Розділ 8 розрахунок і проектування станин

Конструкція станини визначається комплексом вимог, основними з яких є:

• забезпечення необхідної точності штампування при заданих розмірах штампового простору;

• простота конструкції і зручність обслуговування;

• забезпечення необхідної точності взаємного розташування вузлів і деталей при оптимальній жорсткості і міцності;

• компактність і низька металоємність;

• економічність виготовлення;

• задоволення вимог ергономіки і технічної естетики.

Сукупність зазначених вимог накладає визначений відбиток на кожну станину, що у сполученні з технологічними умовами роботи преса на заданій операції штампування визначили конструкцію й основні параметри станин кожного типу пресів.

Литі станини виготовляють із сірого чавуну СЧ 25, СЧ 40, високоміцного чавуну ВЧ 45–5, чи зі сталі 35Л. Зварені станини ви­го­товляють зі сталевого прокату Ст3.

На стадії проектування габаритні розміри станини і її окремих елементів визначаються не стільки розрахунком, скільки конструктивними розуміннями, зв’язаними з технологічним призначенням преса і необхідністю компактного розташування його вузлів. Як правило, розрахунок станини носить перевірочний характер. Станини розраховуються на міцність і жорсткість.

Розміри станини вибирають по експериментальним даним з умовою, щоб максимальні розрахункові напруги в небезпечних переріз не перевищували припустимих, досить низьких, котрі прийняті: для чавунних станин [σ] = 0,1σ_в, для сталевих зварених [σ] = (0,15...0,2) σ_в.

Після розрахунків на міцність знаходять максимальні пружні деформації і порівнюють їх із рекомендованими. Усе це гарантує достатню надійність і довговічність станини.

8.1. Розрахунок станин відкритих пресів

Станини відкритих пресів будь-якого конструктивного виконання піддаються нецентральному навантаженню, у результаті чого виникає перекіс напрямних повзуна щодо столу і, відповідно, перекіс повзуна. Основною метою проектування таких станин є забезпечення необхідної міцності, вертикальної жорсткості і максимально можливе зменшення цього перекосу.

Базовим перетином, розмірами якого задаються спочатку, є горизонтальний перетин на рівні робочої поверхні столу. Всі інші силові елементи станини проектують, виходячи з розмірів цього перетину. Розміри окремих перетинів вибираються на основі емпіричних співвідношень і статистичних даних.

Мінімальна площа перетину литих чавунних стійок станини визначається по емпіричній формулі

F_min =k_сP_н, мм² , (8.1)

де k_с – коефіцієнт, що залежить від конструктивних особливостей станини, номінального зусилля преса (у кН) і відстані V від осі повзуна до фронтальної стінки станини (у мм) (виліт) (табл. 8.1).

Тому що модуль пружності сталі вище ніж чавуна, мінімальна площа перетину сталевої станини в 1,5...2 разу менше, ніж литих.

Таблиця 8.1

Залежність коефіцієнта kс від параметрів станини і преса

Станина	kс при
	8,0	9,0	10,0	11,2	12,5	14,0	16,0
Одностоякова	112	118	125	132	140	150	160
Двохстоякова	100	106	112	118	125	132	140

По величині мінімальної площі знаходяться розміри окремих елементів перетину (рис. 8.1). Висота перетину h_c для двохстоякових станин приймається рівною h_c = (2,3...4)V; для одно стоякових h_c = (2...3,5)V, причому більші значення приймаються для більш великих пресів. Для станин з коробчастим перетином ширина перетину приймається зі співвідношення h_c/b_c = 1...1,7. Товщина бічних стінок a_c визначається по емпіричній формулі , але не менш 8 мм. Товщина тильної стінки одно стоякової станини звичайно дорівнює товщині бічний, а товщина фронтальної стінки – у 2...3 рази перевищує товщину бічної.

Рис. 8.1. Форми перетинів стійок литих і зварених станин відкритого типу

Розрахункова схема станини спрощено представляється у виді незамкнутої рами постійного перетину, що піддається дії вертикальної сили, прикладеної по осі повзуна (рис. 8.2–8.4). Навантаженням на напрямні і горизонтальними складовими зневажають. Розташування нейтральних осей збігається з центрами ваги перетинів на різних ділянках.

