проходящей через оси симметрии наружной поверхности цилиндрической шайбы в положении мертвой точки ползуна и оси опорных и эксцентриковой шеек упомянутого вала, град; Н и h - размеры крайних частей клина соответственно,мм; (2H+hXH+h)const, а соответствующие параметры крена определяются следующими соотношениями; ,3...2,0; ,3. .3,3; ,3...0,8; где Оь - диаметр наружной поверхности цилиндрической шайбы, мм. 4 з.п, ф-лы, 8 ил. ,3 сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ сОциАлистических

РЕСПУБЛИК (si)s В 30 В 1/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4616348/27 (22) 06,12.88 (46) 23.03.91. Бюл, М 11 (71) Кировоградский институт сельскохозяйственного машиностроения (72) В.С.Запорожченко, Л.А.Шульга и А.П.Качанов (53) 621.979.06 (088,8) (56) Гурьев Ю,Т. и др. Кривошипные горячештамповочные прессы в современном кузнечно-штамповочном производстве.—

М.: НИИМАШ, сер. С-З, Кузнечно-прессовое машиностроение, 1983, с.22 — 23, рис.12. (54) ВЕРТИКАЛЬНЫЙ МЕХАНИЧЕСКИЙ

ПРЕСС (57) Изобретение относится к кузнечнопрессовому оборудованию, в частности к конструкции механических прессов, Цель изобретения -уменьшение габаритных размеров и повышение жесткости. Клин выполнен

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкции кузнечнопрессового оборудования.

Цель изобретения.— уменьшение габаритных размеров и повышение жесткости.

На фиг.1 показан пресс, в котором клиновая поверхность выполнена в его верхней части и сопряжена с клиновой поверхностью траверсы, продольный разрез; на фиг.2 — разрез А — А на фиг.1; на фиг.3— пресс, в котором клиновая поверхность клина выполнена в его нижней части и сопряжена с клиновой поверхностью полэуна, продольный разрез; на фиг.4 — схема клина для определения координат его центра масс; на фиг.5 — схема взаимного располоЫ2,, 1636250 А1 длиной ., определяемой по зависимости

L=(H+h)/(2H+h) (1,58+3I (1- А) cos р), где 1— длина клина, мм;  — поперечный размер ползуна в направлении перемещения клина,мм:l — эксцентриситет цилиндрической шайбы, мм; А — отношение эксцентриситета упомянутого вала к эксцентриситету цилиндрической шайбы; р — угол между плоскостью стола и плоскостью, проходящей через оси симметрии наружной поверхности цилиндрической шайбы в положении мертвой точки ползуна и оси опорных и эксцентриковой шеек упомянутого вала, град; Н и h— размеры крайних частей клина соответственно,мм; (2H+hjjH+h)=const, а соответствующие параметры крена определяются следующими соотношениями; 1 /H=0,3...2,0;

Н/h=1,3...3,3; Db/Н=0,3...0,8; где Db — диаметр наружной поверхности цилиндрической шайбы, мм. 4 з.п. ф-лы, 8 ил. жения ползуна и клина с клиновой поверхностью в его верхней части в исходном положении, когда ползун находится в крайнем верхнем положении; на фиг.6 — то же, при выполнении технологической операции, когда ползун находится в крайнем нижнем положении; на фиг.7 — схема перемещения ползуна и клина с клиновой поверхностью в его нижней части; на фиг.8 — схема еил, которыми нагружены ползун и клин с клиновой поверхностью в его верхней части при выполнвнии технологической операции.

Механический пресс (фиг.10) содержит станину с траверсой 1, столом 2 и стойками

3, на которых смонтированы направляющие

4 ползуна 5. В траверсе 1 выполнена на1636250 клонная плоскость 6. с которой сопряжен своей клиновой поверхностью клин 7 трапециевидной формы. Противоположная плоскость клина 7, параллельная поверхности стола 2, находится в контакте с ползуном 5.

Для обеспечения постоянного контакта между этими деталями клин имеет заплечики 8, которые вставлены в соответствующие пазы, выполненные в траверсе 1 и ползуне

5 (фиг.2).

