1.2. Кинематические и силовые особенности исполнительных механизмов. Связь кинематических и силовых параметров

Назначение используемого кривошипно-шатунного механизма пресса является преобразование вращательного движения, передаваемого рабочему валу от электродвигателя привода, в поступательное движение ползуна пресса. При проектировании кривошипно-шатунного механизма, основной задачей которого является определение функциональных зависимостей пути s, скорости v и ускорения j от угла поворота кривошипного вала , используется следующая расчетная схема (рис. 2).

Все перечисленные характеристики кривошипно-шатунного механизма определяются одной обобщенной координатой , в связи с тем, что в рабочем состоянии исполнительные механизмы, отвечающие рассматриваемой схеме (рис. 3), имеют в рабочем состоянии одну степень свободы.

Пусть вращение кривошипа преобразуется с помощью любого числа звеньев в прямолинейное возвратно-поступательное движение ползуна. Тогда первая производная перемещения ползуна s по углу поворота кривошипа a будет называться аналогом скорости ползуна.

При одном входном и одном выходном звене скорость выходного звена v и аналог скорости в механизмах с любым числом звеньев связаны соотношением , где  – текущая угловая скорость входного звена (кривошипа).

Рис. 2. Расчетная схема кривошипно-шатунного механизма

Рис. 3. Схемы кривошипно-шатунных механизмов

В механических прессах  изменяется в пределах, ограниченных допустимым скольжением асинхронного электродвигателя привода пресса. Для большинства кинематических и силовых расчетов можно принять  = const.

Дальнейшее рассмотрение кинематики исполнительных механизмов предполагает вывод зависимостей размеров звеньев, для чего сначала необходимо ввести обозначения следующих соотношений:

- коэффициент шатуна

(1.1)

- степень дезаксиальности

. (1.2)

Исходной величиной при проектировании кривошипно-шатунного механизма является значение полного хода ползуна, заданное стандартом или рассчитанное при моделировании заданного технологического процесса на ЭВМ. По определенной величине хода радиус кривошипа можно определить следующим образом

(1.3)

Таким образом, для определения длины шатуна теперь достаточно задаться величиной , рекомендуемые значения которой даны в таблице №1.

Таблица №1

Тип машины	Значение 
Универсальные прессы	0,08…0,14
Универсальные прессы с увеличенным ходом	0,15…0,2
КГШП	0,14…0,18
ГКМ	0,27…0,35
Прессы двойного действия	0,2…0,3

Путь S в зависимости от угла  поворота кривошипа можно определить по следующей приближенной формуле:

, (1.4)

где .

Величина скорости ползуна определяется формулой:

(1.5)

Приближенная формула для определения ускорений ползуна

(1.6)

Приведенное плечо силы m_k в реальном кривошипно-ползунном механизме определяется по формуле

, (1.7)

где .

Наиболее важным параметром при расчете силовых расчетах механических прессов является крутящий момент на главном валу исполнительного механизма.

Полный крутящий момент на главном валу равен сумме идеального крутящего момента и момента трения.

Непосредственно с кинематическими параметрами связан идеальный крутящий момент, являющийся в большинстве случаев основной компонентой полного крутяшего момента.

Приведенное плечо крутящего момента кривошипно-шатунного механизма вычисляется по следующей формуле:

(1.8)

Номинальный угол _H поворота кривошипа и приведенное плечо крутящего момента m_KH, соответствующее номинальному углу, равны:

(1.9)

(1.10)

Таким образом, движение выходных звеньев исполнительных механизмов механических прессов можно описать с помощью четырех характерно изменяющихся величин s, v, j и m_k в зависимости от угла поворота кривошипного вала  (рис. 4).

Рис. 4. Примеры построенных графиков

В заключении кинетостатического анализа необходимо выполнить анализ распределения давлений, действующих от созданной исполнительным механизмом нагрузки на надштамповую плиту, штамп и ползун, устанавливаемые на пресс. При этом, следует учитывать два возможных вида нагружения: центральное (E = 0) и внецентренное ( ).

При центральном нагружении допускаемые усилия на ползуне определяются по зависимости

, (1.11)

где M_PR, кН - максимальный крутящий момент, определяемый при расчете кинетостатических параметров ГИМ;

m_K - приведенное плечо крутящего момента, мм.

Значения m_k и результаты вычислений допускаемых усилий P_Ц для углов поворота кривошипа a и соответствующих этим углам путей S ползуна сводятся в таблицу №2 вида:

Таблица №2

, град	0	10	…	80	90
S, мм	0	3,47	…	179,19	214,36
mK, мм	10,1	49,9	…	214,2	212,1
PЦ, тс	4000	2505	…	583,6	589

Допускаемые усилия на ползуне при его внецентренном нагружении в плоскости, находящейся между центрами подвесок ползуна, построенные по зависимостям:

при S=0...12 мм и (1.12)

при S мм, (1.13)

где B и H, мм - расстояние между центрами подвесок ползуна соответственно вдоль и поперек фронта пресса,

X =0...0.5•B и Y=0...0.5•H - абсцисса и ордината точки, в которой определяется усилие Р, представляются в виде номограммы, показанной на рис. 5.

Рис. 5. Пример построенных графиков допускаемых усилий