а) б) в)

Рис. 8.2. Конструктивні (а), розрахункові (б) схеми й епюри згинальних моментів (в) двохстоякових станин відкритих пресів

а) б) в)

Рис. 8.3. Конструктивні (а), розрахункові (б) схеми й епюри згинальних моментів (в) одностоякових станин відкритих пресів

а) б) в)

Рис. 8.4. Конструктивні (а), розрахункові (б) схеми й епюри згинальних моментів (в) двохстоякових станин змінної кривизни відкритих пресів

Згинальні моменти M_i, нормальні N_i і поперечні Q_i сили визначаються по формулах:

Двохстоякова станина (рис. 8.2)

(8.2)

Одностоякова станина (рис. 8.3)

(8.3)

Двохстоякова станина із змінною кривизною (рис. 8.4)

(8.4)

В формулах (8.2)–(8.4) X позначає відстань від вертикальної осі повзуна до розрахункового перетину станини.

Перевірка станини на міцність виконується, як правило, у 3–4 найбільш небезпечних перетинах шляхом визначення нормальних і дотичних напружень у небезпечній точці перетину

, (8.5)

де N_i, M_i і Q_i – відповідно нормальна сила, згинальний момент і по­перечна сила в небезпечному перетину;

F_i – площа поперечного перетину;

y_i – відстань від небезпечної лінії (точки) до нейтральної осі перетину;

J_i – момент інерції площі перетину;

S_i – статичний момент частини площі перетину, що лежить по одну сторону від прямої, що проходить через небезпечну точку і рів­нобіжної нейтральної осі перетину;

b_i – ширина перетину в місці розташування небезпечної точки.

На рис. 8.5 показана розрахункова схема найбільш поширеної відкритої двохстоякової станини і вказані небезпечні перерізи.

В перетині А-А напруги визначаються по формулах:

• напруга розтягування

; (8.6)

• напруга стискування

. (8.7)

В перетині Б-Б напруги визначаються по формулах:

• напруга розтягування

; (8.8)

• напруга стискування

Рис. 8.5. Розрахункова схема відкритої двохстоякової станини

. (8.9)

В перетині В-В, нахиленому під кутом напруги визначаються аналогічно

• напруга розтягування

; (8.10)

• напруга стискування

. (8.11)

В формулах (8.6)-(8.11) позначено:

V – виліт станини;

x_c2, y_c1, x_c3 – відстань від краю кожного небезпечного перетину до нейтральної лінії;

h₁, h₂, h₃ – найбільша висота відповідних перетинів;

J₁, J₂, J₃ – моменти інерції відповідних перетинів;

F₁, F₂, F₃ – площі поперечного перерізу перетинів;

l_p – плече дії сили відносно центру площі перетину В-В.

Для станин інших видів (рис. 8.3 і 8.4) напруги визначаються аналогічним чином.

Для практичних розрахунків контур станини розбивається на кілька ділянок, для кожного з який площа перетину й інших параметрів приблизно постійні. Якщо на одній ділянці площа і момент інерції перетини відрізняються, необхідно використовувати еквівалентні площу і момент інерції

(8.12)

де F_э, J_э – відповідно площа і момент інерції еквівалентної ділянки перетину;

l_э – довжина еквівалентної ділянки (довжина чи стійки столу);

l_i, F_i, J_i – відповідно довжина, площа і момент інерції i-го перетину розглянутої ділянки.

Розрахунок окремих ділянок виконується послідовно від початкової методом підсумовування переміщень і кутів поворотів.

Знайдені значення напруг порівнюються з допустимими (табл. 8.2). У випадку одночасної дії нормальних і дотичних напружень в одному перетині знаходять еквівалентну напругу і порівнюють її з допустимою

(8.13)

де σ_р – максимальна напруга, що розтягує, у перетині;

τ_р – максимальне дотичне напруження.

Таблиця 8.2