В нутри клина 7 установлен круговой шатун-шайба 9, геометрический центр Б наружной поверхности которого совмещен с центром масс клина 7, а эксцентрично выполненная внутренняя цилиндрическая поверхность меньшего диаметра охватывает шатунную шейку (эксцентрик) 10 вала 11. который связан опорными шейками 12 с подшипниками 13 скольжения, установленными в стойках 3. Ось кривошипно-кругового механизма, помещенного внутри клина 7, наклонена к плоскости стола пресса под углом р, который равен углу наклона 0 плоскости 6. На этой оси расположены центры наружной Б и внутренней В поверхностей кругового шатуна-шайбы 9 и центр Г опорных шеек 12 эксцентрикового вала 11, когда клин 7 находится в исходном (крайнем заднем или переднем) положении. Кроме того, для равномерного нагружения эксцентрикового вала 11 при возможном нецентральном приложении технологической нагрузки к ползуну 5 ось Г вращения вала 11 расположена строго напротив продольной оси Д ползуна 5, Ширина эксцентрика 10 и кругового шатуна-шайбы 9 равна ширине клина 7 (фиг.2), которая, в свою очередь, несколько меньше ширины ползуна 5 в направлении, перпендикулярном оси перемещения клина 7, на величину заплечиков, выполненных на клине 7 и в ползуне 5.

Привод предлагаемого пресса включает в себя электродвигатель 14, установленный на траверсе 1, клиноременную передачу 15 и маховик 16 с вмонтированной в него муфтой. Маховик 16 помещен на правом конце эксцентрикового вала 11, а на левом конце смонтирован тормоз 17.

С целью увеличения величины хода ползуна клиновая поверхность может быть выполнена на нижней плоскости клина 7 и сопряжена с клиновой поверхностью 18 на верхней торцовой поверхности ползуна 5 (фиг,3), Оптимальная величина угла наклона

О поверхности 18 к плоскости стола 2 составляет от 20 до 35 .

При величине угла О, меньшей 20, увеличивается сила трения между ползуном 5 и клином 7, а также уменьшается величина хода ползуна 5 при неизменном значении хода клина 7. С случае величины угла 0, большей 35, резко возрастает горизонталь5 ная составляющая силы, приложенная к направляющим 4 ползуна 5, что приводит к быстрому выходу их из строя.

Ось кривошипно-кругового механизма, смонтированного внутри клина 7 (фиг.7), на

10 которой находятся центры наружной Б и внутренней B поверхностей кругового шатуна-шайбы 9 и центр Г опорных шеек 12 эксцентрикового вала 11, когда клин 7 находится в исходном (крайнем заднем или

15 переднем положении), расположена горизонтально, параллельно плоскости стола 2.

Так как в конце рабочего хода ползуна 5 вниз нагружена, в основном, правая пара направляющих 4 полэуна 5, то она имеет

20 большую длину по сравнению с левой парой на и равля ющих (фиг.3). Ось Г вращения опорных шеек 12 эксцентрикового вала 11 размещена напротив продольной оси Д ползуна 5.

25 Ось симметрии наружной поверхности кругового шатуна-шайбы 9 совмещена с центром масс клина 7. Боковая поверхность клина 7, имеющая вид трапеции, условно разбивается на две простые фигуры: пря30 моугольник 1 и треугольник 11 (фиг.4), положение центров масс которых известно, Координата Хс центра масс клина 7 в направлении, параллельном плоскости стола

2, равна

Х

Fl + Fll cs к) г

40 2 2 3 L 2H+h

+(- Н h 3 H+h

2 где L — длина клина, мм;

45 Н и h — соответственно размеры крайних частей клина, мм.

Координата У центра масс клина 7 в направлении, перпендикулярном плоскости

50 стола, равна

Fi У + Гв Vii

Fi+ Fii LH — 3, („H — h)

+б Н вЂ” Л

Н з +зон м 5

1636250

Пресс работает следующим образом.

При вращении электродвигателя 14 крутящий. MQMGHT через клиноременную передачу 15 и маховик 16, в случае включенной муфты, передается на эксцентриковый вал

11 с эксцентриком 10. Эксцентрик 10, сопрягающийся с внутренним цилиндрическим отверстием в круговом шатуне-шайбе

9, приводит последний в движение.

B исходном положении клин 7 (фиг,4 и 5) находится в крайнем левом положении, а ползун 5 — в крайнем верхнем положении, Круговой шатун 9 совершает относительно клина 7 качательное движение, а клин 7, имеющий одну степень свободы, возвратнопоступательно перемещается параллельно поверхности 6, выполненной в траверсе 1.

При этом ползун 5, установленный в направляющих 4, также имеет одну степень свободы и совершает возвратно-поступательное движение в вертикальном направлении.

Когда клин 7 находится в крайнем правом положении, а ползун 5 -- в крайнем нижнем положении (фиг.6), последний выполняет технологическую операцию. В этот момент низкая часть (узкий конец) трапециевидного клина 7 совпадает с правой боковой поверхностью ползуна 5. За счет этого технологическое усилие приложено ко всей нижней плоскости клина 7, что уменьшает напряжение в месте контакта клина 7 и ползуна 5, а также допускает внецентренное нагружение ползуна 5 по всей его нижней рабочей поверхности.

Кроме того, так как центр масс клина 7 совпадает с геометрическим центром Б кругового шатуна-шайбы 9, динамические нагрузки от массы клина 7 при его возвратно-поступательном перемещении не возникают. Для полного уравновешивания клина

7 вместе с установленным в нем кривошипно-круговым механизмом в круговом шатуне-шайбе 9 могут быть выполнены соответствующие полости.

Коэффициент шатуна А =R/! составляет от 0,4 до 0,7. Величина перемещения Я,л клина 7, когда коэффициент шатуна it< 1, равна удвоенному эксцентриситету 2R вала

1. В случае А=Я/1=1 за полный оборот эксцентрикового вала 11 шатун-шайба 9 также может совершать полный оборот относительно своего центра Б. При этом полный ход Зк клина 7 становится равным четырем эксцентриситетам 4R. Такое исполнение кривошипно-кругового механизма, смонтированного в клине 7, позволяет увеличивать ход клина 7 и ползуна 5 при небольшом эксцентриситете вала 11.

Ход ползуна 5, когда клиновая поверх- . ность клина 7 обрас1ена вверх в сторону траверсы 1, равен

Ял=Якл sin 0, где Якл — ход клина 7 в плоскости, параллельной клиновой поверхности 6, 0 — угол наклона клиновой поверхности клина к плоскости стола.

В случае выполнения клиновой поверх- ности в нижней части клина 7, сопряженного с поверхностью 18 ползуна 5 (фиг.7), клин

7 при воащении эксцентрикового вала 11 совершает возвратно-поступательное движение в горизонтальной плоскости, параллельной плоскости стола 2, заставляя ползун 5 возвратно-поступательно перемещаться в вертикальном направлении. На схеме (фиг.7) клин 7 в крайнем левом, а ползун 5 в крайнем верхнем положении показаны пунктирной линией, а в крайнем правом и нижнем положениях — сплошной линией.

Ход ползуна 5, когда клиновая поверхность клина 7 обращена вниз, равен

Яп =Якл tg 0.

Таким образом, разница в величине хода ползуна 5 при равном эксцентриситете R вала 11 и, соответственно, одинаковом перемещении Я„клина 7 составляет

->и ->кл т9 0 1

Sn Зкл $ п д сОБ 3

Следовательно, при выполнении клиновой поверхности в нижней части клина 7 и верхней поверхности ползуна 5 величина хода ползуна 5 возрастает в 1/cos О раз по сравнению со случаем выполнения клиновой поверхности в верхней части клина 7, сопряженного с наклонной поверхностью траверсы 1 (при условии одинакового угла наклона Оскосов к плоскости стола пресса).

Например, при угле наклона 0=30 величина хода ползуна 5 увеличивается в 1,155 раза, т.е. примерно на 15.5 Д. Причем эта разница возрастает с увеличением угла наклона скоса клина 7.

Оптимальная длина клина 7, при которой он имеет наименьшую массу и инерционность, определяется следующим образом.

При нагружении пресса технологической нагрузкой, с целью уменьшения контактных напряжений между сопряженными поверхностями клина 7 и ползуна 5 за счет обеспечения максимально возможной площади их соприкосновения, низкая часть клина 7 в его правом крайнем положении должна совпадать (располагаться заподлицо) с правой боковой поверхностью ползуна 5 (фиг.6).

1636250 между основными размерами предлагаемого механичеСкого пресса.

Угол наклона клиновой поверхности клина 7 к горизонтали связан с его линейны:5 ми размерами (фиг,5 и 7) следующей зависимостью: где  — поперечный размер ползуна в направлении перемещения клина, мм; ! — эксцентриситет цилиндрической . шайбы, мм; 10

R — эксцентриситет эксцентрикового вала, мм; ф — угол наклона оси кривошипно-кругового механизма, на которой расположены центры наружной Б и внутренней В поверх- 15 ностей кругового шатуна-шайбы и ось Г вращения эксцентрикового вала, когда клин находится в крайнем переднем или заднем положении, к плоскости стола, град.

Но расстояние Хс от низкой части (узко- 20

ro конца) клина до его центра масс С (фиг.4) равно

tg0—

«Н — h «H

tg0—

h — — — 1, — =1+ tg 0.

«L 2H+h

3 H+h

В случае L=H имеем

2H+h

Н + 11 =сопм

Решая совместно эти два выражения, имеем 30

tg0 —. — 1 — —, 1 h откуда

Н 1

3 В+61(1 — Л)cos р=21

2H+h Э5

R где Л = —.

Откуда длина клина равна

3,33

1 — tg 35 — „=1,3...3,3

Математически это условие выражается в виде. уравнения

X,= — +1 совр — R. совр, «В

2 — +(! — R)cosp= —.

В L 2H+h

2 3 H+h

1 — 2 Н + 11 (1,5 В +31(1 -Л) соэф).

H+h

Данное соотношение позволяет определить оптимальную длину клина, характеризующегося наименьшей массой и инерционностью при -минимальных напряжениях в месте контакта клина и ползуна. В случае, показанном на фиг.1, угол р наклона оси кривошипно-кругового механизма к плоскости стола пресса равен углу 0 наклона поверхности, выполненной в траверсе 1, а в случае, показанном на фиг.3, ось кривошипно-кругового механизма расположена горизонтально, параллельно плоскости стола пресса, угол р ррааввеен н ннууллюю, à cos р =1.

На основании расчета, графического построения и последующей экспериментальной проверки установлен ряд соотношений

При условии L=h получаем

При наименьшем рекомендуемом значении угла 0=20 соотношение высот трапециевидного клина равно — =1 +tg 20 =1,364.

При наибольшем рекомендуемом значении угла 0=35 соотношейие высот равно

Следовательно, рекомендуемое соотношение высот трапециевидного клина находится в пределах

При отношении — (1,3 угол 0 клина

Н

h оказывается меньшим 20, что уменьшает величину хода ползуна 5 и резко увеличивает потери на трение в клиновом механизме.

Если отношение — > 3,3, то угол 0 клина

Н

7 больше 35О, что повышает давление на направляющие 4 ползуна 5 и приводит к их

1636250

10 быстрому износу или поломке. Кроме того, в последнем случае возрастают размеры клина 7, а следовательно, и всего пресса в вертикальном направлении.

Разделив числитель и знаменатель вы- 5 ражения для определения значения tg 0 на высоту Н, получаем

— H =0,733

Н вЂ” h h

Н Н

1 ——

10 Если L=H и h=Da, то уравнение L tg 0-Н вЂ” h имеет вид тд0—

Н вЂ” h»

Н

Н откуда

1 †(Н откуда

Н вЂ” =1 -tg О.

Ов

При отношении — „= 1,3 и угле 0=35

Н 20 соотношение длины и наибольшей высоты клина 7 равно — = 0.3

Ов

Н =0329

Н =1915

Таким образом, рекомендуемое соотношение продольного и максимального верти- 35 кального размеров клина составляет — Í

Ов

При отношении — < 0,3 значительно

Ds возрастают размеры клина 7, что приводит к увеличЕнию его материалоемкости и инерОв ционности. В случае — > 0,8 слишком малая толщина стенок клина 7 мажет стать причиной его разрушения в процессе рабо45 ты и ресса — Í =0,3

Ов 1

Рн

Rx N

55 а при отношении — „= 3,3 и угле 0=20

При отношении — < 0,3 черезмерно

L уменьшается толщина стенки клина в продольном направлении, а при Н >R,Î вЂ” в

L вертикальном направлении, что в обоих случаях может привести к поломке клина при номинальной нагрузке пресса.

В случае L=h и h=D> уравнение L tg 0=

-Н-h преобразуется к виду

Ов щ 0=Н вЂ” Ов, Ов (1+тд 0}=H откуда где D>-диаметр наружной цилиндрической поверхности кругового шатуна-шайбы 9, сопряженной с отверстием в клине 7 (диаметр - малой головки шатуна).

При наименьшем рекомендуемом значении угла 0=20" соотношение размеров кругового шатуна-шайбы 9 и клина 7 равно

Ов,H g0=H — Dâ.,; tg0=1 — H

При наибольшем рекомендуемом значении угла 0=35" получаем

Следовательно, рекомендуемое соотношение диаметра наружной поверхности кругового шатуна-шайбы 9 и максимального вертикального размера клина 7, внутри которого этот круговой шатун-шайба 9 установлен, находится в пределах

Пресс характеризуется пониженными нагрузками на эксцентриковый вал 11, круговой шатун-шайбу 9 и направляющие 4 ползуна 5. Исходя из плана сил, действующих на ползун 5 (фиг.8), в соответствии с теоремой синусов можно записать

sin (90 — 2р) sin (90 +p) s "Р где PH — номинальное усилие пресса, приложенное к его ползуну 5;

1636250

"Вк — сила действия клина 7 на ползун 5, численно равная и противоположно направленная силе действия полэуна 5 на клин 7-йн, N — сила действия ползуна 5 на направляющие 4, отклоненная на величину угла 5 трения рвсторону,,противоположную движению полэуна 5; р — угол трения, равный р =arctg f;

f — коэффициент трения.

Усилие, действующее на направляющие 10

4 полэуна 5

cos 2р

Сила взаимодействия между клином 7 и ползуном 5

cos

Вк = Rn = Рн

cos 2p

Из треугольника сил, действующих на клин 7 (фиг.8), следует

Rz Рдв 25

1п (90О ) в!и +2р

sin (90 — Π— р) 30 где Рдв — усилие на шатунной шейке эксцентрикового вала 11, т.е. сила, действующая на шатун-шайбу 9;

Rc — сила действия клина 7 на поверх- 35 ность 6 траверсы 1;

Π— угол наклона клина.

Усилие, которым нагружены эксцентриковый вал 11 и круговой шатун-шайба 9:

Рдв =Rн

cos 2p

Сила взаимодействия между клином 7 и траверсой 1 45 сов (О+д с — н cos 2p

Формула изобретения

1. Вертикальный механический пресс, содержащий станину в виде стола, стоек и траверсы, смонтированный в направляюТехнико-зкономический эффект от внед- 50 рения изобретения по сравнению с базовым объектом обеспечивается благодаря уменьшению габаритных размеров и повышению жесткости, щих станины ползун, привод ползуна с ползушкой в виде клина и шатуном, сочлененным с эксцентриковым валом, размещенным своими опорными шейками в опорах станины, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритных размеров и повышения жесткости, шатун выполнен в виде цилиндрической эксцентричной шайбы, размещенной в ползушке, ось симметрии наружной поверхности упомянутой шайбы совмещена с центром массы клина, а вертикальная плоскость, проходящая через центры опорных шеек эксцентрикового вала, совмещена с пр::дольной осью ползуна.

2. Пресс по и;1, отличающийся тем, что обращенная к клину поверхность траверсы выполнена наклонной, а обращенная к ползуну — параллельной столу, при этом угол наклона плоскости, проходящей через оси опорных и эксцентриковой шеек упомянутого вала и ось симметрии наружной поверхности цилиндрической шайбы в положении верхней мертвой точки ползуна, равен углу наклона поверхности поперечины, обращенной к клину.

3. Пресс по п.1, отличающийся тем, что обращенная к клину поверхность ползуна выполнена наклонной с углом наклона 20...35, а обращенная к траверсе— параллельной столу, при этом плоскость, проходящая через оси опорных и эксцентриковой шеек упомянутого вала и ось симметрии наружной поверхности цилиндрической шайбы в положении верхней мертвой точки ползуна, параллельна столу.

4. Пресс по пп,1 — 3, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что клин выполнен длиной — L, определяемой по зависимости (— Н+Ь Х

2 H+h

Х (11,5 В + 3 I (1 — Л ) . cos p), мм, где Н и h — соответственно размеры крайних частей клина, мм, 2 H+h

- =const,;

 — поперечный размер в направлении перемещения клина, мм; ! — эксцентриситет цилиндрической шайбы, мм;

Л вЂ” отношение эксцентриситета упомянутого вала к эксцентриситету цилиндрической шайбы; р — угол между плоскостью стола и плоскостью, проходящей через оси симметрии наружной поверхности цилиндрической шайбы в положении мертвой точки ползуна и через оси опорных и эксцентриковой шеек упомянутого вала, град.

1636250

5. Пресс по пп.1 — 4, отличающийся тем, что соответствующие параметры пресса определяются следующими соотношени1./H=0-3...2,0; Н/h=1,3...3.3;

D /Н=0,3...0,8. где О, — диаметр наружной поверхности цилиндрической шайбы, мм.

1636250

1636250

1636250

Составитель В.Гринберг

Техред M,Ìoðãåíòàë Корректор А.Осауленко

Редактор Н,Тупица

Заказ 787 Тираж 407 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комб "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101